Шпора. Экзамен по физике

1.Свободные колебания- совершаются без внешних воздействий на счет первоначально полученной телом энергии. (маятник)

Колебательный процесс – периодический или почти периодический процесс, который повторяется через одинаковые или почти одинаковые промежутки времени.

Периодические колебания-колебания, при которых значения параметров колебательной системы, меняющейся во времени, в точности повторяются, через равные промеж. времени. (Маятник, каждое его последующее колебание в точности повторяет предыдущее) T- период колебания. n- число полных колебаний в ед. времени n=1/T;

Гармонические колебания- это колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем, подчиняющиеся закону синуса или косинуса. X= A cos (ω₀t + φ₀) А- амплитуда; φ₀ начальная фаза колебаний t=0 ; ω₀- круговая частота .

Механическое колебательное движение- это повторяющееся движение , при котором тело многократно проходит одно и тоже положение в пространстве.

Пружинный маятник- груз, массой m, подвешенный на упругой пружине и совершающий упругие движения под упругой силой .

Квазиупругая сила – сила, неупругая по природе, но аналогичная по свойствам силам, возникающим при малых деформациях упругих тел .

Дифференциальное уравнение колебаний и его решение – уравнение , связывающее значение производной функции с самой функцией, числами ,значениями переменной . пример( ур. Гармонич колебания)

Характеристика колебаний:

Амплитуда - А(м) — максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого усреднённого её значения для системы.

Промежуток времени Т(сек), через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), называют периодом колебаний.

Число колебаний в единицу времени называется частотой колебаний f(Гц, сек^-1).

Период колебаний T и частота f — обратные величины;

T=1/f и f=1/T

В круговых или циклических процессах вместо характеристики «частота» используется понятие круговая или циклическая частота w (Гц, сек^-1, об/сек), показывающая число колебаний за время 2π:

w=2 π/T=2 π*f

Фаза колебаний — определяет смещение в любой момент времени, то есть определяет состояние колебательной системы.

Скорость и ускорение колеблющейся точки –

Скорость- первая производная от смещения точки по времени v=dx/dt

Ускорение – это вторая производная от смещения точки по времени a=dv/dt

23 Вращение плоскости поляризации. Оптически активные вещества. Поляриметрия.

Вращение плоскости поляризации заключается в повороте плоскости поляризации плоскополяризованного света при прохождении через вещество. Вещества, обладающие таким свойством называют оптически активными. При взаимно перпендикулярных плоскостях свет до наблюдателя не дойдет , так как анализатор не пропустит плоскополяризованный свет в соответствии с законом Малюса.

Если же поместить между поляризатором и анализатором поместить кварцевую пластинку. Так чтобы свет проходил вдоль её оптической оси , то в общем случае свет дойдет до наблюдателя, но если же анализатор повернуть на опр угол , то можно вновь добиться затемнения. Это свидетельствует о том. Что кварцевая пластинка вызвала поворот плоскости поляризации на угол, соответствующий повороту анализатора для получения затемнения, используя в опыте свет различных волн, можно обнаружить дисперсию плоскости поляризации , те зависимость угла поворота от длины волны. Для определения длины волны используют угол α= α₀l. α₀ - коэффициент пропорциональности или постоянная вращения. Оптически активными так же являются многие не кристаллические тела : чистые жидкости(скипидар), растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях(сахара), некоторые газы и пары(камфора). α= [α₀]CL. [α₀] – удельное вращение. Это соотношение лежит в основе метода измерения концентрации растворенных веществ, в частности сахара. Поляриметрия или сахариметрия.

26 Разрешающая способность микроскопа.

Предел разрешения – это такое наименьшее расстояние двумя точками предмета, когда эти точки разлчимы, те воспринимаются как две точки. Разрешающей способностью обычно называют способность микроскопа давать раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета. Микроскоп - это оптический прибор, позволяющий получить обратное изображение изучаемого объекта и рассмотреть мелкие детали его строения, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза.

Разрешающая способность микроскопа дает раздельное изображение двух близких друг другу линий. Невооруженный человеческий глаз имеет разрешающую способность около 1/10 мм или 100 мкм. Лучший световой микроскоп примерно в 500 раз улучшает возможность человеческого глаза, т. е. его разрешающая способность составляет около 0,2 мкм или 200 нм.

2. Энергия колебания. Зависимость энергии от амплитуды.

Свободные механические колебания. (незатухающие и затухающие).

Свободными(собственными) колебаниями называют такие, которые совершаются без внешних воздействий за счет первоначально полученной телом энергии. Характерными моделями таких механических колебаний являются материальная точка на пружине (пружинный маятник) и материальная точка на нерастяжимой нити (математический маятник).

F= -kx, где k – коэффициент пропорциональности между силой и смещением, который в данном случае является жесткостью пружины; знак минус показывает, что сила всегда направлена в сторону положения равновесия. F- упругая сила тяжести (=mg)

Незатухающие колебания(гармоническое колебание). Амплитуда и начальная фаза колебаний определяется начальным условиями движения, т.е. положением и скоростью материальной точки в момент t=0. Среди различных видов колебаний гармоническое колебание является наиболее простой формой. Таким образом, материальная точка, подвешенная на пружине (пружинный маятник) или нити (математический маятник), совершает колебания, если не учитывать силы сопротивления.

Затухающие колебания. В реальном случае на колеблющееся тело действуют силы сопротивления (трения), характер движения изменяется, и колебание становится затухающим.

Также имеется кинетическая и потенциальная энергия, которые вычисляются по формуле:

Eкин=1/2kA²sin²(w₀t+µ₀); Eп= 1/2kA²cos²(w₀t+µ₀)

Складывая кинетическую и потенциальную энергию, получаем полную механическую энергию материальной точки, колеблющейся по гармоническому закону:1/2kA². Если отсутствует силы трения полная полная механическая энергия системы не изменяется: E= 1/2kA²=1/2mw²₀A²

3.Затухающие колебание, их характеристика. Дифференциальное уравнение колебаний, его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания.

Затухающее колебание- колебание с постоянно убывающей со временем амплитудой. Затухание обусловлено в основном трением (механические системы) и сопротивлением (в электромагнитных колебательных контурах). Дифференциальное уравнение свободных затухающих затухающих колебаний = второму закону Ньютона.

Учитывая, что а силу сопротивления, которая обычно пропорциональна скорости, можно записать

как где r – коэффициент сопротивления, т.е. коэффициент пропорциональности между скоростью и силой сопротивления.

Решение этого уравнения имеет вид:

,

Колебательный процесс может происходить лишь при условии: (w02 - b 2)>0, когда частота w является действительной величиной . Если же затухание в системе слишком велико (w0 < b ) , то под корнем в формуле оказывается отрицательная величина, - в этом случае движение не имеет периодического характера.

Уже указывалось, что быстрота убывания амплитуды затухающих колебаний характеризуется коэффициентом затухания b , который зависит от параметров системы. На практике затухание колебаний удобнее характеризовать декрементом затухания d , представляющим собой отношение двух последовательных амплитуд, разделенных периодом колебаний Т

Натуральный логарифм этого отношения, называемый логарифмическим декрементом затухания.

