Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА. ЕГО МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.



Физические основы работы аппарата речи человека.

Звук является источником информации. Человек обладает речью. На выдохе, когда через гортань проходит воздух, с помощью языка и губ можно регулировать интенсивность воздушного потоrа, а голосовые связки колеблются с той или иной частотой (в пределах от 20 до 20000 раз в секунду) создают звуки.

В гортани образуются стоячие волны, гортань служит резонатором, т.е. усилитель не всех, а лишь частот резонирующих с частотой колебания голосовых связок, это формирует тембр голоса (его окраску). Изменяя с помощью изменения положения языка и губ длину воздушного столба, формируются звуки и речь (произношение букв). При разговоре, пении, произношении звуков, в воздухе образуются волны с частотой от 20 до 20000 Гц, которые распространяются в пространстве со скоростью, зависящей от упругих свойств среды и являются продольными, т.е. колебание частот упругой среды в звуковой волне происходит в плоскости скорости волны.

Физические основы работы аппарата слуха человека.

Слуховая система связывает непосредственно приёмник звуковой волны с головным мозгом, она получает, преобразовывает и передаёт информацию.

Она состоит из:

1) наружного уха

2) среднего уха;

3)внутреннего уха

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода.

С помощью ушной раковины, на которой дифрагируют звуковые волны - т.е. огибают её, человек научился определять направление звука (откуда он). В зависимости от разности фаз (т.к. разность хода возникает из-за разного расстояния источника звуковых волн до одного и другого уха) волны дошедшие от одного и другого уха и определяется направление на источник звука. (2) Из наружного уха звук попадает в среднее ухо, существенная часть которой является барабанной перепонкой, способная совершать колебания в диапазоне звуковых частот (20-20000 Гц). На нее действует звуковое давление (р1), обуславливающее силу звукового давления (F1)

F1=P1*S1

S-плошадь барабанной перепонки.

На овальное окно внутреннего уха действует сила F2=P2*S2

Р2 - звуковое давление в жидкой среде

Среднее ухо увеличивает в 26 раз (или на 26 дБ) давление, передаваемое из внешней среды внутреннему уху. Кроме того, при звуке большой интенсивности, среднее ухо ослабляет его при передаче внутреннему уху.

Барабанная перепонка вступает в резонанс с частотой поступающей к ней звуковой волны. Она обладает частотно-избирательными свойствами. Во внутреннем ухе происходит: колебание мембраны овального окна - сложные колебания основной мембраны - раздражение волосовых клеток (рецепторы) - генерация электрического сигнала, поступающего в мозг.

Ультразвук. Применение и источники ультразвука. Действие ультразвука на ткани организма. Использование ультразвука в медицине.

Ультразвук – механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхний предел ультразвука 10^9 – 10^10 Гц.

Для генерации ультразвука применяют устройства УЗ-излучатели – электромеханические излучатели. Они основаны на явлении обратного пьезоэффека под действием электрического поля некоторые кристаллы (кварцы, сегнетова соль, керамика на основе титана, бария и др.) деформируются. На пластинку с хорошо выраженным пьезоэффектом подаётся переменное напряжение с частотой, подобранной для данного материала определённой толщины. Пластинка, вступившая в резонанс с внешним напряжением, начинает колебаться с той же частотой, в пространстве излучается УЗ-волна данной частоты.

Применение УЗ создаётся уже на основе пьезоэффекта – возникновение напряжения при деформации кристалла, которое может быть измерено.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения. Отражение УЗ на границе раздела двух сред зависит от соотношения волновых сопротивлений. УЗ-волны хорошо отражаются от границы мышцы-надкостница-кость, поверхности полых органов и т.д., поэтому можно определить расположение и размеры неоднородных включений полостей внутренних органов и т.д.

Скорость УЗ-волн и их поглощение зависит от состояния среды (УЗ используют для изучения молекулярных свойств вещества).

При воздействии УЗ на биологические ткани возникают: микровибрации на клеточном уровне, разрушение био-макро-молекул. Перестройка и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран; тепловое действие; разрушение клеток и микроорганизмов.

Ультразвук в медицине используется в диагностике, либо как метод воздействия на ткани.

 

Физические процессы в тканях организма под действием электромагнитных высокочастотных токов и полей.

Ткани организма представляют собой совокупность проводящих тканей электролитов, и диэлектрических - костная, нервная, сухожилия и др. Если живую ткань поместить в переменное электрическое поле высокой частоты, то в них происходят физические процессы, связанные со смещением ионов проводящих тканях и колебаниях дипольных молекул в электриках.

