План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1




НазваниеПлан Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1
страница1/8
Дата публикации06.07.2013
Размер0.76 Mb.
ТипЛекция
zadocs.ru > Физика > Лекция
  1   2   3   4   5   6   7   8



.


ЛЕКЦИЯ 1

ВВЕДЕНИЕ

План

1. Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике.

1.

Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.

Физика стремится расшифровать структуру материи, обнаруживая все более мелкие структурные единицы – атомы, электроны, нуклоны, кварки. Изучение физики связано с изучением форм и законов движения тел, так как движение представляет собой форму существования материи.

Перед физикой стоят следующие задачи:

1. исследовать явления природы и найти законы, которым они подчиняются;

2. установить причинно – следственные связи между вновь открытыми явлениями и явлениями, изученными ранее;

3. применить полученные знания для дальнейшего активного воздействия на природу.

Физические методы исследования:

1. наблюдение – изучение явлений в естественной, природной обстановке. Научное наблюдение представляет далеко не простую задачу, так как требует умения совместно сгруппировать ряд родственных явлений, отметив их характерные черты сходства и различия, выяснения факторов, от которых зависит изучаемое явление, и установления влияния каждого фактора в отдельности при сохранении неизменными всех остальных;

2. эксперимент – изучение явления путем его воспроизведения в искусственной, лабораторной обстановке. Эксперимент имеет ряд преимуществ перед наблюдением. Он экономит время, ускоряя возможность изучения явления, так как ученый не ждет, пока это явление произойдет в природе, а искусственно создает его в нужный момент в лаборатории. Эксперимент очень часто расширяет диапазон изучения явлений. Например, в природе происходит колебание температур в очень небольшом интервале, в лаборатории же можно создать температуры очень высокие и очень низкие, приближающиеся к абсолютному нулю. Эксперимент позволяет производить исследования при помощи сложных стационарных приборов, то есть производить их значительно точнее, чем в природных условиях.

Эксперимент позволяет: 1)изолировать исследуемый объект от влияния побочных, несущественных и затемняющих его сущность явлений и изучать его в «чистом» виде; 2)многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксированных, поддающихся контролю и учету условиях; 3)планомерно измерять, варьировать, комбинировать различные условия в целях получения искомого результата.

Анализ экспериментальных данных и приводит к установлению физических законов. Именно таким путем был открыт известный закон Ома.

3. создание гипотез – научных предположений, выдвигаемых для объяснения явления. Известны примеры, когда новые физические закономерности были сначала предсказаны теоретически и лишь затем обнаружены экспериментально. К числу таких открытий относится знаменитое соотношение Эйнштейна, связывающее массу и энергию частиц. И в этих случаях эксперимент в физике играет решающую роль. Физическими законами становятся лишь те теоретические предсказания, которые подтверждаются экспериментом.

Объектом изучения физики являются наиболее простые свойства и структуры материи, ученые – физики при экспериментах могут применять мощные физические воздействия и методы упрощения систем. Фундаментальные физические законы лежат в основе фундаментальных химических и биологических закономерностей.

Биофизика выделилась в отдельную науку, так как ее объект, живой организм, не допускает ни произвольных гипотез, ни жестких очисток, ни мощных воздействий. Достаточно по примеру физики сделать хотя бы одно допущение, например, что лекарство абсолютно не токсично в любых дозах, - и будут решены почти все проблемы медицины, патология исчезнет, но погибнет и живой организм.

Цель биофизики – познание закономерностей процессов в живом организме, поэтому есть отличие в применяемых методах и относит биофизику к разделу биологических наук.

Биофизика изучает:

физические явления – биотоки, ток крови, движения животных, диффузию различных веществ в живом организме, то есть биологические формы движения материи;

физические свойства живых тканей – электропроводность, оптическую плотность, поверхностное натяжение, теплоемкость и т.д., дающие возможность расшифровать особенности биологических структур;

первичные физико – химические процессы, происходящие в тканях, клетках.

Таким образом, биофизика – наука о наиболее простых и фундаментальных взаимодействиях, лежащих в основе биологических явлений.


ЛЕКЦИЯ 2

^ МЕХАНИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

План

1. Механическое движение. Система отсчета.

2. Скорость и ускорение как производные.

