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E(R R Rie i2 2pR Ri e → →u = (R + ) p = 80mmHg = 10.7kP a u = 1.12mm80 i 12022 −E(R R Rie i · ·2 2 3− → →∆V = π(R R ) L = 0.4 L L = 10cm ∆V = 4cm120 802.

Illustrare a quali livelli dell’albero circolatorio, il sistema simpatico e parasimpatico possono inter-venire al fine di modificare la per fusione dei diversi distretti del corpo umano.

Risposta

Sistema simpatico e parasimpatico intervengono sui muscoli lisci del sistema vascolare lavorando a livello delle arterie muscolari, delle arteriole e degli sfinteri capillari ed agiscono regolando il calibro dei vasi. In questo modo è possibile regolare la quantità di sangue che entra in un letto capillare e quindi la quantità di sangue che perfonde un tessuto.

Calcolare l’espressione della deformazione circonferenziale.

Risposta

Figura 15: Rappresentazione schematica porzione vaso di raggio r e spessore dr._ _0 0 − −A D AD 2π(r + u) 2πr u

→ε = = = ε =θθ θθ2πr r rAD 4524. Data l’equazione differenziale il suo integrale è:d u 1 du u−+ = 0,2 2dx r dx rRispostaPongo: αu = rdu α−1= αrdr2d u α−2−= α(α + 1)r2drSostituendo: α−2 α−2 α−2− − → ±1α(α + 1)r + αr r = 0 α =Quindi ottengo: C2 · ·−1u = C r + C r = C r +1 2 1 r5. Illustrare il significato delle condizioni al contorno che è necessario applicare per calcolare le costantidi integrazione della equazione integrata al punto precedente.RispostaLo sforzo in corrispondenza del raggio interno deve essere uguale all’inverso della pressione, chesi oppone allo sforzo, mentre in corrispondenza del raggio esterno deve essere nullo.6. Calcolare l’espressione della deformazione radiale.RispostaFigura 16: Rappresentazione schematica porzione vaso diraggio <r> e spessore <dr>.
A B AB (r + u r u + dr + du) (r + dr r du du→ε = = = ε =rr rr_ dr rd drAB 467.
Ricavare l’equazione di equilibrio della parete del vaso sotto l’ipotesi di parete spessa.
Risposta Figura 17: Sforzi che agiscono sull’elementino di parete.
Equilibrio delle forze in direzione radiale: dθdθ −−σ − drdz (σ + dσ ) sin drdz = 0rdθdz + (σ + dσ )(r + dr)dθdz σ sin θθ θθrr rr rr θθ 2 2
Sviluppando (ricordando che il seno di angoli infinitesimi coincide con l’argomento):
−σ rdθdz + σ drdθdz + σ rdθdz + dσ rdθdz + dσ drdrdθdz+rr rr rr rr rrdθdθ−σ − −drdz σ dθdrdz dσ dθ drdz = 0θθ θθ θθ2 2
Semplificando e trascurando gli

infinitesimi di secondo ordine si ottiene:dσ σ σrr rr θθ−+ =0dr r r8. Illustrare la ragione per cui è utile che un vaso, ed in particolare una vena, sia pretensionato indirezione longitudinale.

Risposta

Un vaso, essendo immerso in un tessuto molle, a causa dei movimenti e delle posture, può essere soggetto a importanti variazioni di forma che potrebbero causare la formazione di pieghe occlusive, fenomeno chiamato effetto kinking. Il pretensionamento in direzione longitudinale diventa dunque fondamentale per prevenire questo fenomeno, soprattutto nei vasi caratterizzati da scarsa pressione interna, come le vene.

9. Descrivere la struttura di una arteriola.

Risposta

Le arteriole sono formate da 2-3 strati di cellule muscolari lisce con poche fibre elastiche; hanno uno spessore maggiore rispetto alle venule ma un lume minore.

10. Data l’equazione integrale ottenuta applicando l’equilibrio della parete di un vaso sotto l’ipotesi

della parete spessa avrebbe richiesto l'utilizzo di un tensore di deformazione e di uno di sforzo, ma in questo caso si è semplificato assumendo che il materiale sia lineare e isotropo, quindi si è utilizzata la relazione di Hooke nella forma più semplice, in cui lo sforzo è proporzionale alla deformazione. Inoltre, si è semplificata anche l'equazione del moto, considerando solo lo spostamento radiale e trascurando gli altri componenti. Questa semplificazione è giustificata dal fatto che, nel caso di una parete spessa, lo spostamento radiale è il più significativo e gli altri componenti sono trascurabili. Infine, si sono introdotte le condizioni al contorno, che sono necessarie per risolvere il problema. Queste condizioni specificano il valore dello sforzo radiale e circonferenziale sulla superficie esterna della parete spessa, e sono utilizzate per calcolare gli sforzi all'interno della parete.richiede l'utilizzo delle formule di Lamé relativamente ad un materiale isotropo, omogeneo e elastico lineare.
Andamento degli sforzi in direzione radiale e circonferenziale nel caso di parete sottile e parete spessa
Figura 18: Andamento degli sforzi in direzione radiale e circonferenziale nel caso di parete sottile e parete spessa.
13. Con riferimento ad un tubo cilindrico (R=1 cm) in cui scorre un fluido in moto stazionario si calcoli, mediante equilibrio di forze, lo sforzo di taglio alla parete che si genera per un gradiente di pressione in direzione assiale pari a 0.1 mmHg/m.
Rappresentazione schematica del tubo in esame
Figura 19: Rappresentazione schematica del tubo in esame.
&pgr; - ∂p/∂x = 0.1 mmHg/m = 13.3 Pa/m &pgr;R + τ/R = 0 &pgr; + τ/R = 0 τ = -&pgr;R = 66.5 mPa 14. Disegnare gli sforzi agenti su un tratto di parete di vaso di dimensioni infinitesime (δr, δz, δθ) utilizzando, δr, δz, δθ.rappresentazione 3D e due viste 2D (di fronte e di lato). Indicare sul disegno le dimensioni.
Rappresentazione 3D
Figura 20: Sforzi agenti su un tratto di parete di vaso di dimensioni infinitesime.
15. Descrivere il funzionamento delle metarteriole nella circolazione periferica.

