LəNKƏran döVLƏt universiteti

LƏNKƏRAN DÖVLƏT UNİVERSİTETİ
Fakültə: Təbiət

Ixtisas: Biologiya

Kurs: III

Fənn: Biofizika

Müəllim: Fizika-riyaziyyat elmlər namizədi, dosent Bəşirov Mirnamik

Tələbə: Məlikov Emil

Mövzü 2. Dinamika qanunları.
Plan:

1. 
   Qüvvələr və hərəkət üçün Nyuton qanunları.
   
2. 
   Nyuton qanunlarının əzələlərə və oynaqlara tətbiqi.
   
3. 
   Qolların və əllərin hərəkət mexanikası.
   
4. 
   Budun mexanikası.
   
5. 
   Çeynəməni təmin edən qüvvələr.
   
6. 
   Dartı sistemi və sümüklərin sınıqdan müalicəsi.
   
7. 
   Osteoartrit və sümük oynaqlarında sürtünmə
   
8. 
   Nyuton qanunlarının molekullara tətbiqi.
   
9. 
   Nyutonun üçüncü qanunu və Osminoqun hərəkəti.
   

Ədəbiyyat:

1. 
   İsmət Əhmədov, Ələkbər Məmmədov, Rövşən Xəlilov; Tibbi və bioloji fizika; Bakı – 2006.
   
2. 
   Физиология человека., под ред. Бабсокого. М., 1972.
   
3. 
   Ruch.T.C., and Patton.H.D., Eds., Physiology and Biophysics, Vol. 3 (Saunders, Philadelphia, 1973).
   

• 
  2011 -
  

2

1. 
   Qüvvələr və hərəkət üçün Nyuton qanunları.
   

Nyutonun birinci qanununa əsasən sükunətdə olan və ya bərabərsürətli hərəkət edən cismə heç bir qüvvə təsir etmirsə və ya təsir edən qüvvələr balanslaşmışsa cisim olduğu vəziyyətini daima saxlamağa çalışacaq. Bu qanuna ətalət qanunu da deyilir. Ətalət cismin sükünət və ya düzxətli bərabər sürətli hərəkət halında qalmasını xarakterizə edən keyfiyyətdir. Bu keyfiyyətin kəmiyyət ölçüsü cismin kütləsi ilə xarakterizə olunur və Beynəlxalq Vahidlər Sistemində (BS) kq-la müəyyən edilir. Qüvvə cismin ətalətini dəyişdirməyə yönəlmş qüvvələr həm daxili və həm də xarici ola bilər. Bu qüvvələrin istiqaməti, qiymətləri bir-birindən fərqli olduqda onlar cismin fiziki halını, vəziyyətini və koordinatlarını dəyişdirə bilir.

Cismə təsir edən bu qüvvələrin əvəzləyicisinin nəticədə cismə hansı təcili verdiyini Nyutonun ikinci qanunu ilə müəyyən etmək olar. Nyuton bu qanunun riyazi ifadəsini belə vermişdir.
Σ F = ma (1)

1kqm

BS-də qüvvənin vahidi Nyutonun şərəfinə 1N = ──── ilə verilir.

san²

Cisim və ona təsir edən qüvvələri göstərən diaqrama sərbəst –cisim diaqramı deyilir.

Nyutonun üçüncü qanunu isə iki cisim arasında fiziki qarşılıqlı münasibəti müəyyən edir. Belə ki, hər hansı cisim başqa cismə müəyyən qüvvə ilə (xarakterindən asıı olmayaraq) təsir edirsə, onda həmin cisim də ona əks olaraq həmin qüvvə ilə cavab verir. Bu qanuna Nyutonnun təsir və əks təsir qanunu adlandırmışdır.

