Реферат: Учебно-методическое пособие минск 2004 удк 577. 3(075. 8)

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

белоруский государственный медицинский университет

кафедра медицинской и биологической физики


Г.К.Ильич


Задания на самостоятельную работу для подготовки к занятиям по медицинской и биологической физике

Учебно-методическое пособие


МИНСК 2004


УДК 577.3(075.8)

ББК 28.707.1 я73

И 46


А в т о р зав. кафедрой медицинской и биологической физики, доц. Г.К.Ильич


Р е ц е н з е н т ы: Член-корр.НАН Беларуси, доктор физ.-мат. наук, профессор А.П.Иванов, зав. кафедрой общей химии БГМУ, профессор Е.В.Барковский,


Утверждено Научно-методическим советом университета

в качестве учебно-методического пособия 9.06.2004 г., протокол № 8


Ильич Г.К.

И 46 Задания на самостоятельную работу для подготовки к занятиям по медицинской и биологической физике. Учеб.-метод. пособие / Г.К.Ильич. – Мн: БГМУ, 2004. - с.


В виде контрольных вопросов, указаний, простых примеров и задач представлены задания для подготовки к практическим и лабораторным занятиям по медицинской и биологической физике.

Предназначается для студентов первого курса медицинских вузов.


УДК 577.3(075.8)

ББК 28.707.1 я73

И 46

ISBN

Белорусский государственный

Медицинский университет, 2004


Учебное издание
Ильич Генрих Казимирович ^ Задания на самостоятельную работу для подготовки к занятиям по медицинской и биологической физике

Учебно-методическое пособие


Ответственный за выпуск Г.К.Ильич

Редактор

Компьютерная верстка


Подписано в печать Формат 60х84/16. Бумага писчая. Печать офсетная.

Гарнитура «Times». Усл.печ.л. . Уч.-изд.л. Тираж экз. Заказ .

Издатель и полиграфическое исполнение –

Белорусский государственный медицинский университет

ЛВ № 410 от 8.11.99; ЛП № 51 от 17.11.02.

220050, г. Минск, ул. Ленинградская, 6.
^ Задание № 1. Функции и графики. Производная функции
Повторить материал средней школы по темам:

Линейные, тригонометрические, показательные и логарифмические функции.

Производная функции, ее геометрический и физический смысл. Градиенты.

Правила дифференцирования (нахождение производных функций).

Экстремумы функций и их нахождение.


Используя лекционный материал и учебную литературу изучить темы:

Дифференциал функции одной переменной.

Частные производные и полный дифференциал.


Домашнее задание (сделать к следующему занятию);

I) Найти производные функций:

1. у = 2 а х3; 2. ; 3. у = sin2 3 x; 4. у = х3 ∙ ln x;

5. ; 6. ; 7. ; 8. у = (sin2x + 8 x)9.

Решить задачи:

Зависимость пути S (в метрах), пройденного телом, от времени t (в секундах) определяется законом: S = t2 – t + 5. Найти закон изменения со временем скорости и ускорения. Какова скорость тела через 2 с после начала движения?

Количество электричества Q ( в кулонах), протекшего через проводник, в зависимости от времени t (в секундах) определяется формулой: Q = 2t2+ 3t + 1. Най­ти силу тока в конце пятой секунды.

Смещение l мышечного волокна в ответ на одиночный электрический импульс зависит от времени t по закону: l = tе– t. Найти зависимость скорости смещения волокна от времени.

II) Используя учебную литературу и конспект, изучить темы:

Дифференциал функции одной переменной.

Частные производные и полный дифференциал.
Литература:
1. Н.Л. Лобоцкая. Основы высшей математики.

2. Г.К.Ильич. Элементы высшей математики и теории вероятностей.

^ Задание № 2. Экстремумы функций. Дифференциал функций. Частные производные и полный дифференциал Используя конспект лекций, учебную литературу и материал первого занятия ответить на вопросы:
Что такое экстремумы функций и каковы этапы исследования функций на экстремум?

