Functionele anatomie en biomechanica
Intro
1. Doel biomechanica
Geen leerstof, maar goed om doel van examen te weten
- begrijpen welke krachten op het lichaam werken
- begrijpen hoe weefsels daarop reageren
- begrijpen waarom blessures ontstaan
- begrijpen waarom bot, kraakbeen, pees, spier en ligament verschillende
eigenschappen hebben
beweging bestaat uit:
- kinematics: beschrijft beweging (snelheid, versnelling, positie), zonder
naar krachten te kijken
- kinetics: bestudeert de krachten die de beweging veroorzaken
2. Wiskundige achtergrond
2.1. Scalar vs vector
Scalar: alleen grootte, bv: massa, energie, temp…
Vector geeft grootte (amplitude), richting en aangrijpingspunt van kracht
Vb vector: kracht, snelheid, versnelling, moment
Massa is dus geen vector, want heeft enkel een grootte, geen richting
3. Kracht
3.1. Kracht
Kracht op lichaam wordt weergegeven als vector.
Kracht: iets wat duwt/trekt aan iets -> kan beweging veranderen, vervorming
veroorzaken…
Een kracht kan opgedeeld worden in x- en y-component: F=√ F x + F y
Stelling van Pythagoras: c 2=a2+ b2
overstaande zijde a
sin α= =
schuine zijde c
aanliggende zijde b
cos α= =
schuine zijde c
, sin α overstaande zijde a
tan α=¿ ¿ = ¿
cos α aanliggende zijde b
Uitwendige krachten: gewicht=W =m∙ g
g= 9.81 m/s2
Σ F=0 --> krachtenbalans is in evenwicht om ervoor te
zorgen dat het zijn bewegingspatroon niet veranderd (en
dus niet versneld)
= 1ste wet van Newton
3 krachten die inwerken op systeem:
- Reactiekracht: staat schuin, dus x en y component
- Spierkracht van biceps, ook schuin
- Gewicht: alleen in y richting, dus geen x component
Σ F x =Fbx + R x =0
Σ F y =F by + R y +W =0
2e wet van Newton: F=m∙ a
(som van krachten leidt tot beweging)
Zwaarder voorwerp --> acceleratie kleiner (minder versnelling)
Lichter voorwerp --> acceleratie groter
Meer kracht --> meer versnelling
3.2. Moment
Moment= kracht * momentarm = impact van kracht rond rotatie as.
Moment arm: loodrechte afstand van kracht W tot rotatiepunt, en afstand van
spierkracht tot rotatiepunt
Rotatiepunt= punt waarrond gewricht scharniert
Geen moment door reactie kracht, want die gaat door rotatiepunt, dus heeft geen
moment arm.
M =F ∙ d
M b=F b ∙d 1
ΣM =( Fd ∙ d 1 )−( W ∙ d 2 ) =0
Die reactie kracht moet aanwezig zijn, want er moet een horizontale
tegenwerkende kracht zijn om horizontale component bicepskracht tegen te
werken --> als er geen tegenwerkende kracht zou zijn, dan zou voorwerp
bewegen
,Hoe groter momentarm --> hoe groter moment --> hoe minder spierkracht nodig
Biceps moet vaak enorme krachten leveren om klein gewicht op te tillen. Omdat:
gewicht ver van elleboog zit en biceps dicht bij elleboog aanhecht --> kleine
moment arm spier en grote momentarm gewicht
Uit artikel: Waarom gebruik je een wandelstok aan de tegenovergestelde zijde?
- Voor linker heuppijn: wandelstok rechts, niet links
- Want wandelstof creëert extra momentum dat lichaamsgewicht helpt
compenseren --> daardoor lagere heupkracht (minder heupbelasting)
3.3. Hefbomen
Uitwendige moment= inwendige moment= spierkracht *
hefboomsarm
Hefboom: rotatiepunt in enkel. Kracht van grond F, kracht van
achillespees AF. Die krachten moeten in evenwicht zijn. Als
afstand van achillespees tot enkel korter is dan van afstand
grondkracht F tot enkel, dan weet je dat kracht van achillespees
groter moet zijn bij die kleine hefboom om een evenwicht te
vinden.
3.4. Types krachten
- Gravitationele kracht, bv gewicht
- Reactie (normaal) kracht: loodrecht op grond (beter dan shear)
- Wrijvings of shear kracht: parallel met grond
- Elastiche Kracht: afh van afstand erover iets uitgerekt/ingedrukt is,
belangrijk bij pees (zodat die kan uitrekken, belangrijk voor
schokabsorptie)
4. Spanning= ‘stress’
Kracht ≠ schade
Hoe meer kracht, hoe meer kans op schade.
