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Was ist Biomechanik?
- - befasst sich mit Funktionen und Strukturen vom Bewegungsapperat und Bewegung biologischer Systeme
- - Reaktion des Organismus und seiner Bauteile auf mechanische Belastung wie: Stoffwechsel, Wachstum, Wechselwirkung m.d. Umwelt, Gestalt, Struktur, Rückkopplung
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Welchen Zusammenhang beschreibt das hooksche Gesetz? Warum gibt es ein allgemeines?
elastisches Verhalten von Festkörpern, deren elastische Verformung proportional zur einwirkenden Belastung ist : F=D*s
- allgemein für genauere Berechnung, jedoch Matrix mit vielen Einträgen!
- Schwer alle Variablen zu kennen und zu weitführend für die meisten
- Fälle.
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Erklären Sie das Prinzip der Zuggurtung!
Prinzip: Zugkräfte werden in Druckkräfte umgewandelt
Körperbau von Säugetieren kombiniert druck- und biegestabile Knochen, welche durch Sehnen und Muskeln zusmmen "gegurtet" werden.
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Welche Substanz ist sowohl in Sehnen als auch in Knochen vorhanden? Wie ist sie aufgebaut?
- Kollagen:-organische Ketten, die die Zugfestigkeit des Knochen garantieren
- -aufgebaut aus Aminosäuren
- -rechtsgängige Helix, je 3 Ketten bilden eine Fibrille, Fibrillen werden weiter zu größeren Bündeln verschnürt
- -Sehnen: Kollagentyp I+III
- -Knochen: Kollagentyp I
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Welche Eigenschaften machen die Stabilität eines Körpers aus?
- -Elastische und nichtelastische Deformation
- -Festigkeit von Stoffen
- -Tragfähigkeit von Strukturen
- -Dynamische Effekte
- -Wenn die Elastizitätsgrenze überschritten wird, entstehen bleibende Deformationen
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Verinnerlichen Sie das allgemeine Spannungs-Dehnungs-Diagramm!
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Wann befindet sich ein Hebel im Gleichgewicht?
Ein Hebel ist im Gleichgewicht, wenn die Summe aller an ihm anliegenden Drehmomente und Kräfte Null ist.
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Welche Eigenschfat beschreibt das Massenträgheitmoment?
- Widerstand eines starren Körpers gegenüber des Änderung seiner Rotationsbewegung
- abhängig von Form, Masseverteilung und Drehachse
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Welche Eigenschaften beschreibt das Flächenträgheitsmoment?
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Warum ist der Balken kein idealer Träger? Wie sähe ein idealer Träger aus?
- Auf einem einfachen Balken wirkt zu viel Biegespannung.
- Ideal: überall gleiche Spannung. Durch Ausformung kann Spannung besser verteilt werden!
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Warum sollte bei den Konstruktion Biegespannung vermieden werden?
- -Biege-Randspannungen sind größer als Druckspannungen
- -biologische & technische Materialien halten Druck- bzw. Zugspannungen besser aus
- -über Konstruktionstricks werden Biegespannungen extrem klein gehalten
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Wie kann die Biegebeanspruchung allgemein vermindert werden?
- -Erhöhung der Druckspannung reduziert Biegespannung
- -ähnlicher Aufbau mit Zugentlastung
- -Ausgleichsstab reduziert Biegespannung
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Wie wird der Gesamtwirkungsgrad eines Systems bestimmt?
- -Wirkungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener Leistung Pab zu zugeführter Leistung Pzu
- -Differenz ist Verlust / Verlustleistung
- -Gesamtwirkungsgrad durch Multiplikation der Teilwirkungsgerade der Systeme
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Welche Formen der Hysterese kennen Sie? Wo können Hysterese im menschlichen Körper wirksam werden?
