План Предмет і методи біофізики, зв’язок з іншими науками. Основні розділи біофізики. 2

Скачати 218.09 Kb.

Назва	План Предмет і методи біофізики, зв’язок з іншими науками. Основні розділи біофізики. 2
Сторінка	1/3
Дата	20.04.2013
Розмір	218.09 Kb.
Тип	Лекція

bibl.com.ua > Фізика > Лекція

1 2 3

Лекція №1

ВСТУП. ОСНОВИ БІОМЕХАНІКИ ТА БІОАКУСТИКИ

План

1. Предмет і методи біофізики, зв’язок з іншими науками. Основні розділи біофізики.

2. Основні поняття механіки поступального та обертального рухів. Рівняння руху, закони збереження.

3. Елементи біомеханіки. Опорно-руховий апарат людини. Динамічна та статична робота людини при різних видах її діяльності. Ергометрія. Методи та прилади для вимірювання біомеханічних характеристик.

4. Звукові хвилі. Ефект Допплера. Фізичні характеристики звуку.

5. Характеристика слухового відчуття. Фізичні основи слуху. Утворення голосу людини.

6. Аудіометрія. Звукові методи діагностики.

7. Ультразвук та інфразвук.
1. Предмет і методи біофізики, зв’язок з іншими науками. Основні розділи біофізики.

Біофізика − галузь науки, яка вивчає фізичні та фізико-хімічні явища зародження, формування, життєдіяльність, відтворення життя на всіх рівнях, починаючи з молекул, клітин, органів та тканин, закінчуючи організмами та біосфери в цілому.

Сучасна біофізика поділяється на кілька підрозділів.

Молекулярна біофізика вивчає фізико-хімічні властивості й функціональну роль біологічних макромолекул (біополімерів) та молекулярних комплексів (ультраструктур) живих організмів, які створюють функціональні одиниці клітин;
Біофізика клітини вивчає фізико-хімічні основи функціонування клітини, будову й основні функції біологічних мембран (поверхневої плазматичної мембрани та мембран внутрішньоклітинних органоїдів);
Біофізика органів чуття з'ясовує молекулярні фізико-хімічні механізми рецепції, вивчає процеси трансформації енергії зовнішніх стимулів у специфічні реакції нервових клітин і механізмів кодування інформації в органах чуття;
Біофізика складних систем досліджує явища та механізми системо генезу та функціонування живих організмів, проблеми регулювання й саморегулювання на клітин, органів, організмів та біоценозів і біосфери в цілому;
Теоретична і математична біофізика розглядає теоретичні основи біофізики, зокрема питання кінетики і термодинаміки, здійснює математичне моделювання біологічних процесів, структури та властивостей окремих макромолекул і субклітинних утворень (макромолекулярних комплексів).

2. Основні поняття механіки поступального та обертального рухів. Рівняння руху, закони збереження.

Поступальний рух − рух, при якому всі точки тіла або системи матеріальних точок переміщаються паралельними траекторіями.

В класичній механіці поступальний рух задовільняє рівнянню

dP/dt = F,

де P = ∑ p_i − сумарний імпульс усіх тіл механічної системи, F = ∑F_i − сумарна сила.

Обертання − вид руху, при якому одна точка механічної системи, що називається центром обертання залишається непорушною.

Для замкнутої механічної системи, для якої виконується закон збереження імпульсу, будь-який рух можна розділити на поступальний рух центра інерції і обертання навколо цього центру.

При обертанні замкнутої механічної системи виконується закон збереження моменту імпульсу.

В загальному випадку незамкненої механічної системи центр обертання може не співпадати з центром інерції.

Матеріальна точка із масою m здійснює обертання навколо центру, рухаючись по коловій траекторії з радіусом R під дією сталої за абсолютною величиною сили, яка завжди направлена від точки до центру обертання. Приклад такого руху − обертання тягарця на мотузці. Траекторія точки лежить в площині, яку називають площиною обертання. Якщо v − швидкість матеріальної точки, то вона рухається з прискоренням

a = - ((v²/R²)·R).

Звідси можна знайти зв'язок між швидкістю й прикладеною силою

$\mathbf{f} = - m \frac{v^2}{r^2} \mathbf{r}$ .

При такому обертанні миттєва швидкість матеріальної точки завжди направлена вздовж дотичної до траекторії.

Якщо розглядати матеріальну точку і в'язь, яка сполучає її з центром обертання, як єдину механічну систему, то можна ввести кутову швидкість обертання.

ω = v/R.

Кутова швидкість загалом є вектором, направленим вздовж перпендикуляра до площини обертання. Цей напрям задає вісь обертання. Рівняння руху записується через кутову швидкість у вигляді

F = -mω²R.

Енергія матеріальної точки, що рухається по колу,

E = K = mv²/2 = Iω²/2

де I = mR² − момент інерції матеріальної точки. Сила, під дією якої точка рухається по колу направлена перпендикулярно до швидкості і не виконує роботи.

Момент інерції матеріальної точки направлений вздовж вектора кутової швидкості

M = Iω.
3. Елементи біомеханіки. Опорно-руховий апарат людини. Динамічна та статична робота людини при різних видах її діяльності. Ергометрія. Методи та прилади для вимірювання біомеханічних характеристик.

Біомеханіка − наука, яка вивчає на основі ідей та методів механіки властивості біологічних об'єктів (м'язових і кісткових тканин), закономірності їх адаптації до навколишнього середовища, поведінку та механічні рухи в них на всіх рівнях організації та в різних станах, включаючи періоди розвитку й старіння, а також при патологіях.