В тканях возникают токи смещения «токи проводимости». При этом в тканях выделяется количество теплоты которое зависит от

электрической проницаемости (S), удельного сопротивления и частоты колебаний электрического поля. Подбирав соответствующую частоту, можно вызвать выделение теплоты в нужных органах и тканях. В растворах электролитов высокочастотное электрическое поле вызывает токи проводимости, сопровождающиеся выделением количества теплоты:

! Q1=k1*r*E^2! r – удельная электропроводимость тканей; Е – напряженность электрического поля.

В диэлектриках под действием переменного электрического поля происходит переориентация дипольных молекул с частотой колебаний поля. Вращательные колебания молекул в диэлектриках сопровождаются потерями энергии, затрачиваемой на преодоление кулоновских сил притяжения, удерживающих молекулы в равновесном положении – это диэлектрические потери, они зависят от природы диэлектрика и характеризуются велечиной tg «сигма» («сигма» - угол отставания по фазе колебаний молекулы от колебаний электрического поля.

! Q2=k2*сигма* сигма0*ню*Е^2* tg «сигма» ---- количество теплоты, выделяющеесе в диэлектрических тканях под действием переменного электрического поля.

«Ню» - частота колебаний, к – коэффициент пропорциональности.

При «ню»=40, 58*10^6 Гц в диэлектриках выделяется большие количества теплоты, чем в электролитах. Но и вращательные колебания молекул диэлектриков при УВЧ-терапии оказывают значительное влияние на физиологическое состояние клетки (осцилляторное действие поля).

Все это приводит к активации биохимических и физиологических процессов.

 

Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса.

Виды люминесценции. Фотолюминесценция. Правило Стокса.

Тормозное рентгеновское излучение. Спектр излучения и

Биофизические основы действия ионизирующего излучения на организм. Использование ионизирующего излучения и радионуклеотидов в медицине.

1) При взаимодействии вода ионизируется => образуются хим. активные радикалы => образуется H2O2, OH- - химически активные радикалы и ионы, вступают в химическую реакцию с веществом клетки => серъёзные заболевания.

Изотопы, излучающие излучение – радионуклеотиды. Одни изотопы стабильны, другие нет. Химически они неразличимы, а физически – да.

Использование в медицине: Фиксируют нестабильные изотопы. Для определения заболеваний щитовидной железы человеку вводят радиоактивный J и наблюдают за активностью щитовидной железы. Аналогично наблюдают за работой почек.

2) Лечение – локальное воздействие на опухоли. Воздействие ионизирующим излучением радионуклеотидов Co. Важно, что альфа-частица хорошо взаимодействует с веществом, у бета – меньше заряд и масса => взаимодействие с веществом в меньшей степени. Гамма – излучение – э/м волна => степень ионизации различна. Всё ионизирующее вещество переносит ограниченную E.

 

ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА. ЕГО МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.

Эффектом Доплера называется изменение волн, воспринимаемых наблюдателем, вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя.

Если Vи-скорость движения источника волн,

Vн -скорость движения наблюдателя,

V-скорость распространения волны.

Длина волны, скорость и частота связаны соответствием: ! длина волны =V/ню!, то частота, воспринимаемая наблюдателем, при сближении с источником волн: ! Ню'=(V+Vн/V-Vн)*Ню!, т е.она, бльше испускаемой. При удалении источника от наблюдателя: ! Ню''=(V-Vн/V+Vн)*НЮ! воспринимаемая частота меньше испускаемой. Это свойство нашло применение в медико-биологических исследованиях. Например, для определения скорости течения крови, скорости движения клапанов и стенок сердца.

Ультразвуковая волна частотой НЮr и скоростью V направляется на движущийся объект воспринимается технической системой( приемником). Приемник принимает из-за эффекта Доплера уже другую частоту!

Ню пр = (V+Vo/V-Vo)*НЮr так как скорость ультразвука V> > Vo. (скорость движения исследуемогообъекта, то! Ню2=2Vo*НЮi/V! -доплеровский сдвиг частоты.

 

9 Энергия волны. Поток энергии волн. Вектор Умова.

Волновой процесс связан с распределением энергии. Количественной Характеристикой перенесенной энергии является поток энергии(ф).