21. Электромагнитные волны как поперечные. Плоскость поляризации.Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса.

Волну, в которой направление колебаний светового контура Е упорядочено каким-либо образом, наз-ют поляризованной. Если колебания вектора Е происходит только в одной плоскости, проходящей через луч, то это плоско (линейно) поляризованная волна.

Плоскость. В которой колеблется вектор Е, называют плоскостью поляризации (плоскостью колебаний светового вектора).

Если вектор Е вращается вокруг направления распространения волны одновременно изменяясь периодически по модулю и при этом конец вектора Е описывает эллипс ( в каждой точке среды), то это эллиптически-поляризованная волна (или поляризованной по кругу, если конец вектора описывает окружность).Эллиптически-поляризованная – наиболее общий вид поляризации волны,переходящий при опред-ых условиях в линейную и круговую поляризации. Волну с эллиптической поляризацией можно разложить на 2 перпендикулярные линейно-поляризованные волны с взаимно ортогональными плоскостями поляризации. Разность фаз этих волн сох-ся постоянной.

Естественный свет- световые волны не обнаруживают асимметрии по отншению к направлению распространения. В естест-ом свете колебания вктора Е в любой точке (фиксированной) среды совершаютя в разных направлениях, быстро и беспорядочно сменяя друг друга.Естест-ый свт можно представить как сумму двух некогерентных плоскополярилованных волн с взаимно ортогональными плоскостями поляризации.

Поляризованный свет-свет, получаемый в искусственных условиях при прохождении светового пучка через специальное устройство (поляризатор). Поляриз-ый свет отличается от естетвен-го физическими характеристиками ( ориентированностью световых волн, колебания которых происходит в одной плоскости).

Устройство, позволяющее получать поляризованный свет из естественного наз-ют поляризатором. Эти приборы свободно пропускают колебания светового вектора, параллельные плоскости( плоскость пропускания поляризатора). Поляризатор можно использовать для анализа поляризованного света, тогда его наз-ют анализатором.

Помимо плоскополяризованного и естественного света сущ-ет частично-поляризованный свет. Его можно представить в виде наложения двух некогерентных плоскополяризованных волн с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации.

Закон Малюса. Пусть анализатор падает на линейно-поляризованный свет, вектор Е(0) которого сос тавляет угол φ с плоскостью пропускания Р. Анализатор пропускает только ту составляющую вектора Е(0) , которая параллельна плоскости пропускания Р, т.е Е=Е(0)cosφ Интенсивность пропорциональна квадрату модуля светового вектора, поэтому интенсивность прошедшего света: I=I(0)cos^2φ

Где I(0)- интенсивность падающего плоскополяризованного света. Это соотношение выражает закон МАЛЮСА.

24 Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Формула тонкой линзы. Идеальная центрированная оптическая система.

Геометрическая оптика используется там, где волновые свойства света могут не учитываться. Это есть предельный случай волновой оптики при стремлении длины волны к нулю. Это можно рассмотреть на примере дифракционной решетки. так как длина волны стремиться к нулю и альфа стремиться к нулю, получаем обычное для линзы фокусирование параллельного пучка света в точке.

Формула тонкой линзы: 1/a(1) +1/f(2) = (n-1)(1/R(1) =1/R(2), где а (1) - это расстояние от предмета до линзы, а а(2) - расстояние от изображения до линзы, R(1),R(2)- радиусы кривизны передней и задней поверхности сферических поверхностей линзы, n – показатель преломления вещества. Ее так же можно представить в виде 1/f=1/a(1)+1/a(2). Соотношение получено для тонкой линзы при след предположениях: изображение формируется узкими приосевыми пучками, составляющие небольшие углы с главной осью системы; показатель преломления для всех волн одинаков. При данных условиях создается точечное изображение. Но это не всегда выполняется, значит происходит абберации или погрешности реальных оптических систем, приводящим к снижению качества оптических изображений.

Часто используемые на практике системы сферических поверхностей (линз), центры которых лежат на одной прямой – главной оптической оси, называются центрированными:

А) каждой точке или линии пространства предметов соответствует только одна точка или линия пространства изображений(сопряженные точки)

В)оптическая система характеризуется шестью кардинальными точками и шестью кардинальными плоскостями.

Глаз человека является своеобразным оптическим прибором, занимающим в оптике особое место.

17. Интерференция света – это явление сложения световых волн, при котором наблюдается устойчивая картина усиления и ослабления интенсивности света. При интерференции происходит перераспределение энергии в пространстве (между max и min). Когерентные (согласованные) источники света Это источники, излучающие волны, разность фаз которых постоянна во времени в различных точках пространства:   f (t)   const Когерентные волны можно получить путем “расщепления” световой волны, излучаемой от одного источника

Когерентные волны имеют одинаковую частоту 

Мax интенсивности при интерференции образуется в тех точках пространства, где оптическая разность хода волн равна целому числу длин волн (четному числу длин полуволн)

cos 1

I_max>(I₁+I₂)

Min интенсивности при интерференции образуется в тех точках пространства, где оптическая разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн

cos  -1

I_min<(I₁+I₂)

18.Интерференция в тонких пленках- Пленка называется тонкой, если ее толщина соизмерима с длиной волны ( света При отражении волны от более плотной среды в точке А фаза волны 1 меняется на противоположную (на ) Это равносильно изменению оптической длины пути на /2 (потере полволны) При интерференции в тонкой пленке происходит перераспределение энергии: падающий поток перераспределяется на отраженный и проходящий

Если в отраженном свете наблюдается max интерференции, то в проходящем свете будет min интерференции (и наоборот) При освещении пленки белым светом она в отраженном свете станет окрашенной

Просветленная оптика - изделия с такими покрытиями

Покрытие оптических поверхностей тонкой пленкой из оксидов металлов Толщину пленки подбирают так, чтобы она соответствовала условия MIN интерференции в отраженном свете (MAX в проходящем) в желто- зеленой части спектра. Это позволяет увеличить долю прошедшего света Просветленная оптика - изделия с такими покрытиями. Интерференционный микроскоп. Позволяет увидеть прозрачные микрообъекты Сочетание интерферометра и микроскопа.

22 поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера.

При отражении от границ 2х диэлектриков естественный свет частично поляризуется. В отраженном луче преобладают колебания , перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном – параллельные ей. Если угол падения удовлетворяет условии tg i(б)=n(21), то отраженный монохроматический свет луч полностью поляризован. Это соотношение выражает закон Брюстера. I(б) – угол брюстера или угол полной поляризации, n(21) =n(2)/n(1) –относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Преломленный луч всегда частично поляризован, при чем при падении под углом брюстера степень его поляризации наибольшая. Используя выражение закона брюстера и закон преломления можно показать что при полной поляризации отраженного света угол между преломленным и отраженным лучами равен 90°. Таким образом , граница раздела двух диэлектриков или диэлектрика и вакуума служит поляризатором . независимо от угла падения степень поляризации преломленного луча возрастает по мере прохождения пластин.

