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
 Скачать 484.5 Kb.
|
|
Вопрос 8 Электрические колебания многократно повторяющиеся изменения напряжения и силы тока в электрич. цепи, а также напряжённостей электрич. и магн. полей в пространстве вблизи проводников, образующих электрич. цепь. Примером простейшей электрич. колебат. системы является колебательный контур. Э. к. широко применяются в электротехнике (гл. обр. Э. к. низкой частоты), электроакустике (Э. к. звуковой частоты), ультраакустике (Э. к. УЗ частоты) и радиотехнике (Э. к. ВЧ и СВЧ). Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (механических) и его решение. Автоколебания. Затухающие колебания — колебания, амплитуды которых из-за потерь энергии реальной колебательной системой с течением времени уменьшаются. Закон затухания колебаний определяется свойствами колебательных систем. Обычно рассматривают линейные системы — идеализированные реальные системы, в которых параметры, определяющие физические свойства системы, в ходе процесса не изменяется. Различные по своей природе линейные системы описываются идентичными линейными. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний линейной системы  где s — колеблющаяся величина, описывающая тот или иной физический процесс, δ = const — коэффициент затухания, (ω0 — циклическая частота свободных незатухающих колебаний той же колебательной системы, т. е. при δ =0 (при отсутствии потерь энергии) называется собственной частотой колебательной системы.Импульсный сигнал представляет собой сигнал с кратковременным изменением установившегося состояния, характеризующийся малым интервалом времени по сравнению с временными характеристиками установившегося процесса. Он характеризуется. Частота, Гц – несущая частота генерируемого сигнала в герцах. Амплитуда – пиковое значение сигнала, с которым будут генерироваться импульсы. Задается в вольтах. Скважность – коэффициент заполнения - отношение длительности импульса к периоду следования, Вопрос 9 Переменный ток — электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению. Ткани организма проводят не только постоянный, но и переменный ток. Сила тока, проходящая через биологическую ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. Можно моделировать электрические свойства биологических тканей, используя резисторы, которые обладают активным сопротивлением и конденсаторы – носители емкостного сопротивления. В качестве модели обычно используют эквивалентную электрическую схему тканей организма она представляет собой схему, состоящую из резисторов ив конденсаторов, частотная зависимость импеданса которой близка к частотной зависимости импеданса биологической ткани. Электрическая схема отражает общий ход зависимости импеданса тканей организма от частоты. Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспособность тканей и организма, что важно знать для пересадки, трансплантации тканей и органов. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и в случая здоровой и больной ткани. Импеданс тканей и органов зависит от их физиологического состояния. При кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечнососудистой деятельности. Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией. С помощью этого метода получают реограммы головного мозга, сердца, магистральных сосудов, легких, печени и конечностей. Измерение обычно проводят на чистоте 30 кГц. Вопрос 10 Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля (то есть иначе говоря — взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей).  Уравнение электромагнитной волны. Объемная плотность энергии электромагнитного поля складывается из объемных плотностей энергии электрического и магнитного полей:  Из теории Максвелла вытекает, что различные электромагнитные волны, в том числе и световые, имеют общую природу. В связи с этим их представляют в единой шкале. Вся шкала условно поделена на шесть диапазонов: радиоволны (длинные, средние и короткие), инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские волны и гамма-излучения. Эта классификация определяется либо механизмом образования волн, их частотой, либо возможностью их зрительного восприятия человеком.  Вопрос 11 Организм человека в большей степени состоит из биожидкостей содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных ионных процессах. Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле. Первичное действие постоянного тока связанно с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей. Воздействие постоянного тока на организм зависит от милы тока, поэтому весьма существенно электрическое сопротивление тканей и кожи. Влага и пот значительно уменьшают сопротивление, что даже при небольшом напряжении может вызвать значительный ток через организм. В медицине используется непрерывный постоянный ток 60-80 Вт как лечебный метод физиотерапии (гальванизация). Постоянный ток используют в медицине для введения лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки. Это электрофорез лекарственных веществ. Вопрос 12 Электроника – область науки и техники, в которой рассматриваются работа и применение электровакуумных, ионных и полупроводниковых приборов. Электроника: физическая, техническая, полупроводниковая. Электроника связанна тесно с диагностикой и лечение заболеваний. Разделы электроники решающие медико-биологические задачи и устройство мед аппаратуры получили названия медицинская электроника. Выделяются следующие группы электронных приборов и аппаратов. 1) устройство для получения (съема) передачи и регистрации медико-биологической информации. Это диагностическая аппаратура: баллистокардиографы, фонокардиографы, реографы. Они имеют усилители электрического сигнала. 2) Электронные устройства (аппараты микроволновой терапии, аппараты для электрохирургии, кардиостимуляторы). Они генераторы различных электрических сигналов. 3) кибернетические электронные устройства – это ЭВМ для переработка, хранения и анализа медико-биологической информации. Применение этих приборов повышает эффективность диагностики и лечения и увеличивает производительность труда медицинского персонала. Основное и главное требование - сделать недоступным касание частей аппаратуры находящихся под напряжением. Нужна хорошая изоляция. Общие указания: не касаться
Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Устройство, не отвечающее технически условиям, становиться не работоспособным. Медицинская аппаратура должна иметь вероятность безотказность постоянной работы. В зависимости от возможных последствий отказа в промеси эксплуатации медицинские изделия подразделяются на 4 класса: А – изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала (аппараты искусственного дыхания и кровообращения). Б – изделия, отказ которых вызывает искажения информации о состоянии организма (системы следящие за больными, аппараты для стимуляции сердечной деятельности). В – изделия, отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно диагностический процесс (диагностическая аппараьтура, инструментария). Г – изделия, не содержащие отказоспасобных частей (электромедицинская аппаратура к этому не относиться). Вопрос 13 Любое медико-биологическое исследование связанно с получением и регистрации соответствующей информации. Не смотря на разнообразие устройств и методов, употребляемых для этой цели, можно узнать их общие схемы и принципы действия. Для того чтобы получить и зафиксировать информацию о состоянии и параметров медико-биологической системы, необходимо иметь целую совокупность устройств. Первичный элемент этой совокупности называется устройством съема. При диагностики электроды используются еще и для подведения внешнего электромагнитного воздействия например в реографии. Электроды используются также для оказания электромагнитного воздействия с целью лечения и при электростимуляции. К электродам предъявляются определенные требования: они должны быстро фиксироваться и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть прочными, не создавать помех, не раздражать биологическую ткань. Важная физическая проблема относящаяся к электродам для съема био сигналов, заключается в минимизации потерь полезной информации. Особенно на переходном сопротивлении электрод-кожа для этого используют марлевые салфетки, смоченные физ раствором или электропроводящие пасты. Электроны для съема био сигнала делятся на группы: 1) для кратковременного применения в кабинетах диагностики 2) для длительного использовании за тяжело больными 3) для использовании на подвижных обследуемых в спортивной или космической медицине 4) для экстренного применения в скорой помощи. Для бессознательного больного надежнее использовать игольчатые электроды. Многие медико-биологические характеристики нельзя снять электродами: давление крови, температуры, пульс. Используют датчики. Датчиком называют устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобную для передачи или регистрации. Датчик, к которому подведена измеряемая величина, называется первичным. Датчики бывают: генераторные и параметрические. Генераторные под воздействием измеряемого сигнала не посредственно генерируют напряжение или ток. 1) Они основаны пьезоэлектрическом и 2) термоэлектрическом эффекте 3) индукционном 4) фотоэлектрическом эффекте. Параметрические датчики под воздействием измеряемого сигнала изменяют, какой либо свой параметр. Они бывают: 1)емкостные 2) реостатные 3) индуктивные. В зависимости от вида энергии различают: механические, акустические, температурные, электрические, оптические датчики.  