|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Законы физики и организм человекаСтр 1 из 6Следующая ⇒
Дыхание закон Бойля –Мариотта Как мы дышим? Объем воздуха между легочными пузырьками и внешней средой осуществляется в результате ритмичных дыхательных движений грудной клетки. При вдохе объем грудной клетки и легких увеличивается, при этом давление в них понижается и воздух через воздухоносные пути (нос, горло) входит в легочные пузырьки. При выходе объем грудной клетки и легких уменьшается, давление в легочных пузырьках повышается и воздух с избыточным содержанием оксида углерода (углекислого газа) выходит из легких наружу. Здесь применим закон Бойля –Мариотта, то есть зависимость давления от объема. Долго ли мы сможем не дышать? Даже тренированные люди могут задерживать дыхание на 3-4 и даже 6 минут, но не дольше. Более длительное кислородное голодание может привести к смерти. Поэтому кислород должен поступать в организм постоянно. Дыхание – перенос кислорода из окружающей среды внутрь организма. Основной орган дыхательной системы – легкие, вокруг которых имеется плевральная жидкость.
Применение закона Бойля-Мариотта Газовые законы активно работают не только в технике, но и в живой природе, широко применяются в медицине. Закон Бойля-Мариотта начинает «работать на человека»(как впрочем и на любого млекопитающее) с момента его рождения, с первого самостоятельного вздоха. При дыхании межреберные мышцы и диафрагма периодически изменяют объем грудной клетки. Когда грудная клетка расширяется, давление воздуха в легких падает ниже атмосферного, т.е. «срабатывает» изотермический закон (pv=const), и в следствие образовавшегося перепада давлений происходит вдох.
Дыхание легочное: диффузия газов в легких Для того, чтобы обмен путем диффузии был достаточно эффективным, обменная поверхность должна быть большой, а диффузинное расстояние - маленьким. Диффузионный барьер в легких полностью отвечает этим условиям. Общая поверхность альвеол составляет около 50 - 80 кв. м. По своим структурным особенностям ткань легких подходит для осуществления диффузии: кровьлегочных капилляров отделена от альвеолярного пространства тончайшим слоем ткани. В процессе диффузии кислород проходит через альвеолярный эпителий, интерстициальное пространство между основными мембранами, эндотелий капилляра, плазму крови, мембрану эритроцита и внутреннюю среду эритроцита. Суммарное диффузное расстояние составляет всего около 1 мкм. Молекулы углекислого газа диффундируют по тому же пути, но в обратном направлении - от эритроцита к альвеолярному пространству. Однако диффузия углекислого газа становится возможной только после высвобождения его из химической связи с другими соединениями. При прохождении эритроцита через легочные капилляры время, в течении которого возможна диффузия (время контакта), относительно невелико (около 0, 3 с). Однако этого времени вполне достаточно для того, чтобы напряжение дыхательных газов в крови и их парциальное давление в альвеолах практически сравнялись. Опыт определить дыхательный объём и жизненную ёмкость лёгких. Цель: определить дыхательный объём и жизненную ёмкость лёгких. Оборудование: воздушный шарик, измерительная лента. Ход работы : Надуем воздушный шарик, как можно сильнее за N (2) спокойных выдохов. Измерим шарика диаметр и рассчитаем его объем по формуле:
Вычислим дыхательный объем своих лёгких: Надуем шарик ещё два раза и вычислим среднее значение дыхательного объёма своих лёгких
N=2
Определим жизненную ёмкость лёгких (ЖЕЛ) – наибольший обьем воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. Для этого, не отнимая шарик ото рта, сделаем глубокий вдох через нос и максимальный выдох через рот в шарик. Повторим 2 раз. d=26см=0, 26м
Переведём результаты в литры и сравним с нормой: Определим свой ЖЕЛ по формулам принятым в медицине: 4, 52 – 4, 78л для юношей и 2, 5 – 3, 5л для девушек. – ЖЕЛ = (рост (м) * 5, 2 – возраст(лет)*0, 022) – 4, 2 (для юношей) – ЖЕЛ = (рост (м) *4, 1– возраст(лет)*0, 018) – 3, 7 (для девушек) – ЖЕЛ = (с1, 75до1, 80 * 5, 2 – 17*0, 022) – 4, 2 (для юношей) = с4, 52до4, 78 – ЖЕЛ = (1, 58 *4, 1– 170, 018) – 3, 7 (для девушек) = 2, 472л
Сердце и кровеносные сосуды Как рботает наше сердце. Одним из основных органов нашего тела является сердце. Кровяное давление Кровяное давление создается сердечными сокращениями и сопротивлением стенок сосудов.
Закон Бернулли Давление в сосудах зависит от их толщины, что объясняется законом Бернулли. Давление в крупных венах меньше атмосферного, что является причиной всасывания воздуха при повреждении сосуда. В артериях давление превышает атмосферное. В артериях давление превышает атмосферное. Пульсация крови при венозном кровотечении сглаживается вследствие эластичности сосудов и наличия трения. Таблица 1.1. Скорость и давление крови в различных сосудах
На первый взгляд кажется, что приведенные значения противоречат уравнению неразрывности - в тонких капиллярах скорость кровотока примерно в 1000 меньше, чем в артериях. Однако это несоответствие кажущееся. Дело в том, что в табл. 1.1 приведен диаметр одного сосуда. Эта величина действительно уменьшается по мере разветвления. Однако суммарная площадь разветвления возрастает. Так, суммарная площадь всех капилляров (около 2000 см2) в сотни раз превышает площадь аорты - этим и объясняется такая малая скорость крови в капиллярах. Малая скорость кровотока в капиллярах необходима для обеспечения эффективного обмена между кровью и тканями. Уравнение Бернулли Для идеальной жидкости (сила трения полностью отсутствует) справедливо уравнение, которое было получено швейцарским математиком и физиком Даниилом Бернулли (1700-1782). Рассмотрим тонкую трубку тока и выделим в ней два произвольных сечения (рис. 2).
Рис. 2. Параметры сечений в трубке тока В общем случае эти сечения находятся на различных высотах (h1 и h2), а их площади различны (S1 и S2). Вследствие уравнения неразрывности различны будут и скорости течения жидкости в этих сечениях (v1 и v2). Обозначим давления жидкости в этих сечениях Р1 и Р2 соответственно. Используя закон сохранения механической энергии, можно доказать, что для этих сечений выполняется следующее соотношение:
где Так как выбор сечения трубки произволен, то соотношение (7.3) можно записать в общем виде, который называется уравнением Бернулли:
Давление Р называют статическим. Это давление, которое оказывают друг на друга соседние слои жидкости. Его можно измерить манометром, который движется вместе с жидкостью. Величину ρ v 2/2 называют динамическим давлением. Оно обусловлено движением жидкости. Гидростатическое давление ρ gh - это давление, создаваемое весом вертикального столба жидкости высотой h. Уравнение Бернулли формулируется следующим образом: Измерение скорости жидкости Установим в разных местах горизонтальной цилиндрической трубы (струи жидкости) одного сечения две трубки: 1) манометрическую трубку, плоскость отверстия которой расположена параллельно движению жидкости; 2) трубку, изогнутую под прямым углом навстречу движению жидкости (трубку Пито) (рис. 6). В движущемся потоке жидкость в трубках поднимается на разную высоту. Давление под манометрической трубкой равно статическому давлению Р. Оно уравновешивается давлением атмосферы Ра и давлением столба жидкости h2:
Давление в торце трубки Пито складывается из статического давления P и динамического давления
Вычитая из второго уравнения первое, получим
где
Имея систему двух таких трубок, вычисляют скорость потока жидкости по формуле (1.10).