- -Hysterese kennzeichnet Verhalten, bei dem Ausgangsgröße nicht allein abhängig von der veränderlichen Eingangsgröße sondern auch von vorherigen Zustände der Ausgangsgröße abhängig ist
- - elastisch Körper (Lunge)
- - teilelastische Körper (Muskeln)
- - unelastische Körper (Sehen)
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Wie wird die Bewegungsform des Gehens definiert? Wie kann sie modelliert werden?
- -Gehen: periodische Fortbewegungsart mit Beinen, bei der mindestens ein Bein Bodenkontakt hat.
- -Modellierung: Schwingender Körper über dem Bein als inverses Pendel . Muskelenergetisch eine günstige Fortbewegungsweise, da ein Teil der Energie über Schwerpunktanhebung zwischengespeichert wird und nicht durch unnötiges Abbremsen verloren geht.
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Wie wird die Bewegungsform Laufen definiert? Wie kann sie modelliert werden?
- -Laufen: phasenweise beide Beine vom Boden abgehoben.
- -Modellierung: Feder-Masse-modell beschreibt Bewegungsform
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Warum wird zwischen den Bewegungsformen Gehen und Laufen gewechselt?
- - Leistungsaufwand steigt beim Gehen exponentiell an, beim Laufen linear
- - bei 2 m/s beide Formen energetisch gleichwertig
- --> höhere Geschwindigkeiten im Laufen vorteilhafter
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Woraus besteht der mechanische Stützapperat? Welche mechanische Funktion übernimmt er?
- -Skelett mit Gelenkverbindungen und bindegwebigen Strukturen.
- -Am Aufbau beteiligte Gewebe:
- Knochen-,
- Knorpel-,
- Bindegewebe
-Organe des Stützapperates widerstehen den Folgen der mechanischen Beanspruchung
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Nennen Sie die zwei Grundprinzipien der funktionalen Anpassung!
- -Maximum-Minimum-Prinzip: Maximale Leistung bei minimalen Materialaufwand
- -kausale Histogenese: Spezifische Gewebe differenzieren sich unter Einfluss von definierten Umweltreizen
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Was kennzeichnet das Bindegewebe?
Interzellularsubstanz besteht aus mehr oder weniger dehnbaren, faserigen Strukturen, welche in eine amorphe Interfibrillärsubstanz eingebettet sind und Zugkräfte aufnehmen.
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Wie entsteht die Elastizität des Kollagens bei normaler Beanspruchung?
Durch den Längsversatz der Kollagenmoleküle Verschiebung ermöglicht
Aufwicklung der Polypeptidketten zur Triplehelix
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Wie entsteht die Elastizität des Bindegewebes? Welche andere Eigenschaft charakterisiert das Bindegewebe?
- Elastische Netze ermöglichen zweistufigen Dehnprozess:
- -Raffung der Kollagenfasern im Ruhezustand
- bei Streckung erst Ausgleich
- -später Dehung der Kollagenfasern
- -Elastische Strukturen sind bis zu 1,5 mal Ihrer Ausgleichslänge dehnbar Bindegewebe -ermöglicht Dämpfung der Kräfte
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Was unterscheidet Sehnen und Bänder? Was haben sie gemein?
- -Unterschiede:
- Funktion
- Sehnen übertragen Muskelzugkräfte auf Knochen, gleichzeitig stützende Funktion der Muskeln und Knochen
- Bänder geben Halt und helfen bei der Bewegungsführung
- -Gemeinsamkeiten:
- anatomisch ähnliches Material
- Strukturen aus kollagenen und elastischen Fasern
- zugfest, teilelastisch und dehnbar
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Wie wird der Knorpel mit Nährstoffen versorgt?
passive Versorgung durch Diffusion, verstärkt beim Rollgleiten des Gelenkglieder (hyaliner) und durch den Wechsel von Druck- und Entlastung (Bandscheibe, Menisken)
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Wie unterscheiden sich Geflecht- und Lamellenknochen?
