MECHANIKA STAWÓW

KINETYKA

Gałąź dynamiki, nauka o siłach które

ruch ciała: wywołują, zatrzymują lub

modyfikują.

Wywołując ruch ciała – siły

zaburzają jego równowagę

Zatrzymując – przywracają mu stan

równowagi.

SIR ISAAC NEWTON

(1642-1727)

• ZASADY:
• I-( bezwładności) jeżeli na ciało nie działają

żadne siły, lub siły działające równoważą

się, to ciało trwa w spoczynku lub porusza

się ruchem jednostajnym prostoliniowym

• II – przyspieszenie ciała jest

proporcjonalne do przyłożonej siły i

odwrotnie proporcjonalne do jego masy

• III – ( zasada akcji i reakcji) każdemu

działaniu odpowiada równe mu, lecz

przeciwnie skierowane, przeciwdziałanie

•Siły reakcji wytwarzane są

też przez mięśnie, ale ich
działanie nie jest widoczne,
niemniej istnieją i
współuczestniczą w dużym
stopniu zarówno w
zachowaniu równowagi, jak i
ruchach ciała ludzkiego

SIŁA

• Jest to popychanie lub pociąganie

( Brunnstrom 1975)

• Wektorowa wielkość fizyczna, będąca

miarą oddziaływania ciał materialnych
za pomocą pól fizycznych

• Wielkość wywołująca zmianę ruchu

ciał lub odkształcenia zgodnie z II
prawem Newtona

SIŁA

• Jednostką siły w układzie SI jest

NIUTON

• Jest to siła, która w kierunku jej

działania nadaje ciału o masie 1 kg
przyspieszenie jednego metra na
kwadrat sekundy

• 1N = 1 kg x 1m/s2

SIŁA

• SIŁA WYPADKOWA – najprostsza

siła, która może wywołać ten sam
efekt jak wszystkie siły działające
razem

Rozkład sił

• Ramię sin&= f1/M cos & = f2/M

• M-mięsień

•                                                     &      f1
•                                           f2
                                                                          przedramię

MECHANIKA STAWÓW

Analizą mechaniki stawów

ludzkich zajmuje się

biomechanika

• BIOMECHANIKA

• Bada przyczyny i skutki ruchów

mechanicznych stawów człowieka
i ich obciążenia

Przyczynami

są siły

wyzwalane przez mięśnie,

ciężar własny ciała lub

obciążenia dodatkowe

(narzędzia pracy, opór

podłoża itd.)

Skutki

wyrażają się

ruchem w stawie i jego

obciążeniem w warunkach

dynamiki,

bezruchem w stawie i

jego obciążeniem w

warunkach statyki, rolą

ochronną mięśni w

stosunku do stawu w

zależności od korzystnego

( bądź nie) układu

dźwigniowego szkieletu.

Napędy mięśniowe mogą

poruszać cały

łańcuch biokinetyczny

( kończyna, kręgosłupa)

składający się z połączenia

ruchowego wielu członów.`

W celu określenia

ruchliwości członu używa

się liczb jego

stopni

swobody

para kinetyczna utworzona przez połączenie

dwóch trzonów nakłada na ruchy pewne więzy,

co można zapisać

wg wzoru

H = 6 – S

gdzie H-liczba stopni swobody jednego członu

względem drugiego(nieruchomego

S - liczba więzów(osi)

Stabilizacja stawu

dokonuje się za pomocą :

- mięśni

-więzadeł

- kształtu nasad kości

Potencjalne możliwości

fizyczne biomaszyny

określają jej

charakterystyki

strukturalne i dynamiczne.

Możliwości dynamiczne

zależą nie tylko od

parametrów

strukturalnych narządu

ruchu i układu zasilania

biomaszyny lecz także od

właściwej koordynacji i

techniki ruchu.

Brak koordynacji ruchowej

( niewłaściwa technika

ruchu) powodować mogą:

- nadmierny wydatek

energetyczny

- przeciążenia stawu.

