deformasi pembuluh tulang mekanis jaringan biologis

Deformasi adalah suatu perubahan posisi relatif titik-titik tubuh yang disertai dengan perubahan bentuk dan ukurannya akibat perbuatan kekuatan luar pada tubuh.

Jenis deformasi:

1. Elastis - hilang sama sekali setelah penghentian kekuatan eksternal.

2. Plastik (sisa) - tersisa setelah penghentian kekuatan eksternal.

3. Plastik elastis - hilangnya deformasi secara tidak lengkap.

4. Visco-elastis - kombinasi aliran kental dan elastisitas.

Pada gilirannya, deformasi elastis adalah dari jenis berikut:

a) deformasi tarik atau tekan terjadi di bawah pengaruh gaya yang bekerja searah sumbu benda:

Ciri-ciri utama deformasi

Deformasi tarik (tekan) terjadi pada suatu benda di bawah aksi gaya yang diarahkan sepanjang sumbunya.

dimana l 0 adalah ukuran linier awal benda.

Dl - memanjangkan badan

Deformasi e (perpanjangan relatif) ditentukan oleh rumus

e adalah besaran tak berdimensi.

Ukuran gaya yang cenderung mengembalikan atom atau ion ke posisi semula adalah tegangan mekanis y. Selama deformasi tarik, tegangan y dapat ditentukan oleh rasio gaya luar terhadap luas persilangan tubuh:

Deformasi elastis mematuhi hukum Hooke:

dimana E adalah modulus elastisitas normal (modulus Young adalah modulus mekanik

tegangan yang terjadi pada suatu bahan seiring bertambahnya

dua kali panjang tubuh aslinya).

Jika jaringan hidup mengalami sedikit deformasi, maka disarankan untuk menentukan bukan modulus Young, tetapi koefisien kekakuannya. Kekakuan mencirikan kemampuan lingkungan fisik untuk menahan pembentukan deformasi.

Mari kita bayangkan kurva tarik eksperimental:

OA adalah deformasi elastis yang mematuhi hukum Hooke. Titik B adalah batas elastis yaitu. tegangan maksimum di mana deformasi belum terjadi, yang tersisa di benda setelah tegangan dihilangkan. VD - fluiditas (tegangan, mulai dari mana deformasi meningkat tanpa peningkatan tegangan).

Elastisitas yang melekat pada polimer disebut elastisitas.

Setiap sampel yang mengalami kompresi atau tegangan sepanjang sumbunya juga mengalami deformasi dalam arah tegak lurus.

Nilai mutlak Rasio deformasi transversal terhadap deformasi longitudinal suatu sampel disebut koefisien deformasi transversal atau rasio Poisson dan dilambangkan:

(nilai tak berdimensi)

Untuk bahan yang tidak dapat dimampatkan (pasta kental; karet) m=0,5; untuk sebagian besar logam m?

Nilai rasio Poisson untuk tegangan dan kompresi adalah sama. Jadi, dengan menentukan rasio Poisson, seseorang dapat menilai kompresibilitas material.

Pemodelan reologi jaringan biologis

Rheologi adalah ilmu tentang deformasi dan fluiditas materi.

Sifat elastis dan kental suatu benda mudah dimodelkan.

Mari kita sajikan beberapa model reologi.

a) Model benda elastis adalah pegas elastis.

Ketegangan yang timbul pada pegas ditentukan oleh hukum Hooke:

Jika sifat elastis suatu bahan sama ke segala arah maka disebut isotropik; jika sifat tersebut tidak sama maka disebut anisotropik.

b) Model zat cair kental adalah zat cair yang terletak di dalam silinder yang pistonnya menempel longgar pada dindingnya atau: - Piston berlubang yang bergerak di dalam silinder yang berisi zat cair.

Model ini dicirikan oleh hubungan berbanding lurus antara tegangan yang dihasilkan y dan laju regangan

di mana z adalah koefisien viskositas dinamis.

c) Model reologi Maxwell merepresentasikan unsur elastis dan kental yang dihubungkan secara seri.

Pengoperasian elemen individual bergantung pada kecepatan pemuatan elemen umum.

