Il corpo umano. Definizione di uomo standard Antropometria Relazioni di scala

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1 Il corpo umano Definizione di uomo standard Antropometria Relazioni di scala

2 Il corpo umano Il corpo umano e' studiato da diverse discipline con scopi diversi. Ogni ambiente di studio ha un proprio linguaggio, noi adesso dobbiamo collegare la fisica con l'anatomia. Cominciamo con alcuni concetti gia visti in fisica: - definizione di un sistema di riferimento - definizione di gradi di liberta' del sistema - movimento: traslazione e rotazione 2 I = r R dv - momento di inerzia di in corpo: - raggio giratore: distanza Rg alla quale occorre concentrare una massa puntiforme pari a quella del sistema perche' il suo momento di inerzia rispetto all asse eguagli il momento d inerzia del sistema I =m R 2g 2

3 Uomo Standard Definizione di Uomo Standard: modello di uomo usato nei nostri calcoli e' un maschio di 70 kg con i parametri simili a quelli riportati in tabella (Physics of the Human Body) 3

4 Tabella a pag 16. N.B. 4

5 Antropometria Antropometria e' la scienza che si occupa di misurare il corpo umano nella sua totalita' e nelle sue componenti. Coinvolge la determinazione della lunghezza, del peso e delle proporzioni del corpo umano. Le applicazioni sono: statistiche, antropologiche, cliniche, ergonomiche, nel design, nella moda ecc. Tabella mostra la lunghezza di alcuni segmenti del corpo umano normalizzati alla altezza totale dell'uomo Standard, H. 5

6 Antropometria-2 La figura mostra una schematizzazione dell'uomo standard. Le dimensioni sono riferite a H, altezza campione. 6

7 Antropometria-3 La tabella seguente mostra la massa di ciascun segmento relativamente alla massa corporea dell'uomo standard, mb e la densita'. 7

8 Determinazione massa e volume La massa e il volume dei segmenti del corpo sono determinati usando i corrispondenti segmenti del corpo di cadaveri. Per questi ultimi, la massa e' determinata pesando ogni segmento. Il volume si trova misurando la massa d'acqua spostata dal segmento, usando il principio di Archimede. Principio di Archimede Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume di fluido spostato. La spinta e' applicata nel centro di massa della porzione di fluido spostata. y FA F a = F p F p = f V o g u y F a = f V o g u y Vo ρf F a F p =0 Fp 8

9 Determinazione massa e volume-2 Nota massa e volume si ricava la densita' media del segmento: m= M V Le densita' medie sono riportate nella tabella 1.7, pag. 7. In esseri viventi il volume di ciascun segmento, V s, si determina misurando lo spostamento di acqua. La massa si stima prendendo come densita' quella dei segmenti dei cadaveri: M s = m V s 9

10 Distanze Tabella 1.8: distanze, normalizzate alla lunghezza di ciascun segmento, del centro di massa di ogni segmento dalla estremita' prossimale (piu' vicina) e distale (piu' lontana). 10

11 Raggio giratore Tabella 1.9 da' il raggio giratore di ciascun segmento, normalizzato alla lunghezza del segmento, calcolato rispetto a centro di massa, distanza prossimale e distale. I =m R 2g R= I m Distanze prossimali e distali diverse dalle precedenti a causa della diversa sorgente di informazioni. 11

12 Relazioni di scala Molte proprieta' nella biologia umana o animale scalano con grandezze fisiche o chimiche come per esempio la la massa corporea, l'altezza oppure l'altezza massima di un salto. Regole di scala allometriche: descrivono relazioni tra due o piu' grandezze in cui le proporzioni non sono mantenute. Una relazione allometrica e' : f =am b in cui f e' una qualsiasi grandezza e mb la massa del corpo. La relazione e' allometrica se Tabella 1.13 riporta alcuni esempi di parametri allometrici per mammiferi. Per esempio f = massa cuore (kg) = 5.8x10-3 mb0.97 f= vita media (anni) = mb

13 Relazioni di scala-2 13

14 Leggi di scala antropometriche La legge di scala puo' valere: - per molte specie, per esempio tutti i mammiferi; - solo per una specie, per esempio gli esseri umani; - solo per un sottoinsieme di una specie, per esempio tutti gli esseri umani adulti. Le leggi di scala che valgono solo per esseri umani si chiamano leggi di scala antropometriche. Le predizioni ottenute con le leggi di scala valgono in media : - la predizione si ottiene da distribuzioni statistiche e quindi soggetta a delle fluattuazioni; - alcune leggi sono empiriche e quindi non esatte ma soggette a variazioni. In alcuni casi le leggi di scala antropometriche per essere piu' accurate hanno bisogno di piu' parameteri. 14

15 Esempi di leggi di scala Esempi di leggi di scala entropometriche: 1. la superficie di una persona A dipende dall'altezza H (in m) e dalla massa del corpo (kg): A=0.202m (empirica) H b 2. densita' media del corpo umano: kg / m = S dove S=indice ponderale e' dato da S = H1/3 mb 3. contenuto di grasso nel corpo: Uomini: grasso(% del peso) = 1.28Q-10.1 (14-20%) Donne: grasso(% del peso) = 1.48Q-7.0 (21-27%) Dove Q= mb/h2 Alcune leggi non variano con la massa. Per esempio, la massa corporea cambia di un fattore andando dal topo all'elefante mentre la massima altezza di salto e' per un mammifero va da 2 a 2/3 m, e la velocita' varia tra 2 e 7 m/s. 15