Тема: “Біомеханіка обертального руху” -2 год

Одеський національний медичний університет

Кафедра Біофізики, інформатики та медапаратури

Методична розробка

студентам 1 курсу щодо вивчення теми:

Біомеханіка обертального руху

Затверджено

на методичній нараді кафедри

Протокол № від “ ” 2005 р.

Зав. кафедрою

Перезатверджено

на методичній нараді кафедри

Протокол № від “ ” 2005 р.

Зав. кафедрою

Одеса - 2005 р.

Тема: “Біомеханіка обертального руху” -2 год..

2. Актуальність теми, професійна спрямованість:

Надана тема є частиною розділу “Механічні властивості біологічних тканин”. В такому аспекті актуальність її вивчення пов’язана с такими розділами та напрямками медичної науки та практичної медицини, для розгляду яких є необхідними уявлення про головні закономірності обертального руху. Ці закономірності описують, зокрема, функціонування таких важливих систем організму людини, як скелет, його суглоби та система м’язів, тощо.

До таких розділів відносяться: спортивна та космічна медицина, протезування при зміні природних органів і тканин виробленими, медична техніка та біофізичні дослідження.

3. Навчальні ціли заняття:

В результаті цього заняття студенти повинні:

знати:

- роль обертального руху у роботі кістяної та м’язової систем організму людини;

- визначення линійної та кутової швидкості, лінійного, та кутового прискорення, зв’язок між ними;

- визначення моменту сили, його фізичний зміст та одиниці вимірювання;

- поняття про ричаги сили та швидкості, їх приклади в організмі людини;

- визначення моменту інерції тіла, його фізичний зміст та одиниці вимірювання;

- як визначаються головні осі інерції тіла, теорему Гюйгенса;

- визначення моменту імпульсу тіла, його фізичний зміст та одиниці вимірювання;

- закон збереження моменту імпульсу, приклади з медичної та спортивної практики;

- особливості руху людини в умовах невагомості;

- основне рівняння динаміки обертального руху;

- від чого залежать і як розраховуються механічна робота та кінетична енергія у обертальному русі;

- поняття про роботу та потужність людини, ціль та методики ергометрії;

- фізичні основи методики центрифугування;

- що таке ступені свободи та як визначається їх кількість;

- фізичні основи роботи вестибулярного апарату людини як інерційної системи орієнтації;

- біомеханічні основи функціонування опорно-рухального апарату людини;

вміти:

- пояснювати дію закону збереження імпульсу на прикладі стільця Жуковського та інших медичних та спортивних приладів;

- оцінити момент інерції тіла людини на підставі закону збереження моменту імпульсу;

- визначати кількість ступенів свободи в різних суглобах організму людини;

- розраховувати сили та величину переваги, що діють на організм людини у різних умовах,

(на прикладі задач з спортивної та космічної медицини);

- на підставі основних виразів кінематики та динаміки обертального руху пояснювати принципи роботи центрифуги та інших, найпростіших медичних приладів.

4. Шляхи реалізації цілей заняття:

Для реалізації цілей заняття для студента є необхідними базисні знання:

1. Швидкість та прискорення, їх фізичний смисл та одиниці вимірювання в СІ.

2. Визначення линійної та кутової швидкості, нормального, тангенціального та повного прискорення, лінійного та кутового прискорення.

3. Поняття сили та роботи сили, їх фізичний смисл та одиниці вимірювання в СІ. Принципи складання сил.

4. Поняття про вагу та масу, центр маси, інерцію;

5. Імпульс, закон збереження імпульсу.

6. Кінетична та потенційна енергія, закон збереження енергії у механіці. Потужність.

7. Головні закони динаміки (закони Ньютона).

5. Завдання з еталонами відповідей (для самоперевірки студентами початкового рівня знань). Знайдіть вірну відповідь:

1. Змінення кутової швидкості обертання центрифуги за часом характеризує

А. тангенціальне прискорення; В. лінійна швидкість; С. кутове прискорення; Д. нормальне прискорення.

2. Векторними є усі перераховані величини, за винятком

А. кутової швидкості; В. линійної швидкості; С. кутового прискорення; Д. кута повороту радіус-вектору.

3. Скалярними є усі перераховані величини, за винятком

А. моменту сили; В. роботи; С. потенційної енергії; Д. моменту інерції.

4. При рівномірному русі по колу вектор линійної швидкості спрямований вздовж

А. радіус-вектору до центра кола; В. дотичної до даної точки кола; С. осі обертання і прикладений в центрі кола; Д. осі обертання.

5. Момент сили спрямований вздовж

А. радіус-вектора к центру кола; В. лінії дії сили; С. осі обертання і прикладений в центрі кола; Д. осі обертання.

Відповіді: 1-С, 2-Д, 3-А, 4-В, 5-С.

6. Інформацію для закріплення базисних знань-вмінь можна знайти у посібниках:

1. Ремізов А.Н. Медична та біологічна фізика, 1987, с. 104-114.

2. Ремізов А.Н. Медична та біологічна фізика, 1982, с. 18-38.

3. Лівенцев Н.М. Курс фізики для медвузів, 1974, с. 38-47..

4. Ландсберг Г. С. Елементарний учбовник фізики, 1971, т.1, с..23-285.

7. Зміст навчального матеріалу даної теми:

Основні поняття даної теми: ось обертання, лінійна та кутова швидкість, лінійне та кутове прискорення, момент сили, момент інерції, момент імпульсу, ступінь свободи, вільна ось обертання.

Основні фізичні явища та процеси: рівномірне та рівнозмінне обертання, перевага, невагомість.

Основні формули та закони: формули зв’язку між лінійними та кутовими кінематичними величинами, формули моменту сили, моменту інерції, моменту імпульсу, формули для роботи та енергії при обертальному русі, закон збереження моменту імпульсу, основне рівняння динаміки обертального руху.

Основні фізичні величини: лінійна та кутова швидкість, нормальне, тангенціальне та повне прискорення, лінійне та кутове прискорення, момент сили, момент інерції, момент імпульсу, робота сили, механічна енергія, потужність.

Основні методики медико-біологічних досліджень: центрифугування, балістокардіографія, ергометрія.

Основні медичні прилади: центрифуга, балістокардіограф, ергометр.

8. Завдання для самостійної підготовки студентів:

8.1.Завдання для самостійного вивчення матеріалу теми.

1. Що розглядає біомеханіка обертального руху?

2. Визначення обертального руху.

3. Фізичний смисл тангенціального, нормального, повного прискорення,

лінійного та кутового прискорення, зв’язок між цими величинами та їх одиниці вимірювання.

4. Дія сили на тіло, що має закріплену ось обертання.

5. Момент інерції, головні осі інерції тіла.

6. Основне рівняння динаміки обертального руху.

7. Момент імпульсу та закон збереження моменту імпульсу.

8. Ступіні свободи та визначення їх кількості.

9. Робота та механічна енергія при обертальному русі.

10. Робота та потужність людини, ергометрія.

11. Фізичні основи центрифугування.

8.2. Основна література:

1. Ремізов А.Н. Медична та біологічна фізика, 1987, с. 104-129

2. Ремізов А.Н. Медична та біологічна фізика, 1982, с. 40-62.

3. Лекція “Біомеханіка обертального руху”

8.3. Додаткова література:

1. Лівенцев Н.М. Курс фізики для медвузів,1974, с.38-47.

2. Дж. Б. Меріон. Загальна фізика з біологічними прикладами. 1986, с. 62-90.