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., Агапов Б.Т., Цехмістер Я.В. та ін. Медична і біологічна фізика. Підручник для студентів вищих навчальних закладів освіти ІІІ – ІV рівнів акредитації. – К.: Книга плюс, 2005. – С. 115-124, 178-184.

3. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Ученик. – 2-е изд. – К.: «Профессионал», 2004. – С. 216-222.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С.192-203.

5. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. – М.: Медицина, 1983. С. 193-225.

6. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. Т.І. С. 19-21.

7. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2009. – С. 5-7.

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 , деm– маса тіла, що використовується для навантаження,g– прискорення вільного падіння і, врахувавши, що для стегнової кісткиα= 0,85, формулі (2) можна надати вигляду:

, (3)

де k= 17,4 м/с².

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Виміряти масштабною лінійкою відстань lміж точками опори.

2. Виміряти штангенциркулем товщину Dкістки в трьох різних напрямах перерізу прикладання навантаження.

3. Закріпити індикатор годинникового типу на штативі.

4. Встановити штатив з індикатором таким чином, щоб вимірювальний стержень індикатора впирався у кістку в місці навантаження.

5. У цьому положенні привести шкалу індикатора в нульове положення.

6. Навантажити кістку, підвісивши до неї в середній частині гирю масою m.

7. Виміряти за шкалою індикатора величину прогину кістки f.

8. Зняти гирю.

9. Повторити навантаження кістки тією ж самою гиреюще 2 рази, вимірюючи відповідний прогин кістки.

10. Дані досліду занести в табл. 1.

Таблиця 1

№	D, мм	ΔD, мм	l, мм	Δl, мм	m, кг	f, мм	Δf, мм
1 2 3
Середнє значення

11. Обчислити модуль Юнга за формулою (3).

12. Обчислити похибки вимірювань і зробити висновок.

ЗАНЯТТЯ №14

(лабораторне)

ДОСЛІДЖЕННЯ МІЦНОСТІ І ТВЕРДОСТІ

СТОМАТОЛОГІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів для розуміння фізичних основ стоматологічного матеріалознавства.

Мета:в результаті проведення заняття студенти повинні:знатиметоди визначення механічних характеристик стоматологічних матеріалів, методи випробовування матеріалів на твердість;вміти будувати діаграми розтягу і стиску, визначати за ними механічні характеристики матеріалів, а також визначати твердість за методом Бринеля.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Зовнішні і внутрішні сили взаємодії.

2. Деформація. Основні види деформацій.

3. Абсолютна і відносна деформації.

4. Закони пружної деформації. Модуль Юнга, модуль зсуву.

5. Співвідношення Пуассона. Коефіцієнт Пуассона.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Статичні і динамічні навантаження.

2. Фізичні аспекти міцності і руйнування матеріалів.

3. Міцність матеріалів. Умова міцності. Поняття про втомну міцність. Границя втомності.

4. Діаграми розтягу і стиску для пластичних і крихких матеріалів.

5. Визначення механічних характеристик матеріалу за діаграмами розтягу і стиску.

6. Твердість. Числа твердості. Шкала Мооса.

7. Методи визначення твердості. Методи визначення мікротвердості.

8. Стирання матеріалу. Дефект маси.

9. Твердість тканин зуба і стоматологічних матеріалів.

10. Призначення, будова і принцип дії індикатора годинникового типу.

11. Призначення, будова і принцип дії гідравлічного преса.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Кортуков Е.В. и др. Основы материаловедения. – М.: Высшая школа, 1988. – С. 9-19, 27-42, 44-46, 147-151, 155-161.

3. Дойников А.И., Синицын В.Д. Зуботехническое материаловедение. – М.: Медицина, 1986. – С.13, 18-22, 23-26.

4. Материаловедение в стоматологии (под ред. Рыбакова А.И.). М.: Медицина, 1984. – С.392-393.

5. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 185-190, 192-203.

6. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2009. – С. 6-7, 18-19.

