физика. Билет 1 Клеточная мембрана определение, функции мембран, физические свойства. Ультразвук способы получения (обратный пьезоэффект, магнитострикция), свойства, механизм влияния на биообъекты.
 Скачать 1.33 Mb.
|
|
Ухо — сложный вестибулярно-слуховой орган, который выполняет две функции: воспринимает звуковые импульсы и отвечает за положение тела в пространстве и способность удерживать равновесие. Это парный орган, который размещается в височных костях черепа, ограничиваясь снаружи ушными раковинами.Ухо человека воспринимает звуковые волны длиной примерно от 20 м до 1,6 см, что соответствует 16 — 20 000 Гц (колебаний в секунду).Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина — сложной формы упругий хрящ, покрытый кожей, его нижняя часть, называемая мочкой,- кожная складка, которая состоит из кожи и жировой ткани.Ушная раковина у живых организмов работает как приемник звуковых волн, которые затем передаются во внутреннюю часть слухового аппарата. Значение ушной раковины у человека намного меньше, чем у животных, поэтому у человека она практически неподвижна. Но вот многие звери, поводя ушами, способны гораздо точнее, чем человек, определить нахождение источника звука.Складки человеческой ушной раковины вносят в поступающий в слуховой проход звук небольшие частотные искажения, зависящие от горизонтальной и вертикальной локализации звука. Таким образом мозг получает дополнительную информацию для уточнения местоположения источника звука. Этот эффект иногда используется в акустике, в том числе для создания ощущения объёмного звука при использовании наушников или слуховых аппаратов.Функция ушной раковины — улавливать звуки; ее продолжением является хрящ наружного слухового прохода, длина которого в среднем составляет 25-30 мм. Хрящевая часть слухового прохода переходит в костную, а весь наружный слуховой проход выстлан кожей, содержащей сальные, а также серные железы, представляющие собой видоизмененные потовые. Этот проход заканчивается слепо: от среднего уха он отделен барабанной перепонкой. Уловленные ушной раковиной звуковые волны ударяются в барабанную перепонку и вызывают ее колебания.В свою очередь, колебания барабанной перепонки передаются в среднее ухо. Среднее ухо Основной частью среднего уха является барабанная полость — небольшое пространство объемом около 1см³, находящееся в височной кости. Здесь находятся три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко — они передают звуковые колебания из наружного уха во внутреннее, одновременно усиливая их.Слуховые косточки — как самые маленькие фрагменты скелета человека, представляют цепочку, передающую колебания. Рукоятка молоточка тесно срослась с барабанной перепонкой, головка молоточка соединена с наковальней, а та, в свою очередь, своим длинным отростком — со стремечком. Основание стремечка закрывает окно преддверия, соединяясь таким образом с внутренним ухом.Полость среднего уха связана с носоглоткой посредством евстахиевой трубы, через которую выравнивается среднее давление воздуха внутри и снаружи от барабанной перепонки. При изменении внешнего давления иногда «закладывает» уши, что обычно решается тем, что рефлекторно вызывается зевота. Опыт показывает, что ещё более эффективно заложенность ушей решается глотательными движениями или если в этот момент дуть в зажатый нос. При высоких значениях звукового давления амплитуда колебаний слуховых косточек уменьшается вследствие рефлекторного сокращения двух мышц, прикрепленных к рукоятке молоточка и стремечку. При сокращении одной из них (m. tensor tympani) увеличивается натяжение барабанной перепонки, что ведет к уменьшению амплитуды ее колебаний, а сокращение другой мышцы (m. stapedius) ограничивает колебания стремечка. Эти мышцы участвуют в приспособлении слуховой системы к звукам высокой интенсивности и начинают сокращаться примерно через 10 мс после начала действия звука, превышающего 40 дБ. Барабанная перепонка — тонкая, непроницаемая для воздуха и жидкости мембрана, разделяющая наружное и среднее ухо. Служит для передачи звуковых колебаний во внутреннее ухо, а также препятствует попаданию в барабанную полость инородных тел.Имеется у наземных позвоночных (за исключением хвостатых и безногих земноводных, роющих змей)[1]. У людей расположена в глубине наружного слухового прохода. Евстахиева труба — канал, сообщающий полость среднего уха с глоткой. Морфологически Евстахиева труба представляет часть жаберной щели, а физиологически служит для уравновешивания разницы атмосферного давления извне и в полости среднего уха. Слуховых косточек три: молоточек, наковальня и стремячко. Все они соединены между собою очень совершенными сочленениями (истинные суставы) в виде очень подвижной цепи - от перепонки до овального окна - и служат для передачи на лабиринт звуковых волн, особенно для низких тонов. 2. 43.Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию ионов разных знаков. Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение. Непосредственно ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества. Косвенно ионизирующее излучение представляет собой поток незаряженных частиц (нейтронов, фотонов), которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения при взаимодействии со средой. Взаимодействие излучения с атомными ядрами используют только для обнаружения незаряженных, нейтронов, не обладающих ионизирующим действием: при упругих столкновениях нейтронов с ядрами водорода образуются протоны отдачи, которые могут быть обнаружены как заряженные частицы. Взаимодействие с веществом a - излучения a-частицы сильно взаимодействуют с различными веществами, т. е. легко поглощаются ими. Тонкий лист бумаги или слой воздуха толщиной несколько сантиметров достаточны для того, чтобы полностью поглотить a-частицы. При прохождении через вещество a-частицы почти полностью отдают свою энергию в результате электростатического взаимодействия с электронами оболочек атомов. Энергия a-частиц идет на ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды (ионизационные потери). Этот процесс может рассматриваться как упругое столкновение a-частицы с электронами, при котором a-частица теряет часть своей энергии. Поток a-частиц - это сильно ионизирующее излучение. Подобно a-частицам. взаимодействуют с веществом протоны и тяжелые ионы. Взаимодействие с веществом b- излучения b-частицы - это электроны (или позитроны), испускаемые ядрами радионуклидов при b-распаде. b-частицы обладают сплошным энергетическим спектром. В зависимости от энергии б-частиц различают: мягкое b-излучение (нескольких десятков кэВ); жесткое b-излучение (до нескольких единиц МэВ). Вероятность взаимодействия b-частиц с веществом меньше, чем для a-частиц, так как b-частицы имеют в два раза меньший заряд и приблизительно в 7300 раз меньшую массу. При взаимодействии b-частиц с электронами атомов массы соударяемых частиц можно считать одинаковыми, поэтому b-частицы при столкновении отклоняются гораздо сильнее, в результате чего при торможении траектория движения b-частиц имеет вид ломаной линии. Скорость b-частиц сравнима со скоростью света. Взаимодействие с веществом g- излучение Взаимодействие g-квантов с веществом существенно отличается от взаимодействия a- и b-частиц. В то время как заряженные частицы передают свою энергию электронам атомов при многократных процессах соударения, g-кванты отдают всю или, по крайней мере, большую часть своей энергии при однократном взаимодействии. Однако вероятность этого взаимодействие очень низка, поэтому g-кванты обладают гораздо большей проникающей способностью, чем заряженные частицы. Проникающая способность излучения характеризуется чаще всего толщиной слоя поглотителя (в г/см2), при которой интенсивность излучения уменьшается наполовину. Эту величину называют толщиной слой полупоглощения. Взаимодействие с веществом нейтронного излучение Нейтроны, представляющие собой поток незаряженных частиц, которые при прохождении через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов. Нейтроны обладают широким диапазоном энергий - от долей до десятков миллионов электрон-вольт. В зависимости от энергии нейтроны могут по-разному взаимодействовать с ядрами атомов. Характер взаимодействия может быть упругим и неупругим. Излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния' радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию, непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Одним из прямых эффектов является развитие онкологических заболеваний. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов. Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома) Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных "свободных радикалов". Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал — супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидроксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд. Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Химические изменения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со "здоровыми" молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяжении многих лет, что приводит к гибели клеток. 3. 66.Освещенность-это отношение светового потока,падающего на данную поверхность, к величине этой поверхности, Е = Ф делить на С(английскую) если лучи падают под углом к поверхности, то Е= Cила тока косинус альфа делить на эр большую английскую в квадрате. Таким образом, освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света пропорциональна силе света и косинусу угла падения света на эту поверхность и обратно пропорциональна квадрату расстояния до поверхности. Ед.измерения освещенности применяется Люкс. Люкс-это освещенность поверхности площадью 1 квадратный метр световым потоком в 1 люмен, падающим перпендикулярно к поверхности. Световым потоком Ф(русская) называется произведение мощности излучения на коэффициент видности. Ф = даблю умножить на В(англ.) Сила света — это световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану. Сила света измеряется световым потоком, создаваемым точечным источником света в единичном телесном угле. I = Ф делить на В. Ед.измерения силы света принята Кандела.(Кд) Кандела- сила света, испускаемого с поверхности площадью 1 деленная на 60000 квадратных метров полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325 паскаль. Световой поток - количество излучаемой энергии, протекающей через единицу площади за единицу времени.