Лекция № 1. 4

Введение. 4

Математическое введение. 6

Основные понятия о векторах и операции над ними. 6

Основы кинематики. Кинематика материальной точки. 8

Роль движения в животном мире. 11

Кинематика вращения. 12

Лекция №2 15

Кинетическая энергия. 15

Работа. 17

Закон сохранения импульса. 18

Закон сохранения момента импульса. 19

Гироскопы и их применение. 22

Сила тяжести. 23

Вестибулярный аппарат. 24

Лекция №3 27

Некоторые сведения о свойствах жидкости 28

Режимы течения крови. 32

Лекция №4. 34

Основные функции биологических мембран. 34

Структура биологических мембран. 35

Динамика мембран и подвижность фосфолипидных молекул в них. 37

Транспорт веществ через биологические мембраны. 39

Пассивный транспорт веществ. 39

Активный транспорт веществ. 43

Вторичный активный транспорт ионов. 44

Лекция № 5 46

Потенциал покоя в клетках 46

Колебательное движение. 49

Малые колебания. 50

Гармонические колебания. 52

Сложение гармонических колебаний. 53

Лекция №6 56

Введение 56

Отражение и преломление плоской волны на границе двух диэлектриков. 60

Фотометрические величины и единицы. 62

Геометрическая оптика 66

Центрированная оптическая система 67

Принцип Гюйгенса-Френеля. 75

Интерференция света. 76

Дифракция света 78

Лекция №7 80

Использование света в биологических исследованиях 80

Квантовая оптика 84

Закон Кирхгофа 86

Закон Стефана-Больцмана и закон Вина. 91

Формула Планка 92

Фотоны 93

Строение вещества 94

Лекция №8 97

Характеристики атомного ядра 98

Масса и энергия связи ядра. 100

Радиоактивность 102

Закон радиоактивного превращения 102

Законы распада 103

Действие радиоактивного излучения на живой организм 105

Лекция № 1.

111Equation Chapter 1 Section 1

Тема.Математическое введение. Основы кинематики. Виды движений, их роль в природе и животном мире. Значение движения для правильного формирования, развития и поддержания репродуктивности животных. Средняя и мгновенная скорости. Значение правильного выбора скорости передвижения домашних животных во время их рациональной эксплуатации. Распределение скоростей в животном мире. Среднее и мгновенное ускорения. Тангенциальное и нормальное ускорения. Полное ускорение. Вычисление ускорения домашних животных. Кинематика вращения.

Введение.

Физика есть наука о наиболее общих свойствах и формах движения материи. В настоящее время известно два вида материи: вещество и поле. К веществу относятся атомы, молекулы, построенные из них тела. Поля – электромагнитные, гравитационные, ядерные. Более того, вещество может превращаться в поле. Возможен и обратный процесс.

Физические законы, отражающие объективные закономерности движения материи, устанавливаются на основе обобщения опытных фактов. Данные законные обычно формулируются в виде количественных соотношений между различными физическими величинами.

Основным методом исследования в физике является опыт – наблюдение исследуемого явления в точно контролируемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. Далее для объяснения опытных данных привлекаются гипотезы – предположения о закономерностях исследуемых явлений. Если гипотеза успешно проходит проверку на эксперименте, то она становится научной теорией или законом. Научная теория представляет собой систему идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные закономерности природы. Научная теория даёт объяснения целой области явлений природы с единой точки зрения.

Нельзя говорить о физике отдельно от математики, которая, хоть и не являясь душой физики, олицетворяет один из самых важных её рабочих инструментов. Как говорил один человек «Физика без математики – несостоявшаяся наука».

Рано или поздно опытные данные и научные теории физики и математики находят свое применение в самых различных областях. Не стала исключением такая область человеческой жизни, которая затрагивает изучение живых организмов – биология. Взаимодействие физики и математики с биологией породило новое направление в науке – биофизику. Началось это, если верить член-корру РАН Г.Р.Иваницкому, ещё в 12-13 веке, когда Фибоначчи математически описал процесс размножения кроликов от одной пары. В 15 веке Уильям Гарвей (1578-1657) объяснил механизм кровообращения на основе гидродинамики. В это же время Рене Декарт обратил внимание на то, что живой организм представляет собой механизм с рефлекторной дугой, т.е. обратной связью. В 16 веке можно назвать имя Леонардо Эйлера, решившего задачу о циркуляции жидкости в трубках с упругими стенками, и Михаила Ломоносова, на добрую сотню лет раньше сформулировавшего закон сохранения энергии на основе своих наблюдений в области биологии и химии. Знаменателен, конечно, и 20 век, когда Эрвин Шредингер издал свою знаменитую работу «Что такое жизнь с точки зрения физики», где поднял вопросы термодинамики открытых систем.

На сегодняшний день с того момента многое изменилось. Биофизика оформилась в отдельное направление науки, которое охватывает десятки специализаций. Предметом биофизики являются биологические системы всех уровней организации: 1) молекулярный уровень; 2) клеточный уровень, 3) тканевый уровень; 4) уровень целостного организма. Чтобы понять законы движения организмов на всех уровнях нужно начать с самого простого раздела механики, а именно кинематики, но перед этим я сделаю небольшое математическое введение.

Математическое введение.

Производной называется предел отношения приращения функции к приращению её аргумента. Обозначается производная как

. 212\* MERGEFORMAT (.)

Основные понятия о векторах и операции над ними.

Вектор – величина, характеризующаяся численным значением, направлением и тем, что складывается по правилу параллелограмма. Длина вектора называется его модулем и обозначается какили.

Умножение вектора на число.

