Вопросы к коллоквиумам. СПбГМУ, лечебный факультет, II семестр, 2003

Физика, II семестр - вопросы на коллоквиумы (лечебный факультет)
------------------

Моделирование
1. Моделирование (определение). Виды моделей, наиболее часто применяемые в медицине (биологические, физические, кибернетические и математические).
2. Причины применения моделей, критерий правильности модели.
3. Основные этапы построения модели (предварительный сбор данных, построение описательной теории, построение модели, проверка правильности модели). Понятие о пределах применимости моделей.
4. Построение математической модели на примере фармакокинетической модели (большой).
5. Малая (упрощенная) фармакокинетическая модель.
6. Модель Лотке-Волътерра (хищник-жертва), основные допущения и параметры этой модели, стационарное решение, поведение модели при отклонениях от стационарного состояния, приближенное решение для случая малых отклонений от стационарного решения, фазовые и амплитудные соотношения для колебаний численности видов.

Модуль Юнга
1. Деформации (определение); виды деформаций - упругая и неупругая, продольная деформация и сдвиг, кручение и изгиб. Характеристики деформации - абсолютная и относительная деформации, угол сдвига.
2. Механическое напряжение, его физический смысл и единицы измерения, нормальное и тангенциальное (касательное) напряжение.
3. Зависимость механического напряжения от относительной деформации на примере металлов (стали) (диаграмма напряжений); пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности, явление текучести и наклеп.
4. Уравнение Гука для продольных деформаций и сдвига, модули Юнга и сдвига, их физический смысл и единицы измерения.
5. Вязкоупругие тела. Реологические модели (Максвелла и Кельвина-Фойхта, с выводом соответствующих уравнений). Явления релаксации и ползучести.

Вязкость
1. Вязкость жидкостей, уравнение Ньютона (для вязкости), коэффициенты динамической и кинематической вязкости, их физический смысл и единицы измерения в СИ и СГС.
2. Ньютоновские и неньютоновские жидкости.
3. Виды течений жидкости (ламинарное и турбулентное). Уравнение неразрывности.
4. Число Рейнольдса, понятие о характерных параметрах движения жидкости, физический смысл числа Рейнольдса. Понятие о критическом числе Рейнольдса и критических параметрах движения.
5. Формула Пуазейля и пределы ее применимости. Приложение формулы Пуазейля к измерению вязкости жидкостей. Гидродинамическое сопротивление.
6. Формула Стокса и пределы ее применимости. Приложение формулы Стокса к измерению вязкости жидкостей.

Аудиограмма
1. Звук.
2. Виды звуков (тон, шум, звуковой удар). Чистый тон и сложный тон. Понятие о спектре звука.
3. Основные характеристики звука - объективные (интенсивность, частота, спектр) и субъективные (громкость, высота, тембр). Их физический и физиологический смысл, единицы измерения. Взаимосвязь между различными характеристиками звука.
4. Принципы построения шкалы громкости звука. Закон Вебера-Фехнера применительно к уху. Беллы, децибелы. Порог слышимости, характер зависимости его от частоты звука, уровень болевого ощущения.
5. Ультразвук и его применение в медицине.

Теплопродукция
1. Предмет термодинамики, основное свойство термодинамических систем (макроскопичность). Пределы применимости термодинамики.
2. Классификация термодинамических систем по характеру обмена с окружающими телами энергией и веществом: открытые, закрытые, изолированные (замкнутые), адиабатно изолированные (адиабатные).
3. Термодинамические параметры и их классификация: внутренние и внешние, аддитивные (экстенсивные) и неаддитивные (интенсивные), функции состояние и термодинамические величины не являющиеся функциями состояния.
4. Термодинамическое равновесие и стационарное состояние, их сходства и отличия. Свойство транзитивности термодинамического равновесия. Релаксация. Время релаксации. Иерархия времен релаксации. 0е начало термодинамики. Физически бесконечно медленные процессы.
5. Первый закон термодинамики.
6. Второй закон термодинамики в формулировках Клаузиуса и Томсона, доказательство их эквивалентности. Энтропия, ее физический смысл и единицы измерения. Теорема Пригожина.
7. Теплообмен, виды теплообмена, тепловой баланс организма.
8. Термометрия и калориметрия. Измерение температура при помощи термопары.

Транспорт
1. "Устройство" клеточной мембраны.
2. Виды транспорта (активный, пассивный и цитоз).
3. Характеристики переноса вещества (плотности потока вещества и массы). Их физический смысл и единицы измерения.
4. Виды пассивного транспорта (диффузия, фильтрация, осмос, перенос заряженных частиц в присутствии электрического поля - уравнение Нернста-Планка).
5. Диффузия, уравнение Фика, размерность коэффициента диффузии.
6. Осмос, уравнение Ван Гоффа, физический смысл коэффициента Ван Гоффа.
7. Уравнение Нернста-Планка (вывод), подвижность частиц, связь между концентрацией частиц (плотностью), скоростью частиц и плотностью потока вещества (массы).