Ед. светового потока является Люмен. Люмен — световой поток, излучаемый точечным источником в телесном угле 1 стерадиана при силе света 1 Кд. БИЛЕТ № 21 Строение улитки (поперечный разрез) Распространение звуковых волн в замкнутых гидромеханических системах. Механизм звукопроведения в улитке. Радионуклиды. Физические основы радионуклидной диагностики и терапии. Устройство, назначение и принцип работы люксметра. Определение освещённости (естественной и искусственной) и расчет необходимого количества светильников для создания заданного уровня искусственной освещенности в помещении. 1.21. Улитка является полым костным образованием длиной 35 мм и имеет форму конусообразной спирали, содержащей 2,5 завитка. Сечение улитки показано на рис. 4.6. По всей длине улитки вдоль нее проходят две перепончатые перегородки, одна из которых называетсявестибулярной мембраной, а другая - основной мембраной. Пространство между  Рис. 4.6. Схематическое строение улитки, содержащей каналы: В - вестибулярный; Б - барабанный; У - улитковый; РМ - вестибулярная (рейснерова) мембрана; ПМ - покровная пластина; ОМ - основная (базилярная) мембрана; КО - кортиев орган ними - улитковый ход - заполнено жидкостью, называемой эндолимфой. Вестибулярный и барабанный каналы заполнены особой жидкостью - перилимфой. В верхней части улитки они соединяются между собой. Колебания стремечка передаются мембране овального окна, от нее перилимфе вестибулярного хода, а затем через тонкую вестибулярную мембрану - эндолимфе улиточного хода. Колебания эндолимфы передаются основной мембране, на которой находится кортиев орган, содержащий чувствительные волосковые клетки (около 24 000), в которых возникают электрические потенциалы, передаваемые по слуховому нерву в мозг. Барабанный ход заканчивается мембраной круглого окна, которая компенсирует перемещения перелимфы. Длина основной мембраны приблизительно равна 32 мм. Она очень неоднородна по своей форме: расширяется и утончается в направлении от овального окна к верхушке улитки. Вследствие этого модуль упругости основной мембраны вблизи основания улитки примерно в 100 раз больше, чем у вершины. Теория Бекеши Волны разной частоты распространяются в улитке по-разному. Если взять замкнутую гидромеханическую систему, заполненную жидкостью по соответственному строению каналов улитки и подействовать волной: высокой частоты, то режущая волна возникает в основании улитки; средней частоты – посередине; нижней – в конце. 2. 44.Радионуклиды, нуклиды, ядра которых радиоактивны. По типам радиоактивного распада различают α-радионуклиды, β-радионуклиды, радионуклиды, ядра которых распадаются по типу электронного захвата, и радионуклиды, ядра которых подвержены спонтанному делению. Радионуклидная диагностика-метод лучевой диагностики, основан на регистрации излучения введенных в организм искусственных радиоактивных веществ. Физические основы Р. диагностики Р. диагностика основана на регистрации именно гамма-квантов, либо испускаемых радиоактивными нуклидами при их распаде, либо образующихся при взаимодействии позитронов, испускаемых нуклидом, с электронами окружающих атомов. Регистрация γ-квантов производится подсчетом количества ионизаций в ионизационных камерах, газоразрядных счетчиках и фиксацией пробега γ-квантов в некоторых веществах при попадании в них ионизирующих излучений . 3. 67.Устройство люксметра. Люксметр состоит из измерительного устройства и фотоэлемента с насадками. Прибор имеет 2 шкалы от 0 до 100 и от 0 до 30. На каждой шкале точками отмечено начало диапазона измерений: на шкале от 0 до 100 точка находится над отметкой 20, на шкале от 0 до 30 точка находится над отметкой 5. Имеется корректор для установки стрелки в нулевое положение. Селеновый фотоэлемент находится в пластмассовом корпусе и присоединяется к измерителю шнуром. Светочувствительная поверхность фотоэлемента составляет около 30 квадратных сантиметров. Для уменьшения косинусной погрешности применяется насадка на фотоэлемент, состоящая из полусферы, выполненной из белой светорассеивающей БИЛЕТ № 22 Физические основы звуковых методов исследования в клинике: перкуссия, аускультация, аудиометрия. Построение кривой порога слышимости и аудиограммы с помощью аудиометра-АА-02. Дозиметрия ионизирующего излучения. Поглощённая доза. Единицы измерения. Экспозиционная доза. Единицы измерения. Ионизационная камера, принцип работы. Связь между поглощённой и экспозиционной дозами. Физическая природа света. Поглощение света. Закон Бугера. Закон Бугера- Бера. Коэффициент светопропускания, оптическая плотность вещества. 1. 22. Перкуссия (медицина) — в медицине заключается в постукивании отдельных участков тела и анализе звуковых явлений, возникающих при этом. По характеру свойств звука врач определяет топографию внутренних органов, физическое состояние и отчасти их функцию.Аускультация — метод физикальной диагностики в медицине, заключающийся в выслушивании звуков, образующихся в процессе функционирования органов.. Аускультация бывает прямая — прикладывание уха к прослушиваемому органу, и непрямая — с помощью специальных приборов (стетоскоп, фонендоскоп).