Qanunun iki A və B cisimləri üçün riyazi ifadəsi belədir: F_A = -F_B Nyutonun ümümdünya cazibə (qravitasiya) qanunu isə kainatda olan bütün cisimlərin (mikro, makrokütləli) bir-birilərini cəzb etmələri haqqındadır. Bir-birindən r məsafədə olan, iki müxtəlif m₁ və m₂ kütləli cisimlərin arasında olan cazibə qüvvəsini Nyuton belə ifadə etmişdir:
Gm₁m₂

F = ────── (2)

r²
Bu qüvvənin istiqaməti cisimləri birləşdirən düzxət boyunca yönəlmişdir. Burada G qravitasiya sabitidir və onun qiyməti 6,673*10^-11Nm²/kq² ilə ölçülür. Yerdə cismin çəkisi məhz qravitasiya qüvvəsinin m kütləli cismi cəzbetmə qüvvəsidir. Onun qiyməti mg ilə ölçülür və ağırlıq qüvvəsi adlanır.

Ağırlıq qüvvəsinin cismi saxlayan səthə yönəlmiş komponentinə normal qüvvə və ya cismin çəkisi deyilir. Cismin hərəkət etdiyi səthlə və ya fəzanı təşkil edən cisimlərələ qarşılıqlı təsirini xarakterizə edən qüvvələrə sürtünmə qüvvəsi deyilir.

3
Sürtünmə qüvvəsi həmişə cismin hərəkət istiqamətinin əksinə yönəlir və onun hərəkətinə mane olur. Sürtünmə qüvvəsinin riyazi ifadəsini belə yazmaq olar:
F_f = μN (3)
μ – sürtünmə əmsalıdır, N isə cismə durduğu səthin təsir qüvvəsidir. Ona normal qüvvə də deyilir. Sürtünmə qüvvəsi sürüşən cismin sürətindən və səthlə kontakda olan sahəsindən asılı deyil, o cismə təsir edən normal qüvvənin qiyməti ilə mütənasibdir.

Səthdə hərəkət edən cismə iki cür sürtünmə qüvvəsi təsir edir. Əgər cisim sükunət vəziyyətindədirsə, onda onunla səth arasında yaranan qüvvə sükünət sürtünmə qüvvəsi adlanır. Sükünət sürtünmə qüvvəsi cismi səthdə sükunətdə saxlayır:

F_s.s ≤ μN (4)
μ – sükünət sürtünmə əmsalıdır. Fs – sükünət sürtünmə qüvvəsi cismi ükunətdə saxlamaq üçün həmişə maksimum qiymət almağa çalışır. Cismə bu qüvvədən böyük təsir edən kimi cisim hərəkət etməyə başlayır. Hərəkətdə olan zaman da cismə həmin qüvvə təsir edir və hərəkəti yavaşıtmağa yönəlir. Ona görə də bu qüvvəyə kinetik (sürüşmə) sütnümə qüvvəsi deyilir.
F_s.k = μ_kN (5)
Harada ki, μ_k – sürüşmə sürtünmə əmsalı adlanır.

Qüvvələrə təsir edən cisimlərdə bəzən gərginlik anlayışından da istifadə edirlər. Məsələn; kəndirin hər iki ucuna qüvvə tətbiq olunubsa, onda kəndirdə gərginlik yaranıb deyirlər. Bu yaranan gərginlik vasitəsi ilə kəndir qüvvəni bir ucundan o biri ucuna ötürür.

Cisimlərin fiziki halını öyrənən zaman ən çox rast gəlinən vəziyyət, onların tarazlıq halıdır. Cismin tarazlıq halı o zaman yaranır ki, ona təsir edən qüvvələrin cəmi 0 olur. Tarazlıq halında cismə təsir edən qüvvələrin həm x və həm də y komponentləri 0 qiymət alır: ΣF_x = 0, ΣF_y = 0. Bu komponentlərin qiyməti 0-dan fərqli olarsa, onda cisim təcillə hərəkət etməyə başlayır:
Σ_x = ma_x, ΣF_y = ma_y

2. 
   Nyuton qanunlarının əzələlərə və oynaqlara tətbiqi.
   

Fiziki prinsiplərdən, o cümlədən Nyutonun ikinci və üçüncü qanunlarından istifadə edərək əzələlərin və oynaqların işini yaxşı öyrənmək olur. Ümumi halda götürsək əzələlər bağlar vasitəsi ilə ən azı iki müxtəlif sümüklərlə birləşmiş olur.