Дайте определение дифференциала функций одной переменной. Проиллюстрируйте на графике функции геометрический смысл ее дифференциала.

Дайте определение частных производных. Каков их физический смысл?

Что такое частный дифференциал и полный дифференциал функций? Как применяется понятий полного дифференциала для оценки изменения функции многих переменных и в приближенных вычислениях значения функций?

Домашнее задание (сделать к следующему занятию);

I). Исследовать на экстремум функции:

1. y = 2 + x – x2; 2. y = 2x2 – x4; 3. . y = – x; 4. y = x∙e–x.

Вычислить без помощи таблиц:

1. ; 2. lg 101; 3. sin 31o; 4. lg 11.

Найти полные дифференциалы функций:

1. u =  sin2y; 2. u = ex/y; 3. u = ; 4. u = 2x

^ Решить задачи:
Путь S (в метрах), проходимый движущимся телом, зависит от времени (в секундах) по закону: S = 5 – 13t + 12t2 – t3. Через какое время после начала движения скорость тела достигнет максимального значения?

Реакция организма ^ R на введение некоторой дозы лекарственного вещества в зависимости от времени t, отсчитываемого от момента введения, описывается выражением: R1(t) = ate–t, где а  1 – постоянный коэффициент. Реакция организма на введение другого лекарства в той же дозе определяется:
R2(t) = at2e–t. На действие какого из лекарств максимальная реакция организма выше? Какое из лекарств действует медленнее?

3. На сколько изменится объем цилиндра с радиусом основания 2 м и высотой 1 м, если радиус уменьшится на 2 см, а высота увеличится на 3 см?


II). Используя лекционный материал и учебную литературу изучить разделы высшей математики:

«Первообразная функция и неопределенный интеграл»

«Определенный интеграл»
Литература:
Н.Л. Лобоцкая. Основы высшей математики.

Г.К.Ильич. Элементы высшей математики и теории вероятностей.


Задание № 3. Основы интегрального исчисления.

Повторить теоретический материал (см. последний раздел задания № 2) и ответить на вопросы:

Что такое первообразная функция, неопределенный интеграл и определенный интеграл?

Каков геометрический смысл определенного и неопределенного интегралов?

Непосредственное интегрирование и интегрирование с помощью замены переменных (подстановки). Какова последовательность действий при использовании замены переменных для нахождения интегралов?

В чем состоит правило Ньютона–Лейбница для вычисления определенных интегралов?

Домашнее задание (сделать к следующему занятию);

I). Найти интегралы:

1. ; 2. ; 3. ;

4. ; 5. ; 6. .

Вычислить определенные интегралы:

1. ; 2. ; 3. ;

4. ; 5. ; 6. .

Вычислить площади фигур, ограниченных линиями:

1. у = 4 –х2, у = 0; 2. у = х2 – 2, у = 6 – х2; 3. у = х3, х = 2, х =3.

II). Изучить раздел: «Дифференциальные уравнения»

Литература:
Н.Л. Лобоцкая. Основы высшей математики.

Г.К.Ильич. Элементы высшей математики и теории вероятностей.
^ Задание № 4. Дифференциальные уравнения
Ответить на вопросы:

Какое уравнение называется дифференциальным? Приведите примеры законов физики, записанных в виде дифференциальных уравнений.

Что называют общим и частным решением дифференциального уравнения? Как из общего решения получить частное?

Как проверить, является ли некоторая функция решением заданного дифференциального уравнения?

В чем сущность метода разделения переменных, применяемого для решения некоторых простых дифференциальных уравнений?

Домашнее задание (сделать к следующему занятию);

I). Проверить, являются ли решениями заданных дифференциальных уравнений приведенные функции:

1. у/ = 3х2 + 2; у = х3 + 2х; 2. у// = х + у/; у = ; 3. у// = х2; у = х4/12.

