Заняття №11 (лабораторне) визначення модуля юнга кісткової тканини

Актуальність теми: в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які використовуються для опису процесів деформацій тканин і клітин, функціонування опорно-рухового апарата, скорочення і розслаблення м’язів.

Мета: в результаті проведення заняття студенти повинні: знати основні механічні властивості біологічних тканин і органів; вміти визначати модуль Юнга кісткової тканини методом прогину балки.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Деформація. Види деформацій.

2. Механічні властивості твердих тіл.

Основні питання теми заняття

1. Характеристики деформованого стану речовини.

2. Закони пружної деформації.

3. Модуль пружності, модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона і зв’язок між ними.

4. Елементарні механічні моделі біологічних систем.

5. Механічні властивості еластомерів.

6. Механічні властивості біологічних тканин.

Література

1. Конспект лекцій.

2. Чалий О.В. Медична та біологічна фізика: підручник для студ. вищих мед. (фарм.) навч. заклад. – Вінниця: Нова книга, 2013. – 528 c.

3. Біофізика. Фізичні методи аналізу та метрологія: підручник / Е.І. Личковський, В.О. Тіманюк, О.В. Чалий [та ін.]; за ред. Е.І. Личковського, В.О. Тіманюка. – Вінниця: Нова книга, 2014. – 464 с.

4. Личковський Е.І. Медична та біологічна фізика. Лабораторний практикум: посібник. – К.: Знання, 2012. – 415 с.

5. Булавін Л.А., Гречко Л.Г., Чалий О.В.. Медична фізика. Підручник. Том 1. – К.: ВПЦ “Київський університет”, 2011. – 482 с.

6. Булавін Л.А., Актан О.Ю., Забашта Ю.Ф., Свечнікова О.С., Сенчуров С.П. Медична фізика. Підручник. Том 2. – К.: ВПЦ “Київський університет”, 2011. – 326 с

7. Літнарович Р.М. Біофізика. Медична фізика, теоретична і прикладна фізика. Рівне: МЕГУ, 2011. – 208 с.

8. Лопушанський Я.Й. Збірник задач i запитань з медичної i біологічної фізики: навчальний посібник. – Вінниця: Нова Книга, 2010. – 584 с.

9. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2011. – 54 c.

Інструкція до проведення лабораторної роботи

Завдання. Визначити модуль Юнга кісткової тканини методом прогину балки.

Методика роботи

Для визначення модуля пружності методом прогину балки, тіло, що досліджується, у формі порожнистого циліндра (балки) розміщується горизонтально на двох опорах. Якщо прикласти силу до середини балки перпендикулярно до її поздовжньої осі, вона буде прогинатись. Для однорідної циліндричної балки, яка може служити моделлю середньої частини (діафаза) стегнової кістки, величина прогину виражається формулою:

, (1)

де F – діюча сила;

l – довжина балки (відстань між точками опори);

D – зовнішній діаметр циліндра;

E – модуль Юнга;

;

d – внутрішній діаметр циліндра.

Величина прогину тим більша, чим більша діюча сила, довжина балки, а також чим менший модуль Юнга і поперечні розміри балки. З формули (1) маємо:

. (2)

Замінивши у формулі , де m – маса тіла, що використовується для навантаження, g – прискорення вільного падіння і, врахувавши, що для стегнової кістки α = 0,85, формулі (2) можна надати вигляду:

, (3)

де k = 17,4 м/с².