П. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
НОВОСИБИРСКИЙ ГАУ
ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ
ОСНОВЫ ФИЗИКИ И БИОФИЗИКИ
Методические указания
Новосибирск 2016
УДК 531 (075)
ББК 22.3, Я 73
Р411
Кафедра теоретической и прикладной физики
Составители: доцент С.Г.Штейн, доцент, к.т.н.. С.В. Викулов, доцент И.М. Дзю.
Рецензент: канд. физ.-мат. наук, доц. В.И. Сигимов (НГАВТ)
Основы физики и биофизики: метод. указания по изучению дисциплины и задания для контрольных работ. / Новосиб. гос. аграр. ун-т; сост.: С.Г. Штейн, С.В. Викулов, И.М. Дзю. – Новосибирск, 2016. – 83 с.
Предназначены для студентов заочной формы обучения факультетов биолого-технологического и ветеринарной медицины.
Утверждено и рекомендовано к изданию методическим совето Инженерного института (протокол №7, 1 марта 2016 г.).
ПРЕДИСЛОВИЕ
Физика - одна из фундаментальных наук, которая изучает: свойства различных форм существования материи, законы, связанные с любыми её изменениями и превращениями в пространстве и времени. Материя – объективная реальность, воздействующая на органы чувств, фотографируется, отображается нашими ощущениями и существует независимо от них. Формы существования материального мира очень разнообразны.
Животные и растения представляют собой самоуправляющиеся биологические системы, в которых протекают разнообразные физические процессы - механические, тепловые, электрические, оптические, а также сложнейшие биохимические реакции. Поэтому на стыке биологии, физики и химии возникла новая наука - биофизика, изучающая физические и физико-химические процессы в биологических системах на всех уровнях их организации, а также влияние различных физических факторов на живые организмы. Биофизика тесно связана с электрофизиологией, фармакологией, зоогигиеной и т.д. В зооветеринарной практике широко используются электронные и оптические методы анализа. В терапии, диагностике и в хирургии применяется современная электрическая и оптическая аппаратура, рентгеноскопия, ультразвук и т.д. Использование современных физических методов в клинической ветеринарии и зоотехнии позволяет усовершенствовать диагностику, профилактику и лечение животных и птицы и тем самым способствовать повышению их продуктивности.
|
|
"Физика с основами биофизики" является базовой дисциплиной по отношению ко многим специальным дисциплинам, таким как "Физиология сельскохозяйственных животных", "Радиобиология" и др.
Целью настоящего методического пособия является оказание помощи студентам заочных факультетов в изучении основных положений современной физики, в физической интерпретации ряда биологических явлений, а также описании некоторых физических методов и приборов, широко используемых на практике и в научных исследованиях.
|
|
@ Новосибирский ГАУ, 2016
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Изучение курса физики студентами-заочниками делится на два этапа:
1. Самостоятельное изучение физики по учебникам и учебным пособиям,
выполнение контрольных работ.
2. Участие в лабораторно-экзаменационной сессии, выполнение лабораторных работ, сдача зачетов и экзаменов.
Основная работа по изучение курса должна быть проделана студентами до лабораторно-экзаменационной сессии. Изучая курс "Физика с основами биофизики", необходимо руководствоваться программой. Нельзя ограничиваться изучением лишь тех вопросов теории, которые непосредственно связаны с выполнением контрольных работ.
При самостоятельной работе над учебником необходимо:
1) понять суть законов и формул; 2) выработать чёткое представление о всех единицах измерения величин, входящих в формулы; 3) знать, как единицы измерения величин выбраны и их размерность. Изученный материал законспектировать.
|
|
Для закрепления материала необходимо ответить на вопросы и решить задачи с подробным объяснением. Все измерения физических величин производится в международной системе единиц.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА
«ФИЗИКА С ОСНОВАМИ БИОФИЗИКИ»
ВВЕДЕНИЕ
Физика как наука, её предмет и методы исследования. Значение физики для современной биологии и ветеринарии. Обработка результатов физических измерений. Погрешности измерений (систематические, случайные, приборные). Абсолютная и относительная погрешности.
I.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
Кинематика и динамика материальной точки. Траектория, перемещение, путь. Скорость и ускорение. Законы Ньютона. Невесомость и перегрузки, их влияние на организм животных.
Вращательное движение твердого тела. Понятие об абсолютно твердом теле. Вращение твёрдого тела вокруг неподвижной оси. Угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейными скоростями и ускорениями точек вращающегося тела. Центрифуги и их применение в ветеринарно-биологических исследованиях и в сельском хозяйстве.
|
|
Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела. Момент силы. Момент инерции тела относительно неподвижной оси вращения. Момент инерции некоторых тел правильной геометрической формы.
Законы сохранения. Понятие об изолированной системе в механике. Закон сохранения импульса. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса.
Работа переменной силы. Кинетическая и потенциальная энергия. Кинетическая энергия вращающегося тела Закон сохранения и превращения энергии в механике.
Физические основы акустики. Природа звука. Физические характеристики звука: звуковое давление, акустическое сопротивление, интенсивность, акустический спектр (тон, обертон), громкость, тембр и шум. Коэффициент отражения. Формула Рэлея. Источники и приемники звука. Эффект Доплера. Акустические методы исследования в ветеринарии.
