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:

1. Основные физико-механические требования, предъявляемые к стоматологическим материалам.

2. Какие механические свойства необходимо учитывать при подборе стоматологического материала?

3. Внешние и внутренние силы, механическое напряжение. Определение деформации. Упругая и пластическая деформации, основные виды деформации.

4. Деформация растяжения (сжатия). Закон Гука для этого вида деформации. Физический смысл модуля упругости (модуля Юнга). Жесткость и податливость.

5. Изменение поперечных размеров тела, относительное изменение объема. Коэффициент Пуассона.

6. Особенности деформации изгиба.

7. 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.