3. Криволинейное движение. Составляющие ускорения.

4. Законы Ньютона.

5. Импульс. Закон сохранения импульса.

1.

Механическим движением называется любое изменение взаимного положения материальных тел или их частей, происходящее в пространстве с течением времени. Движение материи многообразно по своим проявлениям и существует в различных формах, начиная от механического движения и заканчивая сложнейшими биологическими процессами.

Поступательным называется движение твердого тела, при котором любая прямая, связанная с телом, перемещается параллельно самой себе.

Механикой называется раздел физики, в котором изучается простейшая форма движения материи – механическое движение; например, перемещение транспортных средств, деталей машин, а так же органов человека и животных.

Биомеханикой называют раздел биофизики, в котором рассматривают механические свойства тканей и органов, а также механические явления, происходящие в живых организмах в процессе их жизнедеятельности. Простейшим объектом исследования механики является материальная точка – тело, размерами и формой которого в пределах данной задачи можно пренебречь. Дело здесь не в абсолютных размерах тела, а в отношении его размеров к расстояниям, характерным для данной задачи.

Перемещение тела в пространстве можно рассматривать только относительно другого тела, которое мы принимаем за неподвижное (абсолютно неподвижных тел в природе не существует). Такое тело называют телом отсчета, и с ним совмещают начало системы координат. Наблюдение за положением МТ в разные моменты времени производят с помощью часов. Тело отсчета, координатные оси и часы образуют систему отсчета.

Рис. 1

Линию, по которой движется МТ, называют траекторией.

Расстояние, пройденное точкой по траектории, есть путь S, а отрезок, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называют перемещением .

Определить положение тела в любой момент времени можно, зная уравнение движения .


2.

Рассмотрим движение эритроцита, перемещающегося вместе с потоком крови по прямолинейному участку артерии. В условиях данной задачи его можно принять за материальную точку. Пусть в момент времени координата МТ будет , а в момент времени координата будет . Тогда за промежуток времени перемещение точки будет . Отношение пройденного перемещения к промежутку времени , за который это перемещение было пройдено, называют средней скоростью МТ:

.

Основная единица измерения скорости в СИ - м/с.

Если движение равномерное, то средняя скорость одна и та же при любом промежутке времени. Однако при неравномерном движении тело за одинаковые промежутки времени проходит неодинаковые расстояния. Следовательно, при таком движении величина средней скорости зависит от выбора промежутка времени. Для определения мгновенной скорости в данной точке траектории необходимо выбрать промежуток времени настолько малым, чтобы движение тела в течение этого промежутка времени можно было считать равномерным.

Мгновенной скоростью неравномерного движения тела в данной точке траектории (или в данный момент времени) называют предел, к которому стремится средняя скорость при бесконечном уменьшении промежутка времени, за который она определяется:

.

Из математики известно, что предел отношения функции к приращению аргумента есть производная функции по этому аргументу, то есть . Таким образом, мгновенная скорость есть производная перемещения (или координаты) по времени.

Быстроту изменения скорости характеризует величина, называемая ускорением. Если за промежуток времени скорость изменилась на величину , то среднее ускорение за этот промежуток времени . Основная единица измерения ускорения в СИ – м/с 2 .

По аналогии со скоростью, мгновенным ускорением будет первая производная скорости по времени или вторая производная перемещения по времени:

.

Многие биологические процессы протекают крайне неравномерно. Таково, например, движение клапанов сердца. Таким образом, для изучения и диагностики многих физиологических процессов необходимо измерять мгновенные скорости и ускорения некоторых органов.

3.

Криволинейным называется движение, при котором траекторией МТ является кривая линия.

Если МТ движется по криволинейной траектории, то ее скорость изменяется не только по величине, но и по направлению.

Рис. 2

Тогда изменение скорости характеризуется двумя составляющими ускорения:

1. тангенциальным – характеризует изменение скорости по величине, совпадает по направлению с вектором скорости, ;

2. нормальным – характеризует изменение скорости по направлению, перпендикулярно вектору скорости, .

Полное ускорение МТ определяется по формуле .

4.

Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются обобщением результатов огромного человеческого опыта.

^ Первый закон Ньютона: существуют системы отсчета, относительно которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока взаимодействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью.

