Emberi ízületek tribológiája



Hasonló dokumentumok
Pontszerű test, pontrendszer és merev test egyensúlya és mozgása (Vázlat)

Földművek gyakorlat. Vasalt talajtámfal tervezése Eurocode szerint

ISMÉT FÖLDKÖZELBEN A MARS!

Körmozgás és forgómozgás (Vázlat)

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

Oktatási segédlet. Acél- és alumínium-szerkezetek hegesztett kapcsolatainak méretezése fáradásra. Dr. Jármai Károly.

Méréssel kapcsolt 3. számpélda

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar. Járműelemek és Hajtások Tanszék. Siklócsapágyak.

Segédlet a menetes orsó - anya feladathoz Összeállította: Dr. Kamondi László egyetemi docens, tárgyelőadó Tóbis Zsolt tanszéki mérnök, feladat felelős

Negyvenéves a váci cementgyártás

REPÜLŐFEDÉLZETI TŰZFEGYVEREK LÖVEDÉK MOZGÁSÁNAK BALLISZTIKAI SZÁMÍTÁSA 2 BEVEZETÉS

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

M é r é s é s s z a b á l y o z á s

Segédlet Egyfokozatú fogaskerék-áthajtómű méretezéséhez

2-17. ábra ábra. Analízis 1. r x = = R = (3)

JÁRMŰ HIDRAULIKA ÉS PNEUMATIKA

ÉPÍTÉSZETI ÉS ÉPÍTÉSI ALAPISMERETEK

Visszatérítő nyomaték és visszatérítő kar

Hidraulika. 5. előadás

A Michelson-Morley kísérlet gyökeres átértékelése

V. Gyakorlat: Vasbeton gerendák nyírásvizsgálata Készítették: Friedman Noémi és Dr. Huszár Zsolt

MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT Budapest, Pf. 62 Telefon , Fax

választással azaz ha c 0 -t választjuk sebesség-egységnek: c 0 :=1, akkor a Topa-féle sebességkör teljes hossza 4 (sebesség-)egységnyi.

MECHANIKA / STATIKA ÉS SZILÁRDSÁGTAN / FELADATOK

LEVÁLÁSI JELENSÉGEK VIZSGÁLATA CENTRIFUGÁL KOMPRESSZORON A MÉRŐBERENDEZÉS FELÉPÍTÉSE

Mi a biomechanika? Mechanika: a testek mozgásával, a testekre ható erőkkel foglalkozó tudományág

= szinkronozó nyomatékkal egyenlő.

Hang és ultrahang. Az ultrahangos képalkotás, A-, B- és M-képek. Doppler-echo. Echo elv - képalkotás. cδt = d+d = 2d

Integrált áramkörök termikus szimulációja

A kéz/kar rendszer mechanikai terhelésének vizsgálata, tekintettel foglalkozási betegségként való elismerésükre

Nyugalmi és akciós potenciál

A 2011/2012. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. I.

Név:...EHA kód: tavasz

Slovenská komisia Fyzikálnej olympiády. Szlovákiai Fizikai Olimpiász Bizottság

b) Adjunk meg 1-1 olyan ellenálláspárt, amely párhuzamos ill. soros kapcsolásnál minden szempontból helyettesíti az eredeti kapcsolást!

Fizika 2. Feladatsor

MEGOLDÓKULCS AZ EMELT SZINTŰ FIZIKA HELYSZÍNI PRÓBAÉRETTSÉGI FELADATSORHOZ 11. ÉVFOLYAM

Széchenyi István Egyetem. Alkalmazott Mechanika Tanszék

Mikrohullámok vizsgálata. x o

MUNKAANYAG. Szabó László. Szilárdságtan. A követelménymodul megnevezése:

ÉPÍTMÉNYEK FALAZOTT TEHERHORDÓ SZERKEZETEINEK ERÕTANI TERVEZÉSE

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Földmővek, földmunkák II.