Взаимодействие света с веществом
1. Законы отражения и преломления (закон Снелиуса) света на границе раздела двух диэлектриков.
2. Физический смысл абсолютного и относительного коэффициентов (показателей) преломления. Дисперсия показателя преломления.
3. Анализ закона Снелиуса, соотношение между углами падения и преломления для различных случаев, предельный угол преломления и предельный угол полного внутреннего отражения.
4. Принцип работы рефрактометра (на примере лабораторной работы).
5. Плоская гармоническая электромагнитная волна, плоскость поляризации света, линейно (плоско) и циркулярно поляризованный свет.
6. Поляризаторы, главная плоскость поляризатора, закон Малюса.
7. Отражение под углом Брюстера.
8. Двулучепреломление. Понятие об оптической оси двулучепреломляющего кристалла, главном сечении, обыкновенном и необыкновенном лучах, положительные и отрицательные двулучепреломляющие кристаллы.
9. Принцип работы призмы Николя.
10. Оптическая активность вещества. Зависимость угла поворота плоскости поляризации для чистых веществ и растворов (закон Био).
11. Оптическая схема и принцип работы полутеневого поляриметра.
12. Поглощение света веществом, закон Бугера, коэффициент поглощения света, натуральный показатель поглощения, оптическая плотность вещества.

Лазер. Дифракция и интерференция света
1. Интерференция света. Когерентные источники света.
2. Условия минимума и максимума интерференции двух волн в терминах разности фаз и разности хода.
3. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света на щели в параллельных лучах при нормальном падении света. Зоны Френеля. Условия максимума и минимума дифракции на щели.
4. Дифракционная решетка. Период (постоянная) дифракционной решетки. Условия минимума и максимума дифракции света на дифракционной решетке в параллельных лучах при нормальном падении света. Условия минимума и максимума дифракции света на дифракционной решетке в параллельных лучах при падении света под углом (на "отлично").
5. Поглощение света "атомами", спонтанное и вынужденное излучение света "атомами", условие усиления света (инверсия населенности), накачка, трех и четырехуровневая схема лазеров. Устройство гелий-неонового лазера (соотношение количества гелия и неона, расположение окон газовой трубки, резонансное возбуждение атомов неона атомами гелия).
6. Основные характеристики лазерного излучения (монохроматичность, направленность, когерентность, поляризация).

Микроскоп
1. Построение изображений в тонкой линзе (условные обозначения, изображения действительное и мнимое, прямое и обратное).
2. Оптическая схема микроскопа (рассмотреть случаи построения изображения предмета на бесконечности, в сходящихся и расходящихся лучах).
3. Увеличение микроскопа (вывод).
4. Предел разрешения и разрешающая способность микроскопа. Теория Аббе предельной разрешающей способности. Первичное и вторичное изображения. Угловая и числовая апертуры, способы увеличения разрешающей способности.
5. Специальные методы микроскопии: метод фазового контраста и ультрамикроскопия.

Ионизирующее излучение и рентген
1. Ионизирующее излучение и ионы (определение).
2. Основные характеристики ионизирующего излучения (вид, интенсивность излучения и плотность потока частиц, энергетический спектр), их физический смысл и единицы измерения.
3. Основные характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом (средняя удельная ионизация, линейная передача энергии, средняя длина свободного пробега), их физический смысл и единицы измерения.
4. Виды естественного корпускулярного ионизирующего излучения (альфа, бега и нейтронное излучение) и их основные характеристики (природа излучения, характерная проникающая способность, вид энергетического спектра, сравнительная радиационная опасность).
5. Понятие о пике Брегга на примере альфа частиц и протонов, применение протонного ионизирующего излучения в лучевой терапии.
6. Механизмы взаимодействия нейтронов с веществом (упругое и неупругое рассеяние нейтронов, радиационный захват и распад ядер атомов). Отличия упругого и неупругого рассеяния нейтронов на ядрах атомов.
7. Виды фотонного ионизирующего излучения (гамма излучение, тормозное и характеристическое рентгеновское излучение) и их основные характеристики (природа излучения, характерная проникающая способность, вид энергетического спектра, сравнительная радиационная опасность).
8. Устройство и принцип работы рентгеновской трубки. Применение рентгеновского излучения в медицине.
9. Закон поглощения моноэнергетического ионизирующего излучения веществом (вывод). Коэффициент линейного ослабления, массовый коэффициент ослабления, эффективный коэффициент линейного ослабления, глубина половинного и четвертичного поглощения, коэффициент однородности излучения; их физический смысл и единицы измерения.
10. Дозиметрия. Поглощенная, экспозиционная, эквивалентная и интегральная дозы, керма (определение), их физический смысл и единицы измерения.
11. Мощность дозы, ее физический смысл и единицы измерения.
12. Основные механизмы радиационного поражения (теории мишени, прямого и косвенного воздействия, теории цепных процессов; их достоинства и недостатки).
13. Активность и её единицы измерения. Изотопное разбавление и метод радиоактивных индикаторов.