ІНСТРУКЦІЯ

до проведення лабораторної роботи

Завдання. 1.Побудувати за експериментальними даними діаграму розтягу зразка і визначити за нею одну з механічних характеристик за вказівкою викладача.

2.Побудувати за експериментальними даними діаграму стиску крихкого зразка і визначити границю міцності.

3. Методом Бринеля визначити твердість матеріалу.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

І. ВИПРОБОВУВАННЯ НА РОЗТЯГ

ОПИС УСТАНОВКИ

Установка являє собою гідравлічний прес зі спеціальним пристроєм, який називається реверсором. Використання реверсора дозволяє за допомогою гідравлічного преса прикладати розтягуюче зусилля. Видовження зразка реєструється мікрометричним індикатором, який закріплюється на штативі. Чисельне значення розтягуючого зусилля розраховується за показами манометра преса за формулою:

, (1)

де F– значення діючої сили в Н;

Р_м– показами манометра в атмосферах;

S_п– площа перерізу робочого поршня, яка дорівнює 26,42 см².

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Виміряти за допомогою штангенциркуля зразок. Результати занести в табл. 2.

2. Закріпити зразок в реверсорі за допомогою двох шайб.

3. Привести прес (згідно інструкції) в робочий стан.

4. Встановити реверсор зі зразком на робочий поршень гідравлічного преса.

5. Привести в дію насос гідравлічного преса, піднявши робочий поршень з реверсором так, щоб він вперся у верхню плиту преса.

Таблиця 2

№ з/п	l0, мм	Δl0, мм	d0, мм	Δd0, мм	dш, мм	Δdш, мм
1 2 3
Середнє значення

6. Встановити індикатор так, щоб кінець вимірювального стержня впирався в пластинку, яка лежить на поверхні робочого поршня.

7. За допомогою поворотного кільця повернути циферблат індикатора до співпадання стрілки з нульовою поділкою.

8. Збільшуючи тиск на зразок, слідкувати за показами стрілки мікрометричного індикатора. Через кожні 0,5 мм видовження зразка записувати відповідні значення тиску в табл. 3до розриву зразка.

Таблиця 3

Таблиця для побудови діаграми розтягу

Видовження Δl, мм
Тиск Р, атм

9. Зробити штангенциркулем виміри шийки розірваного зразка.

10. Результати занести в табл. 2.

11. За даними табл. 3 виконати завдання 1.

ІІ. ВИПРОБОВУВАННЯ НА СТИСК

ОПИС УСТАНОВКИ

Випробовування крихких матеріалів на стиск виконується за допомогою гідравлічного преса. Граничний стиск зразка реєструється мікрометричним індикатором, який закріплюється на штативі. Зусилля стиску, при якому настає руйнування матеріалу, розраховується за показами манометра згідно формули (1).

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Виміряти штангенциркулем зразок (довжину, ширину, висоту). Результати вимірювань занести в табл. 4.

Таблиця 4

№ з/п	Розміри зразка
	Довжина, мм	Ширина, мм	Висота, мм
1 2 3
Середнє значення

2. Привести прес (згідно інструкції) в робочий стан.

3. Поставити на робочий поршень циліндричну підставку, на якій встановити зразок і закрити його захисним екраном.

4. Привести в дію насос преса, піднявши робочий поршень із зразком так, щоб він впирався у верхню плиту преса.

5. Встановити стрілку мікрометричного індикатора на 0.

6. Збільшуючи тиск на зразок, записувати в табл. 5показання манометра через кожні 10 атмосфер і відповідні їм показання мікрометричного індикатора до моменту руйнування зразка.

Таблиця 5

Таблиця для побудови діаграми стиску

Тиск Р, атм.	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Абсолютна деформація

7. За даними табл. 5 виконати завдання 2.