A 2008/2009. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának. feladatai és megoldásai fizikából. I.

k u = z p a = = 2880, k M = z p 2πa = (b) A másodpercenkénti fordulatszám n = 1000/60 1/s,

Fizika I, Villamosságtan Vizsga fé, jan. 12. Név:. EHA Kód:

Termelési rendszerek és folyamatok

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Modern műszeres analitika számolási gyakorlat Galbács Gábor

Ph Mozgás mágneses térben

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék VARJU EVELIN

Feszített vasbeton gerendatartó tervezése költségoptimumra

Fizikai olimpiász. 52. évfolyam. 2010/2011-es tanév. D kategória

Seite 1. Térfogatalakító eljárások. Zömítés. Térfogatalakító eljárások. Prof. Dr. Tisza Miklós Miskolci Egyetem

Szakács Jenő Megyei Fizikaverseny

Méréstechnika 5. Galla Jánosné 2014

Oktatási segédlet REZGÉSCSILLAPÍTÁS. Dr. Jármai Károly, Dr. Farkas József. Miskolci Egyetem

8. Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése jegyzőkönyv

SCHÖCK BOLE MŰSZAKI INFORMÁCIÓK NOVEMBER

Erőátvitel tervezése. Tengelykapcsoló. Magdics G. (LuK Savaria) Trencséni B. (BME)

2. előadás: További gömbi fogalmak

Csepp alapú mikroáramlási rendszerek tervezése és vizsgálata

SZENT ISTVÁN EGYETEM BELSŐÉGÉSŰ MOTOROK MŰKÖDÉSI MIKROFOLYAMATAINAK ANALÍZISE A GÉPÜZEMELTETÉS CÉLJÁBÓL. Doktori értekezés. Bártfai Zoltán.

Szerszámgépek. 1999/2000 II. félév Dr. Lipóth András által leadott anyagrész vázlata

A szerszám hőegyensúlyának vizsgálata alumínium és magnézium nyomásos öntésnél

VII. Gyakorlat: Használhatósági határállapotok MSZ EN 1992 alapján Betonszerkezetek alakváltozása és repedéstágassága

MÉRSÉKLETI NYÚLÁS hossz mérséklet változás t (oc) 100 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00

Cél. ] állékonyság növelése

Gyakorló feladatok Tömegpont kinematikája

Anyagmozgatás és gépei. 3. témakör. Egyetemi szintű gépészmérnöki szak. MISKOLCI EGYETEM Anyagmozgatási és Logisztikai Tanszék.

SZENT ISTVÁN EGYETEM YBL MIKLÓS ÉPÍTÉSTUDOMÁNYI KAR EUROCODE SEGÉDLETEK A MÉRETEZÉS ALAPJAI C. TÁRGYHOZ

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

Slovenská komisia Fyzikálnej olympiády 49. ročník Fyzikálnej olympiády v školskom roku 2007/2008

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

Segédlet és méretezési táblázatok Segédlet az Eurocode használatához, méretezési táblázatok profillemezekhez és falkazettákhoz

Egy emelt szintű érettségi feladat kapcsán Ábrahám Gábor, Szeged

VIZSGABIZTOS KÉPZÉS. 09_2. Kormányzás. Kádár Lehel. Budapest,

Debreceni Egyetem, Közgazdaság- és Gazdaságtudományi Kar. Feladatok a Gazdasági matematika I. tárgy gyakorlataihoz. Halmazelmélet

(1. és 2. kérdéshez van vet-en egy 20 oldalas pdf a Transzformátorokról, ide azt írtam le, amit én kiválasztanék belőle a zh-kérdéshez.

1.8. Ellenőrző kérdések megoldásai

Ipari robotok megfogó szerkezetei

Póda László Urbán János: Fizika 10. Emelt szintű képzéshez c. tankönyv (NT-17235) feladatainak megoldása

Az Egyszerű kvalitatív kísérletek és az egész órás mérési gyakorlatok időzítése, szervezési kérdései!

1. példa. 2. példa. értelemszerően. F ábra

Fizikaverseny, Döntő, Elméleti forduló február 8.

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Az aperturaantennák és méréstechnikájuk

Analízisfeladat-gyűjtemény IV.

1. KÜLÖNLEGES MECHANIKUS HAJTÓMŰVEK, HULLÁMHAJTÓMŰVEK, CIKLOHAJTÓMŰVEK... 8

Kockázati folyamatok. Sz cs Gábor. Szeged, szi félév. Szegedi Tudományegyetem, Bolyai Intézet

Feladatok GEFIT021B. 3 km

ACÉLÍVES (TH) ÜREGBIZTOSÍTÁS

FIZIKA Tananyag a tehetséges gyerekek oktatásához

7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

8.B 8.B. 8.B Félvezetı áramköri elemek Unipoláris tranzisztorok

Fizika előkészítő feladatok Dér-Radnai-Soós: Fizikai Feladatok I.-II. kötetek (Holnap Kiadó) 1. hét Mechanika: Kinematika Megoldandó feladatok: I.