Найти общие решения дифференциальных уравнений:

1. у/ = 2х3 + 2 2. у/  ех = 1 3. у  у/ = х 4. у/ = 1/х + ех

Найти частные решения дифференциальных уравнений:

1. 2ху/ = у, если при х = 9 у = 6

2. (х + 1) dy = уdх, если при х =1 у = 8

3. 3у2у/ = у3 + 1, если при х = 0 у = 2

Решить задачи:

Скорость тела возрастает пропорционально пройденному пути. Какое расстояние пройдет тело за 4 с, если в начальный момент времени оно имело скорость 0,5 м/с и находилось на расстоянии 2 м от начала отсчета пути?

2. Скорость охлаждения тела пропорциональна разности температур тела и окружающей среды. Тело находится в термостате с температурой 0оС. До какой температуры тело охладится за 30 мин, если за 10 мин оно охладилось от 100оС до 50оС?

3. Лекарственное вещество вводится внутривенно через капельницу с постоянной скоростью v (мг/мин), а выводится из крови со скоростью, пропорциональной количеству вещества m, содержащемуся в крови на данный момент времени t. Найти закон, определяющий зависимость количеств вещества в крови от времени, т.е. функцию m = f(t).

С целью подготовки к письменной контрольной работе, которая будет выполняться на последнем часу следующего занятия, повторить весь лекционный материал по разделу «Элементы высшей математики» и весь материал предыдущих практических занятий.

Литература:
Н.Л. Лобоцкая. Основы высшей математики.

Г.К.Ильич. Элементы высшей математики и теории вероятностей.



^ Задание № 5. Элементы теории вероятностей.
Ответить на вопросы:

Какие события называют случайными? Дайте классическое определение вероятности и статистическое определение вероятности случайного события.

Сформулируйте теорему сложения вероятностей для несовместных событий.

Сформулируйте теорему умножения вероятностей для независимых событий.

Что такое условная вероятность события? Как формулируется теорема умножения вероятностей для зависимых событий?

Какова связь между вероятностью события и количеством информации, заключенном в сообщении о реализации данного события?

Приведите формулу Байеса, объясните смысл входящих в нее величин. Как формула Байеса используется в вероятностных подходах к задачам диагностики заболеваний?

Решить задачи:

1. Найти вероятность выпадания четного числа при бросании игральной кости (однородный куб с написанными на его гранях цифрами от 1 до 6).

В клиническую больницу поступают пациенты с 4 видами болезней. Многолетние наблюдения показывают, что этим группам заболеваний соответствуют вероятности: 0,1; 0,4; 0,3; 0,2. Для лечения заболеваний, имеющих вероятности 0,1 и 0,2, необходимо производить гемосорбцию. Какое количество больных необходимо обеспечить соответствующим сорбентом, если в течение месяца поступает 1000 больных?

В урне имеется 7 белых и несколько черных шаров. Какова вероятность вытащить черный шар, если вероятность вынимания белого шара равна 1/6? Сколько черных шаров в урне?

Операция пересадки кожи приводит к успеху в 40% всех случаев. Какова вероятность того, что пересадка кожи окажется успешной с третьей попытки? (Считается, что первые две попытки были неудачны).

Установлено, что курящие мужчины в возрасте свыше 40 лет умирают от рака легких в 10 раз чаще, чем некурящие. Предполагая, что 60% мужчин этой возрастной группы курят, вычислить вероятность того, что мужчина, умерший от рака легких, курил.



Литература:
Лобоцкая Н.Л. Основы высшей математики.

Ильич Г.К. Элементы высшей математики и теории вероятностей.

Конспект лекций.
^ Задание № 6. Случайные величины, их распределение
Ответить на вопросы:

Какую величину называют случайной? Какие случайные величины называют дискретными, а какие непрерывными? Привести примеры из медицинской практики (организация здравоохранения, клиническая медицина, лабораторное дело).

Каковы законы распределения дискретной и непрерывной случайных величин?