Ультразвук. Действие ультразвука на биологические объекты. Инфразвук.
Гидродинамика. Течение идеальной несжимаемой жидкости. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли и следствия из него (ингалятор, водоструйный насос).
Течение вязкой жидкости. Закон Стокса, вязкость крови и плазмы. Ламинарное и турбулентное течения. Измерение артериального давления.
Свойства упругих тел. Кристаллические и аморфные тела. Жидкие кристаллы. Деформации твердых тел. Закон Гука Упругие свойства костей, коллагена и некоторых других тканей животных организмов.
П. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Основы молекулярно-кинетической теории. Идеальный газ. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа. Температурные шкалы.
Явления переноса в газах: диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Законы Фика, Фурье и Ньютона. Виды теплообмена в живых организмах. Физическая терморегуляция организма. Тепловые методы лечения в ветеринарии.
Реальные газы. Критическое состояние вещества. Сжижение газов. Применение сжиженных газов в ветеринарии.
Молекулярные явления в жидкостях. Характеристика жидкого состояния вещества. Поверхностное натяжение. Капиллярные явления. Смачивание. Краевой угол. Формула Лапласа. Высота поднятия жидкости в капиллярах (формула Жюрена). Диффузия. Осмос. Закон Вант-Гоффа.
Физические основы термодинамики. Термодинамические параметры. Работа и теплота газа. Внутренняя энергия. Теплоемкость газа. Первое начало термодинамики. Работа газа при изотермическом и изобарическом процессах. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Принцип действия тепловой машины. Цикл Карно. Понятие энтропии.
Термодинамика биологических систем, открытые и закрытые термодинамические системы. Живой организм как открытая термодинамическая система. Энергетический баланс живого организма. Формула Пригожина.
Ш. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Электростатика. Электростатическое поле. Закон Кулона. Напряженность поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Работа перемещения заряда в электростатическом поле. Потенциал. Напряженность поля как градиент потенциала.
Проводники в электростатическом поле. Электростатическая защита. Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрические свойства тканей организма.
Электроемкость проводника. Конденсаторы. Электроемкость клеток и тканей.
Законы постоянного тока. Электрический ток в металлах. Закон Ома. Электродвижущая сила источника. Работа и мощность постоянного тока. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.
Электромагнетизм. Магнитные явления. Магнитное поле. Напряжённость. Магнитные свойства вещества.
Электромагнитная индукция. Основной закон электромагнитной индукции, индуктивность.
Переменный ток. Получение переменного тока. Действующие значения переменного тока и напряжения. Цепи переменного тока с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями. Полное сопротивление цепи переменного тока при последовательном соединении элементов цепи. Обобщенный закон Ома. Мощность в цепи переменного тока.
Электрические явления в биологических системах. Электрический ток в электролитах. Законы Фарадея. Электролитическая поляризация. Порог раздражения в тканях. Закон Вейса. Прохождение постоянного тока через живые ткани. Гальванизация и электрофорез лекарственных веществ.
Понятие о клеточных мембранах. Транспорт веществ через биомембраны: пассивный (диффузия, электродиффузия, осмос, электроосмос) и активный. Уравнение Нернста. Ионные градиенты и возникновение биоэлектрических потенциалов. Уравнение Доннана. Биопотенциалы покоя и биопотенциалы действия. Измерение биопотенциалов.
Прохождение переменного тока через живые ткани. Эквивалентные схемы биологических объектов. Полное сопротивление живых клеток и тканей переменному току. Дисперсия полного сопротивления биологических тканей и ее значение для определения жизнеспособности тканей.
Применение электромагнитных полей в ветеринарии (диатермия, дарсонвализация, УВЧ-терапия, СВЧ-терапия).
IV . ОПТИКА
Геометрическая оптика. Отражение и преломление света. Полное отражение света на границе двух сред и использование этого явления в оптических приборах. Световоды и применения волоконной оптики. Эндоскопия. Рефрактометры и их применения в ветеринарной практике.
Тонкие линзы Формула линзы. Микроскоп Оптическая схема микроскопа. Увеличение и разрешающая способность микроскопа.
Основы фотометрии. Световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость. Фотометрия в животноводстве и ветеринарии.
Дисперсия света, спектры и их типы. Спектрометры и спектрографы. Спектральный анализ. Поглощение света. Спектры поглощения. Закон Бугера.
Ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, их свойства и методы их наблюдения. Бактерицидные и эритёмные лампы. Применение ультрафиолетового и инфракрасного излучения в ветеринарии.
Волновая оптика. Принцип Гюйгенса. Интерференция волн. Способы наблюдения интерференции света (опыт Юнга, кольца Ньютона, интерференция в тонких пленках).
Дифракция света. Дифракционная решетка. Рентгеноструктурный анализ.
Поляризация света. Поляризованный и естественный свет. Поляризация при отражении и преломлении света. Законы Малюса и Брюстера. Вращение плоскости поляризации. Оптическая активность веществ. Поляриметры и сахариметры. Поляризационный микроскоп и его применение.
Квантово-оптические явления. Тепловое излучение. Лучеиспускательная и лучепоглощательная способности тел. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Квантовый характер излучения. Тепловое излучение тела животного. Понятие о термографии.
Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Фотоны. Физические явления, сопровождающие поглощение света веществом. Фотохимические и фотобиологические реакции.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!