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

5. Trigonometria. 2 cos 40 cos 20 sin 20. BC kifejezés pontos értéke?

Átírás:

FOGLALKOZÁS-EGÉSZSÉGÜGY 3.2 Emberi ízületek tribológiája Tárgyszavak: ízület; kenés; mágneses tér; orvostudomány; szinoviális folyadék; ízületnedv; ízületi gyulladás; arthritis; arthrosis; terhelhetőség; terápia; csípőízület; könyökízület; vállízület; tribológia. Bevezetés, kiindulási alapok A WHO (Egészségügyi Világszervezet) demográfiai becslései szerint az Európai Únióban a 80 évnél idősebb személyek száma az 1995. évi 13,5 millióról 2050-ig 45 millióra nő, míg a dolgozók száma ugyanebben az időszakban 227 millióról 172 millióra csökken. A csípőízületi törések száma 2000 és 2050 között a nőknél 310 000-ről 750 000-re, a férfiaknál 90 000-ről 210 000- re nő majd. A csípőízület betegségeinél a pulzáló mágneses térrel végzett terápiával már néhány kezeléssel pozitív hatás érhető el, mivel a váltakozó mágneses tér a test belsejében áramot indukál, amelynek a sejtek anyagcseréjére van hatása. A széles frekvenciatartományú, váltakozó mágneses tér a sejtmembránra, a nyirok- és a vérkeringésben az iontranszportra és elektrolittranszportra hat, gyorsítja az anyagcserét, a káros anyagok eltávolítását, a sérült vagy beteg sejtek regenerálását. Az alábbiak foglalkoznak: az egészséges és a beteg emberi ízületek tribológiájának az ízületi résekben fellépő nyomáseloszlással kapcsolatos problémáival, az emberi ízületekben a csont és a porc között fellépő nyomás és az ízület terhelhetőségének egyszerű, közelítő számításával, figyelembe véve a mágneses tér hatását (a mágneses tér megelőzi az ízületi gyulladást, arthrosis), mágneses térrel kezelt ízület orvosi célokra alkalmas, egyszerűsített, numerikus számítási módszerével. Az emberi ízületekben a csont fejének váltakozó elmozdulása okozza a nyomásos áramlással összefüggő hidrodinamikus kenést. Az elfordulással kapcsolatos hidrodinamikus kenést a csont elfordulási szögsebessége hozza létre. A szinoviális folyadék (ízületnedv, a kenőanyag) a mágneses tér hatására kialakuló aszimmetrikus és izotermikus áramlását tételezik fel a csont és a porc közötti, változó magasságú résben. A szinoviális folyadék viszkozitása kerületi irányban és hosszirányban változó, sűrűsége állandó. A kenés prob-

lémájának megfelelő megoldásához az ízület nemlineáris geometriáját is figyelembe kell venni. A működésben részt vevő csontfelületek gömb, parabolikus, hiperbolikus és elliptikus alakú felületek. Az emberi csípőizület csontjai gömb és elliptikus alakúak. Az emberi ujj-, láb- és könyökizületek parabolikus és hiperbolikus alakúak. A dinamikus viszkozitás az egymás ellen mozgatott folyadékmolekulák belső súrlódásának mértéke (1. ábra). A viszonyokat leíró összefüggés: viszkozitás = súrlódási erő rés magassága F h N m = = = Pa s Pas sebesség érintkező felület V A m 2 m s (1a) A rés magassága h szinoviális folyadék F 1. ábra A szinoviális folyadék viszkozitásának definíciója A viszkozitást leíró tört számlálójában az F súrlódási erő és a h résszélesség szorzata, nevezőjében a kenőanyag V sebességének és az A érintkező felület szorzata szerepel. A viszkozitás a nyíróerő gradiensétől és a mágneses tértől függ. A nyíróerő gradiense a kenőanyag sebességének és a rés magasságának az arányától függ. Ha a nyíróerő gradiense csökken, akkor a viszkozitás nő. Ha a mágneses tér nő, akkor a viszkozitás is nő. A viszkozitás és a nyíróerő gradiensét az alábbi összefüggés írja le: η0 η η p = η + 2 1 + A Θ+ B Θ (1b) δv Θ= δα 1 2