8. Отражение и преломление звука. Затухание звука. Формула Рэлея.

Волновое сопротивление – важнейшая характеристика среды, определяющая условия отражения и преломления волн на ее границе. Закон отражения и преломления звуковой волны аналогичны законам отражения и преломления света. Преломленная волна может поглотиться во второй среде, а может выйти из нее. Процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения источника называется реверберацией. Реверберация с одной стороны полезна, так как восприятие звука усиливается за счет энергии отраженной волны, но, с другой стороны, чрезмерно длительная реверберация может существенно ухудшить восприятие речи. Закон Рэлея — Джинса — закон излучения для равновесной плотности излучения и для испускательной способности абсолютно чёрного тела, который получили Рэлей и Джинс в рамках классической статистики (теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы и представление об электромагнитном поле как о бесконечномерной динамической системе)музыки, так как каждая новая часть текста перекрывается предыдущим.

Формула Релея:

4. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение колебаний и его решение. Резонанс. Резонансная частота.

Вынужденные колебания называются колебания, возникающие в системе при участии силы, изменяющейся по периодическому закону.

Составим Дифференциальное уравнение колебаний:

Решение данного уравнения имеет вид:

Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при частоте действия вынуждающей силы, называется резонансом. Определяется по формуле:

Резонансную круговую частоту можно найти из условия минимума знаменателя:

Механический резонанс может быть как полезным, так и вредным явлением. Вредное действие резонанса связано главным образом с разрушением, которое он может вызвать. Так, в технике, учитывая разные вибрации, необходимо предусматривать возможное возникновение резонансных условий, в противном случае могут быть разрушения и катастрофы. Тела обычно имеют несколько собственных частот и соответственно несколько резонансных частот.

5. Определение волны. Продольные и поперечные волны. Фронт волны. Плоские, сферические и цилиндрические волны. Плоская гармоническая волна. Скорость (фазовая) волны. Уравнение плоской гармонической волны. Характеристики волны. Длина волны.

Механической волной называют механические возмущения, распространяющиеся в пространстве и несущие энергию. Различают два основных вида механических волн: упругие волны (распространение упругих деформаций) и волны на поверхности жидкости. Упругие волны возникают благодаря связям, существующим между частицами среды: перемещение одной частицы от положения равновесия приводит к перемещению соседних частиц. Этот процесс распространяется в пространстве с конечной скоростью.

Уравнение волны выражает зависимость смещения колеблющейся точки (s), участвующей в волновом процессе, от координаты ее равновесного положения и времени. s=f(x,t), если x и s направлены вдоль одной прямой, то волна продольная, если они взаимно перпендикулярны, то волна поперечная. Множество точек, имеющих одновременно одинаковую фазу, называют фронтом волны.

Плоская волна – это волна, имеющая плоский фронт волны.

Сферическая волна – это волна, имеющая сферический фронт волны. Уравнение сферической волны имеет вид

Цилиндрическая волна – это волна, имеющая фазовый фронт в виде цилиндрической поверхности. Уравнение цилиндрической волны имеет вид

Плоские электромагнитные гармонические волны, описываемые уравнениями: где Е0, Н0 – амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей.

Длиной волны называют расстояние между двумя точками, фазы которых в один и тот же момент времени отличаются на 2π. Она равна расстоянию, пройденному волной за период колебания: µ=Тv

19. Определение дифракции. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света – это отклонение света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями. Дифракция света – это огибание световыми волнами препятствий, расположенных на пути распространения волны.

Дифракционная картина - система темных (min) и светлых (max) участков на экране: а) кольца «круглые препятствия» (диск, шарик, отверстие) б) полосы «линейные препятствия» (щель, нить)

Дифракцию можно наблюдать только если размеры препятствия соизмеримы с длиной волны падающего света.

Принцип Гюйгенса-Френеля, позволяет объяснить и рассчитать дифракционную картину.

Гюйгенс: 1. Каждая точка волновой поверхности, которой достигла в данный момент времени волна, является источником (центром) вторичных волн 2. Внешняя огибающая вторичных волн образует фронт волны (волновую поверхность) в следующий момент времени t Френель: 3. Вторичные волны являются когерентными и при их сложении наблюдается интерференция. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр.

Дифракционная решетка – это оптическое устройство, представляющее собой совокупность большого числа параллельных щелей. Щели в решетке расположены на одинаковом расстоянии друг от друга

Дифракция Фраунгофера — случай дифракции, при котором дифракционная картина наблюдается на значительном расстоянии от отверстия или преграды.

Разрешающая способность (разрешающая сила) дифракционной решетки – величина, характеризующая способность решетки давать раздельное изображение двух близких спектральных линий (  и  ): R =/ 

-минимальная разность длин волн двух монохроматических линий равной интенсивности, которые еще можно различить в спектре R= kN

k – порядок MAX; N– число щелей решетки

20.Кристалл как трехмерная дифракционная решетка

Основная формула дифракционной решетки применима к измерению параметров кристаллической решетки посредством дифракции рентгеновских лучей.Естественной объемной периодической структурой являются

Кристаллы, крупные молекулы и т.п. Вторичные волны в кристалле возникают в рез-те взаимодействия первичных лучей с электронами атомов. Т.к расстояние между рассеивающими атомами в кристалле приблизительно равны длине волны рентгеновского излучения, кристалл для этих лучей явл-ся трехмерной дифракционной решеткой.

Условие дифракционных максимумов при отражении рентгеновских лучей от кристалла( формула Вульфа-Брэгга)

Формула Брэгга-Вульфа: – условие максимума при дифракции отражённых рентгеновских лучей на кристалле.

Дифракция на кристалле используется для анализа спектрального состава рентгеновского излучения и ля исследования кристаллов.

Рентгеноструктурный анализ- один из дифракционных методов исследования структуры вещества. В основе данного метода лежит явление дифракции рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке. Метод позволяет определять атомную структуру вещества, включающую в себя пространственную группу элементарной ячейки, ее размеры и форму, а также определить группу симметрии кристалла. Этот анализ относительно прост и дешев.

Разновидности метода: Метод Лауэ применяется для монокристаллов. Образец облучается пучком с непрерывным спектром, взаимная ориентация пучка и кристалла не меняется. Угловое распределение дифрагированного излучеия имеет вид отдельных дифракционных пятен.

Метод Дебая-Шеррера используется для исследования поликристаллов и их смесей. Хаотическая ориентация кристаллов в образце относительно падающего монохроматического пучка превращает дифрагированные пучки в семейство коаксинальных конусов с падающим пучком на оси. Их изображение на фотопленке имеет вид концентрических колец.

6. Эффект Доплера и его использование в медицине.

Эффектом Доплера называют изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем (приемником волн), вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя. Эффект Доплера можно использовать для определения скорости движения тела в среде, так же для определения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца (доплеровская эхокардиография) и других органов.

Разница частот- доплеровский сдвиг частот:

v₁

30. Радиоактивный распад – это статистическое явление. Для большой совокупности радиоактивных ядер можно получить статистический закон, выражающий зависимость нераспавшихся ядер от времени.

dN= - λN dt

где λ – постоянная распада, пропорциональная вероятности распада радиоактивного ядра и различная для разных радиоактивных веществ. Знак «-» поставлен в связи с тем что dN<0, так как число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает со временем.

