- •Практические и лабораторные
- •Занятия по физике
- •Учебное пособие
- •Для студентов первого курса медицинских вузов
- •Содержание
- •Лабораторная работа №1 определение плотности твердого тела
- •Расчет ошибок прямого измерения
- •Расчет ошибок косвенного измерения
- •1. Штангенциркуль
- •Микрометр
- •Лабораторная работа №2 определение момента инерции тела
- •Описание установки
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3 изучение упругих свойств костной ткани
- •Механические свойства костной ткани
- •Практическая часть
- •Лабораторная работа №4 изучение основных закономерностей гидродинамики и реологии
- •Линии и трубки тока. Уравнение неразрывности струи
- •Уравнение Бернулли и примеры его практического использования
- •Вязкость жидкости. Формула Ньютона. Коэффициент вязкости
- •Течение вязкой жидкости по цилиндрическим трубам. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Понятие о числе Рейнольдса
- •Определение коэффициента вязкости методом Стокса
- •Измерение коэффициента вязкости жидкости вискозиметром Гесса
- •Лабораторная работа №5 изучение аппарата для гальванизации
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6 изучение процессов, происходящих в цепи гармонического переменного тока
- •Цепь переменного тока с активным сопротивлением
- •Индуктивность в цепи переменного тока
- •Емкость в цепи переменного тока
- •Цепь переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями
- •Импеданс тканей организма
- •Упражнение 1. Определение индуктивности катушки
- •Упражнение 2. Определение емкости конденсатора
- •Упражнение 3. Проверка закона Ома для полной цепи переменного тока
- •Лабораторная работа №7 изучение работы электронного осциллографа
- •Электронно-лучевая трубка
- •Электронная пушка
- •Экран электронного осциллографа
- •Система отклоняющих пластин
- •Генератор развертки
- •Чувствительность вертикального входа осциллографа к переменному напряжению
- •Упражнение 1. Знакомство с назначением ручек управления электронного осциллографа
- •Упражнение 2. Измерение частоты сигнала по фигурам Лиссажу.
- •Упражнение 4. Измерение величины неизвестного напряжения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 изучение аппарата низкочастотной терапии
- •График, иллюстрирующий это уравнение, представлен на рис.2
- •Действие импульсных токов на ткани организма
- •Приборы и принадлежности:
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №9 высокочастотная электротерапия
- •Физиологические реакции и терапевтический эффект
- •Физиологические реакции и терапевтический эффект
- •Показания
- •Микроволновая терапия
- •Физиологические реакции и терапевтический эффект
- •Показания
- •Действие переменного электрического
- •Поля увч на диэлектрики
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №10 исследование работы датчиков
- •Устройство и классификация датчиков
- •Генераторные датчики
- •Параметрические датчики
- •Датчики медико-биологической информации
- •Изучение тензорезистора
- •Изучение датчиков температуры
- •Лабораторная работа №11 определение увеличения микроскопа и измерение линейных размеров малых объектов
- •Оптическая система и принцип действия микроскопа
- •Фокусное расстояние
- •Разрешающая способность микроскопа
- •Полезное увеличение микроскопа ограничено его разрешающей способностью и разрешающей способностью глаза.
- •Некоторые распространенные и специальные методы оптической микроскопии
- •Измерение линейных размеров малых объектов с помощью микроскопа
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 12 физические основы электрокардиографии
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •614990, Г. Пермь,ул. Большевистская,85
Контрольные вопросы
Записать формулу связи между линейным и угловым путём, который проходит точка, движущаяся по окружности радиусом R.
Как связаны между собой линейная скорость V и угловая скорость ?
Как связаны между собой тангенциальное ускорение .
Основной закон динамики вращательного движения. Две формулы.
Как рассчитать момент силы М (по определению )? Единицы измерения.
Как рассчитать момент инерции I материальной точки массой m относительно оси, находящейся от неё на расстоянии r? Единицы измерения.
Что называется периодом колебаний Т? Единицы измерения.
Лабораторная работа №3 изучение упругих свойств костной ткани
Цель работы: Рассчитать модуль упругости костной ткани и сравнить его с модулем упругости стали.
Приборы и принадлежности: установка для изучения упругих свойств материалов, пластина костной ткани, стальная пластина, набор грузов, линейка, микрометр.
ТЕОРИЯ
Механические свойства твердых тел
В настоящее время на стыке механики, математики и ряда биологических и медицинских наук развилось новое научное направление – биомеханика. Её основная задача состоит в изучении закономерностей движения и деформирования различных биологических тканей под воздействием внешней среды.
Изучение механических свойств биологических тканей позволяет создавать новые схемы армирования конструкционных материалов и эффективные структуры синтетических материалов, применяемых для замещения пораженных тканей.
В некоторых разделах медицины, особенно в хирургии и ортопедии, при изучении опорно-двигательного аппарата человека очень важным является знание упругих свойств тканей организма, в частности костной ткани.
Рассмотрим механические свойства твердых тел, так как костная ткань относится к твердым телам. Все тела деформируются под действием сил.
