Physik für Mediziner und Zahnmediziner
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- Karl Holst
- vor 7 Jahren
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1 Physik fü Medizine und Zahnmedizine Volesung 01 Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 1
2 Liteatu Hams, V.: Physik fü Medizine und Phamazeuten (Hams Velag) Haten, U.: Physik fü Medizine (Spinge) Kamke/Walche: Physik fü Medizine (Teubne) Seibt, W.: Physik fü Medizine (Thieme) Tautwein, Keibig, Hüttemann: Physik fü Medizine, Biologen und Phamazeuten (de Guyte) Titthat, H.: Medizinische Physik (Schatthaue) Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 2
3 ...Kategoien Gundlagen: notwendige Kenntnisse und Fähigkeiten Wissenswetes: Infomationen jenseits des Notwendigen Fü Expeten: Medzinische Physik... Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 3
4 Bewegung des menschlichen Köpes Gelenk Knochen Muskeln (+Sehnen) Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 4
5 Bewegung des menschlichen Köpes F Bizeps F Tizeps Dehachse Hebel Kaft Bewegung = Rotation von Köpeteilen um Gelenke Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 5
6 Rotation Kaft füht zu Rotation des Hebels entgegen dem Uhzeigesinn F F Kaft füht zu Rotation des Hebels im Uhzeigesinn F F Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 6
7 Dehmoment =Kaft x Hebelam F Dehachse Hebelam Kaft F Hebelam: Vekto von de Dehachse zum Angiffspunkt de Kaft Hebelam und Kaft besitzen Betag und Richtung, d.h. sie sind Vektoen ( Pfeile übe den Symbolen) Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 7
8 Dehmoment Expeiment Beobachtung Deutung Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 8
9 Dehmoment =Kaft x Hebelam F F Hebelwikung um so göße je göße de Hebelam Dehmoment T T F F (voläufige Definition) Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 9
10 De Kahn Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 10
11 Dehmoment =Kaft x Hebelam F Hebelwikung um so göße je göße die Kaft F s senkecht zum Hebelam F Dehmoment T F T F s Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 11
12 Dehmoment =Kaft x Hebelam F s F Definition: T F s Das Dehmoment ist das Podukt aus Hebelam F sin und Kaft F s senkecht zum Hebelam F s : Kaftkomponente senkecht zum Hebelam : Hebelam : Winkel zwischen Hebelam und Kaft Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 12
13 Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 13 Dehmoment =Kaft x Hebelam F s F F T sin F F T s F T sin F F T s De Dehmomentvekto ist das Keuzpodukt (Vektopodukt) aus Hebelam und Kaft F T Definition:
14 ...die Einheiten T F s F sin... (fast) keine physikalische Göße ohne Einheit! Kaft wid gemessen in Newton: N Länge wid gemessen in Mete: m Dehmoment wid gemessen in Nm (spich: Newtonmete) Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 14
15 Rotation (noch einmal) F F... die Kaftkomponente senkecht zum Hebelam bestimmt die Dehichtung Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 15
16 Ganolle Expeiment Beobachtung Deutung Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 16
17 Die unatige Ganolle F F s F Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 17
18 Die atige Ganolle F F s F Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 18
19 Die stue Ganolle F s 0 F Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 19
20 Gleichgewicht: das Hebelgesetz F F 2 T T2 ode T1 T2 1 0 Jedes Dehmoment füht zu eine Rotation des Hebels um die Dehachse ode im Gleichgewicht (Hebel in Ruhe) ist die Summe de angeifenden Dehmomente gleich Null i T i 0 Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 20
