физика. 1 Клеточная мембрана определение, функции мембран, физические свойства. Клеточная мембрана
 Скачать 1.38 Mb.
|
|
Работа ионных каналов: Лиганд-зависимые ионные каналы Эти каналы открываются, когда медиатор, связываясь с их наружными рецепторными участками, меняет их конформацию. Открываясь, они впускают ионы, изменяя этим мембранный потенциал. Лиганд-зависимые каналы почти нечувствительны к изменению мембранного потенциала. Они генерируют электрический потенциал, сила которого зависит от количества медиатора, поступающего в синаптическую щель и времени, которое он там находится. Потенциал-зависимые ионные каналы Эти каналы отвечают за распространение потенциала действия, они открываются и закрываются в ответ на изменение мембранного потенциала. Например, натриевые каналы. Если мембранный потенциал поддерживается на уровне потенциала покоя, натриевые каналы закрыты и натриевый ток отсутствует. Если мембранный потенциал сдвигается в положительную сторону, то натриевые каналы откроются, и в клетку начнут входить ионы натрия по градиенту концентрации. Через 0,5 мс после установления нового значения мембранного потенциала, этот натриевый ток достигнет максимума. А еще через несколько миллисекунд падает почти до нуля. Это значит, что каналы через некоторое время закрываются вследствие инактивации, даже если клеточная мембрана остается деполяризованной. Но закрывшись, они отличаются от состояния, в котором находились до открытия, теперь они не могут открываться в ответ на деполяризацию мембраны, то есть они инактивированны. В таком состоянии они останутся до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к исходному значению и не пройдет восстановительный период, занимающий несколько миллисекунд. 6 Активный транспорт ионов. Мембранный насос. Определение. Молекулярная конструкция натриево-калиевого насоса. Ионообменный механизм транспорта ионов натрия, калия. Активный транспорт – это перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением. Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии Гиббса, он не может идти самопроизвольно, а только в сопровождении с процессом гидролиза АТФ, т.е за счет затраты энергии, запасенной в макроэргических связях АТФ. Активный транспорт веществ через биологические мембраны имеет огромное значение. За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, градиенты электрических потенциалов, градиенты давления и т.д., поддерживающие жизненный процессы. Перенос иона в процессе активного транспорта осуществляется транспортными АТФ-фазами, энергозависимой лимитирующей стадией которого является гидролиз АТФ. Так происходит первично-активный транспорта.  Если же перенос веществ обеспечивает энергия, обусловленная градиентом ионов, созданным в ходе первично-активного транспорта, то это вторично-активный транспорт. С его помощью осуществляется перенос сахаров и аминокислот за счет энергии, обусловленной градиентом ионов, чаще натрия, созданного первично-активным транспортом.  Унипорт – перенос данного вещества (иона) не зависит от наличия и переноса других веществ и котранспорт – перенос данного вещества (иона) зависит от наличия и переноса других веществ. В этом случае скорость суммарного процесса контролируется наличием и доступностью для систем переноса обоих партнеров транспортного процесса Котранспорт относительно направления подразделяют на симпорт и антипорт. При симпорте осуществляется однонаправленный и одновременный транспорт, а при антипорте – одновременный, но разнонаправленный перенос веществ. Мембранный насос— объёмный насос, рабочий орган которого — гибкая пластина (диафрагма, мембрана), закреплённая по краям; пластина изгибается под действием рычажного механизма (механический привод) или в результате изменения давления воздуха (пневматический привод) или жидкости (гидравлический привод), выполняя функцию, эквивалентную функции поршня в поршневом насосе. Среди примеров активного транспорта против градиента концентрации лучше всего изучен натрий-калиевый насос. Во время его работы происходит перенос трех положительных ионов Na+ из клетки на каждые два положительных иона К в клетку. Эта работа сопровождается накоплением на мембране разности электрических потенциалов. При этом расщепляется АТФ, давая энергию. В течение многих лет молекулярная основа натрий-калиевого насоса оставалась неясной. В настоящее время установлено, что Na/K-транспортный белок представляет собой АТФазу. На внутренней поверхности мембраны она расщепляет АТФ на АДФ и фосфат (рис. 1.6). На транспортировку трех ионов натрия из клетки и одновременно двух ионов калия в клетку используется энергия одной молекулы АТФ, т. е. суммарно за один цикл из клетки удаляется один положительный заряд. Таким образом, Na/К-насос является