ahol η = dinamikus viszkozitás a nyíróerő gradiensének nagy értékei esetén (Θ = 1000 s -1 ) η = dinamikus viszkozitás a nyíróerő gradiensének kis értékei esetén 0 (Θ = 5 s -1 ) A (N,B), B (N,B) kísérleti tényezők Korábbi kísérletek alapján az alábbi értékek adódtak: A = 1,88307 5 s és B = 0,00131 s 2 egészséges ízületekre, mágneses tér nélkül, valamint A = 0,03349 s és B = 0,00458 s 2 beteg ízületekre, mágneses tér nélkül. Hidrodinamikus kenés nyomásos áramlás és elfordulás esetén Nyomásos áramlás Ha két, egymásra hatással levő csontfelület mágneses térben, az erő és a v sebesség hatására egymáshoz közelebb kerül, akkor nyomásos áramlásról van szó (2.a, 2.b ábra). Az N szimbólum a mágneses nyomatékot; B a mágneses indukciót (mágneses fluxussűrűséget) jelöli. E felületek között van az η viszkozitású szinoviális folyadék. A felső felület a mozgás közben mindig a legkisebb távolságokban van az alsó felülettől. Mivel a szinoviális folyadék a két felület között van, így a két felület nem érintkezhet egymással. Minél nagyobb a mágneses tér, annál nagyobb értékre nő a viszkozitás. Minél nagyobb a viszkozitás, annál nagyobb értékre nő a nyomás. Ez a nyomás akadályozza meg a csont és a porc felületének érintkezését. A felső felület lehetséges végső helyzetében ε távolságra van az alsó felülettől. Ekkor a nyomásos áramlás miatt az alábbi nyomás lép fel: U η p = + N B ε m N s s 2 m A N N Pa m m A m 2 m [p] = + = = [ ] (2) Az U szimbólum egyenletes sebességet, az N a mágneses nyomatékot, és a B a mágneses indukciót (mágneses fluxussűrűséget) jelenti.

az U sebesség és a terhelés iránya N[A/m] B[N/Am] É szinoviális folyadék érintkezési felület α 1 α 3 nyomás D ε porc a csont alsó része a nyomásos áramlás p nyomása a csont felső felülete U (sebesség) szinoviális folyadék a csont alsó felülete ε végső résmagasság 2. ábra Emberi ízületek csont és porc közötti kenése a szinoviális folyadék nyomásos áramlásával Hidrodinamikus kenés elfordulással Adott két koncentrikus gömbfelület (a csont és a porc), a csont ω szögsebességgel mozog (3. ábra). A rés magassága h, a csont gömb alakú fejének

sugara R. E felületek között van a mágneses tér és az η viszkozitású szinoviális folyadék. A csont mozgása a folyadék áramlását váltja ki. Ha a csont felülete ω szögsebességének hatására a szinoviális folyadék mozogni kezd, akkor az elfordulás miatt elkezdődik a hidrodinamikus kenés. p hidrodinamikus nyomás porc η viszkozitású szinoviális folyadék a csont feje ω szögsebesség 3. ábra Elfordulás által keltett, klasszikus hidrodinamikus kenés vázlatos ábrázolása emberi ízületekben A kenés közben hidrodinamikus nyomás lép fel ω R η p = + N B h 1 N s m s 2 A N N 2 [ p] = m + = = [ Pa] m m A m m (3) Megjegyzés A szinoviális folyadék sebességének összetevői V 1, V 2 és V 3. A szinoviális folyadék sebességét a csont nyomásos áramlás közben fellépő U elmozdulása vagy a csont hidrodinamikus kenése közbeni ω szögsebessége határozza meg Az alkalmazott jelölések: ε a rés magassága, b m, b s az érintkezési zóna tartományai a nyomásos áramlás közben.

Hogyan keletkezik a mágneses tér az emberi ízületben? A mágneses tér létrehozásának három lehetősége: 1. A mágneses tér forrása a testen kívül van. Léteznek a mágneses teret létrehozó speciális ortopédiai készülékek. 2. A mágneses teret mágneses pólusok hozzák létre. A mágneses pólusokat az emberi ízület porcában helyezik el. 3. Az ízület résébe ferromágneses folyadékot fecskendeznek (4. ábra). r porc alakváltozások tartománya c 3 c 2 szinoviális folyadék ferrofolyadékkal 0,035 τ D É ε = 5000 mm x c 1 0,010 τ csont 4. ábra Ferrofolyadék a porc és a csont feje között A ferroolajoknak is nevezett ferromágneses olajok kolloid diszperziók, amelyek disszipatív szénhidrogént és 10 nm molekulaméretű vas-oxidot (Fe 3 O 4 ) tartalmaznak. A 10 nm-es, mágneses részecskék mikrokapszulák bel-

