Biomechanik

  1. 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
  2. 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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  3. 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.
  4. 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
  5. 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
  6. Verinnerlichen Sie das allgemeine Spannungs-Dehnungs-Diagramm!
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  7. Wann befindet sich ein Hebel im Gleichgewicht?
    Ein Hebel ist im Gleichgewicht, wenn die Summe aller an ihm anliegenden Drehmomente und Kräfte Null ist.
  8. Welche Eigenschfat beschreibt das Massenträgheitmoment?
    • Widerstand eines starren Körpers gegenüber des Änderung seiner Rotationsbewegung
    • abhängig von Form, Masseverteilung und Drehachse
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  9. Welche Eigenschaften beschreibt das Flächenträgheitsmoment?
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  10. 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!
  11. 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
  12. Wie kann die Biegebeanspruchung allgemein vermindert werden?
    • -Erhöhung der Druckspannung reduziert Biegespannung
    • -ähnlicher Aufbau mit Zugentlastung
    • -Ausgleichsstab reduziert Biegespannung
  13. 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
  14. 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)
  15. 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.
  16. Wie wird die Bewegungsform Laufen definiert? Wie kann sie modelliert werden?
    • -Laufen: phasenweise beide Beine vom Boden abgehoben.
    • -Modellierung: Feder-Masse-modell beschreibt BewegungsformImage Upload 6
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. Was kennzeichnet das Bindegewebe?
    Interzellularsubstanz besteht aus mehr oder weniger dehnbaren, faserigen Strukturen, welche in eine amorphe Interfibrillärsubstanz eingebettet sind und Zugkräfte aufnehmen.
  21. Wie entsteht die Elastizität des Kollagens bei normaler Beanspruchung?
    Durch den Längsversatz der Kollagenmoleküle Verschiebung ermöglicht

    Aufwicklung der Polypeptidketten zur Triplehelix
  22. 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
  23. 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
  24. 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)
  25. 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.
  26. Woher bekommen Lamellenknochen ihre Elastizität?
    Kollagen und elastische Fasern
  27. 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
  28. 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
  29. 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)
  30. Wie viele Freiheitsgrade hat eine Kugelgelenk, wie viele ein Scharniergelenk?
    • -Kuegelgelenk: 3 Freiheitgerade (Beugen-Strecken, Ab- Adduktion)
    • -Scharniergelenk: 1 Freiheitsgrad (Beugen-Strecken)
  31. 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
  32. Welche mechanischen Eigenschaften besitzt der Muskel?
    • -Dehnung
    • -Elastizität
    • -Dämpfung (Verhärtung d. Muskeln)
    • -Viskosität (Bremsen)
  33. 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
  34. 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.
  35. 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°
  36. 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)
  37. 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
  38. 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)
  39. Wie unterscheidet sich die Wirbelsäule eines Fisches von der eines Menschens?
    Die Wirbelsäule des Menschen ist starrer, als die eines Fisches.
  40. 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
  41. 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
  42. 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)
  43. Warum reicht das Modell des starren Körpers für die Biomechanik nicht aus?
    • -nur für einfache Maschinen
    • -Deformierbarkeit fehlt in dem Modell
  44. 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
  45. 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
  46. Welche Eigenschaft beschreibt das Widerstandsmoment?
    Das Widerstandsmoment ist ein Maß für den Widerstand, den ein Körper mit gegebenem Querschnitt einer bestimmten Belastung entgegensetzt.
  47. Wann ist ein Körper im Gleichgewicht?
    Bei einem räumlichen Kräftesystemen liegt Gleichgewicht vor, wenn keine resultierende Kraft und kein resultierendes Moment wirkt.
  48. Welche Probleme müssen bei einer dynamischen Analyse gelöst werden?
    keine Ahnung!
  49. 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
  50. Warum ist die Evolutionstheroie für das Verständnis des aufrchte Ganges wichtig?
    • cuz we are not religious
    •  
    • - Verständniss zur evolutionären Anpassung der Anatomie
  51. Welche Veränderungen sind für den aufrechten Gang wichtig?
    • - Abwinkelung im Becken
    • - Lordose der Lendenwirbelsäule
    • - Verbeiterung des Knies
    • - Anatomie der Füße
  52. 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
  53. Was muss der Fuß für den aufrechten Gang leisten?
    • - Bewegungen in vertikale und horizontaler Richtung durch kleine Mittelfußknochen und Gelenke
    • - ermöglicht den stabilen Stand
  54. Warum braucht der Mensch funktionierende Reflexe in Bezug auf den aufrechten Gang?
    • Reflexe dienen der Stabilisierung eines Zustands.
    • z.B.: Steh- und Stellreflex, Gleichgewicht
  55. Welche motorischen Elemente arbeiten bei einer komplexen Gangbewegung?
    • - Motorischer Assoziationskortex
    • - Basalganglien
    • - Thalamus
    • - Ponto-, Vestibulo-, Spinozerebellum
    • - Hirnstamm
    • - Vestibuläre Sensoren (Innenohr)
    • - Rückenmark
    • - Muskeln
    • - Gelenk- und Hautsensoren
  56. 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.
  57. Was unterschiedet die Biomechanik von der allgemeinen Mechanik?
    Deformierbarkeit einbezogen?
Author
Sabbi
ID
337507
Card Set
Biomechanik
Description
Fragenkatalog 2019
Updated