Ответы на экзамен по физике. Свободными колебаниями мы называет такие колебания, которые совершаются без внешних воздействий, за счет первоначально полученной телом энергии (пружинный маятник). Незатухающие колебания

• Название: Свободными колебаниями мы называет такие колебания, которые совершаются без внешних воздействий, за счет первоначально полученной телом энергии (пружинный маятник). Незатухающие колебания
• Анкор: Ответы на экзамен по физике.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 484.5 Kb.
• Имя файла: Ответы на экзамен по физике.doc
• Тип: Документы; #3240
• Категория: Физика
• страница: 1 из 3

Вопрос 1

Механ. работа, которую способен совершить человек за день зависит от многих факторов спортсмен 70 кг. Прыгнув с места, развивает мощность3,5 кВт. Человек при ходьбе со скоростью 5 км развивает мощность до 60 Вт. Работа ровна 0 если нет перемещения. Самые большие нагрузки выполняет наш организм в невесомости. Например, качели, начало движения лифта в низ. Человек осваивает законы механики с раннего детства, сидит, стоит, катается, работает.

Повторяющиеся движения или изменения состояния называются – колебаниями (эл. ток, работа сердца…) Всем колебанием присущи некоторые общие закономерности. В зависимости от характера взаимодействия колеблющейся системы различают: свободные, вынужденные, автоколебания. Свободные делятся на незатухающие и затухающие.

Свободными колебаниями мы называет такие колебания, которые совершаются без внешних воздействий, за счет первоначально полученной телом энергии (пружинный маятник).

Незатухающие колебания — колебания, амплитуда которых не убывает со временем, а остается постоянной. Электрические незатухающие колебания в радиотехнике создаются машинами высокой частоты, дуговыми и ламповыми генераторами. Применяются в радиотелеграфе и радиотелефоне.

Затухающие колебания – это колебания, в которых есть силы сопротивления Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних сил, меняющихся во времени.

Автоколебания, незатухающие колебания, которые могут существовать в колебательной системе за счет внутреннего источника энергии (активного элемента), восполняющего неизбежные в реальной системе потери энергии (например, колебания маятника часов).

Сложное колебание - это совокупность гармонических колебаний, на которые разложено сложное колебание. Гармонический анализ позволяет достаточно детально описать и проанализировать любой сложный колебательный процесс, он находит применения в акустике, радиотехнике, электронике, и т.д.


Вопрос 2

Акустика — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. Акустика является одним из направлений физики (механики), исследующее упругие колебания и волны от самых низких (от 0 Гц) до высоких частот.

Звуки делятся 1) тоны, музыкальные звуки 2) шумы, 3) звуковые удары.

Тоном называется звук являющийся периодическим процессом. Тон делится: на простые и сложные.

Шумом называют звук отличающийся сложной неповторяющейся временной зависимостью. (вибрация машин, аплодисменты, шорохи, скрипы). Звуковой удар – кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв). Звук является объектом слуховых ощущений, человек воспринимая тоны различает их по высоте.

Высота тона - субъективная характеристика, обусловленная, прежде всего частотой основного тона. Звук большей интенсивности воспринимается как звук более низкого тона

Тембр - определяется спектральным составом. Метод измерения остроты слуха называют аудиометрией

Шумомер - объективно измеряющий уровень громкости шума. Свойство шумомера приближаются к свойствам человеческого ужа. Для этого на разных диапазонах уровней громкости используются корректирующие электрические фильтры. Звук является важным источником информации. Естественно звук может быть источником информации о состоянии внутренних органов человека. В медицине для диагностики заболевании используют аускультацию (выслушивание) используют стетоскоп или фонендоскоп. Для диагностики состояния сердечной деятельности применяют метод фонокардиографии – этот метод заключается в графической регистрации шумов сердца. Перкуссия – простукивание.