электрогенным (создает электрический ток через мембрану), что приводит к увеличению электроотрицательности мембранного потенциала приблизительно на 10 мВ. Транспортный белок выполняет эту операцию с высокой скоростью: от 150 до 600 ионов натрия в секунду. Аминокислотная последовательность транспортного белка известна, однако еще не ясен механизм этого сложного обменного транспорта. Данный процесс описывают с использованием энергетических профилей переноса белками ионов натрия или калия (рис. 1.5,-6). По характеру изменения этих профилей, связанных с постоянными изменениями конформации транспортного белка (процесс, требующий затраты энергии), можно судить о стехиометрии обмена: два иона калия обмениваются на три иона натрия.  Помимо Na/K-насоса плазматическая мембрана содержит по крайней мере еще один насос—кальциевый; это насос откачивает ионы кальция (Са2+) из клетки и участвует в поддержании их внутриклеточной концентрации на крайне низком уровне. Кальциевый насос присутствует с очень высокой плотностью в саркоплазматическом ретикулуме мышечных клеток, которые накапливают ионы кальция в результате расщепления молекул АТФ 7 Мембранный потенциал, определение, величина. Способы измерения МП. Условия и механизм возникновения мембранного потенциала. Роль пассивных и активных сил. Мембранный потенциал - разность электрических потенциалов между наруж. и внутр. поверхностями биомембраны, обусловленная неодинаковой концентрацией ионов, гл. обр. натрия, калия и хлора.Величина мембр. потенциала различна у разных клеток: для нервной клетки она составляет 60—80 мВ, для поперечнополосатых мышечн. волокон — 80—90 мВ, для волокон сердечной мышцы — 90—95 мВ. Под влиянием различных факторов (раздражителей) физической или химической природы величина мембранного потенциала может изменяться. Увеличение разности потенциалов между клеткой и окружающей средой называется гиперполяризацией, уменьшение — деполяризацией. Микроэлектродный метод. Потенциал покоя возникает в результате двух причин: 1) неодинакового распределения ионов по обе стороны мембраны; 2) избирательной проницаемости мембраны для ионов. В состоянии покоя мембрана неодинаково проницаема для различных ионов. Клеточная мембрана проницаема для ионов K, малопроницаема для ионов Na и непроницаема для органических веществ. За счет этих двух факторов создаются условия для движения ионов. Это движение осуществляется без затрат энергии путем пассивного транспорта – диффузией в результате разности концент-рации ионов. Ионы K выходят из клетки и увеличивают положительный заряд на наружной поверхности мембраны, ионы Cl пассивно переходят внутрь клетки, что приводит к увеличению положительного заряда на наружной поверхности клетки. Ионы Na накапливаются на наружной поверхности мембраны и увеличивают ее положительный заряд. Органические соединения остаются внутри клетки. В результате такого движения наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно. Внутренняя поверхность мембраны может не быть абсолютно отрицательно заряженной, но она всегда заряжена отрицательно по отношению к внешней. Такое состояние клеточной мембраны называется состоянием поляризации. Движение ионов продолжается до тех пор, пока не уравновесится разность потенциалов на мембране, т. е. не наступит электрохимическое равновесие. Момент равновесия зависит от двух сил: 1) силы диффузии;2) силы электростатического взаимодействия. Значение электрохимического равновесия: 1)  поддержание ионной асимметрии;2) поддержание величины мембранного потенциала на постоянном уровне. В возникновении мембранного потенциала участвуют сила диффузии (разность концентрации ионов) и сила электростатического взаимодействия, поэтому мембранный потенциал называется концентра-ционно-электрохимическим.8. Мембранный потенциал. Уравнение Нернста. Потенциал Нернста, его природа. Стационарный мембранный потенциал, уравнение Гольдмана-Ходжкина. Уравнение нернста,его природа.Стационарный мембранный потенциал,уравнение Гольдмана-Ходжкина. Состояние, при котором поток ионов по их концентрационному градиенту уравновешивается мембранным потенциалом, называется состоянием электрохимического равновесия ионов. Величина такого мембранного потенциала равновесия определяется уравнением Нернста.— уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохим. уравнение, и стандартными потенциалами окислительно-восстановительных пар.  