Cechy strukturalne – wrodzone:

- liczby i klasy par

kinematycznych

( stawów)

- liczby członów ( kości)

- liczby napędów ( mięśni)

- parametry geometryczne

* amplituda ruchów w stawach

*długość włókien i brzuśców

mięśniowych

* długość więzadeł

* proporcje ciała

Dźwignie

• Jest maszyną prostą, urządzeniem do

przekazywania energii ( siły)

• Może wykonywać pracę wtedy, gdy

energia jest przekazywana przez nią

• W ciele ludzkim energia mięśni jest

przenoszona przez kości, by poruszać
segmentem ciała

• Może być transmitowana na obiekty

zewnętrzne ( narzędzia)

Rodzaje dźwigni

dźwignia jednostronna

-przyłożenie

siły mięśniowej i siły oporu jest po

jednej stronie osi obrotu w stawie

dźwignia dwustronna

- siła mięśni i

siła oporu są przyłożone po stronach

przeciwnych osi obrotu w stawie

III-klasy

• pkt przyłożenia siły działania

•

• Pkt podparcia pkt przyłożenia siły oporu

• Wędka – uzyskiwanie szybkości

poruszania się obwodowego segmentu

• ( kończyny, m.naramienny nad stawem ramiennym,

m.ramienny nad st.łokciowym, m.piszczelowy
przedni nad st.skokowym)

dźwignie

• Dźwignie służą albo sile – taczka
• Albo szybkości – wędka
• I klasy – dla siły lub ramię oporu
• II klasy – dla siły
• III klasy – szybkości
• Co traci się na sile odzyskuje się

na szybkości i odwrotnie

dźwignie

• W każdej dźwigni można wyróżnić:
• 1.punkt podparcia ( wokół którego sztywny

drążek obraca się – oś obrotu stawu) -

• 2.ramię siły– między punktem podparcia

dźwigni, a punktem przyłożenia siły -

• 3.ramię oporu – wszystkie części drążka

między punktem podparcia dźwigni a
punktem w którym działa ciężar, jaki ma być
pokonany -

Ramieniem dźwigni

nazywa się odległość od osi

obrotu w stawie do miejsca
przyłożenia wektora siły do

człony

(przyczepu mięśnia do kości)

Ramię siły

- jest to

najkrótsza odległość od

osi obrotu stawu do

wektora siły działającej na

staw

(ramię siły tworzy z wektorem siły kąt

prosty, a długość ramienia siły zmienia

się wraz ze zmianą kąta

stawowego)oznacza to

Środek przyczepu mięśnia

punkt centralny pola przyczepu ścięgna

mięśnia do kości

Linia działania siły mięśnia

łączy środki jego przyczepów

Kąt działania mięśnia

tworzą linie:

łącząca punkt przyczepu mięśnia z osią

obrotu w stawie i linia styczna do ścięgna

mięśnia w punkcie przyczepu( linia

działania mięśnia)

Optymalną sytuacją dla

pracy mechanicznej stawu

jest taki układ kiedy ramię

siły jest równe ramieniu

dźwigni.

(obciążenie stawu jest wtedy

najmniejsze przy największej

możliwości wyzwalania siły

mięśniowej i najbardziej

oszczędnym wydatku

energetycznym)

Kąt ścięgnowo-kostny, to kąt

zawarty między długą osią

kości, na którą działa mięsień, a

kierunkiem przebiegu ścięgna

tego mięśnia

zmiana kąta w stawie nie równa

się zmianie kąta ścięgnowo-

kostnego

najkorzystniejsza teoretycznie

wartość kąta ścięgnowo-

kostnego to taka, która daje

pełne wykorzystanie wyzwalanej

siły mięśnia czyli

st.

Hipomochlion

zwiększa kąt działania mięśni by

zmniejszyć przeciążenia stawów

( krętarz większy kości udowej,

Mięśnie w stosunku do stawów mają

do spełnienia następujące role:

- stabilizacja stawów i stwarzanie

układów odniesienia ( praca w

warunkach statyki)

- poruszanie dźwigni kostnych z

pokonaniem oporu zewnętrznego,

bezwładności, reakcji podłoża,

tarcia ( praca w warunkach

dynamiki)

- ochronę stawów przez regulację

naprężeń kostnych poddawanych

obciążeniom oraz przez

zastosowanie bezpiecznych technik

ruchowych

Bloczek ruchomy

• Np.. 10 kg równoważone przez 5 kg

• 5

•
•
•                               10

PRACA

• Jeżeli ciężar 1 kg uniesie się na

wysokość 1 m to zostanie wykonana
praca 1 kilogramometra ( 1kgm)

• W układzie SI – jednostką pracy

( energii) jest dżul ( J)

• 1 J= 1N x 1m

• ( praca 1 dżula, gdy siła 1 N działa na drodze 1

Mięśnie często kurczą się bez wykonania

pracy w sensie fizycznym, przy czym

wydatkowana jest duża ilość energii

chemicznej dla utrzymania napięcia

mięśnia.

