Biomechanika alapjai

2014.12.01.
Bewegungsformen
= Translation+ Rotation
Zusammengesetzte
Bewegung
Biomechanik
Drehmomente von
Kräften!
Kräfte!
Rotation
Translation
Physikalische Grundlagen der zahnärztlichen
Materialkunde 12.
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1
Kraft und Drehmoment
Statik – Gleichgewicht. Hebel
Rotation ist auch dann möglich, wenn
die Summe der Kräfte gleich Null ist!
F
Gleichgewicht 
 Fi  0
und
 Mi  0
 Fi  0
F
Hebel:
F = mg
Translation- Beschleunigung
Im Gleichgewicht:
 Mi  0
F
Kraftarm r
Drehpunkt/-Achse
Angriffspunkt
rG  G  M G  M F  rF  F
F

rF
Drehmoment (M):
M rF
(Nm)
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rG
Hebelgesetz:
G
F rG

G rF
Kraftvervielfachung
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1
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Beispiele
Hebelarten
„Kraft”
„Last”
G
F
zweiseitiger 1. Art:
G
2. Art:
F
einseitiger
3. Art:
G
F
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Beispiele
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Hebel in der zahnärztlichen Praxis
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8
2
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Kräftepaar, Ersetzung eines Kraftsystems
Kräfte und Drehmomente im Körper
Kräftepaar: zwei gleich große Kräfte in
entgegengesetzten Richtungen
F
FMuskel  3400 N
FWirbel  3800 N
Resultierende Kraft: 0
d
F
Äußere Kräfte: • Schwerkraft – Gewicht
• Kontakt mit anderen Körpern
Innere Kräfte: • Muskelkontraktion
• Flüssigkeitsströmung
• Osmotischer Druck
Resultierendes
Drehmoment (M):
M dF
d
F
F
(unabhängig von der
Drehachse)

„Kräftepaar = Drehmoment”
Jedes Kraftsystem kann mit einer Kraft und einer
Kräftepaar ersetzt werden.
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Hebel im Körper
http://www.motekmedical.com/products/hbm/
F  0 ─ 6000 N
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Gehörknöchelchen:
Arm:
Kopfhaltung:
F
F
F
m. biceps
Drehpunkt
m.
triceps
Gewicht
des
Kopfes
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m. semispinalis
F
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Cca. 10 000 N
Kaukräfte
(Guinness: bei Mensch - 4000 N)
Rágás:
F
F
m. temporalis
300800 N
G
100300 N
m. masseter
Mandibel
L = 8 cm (Mann)
6,5 cm (Frau)
13
14
Messung der Kaukräfte
Farbstoff-Folie:
Flexibler
gedruckter
Stromkreis
Sensor
1st premolar
Piezoelektrischer
Sensor:
Sonstige
(subjektive)
Methoden:
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2014.12.01.
Übermittlung der Kaukräfte
Kaukräfte: F = 100800 N
t = 35 s: Schmerz
t1s
≈ Stunde: Schädigung
Knochenumbau (remodeling)
!
Wolff-Gesetz 1870
714 nap: Lockerung des Zahnes
Druck  Abbau
Zugspannung  Aufbau
A ≈ mm2
Typische Belastung
am Eingang:
F
Konzentrierter
Druck
Carter 1988:
Scherspannung
 Flächenzunahme
 Viskoelastizität von PDL
Typische Belastung
am Ausgang:
A ≈ 100 mm2
auf größere
Fläche verteilte
und gedämpfte
Zugspannung
Knorpel
Rolle der mechanischen
Belastung
Konstruktive Wirkung auf das Knochen!17
Druck
Knochen
Faseriges
Gewebe
Zugspannung
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Mechanismus des Knochenumbaus
mechanische Belastung
Anwendung von elektrischen
Feldern für beschleunigung der
Knochenheilung: Elektrotherapie
elektrisches Signal
(Piezoelektrisches/Strömungspotenzial)
Regulierung des Osteogenesis
mechanische Adaptation
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2014.12.01.
Drehmoment der Kaukräfte
Kraftübermittlung von Implantaten
F
Osseointegration
Kraftübermittlung von
Implantaten:
M
Konzentratrierte
Druckspannungs
F
Krafttransformation
F
+Druck

M rF
Stabilitätsuntersuchung
von Implantaten:
r
+Zug
M
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Untersuchungsmethoden der Spannungsverteilung

r
• Resonanzfrequenzanalyse (RFA)
• Periotest
M
großes Drehmoment
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Implantatmaterialien
• Finite-Elemente-Methode
• Spannungsoptik
Metalle
 Titan (Ti)
Keramiken
 Aluminiumoxid
 Zirkon
(Zirkiniumdioxid)
 HAP
 Biogläser
Metalle mit
Keramikbeschichtung
Polariskop:
 Titanlegierungen (Z.B. Ti-6Al-4V)
 Kobaltlegierungen (Co-Cr-Mo)
Lichtquelle
Polarisator
Objekt
Analisator
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