Вопрос 3

Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц. Звуковые колебания с более высокой частотой называют гиперзвуком. Хотя о существовании ультразвука ученым было известно давно, практическое использование его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Для генерирования УЗ используют устройство УЗ излучатель. Источники ультразвука

Частота сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Фокусировка таких пучков обычно осуществляется с помощью специальных звуковых линз и зеркал. Ультразвуковой пучок с необходимыми параметрами можно получить с помощью соответствующего преобразователя. Наиболее распространены керамические преобразователи из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвукового пучка, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены).

В природе УЗ встречается как в качестве компоненты многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве.

Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока – струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей – электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

Свисток Гальтона

Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак.

Физические процессы, обусловленные воздействием ультразвука вызывают в биологических объектах следующие основные эффекты:

Микровибрация на клеточном и субклеточном уровне.

Разрушение биомакромалекул

Перестройку и повреждение био мембран

Тепловое действие, разрушение клеток и микроорганизмов

Медико биологическое приложение ультразвука можно разделить на два направления: методы диагностики и методы воздействия. К первому методу относят использование импульсивного излучения. Это эхоэнцефалография – определение опухоли и отеков головного мозга, Ультразвуковая кардиография – изменение размеров сердца в динамике, в офтальмологии – ультразвуковая локация для определения размеров глазных сред. И ультразвуковая физиотерапия. Она оказывает механическое и тепловое влияние. Изобрели «ультразвуковой скальпель». УЗ стерилизуют.

Вопрос 4

Жидкость — одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое. Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведёт себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает несохранение формы (внутренних частей жидкого тела).

Неньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.

Капиллярный вискозиметр применяется для определения вязкости крови. Вязкость крови человека в норме 4-5 мПа, при патологии от 1,7-22,9 мПа, что сказывается на скорости оседания электроцитов (СОЭ). Венозная кровь обладает большей вязкостью чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови. Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость крови, а такие как брюшной тиф и туберкулез – уменьшают. Модели кровообращения 1628 Гервей предложил первую модель, описывающую первую модель кровообращения человека. Кровь циркулирует по организму, сердце выполняет роль насоса, который во время систолы (сокращения) часть крови накапливается в крупных сосудах благодаря их эластичности. Во время диастолы (расслабления) кровь выталкивается в мелкие сосуды. Наиболее простая модель – модель Франка. Артериальная часть моделируется упругими резервуарами в резервуар поступает кровь из сердца за тем она уходит в периферическую систему. Франк сделал допущения: Все крупные сосуды объедены в один резервуар с эластичными стенками, присеем объем которых пропорционален давлению. Эта модель грубо описывает реальные явления. В модели Ростона используется два резервуара. Имеются модели в которых используются сотни резервуаров.

Вопрос 5

Диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Если не рассматривать такие случаи, то выше приведённую формулу можно заменить на следующую:

которая показывает, что плотность потока вещества J [cm ^{- 2}s ^{- 1}] пропорциональна коэффициенту диффузии D [(cm²s ^{- 1})] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика (Адольф Фик — немецкий физиолог, установивший законы диффузии в 1855 г.).

Функции биомембран

- барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой.

- транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие;

- механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.

- энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

- рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).

- ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.

осуществление генерации и проведения биопотенциалов.

Мембранный транспорт- транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов - простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта. Важнейшее свойство биологической мембраны состоит в ее способности пропускать в клетку и из нее различные вещества. Это имеет большое значение для саморегуляции и поддержания постоянного состава клетки. Такая функция клеточной мембраны выполняется благодаря избирательной проницаемости, т.е. способностью пропускать одни вещества и не пропускать другие. Легче всего проходят через липидный бислой неполярные молекулы с малой молекулярной массой (кислород, азот, бензол). Достаточно быстро проникают сквозь липидный бислой такие мелкие полярные молекулы, как углекислый газ, оксид азота, вода, мочевина. С заметной скоростью проходят через липидный бислой этанол и глицерин, а также стероиды и тиреоидные гормоны. Для более крупных полярных молекул (глюкоза, аминокислоты), а также для ионов липидный бислой практически непроницаем, так как его внутрення часть гидрофобна. Так, для воды коэффициент проницаемости (см/с) составляет около 10^-2, для глицерина - 10^-5, для глюкозы - 10^-7, а для одновалентных ионов - меньше 10^-10.

