Лабораторная работа №7:

Поверхностного натяжения спиртовых растворов»

Изучить теоретический материал и ответить на вопросы:

1. В чем состоит сущность физического явления поверхностного натяжения?

2. Каков физический смысл коэффициента поверхностного натяжения, от чего он зависит, какова его размерность?

3. Явления смачивания и несмачивания.

4. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа.

5. Капиллярные явления. Подъем жидкости в капиллярных трубках.

6. Методы определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей.

7. Получите расчетную формулу для определения коэффициента поверхностного натяжения методом Ребиндера.

8. В чем сущность газовой эмболии и каковы условия ее возникновения?

9. Какова роль поверхностного натяжения сурфактанта легких в процессе дыхания?

Решить задачи:

1. В капилляре диаметром 2,8 мм, погруженном в воду перпендикулярно ее поверхности, вода поднялась на высоту 1 см. Определите по этим данным коэффициент поверхностного натяжения воды.

2. При температуре 0^оС коэффициент поверхностного натяжения на границе вода – воздух равен 75,6 мН/м, а при температуре 20^оС – 72,6 мН/м. На сколько процентов изменится массы капли выпадающей из капилляра, при изменении температуры от 0^оС до 20^оС?

3. Пузырек воздуха, попавший в кровеносный сосуд, имеет радиусы кривизны 0,2 мм и 0,6 мм. Определить добавочное давление в пузырьке, препятствующее кровотоку (ответ привести в Па и мм.рт.cт.). Коэффициент поверхностного натяжения на границе кровь – воздух 0,058 Н/м.

Литература:

1. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

2. Ф.К.Горский, Н.М. Сакевич, Физический практикум с элементами электроники.

3. И.А.Эссаулова и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Лабораторная работа № 16.

Элементы биомеханики.

Лабораторная работа № 4:

«Определение модуля упругости кости по изгибу»

Ответить на вопросы:

1. Что такое деформация твердого тела? Упругая и пластическая деформация? Перечислите основные виды деформа­ций твердых тел.

2. Что такое механическое напряжение?

3. Закон Гука для различных видов деформации. Физический смысл модуля упругости.

4. Диаграмма растяжения, пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности

5. Методика определения модуля упругости кости в данной лабораторной работе.

Решить задачи:

1. Подвешенное сухожилие длиной 9 см и диаметром 6 мм под действием груза массой 31,4 кг удлиняется на 1 мм. Определить модуль упругости сухожилия.

2. Мышца длиной 5 см и диаметром 4 мм сократилась на 1 мм. Какая при этом была совершена работа? Модуль Юнга для мышечной ткани считать равным 10⁷ Па.

3. Определить силу, необходимую для удлинения сухожилия сечением
4 мм² на 2% от его первоначальной длины. Модуль Юнга для сухожилия считать равным 10⁹ Па.

Литература:

1. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

2. Ф.К.Горский, Н.М.Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. Лабораторные работы №№ 4, 5.

3. И.А.Эссаулова и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Лабораторная работа № 17.

Лабораторная работа № 12

«Определение вязкости жидкости вискозиметром Оствальда»

Ответить на вопросы:

1. Вязкость жидкости, коэффициент вязкости, его физический смысл и размерность. Формула Ньютона.

2. Ньютоновские и неньютоновские жидкости.

3. Вязкость воды и вязкость крови. Факторы, влияющие на вязкость движущейся крови.

4. Ламинарное течение вязкой жидкости в цилиндрических трубах. Фор­мула Пуазейля.

5. Движение тел в вязкой жидкости. Закон Стокса. Метод падающего шарика для определения вязкости.

6. Капиллярные методы определения вязкости. Метод Оствальда.

7. Ротационный вискозиметр.

Литература:

1. Г.К. Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

2. А.Н. Ремизов. Медицинскя и биологическая физика.

3. Ф.К. Горский, Н.М. Сакевич, Физический практикум с элементами электроники.