где E - электродный потенциал, E0 - стандартный электродный потенциал, который измеряется в вольтах; R — универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж делённая на моль умноженная на K; T— абсолютная температура; F — число Фарадея, равное 96485,35 Кл/моль; n— число моль электронов, участвующих в процессе; Уравнение Нернста показывает, что концентрационный градиент ионов калия определяет величину мембранного потенциала покоя только в первом приближении. Более точная величина мембранного потенциала покоя может быть вычислена из уравнения Гольдмана-Ходжкина, в котором учитываются концентрации и проницаемость мембраны для трёх основных ионов внутри- и внеклеточной жидкостей: Это уравнение называется уравнением стационарного потенциала Гольдмана - Ходжкина - Катца. Также в поддержании мембранного потенциала покоя участвует непосредственно натрий-калий насос, выкачивая три иона натрия из клетки и закачивая лишь два иона калия. В результате мембр. потенциал покоя становится более отрицательным, чем был бы, если бы создавался только пассивным перемещением ионов через мембрану. Мембранный потенциал иногда обзывают потенциалом Нернста. Уравнение потенциала для трех ионов называется уравнением стационарного потенциала Гольдмана-Ходжкина. В состоянии покоя PK : PNa : PCl = 1 : 0,04 : 0,045, т.е проницаемость для К+ заметно выше, чем для других ионов. При возбуждении 1 : 20 :0,45. 9 Потенциал действия, определение, кривая ПД. Фазы ПД, ионные механизмы их возникновения. Потенциал действия - быстрое колебание величины мембранного потенциала, вызванное действием на возбудимую клетку электрического или другого раздражителей. В потенциале действия выделяют несколько фаз: * фаза деполяризации; * фаза быстрой реполяризации; * фаза медленной реполяризации * фаза гиперполяризации При деполяризации клеточ. мембраны до критическ. уровня деполяризации происходит лавинообразное открытие потенциал чувствительных Na+- каналов. Фаза быстрой и медленной реполяризации. В результате деполяризации мембраны происходит открытие потенциалчувствительных К+- каналов. Положительно заряженные ионы К+ выходят из клетки по градиенту концентрации , что приводит к восстановлению потенциала мембраны. В начале фазы интенсивность калиевого тока высока и реполяризация происходит быстро, к концу фазы интенсивность калиевого тока снижается и реполяризация замедляется. Ионный механизм возникновения потенциала действия В основе возникновения потенциала действия лежат изменения ионной проницаемости клеточн. мембраны. При действии на клетку раздражителя проницаемость мембраны для ионов Na+ резко повышается за счет активации натриевых каналов Поскольку поток Na+ в клетку начинает превышать калиевый ток из клетки, то происходит постепенное снижение потенциала покоя. При этом внутренняя поверхность мембраны становится положительной по отношению к ее внешней поверхности. В течение потенциала действия в клетку поступает значительное количество Na+, а ионы К+ покидают клетку. 10. Механический сердечный цикл. Ударный, минутный объем крови. Работа, мощность сердца Механическая работа сердца связана с сокращением его миокарда. Работа правого желудочка в три раза меньше работы левого желудочка. Сердце это как бы насос ритмического действия, чему способствует клапанный аппарат. Ритмические сокращения и расслабления сердца обеспечивают непрерывный ток крови. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, его расслабление - диастолой. При каждой систоле желудочков происходит выталкивание крови из сердца в аорту и лег. ствол. Период, включающий одно сокращение и последующее расслабление сердца, составляет сердечный цикл. Его продолжительность у взрослого человека равна 0,8 секунды при частоте сокращений 70 - 75 раз в минуту. Началом каждого цикла является систола предсердий. Она длится 0,1 сек. По окончании систолы предсердий наступает их диастола, а также систола желудочков. Систола желудочков=0,3 сек. В момент систолы в желудочках повышается давление крови, оно достигает в правом желудочке 25 мм рт. ст., а в левом - 130 мм рт. ст. После систолы желудочков фаза общего расслабления=0,4 сек. В целом период расслабления предсердий равен 0,7 сек., а желудочков - 0,5 сек. В период расслабления происходит восстановление работоспособности сердечной мышцы. Основные показатели работы сердца Систолический (ударный) объем - объем крови, выталкивающийся из сердца за одну систолу. Он в среднем в покое у взрослого человека равен 150 мл (по 75 мл для каждого желудочка). Умножив систолический объем на число сокращений в минуту, можно узнать минутный объем. Он составляет в среднем 4,5 - 5,0 литров. Систолический и минутный объемы непостоянны, они резко меняются в зависимости от физической и эмоциональной нагрузки. Минутный объем может достигать 20 - 30 литров. У нетренированных людей увеличение минутного объема идет за счет частоты сокращений, а у тренированных - за счет увеличения систолического объема. Работа состоит из двух фаз: систолы (сокращения) и диастолы (расслабления). Во время диастолы кровь из предсердий попадает в желудочки, а во