Hoorcollege 3: Sterkte & stevigheid

Question 1

Beschikbare materialen locomotie

Answer 1

1. Bot (beenweefsel) (Haverse kanalen, beenbalkjes)
   a. compacta (stijf)
   b. spongiosa (slap)
2. kraakbeen (kan water opnemen)
3. pees & ligament (collageen in rijtjes)

Question 2

Trekproef met de 3 biomaterialen

Answer 2

Grafiek spanning (y-as) en Rek (x-as)

1. compacta = heel erg stijf, kan bijna niet uitrekken.
2. spongiosa = veel minder stijf en meer rek dan compacta, maar erg zwak.
3. pees = kan veel spanning en rek ongeveer (5-7%) hebben.

Question 3

Eigenschappen biomateriaal

Answer 3

Als E groot is, is het materiaal stijf.
Breukspanning is afhankelijk van de belastingsrichting (trek of druk). Een pees kan prima trek hebben, maar als je erop duwen dan gaat deze kapot.

Question 4

Wat is de bijdrage van compacta en spongiosa aan de stevigheid van bot?

Answer 4

Compacta = hard schil, zonder enige rek. Heel zwaar.
Spongiosa = gericht naar kracht.
–> wat er buitenom gebeurt zou net zo groot moeten zijn als wat er binnenin gebeurt = krachten weerstand: Ea = Eb –> Hooke: σa/ Ea= σb/Eb

Question 5

Wet van Wolff

Answer 5

“De inwendige structuur en de uiterlijke vorm van levend bot passen zich aan bij de overheersende belastingen, en wel zodanig, dat het bot met een minimum aan materiaal zijn functie kan vervullen.”

Question 6

waarom zijn bot/beenweefsel zo goed bestand tegen trek en druk?

Answer 6

Door de aanwezigheid van mineralen (calciumapetiet; drukbelasting) en collageenvezels (trekbelasting)

Question 7

Holle schacht

Answer 7

Vroeger beenmerg, vet, geen weefsel wat bijdraagt aan sterkte van het been. Dit vind je met name aan het uiteinde van het bot in de vorm van spongiosa. In het midden heb je dus een neutrale zone die niet belast wordt op trekken en duwen. Dat materiaal vangt de krachten op.

Question 8

Peesweefsel

Answer 8

Elastisch door collageen. Pezen zitten aan spierbuik vast en vormen verbinding tussen spier en bot over gewricht heen.

Question 9

Peesbescherming

Answer 9

• Slijmbeurs
  a. kussentje onder pees
  b. gevuld met synovia = gewrichtsvloeistof
• Peesschede
• Sesambeentje

Question 10

Peesschede

Answer 10

buis rondom pees gevuld met synovia

Question 11

Retinaculum

Answer 11

kleine bandjes die over pezen lopen, zodat pezen op plek blijven liggen.

Question 12

Sesambeenderen

Answer 12

• Vermijden drukbelasting op de pees.
• Kunnen als hefboom werken (pees krijgt grotere momentarm)
  Zoals knieschijf > bij iedere hoek is er een andere druk die de knieschijf ontvangt.

Question 13

Krachtenverwerking door materiaal

Answer 13

uitwendige kracht > inwendige kracht > inwendige spanning > inwendige vervorming > elastisch herstel.
Net als een veer.

Question 14

Trekproef

Answer 14

Als je aan twee kanten van een blok gaat trekken, dan wordt het langer (l). Het blok heeft een bepaalde oppervlak (doorsnede staaf; A). De trekkracht (F) is hier afhankelijk van.

Question 15

Formule Spanning (stress)

Answer 15

σ = F/A (Nm-2)

Question 16

Formule Rek (strain)

Answer 16

ε = ∆ l/ l (dimensieloos: m/m, S, μS). Het verschil in lengte en de oorspronkelijke lengte.

Question 17

Spanning-rek relaties in weefsels

Answer 17

4 situaties

1. Spanning (σ) is evenredig aan Rek (ε). Dus Y=σ/ε. Dit geeft een lineaire verband/rechte lijn.
2. Hysterese = Bij het oprekken van de balk (toename lengte) komt er warmte vrij, maar komt terug naar oorspronkelijke vorm.
3. Viscoelasticiteit = het materiaal wordt uitgetrokken, en gaat langzaam (duurt lang) weer terug naar oorspronkelijke vorm.
4. Deformatie = kapot trekken en gaat niet meer terug naar nulpunt.

Question 18

Wet van Hooke

Answer 18

De materialen in het bewegingsstelsel is heel verschillend. Het verschil in lengte wat je gaat ziet per materiaal is anders (stijf vs. slap). Een stijf materiaal zal veel eerder breken, dan een slap materiaal.
Formule:
σ = E· ε (ε=σ/E)
E = Elasticiteitsmodulus

Question 19

Tabel biomateriaal: stijfheid, drukvat, trekvast

Answer 19

• Compacta = +++ (stijf, druk & trek)
• Spongiosa = + (stijf, druk & trek)
• Kraakbeen = + (stijf & trek), ++ (druk)
• Pees = – (stijf), - (druk), +++ (trek)
• Hoorn = - (stijf), ++ (druk & trek)

Question 20

Eigenschappen vs. vorm: diameter

Answer 20

Een pijpbeen heeft overal dezelfde diameter, omdat de hoeveelheid kracht die erdoorheen wordt gebracht hetzelfde blijft. Als de diameter kleiner wordt, dan wordt de kracht groter > breekt sneller. De bobbels en knobbels op het bot dan zal daar een aanhechtingspunt zijn voor een spier, waardoor de afstand groter wordt en het moment vergroot wordt en er minder kracht wordt gebruikt.

Question 21

beenbalkjes

Answer 21

• in de lengterichting = zwaartekracht
• loodrecht op lengterichting
• -> als dit fout gaat, dan osteoporose (bijv. inzakken van wervels).

Question 22

Inwendige spanning bot

Answer 22

Te zien als lijnen in het bot door oriëntatie van beenbalkjes, waar krachten verdeling een rol speelt.

• Treklijnen > vaak aan laterale zijde van bot
• Duwlijnen > vaak aan mediale zijde van bot.

Question 23

Buigen van botten

Answer 23

je gaat het bot raar belasten, je hebt aan de hele kant een druk lijn en aan de andere kant een treklijn. In het midden heb je dan een neutrale lijn, die niet belast wordt. Als je gebruikt maakt van de neutrale lijn (holle buis), dan kan je meer massa op grotere afstand van het midden hebben > sterker, maar niet zwaarder.