Основной закон радиоактивного распада: число радиоактивных ядер, которые еще не распались, убывает со временем по экспоненциальному закону.

N=N(0)e в степени (-λt)

На практике вместо постоянной распада используют другую характеристику радиоактивного изотопа – период полураспада Т. Это время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Это понятие применимо к достаточно большому числу ядер.

Т= ℓn2/ λ ≈0,69/λ

Работая с радиоактивными источниками, важно знать число частиц или гамма-фотонов, вылетающих из препарата в секунду. Это число пропорционально скорости распада. Поэтому скорость распада, называемая активностью, является существенной характеристикой радиоактивного препарата:

А= │dN/ dt│

31.Детекторы ионизирующих излучений-это приборы,регистрирующие альфа-,бета-, рентгеновское и гамма-излучения,нейтроны, протоны и т.д.Ихиспользуют также для измерения энергии частиц,изучения процессов их взаимодействия, распада. Детекторы могут быть представлены тремя группами: следовые(трековые)(Камера Вильсона, пузырьковая камера,искровая камера); счетчики(счетчик Гейгера-Мюллера);интегральные приборы. Поглощенная доза (D) – величина, равная отношению энергии Е, переданной элементу облучаемого вещества, к массе m этого элемента: D = E/m. 1 грей (Гр) – это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения. 1 Гр равен 100 рад. 1 рад = 100 эрг/г. Мощность дозы (N) – величина, определяющая дозу, полученную объектом за единицу времени. ND = D/t. Экспозиционная доза • Х=q/m, Кл/кг – системная единица. • Внесистемная – рентген (Р) • оценивают поглощенную телом дозу по ионизирующему действию излучения в воздухе, окружающем тело • D=fX, рентген (Р) - в 1 см3 воздуха образуется 2,08·109 пар ионов • 1 Р= 1 рад при действии рентгеновского или гамма-излучения. Эквивалентная доза

• учитывает биологические особенности

действия того или иного вида

ионизирующего излучения, или

«качество излучения»

• H=KD, зиверт, Зв. 1 Зв=100 бэр

• Коэффициент качества (К) показывает, во

сколько раз биологического действие данного

вида излучения больше, чем действие

фотонного излучения, при одинаковой

поглощенной дозе.

9. Характеристика слухового ощущения. Громкость. Закон Вебера- Фехнера.

Интенсивность звука: 1) Высота тона- субъективная характеристика, обусловленная прежде всего частотой основного тона.

2) Тембр звука почти исключительно определяется спектральным составом.

3) Громкость- еще одна субъективная единица звука, которая характеризует уровень слухового ощущения.

В основе шкалы уровней громкости лежит важный закон психофизический закон Вебера - Фехнера: если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину).

Громкость- субъективное восприятие звука. Громкость главным образом зависит от частоты звуковых колебаний и от звукового давления.

32. физические основы клинического метода измерения давления кровиГемодинамика- раздел биомеханики, в котором изучается движение крови по сосудам. Физическая основа гемодинамики – гидродинамика.

Ламинарным называется течение, при котором слои жидкости текут не перемешиваясь, скользят друг относительно друга. При этом течении скорость различных частиц жидкости, попадающих поочерёдно в какую-либо точку пространства, одинакова. Такое движение возможно при малых скоростях, в трубах без резких изгибов, с одинаковым давлением по сечению. Ламинарным является течение крови по артерии в норме.

Турбулентным (вихревым) называется течение, при котором скорость движения частиц жидкости меняется. Частицы приходят в колебательное движение, приводящее к возникновению звука. Элементы жидкости совершают движения по сложным траекториям, что приводит к перемешиванию слоёв и образованию завихрений. Турбулентное течение связано с дополнительной затратой энергии. При течении жидкости, часть энергии расходуется на беспорядочное движение, направление которого отличается от основного направления потока. В случае с кровью это ведёт к дополнительной работе сердца. Шум, возникающий при турбулентном течении крови, используется для диагностики. Он прослушивается на плечевой артерии, при измерении артериального давления крови. В норме является турбулентное течение крови в аорте.

В медицине широко используется метод измерения давления крови, предложенный в 1905 году Коротковым. Суть метода заключается в том, что измеряется давление, которое нужно приложить снаружи, чтобы сжать артерию для прекращения тока крови в ней.

а) Давление воздуха в манжетке избыточное над атмосферным и равно нулю. Манжеты не сжимают руку и артерию.

б) По мере накачивания воздуха в манжетку, она сдавливает плечевую артерию, и ток крови прекращается. При этом давление воздуха внутри манжетки равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжеткой.

в) Выпуская воздух, давление в манжетке и мягких тканях уменьшается. Когда давление на артерии становится равным систолическому, кровь начинает проталкиваться через сдавленную артерию. Создаётся турбулентный поток, сопровождающийся звуками. При дальнейшем уменьшении давления, просвет увеличивается до нормального. Течение крови становится ламинарным, звуки прекращаются. Показания манометра в момент исчезновения шумов соответствуют диастолическому давлению

27.Поглощение света-ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии. Поглощением кванта света происходит при его неупругом столкновении с молекулой, приводящей к передаче энергии фотона веществу. Закон Бугера: _{коэффициент kl - натуральный показатель поглощения, зависит от длины волны света.} Закон Бугера-Ламберта-Бера Описывает ослабление интенсивности света растворами

n- количество поглощающих свет молекул в единице объема, 1/см3 s- эффективное сечение поглощения (площадь в молекуле, при попадании в которую происходит поглощение фотона молекулой), см2 I- интенсивность прошедшего через образец света Удобнее использовать вместо числа е число 10:

Молярный коэффициент поглощения , л/(моль см) Условия выполнения Закона Бугера-Ламберта-Бера:

- Использование монохроматического света

- Равномерное распределение молекул вещества в растворе

- При изменении концентрации вещества характер

взаимодействия растворенных молекул не меняется

- При измерении не происходят химические превращения

молекул под действием света

- Низкая интенсивность падающего на образец света

25 Глаз человека представляет собой сложнуюоптическую систему, которая по своему действию аналогична оптической системе фотоаппарата.. Глаз имеет почти шарообразную форму и диаметр около 2,5 см. Снаружи он покрыт защитной оболочкой белого цвета – склерой. Передняя прозрачная часть склеры называется роговицей. На некотором расстоянии от нее расположена радужная оболочка , окрашенная пигментом. Отверстие в радужной оболочке представляет собой зрачок. В зависимости от интенсивности падающего света зрачок рефлекторно изменяет свой диаметр приблизительно от 2 до 8 мм, то есть действует подобно диафрагме фотоаппарата. Между роговицей и радужной оболочкой находится прозрачная жидкость. За зрачком находится хрусталик – эластичное линзоподобное тело. Особая мышца может изменять в некоторых пределах форму хрусталика, изменяя тем самым его оптическую силу. Остальная часть глаза заполнена стекловидным телом. Задняя часть глаза – глазное дно, оно покрыто сетчатой оболочкой, представляющей собой сложное разветвление зрительного нерва  с нервными окончаниями – палочками и колбочками, которые являются светочувствительными элементами. Лучи света от предмета, преломляясь на границе воздух–роговица, проходят далее через хрусталик (линзу с изменяющейся оптической силой) и создают изображение на сетчатке. Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, оптический центр которой расположен на расстоянии около 5 мм от роговицы. При расслабленной глазной мышце оптическая сила глаза приблизительно равна 59 дптр, при максимальном напряжении мышцы – 70 дптр. Основная особенность глаза как оптического инструмента состоит в способности рефлекторно изменять оптическую силу глазной оптики в зависимости от положения предмета.