ІІІ. ВИЗНАЧЕННЯ ТВЕРДОСТІ

ОПИС УСТАНОВКИ

Випробовування матеріалів на твердість за методом Бринеля виконується за допомогою гідравлічного преса. На поверхню робочого поршня кладуть зразок, що досліджується (товщина якого не менша за 10 мм), і втискують в нього сталеву загартовану кульку діаметром D. Схему випробовування показано на рис. 1. Кульку витримують протягом деякого часу під навантаженнямF, внаслідок чого на поверхні зразка після випробовування залишається ямка діаметромd. Відношення навантаження до площі відбитку називається числом твердості за Бринелем:

. (2)

Площу поверхні відбитку визначають за формулою:

. (3)

Величину навантаження визначають за формулою (1).

З урахуванням формул (1) і (3) число твердості (2) можна записати у вигляді:

. (4)

З формули (4) випливає, що число твердості за Бринелем є функцією діаметра відбитку d, який залежить від навантаженняFі діаметра кулькиD.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Привести гідравлічний прес у робочий стан.

2. Покласти на поверхню робочого поршня сталевий циліндр з опорною планкою.

3. Покласти на циліндр зразок і запресовану загартовану сталеву кульку діаметром 10 мм.

4. Притримуючи рукою кульку, привести в дію насос преса, піднявши робочий поршень зі зразком і кулькою так, щоб вона вперлася у верхню плиту преса.

5. Слідкуючи за показами манометра, довести тиск до 100 атмосфер і витримати кульку під цим тиском протягом 60 с.

6. Зменшити тиск, відкривши вентиль, що зливає масло і, натиснувши руками на робочий поршень, звільнити зразок.

7. За допомогою штангенциркуля виміряти діаметр відбитка і записати його значення.

8. За формулою (4) визначити величину твердості матеріалу за Бринелем і порівняти її з табличним значенням. Записати його значення.

ЗАНЯТТЯ №15

(лабораторне)

ВИВЧЕННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИН

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів для розуміння фізичної природи капілярних явищ і методів визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин.

Мета:в результаті проведення заняття студенти повинні:знатиосновні закономірності поверхневого натягу рідин й капілярні явища;вмітивизначати коефіцієнт поверхневого натягу рідини капілярним методом і методом відриву кільця.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Взаємодія молекул речовин.

2. Сила тяжіння.

3. Гідростатичний тиск.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Молекулярна картина поверхневого шару рідини.

2. Сила поверхневого натягу, коефіцієнт поверхневого натягу рідини.

3. Капілярні явища:

а) змочуюча і незмочуюча рідини;

б) додатковий тиск Лапласа;

в) висота підняття рідини в капілярі;

г) газова емболія.

4. Методи визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини:

а) метод відриву крапель;

б) метод відриву кільця;

в) метод підняття рідини в капілярі;

г) метод Ребіндера.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Ученик. – 2-е изд. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – С. 212-216.

3. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Т.І. С. 41-47.

4. Агапов Б.Т. и др. Лабораторный практикум по физике. – М. Высшая школа, 1982. – С. 132-136.

5. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2009. – С. 9-11.

ІНСТРУКЦІЯ

до проведення лабораторної роботи

Завдання. 1.Визначити коефіцієнт поверхневого натягу рідини методом відриву кільця. 2.За допомогою методу підняття рідини в капілярі вивчити концентраційну залежність коефіцієнта поверхневого натягу даного розчину.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Для визначення коефіцієнта поверхневого натягу методом підняття рідини в капілярі використовується набір капілярів різного діаметра, штатив з пробірками, заповненими розчином спирту різних концентрацій. Метод відриву кільця здійснюється за допомогою торсійних терезів, до коромисла яких підвішене на нитці тонке кільце. Кільце відривається від поверхні дистильованої води, яка знаходиться в невеликій посудині на підйомному столику.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

І. МЕТОД ВІДРИВУ КІЛЬЦЯ

1. Вивчити порядок роботи з торсійними терезами (див. технічний опис і інструкцію по використанню терезів ВТ–500).

2. Виміряти штангенциркулем діаметр dтонкого кільця.

3. Визначити за допомогою торсійних терезів вагу Qкільця.

4. Чашку з досліджуваною рідиною розташувати на підйомному столику і обережно підняти його до дотику кільця з поверхнею рідини. Досягти рівноваги терезів шляхом малих переміщень підйомного столика.