время систолы сердце выталкивает кровь в сосуды. Кровь, оттекающая от органов, попадает в правое предсердие по нижней и верхней полым венам и венечным синусам . Как только сокращается правое предсердие, кровь из него через открытый клапан попадает в правый желудочек. Правый желудочек по мере наполнения сокращается, и кровь выталкивается в легочный ствол. Работа сердца Ас=Алж+Апж Апж=0,2Алж Ас=1,2Алж Алж=Р*Vуд+ (mv2 /2) m=плотность на объем ударный Ас=1,2Vуд(Р+ Плотность* v2 /2) Работа сердца при 1 сокращении примерно равна 1дж Мощность сердца N=Ac\t 11 Механизм преобразования импульсного выброса крови из сердца в непрерывный кровоток в артериальных сосудах. Теория "пульсирующей камеры". Пульс, пульсовая волна. "Периферическое сердце". В связи с тем что кровь выбрасывается сердцем отдельными порциями, кровоток в артериях имеет пульсирующий характер, поэтому линейная и объемная скорости непрерывно меняются: они максимальны в аорте и легочной артерии в момент систолы желудочков и уменьшаются во время диастолы. В капиллярах и венах кровоток постоянен, т. е. линейная скорость его постоянна. В превращении пульсирующего кровотока в постоянный имеют значение свойства артериальной стенки. Непрерывный ток крови по всей сосудистой системе обусловливают выраженные упругие свойства аорты и крупных артерий.В сердечно-сосудистой системе часть кинетической энергии, развиваемой сердцем во время систолы, затрачивается на растяжение аорты и отходящих от нее крупных артерий. Последние образуют эластическую, или компрессионную, камеру, в которую поступает значительный объем крови, растягивающий ее; при этом кинетическая энергия, развитая сердцем, переходит в энергию эластического напряжения артериальных стенок. Когда систола заканчивается, растянутые стенки артерий стремятся спасаться и проталкивают кровь в капилляры, поддерживая кровоток во время диастолы. Артериальным пульсом называют ритмические колебания стенки артерии, обусловленные повышением давления в период систолы. Пульсацию артерий можно легко обнаружить прикосновением к любой доступной ощупыванию артерии: лучевой (a. radialis), височной (a. temporalis), наружной артерии стопы (a. dorsalis pedis) и др.Пульсовая волна,распространяющаяся по аорте и артериям,вона повышенного давления,вызванная выбросом крови из левого желудочка в период систолы. В это время давление в аорте резко повышается и стенка ее растягивается. Волна повышенного давления и вызванные этим растяжением колебания сосудистой стенки с определенной скоростью распространяются от аорты до артериол и капилляров, где пульсовая волна гаснет. Периферическое сердце При различных сокращениях мышечные волокна воздействуют на расположенные параллельно с ними кровеносные сосуды, и в виде многочисленных своеобразных внутримышечных микронасосов присасывают артериальную, кровь на входе в мышцу, облегчая тем самым нагнетательную работу сердца, проталкивают эту кровь по внутримышечным сосудам и нагнетают на выходе из скелетной мышцы венозную кровь к сердцу с энергией, превышающей максимальное артериальное давление в 2—3 раза. Если сердце, как мы хорошо знаем, нагнетает артериальную кровь с давлением 120 мм рт. ст., то скелетная мышца способна нагнетать венозную кровь с силой в 200, 250 и даже 300 мм рт. ст., возвращая ее к сердцу для его наполнения.Полностью изолированная из организма мышца, будучи заключенной на искусственный круг кровообращения, способна при сокращении самостоятельно передвигать кровь по этому кругу по образу и подобию сердца. Поэтому ее можно назвать «периферическим сердцем» (ПС). Чрезвычайно важно, что эти многочисленные «периферические сердца» — а их по количеству скелетных мышц у человека более 1000 — работают самостоятельно как присасывающе-нагнетательные микронасосы не только при различных видах сокращений: ритмических, аритмических, тонических, тетанических, ауксотонических и др., но и при растяжении. Иначе можно сказать, что они не имеют «холостого хода». 12 Гемодинамика в одиночном сосуде. Уравнение Пуазейля. Гидравлическое сопротивление. Законы общесистемной гемодинамики. гемодинамика в одиночном сосуде-движение крови в крупных сосудах.Гемодинамика — движение крови по сосудам, возникающее вследствие разности гидростатического давления в различных участках кровеносной системы (кровь движется из области выс. давления в обл. низкого)Уравнение или закон Пуазёйля — определяет расход жидкости при установившемся течении вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубе круглого сечения.Гидравлическое сопротивление-сопротивление движению жидкостей (и газов) по трубам, каналам и т.д., обусловленное их вязкостью  Р0- давление у входа,Р- давление у выходаРассмотрим физические основы этого метода. Схема процессов, последовательно проявляющихся при измерении давления, представлена на рис. 9.6.