Biomechanika alapjai
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2014.12.01. Bewegungsformen = Translation+ Rotation Zusammengesetzte Bewegung Biomechanik Drehmomente von Kräften! Kräfte! Rotation Translation Physikalische Grundlagen der zahnärztlichen Materialkunde 12. 2 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 rF (Nm) 3 rG Hebelgesetz: G F rG G rF Kraftvervielfachung 4 1 2014.12.01. Beispiele Hebelarten „Kraft” „Last” G F zweiseitiger 1. Art: G 2. Art: F einseitiger 3. Art: G F 5 Beispiele 6 Hebel in der zahnärztlichen Praxis 7 8 2 2014.12.01. 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 dF d F F (unabhängig von der Drehachse) „Kräftepaar = Drehmoment” Jedes Kraftsystem kann mit einer Kraft und einer Kräftepaar ersetzt werden. 9 Hebel im Körper http://www.motekmedical.com/products/hbm/ F 0 ─ 6000 N 10 Gehörknöchelchen: Arm: Kopfhaltung: F F F m. biceps Drehpunkt m. triceps Gewicht des Kopfes 11 m. semispinalis F 12 3 2014.12.01. Cca. 10 000 N Kaukräfte (Guinness: bei Mensch - 4000 N) Rágás: F F m. temporalis 300800 N G 100300 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: 15 16 4 2014.12.01. Übermittlung der Kaukräfte Kaukräfte: F = 100800 N t = 35 s: Schmerz t1s ≈ Stunde: Schädigung Knochenumbau (remodeling) ! Wolff-Gesetz 1870 714 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 18 Mechanismus des Knochenumbaus mechanische Belastung Anwendung von elektrischen Feldern für beschleunigung der Knochenheilung: Elektrotherapie elektrisches Signal (Piezoelektrisches/Strömungspotenzial) Regulierung des Osteogenesis mechanische Adaptation 19 20 5 2014.12.01. Drehmoment der Kaukräfte Kraftübermittlung von Implantaten F Osseointegration Kraftübermittlung von Implantaten: M Konzentratrierte Druckspannungs F Krafttransformation F +Druck M rF Stabilitätsuntersuchung von Implantaten: r +Zug M 21 Untersuchungsmethoden der Spannungsverteilung r • Resonanzfrequenzanalyse (RFA) • Periotest M großes Drehmoment 22 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 23 24 6