4
Oynaqlarda isə iki və ya daha çox sümüklər bir-biri ilə elastik birləşmişdir (məsələn; dirsəklərdə, dizdə, bud sümükləri çanaqda). Əzələləri sinirlər vasitəsi ilə gələn siqnallar gərginləşdirir və onun lifləri yığılıb açılır. İki sümüyü bir-birinə yaxınlaşdıran (məsələn; qol sümüklərini) əzələlərə yığılan əzələlər (flexor) deyilir. Sümükləri bir-birindən uzaqlaşdıran (və ya əvvəlki vəziyətinə qaytaran) əzələlərə açılan əzələlər (extensor) deyilir. Hər hansı bir əşyanı qaldırmaq üçün yığılan əzələlər, kürəni itələmək üçün isə açılan əzələlər fəaliyyət göstərir. İnsan skleti 220-yə qədər müxtəlif sümüklərdən təşkil olunmuşdur ki, onların əksəriyyəti çox müxtəlif qüvvələrin təsirindən orqanizmin hər cür hərəkətini təmin etməyə imkan verir. Bu sümükləri isə hərəkətə gətirən əzələlərdir. Əzələlərin köməyi ilə məhz bu qüvvələr generasiya olunur və sümüklərə ötürülür. Qüvvələrin yaranması üçün əzələlər bioloji enerjidən istifadə edərək iş görürlər. Beləliklə onların köməyi ilə orqanizm və hətta onun hər bir hüceyrəsi hərəkətdə olur, orqanlar öz funksiyalarını yerinə yetirirlər.

Əzələlər elektrik təbiətli stimulun vasitəsi ilə yığılaraq qüvvə generasiya edirlər. Əzələlərin dalbadal yığılması zamanı bağlar və ya vətərlərdə gərginlik yaranır. Vətərlərin əsas funksiyası əzələləri ətraflara bağlamaqdır. Əzələlər daima çalışır ki, vətərlərin bağlandığı bu iki nöqtəni bir-birinə yaxınlaşdırsın, lakin onları bir-birindən uzaqlaşdıra bilmirlər. Odur ki, sümüyün hərəkət etməsi üçün iki əzələ lazımdır. Məsələn; dizlərin yığılması (bükülməsi) üçün bud sümüklərinin əzələləri yığılmalıdır. Onun əvvəlki vəziyyətə qayıtması üçün (dizlərin açılması) budun ön tərəfindəki əzələ yığılmalıdır. Bəzi əzələlər özünə arxadan birləşir və onlar yığılıb-açıla biir. Belə əzələlərə sfinkter əzələlər deyilir. Onlar bir neçə funksiyanı yerinə yetirirlər. Düz bağırsağın qurtaracağında yerləşən sfinkter əzələ yoğun bağırsaqda olan nəcisi tökülməyə qoymur. Gözlərdə olan sfinkter əzələlər isə göz büllurundakı linzanın fokus məsafəsini dəyişdirərək yaxını və uzağı görməni təmin edir.

Çiyinlərdə olan əzələlər qolların hərəkətini təmin edir və qollara düşən qüvvələri tənzimləyir. Bu qüvvələrdən yuxarı və aşağı yönəlmiş qüvvələr bir-birini kompensasiya etdikdə üfüqi qüvvə qolları üfüqi saxlamağa imkan verir.

Hər hansı bir əzələni orqanizmdən ayırıb duzlu məhlula salsaq və məhlula elektrik cərəyanı tətbiq etsək əzələ stimullaşaraq yığılacaq. Əzələnin uzunluğunu dəyişməmək üçün onun uclarını bərkitmək lazımdır. Əzələnin uzunluğunu dəyişmədən onda yaranan gərginliyi ölçmək olar. Bu gərginliyə izometrik gərginlik deyilir. Digər tərəfdən izometrik qüvvə ona bərkidilmiş yüklə təyin edilir. Bu zaman əzələnin generasiya etdiyi maksimal izometrik qüvvənin F_max, əzələnin en kəsiyinin sahəsi S ilə mütənasib olduğunu müəyyən edə bilərik. Beləliklə,

F_max = σS (6)
F_max qiyməti nyutonla verilərsə onda σ ölçüsü N/m² olacaq. Ölçmələr göstərmişdir ki, bütün onurğalıların əzələləri üçün σ-nın qiyməti eyni olub σ = 0,3*10⁶Pa bərabərdir. Əzələ ayrı-ayrı əzələ liflərindən ibarətdir ki, bu liflərin hər biri qüvvə generasiya edir. Buradan aydın olur ki, nə üçün yekun qüvvənin qiyməti əzələnin en kəsiyinin sahəsi ilə mütənasibdir.

