- •Оглавление
- •Введение.
- •Семинар №1 статистические методы обработки опытных данных
- •Вопросы для самоподготовки:
- •Мотивация цели
- •Подготовка к семинарскому занятию
- •Теоретические сведения
- •Основные понятия и формулы.
- •II. Основы теории ошибок и методы её практического применения для обработки экспериментальных данных
- •Абсолютная и относительная погрешности (ошибки).
- •Законы распределения случайных величин.
- •III. Расчет погрешности прямых измерений и доверительного интервала методом, основанным на определении средней квадратичной погрешности.
- •IV. Расчет погрешностей косвенных измерений.
- •3.Вычисляем абсолютные погрешности для каждого значения объёма:
- •V. Точность измерительных приборов.
- •VI. Графический метод представления результатов измерений.
- •VII. Упрощенный метод обработки результатов прямых измерений с использованием средней абсолютной погрешности.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Решение.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •Тесты 2-го уровня.
- •Семинар № 2 механические колебания и волны.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Подготовка к практическому занятию.
- •Теоретические сведения.
- •I. Основные понятия.
- •Основные законы теории колебаний и волн.
- •2.Затухающие колебания.
- •3. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания.
- •4.Механические волны.
- •5.Эффект Доплера.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образец решения задачи.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 3 акустика. Звук, ультразвук и инфразвук.
- •Вопросы для самоподготовки
- •Мотивация цели
- •Звук. Виды звука.
- •2. Физические характеристики звука.
- •3. Характеристики слухового ощущения.
- •4. Закон Вебера-Фехнера.
- •5. Физика слуха: звукопроводящая и звукопринимающая части слухового аппарата. Теории Гельмгольца и Бекеши.
- •6. Звуковые методы исследования.
- •7. Ультразвук. Излучатели и приемники уз.
- •8.Особенности распространения уз-волны.
- •9. Действие ультразвука на вещество.
- •10. Использование уз в медицине.
- •11. Инфразвук (из) и его воздействие на человека.
- •12. Вибрации.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образец решения задачи.
- •Тесты самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 4 биоэнергетика и термодинамика биологических систем.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Мотивация цели.
- •Подготовка к практическому занятию.
- •Теоретические сведения.
- •I. Основные понятия.
- •II. Основные законы термодинамики.
- •1.Первое начало термодинамики.
- •2. Второе начало термодинамики.
- •3.Термодинамические функции.
- •4.Применение первого начала термодинамики в биологии.
- •5. Применение второго начала термодинамики в биологии. Уравнение Пригожина. Негэнтропия
- •6. Стационарное состояние биологической системы. Отличие стационарного состояния от равновесного. Теорема Пригожина.
- •7. Расширенный принцип Ле-Шатель. Адаптация и аутостабилизация живых систем. Типы перехода из одного стационарного состояния в другое.
- •Решите задачи.
- •Образец решения задачи. Условие задачи.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 5 биофизика клетки. Физические механизмы переноса
- •Вопросы для самоподготовки.
- •1. Назначение цитоплазматических мембран.
- •2. Физические методы изучения ультраструктуры биологических мембран.
- •4. Модели биологических мембран
- •5. Перенос молекул (атомов) через мембраны, уравнение Фика.
- •7. Разновидности пассивного транспорта через мембрану.
- •8. Активный транспорт. Физический механизм активного транспорта.
- •9. Транспорт через сложные биологические мембраны. Опыт Уссинга.
- •Образцы решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень
- •Семинар №6 рентгеновское излучение. Радиоактивность. Дозиметрия.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Основные формулы.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образцы решения задач.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень
- •Литература
- •302 026, Г. Орел, ул. Комсомольская, 95, тел. (4862) 74-45-08
Звук. Виды звука.
Звук - механические колебания и волны, распространяющиеся в упругих средах в виде продольных волн с частотой от 16 Гц до 20000 Гц и воспринимаемые человеческим ухом.
Существующие в природе звуки разделяются на несколько видов.
Звуковой удар - это кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв, удар, гром).
Тон – это звук, представляющий собой периодический процесс. Основной характеристикой тона является частота. Тон может быть простым (чистым), характеризующимся гармоническим колебанием одной частотой (камертон, звуковой генератор), и сложным (ангармоническим), издаваемым аппаратами речи и звуковыми инструментами.