Le metarteriole originano dalle arteriole terminali e sono connesse alle venule tramite una rete di 10-100 capillari. Sono ricoperte da cellule muscolari lisce che possono essere attivate per diminuire il lume del vaso così da poter limitare il passaggio di sangue nel letto capillare. Lo scopo delle metaarteriole è infatti bypassare il letto capillare nel caso non sia necessaria una perfusione significativa.

16. Data la soluzione dell'equazione differenziale che descrive l'equilibrio di un vaso a parete spessa (u), calcolare i valori delle costanti C1 e C2.

C2 = C1r + r

Vedi domanda 10.

17. Quanto vale la deformazione longitudinale in situ rispettivamente di arterie e vene.

La deformazione longitudinale in situ rispettivamente di arterie e vene è...

Deformazione longitudinale in situ per le arterie è pari al 30-50% mentre per le vene al 100-150%. Questa differenza di valori si spiega con le diverse condizioni di funzionamento di vene e arterie: le vene sono infatti soggette a maggior pretensionamento perché manca una significativa pressione interna capace di prevenire l'effetto kinking, che è invece presente e sufficientemente elevata nelle arterie. Le vene sono dunque sottoposte ad uno stato di sollecitazione debole circonferenzialmente ed elevato assialmente.

18. Impostare l'equilibrio, in termini di sforzi, per la parete spessa.

Risposta: Vedi domanda 7.

19. Calcolare la quantità di sangue sequestrata dalla aorta nella fase sistolica sotto le seguenti ipotesi: modulo elastico 1 MPa, diametro 2 cm, spessore 1 mm, lunghezza 60 cm, delta pressione 50 mmHg.

Risposta: 2∆V = πL[(R + u(R))² - (R + u(R))²]
125
75
22
RpR
i
e → →
u(R) = (R + ) p = 75mmHg = 10kPa
u = 1.05mm

7575 i 22 -E(R R Rie i2 2pR Ri → →u (R ) = (R + ) p = 125mmHg = 16.7kPa u = 1.76mm125 i i 12522 -E(R R Rie i 2 2 3-∆V = πL((1 + 0.176) (1 + 0.105) ) = 30.5cm20.

Illustrare i modi con cui il corpo può limitare l'afflusso di sangue in un distretto vascolare.

Risposta

La regolazione della portata di sangue nei distretti periferici è gestita a livello delle arterie di distribuzione, nelle arteriole e nei capillari. Le arterie muscolari svolgono funzione di vasoregolazione attiva: essendo costituite prevalentemente da cellule muscolari lisce, possono variare velocemente il proprio calibro per aumentare le resistenze al flusso ove necessario. Le meta-arteriole sono ricoperte in modo discontinuo da cellule muscolari lisce che possono essere attivate per diminuire il lume del vaso così da poter limitare il passaggio di sangue nel letto capillare cui sono connesse. I capillari, allo stesso modo, sono ricoperti da un anello di cellule.

muscolari,lo sfintere capillare. Quando gli sfinteri sono rilassati il sangue scorre nei capillari e quindi il tessuto viene perfuso. Al contrario, quando gli sfinteri sono contratti, il tessuto è bypassato.

21. Confrontare la struttura di arteriole e venule.

Risposta

Le arteriole sono formate da 2-3 strati di cellule muscolari lisce con poche fibre elastiche; hanno uno spessore maggiore rispetto alle venule ma un lume minore.

22. Data l'equazione integrale ottenuta applicando l'equilibrio della parete di un vaso sotto l'ipotesi di, nell'ipotesi di pressione esterna 0, e utilizzando l'espressione costitutiva parete spessa C2u = C1r + r semplificata di Hooke, RICAVARE (illustrando tutti i passaggi) l'espressione dello sforzo radiale e circonferenziale.

Risposta

Vedi domanda 10.

23. Dire quale relazione lega lo sforzo calcolato con la formula di Laplace con lo sforzo calcolato con la teoria della parete spessa, dimostrando quanto affermato.

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Publisher
A.A. 2021-2022
74 pagine
2 download
SSD Ingegneria industriale e dell'informazione ING-IND/34 Bioingegneria industriale

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher vitto.zen00 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biomeccanica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Radaelli Alberto.