sejében vannak. Az ízület résében a kapszulák elroncsolódnak, és így alakul ki a mágneses tér. Alapegyenletek A mágneses térben levő, összenyomhatatlan szinoviális folyadék stacionárius áramlásának mozgásegyenletei (impulzusegyenlet, folytonossági egyenlet) a következők: 1 p V1 0 = - + η p + (N )B1+ 0,5 (rotn B) 1 (4) h1 α1 α2 α2 0 p = α 2, (5) 1 p 3 0 = + η p + (N )B3 + 0,5(rotN B) 3 h1 α3 α2 α2 V V h h h (h V ) =0 1 2 3 + 1 3 + 1 3 α1 α2 α3 (6) (7) 0 α 1 2 π, 0 α 2 r ε, 0 α 3 c 3, c 3 (0, R/8) Az itt elhanyagolt mennyiségek 10-4 nagyságrendűek, amely az ε résmagasság és a csontfej sugara átlagos méretének aránya. Elhanyagolható a szinoviális folyadék viszonylag kis sebességű áramlása során és a viszonylag kis görbületek miatt rendkívül kis értékű centrifugális erő. Az alábbi jelöléseket alkalmazzák: η p a szinoviális folyadék látszólagos dinamikus viszkozitása, v a szinoviális folyadék sebessége, p nyomás, B mágneses indukció (mágneses fluxussűrűség). Ezen túlmenően h 1, h 2, h 3 jelöli a csont geometriai alakjától függően különböző függvényekkel megadható Lamé-tényezőket, és α 1, α 2, α 3 jelöli a kerületi irányú, a rés magassága irányába mutató és a hosszirányú, görbe vonalú, ortogonális koordinátákat. V 1, V 2, V 3 a szinoviális folyadék kerületi irányú, a rés magasságának megfelelő irányú és hosszirányú sebességkomponensei, p pedig a hidrodinamikai nyomás. A csípőízületet gömbkoordinátákkal írják le: α 1 = ϕ, α 2 = r, α 3 = δ.

A következőket feltételezik: h 1 = R sin (δ/r), H 2 = 1 és H 3 = 1. R jelöli a csípőízület csontfejének sugarát. Határfeltételek Az 5. ábrán a nyomásos áramlás során fellépő hidrodinamikus kenésre jellemző sebesség összetevőinek határfeltételei láthatók. A 6. ábra a forgás közbeni határfeltételeket ábrázolja. szinoviális folyadék porc egyenletes sebesség csont feje mozgás közben 5. ábra A porc és a csont feje közötti rés tartománya az elfordulás által keltett hidrodinamikus kenés kialakulásához; B = mágneses indukció, N = mágneses nyomaték; ω= szögsebesség, ε = résmagasság p z( α 3 ) 6. ábra Elfordulás által keltett hidrodinamikus kenés nyomástartománya peremfeltételekkel

A 5. ábrán az alsó felület nyugalomban van, és így ezen a felületen valamennyi összetevő nulla értékű. A felső csontfelület egyenletes U sebességgel mozog, és így a rés magasságának irányába mutató összetevő a csont felületén U értékű. Ezzel szemben a sebesség többi összetevőjének értéke a 6. ábrán látható, az alsó csontfelület a csont fejének kerületi sebességével mozog. Ezért a szinoviális folyadék az érintkezési tartományban felveszi ezt a sebességet. A csont alsó felületén valamennyi többi összetevő értéke nulla. A 6. ábrában a porc felső felülete mozdulatlan, és ezért a porc felszínén a sebesség a résmagasság, a kerület és a hossz irányában nulla. A 7. ábra a hidrodinamikus kenés közben fellépő nyomás peremfeltételeit szemlélteti, a 8. ábra pedig a nyomásos áramlás nyomástartományát mutatja. rés magassága 7. ábra Nyomásos áramlás nyomástartománya; U = egyenletes sebesség; ε = rés magassága; p = nyomás A 7. ábrában a forgásos hidrodinamikus kenés esetére a csont felületének szélső tartományában a légköri nyomást p A értékűnek vesszük. A nyomásos áramlás esetére a 8. ábrában, az R sugarú körnél, tehát a kerék pereménél, amely a csontfelületek közötti legkisebb távolság vagy egy