Каково определение и смысл числовых характеристик случайных величин (математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратичное отклонение, мода, медиана)?

Нормальный закон распределения непрерывной случайной величины.

Основная задача медико-статистического исследования, генеральная совокупность и выборка.

Что такое варианта, простой статистический ряд, ранжированный ряд, вариационный ряд (дискретное статистическое распределение), интервальный ряд (непрерывное статистическое распределение)?

Графическое изображение вариационного ряда: полигон частот и гистограмма

Понятие "нормы" для медицинских показателей.

Доверительная оценка параметров генеральной совокупности: доверительная вероятность, доверительный интервал, коэффициенты Стьюдента.


Решить задачи:

Случайная величина представлена следующим законом распределения:

Х

1

3

5

8

Р

0,2

0,2

0,1

0,5


Найти математическое ожидание, дисперсию и среднее квадратичное отклонение.

График функции распределения вероятностей имеет вид квадрата со сторонами а и b. Найти связь между а и b.

Плотность вероятности задана законом:

F(x) =

{

Кх, 0 ≤ x ≤ 4




0, x < 0, x>4

Найти коэффициент к, математическое ожидание и дисперсию.
^ Решить примеры по задачнику А.Н.Ремизова и др
Изд.1978 г: 8.4; 8.5; 8.6; 8.7; 8.13.

Изд.1987 г: 1.74; 1.75; 1.76; 1.77; 1.83.
Литература:
1. Н.Л. Лобоцкая. Основы высшей математики.

2. Н.И.Инсарова, В.Г. Лещенко Элементы теории вероятностей и математической статистики.

Задание № 7. Теория погрешности измерений. Основы корреляционного анализа

Изучить раздел «Теория погрешностей» как пример статистической обработки данных. Ответить на вопросы:


Каковы классификация погрешностей измерений (прямые, косвенные, систематические, случайные погрешности)?

Как производится оценка случайных погрешностей прямых измерений?

Как производится обработка данных косвенных измерений? Как получить расчетные формулы для оценки случайных погрешностей косвенных измерений?

Как используются понятия доверительного интервала, доверительной вероятности, коэффициентов Стьюдента для установления погрешностей косвенно определяемых величин по ограниченному числу непосредственных прямых измерений?


Изучить раздел «Корреляционный анализ». Ответить на вопросы:

Чем отличается корреляционная зависимость от функциональной? Что такое корреляционное поле?

Что такое уравнение регрессии, линия регрессии? Как получить уравнение регрессии из данных статистической выборки?

Что такое коэффициент корреляции? Как он определяется для случая линейной регрессии?



Литература:
Н.И.Инсарова, В.Г.Лещенко. Элементы теории вероятностей и математической статистики.

А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

Н.Л.Лобоцкая. Основы высшей математики.

Конспект лекций.



Задание № 8. Знакомство с персональной ЭВМ (1 занятие) Изучить следующий учебный материал:
Представление информации в компьютере. Понятия бита, байта, килобайта, мегабайта и гигабайта (стр. 4).

Аппаратное обеспечение и его компоненты: основные блоки и периферия (стр.4-5, 10-12).

Структура компьютера: понятие о процессоре, оперативной и долговременной памяти, контроллерах и системной шине (стр. 5-10).

Программное обеспечение: основные виды программ. Понятие об операционной системе и интерфейсе (стр. 12-15).

Понятие о файле, папке и логическом диске (стр.15 –17).
Литература:
Методическое пособие А.Б.Крылов, М.А.Шеламова «Основы компьютерных технологий». Стр. 1-17, глава 2 «Операционная система Windows NT»
(стр. 17-33) и «Приложение. Памятка по работе с компьютером» (стр. 60-64).

Конспект лекций.
Задание № 9. Знакомство с персональной ЭВМ (2 занятие) Изучить следующий учебный материал:
Включение и выключение компьютера (стр.63-64).