Основные понятия и формулы
Аккомодация Аккомодация – способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на более далеком расстоянии. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачной студенистой жидкостью, образующей стекловидное тело. По своему устройству глаз как оптическая система сходен с фотоаппаратом. Роль объектива выполняет хрусталик совместно с преломляющей средой передней камеры и стекловидного тела. Изображение получается на светочувствительной поверхности сетчатки. Наводка на резкость изображения осуществляется путем аккомодации. Наконец, зрачок играет роль изменяющегося по диаметру диафрагмы. Способность глаза к аккомодации обеспечивает возможность получения на сетчатке резких изображений предметов, находящихся на различных расстояниях. Нормальный глаз в спокойном состоянии, т.е. без какого-либо усилия аккомодации, дает на сетчатке отчетливое изображение удаленных предметов (например, звезд). С помощью мышечного усилия, увеличивающего кривизну хрусталика и, следовательно, уменьшающего его фокусное расстояние, глаз осуществляет наводку на нужное расстояние. Наименьшее расстояние, на котором нормальный глаз может отчетливо видеть предметы, меняется в зависимости от возраста от 10 см (возраст до 20 лет) до 22 см (возраст около 40 лет). В более пожилом возрасте способность глаза к аккомодации еще уменьшается: наименьшее расстояние доходит до 30 см и более – возрастная дальнозоркость. Далеко не у всех людей глаз является нормальным. Нередко задний фокус глаза в спокойном состоянии находится не на самой сетчатке (как у нормального глаза), а с той или другой стороны от нее. Если фокус глаза в спокойном состоянии лежит внутри глаза перед сетчаткой, то глаз называется близоруким. Такой глаз не может отчетливо видеть отдаленные предметы, так как напряжение мышц при аккомодации еще сильнее отделяет фокус от сетчатки. Для исправления близорукости глаза должны быть снабжены очками с рассеивающими линзами. В дальнозорком глазе фокус при спокойном состоянии глаза находится за сетчаткой. Дальнозоркий глаз преломляет слабее нормального. Для того чтобы видеть даже весьма удаленные предметы, дальнозоркий глаз должен делать усилие; для видения близко лежащих предметов аккомодационная способность глаз уже недостаточна. Поэтому для исправления дальнозоркости употребляются очки с собирающими линзами, приводящий фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку. Пресбиопия Другим распространенным недостатком зрения является пресбиопия - возрастное ослабление способности глаза к аккомодации (иногда ее неправильно называют старческой дальнозоркостью). Пресбиопия связана с возрастным уменьшением эластичности хрусталика и ослаблением кольцевой мышцы. При этом увеличивается ближний предел аккомодации. Дальний предел аккомодации остается неизменным. При пресбиопии невозможно получение на сетчатке четкого изображения близко расположенных предметов. Обычно речь идет об объектах зрительной работы - текстах, экранах и т.п. Для компенсации пресбиопии используют «очки для чтения». У человека с нормальной формой глаза это очки с положительной оптической силой. У дальнозоркого человека это очки с большей оптической силой, чем для наблюдения удаленных предметов. У близорукого человека это очки с меньшей оптической силой, чем у очков, которыми он пользуется обычно. Астигматизм Аберрации, свойственные обычным линзам, у глаз почти не проявляются. Сферическая аберрация весьма незначительна, так как зрачок ограничивает приосевой пучок света. Сферическая аберрация в хрусталике не проявляется, так как его оптическая плотность в середине выше, чем на периферии. Хроматическая аберрация не проявляется по ряду причин, в том числе и из-за малости расстояния между узловой точкой и сетчаткой - по-разному преломленные лучи просто не успевают разойтись на значительное расстояние. Отсутствует и астигматизм косых лучей, так как оптическая ось глаза всегда устанавливается в направлении наблюдаемого объекта. Единственный недостаток светопроводящего аппарата глаза, присущий обычным оптическим системам, это астигматизм, обусловленный его асимметрией. В норме поверхность роговицы и поверхность хрусталика являются сегментами почти идеальных сфер. Однако у некоторых людей кривизна одной или обеих этих поверхностей в одной плоскости оказывается большей, чем в другой. В офтальмологии этот дефект и называют астигматизмом. При астигматизме глаз не способен видеть взаимно перпендикулярные линии одинаково резко. Для компенсации астигматизма используют «цилиндрические» линзы, асимметрия которых противоположна асимметрии глаза.