- -Geflechtknochen: Kollagenfasern der Knochenmatrix nicht ausgerichtet, verflochten
- -Lamellenknochen: Kollagenfasern der Knochenmatrix parallel geordnet. Bildung durch schrittweise Strukturierung aus geflechtknochen. Ausrichtung gurch Umbauprozesse infolge der mechanischen Belastung des Knochens.Lamellenknochen deutlich belastungsfähiger als ein Geflechtknochen wegen der Faserstruktur.
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Woher bekommen Lamellenknochen ihre Elastizität?
Kollagen und elastische Fasern
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Machen Sie sich den Unterschied in der Belastung bei Bewegung und im Stand bewusst!
- Stand: Belastung in Richtung von Fg
- Bewegung: Belastung wirkt in Richtung der Resultierenden von Fg und der duch die beschleunigung bedingten Gewichtskraft
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Welche Faktoren induzieren eine funktionale Anpassung der Knochen? Welche Möglichkeiten hat der Organismus, diese Anpassung zu steuern?
kausale Histogenese
- Änderung der Menge der Knochensubstanz
- Beispiele: Zu- und Abnahme des Körpergewichtes, der körperlichen Aktivität
- assymetrische Belastung
- Änderung der Knochenarchitektur
- Beispiele: einseitige Belastung
- nach Knochenbruch, operation, Versteifung von Gelenken
- bei degenerativen Gelenkerkrankungen , Kalziumstoffwechsel
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Wie ist ein echtes Gelenk aufgebaut? Wie wird es versorgt? Wie wird es gesteuert?
- Echte Gelenke bestehen aus Knochengewebe:
- -Knochenhaut
- -Gelenkknorpel
- -Meniskus
- -Stratum Fibrosum der Kapsel
- -Stratum synoviale der Kapsel
- -Nerv (Steuerung)
- -Substantia spongosia mit rotem -Knochenmark (blutbildend)
- -Spongosia mit gelbem Knochenmark (Fettmark)
- -Substantia compacta des Knochens
- -Aterie (Versorgung)
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Wie viele Freiheitsgrade hat eine Kugelgelenk, wie viele ein Scharniergelenk?
- -Kuegelgelenk: 3 Freiheitgerade (Beugen-Strecken, Ab- Adduktion)
- -Scharniergelenk: 1 Freiheitsgrad (Beugen-Strecken)
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Durch welche Faktoren wird die Bewegungsweite oder -amplitude der Gelenke beeinflusst?
- -Aufbau der Knochenteile
- -Muskelkraft
- -Dehnbarkeit der Muskeln
- -äußere Belastungen
- -Konturen des umgebenen Muskel- und Fettgewebes
- -Anordnung, Spannung und Dehnbarkeit der Bänder und der Kapseln
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Welche mechanischen Eigenschaften besitzt der Muskel?
- -Dehnung
- -Elastizität
- -Dämpfung (Verhärtung d. Muskeln)
- -Viskosität (Bremsen)
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Welche Eigenschaft beschreibt die Hillsche Muskelleistungsgleichung?
- -Die Leistung eines bestimmten Muskels ist bei unterschiedlichen Belastungen konstant :
- (F+a)*(v+b)=const.
- mit F=Muskelkraft, v=Kontraktionsgeschwindigkeit, a und b werden durch die inneren Bedingungen des jeweiligen Muskulatur bestimmt (Reibung, Viskosität)
- -Muskel schnell, aber nur geringe Last tragbar
- -Muskel langsam aber hohe last tragbar
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Warum ist die wirkende Kraft des Muskels größer auf die zugehörige Sehne? Warum wird hier kraft verschenkt?
- -Die Sehnenkraft eines gefiederten Muskels ist kleiner als die absolute Muskelkraft, da sich ihre seitwärts gerichteten Komponenten gegenseitig aufheben
- -Da ansonsten bei der Kraftumsetzung zu wenige Angriffspunkte sind und zu wenig Platz am Muskel ist.
