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: 41; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!