21 Hebelgesetz: technische Ausfühung Lastam 1 Kaftam 2 Last F 1 s F 2 Kaft F s 2 Kaft x Kaftam = Last x Lastam Bemekung: diese technische Fomulieung setzt voaus, dass Last und Kaft jeweils senkecht zum Lastam bzw. Kaftam definiet sind Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 21
22 de Mensch als technische Hebel... Last: Gewichtskaft des eigenen Köpes (eines Köpeteils) ode eine extenen Masse m F G m g g: Edbeschleunigung g g zeigt nach unten m m s s Bemekung: die Physik untescheidet zwischen Gewicht(skaft) gemessen in N und Masse gemessen in kg Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 22
23 Exkus: Edbeschleunigung Newtonsches Gavitationsgesetz: mm M m m g 2 R R F 2 R F F R: Edadius (= 6370km) M: Edmasse (= kg) : Gavitationskonstante (= m 3 /kg s 2 ) g m s m 10 s Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 23
24 Gavitationswaage Kleine Massen Goße Massen Umlegen de goßen Massen Dehbae Fede Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 24
25 Gavitationswaage Expeiment Beobachtung Deutung Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 25
26 de Mensch als technische Hebel...(Fots.) F 1 F1s F1 sin F 2 F 2 =mg Hebelgesetz: 1F 1 sin 2F2 Paktikum: messe fü feste Last (F 2 ) die zu Einstellung des Gleichgewichts notwendige Bizepskaft (F 1 ) in Abhängigkeit von Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 26
27 Hebelgesetz: Anwendung auf Wippe Eva m 1 Eva und Adam (m 1 =12kg und m 2 =18kg) sitzen auf eine Wippe. Eva sitzt am äußesten Ende de Wippe im Abstand 3m von de Dehachse. Wie kann Adam die Wippe ins Gleichgewicht bingen? m 2 Adam Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 27
28 Hebelgesetz: Anwendung auf Wippe Eva Adam T Eva m gl 1 1 m gl 2 2 T Adam m1 l l1 m 12 3m m l 1 l 2 m 1 m 2 Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 28
29 3 Hebelaten F Kaft F Last Dehachse zwischen Kaft und Last Übe- ode Untesetzung F Kaft F Last Kaft zwischen Dehachse und Last Untesetzung F Kaft F Last Last zwischen Dehachse und Kaft Übesetzung Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 29
30 3 Hebelaten Fedezug- Richtung = Last F Kaft F Last F Kaft F Kaft F Last F Last Gewichts Kaft = Last Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 30
31 ...die menschlichen Hebel die menschlichen Hebel sind aus Sicht des Hebelgesetzes nicht gut konstuiet: F Kaft >> F last Ausnahmen: Knöchel- und Kiefegelenk Gund: Beweglichkeit wichtige als Kaftübetagung Vegleich Industieobote F1s F1 sin cos F 1
32 Gelenktypen und ihe Feiheitsgade Hüfte Schulte hintee Handwuzelgelenke Daumengelenk Knie, Ellenbogen Gelenk zwischen Elle und Speiche Kehlkopf Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 32
33 Zusammenfassung: Dehmoment und Hebelgesetz Dehmoment T Fs F sin s Im Gleichgewicht ist die Summe de angeifenden Dehmomente gleich Null: T i 0 Kaft x Kaftam = Last x Lastam i Gewichtskaft g F G m 9.81 s m g m 10 s 2 2 Einheiten: Kaft...N Dehmoment... Nm Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 33
34 ...was Sie können müssen vektoielle Kaftzelegung F s F Analyse und Beechnung einfache Hebelanodnungen Last Lastam F 1 1 Kaftam 2 F 2 Kaft Kaft x Kaftam = Last x Lastam Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 34
35 Kontollfagen Geben Sie eine notwendige Bedingung dafü, dass sich ein Hebel im Gleichgewicht befindet. Geben Sie eine Definition des Dehmomentes, die die Richtung von Käften und Hebelamen beücksichtigt. Ein einamige Hebel wid am äußesten Ende gegenübe de Dehachse belastet. Ist die fü das Gleichgewicht notwendige Kaft göße, kleine ode gleich de Last? Welche de Möglichkeiten können ealsiet weden? Beechnen Sie die Gewichtskaft (in N) eine Masse m=200g. Nennen Sie die Bedingung dafü, dass eine Kaft kein Dehmoment veusacht. Pof. F. Wögötte (nach M.Seibt) -- Physik fü Medizine und Zahnmedizine 35
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