Zdolność mięśnia do pracy tzn. Jego
wydajność, zależna jest od przekroju

poprzecznego oraz jego długości

( odległości skracania mięśnia). Mm.mogą

produkować siłę

3,6

kg/cm2

fizjologicznego przekroju poprzecznego

MOC

Jest to ilość pracy wykonywanej w

jednostce czasu. Jej jednostką w

układzie SI jest wat (W).

1W – to praca 1 J wykonana w czasie

1 s

Warunki pomiaru

momentów sił

mięśniowych w statyce:

- zlokalizować położenie osi

badanego stawu ( oś musi pokrywać

się z osią dźwigni momentomierza)

- ustalić wartość kątów w stawach

sąsiednich

- ustabilizować pozycję ciała ( stawy

sąsiednie)

- podać wartość kąta w stawie

obsługiwanym przez badaną grupę

mięśni, przy której dokonuje się

pomiaru

TRIBOLOGIA STAWÓW

• To nauka i wiedza o procesach zachodzących

w ruchomym styku ciał stałych.

• Zajmuje się tarciem, smarowaniem i

zużywaniem stykających się powierzchni

podczas wzajemnego ruchu( przemieszczania

się) ciał stałych.

• To nauka interdyscyplinarna : fizyka, chemia,

materiałoznawstwo i termodynamika

• Biotribologia – ukierunkowana na

zrozumienie zasad tarcia, zjawisk zużycia

stawów synowialnych

Tarcie –

opór w ruchu między

dwoma ciałami będącymi w

kontakcie.

Wielkości służące do określenia

dynamicznych i energetycznych

skutków tarcia:

- siła tarcia F

- moment tarcia M

-współczynnik tarcia U=F

( gdzie Fn-siła normalna do powierzchni

)

- ciepło tarcia q

, temperatura

tarcia T

TARCIE

suche

– zachodzi w warstwach

wierzchnich niesmarowanych

ciał

płynne

– powierzchnie

całkowicie oddzielone warstwą

płynu

mieszane

Smarowanie hydrodynamiczne

w połączeniach stawowych

( polega na wytworzeniu wyporu

hydrodynamicznego płynu w szczelinie smarnej

dzięki:

- klinowo zwężającej się szczelinie

( kierunku ruchu)

- ruchowi względnemu trących się

ciał

- lepkości środka smarnego i jego

przyczepności do powierzchni

przemieszczających się ciał

PROCESY TARCIA I

SMAROWANIA W STAWACH

- tarcie płynne

- warstwa kilkunastu do

kilkudziesięciu mikronów

- tarcie mieszane – czasem

- starcie do kości po 4 godz

wsp.tarcia od 0,001 do 0,04

Mechanizm smarowania

• wyciskanie

• zasysanie
•

PROCESY ZUŻYCIA STAWÓW

• ZALEŻĄ OD :
• -

biomechanicznych i tribologicznych

własności chrząstek stawowych

• - kształtu i stanu ślizgających się

powierzchni

(kulistość i chropowatość)

• - średnicy głowy kości udowej

(wpływ na

naciski powierzchniowe i długości poślizgu)

• - stopnia aktywności człowieka

( parametrów

ruchu, sił przyśpieszających, prędkości poruszania się,
czasu poruszania się)

-Ciężaru tułowia

- obecności cieczy synowialnej, jej

ilości, jakości, minimalnej grubości

- fizjologii stawu i całego organizmu

- makro – i mikrourazy

( uszkodzenia

powierzchni stawowych, gładkości, zmiany

wymiarów, zmiany własności cieczy)

- jakość płynu

( zmiana lepkości, zmniejszenie

masy cząsteczkowej)

TEST OBCIĄŻENIOWY

• W

= h

• h – wysokość w m
• M –masa ciała
• W

< 20 szczupła sylwetka

• 20 < W

< 25 sylwetka normalna

• 25 < W

nadwaga

• W

> 30 otyłość

Document Outline