Рабочий стол операционной системы (стр.20-24), окна прикладных программ (стр.24-25) и диалоговые окна (стр.27-29).

Манипуляции с окнами (стр. 26).

Открытие и закрытие прикладных программ (стр.24-25).

Манипуляции с папками (стр.30-33).
Литература:
Конспект первого занятия

Методическое пособие А.Б.Крылов, М.А.Шеламова «Основы компьютерных технологий». Стр. 24-33, глава 3 «Текстовый процессор Word 97» (стр. 38-55) и «Приложение. Памятка по работе с компьютером» (стр. 60-64).



Задание № 10. Знакомство с персональной ЭВМ (3 занятие) Изучить следующий учебный материал:
Этапы работы с Word 97 (стр.44-45).

Элементы окна Word 97 (стр.40-45).

Создание или открытие документа (стр.46-47), сохранение и печать документа (стр. 52).

Редактирование документа и отмена ошибочных действий (стр.47-49).

Форматирование документа (стр.49-50).

Вставка графических объектов (стр.50), предварительный просмотр документа (стр. 51).



Литература:
Конспект предыдущих занятий.

Методическое пособие А.Б.Крылов, М.А.Шеламова «Основы компьютерных технологий». Стр. 40-51.



Задание № 11. Элементы биомеханики. Лабораторная работа: «Определение модуля упругости кости по изгибу»
Ответить на вопросы:

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

Что такое механическое напряжение?

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

Диаграмма растяжения, пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности

Методика определения модуля упругости кости в данной лабораторной работе.


Решить задачи:

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

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.

Определить силу, необходимую для удлинения сухожилия сечением
4 мм2 на 2% от его первоначальной длины. Модуль Юнга для сухожилия считать равным 109 Па.
Литература:
А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

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

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



Задание № 12. Семинар по теме "Биоакустика"

Ответить на вопросы:

Гармонические колебания. Дифференциальное уравнение. Выражения для смещения.

Затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания.

Вынужденные колебания. Резонанс.

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

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

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

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

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

Диаграмма слышимости (порог слышимости, порог болевого ощущения, область речи). Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости звука, связь между ними и единицы измерения.

Отражение и поглощение акустических волн, акустический импеданс,

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

Ультразвук. Получение ультразвука.

Применение ультразвука в диагностике. Методы получения изображений органов с помощью ультразвука (режимы диагностики А, В и М).Ультразвуковая томография.

Физические механизмы взаимодействия ультразвука с веществом. Те­рапевтическое применение ультразвука. Лекарственный фонофорез.

Применение ультразвука в хирургии.


Решить задачи:

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

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

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

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.

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 4 км/с, в мышце – 1,6 км/с.

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.

Почему затруднена ультразвуковая диагностика состояния некоторых органов? Каких? Почему при ультразвуковом исследовании мочевого пузыря он должен быть заполнен жидкостью?

Для ультразвука частотой 3 МГц показатель его поглощения в мышеч­ной ткани равен 0,7 см-1. При какой толщине ткани интенсивность уль­тразвука уменьшается вдвое?

Для частоты 3 МГц показатель поглощения ультразвука равен 0,7 см-1, а для частоты 10 МГц - 7 см-1. Какую частоту предпочтительно ис­пользовать для ультразвукового исследования щитовидной железы, а какую - для исследования печени? Почему?

Почему отличается механизм фармакотерапевтического действия од­них и тех же лекарственных веществ, вводимых с помощью инъекций и фо­нофореза?



Литература:
Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.



Задание № 13. Лабораторная работа: "Определение спектральной чувствительности уха на пороге слышимости"

Ответить на вопросы:

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

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

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

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

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

Методика определения порога слышимости (спектральной характеристики уха на пороге слышимости)
Литература:
Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

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



^ Задание № 14. Поверхностные явления в жидкости Лабораторная работа: «Определение коэффициента поверхностного натяжения спиртовых растворов»

Изучить теоретический материал и ответить на вопросы:

В чем состоит сущность физического явления поверхностного натяжения?

