Heinz-Bodo Schmiedmayer

Transkript

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2 Heinz-Bodo Schmiedmayer meine Freunde rufen mich Bodo Geboren: Ihbi Ich bin also 45Jh Jahre alt Was ich als Kind am Liebsten machte: Modellflugzeuge, Schifahren, Elektronik, Mathe, Pfadfinder. Was jetzt am Liebsten mache: Schifahren, Radfahren, Laufen, Forschen, Entdecken und anderen Mechanik beibringen (also auch wieder was mit Mathe!) 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 2

3 Ihr werdet von mir einiges über die (mechanischen) Kräfte in unserem Körper erfahren! Wir werden auch was rechnen und ich brauche Eure Hilfe! Einiges zeig ich euch am Computer (auch ein kleines Filmchen) Wie in einer richtigen Vorlesung schreib ich auch was an die Tafel und mach das eine oder andere Experiment. Wenn Fragen auftauchen: Stellt sie! Wenn Ihr Fragen mitgebracht habt: Für die ist am Ende Zeit reserviert! Und jetzt gehts los! 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 3

4 Die Menschen waren immer schon neugierig! Leonardo da Vinci ( ): mechanische Überlegungen zur Funktion des menschlichen h Körpers. Versuchte die Kraftentwicklung in den Muskeln und deren Beitrag zur Bewegung zu erklären. 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 4

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6 Aus: Gray's Anatomy of the Human body, 1918 Gelenk Strecksehne Muskel (Strecker) Beugesehne Muskel (Beuger) 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 6

7 Ellbogen Bizeps 0.5kg Wir müssen den Bizeps anspannen, damit wir die Dose halten können Der Unterarm wirkt wie ein Hebel HEBELGESETZ! Wir bestimmen die Kraft im Bizepsmuskel! Muss man nicht auch noch das Gewicht des Unterarms halten? Das geht ganz schön auf die Gelenke! 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 7

8 Muskelkraft ist von der Querschnittsfläche abhängig! Die Sache mit dem Würfel: Doppelte Kantenlänge Vierfache Fläche Achtfaches h Gewicht! Ein Mensch mit 4 Meter Körpergröße, wäre zu schwach zum Aufstehen! 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 8

9 Kraft F max v max zusammenziehen v=0 F iso dehnen Archibald Vivian Hill ( ): Nobelpreis für Physiologie i und Medizin 1922 Muskel können mehr Kraft entwickeln, wenn sie gedehnt werden! Wenn sie sich zusammenziehen, sind sie schwächer! 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 9

10 Gesunder Proband: Prothesengeher: 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 10

11 Gesunder Proband: Prothesengeher: Winkel Sprunggelenk [Grad] Winkel Sprunggelenk [Grad] Winkel Vertikale Oberschenkel [Grad] Zeit [s] Winkel Vertikale Oberschenkel [Grad] Zeit [s] Winkel Knie [Grad] Zeit [s] Winkel Knie [Grad] Zeit [s] Zeit [s] Zeit [s] 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 11

12 Gefördert von: und Forschungsförderungsfonds der gewerblichen Wirtschaft (#802357/6404 K/F/A) 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 12

13 Variable Dichte E-Modul (Zug) Zugfestigkeit Druckfestigkeit Was Kortikalis Wirbelkörper Femurkortikalis Spongiöser Knochen Femurkortikalis Tibiakortikalis Fibulakortikalis Femurkortikalis Tibiakortikalis Größe Einheit kg/m³ kg/m³ 5-28 GPa 1 GPa MPa MPa 93 MPa MPa MPa 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 13

14 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 14

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16 Fascicel (Faserbündel) Längsschnitt Z I M A ~100µm Muskelfaser ~20µm Myofibrille Querschnitt ~1µm ~2.5µm Sarkomer Ruhe Aktin Myosin Z-Scheibe kontrahiert t t /lk t/f i k l Aktin (dünn) Myosin (dick) 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 16

17 Schematischer Querschnitt Anordnung der Querbrücken 60 Aktin 6nm 14.3nm 42.9nm Querbrücken Myosin 12nm 1600nm 160nm 720nm 42nm ~50 (720nm/14.3nm) Querbrückenpaare 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 17

18 F/F max 100% 50% 0% 0.05µ µ 0.05µ µm 0.05µ 1.6µ 0.05µ 0.05µ 0.95µ 0.95µ 0.05µ 0.05µ 0.95µ 0.2µ 0.95µ 0.05µ 0.05µ 0.95µ 1.6µ 0.95µ 0.05µ 9./10. Juli 2008 Kinderuni Technik: Was ist Bio an Mechanik? 18