Lecture (4) - Medical Physics - PDF

Lecture (4) Fundamental forces and Forces in the Body‫; القوى والقوى األساسية في الجسم‬ Fundamental forces – ‫القوى االساسية‬ 1- Gravitational force ‫القوى الجاذبية‬ 2-Electrical force. ‫القوى الكهربائية‬ 3. Strong nuclear force (an...

Lecture (4) Fundamental forces and Forces in the Body‫; القوى والقوى األساسية في الجسم‬ Fundamental forces – ‫القوى االساسية‬ 1- Gravitational force ‫القوى الجاذبية‬ 2-Electrical force. ‫القوى الكهربائية‬ 3. Strong nuclear force (and weaker nuclear force)‫قوة نووية قوية (وقوة نووية أضعف‬ Gravitational force: -‫القوى الجاذبية‬ From Newton law: There is a force of attractionbetween any two objects.‫ هناك قوة جذب بين أي جسمين‬:‫من قانون نيوتن‬ 2 2 Fmg, g= acceleration due to gravity (cm/sec or m/sec ) g = Fmg ، 2 ‫ ثانية‬/ ‫ أو م‬2 ‫ ثانية‬/ ‫)تسارع بسبب الجاذبية (سم‬ m= the mass (g, kg) = the force (N, dyne) (N ‫ داين‬،)‫ كجم) = القوة‬، ‫م = الكتلة (جم‬ Example: - our weight is duo to the attractionbetween the earth and our bodies‫ وزننا ثنائي للجاذبية بين األرض وأجسادنا‬- :‫مثال‬ The medical effects of gravitational force: - ‫اآلثار الطبية لقوة الجاذبي‬  a- The formation of varicose veins in the legs as the venous blood travels against the force of gravity on its way to the heart. ‫تكوين الدوالي في الساقين حيث‬ ‫ينتقل الدم الوريدي ضد قوة الجاذبية في طريقه إلى القلب‬ The medica I effect of gravity on the skeleton (on the bones) in some way contributes to healthy bones, if a person becomes weightless, such in an orbiting satellite, he may lose mineral ‫يساهم تأثير‬ ‫ كما هو الحال في‬، ‫ إذا أصبح الشخص عديم الوزن‬، ‫الجاذبية على الهيكل العظمي (على العظام) بطريقة ما في صحة العظام‬ ‫ فقد يفقد المعادن‬، ‫القمر الصناعي المداري‬ The Electrical force: ‫القوى الكهربائية‬ This force is more complicated than gravity since it involves attractive and repulsive force between static electrical charges. ‫هذه‬ ‫القوة أكثر تعقيدا من الجاذبية؛ ألنها تتضمن قوة تجاذب وتنافر بين الشحنات الكهربية الساكنة‬ as well as magnetic forces produced by moving electrical currents). (Electric charges ‫وكذلك القوى المغناطيسية الناتجة عن التيارات‬ ‫ (الشحنات الكهربائية‬.)‫الكهربائية المتحركة‬ Example: -the electrical force between an electron (é)and proton (p+) in a hydrogen atomis about 1039 times greater than gravitational force between them. ‫( والبروتون‬é) ‫ القوة الكهربائية بين اإللكترون‬- :‫مثال‬ ‫ مرة من قوة الجاذبية بينهما‬9301 ‫(في ذرة الهيدروجين أكبر بحوالي‬p +) Example: our bodies are typically electrical machines:‫ عادة ما تكون أجسامنا آالت كهربائية‬:‫مثال‬ - The forces produced by the muscles are caused by electrical charges attracting or repelling other electrical charges. ‫تحدث القوى التي‬ ‫تنتجها العضالت بسبب الشحنات الكهربائية التي تجذب أو تتنافر مع الشحنات الكهربائية األخرى‬ The of the muscles.; -‫ال من العضالت‬ The nuclear force; - its act as force to hold the nucleus together against the repulsive force s produced by the protons on each other‫ عملها كقوة لتثبيت النواة معا ضد قوة التنافر التي تنتجها البروتونات على بعضها البعض‬- ‫القوة النووية؛‬  Types of Levers in the Body; Many of the muscle and the bone systems of the body acts as levers.. ‫ تعمل العديد من العضالت والعظام في الجسم‬.‫أنواع العتالت في الجسم‬ ‫كرافعات‬ Levers are classified according to the positionsof the fulcrum, effort and load or resistance.. ‫يتم تصنيف العتالت وفقا لمواضع نقطة االرتكاز والجهد والحمل‬ ‫أو المقاومة‬ There are three classes of levers, identified as first, second-, and third-class levers, third classlevers are most common in the body ، ‫ تم تحديدها على أنها رافعات من الدرجة األولى والثانية والثالثة‬، ‫هناك ثالث فئات من الرافعات‬ ‫والرافعات من الدرجة الثالثة هي األكثر شيوعا في الجسم‬ We can tell the classes of levers apart by; -‫يمكننا التمييز بين فئات الروافع عن طريق‬ 1. The force you apply (or the effort you make)‫القوة التي تطبقها (أو الجهد الذي تبذله‬ 2. An opposing force such as a weight, which isusually load.. they called‫ اتصلوا‬.‫ والتي عادة ما تكون حمولة‬، ‫قوة معارضة مثل الوزن‬ 3. The pivot point, or fulcrum of the action.‫ أو نقطة ارتكاز اإلجراء‬، ‫النقطة المحورية‬ Bones as Levers’; Each of the three types of levers can be found inthe human body. In each type of lever, notice where the fulcrum is located compared to the effort and the load. In your body, the effort is the force that your muscles apply to the lever. ‫يمكن العثور على كل نوع من أنواع‬ ‫ في‬.