Untuk deformasi elastis, hukum Hooke terpenuhi:

Laju deformasi elastis adalah:

Untuk deformasi kental:

maka laju deformasi viskosnya adalah:

Laju total deformasi viskoelastik sama dengan jumlah laju deformasi elastis dan viskos.

Itu di sana persamaan diferensial model Maxwell.

Penurunan persamaan rambat jaringan biologis. Jika gaya diterapkan pada model, pegas langsung memanjang dan piston ikut bergerak kecepatan tetap. Dengan demikian, fenomena creep diwujudkan dalam model ini. Jika F=const, maka tegangan yang dihasilkan y=const, yaitu maka dari persamaan (3) kita peroleh.

Ketika gaya eksternal bekerja pada suatu benda, deformasi muncul, ukuran dan bentuk benda berubah. Pada benda yang mengalami deformasi, timbul gaya elastis yang menyeimbangkan gaya luar.

Jenis deformasi. Deformasi elastis dan tidak elastis

Deformasi dibedakan menjadi elastis dan inelastis. Elastisitas adalah deformasi yang hilang ketika efek deformasi berhenti. Deformasi tidak lagi elastis jika gaya luar menjadi lebih besar dari nilai tertentu, yang disebut batas elastis. Dengan jenis deformasi ini, partikel kembali dari posisi kesetimbangan baru dalam kisi kristal ke posisi kesetimbangan lama. Tubuh sepenuhnya mengembalikan ukuran dan bentuknya setelah beban dihilangkan.

Deformasi tidak elastis pada benda padat disebut plastis. Selama deformasi plastis, terjadi restrukturisasi kisi kristal yang ireversibel.

hukum Hooke

Ilmuwan Inggris R. Hooke menemukan bahwa selama deformasi elastis, perpanjangan pegas yang mengalami deformasi (x) berbanding lurus dengan gaya eksternal (F) yang diterapkan padanya. Hukum ini dapat ditulis sebagai:

dimana proyeksi gaya pada sumbu X; x - ekstensi pegas sepanjang sumbu X; k adalah koefisien elastisitas pegas (kekakuan pegas). Jika kita menggunakan konsep gaya elastis () untuk pegas yang mengalami deformasi, maka hukum Hooke ditulis sebagai:

dimana adalah proyeksi gaya elastis pada sumbu X. Kekakuan pegas adalah besaran yang bergantung pada bahan, ukuran kumparan pegas dan panjangnya.

Ketika batang homogen dideformasi oleh tegangan atau kompresi unilateral, batang tersebut berperilaku seperti pegas. Artinya, dengan deformasi kecil, hukum Hooke terpenuhi. Gaya elastis pada suatu batang biasanya digambarkan dengan menggunakan tegangan. Tegangan adalah kuantitas fisik sama dengan modulus gaya elastis per satuan luas penampang batang. Dalam hal ini, diasumsikan bahwa gaya terdistribusi secara merata pada penampang dan tegak lurus terhadap permukaan penampang.

Judul="Diberikan oleh QuickLaTeX.com" height="12" width="45" style="vertical-align: 0px;">, если происходит растяжение и при сжатии. Напряжение называют еще нормальным. Выделяют тангенциальное напряжение , которое равно:!}

dimana gaya elastis yang bekerja sepanjang lapisan benda; S adalah luas lapisan yang ditinjau.

Perubahan panjang batang () sama dengan:

dimana E adalah modulus Young; l adalah panjang batang. Modulus Young mencirikan sifat elastis suatu bahan.

Ketegangan (kompresi), geser, torsi

Peregangan unilateral melibatkan peningkatan panjang tubuh ketika terkena gaya tarik. Ukuran deformasi jenis ini adalah nilai perpanjangan relatif, misalnya untuk batang ().

Deformasi tarik (kompresi) menyeluruh memanifestasikan dirinya dalam perubahan (peningkatan atau penurunan) volume tubuh. Bentuk tubuh tidak berubah. Gaya tarik (tekan) tersebar merata ke seluruh permukaan benda. Ciri-ciri deformasi jenis ini adalah perubahan relatif volume benda ().