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Welche Besonderheiten kennen Sie vom Ellenbogengelenk?
- besteht aus Gelenkabschnitten:
- -Schaniergelenk zwischen Elle und Oberarmknochen und zwischen Radiusköpfchen und Oberarmknochen
- Drehgelenk zwischen Ulna und Radius
- -Ellebogen kann dadurch Streck und Beugebewegung ausführen & Umwendung des Unterarms
- -Biegemomente im Unterarm niedrig, in Oberarm dafür hoch
- -Kraftwinkel geht über 90°
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Warum ist die Kippsicherheit beim Menschen nach vorne geringer als nach hinten? Woran kann die Kippsicherheit festmachen? Wie sieht es beim Hund aus?
- -Bei normaler Körperhaltung liegt der Schwerpunkt vor dem Körper, nicht im Zentrum
- -Fußbelastung
- -Augen nach vorne gerichtet
- -Je niedriger der Schwerpunkt über dem Boden ist, desto kippsicherer (Hund also kippsicherer)
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Wie bestimmt man das äußere Gleichgewicht, wie das innere?
- -Äußeres Gleichgewicht:
- Wirkunsansatz an den einzelnen Extremitäten, äußere Faktoren bestimmen das äußere Gleichgewicht
- -Inneres Gleichgewicht:
- Sucht nach Körperschwerpunkt,Produkt aus Kraft und hebearm müssen gleich groß sein
- aber entgegengesetzt gerichtet
- Alle Drehmomente müssen sich am jeweiligen betrachtetem Gelenk aufheben
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Welche Voraussetzung benötigt ein Tier für die allgemeine Fortbewegung? Welche Voraussetzungen für die geordnete Fortbewegung? Welche Voraussetzungen für die Fortbewegung auf vier Füßen?
- -Allgemein: Wirbelsäule, Extremitäten Skelett oder Schlängelbewegung (Fisch)
- -Geordnet: Wirbelsäule, Antriebsextremität (hinten), Stützextremitäten [Schlängelnde Fortbewegung bei Schlangen und Reptilien]
- -Vier Füße: Extremitäten Umstellung, Entwicklung der Kugelgelenke, Veränderung der Femur, Starrer werdende Wirbelsäule, Nürnberger Schere, Pronation der Hand (als Werkzeug), Pronation des Fußes(Dämpfung)
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Wie unterscheidet sich die Wirbelsäule eines Fisches von der eines Menschens?
Die Wirbelsäule des Menschen ist starrer, als die eines Fisches.
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Wozu benötigen Vierfüßler das Prinzip der Nürnberger Schere?Wie wird das biomechanisch umgesetzt?
- -Wird benötigt zur Fortbewegeung
- -Vorwärtsschwenkende Vorderextremität: Extremitätenstreckung hebt Rumpf an und schiebt ihn nach vorne
- -Rückschwenkende Vorderextremität: Bei Extremitätenstreckung wird der Rumpf nur angehoben
- -Gliedmaßen werden geklappt
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In welchen Faktoren unterscheiden sich die Bipidie vom Schimpansen von der beim Menschen?
- -Affe: hohe Biegebelastung der Hüft- und Kniegelenke, Muskelkompensation,
- -Mensch: bessere Statik beim aufrechten Gang
- Abwinkelung des Beckens, Lordose der Lendenwirbelsäule
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Welche Vor- und Nachteile bringt Bipedie?
- -Vorteile: Vordere Extremitäten sind frei, weniger Widerstand im Wasser, verbesserte Wahrnehmung der Umgebung. Größere Reichweite (nach oben)
- -Nachteile: Stabilität, höhere Belastung für Hüfte und Füße (je nachdem ob tier oder Mensch)
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Warum reicht das Modell des starren Körpers für die Biomechanik nicht aus?