‫ الحظ مكان نقطة االرتكاز مقارنة بالجهد والحمل‬، ‫ في كل نوع من أنواع الرافعات‬.‫العتالت الثالثة في جسم اإلنسان‬ ‫ الجهد هو القوة التي تطبقها عضالتك على الرافعة‬، ‫جسمك‬ The load is the weight that resists the pull of your muscles ‫الحمل هو الوزن الذي‬ ‫يقاوم سحب عضالتك‬ The benefits gained by using a machine is measured by a ratio called mechanical advantage‫يتم قياس الفوائد المكتسبة باستخدام آلة بنسبة تسمى الميزة الميكانيكية‬ First Class Lever; - ‫رافعه من الدرجة األولى‬ In first Class Lever the weight and force are on opposite sides of the. fulcrum:.‫ يكون الوزن والقوة على جانبين متقابلين‬، ‫في ذراع الدرجة األولى‬ ‫نقطة ارتكاز‬  W First class liver P M An Examples of a first-class lever is the joint between the skull and the atlas vertebrae of spine; the spine is the fulcrum across which muscles lift the head. ‫مثال على رافعة من الدرجة‬.‫األولى هو المفصل بين الجمجمة وفقرات أطلس العمود الفقري‬ ‫العمود الفقري هو نقطة االرتكاز التي ترفع عبرها العضالت‬ ‫الرأس‬ Second Class Lever In the second-class lever, the load is between the fulcrum and the force: An example in the human body of a second-class lever is the Achilles tendon, pushing or pulling across the heel of the foot. ‫رافعة من الدرجة الثانية في‬ ‫ مثال في جسم‬:‫ يكون الحمل بين نقطة االرتكاز والقوة‬، ‫ذراع الدرجة الثانية‬ ‫اإلنسان لرافعة من الدرجة الثانية هو وتر أخيل ‪ ،‬يدفع أو يسحب عبر كعب القدم‬  Third Class Lever In the third-class lever, the force is between the fulcrum and load: An example of a third-class lever in the human bodyis the elbow joint: when lifting a book, the elbowjoint is the fulcrum across which the biceps muscle performs the work. ‫رافعة من الدرجة الثالثة في‬ ‫ مثال على رافعة من‬:‫ تكون القوة بين نقطة االرتكاز والحمل‬، ‫ذراع الدرجة الثالثة‬ ‫ يكون مفصل الكوع‬، ‫ عند رفع كتاب‬:‫الدرجة الثالثة في جسم اإلنسان هو مفصل الكوع‬ ‫هو نقطة االرتكاز التي تؤدي عبرها عضلة العضلة ذات الرأسين العمل‬  3rd Class Never Human Body - FULCRUM ELBOW JOINT OR SHOULDER JOINT (DEPENDING ON MOVEMENT) - LOAD = FOREARM OR TOTAL ARM EFFORT = BICEPS (AND DELTOID DEPENDING O N THEMOVEMENT) ‫مفصل الكوع أو مفصل الكتف‬ = ‫ الحمل = الساعد أو جهد الذراع الكلي‬- )‫(حسب الحركة‬ ‫العضلة ذات الرأسين (والدالية حسب الحركة‬ Frictional force: force which resists emotion between two surfaces(contact)depended on the nature of the surface independent on the area of a surface ‫ القوة التي تقاوم العاطفة بين سطحين (مالمسة) تعتمد على طبيعة السطح‬:‫قوة االحتكاك‬ ‫المستقل عن مساحة السطح‬ 1-Static friction (Fs) Fs μs Where: μs coefficient of static friction (used to find the max. to starters it before exert can ‫ للمبتدئين قبل‬.‫ لالحتكاك الساكن (يستخدم إليجاد الحد األقصى‬μs ‫ معامل‬:‫حيث‬ ‫ممارسة العلبة‬  object an on-force resistance move).. N= normal force. 2- Kinetic friction (Fk): - Fk = μk N Where: Fk α N μk= coefficient of kinetic friction μs> μ k = (Force to start the motion is a greaterthan needed to keep it moving) Friction in the body; - Some diseases of the body, such as arthritis, increase the friction inbone joints. Friction plays an important role when a person is walking. ‫ بعض أمراض الجسم مثل التهاب المفاصل تزيد من االحتكاك في‬-.‫االحتكاك في الجسم‬ ‫ يلعب االحتكاك دورا مهما عندما يمشي الشخص‬.‫مفاصل العظام‬ A force is transmitted from the foot to the ground as the heel touches the ground. This force can be resolved into vertical and horizontalcomponents. The vertical reaction force, suppliedby the surface, is labelled.‫تنتقل القوة من القدم إلى األرض عندما يالمس الكعب األرض‬ ‫ التي يوفرها‬، ‫ يتم تمييز قوة رد الفعل الرأسي‬.‫يمكن حل هذه القوة إلى مكونات رأسية وأفقية‬ ، ‫السطح‬ N (a force perpendicular to the surface) horizontal reaction component FH must be supplied by frictional force) ‫ قوة عمودية على‬N ‫ بواسطة قوة االحتكاك‬FH‫) السطح يجب توفير مكون التفاعل األفقي‬ The maximum force of friction Ff is usually described by where N is a normal force and y is the coefficient of friction between the two surfaces ‫ معامل االحتكاك بين السطحين‬y‫ و قوة عمودية‬N ‫حيث‬ N ‫ سطح‬.value The ‫عن المنطقة‬ of‫أساسي‬ ‫وهي مستقلة بشكل‬ y depends upon، ‫التالمسيتين‬ the two ‫المادتين‬materialsin contact, and it is essentially independent of the N area. surface ‫ على‬y ‫تعتمد قيمة‬