Конечным элементом технической схемы является регистрирующее устройство. Устройство отображение – это устройство, которое временно представляет информацию, а при появлении новой информации передняя информация бесследно исчезает (амперметр, вольтметр) Большое распространение в медицинской электроники получили регистрирующие приборы, которые фиксируют информацию на каком-либо носителе. Их делят на: аналоговые – непрерывные, дискретные и комбинированные. В медицине их называют самописцами. Способы регистрации информации: а) нанесения слоя вещества (красителя) б) изменения состояния вещества носителя (ксерография, магнитная запись) в) снятие слоя вещества с носителя (тепловая запись). Простейшим самописцем является кимограф. Есть и двух координатные самописцы. Электронно-лучевые трубки и вектор-кардиоскоп Вопрос 14 Дифракция – явления отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями. Различают с некоторой степенью условности дифракцию сферических волн и дифракцию плоско параллельных волн. Если работают 2 обычных световых источника, то интенсивность суммарного излучения = сумме интенсивностей слагаемых волн. Значит освещенность от 2х ламп = сумме освещенностей, создаваемых каждой лампой в отдельности. Интерференция света возникает от согласованных, когерентных источников, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз у слагаемых волн в различных точках. Интерференция могла бы быть осуществлена от 2х синусоидальных волн одинаковой частоты, однако на практике создать такие световые волны не возможно. Интерференцию света используют в специальных приборах – интерферометрах для измерения с высокой степенью точности длин волн, небольших расстояний, показателей преломления веществ и определения качества оптических поверхностей. Содержание рентгеноструктурного анализа являются измерение параметров кристаллической решетки посредством дифракции рентгеновских лучей. Дебаем и Шеррером был предложен метод рентгеноструктурного анализа, основанный на дифракции монохроматических рентгеновских лучей в поликристаллических телах (порошках). В настоящее время широко применяют этот анализ биологических молекул и систем. Дж. Уотсон и Ф. Крик установили структуру ДНК и были удостоены Нобелевской премии 1962 год. Вопрос 15 Электромагнитная волна, в которой вектор лежат во вполне определенных плоскостях называют плоскополяризованной. Плоскополяризованную волну излучает отдельный атом. В естественном свете, идущем от солнца, пламени складываются неупорядоченные излучения множество атомов. Такой свет рассматривается как наложение волн с хаотической ориентацией плоскостей колебания. При отражении от границы двух диэлектриков естественный свет частично поляризуется. Преломленный луч всегда частично поляризован причем при падении под углом степень его поляризации наибольшая. При полной поляризации отраженного света угол между преломленным и отраженным лучами равен 90 градусов. В качестве поляризатора используют стопу стеклянных пластин. Не зависимо от угла падения степень поляризации преломленного луча возрастает по мере прохождения пластин. Некоторые прозрачные кристаллы обладают свойством двойного лучепреломлении: при попадании света на кристалл луч раздваивается, для одного из лучей выполняются обычные законы преломления, луч называют обыкновенным для другого – не выполняются луч называют не обыкновенным. Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах: амплитуды вынужденных колебаний электронов зависят от направлений этих колебаний. Вращение плоскости поляризации, обнаруженное впервые на кристаллах кварца, заключается в повороте плоскости поляризации плоскополяризированного света при прохождении через вещество. Вещества, обладающее таким свойством, называют оптически активными. Используя в опытах свет различных длин волн, можно обнаружить дисперсию вращения плоскости поляризации (вращательную дисперсию) т.