Аудиометрия —измерение остроты слуха,определение слуховой чувствительности к звуковым волнам различной частоты. Исследование проводит врач сурдолог. Точное исследование проводят с помощью аудиометра, но иногда может проводиться проверка с применением камертонов. Аудиометрия позволяет исследовать как костную так и воздушную проводимость. Результатом тестов является аудиограмма, по которой отоларинголог может диагностировать потерю слуха и различные болезни уха. Регулярное исследование позволяет выявить начало потери слуха. 2. 45.Дозиметрия ионизирующих излучений — раздел прикладной ядерной физики, в котором рассматриваются свойства ионизирующих излучений, физические величины, характеризующие поле излучения и взаимодействие излучения с веществом (дозиметрические величины). Поглощенная доза - Величина численно равная энергии ионизирующего излучения поглощенной единицей массы тела. Dn= E делить на массу Поглощенная доза измеряется в Греях (Гр). 1 Грей – поглощенная доза, при которой в 1 кг. Облучаемого тела остается энергия ионизирующего излучения равная 1 Дж. 1 Гр= 1Дж деленная на 1 кг. Экспозиционная доза — величина численно равная величине заряда каждого знака,появляющегося в единице массы сухого воздуха при полной его ионизации. Do=Q делить на массу. Ед. измерения 1 Кл делить на 1 Кг в системе СИ. Чаще применяют -рентген. Рентген- это экспоз. доза, при которой в кубическом см происходит полная ионизация воздуха при нормальных условиях и образуются 2,1 миллиардов пар ионов. Связь между экспозиционной и поглощенной дозой Dn=f умножить на Do. Ионизацио́нная ка́мера — газонаполненный датчик, предназначенный для измерения уровня ионизирующего излучения. Измерение уровня излучения происходит путём измерения уровня ионизации газа в рабочем объёме камеры, который находится между двумя электродами. Между электродами создаётся разность потенциалов. При наличии ионов в газе между электродами возникает ионный ток, который может быть измерен. Ток при прочих равных условиях пропорционален скорости возникновения ионов и, соответственно, мощности дозы облучения. Газ, которым заполняется ионизационная камера, является инертным с добавлением легко ионизирующегося соединения (обычно углеводорода, например метана или ацетилена). Открытые ионизационные камеры заполнены воздухом. 3. 68. Свет представляет собой электромагнитное излучение, связанное с флуктуацией электрического и магнитного полей. Иными словами, свет — это энергия. Свет имеет двойственную природу, обладая свойствами волны и частицы. Корпус¬кулы света, называемые фотонами, излучаются источником света в виде волн, распространяющихся с постоянной скоростью порядка 300 ООО км/с. Аналогич¬но морским волнам световые волны имеют гребни и впадины. Поэтому в качестве характеристики световых волн используют длину ваты — расстояние между двумя гребнями (единица измерения — метры или ангстремы, равные 1О*8 м), и амплитуду, определяемую как расстояние между гребнем и впадиной. Разные длины волны воспринимаются нами как разные цвета: свет с большой длиной волны будет красным, а с маленькой — синим или фиолетовым. В случае если свет состоит из волн разной длины (например, белый цвет содержит все длины волн), то наш глаз смешивает разные длины волн в одну, получая таким об¬разом один результирующий цвет. Поглощение света – ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии. Световая волна, проходя через вещество, возбуждает колебания электронов. Ускоренно движущиеся электроны излучают электромагнитные волны. Эти вторичные волны имеют ту же частоту, что и частота падающей волны. В однородной среде результат интерференции всех вторичных волн между собой и с падающей на вещество волной отличен от нуля только в одном направлении - в направлении распространения преломленной волны. Скорость распространения результирующей волны в среде становиться меньше скорости света в вакууме, так объясняется возникновение показателя преломления.Причина поглощения света, т.е. перехода энергии световой волны в тепловую энергию, следующая. Атомы вещества, внутри которых происходят вызванные световой волной колебания электронов, участвуют в хаотическом тепловом движении и сталкиваются друг с другом. При каждом столкновении энергия колебательного движения электронов переходит в энергию теплового движения атомов - происходит поглощение света. Закон Бугера: Как показывает опыт интенсивность света при прохождении через вещество убывает по экспоненциальному закону:   I0 - интенсивность света на входе в поглощающий слой вещества толщиной x, α - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны (частоты) света. Закон Бугера-Бера: закон поглощения света согласно которому светопоглощение пропорционально толщине поглощающей среды и концентрации поглощающего вещества. Коэф. светопропускания – отношение потока излучения, прошедшего сквозь данное тело или раствор к потоку излучения упавшего на это тело. Оптическая плотность-безразмерная величина, характеризующая степень погашения света, прошедшего через слой материала. Равна десятичному логарифму отношения интенсивности падающего света к интенсивности прошедшего. |