E4 Gelenke Hebel

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Die Gelenke wirken als Hebel, die das Verhältnis zwischen Muskelkraft und der resultierenden Kraft auf das äußere Objekt verändern. In der Biomechanik werden sie in Abhängigkeit von der relativen Position des Drehpunkts (Gelenk), der Eingangskraft (Muskel) und des Widerstands (äußere Belastung) in Hebel erster, zweiter oder dritter Klasse eingeteilt. Bei den meisten Gelenken im menschlichen Körper handelt es sich um Hebel der dritten Klasse (Muskeln, die in der Nähe des Drehpunkts eingesetzt werden), wodurch mechanische Vorteile zugunsten einer höheren Geschwindigkeit und Bewegungsfreiheit am distalen Ende geopfert werden. Der mechanische Vorteil (MA) ist das Verhältnis zwischen dem Muskelkraftarm d_m und dem Widerstandsarm d_r. Das Drehmoment (Moment) im Gelenk bestimmt die Beanspruchung des Gelenkknorpels und des periartikulären Gewebes. In Gelenken wie dem Knie kann die Gelenkdruckkraft bei der Sprunglandung das Zehnfache des Körpergewichts überschreiten. Hyaliner Knorpel wird als zweiphasiges Material (feste Phase + interstitielle Flüssigkeit) modelliert; Durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit erhöht sich die effektive Steifigkeit mit der Belastungsgeschwindigkeit (poroelastischer Effekt).

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