Механические свойства твердых тел и биологических тканей

1.

Механические свойства твердых тел и
биологических тканей

2.

Молекулярное строение твердых тел
Твердое тело имеет собственную
форму, не растекается по
объему и не принимает его
форму. На микроскопическом
уровне атомы прикрепляются друг
к другу химическими связями,
и их положение друг
относительно друга фиксировано.
При этом они могут
образовывать как жесткие
упорядоченные структуры —
кристаллические решетки.
Кристаллическое тело может
состоять из одного кристалла
(монокристалл).
Монокристаллы
обладают
анизотропией,
поликристаллы
изотропны. Анизотропия - различие свойств по разным направлениям.

3.

Многие кристаллы по-разному проводят теплоту и электрический ток в различных
направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Так,
кристалл алмаза по-разному преломляет свет в зависимости от направления
падающих на него лучей.
Молекулы (ионы, атомы), образующие кристаллическую решетку, колеблются
около положения узла, отклоняясь на малые, по сравнению с расстоянием
между узлами, расстояния. Чем выше температура тела, тем больше размах
колебаний молекул. Кинетическая энергия молекул значительно выше
потенциальной энергии их взаимодействия.
Аморфные тела
Амо́рфные вещества́ (тела́)— конденсированное состояние веществ, атомная
структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка,
характерного для кристаллических структур. К аморфным телам относятся
стекло, смола.
С точки зрения молекулярного строения,
аморфные тела следует отнести не к
твердым телам - кристаллам, а к жидкостям
с очень большой вязкостью.
Все аморфные тела изотропные, т.е.
их физические свойства одинаковы по всем
направлениям.
Молекулы аморфных тел движутся так,
как движутся молекулы жидкостей,
но их подвижность очень мала.

4.

Жидкие кристаллы
Это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при
определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе).
Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей
(текучесть), так и кристаллов (анизотропия).
Модель жидкого кристалла
По структуре представляют собой вязкие
жидкости,
состоящие
из
молекул
вытянутой или дискообразной формы,
определённым образом упорядоченных
во всем объёме этой жидкости.
В 1888-м году австрийский ботаник
Фридерих Рейнитцер выяснил, что у
некоторых типов кристаллов имеется две
точки плавления, из чего следует, что
существует
два
различных
жидких
состояния, в одном из которых вещество
прозрачное, а в другом – мутное.
Применение жидких кристаллов
Жидкие кристаллы во многом похожи на некоторые клеточные структуры, и
иногда присутствуют в них. В силу своих диэлектрических свойств жидкие
кристаллы регулируют взаимоотношения внутри клетки, между клетками и
тканями, а также между клеткой и окружающей средой.

5. Полимеры

Полимерами называют вещества, молекулы которых представляют собой
длинные цепи, составленные из большого числа атомов или атомных
группировок, соединенных химическими связями.
К полимерным материалам относят почти все живые и растительные
материалы, такие, как шерсть, кожа, рог, волос, шелк, хлопок, натуральный
каучук и т.п., а также всякого рода синтетические материалы - синтетический
каучук, пластмассы, волокна и др.
Большинство природных полимерных материалов представляет собой
белковые вещества; простые белки - альбумин, глобулин; сложные - казеин,
кератины и коллаген.

6.

Из полимеров типа полиэтилена,
поливинилхлорида и др., легко
обрабатываемых давлением,
изготовляют различные медицинские
инструменты и приспособления.
Тефлон, капрон и лавсан, милар, силастиковый полимер
обладают высокой химической стойкостью,
вследствие чего их используют при
изготовлении протезов внутренних частей
организма (кровеносных сосудов,
клапанов сердца, сухожилий,
вживляемых глазных линз и т.п.).
Раствор полимера
поливинилпирролидона –
хороший заменитель кровяной
плазмы.

7.

Деформация твердого тела
Деформация – это изменение линейных размеров или форм твердого тела под
действием внешних сил.
Виды деформаций.
1.Деформация растяжения или сжатия - изменение любого линейного размера
тела (длины, ширины или высоты).
2.Деформация сдвига - перемещение всех слоев твердого тела в одном
направлении параллельно некоторой плоскости сдвига.
3.Деформация изгиба - сжатие одних частей тела при растяжении других.
4.Деформация кручения - поворот параллельных сечений образца вокруг
некоторой оси под действием внешней силы.
5.Деформация всестороннего сжатия - возникает когда нагрузка, действующая
на тело, равномерно распределена по всей его поверхности.

8.

Деформация растяжения (сжатия)
В твердых телах деформацию называют упругой, если после прекращения действия силы
она исчезает. Если же деформация сохраняется и после прекращения внешнего
воздействия, то ее называют пластической. Промежуточный случай, т.е. неполное
исчезновение деформации, принято называть упругопластической деформацией.
Чтобы вызвать деформацию «растяжение - сжатие» нужно приложить внешнюю силу вдоль
продольной оси к центру тяжести сечения.
Модуль Юнга численно равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза (
разрушение образца наступает при значительно меньших напряжениях)

9.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества, то есть способность материала
сопротивляться деформации растяжения или сжатия.
ES
- жесткость образца
l0
Н
Н
=1 ;
Е =1 2;
м
м
2
= 1м ;
l0 = 1 м;
k=
k
S
Зависимость между
механическим напряжением и относительным удлинением
является одной из важнейших характеристик механических свойств твердых тел. Графическое
изображение этой зависимости называется диаграммой растяжения.
Участок ОВ соответствует упругой деформации, которая
исчезает сразу после снятия нагрузки;
Точка В – предел упругости,