esetleges érintkezés tartományát utánozza és írja le, p A értékű légköri nyomást tételeznek fel. porc izületi rés a csont feje 8. ábra A gömb alakú porc O 1 középpontja, valamint a csont fejének O középpontja, továbbá a csont fején a nyomáseloszlás Ω tartománya, elfordulás által keltett hidrodinamikus kenés esetére A nyomásfüggvény Reynolds-egyenletei A nyomásos áramlás esetére vonatkozó hidrodinamikus kenés Reynoldsegyenletei a következők: 3 3 ε p ϑ 2 ϑ ε p ϑ 2 2 ϑ MϕR sin + R sin Mϑ sin = 12U R sin ηp ϕ R R ϑ η ϑ R ϕ p R (8) ahol M i (N ) B i + 0,5 [rot (N B)] i i = ϕ, ϑ, 0 α 2 π, 1 0 α c,c (0,R π / 27), α 1 = ϕ, α 3 = ϑ 3 3 3 és p(ϕ,ϑ) p A a szélek legkisebb távolsága tartományának peremén. A forgás esetére vonatkozó hidrodinamikus kenés Reynolds-egyenletei az alábbiak, amelyekből megkapjuk az ismeretlen p (α 1, α 3 ) nyomásfüggvényt: 3 3 ε p ϑ 2 ϑ ε p ϑ 2 ε 2 ϑ MϕR sin + R sin Mϑ sin = 6ωR sin ϕ ηp ϕ R R ϑ η ϑ R ϕ R (9)

0 < α 1 ϕ < 2πc 1, 0 < c 1 < 1, c 1 = ½, πr/8 < α 3 < πr/2. Így megkapható az ismeretlen p(ϕ, δ) nyomásfüggvény. Számpélda a csípőízületben a nyomásfüggvények meghatározására Először a (9) egyenletet kell megoldani (a Matcad programmal) gömbkoordinátákban, a csípőízület hidrodinamikus kenésének vizsgálatára, elfordulást feltételezve, mágneses tér nélkül. A numerikus eljárást a véges különbségek módszerével végezik. A nyomás számszerű értékei aszimptotikusan stabilak. A pontosság tartalmazza a megengedett hibahatárt. A numerikus számításokban normális csípőízületre az alábbi értékeket veszik figyelembe: A rés magassága normális csípőizületet feltételezve, ε 1 = 5 µm, ε 2 = 5 µm, ε 3 = 5 µm, valamint a rés legkisebb magassága ε min = 14,8 µm, a csontfej sugara R = 0,026575 m, és a légköri nyomás a csont felületén, a tartomány szélén = Ω(α 1, α 3 ) = π R 2 cos π/8 = 20,5 cm 2. Ezekkel az értékekkel számították és ábrázolták nyomáseloszlásokat. Az első nyomáseloszlást a (9) egyenlet alapján, a csontfej ω = 0,1 s -1 szögsebességével és a szinoviális folyadék η p = 30,00 Pa s értékű dinamikus viszkozitásával számolva kaptuk. A nyomásgörbe p max csúcsa eléri a 14,6 10 5 N/m 2 = 14,60 at értéket. Az integrálás után a teljes terhelhetőség C tot = 909 N értékre adódik. A második nyomáseloszlást a (9) egyenlet alapján a csontfej ω = 1,0 s -1 szögsebességével és a szinoviális folyadék η p = 2,00 Pa s értékű dinamikus viszkozitásával számolva a nyomásgörbe p max csúcsa eléri a 10,08 10 5 N/m 2 = 10,08 at értéket; azonban az integrálás után a teljes terhelhetőség C tot = 606 N. Beteg ízületre ω = 1,0 s -1 szögsebességgel és a szinoviális folyadék η p = 0,05 Pa s dinamikus viszkozitásával, valamint legkisebb résmagasságként ε min = 9,3 µm értékkel, a (9) egyenlettel számítva, az integrálás után a teljes terhelhetőség C tot = 41,7 N és a nyomásgörbe csúcsa p max = 1,68 10 5 N/m 2 = 1,68 at értékűnek adódik. Beteg ízületre ω = 0,1 s -1 szögsebességgel és a szinoviális folyadék η p = 0,20 Pa s dinamikus viszkozitásával, valamint legkisebb résmagasságként ε min = 9,3 µm értékkel, a (9) egyenlettel számítva, az integrálás után a teljes terhelhetőség C tot = 16,68 N és a nyomásgörbe csúcsa p max = 1,27 10 5 N/m 2 = 1,27 at értékűnek adódik. A teljes terhelhetőség C tot = 909 N és C tot = 606 N értékeivel számolva az alábbi nyomófeszültségek adódnak: σ = 909 N/20,50 cm 2 = 0,44 MN/m 2 = 0,44 N/mm 2 és