 

Вопросы к семинару по теме: «Элементы гидро- и гемодинамики»

(к семинару по реологии*).

1. Основные понятия гидродинамики идеальной жидкости. Условие неразрывности струи. Объемная и линейная скорости крово­тока и связь между ними.

2. Уравнение Бернулли. Определение скорости движения жидкости с помощью трубки Пито. Всасывающее действие струи.

3. Вязкость жидкости. Формула Ньютона для силы трения в жидкости. Ньютоновские и неньютоновские жидкости.

4. Вязкость воды и вязкость крови, значение вязкости крови в норме и пределы измене­ния этого показателя при патологических процессах. Факторы, влияющие на вязкость движущейся крови в организме.

5. Основной закон течения вязкой жидкости - формула Пуазейля. Аналогия между законами гидродинамики и цепи электрического тока. Гидравлическое сопротивление.

6. Методы определения вязкости жидкости (метод Стокса, капиллярные методы, ротационные методы).

7. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Число Рейнольдса. Почему и в каких участках сосудистой системы течение кро­ви может иметь турбулентный характер? Как обнаруживается турбу­лентное течение крови? Каковы физиологические последствия турбу­лентного течения крови?

8. Роль разветвления и эластичности кровеносных сосудов в системе кровообращения. Пульсовая волна. Скорость распространения пульсовой волны.

9. Распределение давления и скорости крови в сосудистой системе, систолическое, диастолическое, сред­нее и пульсовое давление. Трансмуральное и гидростатическое давления?

10. Методы определения давления крови. Физические основы метода Короткова-Ривароччи. Методы определения скорости движения крови.

11. Работа и мощность сердца.

Литература:

1. Г.К. Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

2. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

 

Семинар по теме "Биоакустика"

Ответить на вопросы:

1. Гармонические колебания. Дифференциальное уравнение. Выражения для смещения.

2. Затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания.

3. Вынужденные колебания. Резонанс.

4. Энергия гармонического колебания. Сложение гармонических колебаний с одинаковыми и разными частотами.

5. Разложение колебаний в гармонический спектр. Теорема Фурье. Применение гармонического анализа для обработки диагностических данных.

6. Волны в упругой среде (продольные и поперечные). Уравнение волны, поток энергии волны, интенсивность.

7. Отражение и поглощение акустических волн, акустический импеданс, эффект Доплера.

8. Коэффициент отражения акустических волн, показатель поглощения и его зависимость от час­тоты акустических волн.

Решить задачи:

1. Интенсивность звука частотой 5 кГц равна 10^-9 Вт/м². Определить уровни интенсивности и громкости этого звука.

2. Уровень интенсивности звука от некоторого источника равен 60 дб. Чему равен суммарный уровень интенсивности звука от десяти таких ис­точников звука при их одновременном действии?

3. Уровень громкости звука частотой 200 Гц после его прохождения че­рез стенку понизился от 100 до 20 фон. Во сколько раз уменьшилась ин­тенсивность звука?

4. Ультразвуковая волна из воздуха проходит в воду перпендикулярно поверхности воды. Какая доля от падающей ультразвуковой энергии расп­ространяется в воде? Скорость распространения акустических волн в воде
1500 м/с, плотность воздуха 1,29 кг/м³.

5. Определите коэффициент отражения ультразвуковой волны на границе раздела мышца – кость. Считайте плотность кости 2 г/см³, мышцы – 1,2 г/см³. Примите скорость распространения акустических волн в кости рав­ной 4км/с, в мышце – 1,6 км/с.

6. Определите глубину нахождения инородного тела в мышечной ткани, если при ультразвуковой локации зафиксировано появление отраженного ультразвукового импульса через 20 мкс. Скорость ультразвука в мышечной ткани принять 1500 м/с.

Литература:

1. Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

2. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

 

Лабораторная работа №7:

"Определение спектральной чувствительности уха на пороге слышимости"

Ответить на вопросы:

1. Природа звука. Скорость звука. Классификация звуков (тоны, шумы).