расстояние от предмета до глаза, при котором удобнее всего (без чрезмерного напряжения) рассматривать детали предмета (например, читать мелкий текст). Это расстояние у нормального глаза условно полагают равным 25 см. При нарушении зрения изображения удаленных предметов в случае ненапряженного глаза могут оказаться либо перед сетчаткой (близорукость), либо за сетчаткой (дальнозоркость) Лупа – это короткофокусная собирающая линза ( f = 1-10 см). Предмет располагают на расстоянии меньше фокусного, мнимое изображение получается на расстоянии наилучшего зрения. Мнимое изображение, создаваемое лупой – находится на расстоянии наилучшего зрения. Увеличение лупы – отношение угла зрения b’, под которым видно изображение предмета, к углу зрения b, под которым виден предмет на расстоянии наилучшего зрения невооруженным глазом. . Микроскоп - это оптический прибор, позволяющий получить обратное изображение изучаемого объекта и рассмотреть мелкие детали его строения, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза.

11. Ламинарное и турбулентное течение. Число Рейнольдса.

Ламинарное течение, является слоистым. Увеличение скорости течения вязкой жидкости вследствие неоднородного давления по поперечному сечению трубы создает завихрение, и движение становится вихревым, или турбулентным.

Характер течения жидкости по трубе зависит от свойств жидкости, скорости ее течения, размером трубы и определяется числом Рейнольдса:

p— плотность среды, кг/м3;

v— характерная скорость, м/с;

D— гидравлический диаметр, м;

Ω— динамическая вязкость среды, Н·с/м2;

v— кинематическая вязкость среды, м2/с ();

Q— объёмная скорость потока;

A— площадь сечения трубы.

12. Течение вязкой жидкости по трубам. Формула Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.

Течение вязкой жидкости по трубам представляет для медицины особый интерес, так как кровеносная система состоит в основном из цилиндрических сосудов разного диаметра. Вследствие симметрии ясно, что в трубе частицы текущей жидкости, равноудалены от оси, имеют одинаковую скорость. Наибольшей скоростью обладают частицы, движущиеся вдоль оси трубы: примыкающий к трубе слой жидкости неподвижен. Зависимость объема жидкости, протекающей через горизонтальную трубу радиуса за 1с, определяется формулой Пуазейля: где

p-перепад давления на концах капилляра, Па;

Q — секундный объёмный расход жидкости, м³/с;

R— радиус капилляра, м;

d — диаметр капилляра, м;

Ω— коэффициент динамической вязкости, Па·с;

l — длина капилляра, м.

Гидравлическое сопротивление- разность потенциалов соответствует разности давлений на концах трубы, сила тока- объему жидкости, протекающей через сечение трубы в 1с, электрическое сопротивление. Сопротивление тем больше, чем больше вязкость, длина трубы и меньше площадь поперечного сечения.

15. Заряд. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле Напряженность и потенциал поля.

Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Электрические заряды делятся на положительные и отрицательные. Положительным зарядом обладают стабильные элементарные частицы – протоны и позитроны, а также ионы атомов металлов и т.д. Стабильными носителями отрицательного заряда являются электрон и антипротон. Существуют электрически незаряженные частицы, то есть нейтральные: нейтрон, нейтрино. В электрических взаимодействиях эти частицы не участвуют, так как их электрический заряд равен нулю. Бывают частицы без электрического заряда, но электрический заряд не существует без частицы.

Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы. Он сформулирован для неподвижных точечных зарядов в вакууме. В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно считать заряды, размеры которых значительно меньше расстояния между ними. Сила взаимодействия в воздухе почти не отличается от силы взаимодействия в вакууме (она слабее менее чем на одну тысячную).

Формула:

Работа сил электростатического поля не зависит от траектории, по которой перемещается заряд в этом поле. Поля обладающие такими свойствами называются потенциальными.

13. Физические вопросы гемодинамики. Свойства крови. ………..

Гемодинамикой называют область биомеханики, в которой исследуются движения крови по сосудистой системе. Физической основой гемодинамики является гидродинамика. Течение крови зависит как от свойств крови, так и от свойств кровеносных сосудов. Существует связь между ударным объемом крови (объемом крови, выбрасываемой желудочком сердца за одну систолу), гидравлическим сопротивлением периферической части системы кровообращения Х0 и изменением давления в артериях: так как кровь находится в упругом резервуаре, то ее объем в любой момент времени зависит от давления р по следующему соотношению:

v = v0 + kp,

где k – эластичность, упругость резервуара;

v0 – объем резервуара при отсутствии давления (р = 0).В упругий резервуар (артерии) поступает кровь из сердца, объемная скорость кровотока равна Q.От упругого резервуара кровь оттекает с объемной скоростью кровотока Q0 в периферическую систему (артериолы, капилляры). Можно составить достаточно очевидное уравнение:показывающее, что объемная скорость кровотока из сердца равна скорости возрастания объема упругого резервуара.

Пульсовая волна. При сокращении сердечной мышцы (систоле) кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от нее артерии. Если стенки этих 22б сосудов были жесткими, то давление, возникающее в крови на выходе из сердца, со скоростью звука передалось бы к периферии. Систолическое давление человека в норме равно приблизительно 16 кПа. Во время расслабления сердца (диастолы) растянутые кровеносные сосуды спадают, и потенциальная энергия, сообщенная им сердцем через кровь, переходит в кинетическую энергию тока крови, при этом поддерживается диастолическое давление, приблизительно равное 11 кПа. Пульсовая волна распространяется со скоростью 5—10 м/с и даже более. Вязкость крови и упруговязкие свойства стенок сосуда уменьшают амплитуду волны. Можно записать следующее уравнение для гармонической пульсовой волны:

где р0 – амплитуда давления в пульсовой волне;

х – расстояние до произвольной точки от источника колебаний (сердца);

t – время;

w – круговая частота колебаний;

c – некоторая константа, определяющая затухание волны.

Длину пульсовой волны можно найти из формулы: В медицине широко используется метод измерения давления крови, предложенный в 1905 году Коротковым. Суть метода заключается в том, что измеряется давление, которое нужно приложить снаружи, чтобы сжать артерию для прекращения тока крови в ней.

а) Давление воздуха в манжетке избыточное над атмосферным и равно нулю. Манжеты не сжимают руку и артерию.