σ = 606 N/20,50 cm 2 = 0,29 MN/m 2 = 0,29 N/mm 2. Mivel a csont nyomószilárdsága nem haladja meg a 21 N/mm 2 értéket, tehát az így kapott nyomófeszültségek nem roncsolják a csontot. A csípőízület nyomásos áramlás által keltett hidrodinamikus kenésére megoldva a (8) egyenletet, mágneses tér nélkül: normális csípőízületre a rés magasságára ε 1 = 5 µm, ε 2 = 5 µm, ε 3 = 5 µm, valamint a rés legkisebb magasságára ε min = 64 µm, a csontfej sugarára R = 0,026575 m értéket, és a légköri nyomásra a csont felületén, a tartomány szélén Ω(α 1, α 3 ) = π R 2 (1 cos π/27) = 0,30 cm 2 értéket felvéve számították és ábrázolták a nyomáseloszlásokat. Az első nyomáseloszlást a (8) egyenlet alapján, a csontfej egyenletes U = 0,1 ms -1 sebességével és a szinoviális folyadék η p = 2,0 Pa s értékű dinamikus viszkozitásával számolva kapták. A nyomásgörbe p max csúcsa eléri a 20,33 10 5 N/m 2 = 203 at értéket. Az integrálás után a teljes terhelhetőségre C tot = 414 N adódik. A második nyomáseloszlást a (8) egyenlet alapján, a csontfej egyenletes U = 0,01 ms -1 sebességével és a szinoviális folyadék η p = 30,00 Pa s értékű dinamikus viszkozitásával számolva kapták. A nyomásgörbe p max csúcsa eléri a 30,44 10 5 N/m 2 = 304 at értéket. Az integrálás után a teljes terhelhetőségre C tot = 620 N adódik. Beteg ízületre U = 1,0 ms -1 sebességgel és a szinoviális folyadék η p = 0,05 Pa s dinamikus viszkozitásával, valamint legkisebb résmagasságként ε min = 19 µm értékkel, a (8) egyenlettel számítva, az integrálás után a teljes terhelhetőség C tot = 356 N és a nyomásgörbe csúcsa p max = 17,51 10 5 N/m 2 = 175 at értékűnek adódik. Beteg ízületre U = 0,1 ms -1 sebességgel és a szinoviális folyadék η p = 0,20 Pa s dinamikus viszkozitásával, valamint legkisebb résmagasságként ε min = 19 µm értékkel, a (8) egyenlettel számítva, az integrálás után a teljes terhelhetőség C tot = 144 N és a nyomásgörbe csúcsa p max = 7,06 10 5 N/m 2 = 706 at értékűnek adódik. A teljes terhelhetőség C tot = 620 N és C tot = 414 N értékeivel számolva az alábbi nyomófeszültségek adódnak: σ = 620 N/0,30 cm 2 = 20,66 MN/m 2 = 20,66 N/mm 2 és σ = 414 N/0,30 cm 2 = 13,8 MN/m 2 = 13,80 N/mm 2. Mivel az egészséges csont nyomószilárdsága eléri a 21 N/mm 2 értéket, tehát az így kapott nyomófeszültségek nem roncsolják a csontot. További kutatások Az ízület további paramétereinek (terhelhetőség, Sommerfeld-számok, súrlódási erők, kopás stb.) meghatározására további kutatások szükségesek. Az alábbi három kutatási sorozat elvégzését javasolják elsősorban:

Az instabil, intelligens mágneses tér hatása az emberi ízület jellemző adataira. Alakítható porcok hatása az ízület viselkedésére. Instabil terhelések hatása az emberi ízület viselkedésére. (Pálinkás János) Wierzcholski, C: Tribologie für menschliche Gelenke. = Tribologie und Schmierungstechnik, 49. k. 5. sz. 2002. p. 5 13. Wierzcholski, C.: Human joint treated by the unsteady magnetic field. = Applied Mechanics and Engineering, 7. k. 2002. különszám. p. 55 63.