Сложный тон можно представить в виде суммы простых тонов (разложить на составляющие тона в акустический спектр). Наименьшая частота такого разложения соответствует основному тону, а остальные – обертонам, или гармоникам. Обертоны имеют частоты, кратные основной частоте.
Шум – это звук, имеющий сложную, неповторяющуюся временную зависимость, и представляет собой сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов. Акустический спектр шума – сплошной (шорох, скрип).
2. Физические характеристики звука.
Звук распространяется в любых средах, кроме вакуума. Звук характеризуется следующими физическими характеристиками:
А. Скорость (v)звука - зависит от упругости, плотности и температуры среды, но не зависит от частоты колебаний.
Скорость звука в воздухе v = 330 м/с; в воде v =1500 м/с; близкое к этому значение имеет скорость звука и в мягких тканях организма; в твердых средах (кость) v = 4000 м/с.
Б. Частота звука (ν) – это число колебаний частиц среды, участвующих в волновом процессе, в секунду,.
В. Интенсивность (I) – это энергетическая характеристика звука. По определению – это плотность потока энергии звуковой волны или энергия, переносимая волной в единицу времени через единицу поверхности. Для уха человека важны два значения интенсивности (на частоте 1 кГц):
Порог слышимости - минимальная интенсивность восприятия звука человеческим ухом. Для «нормального» уха I0 =10-12 Вт/м2.
Порог болевого ощущения - интенсивность звука, вызывающая ощущение боли или очень сильного давления. Для «нормального» уха
Iмах= 10 Вт/м2
Г. Звуковое давление (Р) – это давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковой волны в среде; оно является избыточным над средним давлением среды.
Физиологически звуковое давление проявляется как давление на барабанную перепонку.
Звуковое давление на пороге слышимости - Р0 = 2.10-5 Па;
Звуковое давление на пороге болевого ощущения – Рmax = 60 Па.
Между интенсивностью (I) и звуковым давлением (Р) существует связь:
I= Р2/2ρv, где ρ - плотность среды, v - скорость звука в среде.
Д. Волновое сопротивление среды (Rа) - произведение плотности среды (ρ) на скорость распространения звука (v). (Rа = ρ v). Волновое сопротивление среды - характеристика среды, определяющая условия распространения звуковых волн и поведения их при отражении и преломлении на границе двух слов.
При падении звуковой волны на границу раздела между двух сред возникают явления отражения и преломления звука. Интенсивности отраженной и преломленной волн зависят от соотношения волновых сопротивлений сред.
Интенсивность отраженной волны зависит от коэффициента отражения.
Коэффициент отражения (r) - величина, равная отношению интенсивности отраженной и падающей волн: r = I отр/ Iпад
При нормальном падении коэффициент (r) рассчитывается по формуле:
r = [(R a2 –Ra1)/(Ra2+Ra1)]2
Интенсивность преломления волны зависит от коэффициента пропускания.
Коэффициент пропускания (β) – величина, равная отношению интенсивности прошедшей (преломленной) и падающей волн: β = Iпрош /Iпад
При нормальном падении коэффициент β рассчитывается по формуле:
β = 4(Ra1/R a2 )/(Ra1/R a2 + 1)2
Чем меньше отличаются волновые сопротивления сред, тем меньшая доля энергии отражается на границе раздела этих сред.
Сумма коэффициентов отражения и преломления равна единице, а их значения не зависят от того порядка, в котором звук проходит данные среды. Например, для перехода звука из воздуха в воду значения коэффициентов такие же, как для перехода в обратном направлении.
Е. Уровень интенсивности (L). При сравнении интенсивности звука удобно пользоваться логарифмической шкалой, т.е. сравнивать не сами величины, а их логарифмы. Для этого используется специальная величина – уровень интенсивности: L = lg (I/I0) = 2 lg (P/P0)
Единицей интенсивности является - бел, [Б].
Логарифмический характер зависимости уровня интенсивности от самой интенсивности означает, что при увеличении интенсивности в 10 раз уровень интенсивности возрастает на 1 Б. Один бел большая величина, поэтому на практике используют более мелкую единицу уровня интенсивности – децибел [дБ:] 1 дБ = 0,1 Б.
Уровень интенсивности в децибелах определяется по следующим формулам: LдБ = 10 lg (I/I0); LдБ = 20 lg (P/P0).