Механические свойства твердых тел и биологических тканей. Кристаллические и аморфные тела. Полимеры. Кристаллы. Кристаллическое состояние

Механические свойства твердых тел и биологических тканей

1.Кристаллические и аморфные тела. Полимеры. 2.Жидкие кристаллы. 3.Механические свойства твердых тел. 4.Механические свойства биологических тканей: - костная ткань, - мышцы, - сосудистая ткань, 5.Значение пассивных механических свойств биологических тканей для медицины.

1.Кристаллические и аморфные тела. Полимеры

Кристаллы. Кристаллическое состояние характеризуется анизотропией – зависимостью физических свойств от направления. Кристаллические решетки: ионные, атомные, металлические, молекулярные.

Аморфные тела

Основная макроскопическая особенность – пространственная изотропия. Главная особенность внутреннего строения – отсутствие дальнего порядка. Твердое аморфное состояние называют – стеклообразным.

Полимеры.

• Микроскопическое строение – длинные цепи атомарных или молекулярных группировок.
• Конформационные превращения – изменение пространственной формы макромолекул полимера.

Жидкие кристаллы

Это вещества, которые обладают свойствами жидкостей и кристаллов. .

Нематические Смектические Холестерические

3.Механические свойства твердых тел

Деформация – это изменение взаимного расположения точек тела приводящее к изменению его формы и размеров. Причина деформации – внешняя сила. Деформация упругая – если после прекращения действия силы она исчезает. Деформация пластическая – если после прекращения действия силы она сохраняется. Деформация упругопластическая – если после прекращения действия силы она исчезает не полностью.

Денформация Раятяжения-сжатия Сдвига

Деформационные параметры

Абсолютное удлинение - Относительное удлинение – Механическое напряжение - Закон Гука -

Е – модуль Юнга. Характеризует напряжение при котором ε=1

ОА – упругая деформация, АВ – предел упругости, CD – предел текучести, D – предел прочности.

Упругость свойственную полимерам называют- высокоэластичностью.

Механические свойства некоторых материалов

Моделирование упругих свойств биологических объектов

Модель Максвелла

Модель Кельвина - Фойхта

Результаты моделирования вязко – упругих свойств твердых тел

Зависимость напряжения от времени

Зависимость относительного удлинения для идеально упругого тела

Зависимость относительного удлинения для идеально вязкого тела.

Зависимость относительного удлинения для модели Кельвина - Фойхта .

Зависимость относительного удлинения для модели Максвелла.

Механические свойства биологических тканей

Костная ткань – 75% составляет неорганическое вещество – гидроксилопатит, - 25% коллаген – органическое вещество. Плотность – 2400 кг/м3. Модуль Юнга – 10 ГПа. Предел прочности – 100 МПа.

Временная зависимость относительной деформации б – для модели, в – для костной ткани.

ОА – упругая деформация, АВ – участок ползучести, ВС – прекращается нагрузка, CD – участок ползучести.

Механические свойства биологических тканей

Кожа. 75% - коллаген, 4% - эластин (волокнистый белок), Механические свойства

Механические свойства биологических тканей

Мышцы. Состав – коллаген и эластин.

Механические свойства моделируются моделью Максвелла

Значение пассивных механических свойств биологических тканей для медицины

• В космической медицине, так как человек находится в новых, экстремальных, условиях обитания.
• В спортивной медицине результативность достижений зависит от опорно-двигательного аппарата человека.
• В протезировании при замене естественных органов искусственными важно знать механические свойства и параметры биологических объектов.
• В судебной медицине необходимо знать устойчивость биологических структур.
• В травматологии и ортопедии вопросы механического воздействия на организм являются определяющими.