Из опыта известно, что при одинаковых воздействиях различные тела неодинаково изменяют скорость своего движения, то есть приобретают различные ускорения. Таким образом, ускорение тела зависит не только от величины воздействия, но и от свойств тела.

Масса тела – физическая величина, определяющая его инертные и гравитационные свойства.

Основная единица измерения массы в СИ – кг.

,

где ρ – плотность вещества – масса единицы объема.

Сила – это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или деформируется.

Основная единица измерения силы в СИ – Н.

^ Второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе тела.

.

Если на тело действует несколько сил, то во втором законе Ньютона под понимают равнодействующую силу.

^ Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, равными по величине и противоположными по направлению.

Силы, о которых говорится в третьем законе Ньютона, приложены к разным телам и являются силами одной природы.

Иллюстрацией третьего закона Ньютона является движение рыб и пиявок, которые в процессе движения отталкивают воду назад, а сами движутся вперед. Плывущая пиявка отгоняет воду назад волнообразными движениями тела, а рыба - взмахами хвоста.

5.

Перепишем второй закон Ньютона в виде:

.

Ускорение тела есть первая производная скорости по времени, тогда:

.

Импульсом (количеством) движения называется векторная физическая величина, численно равная произведению массы тела на его скорость.

.

Основной единицей импульса тела в СИ является кг м/с.

Тогда второй закон Ньютона можно переписать в виде: - скорость изменения импульса тела равна действующей на него силе.

Совокупность тел, рассматриваемых как единое целое, называется механической системой. Силы взаимодействия между телами механической системы называются внутренними. Силы, с которыми на тела системы действуют внешние тела, называются внешними. Механическая система тел, на которую не действуют внешние силы, называется замкнутой (изолированной).

Рассмотрим механическую систему, состоящую из двух тел массами и , движущимися со скоростями и соответственно. Эти тела действуют друг на друга с силами и. Пусть и - равнодействующие внешних сил, действующих на эти тела.

Запишем второй закон Ньютона для этих тел:

.

Сложим почленно эти уравнения и получим:

.

По третьему закону Ньютона силы и равны по величине и противоположны по направлению, значит их сумма равна нулю.

- есть импульс системы.

Тогда - производная по времени от импульса механической системы равна геометрической сумме внешних сил, действующих на систему.

В случае замкнутой системы .

Из математики известно, что производная равна нулю только для постоянного числа.

^ Закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы тел остается неизменным при любых движениях и взаимодействиях тел системы.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 icon1. Социология как наука 1
Сегодня социология – это самостоятельная наука и учебная дисциплина, имеющая свой объект и предмет исследования, свою структуру и...

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconВопросы к зачету по биофизике
Предмет биофизики, ее объекты и методы исследования. Название и характеристика основных разделов биофизики

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconДемография как отрасль знаний о населении
...

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconВопросы для подготовки к экзамену по физике
Предмет физики. Методы физического исследования. Структура курса физики. Основные единицы си

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconКто из ученых ввел в научный оборот термин «Демография»?
Тема Демография как наука, её объект и предмет исследования. Задачи и методы демографии

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconЭкзаменационные вопросы по курсу "Естествознание: Основы биологии"
Биология как наука: предмет изучения, методы исследования, классификация биологических дисциплин, актуальные проблемы и значение...

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconВопросы к экзамену Тема Психодиагностика как наука [1, Введение], [2, параграф 1]
Неэмпирические методы исследования, связь неэмпирических методов с этапами психологического исследования

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconМетодические указания к лабораторным работам по физике физика атомов и молекул, ядерная физика
Методические указания к лабораторным работам по физике. Физика атомов и молекул / Владимирский государственный университет: Сост.:...

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconКультурология как наука: предмет, задачи, методы исследования
Различия в образе жизни народов задаёт небиологически наследуемая культурная традиция. Например, индейцы, рождённые в индейской языковой...

План Физика как наука. Биофизика. Предмет и методы исследования в физике и биофизике. 1 iconВопросы к экзамену и темы рефератов по курсу «Общий психологический практикум»
Наблюдение и эксперимент как общенаучные методы исследования. Наблюдение и другие описательные методы исследования (опрос, анализ...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов