
- •Раздел I. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика 16 глава 1. Законы динамики ньютона. Законы сохранения 16
- •Вопросы и задачи к главе I. 33 глава 2. Молекулярно-кинетическая теория газов
- •Глава 3. Применение первого начала термодинамики к процессам в идеальном газе 52
- •Глава 4. Реальные газы 74
- •Вопросы и задачи и вопросы к главе 4. 82 глава 5. Поверхностное натяжение жидкости 82
- •Вопросы и задачи к главе 5 102
- •Вопросы задачи к главе 4 180
- •Глава 5. Электромагнитные колебания и волны 181
- •Вопросы задачи к главе 5 201 глава 6. Оптика 201
- •Вопросы задачи к главе 6 251
- •Раздел III. Атомная, ядерная и квантовая физика
- •Глава 1.Тепловое излучение тел 253
- •Глава 2. Рентгеновское излучение 261
- •Глава 3. Радиоактивность 272
- •Раздел IV. Биофизика 337 глава1 молекулярная биофизика 337
- •Глава 2. Биологические мембраны. 358
- •Введение
- •Раздел I механика. Молекулярная физика. Термодинамика.
- •Глава 1 законы динамики ньютона. Законы сохранения.
- •1.1. Законы ньютона. Основные дифференциальные уравнения движения.
- •Здесь аx , аy , аz - проекции вектора ускорения на оси координат X , y и z;
- •1.4 Физические основы центрифугирования
- •Глава 2. Молекулярно-кинетическая теория газов
- •Примечание 2
- •Глава 3. Применение первого начала термодинамики к процессам в идеальном газе.
- •3.1. Особенности термодинамического метода. Первое начало термодинамики.
- •3.2. Применение первого начала термодинамики к равновесным изопроцессам идеального газа
- •Глава 4. Реальные газы
- •Глава 5. Поверхностное натяжение жидкости
- •5.5 Методы определения коэффициента поверхностного натяжения
- •Глава 6. Вязкость жидкости
- •1. Метод капиллярного вискозиметра (оствальда).
- •2. Метод падающего шарика (стокса)
- •Глава 7 твёрдые и жидкие кристаллы. Стеклообразное состояние вещества. Полимеры.
- •7.1. Фазовые переходы. Плавление, кристаллизация, сублимация.
- •7.2.Кинетические превращения. Стеклование и размягчение
- •7.3. Жидкие кристаллы
- •7.4. Кристаллические модификации твёрдых кристаллов.
- •7.5 Механические свойства твёрдых тел. Закон гука. Упругость и пластичность
- •7.6 Полимеры. Их кристаллическое, стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее состояние.
- •Глава 8. Процессы переноса
- •8.1. Диффузия
- •8.2. Теплопроводность
- •8.3. Вязкость
- •Раздел II
- •Глава 1. Механические колебания
- •1.3 Смещение, скорость и ускорение гармонически колеблющегося тела
- •1.7. Автоколебания
- •1.8. Сложения гармонических колебаний, направленных по одной прямой. Теорема фурье. Гармонический спектр сложного колебания
- •Вопросы и задачи к главе 1
- •Глава 2. Механические волны
- •2.1 Механические волны, продольные и поперечные волны
- •2.2. Уравнение и график плоской незатухающей гармонической волны
- •Вопросы и задачи к главе 2
- •Глава 3. Звук
- •3.1. Субъективные (физиологические) характеритики восприятия звука и их связь с объективными, физическими характеристиками звуковой волны
- •3.2 Область слышимости
- •3.3. Закон вебера-фехнера
- •3.4. Уровень интенсивности
- •Вопросы и задачи к главе 3
- •Глава 4. Ультразвук. Его применение в медицине инфразвук
- •4.1. Физические свойства ультразвука
- •1. Частотный диапазон ультразвука
- •4.4.Источники и приёмники ультразвука
- •1. Пьезоэлектрические излучатели-приёмники
- •2. Магнитострикционные излучатели ультразвука
- •Вопросы и задачи к главе 4
- •Глава 5. Электромагнитные колебания и волны
- •5.1. Некоторые необходимые сведения об основах электричества и магнетизма.
- •Глава 6. Оптика
- •Раздел III . Атомная, ядерная и квантовая физика
- •Глава 1. Тепловое излучение тел
- •1.2 Спектр теплового излучения абсолютно чёрного тела.Закон вина. Закон стефана-больцмана.
- •Глава 2. Рентгеновское излучение
- •Глава 3. Радиоактивность
- •Глава 4. Дозиметрия ионизирующих излучений
- •Глава 5. Элементы квантовой механики.
- •5.4. Решение уравнения шрёдингера для частицы в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками
- •Глава 6. Люминесценция
- •Глава 7. Лазер
- •7.1. Вынужденное излучение. Инверсная заселённость. Метастабильные уровни
- •Глава 8. Оптическая спектроскопия. Ик- спектроскопия. Радиоспектроскопия.
- •8.4. Спектры комбинационного рассеяния
- •Раздел IV. Биофизика
- •Глава 1. Молекулярная биофизика
- •1.Ионная связь
- •2.Ковалентная связь
- •3.Межатомное отталкивание
- •4. Донорно- акцепторная связь
- •5. Водородная связь
- •1. Ориентационная связь
- •3. Индукционная связь
- •3. Дисперсионная связь
- •4. Межмолекулярное отталкивание
- •5. Гидрофобные взаимодействия
- •Глава 2. Биологические мембраны
- •2.3. Жидкостно-мозаичная модель биомембран
- •2.4. Модельные липидные мембраны.
- •2.5. Физические свойства мембран и методы их исследования.
- •2.6. Физическое состояние и фазовые переходы фосфолипидного бислоя
- •Глава 3. Термодинамика биологических систем.
- •3.1 Применение первого начала термодинамики к биологическим системам. Прямая и непрямая калориметрия. Энергетический баланс организма.
- •3.2. Применение второго начала термодинамики к живым системам. Уравнение пригожина.
- •3.3 Сопряженные процессы. Сопряженные процессы созидания и разрушения
- •3.4 Стационарное состояние. Теорема пригожина. Аутостабилизация. Адаптация.
- •Глава 4. Транспорт веществ через биологические мембраны.
- •4.1 Пассивный и активный транспорт веществ
- •Глава 5. Биоэлектрические потенциалы
- •5.1Виды биопотенциалов. Их виды: покоя, действия. Природа биопотенциалов
- •5.2. Методы регистрации биопотенциалов. Микроэлектроды.
- •5.3 Биопотенциалы покоя. Уравнение Гольдмана, уравнение Нернста. Роль ионных насосов в создании биопотенциала покоя
- •Глава 6. Биофизика нервого импульса
- •6.1. Потенциал действия и его свойства
- •6.3.Метод фиксации мембранного потенциала. Ионные токи. Ионные каналы
- •Глава 7. Моделирование биофизических процессов
- •7.1 Моделирование биологических процессов. Моделирование физическое, аналоговое, математическое. Основные требования к моделям.
Вопросы и задачи к главе 2
Могут ли распространяться поперечные и продольные механические волны в воде, воздухе, дереве? Почему?
Где скорость распространения механической волны больше в железе или дереве? Почему?
Какова частота волны ,если ближайшее расстояние между двумя точками волны, где колебания происходят в противофазе один метр, а скорость распространения волны две тысячи метров в секунду?
Как отличаются плотности двух сред, если интенсивность первой волны в первой среде, у которой частота в 10 раз больше, а амплитуда в 200 раз меньше, чем у второй волны во второй среде, в два раза меньше, чем интенсивность у второй волны.
Во сколько раз больше амплитуда волны с частотой 1кГц и интенсивностью 10 Вт/м2 амплитуды волны с частотой 1МГц и интенсивностью 1 Вт/см2, распространяющейся в той же среде?
Глава 3. Звук
3.1. Субъективные (физиологические) характеритики восприятия звука и их связь с объективными, физическими характеристиками звуковой волны
Звук – это механические колебания и волны, воспринимаемые органами слуха человека. На рисунке 3.1 представлена шкала механических колебаний и волн.
Рис. 3.1. Шкала механических волн (объяснение в тексте)
Разные люди воспринимают звук в разном диапазоне частот, но в среднем от 16 до 20тысяч герц. Некоторые животные способны воспринимать инфразвук и ультразвук, правда, на частотах. близких к звуковому диапазону, Например, змеи, абсолютно глухие в звуковом диапазоне рептилии, выползают из своих нор перед землетрясениями, потому что они воспринимают инфразвуковые волны в земной коре, предшествующие землетрясениям. В инфразвуковом диапазоне общаются слоны в стаде. Ультразвук ,на частотах, недалёких от звуковых, «слышат» дельфины, мыши, не только летучие, но и домашние и полевые, кошки, собаки. Можно, например, подавать беззвучные сигналы служебным собакам специальным ультразвуковым свистком.
Восприятие звука субъективно, Но всё же субъективные, физиологические характеристики звука можно всё же сопоставить, усреднив опытные данные для разных людей, с объективными, физическими. Их можно измерить при помощи приборов, независимо от субъекта.
В таблице 3.1. представлены основные субъективные , физиологические характеристики восприятия звука и объективные, физические характеристики звуковой волны, их определяющие.
ТАБЛИЦА 3.1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА
Субъективные, физиологические |
Объективные, физические |
1. Высота |
1. Частота |
2. Громкость |
2.Интенсивность, звуковое давление |
3. Тембр |
3. Акустический спектр |
Графами- стрелками показано от каких физических какие физиологические характеристики зависят.
Пояснение 1
Звуковым давлением
называется среднеквадратическое
отклонение давления воздуха, через
который проходит звуковая волна. Через
воздух могут распространяться только
продольные механические волны. В местах
сгущения волны давление повышается, а
в местах разрежения понижается. В наши
уши звук, в основном, приходит через
воздух.
Правда, следует отметить, что не всегда. Твёрдые и жидкие тела лучше проводят механические волны, в том числе и звуковые, чем газы. Вспомним, наконец, трагический пример великого Бетховена. Оглохнув, он клал один конец своей трости на фортепьяно, а другой на лоб и за счёт костной проводимости звука воспринимал музыку. В твёрдых телах в отличие от газов и жидкостей звук может распространяться не только в виде продольных волн- чередование сгущений и разрежений, но и как поперечная волна – гребень и впадина (см.рис. 2.1)
Звуковое давление связано с интенсивностью соотношением:
где акустическое сопротивление.
–
плотность среды,v-
скорость распространения волны.
Пояснение 2
Акустический – гармонический спектр звукового колебания – совокупность гармоник – гармонических колебаний, на которые можно разложить звуковое колебание или график зависимости амплитуд гармоник от их частот ( см. гл 1 ). Для тона – например, музыкальной ноты или чистого гласного звука акустический спектр линейчатый ( рис.3.2. а ), а для шума – например, согласного звука – сплошной ( рис. 3.2 б )
Рис.3.2 Акустический спектр а – тона, б – шума.
Гармоника с наименьшей частотой линейчатого гармонического спектра называется основным тоном. Гармоники больших частот – обертонами. Чем больше обертонов, тем красивее, богаче тембр звука.