- •Занятие 9 по дисциплине «Медицинская и биологическая физика» для специальности «Стоматология»
- •Основные вопросы:
- •1. Механические свойства материалов
- •2. Напряжения и деформации
- •3. Закон Гука при упругой деформации. Модуль упругости (модуль Юнга). Жесткость сечения и податливость материала
- •4. Изменение поперечных размеров образца при его деформации. Коэффициент Пуассона. Относительное изменение объема
- •5. Методика определения модуля упругости материалов по изгибу
- •I Снятие зависимости стрелы прогиба от нагрузки
- •II Определение модуля упругости кости
- •III Опыты полностью повторяются со вторым образцом
Занятие 9 по дисциплине «Медицинская и биологическая физика» для специальности «Стоматология»
Тема: Материаловедение в стоматологии. Механические свойства материалов. Напряжения и деформации. Виды деформаций. Закон Гука. Коэффициент Пуассона. Методика определения модуля упругости материалов по изгибу
(5-9 декабря 2011г.)
Основные вопросы:
-
Основные физико-механические требования, предъявляемые к стоматологическим материалам.
-
Какие механические свойства необходимо учитывать при подборе стоматологического материала?
-
Внешние и внутренние силы, механическое напряжение. Определение деформации. Упругая и пластическая деформации, основные виды деформации.
-
Деформация растяжения (сжатия). Закон Гука для этого вида деформации. Физический смысл модуля упругости (модуля Юнга). Жесткость и податливость.
-
Изменение поперечных размеров тела, относительное изменение объема. Коэффициент Пуассона.
-
Особенности деформации изгиба.
-
Методика определения модуля упругости материалов по изгибу (лабораторная работа).
1. Механические свойства материалов
Материаловедение – наука о строении и свойствах материалов.
В стоматологии различают конструкционные, вспомогательные и клинические материалы.
Стоматологические материалы обладают определенными механическими и физическими свойствами.
Основные физико-механические требования, к стоматологическим материалам:
-
высокие прочностные качества;
-
износоустойчивость;
-
линейно-объемное постоянство.
Механические свойства – это свойства, которые характеризуют сопротивление материала действию приложенных к нему нагрузок.
Нагрузка – это внешняя механическая сила, которая действует на тело (в полости рта – на зуб). Нагрузка обозначается F или Р и измеряется в СИ в Hьютонах (Н). В полости рта она может достигать примерно до 900 Н.
При подборе стоматологического материала необходимо учитывать следующие механические свойства:
-
прочность;
-
упругость;
-
пластичность;
-
ударную вязкость;
-
твердость;
-
выносливость.
Эти свойства определяютcя в результате проведения механических испытаний (опытов).
Различают статические и динамические нагрузки.
Статические нагрузки постепенно возрастают от нуля до определенного значения, которое не изменяется с течением времени.
Примерами динамических нагрузок являются ударные и повторно-переменные (циклические). Повторно-переменные нагрузки многократно действуют на тело и изменяются по величине и направлению. Повторно-переменные нагрузки возникают, например, при работе зубочелюстного аппарата.
2. Напряжения и деформации
Внешняя сила (нагрузка) вызывает в твердом теле напряжения и деформации.
Напряжение (обозначается буквой «сигма» )– это величина нагрузки F, деленная на площадь поперечного сечения S испытуемого образца:
. (1)
Напряжение измеряется в Н/м2 =Па (Паскаль).
Деформация – это изменение размеров и формы тела под действием приложенных внешних сил. Деформация может происходить и при изменении температуры.
Вследствие деформации в теле возникают внутренние силы, которые противодействуют внешним силам, вызывающим деформацию.
В зависимости от величины действующей силы различают упругие и пластические деформации.
Упругая деформация – это деформация, которая исчезает после прекращения действия внешних сил ее вызывающих. Тело при этом восстанавливает свои первоначальные форму и размеры.
Пластическая (остаточная) деформация – это деформация, которая не исчезает после прекращения действия внешних сил. Тело не восстанавливает свои первоначальные размеры и форму.
Упругость – свойство деформируемого тела восстанавливать исходные размеры и форму после снятия нагрузки.
Пластичность – свойство сохранять остаточные деформации после снятия нагрузки.
В зависимости от способа приложения деформирующей силы к телу различают следующие виды деформаций (см. рис. 1):
-
всестороннее сжатие;
-
одноосное сжатие;
-
одноосное растяжение;
-
изгиб;
-
сдвиг;
-
кручение.
Рисунок 1. Основные виды деформации твердых тел:
а – всестороннее сжатие; б – одноосное сжатие; в – одноосное растяжение;
г – изгиб; д – сдвиг; е – кручение. Направление внешних сил (нагрузок) указано стрелками. Пунктирная линия соответствует деформированному образцу.
Часто материал может подвергаться нескольким видам деформаций одновременно. В полости рта чаще всего возникает растяжение, сжатие и изгиб.