Jadi, kami melihat sedikit pada deformasi tarik (tekan); selain itu, ada perbedaan antara geser dan torsi.

Geser adalah jenis deformasi di mana lapisan datar suatu benda padat dipindahkan sejajar satu sama lain. Dengan deformasi jenis ini, lapisan tidak berubah bentuk dan ukurannya. Besaran deformasi ini adalah sudut geser () atau besarnya geser () (perpindahan salah satu alas benda). Hukum Hooke untuk deformasi geser elastis ditulis sebagai:

dimana G adalah modulus elastisitas transversal (modulus geser), h adalah ketebalan lapisan yang dapat dideformasi; - sudut geser.

Deformasi torsi terdiri dari rotasi relatif bagian-bagian yang sejajar satu sama lain, tegak lurus terhadap sumbu sampel. Momen gaya (M) yang memutar batang bulat seragam membentuk sudut sama dengan:

dimana C adalah konstanta torsi.

Teori elastisitas telah membuktikan bahwa semua jenis deformasi elastis dapat direduksi menjadi deformasi tarik atau tekan yang terjadi pada suatu waktu.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan

Berapakah tegangan yang timbul pada seutas benang baja berpenampang lingkaran jika sebuah beban bermassa kg digantung pada salah satu ujungnya? Diameter suspensi adalah m.

Larutan

Gaya gravitasi () yang diterapkan pada beban menyebabkan timbulnya gaya elastis (), yang diterapkan pada suspensi. Dalam modulus, gaya-gaya ini sama: Luas penampang suspensi sama dengan luas lingkaran: Menurut definisi, ketegangan sama dengan: Dari konteks soal jelas bahwa gaya elastis yang tegak lurus permukaan penampang benang, dengan menggunakan rumus (1.1), (1.2) dan (1.3), kita peroleh: Mari kita hitung nilai tegangan yang dibutuhkan:

Deformasi geser, puntir, dan tekuk adalah perubahan volume dan bentuk suatu benda ketika ada beban tambahan yang diberikan padanya. Dalam hal ini, jarak antar molekul atau atom berubah, sehingga menimbulkan munculnya Mari kita perhatikan ciri-ciri utama dan ciri-cirinya.

Kompresi dan peregangan

Regangan tarik berhubungan dengan pemanjangan benda secara relatif atau mutlak. Contohnya adalah batang homogen yang dipasang pada salah satu ujungnya. Ketika gaya yang bekerja berlawanan arah diterapkan sepanjang sumbu, batang akan meregang.

Gaya yang diterapkan pada ujung batang yang tetap menyebabkan kompresi benda. Pada proses kompresi atau peregangan terjadi perubahan luas penampang tubuh.

Deformasi tarik adalah perubahan wujud suatu benda yang disertai perpindahan lapisan-lapisannya. Tipe ini dapat dianalisis pada model benda padat yang terdiri dari pelat-pelat sejajar yang dihubungkan satu sama lain oleh pegas. Akibat gaya horizontal, pelat-pelat tersebut bergeser dengan sudut tertentu, tetapi volume benda tidak berubah. Dalam kasus antara gaya yang diterapkan pada benda dan sudut geser, hubungan berbanding lurus terungkap.

Deformasi lentur

Mari kita lihat contoh deformasi jenis ini. Jika terjadi pembengkokan, bagian tubuh yang cembung mengalami peregangan tertentu, dan bagian cekung mengalami kompresi. Di dalam benda yang mengalami deformasi jenis ini, terdapat lapisan yang tidak mengalami kompresi maupun regangan. Biasanya disebut daerah netral benda yang mengalami deformasi. Di dekatnya Anda bisa mengecilkan area tubuh.

Dalam teknologi, contoh deformasi jenis ini digunakan untuk menghemat material, serta untuk mengurangi berat struktur yang didirikan. Balok dan batang padat diganti dengan pipa, rel, dan balok I.