б) По мере накачивания воздуха в манжетку, она сдавливает плечевую артерию, и ток крови прекращается. При этом давление воздуха внутри манжетки равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжеткой.

в) Выпуская воздух, давление в манжетке и мягких тканях уменьшается. Когда давление на артерии становится равным систолическому, кровь начинает проталкиваться через сдавленную артерию. Создаётся турбулентный поток, сопровождающийся звуками. При дальнейшем уменьшении давления, просвет увеличивается до нормального. Течение крови становится ламинарным, звуки прекращаются. Показания манометра в момент исчезновения шумов соответствуют диасталическому давлению.

Кровь как физическая система. Её реологические особенности.

Кровь - жидкая тканевая среда. Она является суспензией, состоящей из дисперсной среды плазмы и дисперсной фазы форменных элементов. Их процентное содержание называется гематокритом. (Ht) Ht=45%-50%/. Коэффициент относительной вязкости крови равен 2,5-3,5. Реологически кровь – неньютоновская жидкость псевдопластического типа. Неньютоновские свойства крови связаны с наличием форменных элементов. Эти свойства проявляются при течении крови по сосудам малого диаметра, при небольших скоростях. Предел текучести 2-5мПа. С увеличением гематокрита линейно возрастает. Re=970+ 80.

Течение крови подчиняется закону Гагена-Пуазейля только при малой разности давления на концах сосуда.Физическая модель сердечно-сосудистой системы (ссс) и её характеристика.Ссс состоит из активной части – сердца и условно пассивной - сосудов. Основной функцией сердца является создание разности давления на входе и на выходе сосудов. Ссс имеет следующие особенности:

1) Является замкнутой системой.

2) Разветвляется с последующим и параллельным соединением сосудов.

3) Уменьшение давления идет от центра к периферии.

14. Физические процессы в биологических мембранах.

Мембраны биологические

(лат. membrana оболочка, перепонка) функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей.

Биологические мембраны имеются во всех клетках. Их значение определяется важностью функций, которые они выполняют в процессе нормальной жизнедеятельности, а также многообразием заболеваний и патологических состояний, возникающих при различных нарушениях мембранных функций и проявляющихся практически на всех уровнях организации — от клетки и субклеточных систем до тканей, органов и организма в целом.

Мембранные структуры клетки представлены поверхностной (клеточной, или плазматической) и внутриклеточными (субклеточными) мембранами. Название внутриклеточных (субклеточных) мембран обычно зависит от названия ограничиваемых или образуемых ими структур. Так, различают митохондриальные, ядерные, лизосомные мембраны, мембраны пластинчатого комплекса аппарата Гольджи, эндоплазматического ретикулума, саркоплазматического ретикулума и др. (см. Клетка). Толщина биологических мембран — 7—10 нм, но их общая площадь очень велика, например, в печени крысы она составляет несколько сот квадратных метров.

Уточнение строения биомембран и изучение их свойств осуществляется с использованием физико-химических моделей мембраны.

Первая модель – монослой. Молекулы фосфолипидов, будучи помещенными на границу раздела вода-воздух (вода-масло), выстраиваются в один слой так, что гидрофильные (полярные) головки погружаются в воду, а гидрофобные «хвосты» в контакт с водой не вступают, остаются в воздухе (масле). Молекулы фосфолипидов как бы «отслаиваются» от воды. Пока молекул немного, они располагаются на поверхности «прильнув» к воде головками и выставив наружу «хвосты»

Вторая модель – плоские бислойные липидные мембраны (БЛМ). Такие мембраны получают на маленьких отверстиях диаметром около 1 мм в пластинке из пластика (например, фторопласта), погруженной в водную среду. На отверстие наносят каплю раствора липида (в спирте, хлороформе, гептане и других растворителях).

Третья модель – липосома. Липидные слои, если они имеют большую протяженность, стремятся замкнуться сами на себя, чтобы спрятать гидрофобные «хвосты» от воды. При этом образуются фосфолипидные везикулы – липосомы

Явления переноса относятся к пассивному транспорту: диффузия молекул и ионов в направлении их меньшей концентрации, перемещение ионов в соответствии с направлением силы, действующей на них со стороны электрического поля. Пассивный транспорт не связан с затратой химической энергии. Наиболее общая классификации видов пассивного транспорта веществ через мембрану включает в себя простую диффузию, диф­фузию через поры и диффузию с переносчиком.

Простая диффузия через липидный бислой подчиняется уравнению Фика для молекул (11.21) или, в более общем случае для нейтральных и заряженных частиц, — уравнению Нернста— Планка. В живой клетке такая диффузия обеспечивает прохождение кислорода и углекислого газа. Ряд жирорастворимых лекарственных веществ и ядов также проникает через липидный бислой по схеме, изображенной на рисунке. Как уже отмечалось, определенная конфигурация липидов способствует диффузии поперек мембраны благодаря перемещению «кинков».

Однако подобная простая диффузия протекает достаточно медленно и не может снабдить клетку в нужном количестве питательными веществами. Поэтому есть иные механизмы пассивного переноса веществ через мембрану, к ним относятся диффузия через канал (пору) и диффузия в комплексе с переносчиком. Два последних варианта называют иногда облегченной диффузией.

Электродиффузия - диффузия электрически заряженных частиц (ионов) под влиянием концентрационных и электрических градиентов. Ионы - атомы или группы атомов, которые приобретают электрический заряд, теряя или приобретая электроны. Липидный бислой мембраны непроницаем для ионов. Они могут проникнуть через плазматическую мембрану только посредством специальных структур - ионных каналов, которые образованы интегральными белками.

Уравнение Нернста- Планка:

28. Волновые свойства частиц. Гипотеза де Бройля Свет обладает корпускулярными свойствами. Чтобы объяснить некоторые явления, свет рассматривается как поток фотонов: элементарных частиц , движущихся со скоростью света, обладающее волновыми свойствами и имеющие энергию ε=hV , где V- частота световой волны.

Гипотеза де Бройля – это гипотеза о волновых свойствах частиц (микрочастиц). Согласно де Бройлю: не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами. Для любой движущейся частицы длина волны: λ=h/p=h/mv, где v– скорость движения частицы h – постоянная Планка (6,63 x10- 34 Дж .с) p – импульс частицы  – длина волны де Бройля m– масса частицы Волны с характеристической длиной волны , которые описываются формулой – волны де Бройля (волны материи) λ- дебройлевская длина волны частиц с импульсом p. Зависимость длины волны электрона () от ускоряющего напряжения (U) электрического поля, в котором он движется: Если U = 1000 В То  =0,4 10 -10 м – это соразмеримо с расстоянием между атомами в кристаллах Поэтому, волновые свойства электронов используют для дифракционного структурного анализа кристаллических структур. Дифракция электронов – экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Дифракционные свойства были обнаружены не только для электронов, но и для нейтронов, протонов, атомных и молекулярных пучков. В 1948 г. В.А. Фабрикант показал, что волновые свойства присущи не только совокупности электронов, но и каждому электрону в отдельности. При этом, электрон не “размазывается” по отдельным направлениям на препятствии, а ведет себя, как целая частица Но вероятность его отклонения от препятствия больше в том направлении, где будет наблюдаться MAX дифракции.