5
Nümunə üçün, gənc oğlanın qoltuqaltı əzələsinə baxaq. Bu əzələnin sahəsi 1,5*10^-2m² və generasiya etdiyi maxsimal qüvvə 4500 N olur. Bu əzələlər insana öz çəkisini saxlamağa imkan verir. Əgər cavan oğlanın kütləsi 70kq və çəkisi 690N olarsa, onda qoltuqaltı əzələlərin onun çəkisindən 6 dəfə artıq çəkini saxlaya bildiyini müəyyən edə bilərik. Bu isə adamın tullanma və qaçma hərəkətlərinə imkan verir.

İnsanın dik durması onun ağırlıq qüvvəsi ilə yerin əks istiqamətində (Nyutonun III qanuna görə) ona təsir edən qüvvələrin tarazlaşmasının nəticəsində mümkün olur.

Qaçış zamanı ayaqlara üç qüvvə təsir edir: 1) yuxarı yönəlmiş, ayaq pəncələrinə tətbiq edilmiş və bədənin ağırlıq qüvvəsinə əks olan qüvvə; 2) Axilles bağlarında ayaqlara təsir edən qüvvə; 3) Baldır sümüyünün pəncəyə yönəlmiş qüvvəsi.

3. 
   Qolların və əllərin hərəkət mexanikası.
   

Qolların yuxarı qaldırılmasında əsasən deltavari əzələlər iştirak edir. Bu əzələlər yuxaridan çiyinlərə birləşərək, çiyin sümükləri boyunca dirsək sümüyə çatır. Qolların qaldırılmasında üç qüvvə iştirak edir. Birinci qüvvə Fs çiyinlərə tətbiq olunub və çiyin sümüklərindən keçən x oxu istiqamətində yönəlib.

F_d

F _s

F_a

Şəkil 1. Qola təsir edən qüvvələr

F_a= Qolun aşağı yönəlmiş ağırlıq qüvvəsi

F_d = Deltayabənzər əzələnin yaratdığı qüvvə

F_s = Çiyin sümüyünə təsir edən qüvvə

İkinci F_a qolların ağırlıq qüvvəsidir və aşağı yönəlmişdir. Üçüncü qüvvə Fdx oxunun əksi istiqamətinə təqribən 15˚ bucaq altında təsir edir. Bu qüvvələrin tətbiq nöqtələri və istiqamətləri Şəkil 1.də göstərilmişdir. Əgər biz qəbul etsək ki, qolun ağırlığı F_a = 15N, onda biz F_d və F_s qüvvələrinin qiymətini tapa bilərik: x istiqamətində təsir edən Fs qüvvəsinin qiyməti
F_dcos15˚ = F_a (7)
F oxu istiqamətində təsir edən qüvvənin F_a qiyməti isə

6
F_dsin15˚ = F_a (8)
olacaq. (8) düsturundan
15

F_d = ───── = 57,92N (9)

0,259
və (7) düsturundan
F_s = F_dcos15˚ = (57,92N)(0,966) = 55,95N
alırıq.

4. 
   Budun mexanikası.
   

Aşağı ətrafların, ayaqların hərəkətini bir-birindən asılı olmayan üç əzələ qrupu idarə edir. Onlar bir yerdə bud əzələləri (abductor hip) adlanır və onlar çanağa birləşirlər. Onların əsas işi ayaqları yanlara doğru yelləməkdir (Şəkil 2.). Bu əzələlərin üfüqi x oxuna nisbətən əmələ gətirdiyi qüvvələri və tətbiq bucaqları aşağıdakı kimi olacaq:

F₁ : 75N α₁ = 90˚ - θ₁ = 86˚

F₂ : 220N α₂ = 90˚ - θ₂ = 78˚

F₃ : 100N α₃ = 90˚ - θ₃ = 48˚

y

θ₁ F₁

F₂

θ₂

F₃

θ₃

B ud sümüyü
X