Уравнение Нернста-Планка.

Явления переноса относятся к пассивному транспорту: диффузия молекул и ионов в направления их меньшей концентрации, перемещения ионов в соответствии с направлением силы, действующих на них со стороны эл. поля. Пассивный транспорт через мембрану включает в себя: диффузию, диффузию через пору, и диффузию с переносчиком. Перенос молекул в область большей концентрации, а ионов – против силы, действующей на них со стороны электрического поля, называется активным транспортом. Он присуши только биологическим мембранам. В биомембранах имеются ионные насосы – специальные системы интегральных белков. Известно 4 вида. Na, K, Ca, H,


Вопрос 6

Биоэлектрический потенциал – разность электрических потенциалов, образующуюся между двумя точками клеток, тканей и органов в процессе их жизнедеятельности. Мембранный потенциал – это разность потенциалов, которая уравновешивает концентрационный градиент ионов, способных к диффузии. Сейчас общепризнанной теорией, обьясняющей возникновение и поддержание потенциала на клеточной мембране в состоянии физиологического покоя, является теория Гольдмана – Ходжкина. Сущность ее в том что потенциал, существующий на мембранах не возбужденных клеток (потенциал покоя), обусловлен полупроницаемыми свойствами клеточной мембраны и неравномерным распределение ионов между клеткой и окружающей средой. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.

Опыты доказывают, что величина потенциала покоя существенно различается для разных клеток.
Потенциалом действия называют общее изменение разности потенциалов на мембране, происходящие при возбуждении клеток. Распространение потенциала действия вдоль нервного волокна обусловлено возникновением локальных токов которые образуются межу возбужденным и невозбужденным участком клетки.

Вопрос 7

Диполь — идеализированная система, служащая для приближённого описания распространения поля.

Электрический диполь — идеализированная электронейтральная система, состоящая из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов.

Другими словами, электрический диполь представляет из себя совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Электрическое поле диполя – на диполь в однородном электрическом поле действует момент силы, зависящий от электрического момента и ориентации диполя, а также напряженности поля.

Токовый диполь. В вакууме или в идеальном изоляторе электрический диполь может сохранятся сколько угодно долго. Однако поп действием электрического поля диполя возникает движение свободных зарядов и диполь либо экранируется, либо нейтрализуется. По закону Ома сила тока во в внешней цепи будет оставаться почти постоянной, она не зависит от свойств среды. Такая двухполюсная система, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором.

Живые ткани являются источником электрических потенциалов. Регистрация биопотенциалов и органов с диагностической целью получила название электрографии. Такой общий термин употребляется гораздо редко, более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов:

Электрография(ЭКГ) - регистрация биопотенциалов, возникающие в сердечной мышце при ее возбуждении.

Электроэнцефалография - Метод регистрации активности головного мозга. В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не посредственно с органа, а с других, соседних тканей, в которых электрические поля этим органом создаются. В клиническом отношении это значительно упрощает процедуру регистрации, делая ее безопасной и не сложной. Физический подход к электрографии заключается в создании модели электрического генератора, которая соответствует картине потенциалов. В связи с этим здесь возникают две фундаментальные теоретические задачи: расчет потенциала в области изменения по заданным характеристикам электрического генератора – прямая задача, расчет характеристик электрического генератора по измеренному потенциалу – обратная задача. Одной из основных задач электрографии является вычисления распределения трансмембранного потенциала клеток сердечных мышц по потенциалам, измеренным вне сердца. Однако даже чисто теоретически такую задачу решить не возможно. Физический подход к выяснению связи между биопотенциалами сердца и внешних проявлений заключается в моделировании источников этих биопотенциалов.