а) Сначала избыточное давление Ри воздуха в манжете отсутствует, и кровоток не прерывается.б) По мере закачивания воздуха в манжету последняя сдавливает плечевую артерию. Когда давление в манжете превысит систолическое давление (Рс), кровоток прекращается.в) Выпуская воздух, уменьшают давление в манжете. После того как давление в манжете станет чуть меньше систолического давления (Рд < Ри < Рс), кровь начнет проталкиваться через сдавленную артерию. В ней создается поток, сопровождающийся шумами, которые хорошо прослушиваются через фонендоскоп. Эти шумы обусловлены вибрацией стенок артерии непосредственно за манжетой под действием толчков от порций крови, которые прорываются сквозь сжатый манжетой участок сосуда. В момент появления шумов по манометру регистрируется систолическое давление («верхнее давление»).г) Когда давление в манжете станет меньше диастолического давления Рд, манжета перестанет пережимать артерию. Кровоток прерываться перестанет, и шумы, связанные с вихрями, прекращаются. В момент прекращения шумов по манометру регистрируется диастолическое давление («нижнее давление»). Описанный метод имеет тенденцию занижать «верхнее давление» и завышать «нижнее давление» Причина этого понятна из рис. 9.7. Погрешности, возникающие при измерении артериального давления при медленном (а) и быстром (б) «стравливании» давления в манжетеПрямой линией показано изменение давления в манжете. «Синусоида» показывает характер изменения артериального давления. «Верхнее» и «нижнее» давления, фиксируемые по показаниям манометра, отмечены жирными точками. Видно, что при быстром «стравливании» давления в манжете погрешности становятся больше.  13 Уравнение Ньютона для жидкостей. Коэффициент вязкости жидкости, единицы измерения. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Вязкость крови. Способы измерения вязкости крови. Жи́дкость — одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от др. агрегатных состояний, является способность менять форму под действием касательных механических напряжений. Жидкость — одно из агрегатных состояний вещества. Характерным свойством жидкости является относительно легкая смещаемость молекул под действием внешних сил. Это свойство называется текучестью; однако взаимное смещение частиц сопровождается некоторым сопротивлением, которое называют внутренним трением или вязкостью жидкости. В реальной жидкости вследствие взаимного притяжения и теплового движения молекул имеет место внутреннее трение, или вязкость. Рассмотрим это явление на следующем опыте  Поместим слой жидкости между двумя параллельными твердыми пластинами. «Нижняя» пластина закреплена. Если двигать «верхнюю» пластину с постоянной скоростью v1, то c такой же скоростью будет двигаться самый «верхний» 1-й слой. Этот слой влияет на нижележащий непосредственно под ним 2-й слой, заставляя его двигаться со скоростью v2, причем v2 < v1. Каждый слой (выделим n слоев) передает движение нижележащему слою с меньшей скоростью. Слои взаимодействуют друг с другом: n-й слой ускоряет вышележащий слой, но замедляет нижележащий слой. Таким образом, наблюдается изменение скорости течения жидкости в направлении, перпендикулярном поверхности слоя (ось х). Такое изменение характеризуют производной dv/dx, которую называют градиентом скорости. Силы, действующие между слоями и направленные по касательной к поверхности слоев, называютсясилами внутреннего трения или вязкости. Эти силы пропорциональны площади взаимодействующих слоев S и градиенту скорости. Для многих жидкостей силы внутреннего трения подчиняются уравнению Ньютона:  где η – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом вязкости или просто вязкостью жидкости и зависящий от ее природы. Коэффициента вязкости показывает, чему равна сила внутреннего трения, действующая на единицу площади поверхности соприкасающихся слоев при единичном градиенте скорости. Единица измерения коэффициента вязкости в СИ − 1 паскаль-секунда (Па•с)=1 Н*с/м2 Неньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости. Они неоднородны и состоят из крупных молекул. Свойствами неньютоновской жидкости обладают структурированные дисперсные системы (суспензии, эмульсии), растворы и расплавы некоторых полимеров, многие органические жидкости и др. При прочих равных условиях вязкость таких жидкостей значительно больше, чем у ньютоновских жидкостей. Это связано с тем, что благодаря сцеплению молекул или частиц в неньютоновской жидкости образуются пространственные структуры, на разрушение которых затрачивается дополнительная энергия. Нью́тоновская жи́дкость — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы. Свойствами ньютоновской жидкости обладают большинство жидкостей (вода, растворы, низкомолекулярные органические жидкости) и все газы. Вязкость крови. Она обусловлена наличием белков и эритроцитов. Вязкость цельной крови равна 5,0 (если вязкость воды принять за 1) Вискозиметр - прибор для измерения вязкости Совокупность методов измерения вязкости жидкости называется вискозиметрией. 