2. Физические и физиологические характеристики звука (частота, интенсивность, спектральный состав, высота, громкость, тембр).

3. Диаграмма слышимости (порог слышимости, порог болевого ощущения, область речи).

4. Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости звука, связь между ними и единицы измерения.

5. Звуковые методы исследования в клинике. Аускультация и перкуссия. Фонокардиография. Аудиометрия.

6. Отражение и поглощение акустических волн, акустический импеданс,

7. Коэффициент отражения акустических волн, показатель поглощения и его зависимость от час­тоты акустических волн.

8. Ультразвук и методы ультразвукового исследования (УЗИ).

9. Методика определения порога слышимости (спектральной характеристики уха на пороге слышимости)

Литература:

1. Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

2. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

3. Ф.К.Горский, Н.М.Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. Лабораторная работа № 7.

 

Семинар "Транспорт веществ через биологические

мембраны. Биопотенциалы."

Ответить на вопросы:

1. Строение биологических мембран.

2. Виды движения липидов и белков в мембране (латеральная диффузия, флип-флоп, вращательная диффузия).

3. Пассивный транспорт веществ через мембрану, его виды. Простая и облегченная диффузия.

4. Математическое описание пассивного транспорта. Электрохимический потенциал. Уравнение Теорелла. Основное уравнение диффузии – уравнение Нернста-Планка. Закон Фика. Проницаемость мембран.

5. Активный транспорт ионов. Механизм активного транспорта на приме­ре натрий-калиевого насоса.

6. Возникновение мембранных потенциалов покоя. Равновесные потенциа­лы Нернста. Полное выражения для мембранного потенциала покоя (уравне­ние Гольдмана-Ходжкина-Катца).

7. Процессы в клетке при ее возбуждении. Деполяризация, реполяриза­ция, рефрактерные периоды, потенциал действия.

8. Распространение потенциала действия по безмиелиновому аксону.

9. Распространение потенциала действия по аксону, покрытому миели­новой оболочкой.

Решить задачи:

Из задачника Ремизова А.Н. 1987 г. изд.: 3.27, 3,29, 3,41, 3,44, 4.1.

Литература:

1. В.Г. Лещенко "Транспорт веществ через биологические мембраны. Мембранные потенциалы клетки."

2. Конспект лекций.

3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

Вопросы к семинару по биомеханике.

1.Дайте определение деформации твёрдого тела. В чём состоит различие между упругой и пластической деформацией? Перечислите основные виды деформации твёрдых тел.

2.Дайте определение механического напряжения, укажите размерность этой величины в СИ. Приведите и проанализируйте закон Гука для деформаций одноосного растяжения и сдвига. Модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, связь между ними.

3.Приведите и проанализируйте диаграмму растяжения. Определите пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности деформируемого материала в СИ.

4.Твёрдость материала, единица её измерения в СИ. Методы определения твёрдости, различие между ними.

5.В чём суть анизотропии биотканей, какова её природа.

6.В чём состоит явление вязкоупругости? Перечислите основные экспериментальные факты, которые иллюстрируют вязкоупругое поведение биотканей.

7.Механические свойства костной ткани.

8.Механические свойства суставного хряща.

9.Механические свойства мягких биологических тканей (сухожилия, кожа, ткань кровеносных сосудов).

Литература:

1.Инсарова Н.И., Лещенко В.Г. Элементы биомеханики. Учебно- методическое пособие, 2005г.

2.Глазер Р. Очерк основ биомеханики. Мир, 1988.

3.Бегун П.И., Шумейко Ю.П. Биомеханика. С-п., Политехника. 2000.

4.Дубовский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика, М. Владос пресс, 2003.

 

* Реология – раздел механики, который изучает законы течения жидкостей со сложной структурой. Так как к таким жидкостям можно отнести и кровь, то сегодня в медицине часто говорят о реологических свойствах крови.