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Die biomechanischen Prinzipien im Oberkiefer von langschnauzigen Wirbeltieren
Gespeichert in:
Personen und Körperschaften: | , , , |
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Titel: |
Die biomechanischen Prinzipien im Oberkiefer von langschnauzigen Wirbeltieren |
In: | Zeitschrift für Morphologie und Anthropologie, 76, 1985, 1, S. 1-24 |
veröffentlicht: |
E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung
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Umfang: | 1-24 |
ISSN: |
0044-314X |
Zusammenfassung: | <p>In order to find the biomechanical principles which are realized in the upper jaw, the premaxilla, maxilla, palate and nasal skeleton of long-snouted vertebrates is seen as a "cantilever beam" in the sense of mechanics. This model is derived from the skull of crocodiles, but can also be applied to the skulls of pig, dog, or baboons. The shorter snouts of gorillas and chimpanzees are included into the comparison. The external loads acting against the jaws are in side view the bite forces, in top view the horizontal components of the chewing forces or the resistence which occurs if the animal has seized an object with its teeth and tries to move its head sideways. The magnitude of the external forces which can be applied to various teeth was calculated on the basis of the equilibrium of moments about the mandibular joint (side view) and about the occipital joint (top view). The external forces evoke shearing forces in the "beam", that is the upper jaw, which are distributed over the entire cross sectional area. The shearing stresses are equal all over the length of the upper jaw. This element therefore seems to be a "body of equal strength" against the shearing forces. The above mentioned external forces also cause bending in two planes. Numerous details of jaw shape can be explained as traits which provide the necessary resistence against bending in side view. The ability of the cross sections to resist bending in one of the two planes increases occipitally faster than the bending moments do. Therefore, the bending stresses decrease from the tip to the base of the snout. Since chewing is done normally on one side alone, the upper jaw is exposed to torsion. The resistence of the cross sections against torsion increases occipitally, as do the maximal torsional moments. Thus, the torsional stresses remain at nearly the same level all over the jaw. Torsional and shearing stresses add up on the biting side. If both are combined with the stresses derived from bending (to get a measure of total resistence), only slightly greater combined stresses are obtained for cross-sections near the tip of the snout than for points near the zygomatic arch. The results obtained on the same basis for short snouted animals are very similar, which indicates the validity of our biomechanical model. Um eine Vorstellung über die mechanischen Prinzipien zu entwickeln, die im Oberkiefer realisiert sind, wird das Oberkieferskelett von langschnauzigen Wirbeltieren als frei tragender Balken i. S. der Mechanik aufgefaßt. Diese Vorstellung lehnt sich zunächst an den Schädel von Krokodilen an, ist aber auch auf Schweine-, Hunde- und Pavianschädel übertragbar. Zum Vergleich werden auch kurzschnauzige Formen wie Gorilla oder Schimpanse herangezogen. Als äußere Kräfte kommen in der Seitenansicht die Beißkräfte zur Wirkung, in Ansicht von oben die Horizontalkomponenten der Kaukräfte oder die Widerstände, die auftreten, wenn das Tier mit verankerten Zähnen den Kopf seitwärts bewegen will. Die Größe der an verschiedenen Zähnen möglichen Beißkräfte wird aufgrund des Gleichgewichts der Drehmomente am Kiefergelenk (Seitenansicht) und am Hinterhauptsgelenk (Aufsicht) abgeschätzt. Die äußeren Kräfte rufen praktisch gleich große „Querkräfte” im Innern des Oberkiefers hervor, die sich auf die gesamte Querschnittsfläche verteilen. Die Scherspannung bleibt an allen Stellen des Oberkiefers annähernd gleich groß. Der Oberkiefer ist demnach ein „Körper gleicher Festigkeit” gegenüber den Querkräften. Die o.g. äußeren Kräfte verursachen im Oberkiefer auch Biegebeanspruchungen in zwei Ebenen. Zahlreiche Einzelheiten der Kieferform lassen sich dadurch erklären, daß sie dem Tragwerk die erforderliche Widerstandsfähigkeit gegen Biegung in der Seitenansicht verleihen. Die Widerstandsfähigkeit der Querschnitte gegen Biegung wächst in beiden Ebenen jedoch von vorn nach hinten schneller an, als es Biegemomente erfordern würden. Die Biegespannungen nehmen infolgedessen von vorn nach hinten ab. Weil die Beißkräfte häufig nur auf einer Seite ausgeübt werden, unterliegt der Oberkiefer auch einer Torsion. Die Widerstandsfähigkeit der Querschnitte gegen Torsion nimmt von vorn nach hinten ungefähr ebenso schnell zu wie die maximal möglichen Torsionsmomente, so daß die Torsionsspannungen ebenfalls auf etwa gleicher Höhe bleiben. Sie addieren sich auf der Beiß- oder Kauseite zu den Scherspannungen. Um die Gesamttragfähigkeit des Oberkiefers gegenüber den angeführten verschiedenen Beanspruchungen abschätzen zu können, wurde die „Vergleichsspannung” berechnet. Sie ist an allen Stellen zwischen Wurzeln der Schneidezähne und der Basis des Jochbogens bzw. Ansatz des M. masseter in etwa gleicher Höhe. Der entwickelte Denkansatz ergibt auch für die mäßig langen Schnauzen von Pongiden ähnliche Resultate wie für die sehr langen Schnauzen von Krokodilen, Pavianen oder Schweinen.</p> |
Format: | E-Article |
Quelle: |
sid-55-col-jstoras9 JSTOR Arts & Sciences IX Archive |
Sprache: | Deutsch |