Біомеханіка використовується для медичної діагностики, створення замінників тканин і органів, для розроблення методів впливу на процеси в живих організмах, для пізнання рухових можливостей людини, для захисту людини від шкідливих впливів навколишнього середовища під час її функціонування в екстремальних умовах.

Основі напрямки досліджень:

вивчення структури клітин, біологічних рідин, м'яких і твердих тканин (біореологія), окремих органів і систем;
вивчення біологічних механізмів руху клітини та субклітинних структур (мембран, цитоплазми тощо), включаючи митотичні рухи, фагоцитоз, везикулярний транспорт;
вивчення біологічних процесів, які забезпечують природні локомоції людини й тварин (плавання, політ, наземні пересування), а також маніпуляційні рухи людини;
вивчення механізмів і проявів керування (регуляції) в біологічних системах;
вивчення психомоторики та закономірностей формування в людини й тварин складних рухових навичок та заданих моделей руху й рухових дій;
вивчення різних проявів рухової активності та здібностей людини до розв'язання складних рухових завдань в екстремальних умовах (в орбітальних польотах, у відкритому космосі, в стратосфері, під водою, в умовах наднизьких і надвисоких температур);
визначення сумісності штучних органів та тканин людини.

Опорно-руховий апарат людини, з погляду механіки, являє собою своєрідну систему важелів, що складається з кісток скелета, з’єднаних між собою зв’язками й суглобовими сумками. Кістки приводять у рух сили, що виникають при скороченні (деформації) м’язів.

Динамічна робота − найпоширеніший вид діяльності рухового апарату людини у процесі праці − характеризується швидкими, точними, координованими рухами і завжди поєднується зі статичною роботою, внаслідок чого утворюються складні рухові ансамблі.

Ергометрія. Механічна робота, яку здатна здійснити людина на протязі дня, залежить від багатьох факторів, тому важко вказати будь-яку величину. При русі людина здійснює роботу, так як при цьому енергія витрачається на періодичне невелике підняття тіла й на прискорення та уповільнення кінцівок, головним чином ніг. Робота перетворюється в нуль, коли переміщення немає. Але кожному з нас відома втома м’язів рук і ніг, якщо тримати нерухомо на витягнутій руці гирю або гантелю. В цьому випадку вантаж нерухомий і роботи немає. Втома свідчить про те, що м’язи здійснюють роботу. Таку роботу називають статичною роботою м’язів. Але статики, як її розуміють в механіці, в дійсності немає. Відбуваються дуже малі й часті невидимі оку скорочення й розслаблення м’язів, при цьому здійснюється робота проти сил тяжіння. Таким чином статична робота людини в дійсності являється звичайною динамічною роботою. Для виміру роботи людини застосовують прилади, які називаються ергонометрами. Відповідний розділ вимірювальної техніки називають ергонометрією.

Методи і прилади для вимірювання біомеханічних характеристик:

Метод біомеханіки − системний аналіз і системний синтез рухів на основі кількісних характеристик, зокрема кібернетичного моделювання рухів.

Біомеханіка спирається на дослідженнях рухів. За допомогою приладів реєструються кількісні характеристики, наприклад траєкторії швидкості, прискорення та інше, що дозволяють розрізняти рухи, порівнювати їх між собою. Біомеханічні дослідження досить широко використовуються не тільки в клінічній медицині (функціональна діагностика, ортопедія, травматологія, протезування), але й у спорті, при розробці різних антропоморфних механізмів (роботи, маніпулятори), при вирішенні інших прикладних задач.

1 2 3

Схожі:

План лекції І.Історія та розвиток біотехнології. ІІ. Об’єкти, методи... За стислий період свого розвитку (25-30 років) сучасна біотехнологія не тільки домоглася істотних успіхів, але і продемонструвала...	Предмет, методи і завдання курсу «Регіональна економіка» та його зв’язок з іншими дисциплінами Предмет регіональної економіки “захоплює” багато інших галузей економіки і, навпаки, практично усі інші галузі економіки мають справу...
Модуль суб’єкти інфраструктури товарного ринку Змістовний модуль... Предмет дисципліни "Інфраструктура товарного ринку" та його взаємозв'язок з іншими дисциплінами	Перелік питань для підготовки до підсумкового контролю Місце соціології в системі суспільствознавства, її зв’язок з іншими соціогуманітарними науками
1. Психологія як наука. Її предмет і завдання Зміст понять «психологія»,... Предмет, функції психологічної науки і практики в суспільному розвитку. Історія розвитку психологічної науки. Галузі психології....	1. Економіко-ге Економічна і соцiальна географія в системі географічних дисциплін і наук. Зв’язок економічної й соціальної географії з іншими науками....
«Вплив фізичної активності на опірність організму до хвороб», маю... Розділ Термодинамічні та синергетичні принципи біофізики складних систем (сторінки 97-147). Мова – російська	Питання до іспиту з курсу «Етнологія» Характеристика джерел для вивчення етнологічних проблем. Методи етнології. Зв'язок етнології з другими науками
1. Вступ до курсу історії держави і права України Предмет і завдання... Адже саме право є одним із найважливіших знарядь забезпечення справедливості прав і інтересів людини, це частина культури народу,...	5. Комунікативна слугування своєрідним «містком» між юрид і іншими суспільними науками. 6 Предмет загальної теорії права. Місце загальної теорії права в системі юридичних наук

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання