- •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.
Глава 3. Радиоактивность 272
3.1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Основные типы ядерных распадов 272
3.2 Основной закон радиоактивного распада 275
3.3 Активность радиоактивных препаратов 278
3.4. Ядерные реакции. Меченые атомы 279
ВОПРОСЫ ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 3 282
ГЛАВА 4. ДОЗИМЕТРИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ 282
4.1. Ионизирующая и проникающая способности. Защита от излучений
282
4.2 Действие ионизирующих излучений на вещество 285
4.3.Ослабление ионизирующих излучений при прохождении через вещество
288
4.4.Биологическое действие ионизирующего излучения 290
4.5. Поглощённая, экспозиционная, и биологическая (эквивалентная) дозы
291
4.6. Мощность экспозиционной дозы. Ионизирующее излучение 293
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 4 294
ГЛАВА 5. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ. 295
5.1. Волновые свойства микрочастиц. Уравнение дё Бройля 295
5.2. Электронный микроскоп. 297
5.3. Основные положения квантовой механики. 298
5.4. Решение уравнения Шрёдингера для частицы в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Дискретность энергии 301
5.5. Квантово – механическая модель атома 303
ВОПРОСЫ ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 5 305
ГЛАВА 6. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ 306
6.1. Виды люминесценции 306
6.2. Фотолюминесценция. Флюоресценция. Фосфоресценция 307
6.3. Спектр фотолюминесценции. Правило Стокса 309
6.4. Люминесцентный анализ. Применение в фармации и медицине 310
6.5. Хемилюминесценция 311
ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 6 312
ГЛАВА 7. ЛАЗЕР 312
7.1. Вынужденное излучение. Инверсная заселённость энергетических уровней. Метастабильные уровни 312
7.2. Гелий-неоновый лазер 314
7.3 Свойства лазерного излучения 316
7.4. Применение Лазерного излучения в фармации и медицине 317
ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ7 317
ГЛАВА 8. ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ. ИК- СПЕКТРОСКОПИЯ. РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ. 318
8.1. Спектры испускания и спектры поглощения. Спектрографы. Спектрометры. Спектрофотометры. 318
8.2. Атомарные спектры. Энергетические уровни атомов. 320
8.3. Молекулярные спектры. Энергетические уровни молекул. 322
8.4. Спектры комбинационного рассеяния. 328
8.5. Радиоспектроскопия. 328
1. Магнитные свойства вещества. 329
2. Электронный парамагнитный резонанс. Применение в фармации и медицине 331
3.Ядерный магнитный резонанс. Применение в фармации и медицине.
334
ВОПРОСЫ ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 8 336
Раздел IV. Биофизика 337 глава1 молекулярная биофизика 337
1.1. Биофизика, ее предмет, связь с другими науками. Методы исследования. Значение биофизики для медицины и фармации 337
Основные типы биомакромолекул, их функции в организме 339
Энтропийный характер упругости биополимеров в высокоэластическом состоянии 340
Основные типы межатомных и межмолекулярных взаимодействий.
343
Роль межатомных и межмолекулярных связей в стабилизации первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуры белка 355
ВОПРОСЫ ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 1 357
Глава 2. Биологические мембраны. 358
2.1.Биомембраны. Основные функции. 358
2.2. Исследование структуры биологических мембран с помощью физических методов 361
2.3. Жидкостно-мозаичная модель биомембраны 367
2.4. Модельные липидные мембраны 372
2.5. Физические свойства мембран и методы их исследования 375
2.6. Физические состояния и фазовые переходы фосфолипидного бислоя
382
ВОПРОСЫ ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 2 385
ГЛАВА 3. ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ 386
3.1.Приложения первого начала термодинамики к биологическим системам. Прямая и непрямая калориметрия. Энергетический баланс организма.
386
3.2.Применение второго начала термодинамики к живым системам. Уравнение Пригожина. 389
3.3. Сопряженные процессы. Сопряжение процессов созидания и разрушения.
393
3.4 Стационарное состояния. Теорема Пригожина. Аутостабилизация. Адаптация. 395
ВОПРОСЫ ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ3 399
ГЛАВА 4. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
400
4.1. Пассивный и активный транспорт. 400
4.2.Пассивный транспорт веществ через биологическую мембрану. Уравнение Теорелла. Уравнение Нернста-Планка. Закон Фика. Коэффициент проницаемости. 402
4.3.Виды пассивного транспорта: простая и облегченная диффузия, осмос, фильтрация. 404
4.4. Активный транспорт веществ через биологическую мембрану. Опыт Уссинга. 411
ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 4 414
ГЛАВА 5. БИОПОТЕНЦИАЛЫ 416
5.1.Биопотенциалы. Их виды: покоя, действия. Природа биопотенциалов.
416
5.2. Методы измерения биопотенциалов. Микроэлектроды 417
5.3.Биопотенциалы покоя. Уравнение Гольдмана, уравнение Нернста. Роль ионных насосов в создании биопотенциала покоя 419
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 5 426
ГЛАВА 6. БИОФИЗИКА НЕРВНОГО ИМПУЛЬСА 427
6.1. Потенциал действия и его свойства 428
6.2. Уравнение Ходжкина-Хаксли. 431
6.3. Метод фиксации мембранного потенциала. Ионные токи. Ионные каналы
434
6.4. Распространение потенциалов действия вдоль нервного волокна. Локальные токи. Модель кабельно-релейной линии. 441
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 6 445
ГЛАВА 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 446
7.1.Моделирование биологических процессов. Моделирование физическое, аналоговое, математическое. Основные требования к моделям 446
7.2. Математические модели роста численности популяции. 449
7.3. Фармакокинетическая модель. 457
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 7. 462
Список литературы. 463
Предметный указатель. 464
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время нет удовлетворительного учебного пособия, полностью соответствующего программе по физике и биофизике для фармацевтических факультетов и вузов. Подготовка настоящего пособия имеет цель восполнить этот недостаток. В основу пособия положены материалы курса физики и биофизики читаемого автором с 1978 года на фармацевтическом факультете Московской Медицинской Академии им. И.М.Сеченова. В курс постоянно вносились изменения в соответствии с требованиями-заказами всех профильных кафедр фармацевтического факультета ММИ им. Сеченова. При подготовке программы по физике и биофизике для фармацевтических специальностей учтены замечания и пожелания преподавателей других медицинских вузов Российской Федерации.
При подготовке пособия использованы записи лекций Ромы Николаевны Алфимовой, Николая Митрофановича Ливенцева, Александра Николаевича Ремизова, Юрия Андреевича Владимирова, Михаила Владимировича Волькенштейна, Валерия Фёдоровича Антонова.
Чувство огромной признательности я испытываю к изумительному нашему учителю физики Николаю Васильевичу Пашкову, которому я старался подражать всю мою жизнь, в том числе, при написании этого пособия, стараясь сочетать свойственные Николаю Васильевичу чёткость и лаконичность изложения с его эмоциональностью , увлечённостью и увлекательностью.
Автор выражает благодарность Андрею Вячеславовичу Коржуеву, который прочёл пособие и сделал ряд полезных замечаний.
Большую помощь при оформлении пособия оказали Елена Владимировна Дежина, Вера Евгеньевна Бакулина, Роман Геннадиевич Давыдов и студенты ММА им. Сеченова. Огромная им благодарность !