Deformasi torsi

Deformasi memanjang ini merupakan geser yang tidak seragam. Hal ini terjadi ketika gaya bekerja sejajar atau berlawanan dengan batang yang salah satu ujungnya dipasang. Paling sering, berbagai bagian dan mekanisme yang digunakan dalam struktur dan mesin mengalami deformasi yang kompleks. Namun berkat kombinasi beberapa varian deformasi, penghitungan propertinya disederhanakan secara signifikan.

Ngomong-ngomong, dalam proses evolusi yang signifikan, tulang burung dan hewan mengadopsi struktur versi tubular. Perubahan ini berkontribusi pada penguatan kerangka secara maksimal pada berat badan tertentu.

Deformasi pada contoh tubuh manusia

Tubuh manusia mengalami tekanan mekanis yang serius akibat usaha dan beratnya sendiri, yang tampak sebagai aktivitas fisik. Secara umum deformasi (pergeseran) merupakan ciri-ciri tubuh manusia:

• Tulang belakang, kaki, dan anggota tubuh bagian bawah mengalami kompresi.
• Ligamen meregang, anggota tubuh bagian atas, otot, tendon.
• Lekukan merupakan ciri khas anggota badan, tulang panggul, dan tulang belakang.
• Leher mengalami torsi selama rotasi, dan tangan mengalaminya selama rotasi.

Namun jika terlampaui, bisa saja terjadi pecah, misalnya pada tulang bahu dan pinggul. Pada ligamen, jaringan-jaringan terhubung dengan sangat elastis sehingga dapat diregangkan dua kali. Omong-omong, deformasi geser menjelaskan bahaya bagi wanita berjalan dengan sepatu hak tinggi. Berat badan akan berpindah ke jari, yang akan menggandakan beban pada tulang.

Menurut hasilnya pemeriksaan medis dilakukan di sekolah, hanya satu dari sepuluh anak yang dianggap sehat. Bagaimana kelainan bentuk tubuh berhubungan dengan kesehatan anak? Pergeseran, torsi, kompresi merupakan penyebab utama postur tubuh yang buruk pada anak-anak dan remaja.

Kekuatan dan deformasi

Terlepas dari keragaman dunia hidup dan mati, meskipun banyak objek material diciptakan oleh manusia, semua objek dan makhluk hidup memiliki sifat yang sama - kekuatan. Hal ini umumnya dipahami sebagai kemampuan suatu bahan untuk dipertahankan dalam jangka waktu yang lama tanpa kerusakan yang terlihat. Ada kekuatan struktur, molekul, struktur. Karakteristik ini cocok untuk pembuluh darah, tulang manusia, kolom bata, gelas, air. Deformasi geser adalah pilihan untuk menguji kekuatan suatu struktur.

Aplikasi jenis yang berbeda deformasi manusia memiliki akar sejarah yang dalam. Semuanya berawal dari keinginan untuk menyambungkan tongkat dan ujung yang tajam untuk berburu binatang purba. Di masa-masa yang jauh itu, orang-orang tertarik pada deformasi. Pergeseran, kompresi, peregangan, dan pembengkokan membantunya menciptakan rumah, peralatan, dan menyiapkan makanan. Dengan berkembangnya teknologi, umat manusia telah berhasil memanfaatkan berbagai jenis deformasi sehingga membawa manfaat yang signifikan.

hukum Hooke

Perhitungan matematis yang diperlukan dalam konstruksi dan teknologi memungkinkan penerapan deformasi geser. Rumusnya menunjukkan hubungan langsung antara gaya yang diterapkan pada benda dan perpanjangannya (kompresi). Hooke menggunakan koefisien kekakuan, yang menunjukkan hubungan antara suatu material dan kemampuannya untuk berubah bentuk.

Saat kami berkembang dan meningkat sarana teknis, peralatan dan instrumen, pengembangan teori resistensi, studi serius tentang plastisitas dan elastisitas dilakukan. Hasil eksperimen mendasar mulai digunakan dalam teknologi konstruksi, teori struktur, dan mekanika teoretis.

Terimakasih untuk pendekatan terpadu terhadap permasalahan yang berkaitan dengan berbagai jenis deformasi, dimungkinkan untuk mengembangkan industri konstruksi dan melakukan pencegahan postur yang benar di kalangan generasi muda negara ini.