MAAR: als er kracht inwerkt op lichaam, is er niet altijd schade => of er al dan
niet schade is, wordt bepaald door spanning
Dus eig oorzaak van schade is spanning en niet kracht (meestal doordat kracht
inwerking niet verdeeld kan worden over bepaalde opp)
Spanning= stress= maat voor belasting van materiaal, afh van kracht en opp
wrop kracht inwerkt
F
σ=
A
, Eenheid: N/m^2 = Pa
Als opp kleiner wordt => wordt spanning groter
Als kracht groter wordt => wordt spanning groter
Bv: met schoen vs naaldhak op zachte grond staan: met naaldhak grotere kans
dat je in de grond drukt, want: zelfde kracht op kleiner opp, dus hogere stress/
spanning
Inwerking van kracht wordt verdeeld over opp => schade wordt verdeeld
Stress is een weefselkarakteristiek, eerder dan een structurele karakteristiek
Examenvragen chat:
Wrom heeft dikke tibia minder kans op breuk dan dunne tibia.
Dikker => grotere doorsnede => groter oppervlak => lagere stress
(NIET omdat er minde kracht is!!)
Heup normaal: groot contact opp, lage stress.
Als contactopp kleiner wordt => stress stijgt enorm
Misvormingen van gewricht veroorzaken sneller artrose
Voorbeeld:
Man van 75 kg
Grondreactiekracht= 5x lichaamsgewicht = 5 x 9.81 m/s^2 * 75
kg
Want gewicht W = m * g
Massa van voet verwaarlozen
Beschouw tibia als holle cilinder
Hoe groot is opp wrop spanning komt= opp buitenschijf – opp
binnenschijf (holte)
Hoe groot is spanning op tibia= totale kracht die op tibia inwerkt/
A
Als dwarsdoorsnede klein is, zal spanning zeer groot zijn
5. Rek= ‘strain’
L−L0
Strain= rek= ε = , met L0: onbelaste lengte (originele lengte)
L0
Eenheid: dimensieloos
Mate wrin object in staat is te vervormen bepaalt mate wrin object in staat is te
breken
Door vervorming kan je deel van kracht wegwerken => hoe meer het kan
vervormen, hoe beter het instaat is om weerstand te weerstaan
Stijve structuren (zoals botten) hebben beperkte vervorming
Intro
1. Doel biomechanica
Geen leerstof, maar goed om doel van examen te weten
- begrijpen welke krachten op het lichaam werken
- begrijpen hoe weefsels daarop reageren
- begrijpen waarom blessures ontstaan
- begrijpen waarom bot, kraakbeen, pees, spier en ligament verschillende
eigenschappen hebben
beweging bestaat uit:
- kinematics: beschrijft beweging (snelheid, versnelling, positie), zonder
naar krachten te kijken
- kinetics: bestudeert de krachten die de beweging veroorzaken
2. Wiskundige achtergrond
2.1. Scalar vs vector
Scalar: alleen grootte, bv: massa, energie, temp…
Vector geeft grootte (amplitude), richting en aangrijpingspunt van kracht
Vb vector: kracht, snelheid, versnelling, moment
Massa is dus geen vector, want heeft enkel een grootte, geen richting
3. Kracht
3.1. Kracht
Kracht op lichaam wordt weergegeven als vector.
Kracht: iets wat duwt/trekt aan iets -> kan beweging veranderen, vervorming
veroorzaken…
Een kracht kan opgedeeld worden in x- en y-component: F=√ F x + F y
Stelling van Pythagoras: c 2=a2+ b2
overstaande zijde a
sin α= =
schuine zijde c
aanliggende zijde b
cos α= =
schuine zijde c
, sin α overstaande zijde a
tan α=¿ ¿ = ¿
cos α aanliggende zijde b
Uitwendige krachten: gewicht=W =m∙ g
g= 9.81 m/s2
Σ F=0 --> krachtenbalans is in evenwicht om ervoor te
zorgen dat het zijn bewegingspatroon niet veranderd (en
dus niet versneld)
= 1ste wet van Newton
3 krachten die inwerken op systeem:
- Reactiekracht: staat schuin, dus x en y component
- Spierkracht van biceps, ook schuin
- Gewicht: alleen in y richting, dus geen x component
Σ F x =Fbx + R x =0
Σ F y =F by + R y +W =0
2e wet van Newton: F=m∙ a
(som van krachten leidt tot beweging)
Zwaarder voorwerp --> acceleratie kleiner (minder versnelling)
Lichter voorwerp --> acceleratie groter
Meer kracht --> meer versnelling
3.2. Moment
Moment= kracht * momentarm = impact van kracht rond rotatie as.
Moment arm: loodrechte afstand van kracht W tot rotatiepunt, en afstand van
spierkracht tot rotatiepunt
Rotatiepunt= punt waarrond gewricht scharniert
Geen moment door reactie kracht, want die gaat door rotatiepunt, dus heeft geen
moment arm.
M =F ∙ d
M b=F b ∙d 1
ΣM =( Fd ∙ d 1 )−( W ∙ d 2 ) =0
Die reactie kracht moet aanwezig zijn, want er moet een horizontale
tegenwerkende kracht zijn om horizontale component bicepskracht tegen te
werken --> als er geen tegenwerkende kracht zou zijn, dan zou voorwerp
bewegen
,Hoe groter momentarm --> hoe groter moment --> hoe minder spierkracht nodig
Biceps moet vaak enorme krachten leveren om klein gewicht op te tillen. Omdat:
gewicht ver van elleboog zit en biceps dicht bij elleboog aanhecht --> kleine
moment arm spier en grote momentarm gewicht
Uit artikel: Waarom gebruik je een wandelstok aan de tegenovergestelde zijde?
- Voor linker heuppijn: wandelstok rechts, niet links
- Want wandelstof creëert extra momentum dat lichaamsgewicht helpt
compenseren --> daardoor lagere heupkracht (minder heupbelasting)
3.3. Hefbomen
Uitwendige moment= inwendige moment= spierkracht *
hefboomsarm
Hefboom: rotatiepunt in enkel. Kracht van grond F, kracht van
achillespees AF. Die krachten moeten in evenwicht zijn. Als
afstand van achillespees tot enkel korter is dan van afstand
grondkracht F tot enkel, dan weet je dat kracht van achillespees
groter moet zijn bij die kleine hefboom om een evenwicht te
vinden.
3.4. Types krachten
- Gravitationele kracht, bv gewicht
- Reactie (normaal) kracht: loodrecht op grond (beter dan shear)
- Wrijvings of shear kracht: parallel met grond
- Elastiche Kracht: afh van afstand erover iets uitgerekt/ingedrukt is,
belangrijk bij pees (zodat die kan uitrekken, belangrijk voor
schokabsorptie)
4. Spanning= ‘stress’
Kracht ≠ schade
Hoe meer kracht, hoe meer kans op schade.
MAAR: als er kracht inwerkt op lichaam, is er niet altijd schade => of er al dan
niet schade is, wordt bepaald door spanning
Dus eig oorzaak van schade is spanning en niet kracht (meestal doordat kracht
inwerking niet verdeeld kan worden over bepaalde opp)
Spanning= stress= maat voor belasting van materiaal, afh van kracht en opp
wrop kracht inwerkt
F
σ=
A
, Eenheid: N/m^2 = Pa
Als opp kleiner wordt => wordt spanning groter
Als kracht groter wordt => wordt spanning groter
Bv: met schoen vs naaldhak op zachte grond staan: met naaldhak grotere kans
dat je in de grond drukt, want: zelfde kracht op kleiner opp, dus hogere stress/
spanning
Inwerking van kracht wordt verdeeld over opp => schade wordt verdeeld
Stress is een weefselkarakteristiek, eerder dan een structurele karakteristiek
Examenvragen chat:
Wrom heeft dikke tibia minder kans op breuk dan dunne tibia.
Dikker => grotere doorsnede => groter oppervlak => lagere stress
(NIET omdat er minde kracht is!!)
Heup normaal: groot contact opp, lage stress.
Als contactopp kleiner wordt => stress stijgt enorm
Misvormingen van gewricht veroorzaken sneller artrose
Voorbeeld:
Man van 75 kg
Grondreactiekracht= 5x lichaamsgewicht = 5 x 9.81 m/s^2 * 75
kg
Want gewicht W = m * g
Massa van voet verwaarlozen
Beschouw tibia als holle cilinder
Hoe groot is opp wrop spanning komt= opp buitenschijf – opp
binnenschijf (holte)
Hoe groot is spanning op tibia= totale kracht die op tibia inwerkt/
A
Als dwarsdoorsnede klein is, zal spanning zeer groot zijn
5. Rek= ‘strain’
L−L0
Strain= rek= ε = , met L0: onbelaste lengte (originele lengte)
L0
Eenheid: dimensieloos
Mate wrin object in staat is te vervormen bepaalt mate wrin object in staat is te
breken
Door vervorming kan je deel van kracht wegwerken => hoe meer het kan
vervormen, hoe beter het instaat is om weerstand te weerstaan
Stijve structuren (zoals botten) hebben beperkte vervorming