Электронный микроскоп волновые св-ва частиц можно использовать не только для дифракционного структурного анализа, но и для получения увеличенных изображений предмета. Предел разрешения электронного микроскопа:

10. Течение вязкой жидкости между двумя …..

При течение реальной жидкости отдельные слои ее воздействуют на друг друга с силами, касательными к слоям. Это явление называется внутренним трением или вязкостью. Рассмотрим течение жидкости между двумя твердыми пластинками, из которых нижняя неподвижная, верхняя движется со скоростью. Слой прилипший ко дну, неподвижен. По мере удаления от дна слои жидкости имеют все большие скорости, максимальная скорость будет у слоя, который прилип к верхней пластинке. Слои воздействуют друг на друга. Так как разделение на слои условно, то принято выражать силу в зависимости от изменения скорости на некотором участке в направлении x, перпендикулярно скорости, отнесенного к длине этого участка, т.е. от величины dv/dx- градиента скорости (скрости сдвига)

Уравнение Ньютона:

Жидкость которая подчиняется уравнению Ньютона _ ньютоновская, а та жидкость которая не подчиняется уравнению- неньютоновская. Иногда вязкость ньютоновских жидкостей называют нормальной, а неньютоновских- аномальной.

7. Звук. Физические характеристики звука. Интенсивность. Акустическое давление.

Звуковые колебания или волны – частный случай механических колебаний волн. Принято различать следующие звуки: 1) тоны, или музыкальные звуки; 2) шумы; 3) звуковые удары.

1. тоном называется звук, являющийся периодическим процессом, если процесс гармонический, то тон называется простым или чистым. Ангармоническому колебанию соответствует сложный тон. Сложный тон может быть разложен на простые. Наименьшая частота такого тона разложения соответствует основному тону, а остальные гармоники (обертоны) имеют частоту 2,3 и т.д.

2. Шумом называют звук, отличающийся сложной неповторяющейся временной зависимостью. К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.д.

3. Звуковой удар- это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и т.д.

Интенсивность звука: 1) Высота тона- субъективная характеристика, обусловленная прежде всего частотой основного тона.

2) Тембр звука почти исключительно определяется спектральным составом.

3) Громкость- еще одна субъективная единица звука, которая характеризует уровень слухового ощущения.

В основе шкалы уровней громкости лежит важный закон психофизический закон Вебера - Фехнера: если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину).

34Уравнение неразрывности.Перекрытие аорты

Рассмотрим движение несжимаемой жидкости через трубку переменного сечения. Если некоторый объем жидкости поступает в один конец трубки, то равный ему объем должен выйти через другой конец трубки.   Основным показателем течения жидкости в трубке является Q – объемная скорость течения жидкости - объем жидкости (V), перемещающейся за единицу времени через поперечное сечение трубки. Если объемная скорость жидкости, которая поступает через один конец трубки, составляет Q₁, то объемная скорость жидкости, вытекающей из другого конца трубки, будет Q₂, и она будет равна Q₁. Этот принцип называется уравнением неразрывности. Таким образом, уравнение неразрывности можно записать: Q₁ = Q₂ (1).  Объемная скорость жидкости равна произведению линейной скорости жидкости  ν(м/с) на площадь поперечного сечения трубки S:  Q = v*S (2)  Для трубки с переменным поперечным сечением (S₁, S₂ и т.д.) имеем другую форму уравнения неразрывности:    v₁S₁ = v₂S₂ = ... = v_nS_n (3).  Таким образом, произведение линейной скорости движения жидкости на площадь поперечного сечения одинаково во всех сечениях. Отсюда, если уменьшается S, то  v при этом увеличивается, и наоборот.  Обычно линейная скорость течения не одинакова в каждой точке поперечного сечения. Уравнение неразрывности отражает среднюю скорость течения.

Сердечные приступы, инфаркты, инсульты, заболевания периферических артерий ног и другие сердечно-сосудистые патологии могут иметь общую причину – атеротромбоз. О нем рассказывает одна из ведущих специалистов в стране по проблемам атеротромбоза профессор Института кардиологии им. А.Л.Мясникова Елизавета Павловна ПАНЧЕНКО

Понятие атеротромбоза сформировалось в конце прошлого века, когда было получено достаточно доказательств, что атеросклероз, лежащий в основе развития атеросклеротической бляшки, и процесс образования тромба на ее поврежденной поверхности тесно связаны друг с другом.

Атеротромбоз – это прогрессирующее заболевание, которое начинается с атеросклероза. Как известно, при атеросклерозе формируются очаги липидных, главным образом холестериновых, отложений – бляшки во внутренней оболочке артерии. Последующее разрастание в ней соединительной ткани и отложение в стенках сосуда минеральных веществ (преимущественно кальция) вызывают нарастающее утолщение стенок и их деформацию. Сужение сосудов само по себе может быть причиной сосудистых заболеваний, однако к катастрофическим последствиям приводит разрыв бляшек. В результате на поврежденной бляшке формируется сверток крови - тромб, который может частично или полностью перекрыть просвет артерии.

33. Физика в медицине

Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание термина «физика» сохранилось до конца 17 века. МЕДИЦИНА [латинское medicina (ars) — врачебная, лечебная (наука и искусство)] - область науки и практическая деятельность, направленные на сохранение и укрепление здоровья людей, предупреждение и лечение болезней. Вершиной врачебного искусства в древнем мире была деятельность Гиппократа. Анатомо-физиологические открытия А. Везалия, У. Гарвея, труды Парацельса, клиническая деятельность А. Паре и Т. Сиденхема способствовали становлению медицины на основе опытного знания.Физика и медицина… Наука о явлениях природы и наука о болезнях человека, их лечении и предупреждении… В настоящее время обширная линия соприкосновения этих наук всё время расширяется и упрочняется. Нет ни одной области медицины, где бы ни применялись физические знания и приборы.  

Использование достижений физики в лечении заболеваний:

Становление научной медицины было бы невозможно без достижений в области естествознания и техники, методов объективного исследования больного и способов лечения.

В процессе развития медицина дифференцировалась на ряд самостоятельных отраслей.

В терапии, хирургии и др. областях медицины широко используются достижения физической науки и техники.

Физика помогает диагностике заболеваний.

В диагностике заболеваний широко применяются рентгеновские лучи, ультразвуковое обследование, иридодиагностика, радиодиагностика.

Рентгенология - область медицины, изучающая применение рентгеновского излучения для исследования строения и функций органов и систем и диагностики заболеваний. Рентгеновские лучи открыл немецкий физикВильгельм Рентген (1845 – 1923).

Рентгеновские лучи.

Рентгеновские лучи - не видимое глазом электромагнитное излучение.

Проникают через некоторые непрозрачные для видимого света материалы. Рентгеновские лучи применяют в рентгеновском структурном анализе, медицине и др.