5. За допомогою терезів визначити величину сили F, прикладеної до кільця в момент його відриву від поверхні рідини.

6. Всі виміри виконати три рази і результати занести в табл. 6.

Таблиця 6

Досліджувана рідина	№ з/п	d, мм	Δd, мм	Q, мг	ΔQ, мг	F, мг	ΔF, мг
	1 2 3
Середнє значення

7. Визначити коефіцієнт поверхневого натягу за формулою:

.

8. Обчислити похибки вимірювань.

9. Порівняти одержаний результат з табличним значенням і зробити висновок.

ІІ. МЕТОД ПІДНЯТТЯ РІДИНИ В КАПІЛЯРІ

1. Опустити вертикально капіляр у пробірку з дистильованою водою.

2. Визначити висоту стовпчика рідини над поверхнею рідини в пробірці з врахуванням того, що

,

де n– кількість поділок шкали капіляра, яка відповідає даній висоті стовпчика рідини в капілярі;

h_o – ціна однієї поділки (вказана на капілярі).

3. Виміри провести три рази і результати занести в табл. 7.

Таблиця 7

Досліджувана рідина	№ з/п	ρ, кг/м3	r, мм	Δr, мм	h, мм	Δh, мм
	1 2 3 4

4. Визначити коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води за формулою:

,

де ρ– густина рідини;

g– прискорення вільного падіння;

h– висота стовпчика рідини в капілярі.

r – радіус капіляра.

5. Обчислити похибки вимірювань і зробити висновок.

6. Вимірювання і обчислення (пп.1-5) виконати по одному разу для розчинів різних концентрацій, які вказані на пробірках.

7. Побудувати графік залежності величини коефіцієнта поверхневого натягу розчину від його концентрації і зробити висновок.

ЗАНЯТТЯ №16

(лабораторне)

ВИВЧЕННЯ В’ЯЗКОСТІ РІДИН

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які використовуються для опису фізичних властивостей та плину рідких середовищ і методів визначення коефіцієнта в’язкості рідин.

Мета:в результаті проведення заняття студенти повинні:знатиосновні реологічні властивості рідин;вмітивизначати коефіцієнт в’язкості рідини за допомогою капілярного віскозиметра.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Сила тертя.

2. Закон Архімеда.

3. Умова рівномірного руху тіла.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Реологія як наука.

2. Внутрішнє тертя, в’язкість.

3. Закон Ньютона для сили внутрішнього тертя.

4. Коефіцієнт в’язкості. Ньютонівські і неньютонівські рідини.

5. Реологічні властивості крові.

6. Методи визначення коефіцієнта в’язкості рідини:

а) капілярний метод (віскозиметр Гесса);

б) метод Стокса.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Чалий О.В., Агапов Б.Т., Цехмістер Я.В. та ін. Медична і біологічна фізика. Підручник для студентів вищих навчальних закладів освіти ІІІ – ІV рівнів акредитації. – К.: Книга плюс, 2005. – С. 124-132.

3. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Ученик. – 2-е изд. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – С. 204-212

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 169-170, 174-177, 179-184.

5. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Т.І. С. 26-29.

6. Агапов Б.Т. и др. Лабораторный практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1982. – С. 121-123, 126-128.

7. Эссаулова Й.А. и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. – М.: Высшая школа 1987. – С. 94-102.

8. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2009. – С. 16-18.

ІНСТРУКЦІЯ

до проведення лабораторної роботи

Завдання.Визначити коефіцієнт в’язкості водного розчину спирту капілярним віскозиметром і дослідити його залежність від концентрації розчину.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Для визначення коефіцієнта в’язкості капілярним віскозиметром використовується капілярний віскозиметр ВК–4, флакони з дистильованою водою і водними розчинами спирту 24%, 48%, 96%.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Користуючись інструкцією до віскозиметра ВК–4, визначити коефіцієнт в’язкості розчину спирту заданої концентрації.

2. Одержані результати занести в табл. 8.