Если умножить вектор на число, то получится вектор, модуль которого враз отличается от модуля, и направление которого совпадает с направлениемприи противоположно при

Если задано некоторое направление и, то проекциявекторана это направление определяется какВ силу фундаментальных свойств пространства и времени мы можем выбрать 3 взаимно перпендикулярных единичных вектора и разложить по ним векторследующим образом как(Рис.1).

Рисунок 1. Выбор набора векторов для разложения вектора

Скалярным произведением векторов называется скаляри обозначается какили. Если вектор, то скалярное произведение вычисляется следующим образом:

, 313\* MERGEFORMAT (.)

так как перекрёстные слагаемые вида

Векторным произведением (или) называется вектор модулем, направленный перпендикулярно плоскости, в которой находятся вектораи. Направлениевыбирается так, что если смотреть вдольто поворот откдолжен осуществляться по кратчайшему пути по часовой стрелке.

Основы кинематики. Кинематика материальной точки.

Механическое движение – это перемещение тел или частей одного тела относительно друг друга.

Будем называть механической системой(или просто системой) тело или группу тел, выделенных для рассмотрения.

Тело, относительно которого рассматривается движение выделенной системы, называется телом отсчёта. С телом отсчёта также связывают систему координат.Система координат- опорная система для определения положения точек в пространстве или на плоскостях и поверхностях относительно выбранных осей, плоскостей или поверхностей. Наиболее распространённые системы координат представлены на Рис.2.

а)	б)
в)	г)
Рисунок 2. Распространённые системы координат; а) декартова система координат ; б) сферическая система координатв) цилиндрическая система координат; г) полярная система координат

Любое сколь угодно сложное движение можно представить как наложение вращательного движения на поступательное движение. Поступательное движение– такое движение, при котором любая прямая, жёстко связанная с телом, остаётся параллельной самой себе.Вращательное движение– такое движение, при котором все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной прямой – оси вращения.

Материальной точкой называется тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Линия, которую описывает при своём движении материальная точка, называетсятраекторией. Вектор, направленный из начала координат в местоположение точки на траектории, называется радиус-вектором (Рис.2а). Расстояние, отсчитанное вдоль траектории между двумя положениями материальной точки, называетсяпутём. Вектор, соединяющий начальное и конечное положения точки, называетсяперемещением.

Пусть в момент времени , а в. Тогда назовёмсредней скоростью материальной точкиза времявеличину

. 414\* MERGEFORMAT (.)

Мгновенной скоростью материальной точки в момент времени называется предел

. 515\* MERGEFORMAT (.)

Модуль скорости можно вычислить по формуле

, 616\* MERGEFORMAT (.)

где - расстояние.

Пусть в момент времени , а в. Тогда назовёмсредним ускорением материальной точкиза времявеличину

. 717\* MERGEFORMAT (.)

Мгновенным ускорением материальной точки в момент времени называется величина

. 818\* MERGEFORMAT (.)

Модуль ускорения определяется по следующей формуле

, 919\* MERGEFORMAT (.)

где ,.. – вторые производные координат по времени. С другой стороны

, 10110\* MERGEFORMAT (.)

где ,- направлен перпендикулярно векторув сторону поворота. Если учесть, чтои, то

, 11111\* MERGEFORMAT (.)

где иберутся в момент времени.

Поэтому, можно переписать формулы для ускорения и для его модуля в виде

,, 12112\* MERGEFORMAT (.)

где первое слагаемое в первой формуле называется касательным, или тангенциальным ускорением, а второе – центростремительным.

Роль движения в животном мире.

Животный мир можно охарактеризовать следующим образом: «Движешься – значит живешь». Будущее животного зависит от его прошлого – насколько хорошо оно сумело сформироваться во время роста и подготовиться для размножения. На рост и развитие всего организма животного в целом и отдельных его частей немалое влияние оказывает тренинг, условия ухода и содержания. Физические упражнение усиливает приток крови к органам или тканям. Это способствует интенсивному росту тканей. Кроме того, после того, как животное сформируется, необходимо давать ему посильные физические нагрузки. Так, например, неправильно выбранная скорость передвижения лошади, тянущей плуг в глухой деревне, где нет ни единого трактора, может привести к тепловому удару, из-за которого может произойти угнетение дыхания, упасть артериальное давление. Если при этом не оказать неотложную помощь, лошадь может умереть. Важно движение и для домашних питомцев – правильно выбранная скорость передвижения во время выгула собаки поможет поддерживать её хорошее самочувствие на протяжении жизни – нельзя заставлять бегать маленьких собак со скоростью 60 км/ч.

многие виды животных способны избежать контакта с хищником только убежав от него - осьминоги, кальмары, моллюски.

Кинематика вращения.

Частным случаем вращательного движения является движение материальной точки по окружности радиуса (Рис.3).

Для такого движения можно ввести следующие характеристики:

,, 13113\* MERGEFORMAT (.)

где - вектор угловой скорости,- вектор бесконечно малого поворота, направление которого определяется по правилу правого винта, и модуль которого равен величине поворота,- вектор углового ускорения. Нужно отметить, что «векторы» поворота, в отличие от векторов бесконечно малого поворота, не является вектором по определению, так как они не могут быть сложены по правилу параллелограмма. Вектор скорости можно вычислить по формуле

. 14114\* MERGEFORMAT (.)

При равномерном движении материальной точки по окружности можно записать следующие формулы:

, 15115\* MERGEFORMAT (.)

где - период обращения,

Для вычисления тангенциального и центростремительного ускорений материальной точки при движении по окружности можно использовать следующие формулы:

,. 16116\* MERGEFORMAT (.)