МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ УКРАИНЫ
ВИННИЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени Н.И. ПИРОГОВА
Утверждено на методическом совещании
кафедры медицинской и биологической физики
Заведующий кафедры
проф. Хаимзон И.И.
_____ _____________ 20____г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
ПРИ ПОДГОТОВКЕ К ПРАКТИЧЕСКОМУ (СЕМИНАРСКОМУ)
ЗАНЯТИЮ
Учебная дисциплина
Модуль №
Содержательный Модуль №
Тема занятия
Курс
Факультет
медицинская и биологическая физика
2
2
Тема № 4.1. Механические свойства
биотканей.
1
Медицинский, педиатрический
Винница, ВНМУ – 2009
1
1. Тема № 4.1. Механические свойства биотканей.
Актуальность темы.
В течение своей жизни весь человеческий организм испытывает разнообразные
механические влияния. Нет таких клеток, тканей или органов, которые бы не
деформировались в результате собственной деятельности или благодаря внешнему
воздействию. В зависимости от вида биотканей, их состояния и типа деформаций тела
будут по-разному (так или иначе) деформироваться. Это происходит по определенным
законам. Зная данные законы, особенности строения биологических тканей и их
свойства в норме и патологии, врач сможет оказать квалифицированную помощь (или
консультацию) каждому своему пациенту.
Хочется отметить лишь некоторые направления медицины, для которых
особенно важно иметь глубокие знания о механических свойствах биологических
тканей:
 травматология и ортопедия;
 судебная медицина;
 протезирование;
 гигиена;
 спортивная медицина.
2. Учебные цели.
Знать:




физические понятия и законы биореологии;
особенности строения кристаллических и аморфных, полимеров;
виды деформаций и их характеристики;
виды механических моделей вязко-упругих свойств биологических тканей.
Уметь:
 определять модуль Юнга биологических тканей.
3. Междисциплинарная интеграция
(базовые или исходные знания, умения, навыки, необходимые для изучения темы).
Названия предыдущих
дисциплин, изучение
которых способствовало
приобретению базовых
знаний, умений, навыков
Физика
Получены базовые знания, умения, навыки
Тема «Свойства газов жидкостей и твердых тел»:
 уметь распознавать проявления разных видов
деформации, свойств кристаллов и других материалов
2
в технике и природе, создание материалов с
заданными свойствами;
 применять основные понятия и законы, принципы,
правила молекулярной физики, формулы для
определения физических величин и их единиц;
 различать кристаллические и аморфные тела;
 решать расчетные задачи.
4. Обеспечение исходного уровня.
№
З/П
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Вопрос
Ответы
Что такое деформация? Деформация – это изменение формы или объема тела
под действием внешнего фактора (например, силы или
температуры).
Какую
деформацию Упругой называют деформацию, которая полностью
называют упругой?
исчезает после прекращения действия внешнего
фактора (например, силы).
Что
такое Биореология – это раздел механики, который изучает
биореология?
течение и деформацию в биологических системах.
Какой
формулой
Относительная деформация при растяжении (сжатии)
определяется
l
относительная
определяется формулой:  
l0
деформация
при
растяжении (сжатии) ?
Какой вид имеет закон Закон Гука имеет такой вид:
Гука?
1 вариант: F  k  l ;
2 вариант:   Е   .
Какой
формулой Механическое напряжение определяется формулой:
F
определяется
 .
S
механическое
напряжение?
5. Самостоятельная работа студентов.
5.1. Перечень основных терминов, параметров, характеристик (по
теме), которые должен усвоить студент при подготовке к
занятию:
 Упругость – способность тел возобновлять размеры (форму или объем)
после снятия нагрузки.
 Жесткость – способность материала противодействовать внешней
нагрузке.
3
 Эластичность – способность материала изменять размеры под
действием внешних нагрузок.
 Прочность – это способность тел противодействовать разрушению под
действием внешних сил.
 Пластичность – это способность тел хранить (полностью или
частично) изменение размеров после снятия нагрузки.
 Хрупкость – способность материала разрушаться без образования
заметных остаточных (пластических) деформаций.
 Вязкость – это динамическое свойство среды, которое характеризует
способность тела противодействовать изменению его формы при действии
тангенциальных напряжений.
 Текучесть – это динамическое свойство среды, которое характеризует
способность отдельных его слоев перемещаться с некоторой скоростью в
пространстве относительно других слоев этой среды.
5.2. Теоретические вопросы к занятию:
1. Предмет реологии. Особенности строения твердых тел (кристаллические и
аморфные тела, полимеры).
2. Деформация. Упругая и пластичная деформации. Деформации растяжения
(сжатия), сгиба, сдвига, кручения.
3. Характеристики деформации растяжения (сжатия): абсолютное ( l ) и
относительное () удлинение, механическое напряжение (), коэффициент
Пуассона (), модуль Юнга (Е) (формула, единицы измерения).
4. Закон Гука, записанный через коэффициент жесткости (k) и модуль Юнга (Е).
5. Диаграмма
растяжения
стали,
ее
характерные
точки.
Состояние
деформированного тела в этих точках.
6. Биологические ткани как композитные материалы. Деформация биологических
тканей. Вязко-упругие свойства биологических тканей: текучесть (ползучесть) и
релаксация напряжения.
7. Моделирование вязко-упругих свойств биологических тканей с помощью
пружины и цилиндра с поршнем. Модели Максвелла и Кельвина-Фойхта.
5.3. Практическая работа, которая выполняется перед занятием
(дома):
а)Выучить и кратко законспектировать в тетрадь ответы на вопросы № 1 - 7.
б) Решить задачи № 1 – 3.
Задача № 1.
Длина тела до деформации становила 2,5 м, после деформации стала 2,45 м.
Определите, какую величину имеет абсолютное ( l ) и относительное () растяжение
(сжатие)?
4
Задача № 2.
Для деформации тела площадью поперечного сечения 0,005 М2 приложили силу
50 Н. Определите механическое напряжение.
Задача № 3.
Рассмотрите диаграммы растяжения трех тел (цены деления соответствующих осей
равны). У какого тела была наименьшая упругая деформация?


