Exam text content

 

ELT-61150 Ihmiskehon fysikaaliset ominaisuudet a =

Tentti 21.5.2015 / Juha Nousiainen a

Oma laskin on sallittu.

1. Henkilö nostaa oheisen kuvan mukaisesti aluksi selkälihasten ja sitten
jalan ojentajalihasten avulla selkä suorana painavaa taakkaa. Mallinnetaan
koko ylävartaloa (torso, pää ja yläraajat) yhtenä jäykkänä kappaleena,
jonka pituus on L=65 cm. Koko ylävartalon massa on 50 kg, ja sen
massakeskipiste sijaitsee 45 cm etäisyydellä ristiselän alimmasta
nikamasta, jonka suhteen selkä kääntyy. Taakan massa on 20 kg, ja siihen
vaikuttava maan vetovoima vaikuttaa vapaakappaleen yläpäähän
etäisyydellä L=65 cm ristiselästä. Oletetaan, että selän ojentajalihaksen
voima M vaikuttaa ylävartalon massakeskipisteeseen, ja sen suunta
muodostaa 10 asteen kulman suoran selkärangan kanssa. Ristiselkään
vaikuttaa reaktiovoima R.

 

Tarkastellaan kolmea tilannetta, joissa selkäranka muodostaa kulman Poor lifting technigue
B=90? (vaaka-), 45" (viisto-) ja 0? (pystyasento) pystyakselin suhteen.

a) Piirrä vapaakappalekuva nostotilanteesta, siinä vaikuttavista voimista ja vääntömomenteista
tilanteessa, jossa selkäranka muodostaa 45 asteen kulman yläviistoon.

b) Ratkaise ja esitä tulokset taulukkona, kuinka monikertaisia lihasvoima M ja reaktiovoima
R ovat nostettavaan kokonaiskuormaan (eli ylävartalon paino + taakan paino) verrattuna em.
kolmella nostokulman arvolla (eli M ja R selän nostokulman funktiona).

Tulkitse tuloksia turvallisuuden kannalta.

2.a) — Selvitä, kuinka yhdensuuntaiset ja sulkamaiset lihakset eroavat toisistaan voiman ja liikkeen
kehittämisen suhteen.

b) Selvitä, kuinka konsentrinen ja eksentrinen lihastyö eroavat toisistaan.
c) Selvitä, kuinka luun ja jänteen biomekaaniset ominaisuudet eroavat toisistaan.

d) Selvitä, kuinka kehon tuottaman hukkalämmön poisto eroaa lepotilan ja fyysisen rasituksen,
esim. pyöräilyn aikana. 2 <

S
G

öh

I

Tehtävät 3 ja 4 toisella sivulla
 

3.a)

b)

Selvitä, miten voit biofysikaalisesti kuvata verenpaineen muutoksen valtimoista laskimoihin
systeemisessä verenkierrossa.

Aortassa on oheisen kuvan mukainen 0. i :

sukkulamainen laajentuma, jossa valtimon 1 2
sisäsäde on kasvanut terveen suonen normaalista u, Uu
arvosta ri = 1,25 cm sairaan suonen arvoon = p Ps

1,3rj. Terveessä suonessa on mitattu olevan

Fusiform
verenvirtausnopeus u; = 0,4 m/s ja verenpaine Pj =

100 mmHg. Veren tiheys p =1,060 kg/m". a aNeurysin

Ratkaise valtimolaajentuman kohdalla oleva veren s
virtaus O», veren virtausnopeus u,, ja verenpaine

P2, sekä kuinka suuri vetojännitys T> kohdistuu

suonen seinämään.

  

Selvitä, millainen on verenkierron Windkessel-malli.

S X )
Sin %

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

Ioni — Sisäpuoli Ulkopuoli Läpäisevyys

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

Ratkaise kunkin ionin tasapainojännite sekä solukalvon kalvojännite.
Kuvaile, millainen sähkökemiallinen voima (gradientti) vaikuttaa kuhunkin ioniin sekä

NX a
millainen ionivirta solukalvon läpi kustakin ionista muodostuu. 196 -34en Po) >

Camp 3)

Hermosolu ärsyyntyvyysherkkyyttä tutkitaan siten, että sitä ärsytetään sähkövirralla, jonka
voimakkuutta ja kestoa muutetaan. Kuvaa ja selvitä, kuinka (kuvaaja) ja miksi (perustele)
kynnysjännitteen saavuttamiseksi tarvittava ärsytysvirran voimakkuus riippuu ärsytysvirran
syötön kestosta.