- -nur für einfache Maschinen
- -Deformierbarkeit fehlt in dem Modell
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Wie haben wir in der Vorlesung die Deformation behandelt?
- -Festkörper wehren sich gegen nicht zu große deformierende äußere Kräfte durch innere Rückstellkräfte
- - durch einsetzen der entsprechenden Tensoren in das allg. Hooksche Gesetzt ergeben sich die Arten:
- - Dehnung
- - Kompression
- - Scherung
- - Torsion
- - Biegung
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Warum brauchen wir die Statik für die Beschreibung des Stützapperates?
- - Überblick über die wirkenden Kräfte verschaffen
- - resultierende Wirkung der Kräfte ermitteln
- - Wirkung von Kräften auf Teilstrukturen bestimmen
- - Kräfte in Gelenken und Aufstandpunkten ermitteln
- - innere Kräfte und Momente in Teilstrukturen ermitteln
- - Standsicherheit von Körpern überprüfen
- - Haft- und Gleitreibung verstehen
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Welche Eigenschaft beschreibt das Widerstandsmoment?
Das Widerstandsmoment ist ein Maß für den Widerstand, den ein Körper mit gegebenem Querschnitt einer bestimmten Belastung entgegensetzt.
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Wann ist ein Körper im Gleichgewicht?
Bei einem räumlichen Kräftesystemen liegt Gleichgewicht vor, wenn keine resultierende Kraft und kein resultierendes Moment wirkt.
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Welche Probleme müssen bei einer dynamischen Analyse gelöst werden?
keine Ahnung!
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Welche Faktoren sind für eine Bewegungskontrolle wichtig?
- - wenn ein Drehmoment nicht vollständig durch gegensinniges Muskelmoment kompensiert wird, findet eine Bewegung statt
- - Art der Bewegung durch Freiheitsgerade des Gelenks bestimmt
- - Ausführung / Bremsen durch Muskelkräfte
- - Kontrolle, damit umgebende Weichteile durch beschleunigte Masse nicht zu stark strapazieren
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Warum ist die Evolutionstheroie für das Verständnis des aufrchte Ganges wichtig?
- cuz we are not religious
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- - Verständniss zur evolutionären Anpassung der Anatomie
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Welche Veränderungen sind für den aufrechten Gang wichtig?
- - Abwinkelung im Becken
- - Lordose der Lendenwirbelsäule
- - Verbeiterung des Knies
- - Anatomie der Füße
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Wie muss das Kniegelenk für den aufrechten Gang beim Menschen verändert werden?
- - 2 Freiheitsgrade
- - Viergelenkkettenmodell (Rollgleitbewegung) um Kreuzbänder zu ermöglichen
- --> Stabilisation des Knies bei hohen Belastungen
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Was muss der Fuß für den aufrechten Gang leisten?
- - Bewegungen in vertikale und horizontaler Richtung durch kleine Mittelfußknochen und Gelenke
- - ermöglicht den stabilen Stand
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Warum braucht der Mensch funktionierende Reflexe in Bezug auf den aufrechten Gang?
- Reflexe dienen der Stabilisierung eines Zustands.
- z.B.: Steh- und Stellreflex, Gleichgewicht
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Welche motorischen Elemente arbeiten bei einer komplexen Gangbewegung?
- - Motorischer Assoziationskortex
- - Basalganglien
- - Thalamus
- - Ponto-, Vestibulo-, Spinozerebellum
- - Hirnstamm
- - Vestibuläre Sensoren (Innenohr)
- - Rückenmark
- - Muskeln
- - Gelenk- und Hautsensoren
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Warum sind Frauen genauso dumm wie Männer, obwol sie absolut gesehen weniger Hirnmasse besitzen? (Begründung anhand Vorlesungsstoff)
Weil wir mehr draus machen?
Prozentual gleiche Benutzung der Hirne.
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Was unterschiedet die Biomechanik von der allgemeinen Mechanik?
Deformierbarkeit einbezogen?
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