Тіло 1

Тіло 2


Тіло 3

5.4. Задание для самоконтроля
Выберите верный ответ (верные ответы):
№
з/п
1.
2.
Задание для
Варианты ответов
самоконтроля
Какую
деформацию 1. Пластичной называют деформацию, которая
называют пластичной? полностью исчезает после прекращения действия
внешнего фактора (например, силы).
2. Пластичной называют деформацию, при которой
тело остается в деформированном состоянии после
прекращения действия внешнего фактора (например,
силы).
3. Пластичной называют деформацию, при которой в
теле возникают силы упругости.
Какой
формулой 1. l =l - l0 ;
l
определяется
2.   ;
l0
абсолютная
деформация
при 3. F  k  l ;
растяжении (сжатии) ? 4.   Е   .
5
3.
1. Релаксация напряжения – это явление увеличения
со временем величины напряжения в образце при
поддержке постоянной величины деформации.
2. Релаксация напряжения – это явление уменьшения
со временем величины деформации в образце при
поддержке постоянной величины напряжения.
3. Релаксация напряжения – это явление увеличения
Что такое релаксация со временем величины деформации в образце при
напряжения?
поддержке постоянной величины напряжения.
4. Релаксация напряжения – это явление уменьшения
со временем величины напряжения в образце при
поддержке постоянной величины деформации.
5. Релаксация напряжения – это явление уменьшения
со временем величины напряжения в образце к
нулевому значению.
d / d 0
;
l / l0
l / l0

;
d / d 0
l / d 0

;
d / l0
d / d 0

;
l / l0
d  d 0

.
l  l0
1.   
4.
По какой формуле
определяется
коэффициент
Пуассона?
2. 
3. 
4. 
5. 
1. Биологические ткани являют собой упругие
5.
6.
системы.
2. Биологические ткани являют собой вязкие
Что собой являют
системы.
биологические ткани?
3. Биологические ткани являют собой вязко-упругие
системы.
4. Нет верного ответа.
Что такое ползучесть 1. Ползучесть (текучесть) – это явление изменения со
(текучесть)?
временем размеров образца в условиях действия
спадающего напряжения.
2. Ползучесть (текучесть) – это явление изменения
со временем размеров образца в условиях действия
растущего напряжения.
3. Ползучесть (текучесть) – это явление изменения со
временем размеров образца в условиях действия
6
постоянного напряжения.
4. Ползучесть (текучесть) – это явление изменения со
временем напряжения при постоянной деформации.
Какой вид имеет закон 1. l =l - l0 ;
l
Гука?
2.   ;
l0
3. F    l ;
4.   Е   ;
7.
5.  
d / d 0
;
l / l0
6. F  k  l .
Верные ответы: 1 – 2; 2 - 1; 3- 2; 4 – 1; 5 - 3; 6 – 3; 7 – 4 и 6.
6. Литература
Основная:
1. Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая
физика. М.: Дрофа, 2005, стр. 129-134, 139-150.
2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. М.: Высшая школа, 1987
стр. 185-190, 192-203.
Дополнительная:
1. Ливенцев Н.М. Курс физики в 2-х томах. М.: Высшая школа, 1978, т.1, стр. 19-21.
7. Аудиторная работа.
• Вступление.
• Проверка наличия конспектов.
• Рассмотрение вопросов в процессе опроса.
• Решение задач.
• Тестовый контроль знаний студентов.
• Подведение итогов, объяснение домашнего задания.
Автор:
Тарчинец А.И.
7