Деформацией называют изменение формы и объёма тела, происходящее под действием внешних сил. Различают деформации упругие и пластические (остаточные). Упругой называют деформацию, которая при прекращении действия внешних сил полностью исчезает, тело восстанавливает свои размеры и форму. Пластической называют деформацию, которая сохраняется и после прекращения действия внешних сил. Является деформация упругой или пластической –зависит от материала тела и от величины приложенных к телу сил. Упругие деформации подчиняются закону Гука. Гук установил связь между величиной деформации и силами, её обусловливающими.
Согласно закону Гука при упругой деформации деформирующая сила F и величина деформации x пропорциональны между собой:
F = - k x.
Различают пять основных видов деформации:
растяжение,
сжатие,
кручение,
сдвиг,
изгиб.
В конечном счете любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению и сдвигу.
При деформации твердых кристаллических тел частицы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, смещаются в новые положения. Этим смещениям препятствуют силы взаимодействия между частицами, поэтому в деформируемом теле возникают внутренние упругие силы Fупр. Эти силы уравновешивают внешние силы Fвн, приложенные к телу.
Fупр=Fвн.
Таким образом, при деформации в теле возникает особое напряжённое состояние. Количественно это состояние характеризуют механическим напряжением .
Механическим напряжением называют физическую величину, численно равную упругой силе, приходящейся на единицу площади поперечного сечения тела:
.
Мерой деформации служит относительная деформация :
,
где x – первоначальный размер тела,
x – изменение этого размера (например, l – длина, l – удлинение).
Опыт показывает, что механическое напряжение пропорционально относительной деформации , если деформация упругая:
, где Е – модуль упругости (или модуль Юнга).
Модуль Юнга численно равен напряжению, при котором относительная деформация равна единице (т.е. удлинение l равно первоначальной длине l).
На самом деле столь большие упругие деформации невозможны, т.к. при значительно меньших напряжениях происходит разрыв тела.
График зависимости =f(x) изображён на рис. 1
Рис. 1
В области ОА справедлив закон Гука, сохраняется пропорциональность относительной деформации и механического напряжения. Точка А соответствует пределу пропорциональности. Точка В соответствует пределу упругости упр.
Пределом упругости упр называют наибольшее напряжение, при котором деформация еще сохраняет упругий характер. Материалы с высоким пределом упругости называют упругими.
Горизонтальный участок кривой определяет текучесть – такое состояние деформированного тела, при котором деформация возрастает без увеличения напряжения.
Свойство материалов выдерживать действие внешних сил без разрушения называют прочностью. Точка D на кривой соответствует пределу прочности.Пределом прочности пр называют механическое напряжение, которое соответствует наибольшей выдерживаемой телом нагрузке перед разрушением.
Обычно для кристаллических тел этот график одинаков для растяжения и сжатия. Однако сложные по составу или неоднородные материалы (например, дерево, бетон, кость, пластмассы) проявляют различные свойства при растяжении и сжатии. Модуль Юнга, предел упругости и предел прочности у таких материалов будут различными для разных видов деформации.
Между упругими свойствами кристаллических мономеров и полимерных материалов существует принципиальная разница. Это связано с другим механизмом упругости высокомолекулярных соединений.
Рассмотрим механизм упругости кристаллических твердых тел и полимеров.
В основе деформации кристаллических тел лежит искажение пространственной решетки. При упругой деформации происходит только небольшое смещение частиц, образующих решетку. При этом нарушается равновесное соотношение между силами притяжения и отталкивания. В связи с этим возникают внутренние силы, противодействующие внешним. Эти силы восстанавливают первоначальную форму тела при прекращении действия внешних сил. При остаточной деформации искажение решётки настолько значительно, что прежние связи между частицами нарушаются и устанавливаются новые равновесные связи.
Упругость полимеров называют каучукоподобной эластичностью (или высокоэластичностью).
Эластичными называют материалы, способные к большим упругим деформациям. Особенность упругих свойств полимеров обусловлена их строением. Полимерами называют вещества, молекулы которых представляют собой длинные цепи, составленные из большого числа атомных группировок, соединенных химическими связями. Молекулы полимеров причудливо изогнуты, их форма и размеры все время меняются в результате теплового движения. При наложении механической нагрузки молекулы полимера вытягиваются в соответствующем направлении и размеры тела увеличиваются. После снятия нагрузки молекулы, вследствие теплового движения, восстанавливают свои размеры.
Деформация полимера упругая, остаточные деформации у большинства полимеров практически отсутствуют. Механические свойства полимера являются сочетанием свойств твердых тел и жидкостей. Полимеры достаточно прочны и способны к большим упругим деформациям.
К полимерам можно отнести кожу, волосы, рога, шерсть, шелк, хлопок и т.д. Биополимеры являются структурной основой всех живых организмов и играют большую роль в процессе их жизнедеятельности. К биополимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, гликопротеиды, гликолипиды и др.
Из множества биологических тканей наибольший интерес для механики представляет компактная костная ткань. Она является основным составным веществом длинных трубчатых костей, воспринимающих механические нагрузки.