3. Определения модуля упругости костной ткани по изгибу

Установка для определения модуля упругости по деформации изгиба показана на рис.5. Край образца закрепляется на штативе с помощью зажимного винта. На противоположном краю имеется крюк для подвешивания грузов. Мерой деформации изгиба служит стрелапрогиба, т.е. наибольшее отклонение одной из точек образца от первоначального положения. Стрела прогиба измеряется с помощью индикатора длин. Для модуля упругости образца в виде пластины из костной ткани теория дает следующее выражение :

, (7)

где Р - нагрузка; l - длина образца (расстояние между зажимным винтом и крюком); f - стрела изгиба; b - ширина образца; h - его высота.

Расстояние между зажимным винтом и крюком измеряют миллиметровой линейкой, линейные размеры штангенциркулем. Измерения делают в нескольких местах образца и берут их средние значения. Все размеры выражают в метрах, нагрузку Р - в ньютонах.

3.1. Исследование зависимости стрелы прогиба от нагрузки f(p).

Образец закрепляют на штативе в соответсвии с рис.5. Вертикальный стержень идикатора длин приводят в соприкосновение с верхней поверхностью образца в точке фиксации нагрузочного крюка. После этого стрелку индикатора устанавливают в нулевое положение. Постепенно, без толчков, нагружают образец, навешивая грузы (Р) на крюк. При этом для каждой нагрузки отмечают стрелу прогиба (f) по индикатору длин. Результаты измерений, выраженные в системе СИ заносят в таблицу.

Р, н (ньютон)
f, м (метр)

По данным таблицы строят график зависимости стрелы прогиба от нагрузки, откладывая по оси хнагрузку, а по осиyстрелу прогиба.

3.2. Определение модуля упругости кости

В формулу (7) подставляют средние значения размеров образца, вместо Р - сумму всех нагрузок, вместо f - сумму всех стрел прогиба, что равносильно нахождению их средних значений и вычисляют Е.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение деформации. Перечислите основные виды деформации твердых тел. Какие из них чаще реализуются в теле человека под действием внешних сил?.

2. Дайте определение механического напряжения.

3. Каков физический смысл модулей упругости, коэффициент Пуассона?

4. Дайте определение прочности деформируемого тела, предела прочности.

5. Что такое анизотропия биотканей, какова ее природа?

6. Перечислите основные факты, которые определяют вязкоупругое поведение биоткани.

7. Охарактеризуйте механическое поведение костной ткани.

8. Опишите методику определения модуля упругости кости, приведенную в данной работе.

Литература:

1. Проблемы прочности в биомеханике, под.ред, И.Ф.Образцова, М., 1988.

2. С.А.Регирер. Лекции по биологической механике, М., 1980.

3. Р.Глазер. Очерк основ биомеханики, М., 1988.

4. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 1987 или 1996.

5. И.В.Кнетс, Г.О.Пфафрод, Ю.Ж.Саулгозис, Деформирование и разрушение твердых биологических тканей, Рига, 1980.

6. J.B.Park, Biomaterials science and engineering, N. Y, 1984.

7. Ф.К.Горский, Н.М.Сакевич. Физический практикум с элементами электроники, Мн.1980, лаб.раб.№ 4.

8. И.А.Эссаулова и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике, М. 1987, лаб.раб. № 17.