Проникая сквозь мягкие ткани, рентгеновские лучи высвечивают кости скелета и внутренние органы. На снимках, получаемых с помощью рентгеновской аппаратуры, можно выявить болезнь на ранних стадиях и примять необходимые меры. Однако нужно считаться с тем, что любое облучение безопасно лишь в определённых дозах – недаром работа в рентгеновском кабинете считается вредной для здоровья.Помимо рентгена, сегодня применяют такие методы диагностики:

Ультразвуковое обследование (исследование, когда высокочастотный звуковой луч прощупывает наш организм, словно эхолот – морское дно, и создаёт его «карту», отмечая все отклонения от нормы).

Ультразвук.Ультразвук - не слышимые человеческим ухом упругие волны.Ультразвук содержится в шуме ветра и моря, издается и воспринимается рядом животных (летучие мыши, рыбы, насекомые и др.), присутствует в шуме машин.Применяется в практике физических, физико-химических и биологических исследований, а также в технике для целей дефектоскопии, навигации, подводной связи и других процессов и в медицине — для диагностики и лечения.

В настоящее время лечение ультразвуковыми колебаниями получили очень большое распространение. Используется, в основном, ультразвук частотой от 22 – 44 кГц и от 800 кГц до 3 МГц. Глубина проникновения ультразвука в ткани при ультразвуковой терапии составляет от 20 до 50 мм, при этом ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие, под его влиянием активизируются обменные процессы и реакции иммунитета. Ультразвук используемых в терапии характеристик обладает выраженным обезболивающим, спазмолитическим, противовоспалительным, противоаллергическим и общетонизирующим действием, он стимулирует крово- и лимфообращение, как уже было сказано, процессы регенерации; улучшает трофику тканей. Благодаря этому ультразвуковая терапия нашла широкое применение в клинике внутренних болезней, в артрологии, дерматологии, отоларингологии и др.

Специальными приборами ультразвук можно сфокусировать и точно направить на небольшой участок ткани – например, на опухоль. Под действием сфокусированного луча высокой интенсивности, местно, клетки нагреваются до температуры 42°C. Раковые клетки начинают гибнуть при повышении температуры, и рост опухоли замедляется. Иридодиагностика - метод распознавания болезней человека путем осмотра радужной оболочки глаза. Основана на представлении о том, что некоторые заболевания внутренних органов сопровождаются характерными внешними изменениями определенных участков радужной оболочки. Радиодиагностика. Основана на использовании радиоактивных изотопов. Например, для диагностики и лечения заболеваний щитовидной (33)железы применяют радиоактивные изотопы йода.

Лазер как физический прибор. Лазер (оптический квантовый генератор)— усиление света в результате вынужденного излучения, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (в физике, химии, биологии и др.), в практической медицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (лазерная технология).

Использование лазеров в  хирургии:

С их помощью выполняются сложнейшие операции на мозге.

Лазер используют  в онкологи. Мощный лазерный пучок соответствующего диаметра уничтожает злокачественную опухоль.

Мощными лазерными импульсами «приваривают» отслоившуюся сетчатку и выполняют другие офтальмологические операции.

Плазменный скальпель.

Кровотечение – неприятная помеха при операциях, так как оно ухудшает обзор операционного поля и может привести к обескровливанию организма.

В помощь хирургу были созданы миниатюрные генераторы высокотемпературной плазмы.

Плазменный скальпель рассекает ткань, кости без крови. Раны после операции заживают быстрее.

В медицине широко применяются приборы и аппараты, способные временно заменить органы человека. Например, в настоящее время медики используют аппараты искусственного кровообращения. Искусственное кровообращение - временное выключение сердца из кровообращения и осуществление циркуляции крови в организме с помощью аппарата искусственного кровообращения (АИК).Итак, мы убедились, что физика имеет важное значения для медицины, а, следовательно, и для здоровья человека. Поэтому нужно изучать физику, способствовать её развитию.

16.Электрический диполь. Электрическое поле диполя. Диполь во внешнем электрическом поле.

Электрическим диполем называют систему, состоящую из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя)

Электрический диполь — идеализированная электронейтральная система, состоящая из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов.

Другими словами, электрический диполь представляет собой совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Магнитный диполь — аналог электрического, который можно представить себе как систему двух «магнитных зарядов» (эта аналогия условна, так как магнитных зарядов, с точки зрения современной электродинамики, не существует).

29. Рентгеновское излучение (РИ) – это электромагнитные волны с длиной волны l от 10-5 нм до 80 нм (т.е. l = от 10-14 м до 8 10-8 м). Тормозное РИ возникает в результате торможения ускоренных электронов электростатическим полем атомного ядра и атомных электронов вещества анода Механизм возникновения тормозного РИ: С движущимся ускоренным электроном связано магнитное поле, индукция которого зависит от скорости движения e -. При торможении e - уменьшается магнитная индукция. В соответствии с теорией Максвелла, изменение магнитной индукции вызывает появление электромагнитной волны – рентгеновского излучения

Спектр РИ – это зависимость потока РИ от длины волны Спектр тормозного РИ – сплошной (непрерывный) В спектре есть коротковолновая граница Катодом испускается множество e - , каждый из которых излучает фотон РИ разной длины волны (частоты). Поэтому, спектр излучения – СПЛОШНОЙ. I, Z и Т (температура накала катода) влияют на поток тормозного РИ и не влияют на его спектральный состав. Характеристическое РИ возникает вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атома вещества анода и выбивают электроны из его внутренних слоев. На свободные места переходят электроны с верхних энергетических уровней , в результате чего высвечиваются фотоны РИ.

Получить характеристическое РИ можно путем увеличения напряжения (U) в рентгеновской трубке. Спектр Всегда возникает на фоне сплошного спектра РИ Спектр характеристического РИ – линейчатый. 1. Характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны , т.к. внутренние слои атомов одинаковы и отличаются только энергетически 2. Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра 3. Частота спектральной линии описывается Законом Мозли:  A(Z  B) по частоте спектральной линии характеристического РИ можно узнать атомный номер порядкового элемента. 4. Характеристический рентгеновский спектр атома не зависит от химического соединения, в которое этот атом входит. Первичные процессы взаимодействия РИ с веществом зависят от соотношения: a) Энергии фотона РИ (Еф= h) б) работы ионизации Аи – энергии, необходимой для удаления внутренних электронов за пределы атома или молекулы. В зависимости от соотношения энергии фотона и энергии ионизации имеют место три главных процесса.

Когерентное (классическое) рассеяние. Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны, и его принято называть когерентным. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяется, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона). Комптон, наблюдая рассеяние жестких рентгеновских лучей, обнаружил уменьшение проникающей способности рассеянного пучка по сравнению с падающим. Это означало, что длина волны рассеянного рентгеновского излучения больше, чем падающего. Рассеяние рентгеновского излучения с изменением длины волны принято называть некогерентными, а само явление – эффектом Комптона.

Он возникает, если энергия фотона рентгеновского излучения больше энергии связи электрона в атоме (энергии ионизации)

Фотоэффект. При фотоэффекте рентгеновское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетают электроны из глубоких оболочек атома. Если энергия фотона недостаточна для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылета электронов.

Три основных процесса взаимодействия, являются первичными, они приводят к последующим вторичным, третичным и т.д.явлениям.

,