· Хрусталик глаза человека представляет собой двояковыпуклую линзу и обладает большой светопреломляющей способностью. Ось хрусталика совпадает с осью глазного яблока. Вещество, из которого состоит хрусталик бесцветное, прозрачное, плотное, сосудов и нервов не содержит. При сокращении или расслаблении мышцы изменяется кривизна хрусталика, изменяя, таким образом, оптическую силу этой
линзы. Средняя оптическая сила редуцированного глаза составляет +59 диоптрий. Поскольку фокусное расстояние у такой линзы очень маленькое (17мм), то все наблюдаемые нами объекты располагаются за двойным фокусным расстоянием. Значит, изображение на сетчатке глаза получается уменьшенным, действительными перевернутым.
Оптическая система глаза Свет, преломляясь в оптической системе глаза, дает на сетчатке действительное, уменьшенное, обратное изображение рассматриваемого предмета. Свет, преломляясь в оптической системе глаза, дает на сетчатке действительное, уменьшенное, обратное изображение рассматриваемого предмета.
Цветное зрение · Расстройство цветного зрения часто бывает для самого человека и для окружающих его людей незаметным. Оно обнаруживается или случайно, или во время врачебного обследования. · Известные ученые XIX века Дальтон лишь в возрасте 26 лет обнаружил, что плохо отличает по цвету красные ягоды от зеленой травы. Такую особенность зрения называют теперь дальтонизмом, а людей, страдающих им-дальтониками. Усилиями специалистов в области цветного зрения изготовлены особые очки, с помощью которых дальтоники могут различать три важнейших цвета. · Для обнаружения дальтонизма разработан простой тест. Посмотрите на рисунок, какую цифру вы там видите? · Люди с нормальным цветным зрением увидят число 74, дальтоники видят число 21. Расстояние наилучшего зрения Оптимальное расстояние при чтении и письме для нормального глаза составляет около 25 см. Оптимальное расстояние при чтении и письме для нормального глаза составляет около 25 см.
Зачем нужны два глаза? Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв «правую часть» изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения – правую и левую – головной мозг соединяет воедино. Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв «правую часть» изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения – правую и левую – головной мозг соединяет воедино. Можно различать, какой из предметов находится ближе, какой дальше от нас. Увеличивается поле зрения. Чувствительность глаза к излучению различной длины волны различна. Наиболее чувствительный глаз к излучению с длиной волны 0, 5 мкм, что соответствует желто-зеленому цвету. Чувствительность его резко снижается в сторону красной и фиолетовой части спектра.
Скелет Законы равновесия рычага В Скелете животных и человека все кости, имеют некоторую свободу движения, являются рычагами (кости конечностей, нижняя челюсть, фаланги пальцев и т. д)
Деформация Человеческое тело испытывает достаточно большую механическую нагрузку от собственного веса от мышечных усилий, возникающих во время трудовой деятельности. Интересно, что на примере человека можно проследить все виды деформации: Деформации сжатия испытывает позвоночный столб и нижние конечности и покровы ступни. Деформации растяжения – верхние конечности, связки, сухожилия, мышцы. Деформация кручения – шея при повороте головы, туловище в пояснице при повороте. Для профилактики деформаций опорно-двигательного аппарата большое значение имеют биомеханические исследования. Изучения распределения нагрузок по стопе позволяет создать рациональную опору.
Плазменный шар Внутри колбы запаяна смесь специально подобранных инертных газов при давлении, ниже атмосферного. Это позволяет при подачи высокого напряжения создать ионизированную среду. В результате возникает газовый разряд – молния. Эффект притяжения молнии к руке объясняется тем, что тело человека обладает определенной электрической емкостью, которая позволяет увеличить разность потенциалов между центральным электродом и сферой. Поэтому увеличивается яркость свечения молний.
Опыт с плазменным шаром Внутри колбы запаяна смесь специально подобранных инертных газов при давлении, ниже атмосферного. Это позволяет при подаче высокого напряжения создать ионизированную среду. В результате газовый разряд – молния. Эффект притяжения молнии к руке объясняется тем, что тело человека обладает определённым электрической емкостью, которая позволяет увеличить разность потенциалов между центральным электродом и сферой. Поэтому увеличивается яркость свечения молний.