1. Капиллярный вискозиметр Оствальда основан на использовании формулы Пуазейля. 2. Медицинский вискозиметр Гесса с двумя капиллярами, в которых движутся две жидкости (например, дистиллированная вода и кровь). Вязкость одной жидкости должна быть известна. 3. Вискозиметр, основанный на методе Стокса. 4. Вискозиметр ротационный состоит из двух коаксиальных цилиндров. 14 Ламинарное, турбулентное течение жидкости. Число Рейнольдса. Измерение артериального давления по Короткову: физические основы, физическая природа ошибок измерения. Ламинарным течением жидкости является упорядоченное течение, при котором жидкость разделяется на слои, которые движутся относительно друг друга и при этом не перемешивается. Лам. течение устанавливается в трубах с гладкими стенками, без резких изменений площади сечения и изгибов трубы, а так же при отсутствии множественных разветвлений. Ламинарное переходит в турбулентное при нарушении этих условий и особенно при высокой скорости течения жидкости,скорость частиц жидкости при этом беспорядочно меняется, образуются местные завихрения- происходит перемешивание слоев жидкости. Это и есть турбулентное течение. Характерным для турбулентного течения являются местное изменение давления в жидкости, вызывающие хаотическое колебательное движение частиц, формирующие звуковые явления(шум,журчание) благодаря которым обнаруживается турбулентное течение. Характер течения жидкости по трубе зависит от свойств жидкости, скорости её течения, размеров трубы и определяется число Рейнальдса, которое для трубы диаметром Д выражается формулой. Rе=pж V D деленная на вязкость н с крючком. pж- плотность жидкости в- скорость течения жид-ти н- вязкость жид-ти Если число Р. Больше некоторого критического (Ре больше Рек)то движение жид-ти турбулентное. 15.Механические колебания: виды колебаний. Гармонические колебания, уравнение, график, параметры гармонических колебаний. Шкала механических колебаний. Гармонические колебания. Шкала механических колебаний. Механические колебания – это повторяющееся движение, при котором теломногократно проходит одно и то же положение в пространстве. Виды.Различаютпериодические и непериодические колебания. Периодическими называютколебания, при которых координата и другие характеристики тела описываютсяпериодическими функциями времени.Примерами механических колебаний могут служить движение шара на пружине.Колебания по условиям возникновения (свободные,вынужденные, автоколебания) и по характеру и  зменения во времени кинематических характеристик (пилообразные, гармонические, затухающие)Классификация колебаний а  сложной формы, б прямоугольные, в пилообразные, г гармонические, д затухающие, е нарастающие). – – – – – –(t)Наиболее общими характеристиками колебаний: амплитуда колебаний А-это отклонение величины от ее среднего значения; период колебаний Т-это время через которое движение тела полностьюповторяется , частота колебаний v – величина, показывающая число колебаний, совершаемых за 1 с. В СИ период Т выражается в секундах (c), частота v в герцах (Гц), циклическая частота w – в обратных секундах (с–1). –Гармонические колебания – колебания, при которых физическая величина,характеризующая эти колебания, изменяется во времени по синусоидальномузаконуx = A sin (wt + j0), где x значение колеблющейся величины в момент времени t, A амплитуда колебаний,w – циклическая (или круговая) частота, (wt + j0) – фаза гармонических колебаний,j0 Графиком гармонических колебаний является синусоида (рис. 3)16 Механические волны, виды. Уравнение волны. Интенсивность волны. Вектор Умова. Механические волны – процесс распространения механических колебаний в среде (жидкой, твердой, газообразной).Механические волны переносят энергию, форму, но не переносят массу.Характеристики волн:Амплитуда , Период ,Частота,Скорость волны Механ. волны образ. вследствие простых гармонических колебаний частиц среды от их среднего положения.Различают два вида механических волн: поперечные и продольные. 1.Поперечные волны:Волны назыв. поперечн, если частицы среды колеблются перпендикулярно лучу волны. Они существуют в основном за счет сил упругости, возникающих при деформации сдвига, а поэтому сущ. только в твердых средах. На поверхности воды возникают поперечные волны, так как колеблется граница сред. В поперечных волнах различают горбы и впадины. Длина поперечной волны - расстояние между двумя ближайшими горбами или впадинами.2.