- •Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
- •Введение.
- •Лекция 1 механика. Акустика
- •1.1. Биофизика – как наука. Практические задачи. Методы исследования
- •1.2. Механическая работа животного. Эргометрия
- •1.3. Перегрузки и невесомость
- •1.4. Вестибулярный аппарат как инерциальная система ориентации
- •1.5. Свободные и вынужденные механические колебания
- •1.6. Природа звука и его физические характеристики
- •1.7. Физика слуха
- •1.8. Ультразвук и его применение в медицинских целях
- •1.9. Инфразвук. Вибрации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы
- •Лекция 2 течение и свойства жидкостей
- •2.1 Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Закон Пуазейля
- •2.2. Движение тел в вязкой жидкости. Закон Стокса
- •2.3. Клинический метод определения вязкости жидкости
- •2.4. Турбулентное течение. Число Рейнольдса
- •2.5. Поверхностное натяжение. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления
- •2.6. Эмболия
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы
- •Лекция 3 термодинамика. Физические процессы в биологических мембранах
- •3.1. Основные понятия термодинамики. Первое и второе начала термодинамики
- •3.2. Энтропия. Принцип минимума производства энергии
- •3.3. Организм как открытая система
- •3.4. Некоторые физические свойства и параметры мембран
- •3.5. Перенос молекул через мембраны. Уравнение Фика
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы
- •Лекция 4 электродинамика
- •4.1. Электрическое поле и его характеристики
- •4.2. Физические основы электрокардиографии
- •4.3. Электропроводимость биологических тканей и жидкостей при постоянном токе
- •4.4. Электрический ток в газах
- •4.5. Аэроионы и их лечебно-профилактическое действие
- •4.6. Магнитное поле и его характеристики
- •4.7. Магнитные свойства тканей организма. Биомагнетизм
- •4.8. Переменный электрический ток
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы
- •Лекция 5 оптика. Тепловое излучение
- •5.1. Природа света. Принцип Гюйгенса-Френеля.
- •5.2. Интерференция
- •5.3. Дифракция
- •5.4. Поляризация
- •5.5. Исследование биологических тканей в поляризованном свете
- •5.6. Оптическая система глаза
- •5.7. Тепловое излучение тел
- •5.8. Теплоотдача организма
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы
- •Лекция 6 физика атомов и молекул. Элементы квантовой биофизики
- •6.1. Гипотеза де Бройля
- •6.2. Строение атома. Постулаты Бора
- •6.3. Энергетические уровни атомов
- •6.4. Виды излучений
- •6.5. Люминесценция
- •6.6. Фотобиологические процессы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы
- •Лекция 7 ионизирующие излучения. Основы дозиметрии
- •7.1. Рентгеновское излучение. Тормозное рентгеновское излучение
- •7.2. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
- •7.3. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
- •7.4. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
- •7.5. Использование радионуклидов и нейтронов в медицине
- •Вопросы для самоконтроля
- •Список литературы
- •Библиографический список
- •Содержание
1.3. Перегрузки и невесомость
В обычных условиях на животное действуют сила тяжести и сила реакции опоры. При отсутствии ускорения эти силы равны и противоположено направлены. Такое состояние естественно.
При ускоренном движении системы могут возникнуть особые состояния, называемые перегрузками и невесомостью.
Рисунок 1.
Рассмотрим некоторые примеры.
Пусть человек находится в кабине лифта (в ракете), который поднимается вверх с ускорением а (рисунок 1а). На человека действует сила тяжести mg и сила реакции опоры N. По второму закону Ньютона
или в скалярной форме с учетом направления сил
В этом случае сила реакции опоры больше силы тяжести, и возникают перегрузки. Перегрузка выражается отношением
Перегрузки могут оказывать существенное влияние на организм, так как в этих состояниях происходит отток крови, изменяется взаимное давление внутренних органов друг на друга, возникает их деформация и т.п. Поэтому животные способны выдерживать лишь ограниченные перегрузки.
Если лифт (или космический корабль) ускоренно движется вниз (рис.1б) или замедленно вверх, то
или .
Как видно, сила реакции опоры меньше чем сила тяжести. Если а=g, то N=0 – состояние невесомости. Это такое состояние, при котором действующие на систему внешние силы не вызывают взаимных давлений частиц системы друг на друга.
Для биологических объектов невесомость – необычное состояние, хотя в обыденной жизни встречается кратковременные периоды частичной невесомости: прыжки, качели, начало движения вниз скоростного лифта и т.п.
Отсутствие действия опоры при невесомости приводит к общей детренированности организма и связанному с этим снижению работоспособности. При этом уменьшается мышечная масса, происходит деминерализация костной ткани, кров равномерно распределяется в организме, это означает, что верхняя часть тела переполнена кровью по сравнению с обычным состоянием, ощущается тяжесть в голове, появляется отечность лица.
1.4. Вестибулярный аппарат как инерциальная система ориентации
Удобным индикатором ускорения является устройство, изображенное на рисунке 2, - тело известной массы укреплено на шести пружинах. По деформации пружин можно определить значение и направление силы действующей на тело, а отсюда и ускорение системы, если учесть ускорение свободного падения. Такого рода индикаторы используются в инерциальной навигации, получившей развитие в связи с решением космических задач. Соответствующие устройства называются инерциальными системами ориентации.
Рисунок 2. Рисунок 3.
В человеческом организме имеется орган, который тоже, по существу, является инерциальной системой ориентации – это вестибулярный аппарат. Он расположен во внутреннем ухе и состоит из трех взаимно перпендикулярных полукружных каналов К и полости преддверия В (рис.3). На внутренней поверхности стенок преддверия и в части полукружных каналов находятся группы чувствительных нервных клеток, имеющих свободные окончания в форме волосков. Внутри преддверия и полукружных каналов ест студенистая масса (эндолимфа), содержащая мелкие кристаллы фосфорнокислого и углекислого кальция (отолиты). Ускоренное перемещение головы вызывает перемещение эндолимфы и отолитов, что воспринимается нервными клетками (через волоски). Вестибулярный аппарат, как и любая другая физическая система, не отличает гравитационное воздействие от воздействий, возникающих при ускоренном движении системы.