Биофизика человека

Выполнил: Раков Егор

Ученик 10 «А» класса

МБОУ Гимназия №7

Руководитель:

Щапова Тамара Иннокентьевна

Красноярск 2013 год

Содержание:

1. Введение – стр. 2

2. Теоретическая часть:

   • Прочнее гранита – стр. 3

   • Как мы дышим – стр. 4

   • Как мы слышим – стр. 7

3. Практическая часть:

   • Прочнее гранита – стр. 9

   • Как мы дышим – стр. 11

4) Источники информации – стр. 14

Введение

Цель

Я выбрал эту тему, потому что мне захотелось узнать о теле человеке больше, открыть для себя что-то новое, узнать как устроены слух, дыхание и главная часть опорно-двигательной системы – кости.

«Очень плох человек, ничего не знающий, да и не пытающийся что-нибудь узнать. Ведь в нем соединились два порока» - сказал Платон.

Задачи

• рассмотреть некоторые физические процессы, протекающие в человеческом организме и установить межпредметные связи между физикой и биологией

• изучить на прочность кости животных, схожие по строению с человеческой

• изучить принцип процесса – дыхание

• изучить устройство органов слуха

Теория

Прочнее гранита

В этой части моего проекта я рассмотрю прочность костей человека в сравнение с другими материалами.

Кости человека очень прочны, они лучше переносят нагрузку на сжатие чем на растяжение. Прочность на сжатие в 1,5 раза выше таковой на растяжение. Это объясняется тем, что на организм постоянно действует земная сила притяжения. [1]

Прочность кости в сравнении с другими прочными материалами:

Материал	Прочность на сжатие, Н/мм2	Прочность на растяжение, Н/мм2
Сталь Кость Гранит Фарфор Дуб Бетон	552 170 145 552 59 21	827 120 4,8 55 117 2,1

Виды деформации:

• на сжатие

• на растяжение

• по продольной оси

• по перпендикулярной оси, относительно кости

У человека более 200 костей. Самой прочной считается бедренная кость, ее прочность - 132 МПа при растяжении по продольной оси и 58 МПа перпендикулярно ей. При действии сжимающей силы прочность данной кости составляет соответственно 187 МПа и 132 МПа. То есть, потребуется около 3000 кг для того, чтобы раздробить эту кость давлением.

У взрослого здорового человека предел прочность бедренной кости на растяжение такой же, как предел прочности чугуна. Эта кость способна выдержать нагрузку на изгиб до 2500 Н [3]

Очень мало структур может сравниться с костями по прочности и легкости. Все кости построены из твердого материала — матрикса, в котором рассеяны костные клетки (остеоциты). Матрикс состоит из 2 главных компонентов: белок коллаген придает ему известную гибкость, а минеральные соли, главным образом фосфат кальция, — прочность. В сочетании эти 2 компонента делают кость прочной, как сталь, но в 5 раз более легкой.

Матрикс представлен в кости в 2 формах: твердое компактное вещество образует ее наружный слой, а губчатое - внутренний. В длинных трубчатых костях, таких как бедренная, имеется центральная костномозговая полость, заполненная у взрослых людей желтым костным мозгом. В желтом костном мозге откладывается жир. В ребрах, позвонках, грудине, концах трубчатых костей, костях черепа и таза содержится красный костный мозг, вырабатывающий красные и белые кровяные клетки.

Внутренние полости кости содержат мягкую, нежную, богатую клетками и снабжённую кровеносными сосудами массу, называемую костным мозгом. Различают три вида его: слизистый (лишь в некоторых развивающихся костях), красный или лимфоидный (например, в эпифизах трубчатых костей, в губчатом веществе позвонков), и жёлтый или жировой (наиболее распространённый). Основную форму составляет красный костный мозг, в нём наблюдается нежная соединительно-тканная основа, богатая сосудами, очень похожие на лейкоциты костномозговые или лимфатические клетки, клетки, окрашенные гемоглобином и считаемые за переход к красным кровяным тельцам, бесцветные клетки, содержащие внутри красные шарики, и многоядерные крупные («гигантские») клетки, так называемые миэлопласты.

При отложении в клетки основы жира и уменьшении числа лимфатических элементов красный мозг переходит в жёлтый, а при исчезновении жира и уменьшении лимфатических элементов он приближается к слизистому.

Костный мозг не имеет ничего общего с головным и спинным мозгом. Он не относится к нервной системе и не имеет нейронов.[4]

.

Как мы дышим

Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды) получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие. В зависимости от интенсивности обмена веществ человек выделяет через лёгкие в среднем около 5 — 18 литров углекислого газа (СО2), и 50 грамм воды в час.

В течение одного вдоха (в спокойном состоянии) в лёгкие поступает 400—500 мл воздуха. Этот объём воздуха называется дыхательным объёмом (ДО). Такое же количество воздуха поступает из лёгких в атмосферу в течение спокойного выдоха. Максимально глубокий вдох составляет около 2000 мл воздуха. Максимальный выдох также составляет около 2000 мл.

После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких. После спокойного выдоха в лёгких остаётся примерно 3000 мл. Этот объём воздуха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ) лёгких.

Благодаря ФОЁ в альвеолярном воздухе поддерживается относительно постоянное соотношение содержания кислорода и углекислого газа, так как ФОЁ в несколько раз больше ДО. Только 2/3 ДО достигает альвеол, который называется объёмом альвеолярной вентиляции.

Взрослый человек (при дыхательном объёме 0,5 литра и частоте 14 дыхательных движений в минуту) пропускает через лёгкие 7 литров воздуха в минуту. В состоянии физической нагрузки минутный объём дыхания может достигать 120 литров в минуту.

Соотношение вдоха и выдоха по времени 1:2 — 1:3.

Без дыхания человек обычно может прожить до 5-7 минут, после чего наступают потеря сознания, необратимые изменения в мозге и смерть.

Дыхание — одна из немногих способностей организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно. При частом и поверхностном дыхании возбудимость нервных центров повышается, а при глубоком — наоборот, снижается. Люди с ослабленной нервной системой дышат на 12 % чаще, чем люди с сильной нервной системой.

«Жизнь – это горение». Эти слова принадлежат знаменитым французским ученым XVIII в. А.Лавуазье и П.Лапласу. Действительно, чем, кроме горения, можно объяснить то, что температура нашего тела постоянна и почти всегда выше температуры окружающей среды? Лавуазье и Лаплас считали, что «печка», обогревающая человека, находится в легких, где углерод живой ткани, как в обычной печке, вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха, образуя углекислый газ, в результате чего выделяется необходимое тепло. [5]

На самом деле реакция, в которой участвует кислород, происходит не только в клетках легких, но и во всех клетках организма, куда его доставляет кровь. Кроме того, процесс, протекающий в организме с уча­стием кислорода и обеспечивающий нас энергией (и, в частно­сти, теплом), не имеет ничего общего с реакцией прямого сгорания углерода, а представляет собой длинную цепь химиче­ских реакций, одним из конечных продуктов которой оказы­вается СО₂.

И все же в некоторых случаях ради простоты можно рассматривать наш организм как «печку», потребляю­щую в день около 0,5 кг кислорода и выделяющую за это вре­мя почти такое же количество углекислого газа. По теории, предложенной Лавуазье и Лапласом, легким в этой «печке» отводится роль поддувала, через которое поступает кислород, и трубы, предназначенной для выхода углекислого газа. Интересно, что еще в XVII в. известный английский физик Р.Бойль, открывший один из газовых законов, утверждал, что, проходя через легкие, кровь «освобождается от вредных испарений».