Продольные волны:Волны назыв. продольными, если частицы среды колеблются вдоль луча волны. Они возникают за счет деформации сжатия и напряжения, поэтому существуют во всех средах.В продольных волнах различают зоны сгущения и зоны разряжения.Длина продольной волны - расстояние между двумя ближайшими зонами сгущения или зонами разряжения.Уравнение механических волнДля плоской волны:s=A*cos[w(t-x/v)]Это означает, что величина смещения (S) для каждой значения времени (t) и расстояния от источника волны (x) зависит от амплитуды колебания (A), угловой частоты (ω) и скорости волны (v).Аргумент при косинусе называется фазой волны.Одномерное волновое уравнение:  здесь u=sИнтенсивность — скалярная физическая величина, количественно характеризующая поток энергии, переносимой волной через ед. S и ед.t. I=E/S*t Вектор Умова — вектор плотности потока энергии электромагнитного поля. I=E/S*t=w*v/S*t=w*S*L/S*t=w*L/t=w*v I=w*v v-скорость;w-объемная плотность энергии.Этот вектор по модулю равен количеству энергии, переносимой через единичную площадь, нормальную к S, в единицу времени. Своим направлением вектор определяет направление переноса энергии. 17 Звук. Виды звуков. Тон простой и сложный. Акустический спектр. Физические и физиологические параметры звука, связь между ними. Звук-это механические колебания частиц в упругих средах распространяющихся в форме продольных волн частота которых лежит в пределах воспринимаемых человеческим ухом, в среднем от 16 до 20 000 Гц. Тон-это звук, который представляет регулярное колебание с постоянным или закономерно изменяющимися по времени амплитудой и частотой. В зависимости от формы колебаний частиц среды тоны разделяются на простые (гармонические) и сложные. Простой тон может быть получен с помощью камертона или звукового генератора. К сложным тонам относятся , например звуки музыкальных инструментов, гласные звуки и др.Звуковое давление (ΔΡ) - это амплитуда тех изменений давления в среде, которые возникают при прохождении звуковой волны. Звук является объектом слухового ощущения. Он оценивается человеком субъективно. Все субъективные характеристики слухового ощущения связаны с объективными характеристиками звуковой волны. Высота, тембр Воспринимая звуки, человек различает их по высоте и тембру. Высота тона обусловлена прежде всего частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности звука (звук большей интенсивности воспринимается более низким). Тембр - это характеристика звукового ощущения, которая определяется его гармоническим спектром. Тембр звука зависит от числа обертонов и от их относительных интенсивностей. Закон Вебера-Фехнера. Громкость звука Использование логарифмической шкалы для оценки уровня интенсивности звука хорошо согласуется с психофизическим законом Вебера-Фехнера: Если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину). Именно логарифмическая функция обладает такими свойствами. Громкостью звука называют интенсивность (силу) слуховых ощущений. Ухо человека имеет различную чувствительность к звукам различных частот. Для учета этого обстоятельства можно выбрать некоторую опорную частоту, а восприятие остальных частот сравнивать с нею. По договоренности опорную частоту приняли равной 1 кГц (по этой причине и порог слышимости I0установлен для этой частоты). Для чистого тона с частотой 1 кГц громкость (Е) принимают равной уровню интенсивности в децибелах: Д  ля остальных частот громкость определяют путем сравнения интенсивности слуховых ощущений с громкостью звука на опорной частоте.Громкость звука равна уровню интенсивности звука (дБ) на частоте 1 кГц, вызывающего у «среднего» человека такое же ощущение громкости, что и данный звук. Единицу громкости звука называют фоном. Физические параметры звука: (можно измерить)1-интенсивность Вт/м2;2-частота звука Гц;3-акустический спектр Интенсивность звука - это плотность потока энергии, переносимой звуковой волной (см. формулу 2.5).В однородной среде интенсивность звука, испущенного в данном направлении, убывает по мере удаления от источника звука. При использовании волноводов можно добиться и увеличения интенсивности. Типичным примером такого волновода в живой природе является ушная раковина. Связь между интенсивностью (I) и звуковым давлением (ΔΡ) выражается следующей формулой:  АКУСТИЧЕСКИЙ СПЕКТР — графическое изображение состава шума в зависимости от частоты; является важнейшей характеристикой шума. Спектр шума указывает распределение колебательной энергии по звуковому диапазону частот. Физиологические параметры: (можно услышать) Гро́мкость зву́ка — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды ичастоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний, индивидуальная чувствительность слухового анализатора человека и другие факторы. Высота, тембр Воспринимая звуки, человек различает их по высоте и тембру. Высота тона обусловлена прежде всего частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности звука (звук большей интенсивности воспринимается более низким). Тембр - это характеристика звукового ощущения, которая определяется его гармоническим спектром. Тембр звука зависит от числа обертонов и от их относительных интенсивностей. 