¿Cómo describir y calcular el efecto de un objeto que impacta?

Question

Mi laboratorio estudia la fisiología de las lesiones por impacto en los tejidos biológicos. Utilizo un cilindro neumático para impartir una lesión en una muestra biológica y luego evaluar los cambios moleculares y fisiológicos en ese tejido. Es el primer paso para intentar comprender la fisiopatología de las lesiones cerebrales traumáticas. Así pues, tengo la masa de los componentes móviles internos del cilindro (el vástago y el cuerpo del pistón = 25 gramos) y tengo la velocidad de estos componentes móviles (llamémosla 10m/s). También tengo la muestra y el cilindro preparados para que el desplazamiento total sea de 5mm. La muestra se encuentra sobre una almohadilla de espuma. Parte de este desplazamiento está representado por la compresión de la muestra, pero en su mayor parte la muestra acelera y desacelera rápidamente a través de este desplazamiento de 5mm.

La mayor parte de la literatura relacionada se limita a informar de la velocidad del impacto. Sin embargo, conozco suficiente física para saber que la velocidad no es más que una pieza de la física del impacto. Así que, mis preguntas:

1. Coloquialmente, cabe preguntarse cuál es la fuerza que se ejerce sobre el tejido. Pero puede que ese no sea el término correcto. ¿Cuál es la mejor manera de etiquetar el efecto del cilindro sobre el tejido? ¿Es la fuerza correcta? ¿Sería energía cinética? Sólo intento averiguar la descripción más informativa/precisa del efecto del cilindro sobre el tejido.

2. Entonces, ¿cómo calculo eso (sea lo que sea: fuerza, KE, ...)?

Answer 1

Si lo que interesa es el daño mecánico justo después del impacto, y no la recuperación, lo que interesa es lo que se siente localmente a escala de una sola célula, por ejemplo.

Entonces, las cantidades que se quieren calcular también son locales: por ejemplo, la energía disipada en el tejido por unidad de volumen. La energía disipada en la muestra es la energía cinética del sistema de pistones en el momento del impacto, menos la absorbida por la almohadilla de espuma. Primero hay que medir cuánto absorbe la almohadilla de espuma, una forma sencilla es ajustar el sistema de pistón para conseguir la misma deformación de la almohadilla de espuma sin muestra en la parte superior.

Esta energía es la energía total que la muestra tiene que disipar, pero es muy probable que la dinámica también juegue un papel, una tasa de disipación de energía es probablemente relevante.