Заключение Источник знаний в физике – наблюдения и опыты. Именно наблюдения и опыты помогли мне подтвердить гипотезу, которая была сформулирована в начале работы, я уверена, что большинство процессов, которые протекают в организме человека можно изучить и объяснить с помощью законов физики. Считаю, что все поставленные цели и задачи в ходе работы были выполнены. Действительно, тело человека, функционирование внутренних органов и частей его тела подчиняются законам физики.
Список литературы и ссылки: 1. Интегрированные уроки физики Л.А. Горлова. 2. Элементарный учебник физики Г.С. Ландсберга 3. Элективный курс «Физика человека» 4. Анатомия и физиология человека.Н.Н.Федюкович 5. https: //www.scienceforum.ru/2016/1895/23968 6. http: //humbio.ru/humbio/physiology/0001727b.htm 7. http: //collegy.ucoz.ru/publ/42-1-0-16792 8. http: //cdn.trinixy.ru/pics4/20110325/radition_01.jpg 9. http: //stat17/privet.ru/lr/091a84a733ed2f05c97bdb518796828d 10. http: //shel-crb.ucor.ru/ 11. http: //www.nkj.ru/upload/iblock/6439170fe5add8376c39524de118202f.ipg 12. http: //www.ghidcabinet.ro/wp-content/uploads/2010/10/1770 13. http: //im5-tub-ru.yandex.net/i? id=463464806-69-72& n=21 14. http: //lifetips.org.ua/uploads/posts/2012-11/1354108093dieta-po-gruppam-krovi.jpg 15. http: //i33.fastpic.ru/big/2013/0421/6d/794bc9cfecf76cc94a9ee4cla5d5ab6d.jpg 16. http: //www.look.com.ua/download.php? file=201209/640x480/look.com.ua-28733.jpg 17. http: //www.impex-med.ru/images/tmr-sbros.png 18. http: //www.yuterma.ru/images/n/2.jpg 19. http: //fedpress.ru/sites/fedpress/files/balyuk/news/596205.jpg 20. http: //www.medicinform.net/human/fisilogy1 4.htm 21. http: //aniavetisyan.volsk-sch11.edusite.ru 22. http: //clck.yandex.ru/redir 23. http: //ru.wikwpedia.org/wiki/ 24. http: //fansport.sitecty.ru 25. http: //www.do120.ru 26. http: //whatafuck.ru/people-records/ 27. http: //stolica.at.ua/pub1/ 28. http: //worldrecords.norod.ru/chel_tel/chasti_tela_neopredelen_ch2.html 29. Познай самого себя: Практические работы и экспериментальные мини-проекты: измерение параметров человека. 9-11 классы. Библиотечка «ПС», 2009.
Законы физики и организм человека Исследовательская работа по биофизике. Костериной Софьи Дмитриевной, ученицы 10 класса 17 группы
Руководитель Еделев Андрей Юрьевич учитель физики высшей квалификационной категории МАОУ Лицей №38 Г. Нижнего Новгорода
Нижний Новгород 2017год Содержание работы: 1. Введение…………………………………………………………..…стр 3-6 2. Легкие……………………………………………………………..…стр 6-9 · Дыхание закон Бойля-Мариотта…………………...…………стр 6 · Применение закона Бойля-Мариотта………………………...стр 7 · Дыхание лёгочное: диффузия газов в лёгких………………стр 7-8 · Опыт определить дыхательный объём и жизненную ёмкость лёгких…………………………………………………………стр 8-9 3. Сердце и кровеносные сосуды…………………………………….стр 9-19 · Как работает наше сердце………………………………….стр 9-10 · Кровяное давление……………………………………..…стр 10-11 · Закон Бернулли……………………………………………стр 11 · Уравнение Бернулли и его следствия……………………стр 11-12 · Уравнение неразрывности струи при протекании крови в сосудах……………………………………………………..стр 13-15 · Истечение жидкости из отверстия сосуда………………стр 16-17 · Измерение скорости жидкости………………………….стр 17-18 · Основные понятия и формулы…………………………..стр 19 · Диффузия в кровеносных сосудах……………………….стр 19 4. Глаз……………………………………………………………стр 19-29 · Основные функции глаза…………………………………..стр 19-21 · Аккомодация………………………………………………стр 21-22 · Пресбиопия…………………………………………………стр 22-23 · Астигматизм………………………………………………..стр 23-27 · Цветное зрение……………………………………………..стр 27-29 5. Скелет……………………………………………………………стр 29-35 · Законы равновесия рычага………………………………стр 29 · Законы равновесия рычага применимы здесь………….стр 30-34 · Деформация………………………………………………стр 34-35 · Опыт Подъем на полупальцах …………………………стр 35 6. Человек и электричество……………………………………….стр 36-37 · Плазменный шар……………………………………………стр 36 · Опыт с плазменным шаром……………………………….стр 37 7. Заключение…………………………………………………………стр 38 8. Список литературы и ссылки………………………………..…стр 39-40