18 Психофизический закон Вебера-Фехнера.Шкалы оценки ощущений громкости (дебибельная и фоновая).Единицы измерения уровня громкости,их определение. В основе создания шкалы уровней громкости лежит важный психофизический закон Вебера-Фехнера: если увеличить раздражение в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину). Применительно к звуку это означает, что если интенсивность звука принимает ряд последовательных значений, например a I0, a2 I0, a3 I0 (a – некоторый коэффициент, a˃1) и т.д., то соответствующие им ощущения громкости звука L0, 2L0, 3L0 и т.д. ΔL = k lg I/ I0 при νэт = 1000 Гц , где k –некоторый коэффициент пропорциональности.И- это интенсивность звука И нулевая-порог слышимости.  .Шкала единиц для измерения интенсивности звука составлена следующим образом. За нулевой уровень принята интенсивность звука I0 = 10-12 Вт/м2 или звуковое давление Δр0 = 2 * 10-5 Н/м2, что согласно средним опытным данным соответствует (при тоне 1000 Гц) порогу слышимости.За верхний уровень шкалы принята интенсивность звука Iмакс= 10 Вт/м2 или звуковое давление Δр = 63 Н/м2, при которых звуковое ощущение переходит в болевое.Бел – это изменение уровня громкости тона частотой 1000 Гц при изменении интенсивности звука в 10 раз.Децибел громкости называют фоном. При расчетах уровня громкости в фонах (которые относят к тону 1000 Гц) пользуются формулами:ΔE=10lgII0 и ΔE=20lgΔpΔp0 , где I и Δp - заданные, I0 и Δp0 - пороговые (нулевые по шкале) значения интенсивности звука и звукового давления в абсолютных величинах. 19 Акустическая среда. Определение. Распространение звука в различных акустических средах. Акустическое сопротивление, коэффициент проникновения через границу раздела сред (уравнение Релея). Реверберация. АКУСТИЧЕСКАЯ СРЕДА. Скорость звук. волны зависит от свойств(упругости,плотности) среды, в которой ОНА распространяется. Чем более упругая и плотная, тем скорость .выше.Скорость..звука..измеряется..в..метрах..в..секунду.Скорость звука в газах находится в прямой зависимости от температуры газа: с повышением температуры скорость звука возрастает. Скорость распространения звука в газах меньше, чем..в..жидкостях..и..в...твердых..телах.Скорость звука в жидкостях также зависит от температуры жидкости. Она больше, чем в газах,..но..меньше,..чем..в..твердых..телах.Скорость звука в воде зависит не только от температуры воды, но и от концентрации в ней солей. Скорость распространения звука в морской воде несколько выше, чем в преснойУдельное акустическое сопротивление упругой среды — величина, равная отношению амплитуды звукового давления в среде к колебательной скорости её частиц при прохождении через среду звуковой волны:  Единица измерения — паскаль-секунда деленная на метр (Па•с/м). Реверберация — это процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях.Явление реверберации состоит в суперпозиции различных эхосигналов от одного источника звука. Эффект реверберации можно наблюдать в закрыт. помещениях после выключ. источника звука. . Избыточная длительность реверберации приводит к неприятной гулкости, «пустоте» помещения, а недостаточная — к резкому отрывистому звучанию, лишённому музыкальной «сочности». Искусственно создаваемая реверберация способствует улучшению качества звучания, создавая ощущение приятного «резонанса» помещения.Условно принятое время реверберации — время, за которое уровень звука уменьшается на 60 дБ.Для вычисления времени реверберации используют формулу, которая принадлежит Сэбину, первому исследователю архитектурной акустики: где V — это объём помещения, A — общий фонд звукопоглощения, , где ai— коэффициент звукопоглощения (зависит от материала, его дисперсных, или фрикционных характеристик), Si — площадь каждой поверхности20 Строение и функции наружного и среднего уха. Роль барабанной перепонки, слуховых косточек и евстахиевой трубы в звукопроведении. Аппарат слуха содержит звукопроводящую и звуковоспринимающие части. Первая состоит из нар. слухового прохода, оканчивающегося барабанной перепонкой, с которой связаны три сочленяющиеся косточки: молоточек, наковальня и стремечко, расположен. в средним ухом. Эта полость граничит с полостью внутреннего уха, с которой сообщается двумя отверстиями, затянутыми мембранами: овальным и круглым окнами. К мембране, закрывающей овальное окно, плоским основанием прикрепляется стремечко
|