е. зависимость угла поворота от длинны волны. Оптически активными являются многие некристаллические тела: скипидар, раствор сахара в воде, некоторые газы, пары камфары. В основе этого весьма чувствительного метода измерения концентрации растворенных веществ, в частности сахара. Это метод называется поляриметрия или сахариметрия используют в медицине для определения концентрации сахара в мече в биофозичекских исследований. Такие приборы называют поляриметрами. Прибор позволяет измерить не только концентрацию, но и удельное вращение. Рассматривая прозрачные биологические объекты в микроскопе, трудно выявить в них различные структуры, приходится применять специальные методики, в их числе поляризационная микроскопия. Поляризационный микроскоп аналогичен обычному но имеет поляризатор пред конденсором и анализатор в тубусе между объективом и окуляром. Так как некоторые ткани мышечные, косные, нервные обладают оптической анизотропией то возможно поляризационная микроскопия. В микросом будут видны только те волокна, анизотропия которых имеет поляризированный свет. Это метод основан на явлении фотоупругости. Из прозрачного изотропного материала создают плоскую модель кости. Вопрос 16 Оптическая система глаза состоит из роговицы, хрусталика, радужной оболочки и стекловидного тела (показатель преломления 1,336). Формирование изображения в основном осуществляется роговицей вместе с хрусталиком, которые в комбинации имеют фокусное расстояние около 20 мм. Фокусное расстояние глаза взрослого человека может изменяться приблизительно от 18,7 до 20,7 мм. Относительное отверстие (диафрагма) глаза может принимать значения приблизительно от 1:10.4 до 1:2.3. Глаз подвержен сферической аберрации, обладает значительной продольной хроматической аберрацией. Свет попадает на сетчатку, проходя сквозь слой нейронов и активирует клетки фоторецепторного слоя (светочувствительный слой). Некоторые фотоны, которые не поглотились фоторецепторным слоем, поглощаются эпителием, что уменьшает светорассеивание (противоореольный слой). У человека около 120 миллионов палочек (для ночного зрения) и около 6 миллионов колбочек (для дневного зрения). Палочки чувствительны к низким уровням освещённости, но не разрешают цвета и не способны разрешать малые объекты. Центральная часть ямки (2,5 мм в диаметре) содержит около 34000 колбочек и не содержит палочек. Ямка покрыта жёлтым фильтром, который может поглощать часть синего света и уменьшать его рассеивание, что улучшает видение в синей части спектра. Периферия сетчатки состоит в основном из палочек, которые в миллион раз чувствительнее колбочек к слабому свету (днём палочки защищаются от сильного цвета при помощи закрытия зрачка - диафрагмирование). Так как палочки гораздо чувствительнее колбочек и относительно более чувствительны при коротких длинах волн, уменьшение общей освещённости создаёт эффект, называемый явлением Пуркинье (как в фотопленке) - зелёное и синее кажется неестественно ярким по сравнению с красным при резком уменьшении освещённости. В темноте глаз может реагировать на минимальный световой поток порядка 10^-16 Вт/см^2, что эквивалентно приблизительно тысяче сине-зелёных квантов, проходящих серез см^2 за 1 с Зрачок контролирует кол-во света, попадающего в глаз в диапазоне около 4 ступеней. Для полной адаптации в темноте требуется около 45 минут. Фактическая разрешающая способность глаза гораздо выше, чем разрешающая способность, предсказанная с учётом аберрационных ограничений. Острота зрения увеличивается благодаря постоянному сканированию объекта глазом (также это снижает "шумы")) и обработке этой информации мозгом центральным процессором. У взрослого человека при приближении предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается без напряжения. Глаз чаще всего аккамодиравон на это расстояние – расстояние наилучшего зрения. Аккомодация – четкое виденье, наводка на резкость, изменение кривизны хрусталика. Размер изображения на сетчатке зависит не только от размера предмета, но и от удаления от глаза т.е. угла под которым виден предмет угол зрения – это угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через совпадающие угловые точки. B=L*эсцет. Для характеристики разрешающей способности глаза используют наименьший угол зрения, при котором человеческий глаз различает две точки предмета 1 это равно 70мкм. В медицине разрешающею способность глаза оценивают остротой зрения. За норму принимается единица Оптической системе глаз свойственны недостатки. 1) задний фокус совпадает с сетчаткой – такой глаз называют эмметропическим, а если это условие не выполняется, то глаз называется аметропическим. Виды аметропии близорукость, дальнозоркость. Близорукий глаз корректируют рассеивающей линзой, а дальнозоркий – собирающей. |