1) ф=dE/dt

dE- энергия, переносимая волнами через некоторую поверхность

dt - время, в течение которого эта энергия перенесена. [ Ф]=Дж/с=Вт- единица измерения потока энергии;

С другой стороны:

2) ф=Wр *S*V

Wp=dE/dv - объемная плотность энергии, колебательного движения, Sv- объем некоторого пространства. v - скорость волны; S- площадь поверхности, которую она пересекает при! V(-> ) _|_ S!.

Плотность потока энергии (I) - поток энергии приходящийся на единицу площади в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны: ! I=Ф/S=Wp*V; [I]=Вт/м^2! размерность

Вектор Умова I(-> )=Wp*V(-> ) показывает направление распространение волны и равен потоку энергии волн проходящему через единицу площади в перпендикулярно этому направлению.

I=(p*A^2*W^2/2)*V(-> ) – вектор Умова

p -плотность среды;

А - амплитуда колебания частиц;

W - частота колебаний;

V - скорость волны.

10 Виды звука. Физические характеристики звуков.

Звук - механические волны, распространяюищеся в упругой среде частотой от 20-20000Гц.

Принято различать:

1)тоны или музыкальные звуки

2)шумы;

3)звуковые удары

1.Тон-звук, являющиеся периодическим процессом. Если он гармонический (изменяется по законусинуса или косинуса), то он называется простым (чистым). Гармонический спектр дискретен

2. В отличие от муз. Звуков шумы не носят периодический характер. Гармонический спектр сплошной.

3. Кратковременные непериодические звуковые колебания большой амплитуды

Физ. характеристика звука:

а) амплитуда

б) частота

в) гармонический спектр

Сложный тон можно разложить на простые.

Наименьшая частота является основной Vо (амплитуда ее наибольшая). Остальные гармоники имеют частоты кратные основной. Дальше график зависимости. по горизонтали t, вертик А

По мере возрастания частоты амплитуда убывает.

Набор частот с указанием их относительной интенсивности (амплитуды -А) называется гармоническим сектором сложного тока, он линейчатый.

Шум- звук, со сложной, неповторяющейся временной зависимостью.

эвуковой удар – кратковременные звуковые воздействия - хлопок, взрыв.

Энергетической характеристикой является интенсивность - Вектора Умова

I(-> )= (W^2*р*А^2/2)*U(стрелка вектора)

w-частота волны

р - плотностьь среды

А - амплитуда волны

V – скорость

 

11 Характеристика слухового опущения и их связь с физическими характеристками звука. Звуковые измерения.

Звук является объектом слуховых ощущений. Воспринимая тоны, человек ощущает их по высоте.

Высота - субъективная характеристика, обусловленнаячастотой основного

тона (в основном). Высота зависит от сложности тона и его интенсивности.

Звук большей интенсивности воспринимается как более низкий тон.

Тембр определяется исключительно спектральным составом (набором гармоник).

Громкость - характеризует уровень слухового ощущения. Путем сравнения слухового ощущения от двух источников громкость может быть оценена.

В основе создания шкалы уровней громкости лежит важный психофизический закон Вебера-Фехнера: если увеличивать уровень раздражения (интенсивность-I) в n раз, то ощущение этого раздражения (громкость-Е) возрастает на n, т.е на одинаковую величину. Математически это значит: Е=k*lgI/Io

k-коэффициент пропорциональности зависит от частоты и интенсивности.

Условно считают, что на частоту 1000 Гц шкалы громкости и интенсивности совпадают E=10lgI/Io. При этом уровень интенсивности измеряется в децибелах(дБ), а уровень громкости в фонах. На других частотах громкость измеряют, сравнивая исследуемый звук со звуком частотой 1000 Гц. Изменяют интенсивностьпри следующих частотах (20, 50, 100, 200, 400...Гц), до тех пор, пока не возникнет слуховое ощущение аналогично слуховому ощущению при 1000Гц. Построение кривой равной громкости (рис 8.4 с 134- Ремизов) на основании данных людей снормальным слухом.

Нижняя кривая - порог слышимости для разных интенсивности и частот. Каждая промежуточная кривая отвечает одинаковой громкости, но I и ню (частотой).

Метод измерения остроты слуха называется в медицине аудиометрией. На специальном приборе определяют порог слухового ощущения коры слухового ощущения на разных частотах. Сравнивая аудиограмму больного человека, с нормальной кривой порога слухового ощущения, можно судить о потере слуха человека.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 402; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.042 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь