Exam text content

ELT-61150 Ihmisen fysikaaliset ominaisuudet

Kesätentti 13.6.2016 / Juha Nousiainen

Oma laskin on sallittu.

1

b)

 

Henkilö kannattaa kuvan 1 mukaisesti ojennetulla käsivarrella käsipainoa, jonka
massakeskipisteen etäisyys olkanivelestä on 62 cm. Käsivarren paino on 30 N ja sen
massakeskipisteen etäisyys olkanivelestä on 28 cm. Oletetaan, että deltoid-lihas on ainoa
aktiivinen lihas ja se tuottaa maksimivoiman 2000 N ja voimavektorin suunta muodostaa
kulman 13? olkavarren kanssa. Lihas kiinnittyy olkaluuhun etäisyydellä 15 cm nivelestä.

Piirrä tilannetta kuvaava vapaakappalekuva.
Laske, mikä on suurin käsipainon paino, joka voidaan pitää kuvan mukaisessa tasapainossa.
Laske olkaniveleen tässä tilanteessa vaikuttava reaktiovoima R ja sen suunta.

M Deltoid Dumbbell
muscle

   
    

— Shoulder
joint

Kuva 1.

Luunäytettä on koestettu puristamalla sitä kasvavalla voimalla F ja mittaamalla puristuma Al.
Testin tulokset on esitetty viereisessä kuvassa 2. Sylinterimäisen luunäytteen pituus oli 20
mm ja halkaisija 10 mm.

Määritä oheisen kuvan 2 avulla kyseisen luunäytteen Fan

e elastinen alue,

e plastinenalue, a
e kimmokerroin (Young's modulus), EN
e myötölujuus (yield stress, YS), 2
e murtolujuus (ultimate tensile stress, UTS)
e maksimaalinen suhteellinen puristuma (ultimate ' 5 , j
5, 0 = 00 E 100.0 1800 A/Gm)
percent compression, UPC) p ES
Puristuma.
Kuva 2.

Sovella em. testituloksia juoksevaan henkilöön, jonka sääriluuhun kohdistuu maksimissaan
6000 N voima. Sääriluun pienin poikkipinta-ala on 3 cm?. Kuinka paljon sääriluu enintään
lyhenee kantakontaktin aikana, kun sen lepopituus on 50 cm.

Loput tehtävät toisella sivulla.

 
b)

/

Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:
Miten ihmisen energiavastojen käyttö eroaa lyhytaikaisessa ja pitkäaikaisessa rasituksessa?
Mitä tarkoittavat perusaineenvaihdunnan nopeus ja metabolinen ekvivalentti?

Miten kehon tuottaman hukkalämmön poisto kehosta eroaa levon ja fyysisen rasituksen
aikana?

Tarkastellaan verenpainetta ja siihen liittyvää fysiikkaa.

Kuvaa (piirrä kuva) verenkierron valtimopainepulssin käyttäytyminen ajan funktiona yhden
sydämen syklin aikana. Selitä, miten eri tekijät vaikuttavat verenpainepulssin muotoon.
Määrittele valtimon pulssipaine (pulse pressure) ja keskipaine (mean arterial pressure,
MAP). Mistä tekijöistä ne muodostuvat?

Kuvaa ja perustele fysikaalisesti, kuinka verenpaine käyttäytyy eri osissa
verenkiertojärjestelmää (isot valtimot — pienet valtimot — hiussuonet — pienet laskimot —
suuret laskimot).

Tarkastellaan jättiläismustekalan hermosolua, jossa on mitattu lämpötilassa T=6 *C solun
lepotilan aikana seuraavat solun sisäiset ja ulkoiset ionikonsentraatiot (mM) sekä solukalvon
suhteelliset ioniläpäisevyydet eri ioneille:

Ioni — Sisäpuoli Ulkopuoli Läpäisevyys

Na" = 50 440 0,04
K* 400 20 1
CC 9 560 0,45

Ratkaise kunkin ionin tasapainojännite sekä solukalvon kalvojännite.

Esitä tämän hermosolun solukalvon sähköinen ekvivalenttipiiri eli Hodgkin-Huxley -malli.

 
 

4 Ihmiskehon fysikaaliset ominaisuudet

 

 

 

 

skoelma
= 2 i.
= ma Ey = hmv'; E, = mgh Ax = vit + sat
Av 1+e =1 2 2
GSI = 225 toon; a = = v; E — Vo
tcoll teoll w=vutat H= g
T=?xF;r, =rF'sin0
kL
o=F/A y= ="
Fupplicd — kL0L- Io A = i i a
F=-kr 4 a 0 = PE = 3h(L— 10)
o Ye = 0
Lo

AU = Ons J Ciom — W. o = O + Oloss:

140 a. w
= i <A 5 Mk s 111-42k

 

 

 

 

 

 

 

Ää = Ar ==
(30) laan Ti
R=eoT' (3) =RA=cämTdmdan A s imin
* / loss
2 d
2wo = 2T Re = JA — pud —ud
AP = z a T RAP L n x m/d n v
i. =.
Pi + 5Pui + Pgyi = Po + 5 pus + pgya E = s
2 2 w=f( Far- f (F/ANAdz) = [. PAav.
AP AV AW
Wit a > e.
= s AP At
TR! % P ES P —1t/x
9-37 2) = VIP) =Va+CaowP: 0-2 t=RC
IL P29n P
— 0V. a 1 = 1190:
Z = pv Rot =7 Pn = P 1101 = 1909
L) (140 jo n;
Vn) 118/% > ii ile
47. [c k=1.38 - 102) K1
7 =-nli 4=1.602-109c K
= lon) = ma
5 KI, PALK 11+:Py:[Na ]:p [GET r, EN DA
=» = + + E = « ja 1, 2")
d PAK). *P la Jo BHCIT, ae = me