Законы физики и организм человека Цель работы заключается в изучении человека – как объекта с точки зрения физики и применении на практике полученных знаний. Предмет исследования: человеческий организм Объект исследования: влияние физических законов на организм человека Гипотеза исследования: процессы, которые протекают в организме человека и вне его можно объяснить с помощью законов физики. Методы исследования: Теоретические, экспериментальные Выявление факторов, влияющих на организм человека физических законов: закон сохранения энергии, закон Бернулли, закон Бойля –Мариотта, оптика (механизм зрения), закон равновесия рычага. Законы физики и организм человека Введение. Физика – основа естественных наук. Проникновение физики в химию, астрономию, биологию, геологию столь велико, что невозможно установить во многих случаях границу между этими науками и физикой. На стыке этих наук возникли в последние годы новые самостоятельные разделы: физическая химия и химическая физика, астрофизика, биофизика, геофизика. Уже сами эти названия свидетельствуют о том, что физика является основным инструментов многих химических, астрономических, биологических и геологических исследований. Все естественные науки используют законы физики. Законы физики едины и применимы к живому организму, в частности к организму человека. Физические методы исследования ученые применяют в биологии, медицине. Часто в школе можно услышать такие слова: «Зачем мне учить физику, если я все равно буду сдавать экзамены по другим предметам? » … А ведь действительно, а зачем? Нас окружает множество предметов. Многие человеческие умы открывали не только для себя, но и для других что-то новое и необычное даже в самом простом теле. А наш организм? Если присмотреться, то можно увидеть и рычаги, и сообщающиеся сосуды, и насосы, и линзы, даже электричество. Давайте проведем экскурсию по нашему организму с точки зрения физики! 1. Основной закон природы – закон сохранения и превращения энергии. Он применим и для живых организмов. Превращение энергии в живых организмах (в человеке): 1) Химическая энергия в электрическую (нервные клетки) 2) Звуковая энергия в электрическую (внутреннее ухо)
3) Световая энергия в электрическую (сетчатка глаза)
4) Химическая энергия в механическую (мышечные клетки)
Источник энергии при работе мышц человека: Источником энергии при работе мышц являются органические вещества (белки, жиры, углеводы), подвергающиеся в клетках распаду и окислению, в результате чего освобождается скрытая в них внутренняя энергия.
5)Химическая энергия в электрическую (основы вкуса и обоняния). Язык помогает различать вкус. Вкусовые сосочки на поверхности языка передают сигналы мозга: сладкое, кислое, солёное, горькое.
Легкие |
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 6291; Нарушение авторского права страницы
, где d–диаметр шара.
, где N – числи выдохов.
, где N=2.
(3), 
– плотность жидкости.
(4)
. Оно уравновешивается давлением атмосферы
и давлением столба жидкости 
: 
.
– разность уравнений в трубках. Отсюда найдем скорость течения жидкости
. (10)
Рис.6. Измерение скорости жидкости
(2)
-давление, создаваемое весом вертикального столба жидкости высотой h
(4)
)
(1)
l- расстояние от узловой точки до сетчатки, 
(2)