Kesimpulan

Deformasi yang dibahas dalam mata pelajaran fisika sekolah mempengaruhi proses yang terjadi di dunia kehidupan. Pada organisme manusia dan hewan, torsi, pembengkokan, peregangan, dan kompresi terus terjadi. Dan untuk melakukan pencegahan masalah yang terkait dengan postur atau kelebihan berat badan secara tepat waktu dan lengkap, dokter menggunakan ketergantungan yang diidentifikasi oleh fisikawan selama penelitian mendasar.

Misalnya sebelum melakukan prostetik anggota tubuh bagian bawah, perhitungan rinci tentang beban maksimum yang harus dirancang dilakukan. Prostesis dipilih untuk setiap orang secara individual, karena penting untuk mempertimbangkan berat badan, tinggi badan, dan mobilitas orang tersebut. Jika terjadi gangguan postur, sabuk koreksi khusus digunakan, berdasarkan penggunaan deformasi geser. Pengobatan rehabilitasi modern tidak akan ada tanpa penggunaan hukum fisika dan fenomena, termasuk tanpa memperhitungkan pola berbagai jenis deformasi.

Deformasi dibagi menjadi reversibel (elastis) dan ireversibel (inelastis, plastis, mulur). Deformasi elastis menghilang setelah gaya yang diterapkan berakhir, tetapi deformasi ireversibel tetap ada. Deformasi elastis didasarkan pada perpindahan reversibel atom-atom suatu benda dari posisi setimbang (dengan kata lain, atom tidak melampaui batas ikatan antar atom); Ireversibel didasarkan pada pergerakan atom yang tidak dapat diubah pada jarak yang signifikan dari posisi kesetimbangan awal (yaitu, melampaui batas ikatan antar atom, setelah menghilangkan beban, melakukan reorientasi ke posisi kesetimbangan baru).

Deformasi plastis adalah deformasi ireversibel yang disebabkan oleh perubahan tegangan. Deformasi mulur adalah deformasi ireversibel yang terjadi seiring berjalannya waktu. Kemampuan suatu zat untuk berubah bentuk secara plastis disebut plastisitas. Selama deformasi plastis suatu logam, bersamaan dengan perubahan bentuk, sejumlah sifat berubah - khususnya, selama deformasi dingin, kekuatan meningkat.

YouTube ensiklopedis

1 / 3

✪ Pelajaran 208. Deformasi padatan. Klasifikasi jenis deformasi

✪ Deformasi dan gaya elastis. Hukum Hooke | Fisika kelas 10 #14 | Informasi pelajaran

✪ Deformasi

Subtitle

Jenis deformasi

Paling tipe sederhana deformasi tubuh secara keseluruhan:

Dalam kebanyakan kasus praktis, deformasi yang diamati merupakan kombinasi dari beberapa deformasi sederhana secara simultan. Pada akhirnya, setiap deformasi dapat direduksi menjadi dua deformasi yang paling sederhana: tegangan (atau kompresi) dan geser.

Studi tentang deformasi

Sifat deformasi plastis dapat bervariasi tergantung pada suhu, durasi beban atau laju regangan. Dengan beban konstan yang diterapkan pada benda, deformasi berubah seiring waktu; fenomena ini disebut merayap. Dengan meningkatnya suhu, laju mulur meningkat. Kasus khusus dari creep adalah relaksasi dan efek elastis. Salah satu teori yang menjelaskan mekanisme deformasi plastis adalah teori dislokasi pada kristal.

Kontinuitas

Dalam teori elastisitas dan plastisitas, benda dianggap “padat”. Kontinuitas (yaitu, kemampuan untuk mengisi seluruh volume yang ditempati oleh materi benda, tanpa ada rongga) adalah salah satu sifat utama yang dikaitkan dengan benda nyata. Konsep kesinambungan juga mengacu pada volume dasar di mana suatu benda dapat dibagi secara mental. Perubahan jarak antara pusat masing-masing dua volume yang berdekatan dalam suatu benda yang tidak mengalami diskontinuitas haruslah kecil dibandingkan dengan nilai awal jarak tersebut.

Deformasi dasar paling sederhana

Deformasi dasar paling sederhana(atau deformasi relatif) adalah perpanjangan relatif suatu elemen:

ϵ = (l 2 − l 1) / l 1 = Δ l / l 1 (\displaystyle \epsilon =(l_(2)-l_(1))/l_(1)=\Delta l/l_(1))

Dalam praktiknya, deformasi kecil lebih umum terjadi - seperti itu ϵ ≪ 1 (\displaystyle \epsilon \ll 1).

Apa itu deformasi?

Bahan dan produk jadi mengalami deformasi akibat beban. Deformasi adalah perubahan bentuk suatu bahan atau produk akibat pengaruh beban. Proses ini tergantung pada besarnya dan jenis beban, struktur internal, bentuk dan sifat susunan partikel.

Deformasi terjadi karena perubahan struktur dan susunan molekul, pendekatan dan jaraknya, yang disertai dengan perubahan gaya tarik menarik dan tolak menolak. Ketika beban bekerja pada material, beban tersebut dilawan kekuatan internal, disebut gaya elastis. Besarnya dan sifat deformasi material bergantung pada rasio gaya luar dan gaya elastis.

Deformasi dibedakan:

• - reversibel;
• - tidak dapat diubah;

Deformasi reversibel adalah deformasi dimana benda pulih sepenuhnya setelah beban dihilangkan.

Jika benda tidak kembali ke posisi semula setelah beban dihilangkan, maka deformasi ini disebut ireversibel (plastik).

Deformasi reversibel bisa bersifat elastis atau elastis. Deformasi elastis adalah ketika ukuran dan bentuk suatu benda, setelah beban dihilangkan, dikembalikan secara instan, dengan kecepatan suara, yaitu. itu memanifestasikan dirinya dalam waktu singkat. Hal ini ditandai dengan perubahan elastis pada kisi kristal.

Deformasi elastis - ketika ukuran dan bentuk tubuh dikembalikan ke dalam setelah beban dihilangkan jangka waktu yang lama. Konsep deformasi elastis berlaku terutama untuk berat molekul tinggi senyawa organik, yang merupakan bagian dari kulit, karet, terdiri dari molekul-molekul dengan jumlah yang besar tautan Biasanya disertai dengan fenomena termal, penyerapan atau pelepasan panas, yang berhubungan dengan fenomena gesekan antara molekul dan kompleksnya. Deformasi elastis lebih besar dari deformasi elastis.

Deformasi elastis penting saat menggunakan pakaian, terutama pakaian olahraga; hal ini terkait dengan kekusutan dan pelurusan kain. Kain yang mengalami deformasi elastis ditandai dengan peningkatan keausan.

Deformasi ireversibel disertai dengan lokasi baru partikel elementer karena geser atau slip, perpindahan beberapa partikel.

Setiap jenis deformasi diukur setelah waktu tertentu setelah beban dilepas, misalnya elastis diukur setelah 2 menit, elastis setelah 20 menit. dll. Nilai-nilai ini akan sesuai dengan deformasi elastis bersyarat, elastis bersyarat, dan plastis bersyarat.

Indikator deformasi.

Indikator utama deformasi adalah: pemanjangan dan kontraksi absolut dan relatif, batas proporsionalitas, kekuatan luluh, modulus elastisitas, panjang putus, relaksasi.

Perpanjangan absolut dan relatif:

dimana Dl adalah perpanjangan mutlak (m); l dan l0 - panjang akhir dan awal benda (m).

• - batas proporsionalitas: mencirikan kekuatan material dalam batas elastisitas;
• - kekuatan luluh: sifat suatu bahan untuk berubah bentuk di bawah beban konstan disebut luluh.

Titik luluh adalah ketika hasil suatu bahan tidak dinyatakan dengan jelas, mis. ketika menerima perpanjangan permanen sebesar 0,2%.

• - relaksasi - penurunan stres pada benda yang mengalami deformasi, terkait dengan transisi spontan partikel ke keadaan setimbang.
• - panjang putus - panjang minimum di mana material patah karena pengaruh beratnya sendiri.