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

Явления смачивания и несмачивания.

Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа.

Капиллярные явления. Подъем жидкости в капиллярных трубках.

Методы определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей.

Получите расчетную формулу для определения коэффициента поверхностного натяжения методом Ребиндера.

В чем сущность газовой эмболии и каковы условия ее возникновения?

Какова роль поверхностного натяжения сурфактанта легких в процессе дыхания?


Решить задачи:

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.

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

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

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

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



^ Задание № 15. Семинар: «Физические основы гемодинамики»
Изучить теоретический материал и ответить на вопросы:


Основные понятия гидродинамики идеальной жидкости. Условие неразрывности струи. Что такое объемная и линейная скорости крово­тока? Какова связь между ними? Исходя из значений линейной скорости кровотока в аорте и в капиллярах, оцените соотношение между площадью поперечного сечения аорты и суммарной площадью поперечных сечений капилляров.

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

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

Вязкость воды и вязкость крови. Укажите значение вязкости крови в норме и пределы измене­ния ее значений при патологических процессах. Укажите причины, приводящие к изменению вязкости крови в организме. Сопоставьте вязкость венозной и артериальной крови.

Факторы, влияющие на вязкость движущейся крови в организме.

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

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

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?

Роль разветвления и эластичности кровеносных сосудов в системе кровообращения. Пульсовая волна. Скорость распространения пульсовой волны. Как зависит скорость распространения пульсовой волны от механических свойств и величины просвета сосуда? Укажите приблизи­тельные значения скорости распространения пульсовой волны в аорте, артериях мышечного типа и в венах. Как и почему изменяется эта ско­рость с возрастом и с повышением артериального давления?

Распределение давления и скорости крови в сосудистой системе. Что принято называть систолическим, диастолическим и сред­ним давлением крови? Что такое пульсовое давление? Трансмуральное? Гидростатическое?

На каком участке большого круга кровообращения наблюдается наибольшее падение давления крови? Почему? Покажите графически, как зависит давление крови от времени в крупных артериях. Отметьте на графике значения систолического, диастолического и пульсового давления. Как определяется среднее давление?

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

Работа и мощность сердца. Рассчитайте работу сердца за 1 сокращение в покое. Найди­те работу сердца за 1 сутки.

Каково соотношение составляющих работы сердца по преодо­лению статического давления крови (статический компонент) и по со­общению крови движения (кинетический компонент) в покое? Как и по­чему изменяется это соотношение при физической нагрузке?
Литература:
Г.К. Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.



Задание № 16. Лабораторная работа «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.

Ротационный вискозиметр.



Литература:
Г.К. Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика.

А.Н. Ремизов. Медицинскя и биологическая физика.

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



Задание № 17. Семинар "Транспорт веществ через биологические мембраны. Биопотенциалы."
Ответить на вопросы:

Строение биологических мембран.

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

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

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

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

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

Закономерности возбуждения тканей электрическим током. Уравнение Вейса-Лапика. Критический потенциал возбуждения.

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

Распространение потенциала действия по безмиелиновому аксону.

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

Конспект лекций.

А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.
Задание № 18. Итоговое занятие по учебному материалу 1-го семестра

Элементы высшей математики, теории вероятностей и статистки

Основные понятия высшей математики. Производная функции как мера скорости ее изменения. Дифференциал. Частные производные и полный дифференциал.

Первообразная функция и неопределенный интеграл. Определенный интеграл.

Дифференциальные уравнения. Общее и частное решения. Примеры использования дифференциальных уравнений для моделирования медико-био­логических процессов.

Случайные события, их виды и основные теоремы теории вероят­ностей. Формула Байеса. Использование теории вероятностей в задачах диагностики и прогнозирования заболеваний.

Случайные величины, их виды. Распределение случайной величины и числовые параметры распределения. Нормальный закон распределения слу­чайной величины.

Генеральная совокупность и выборка. Требования к выборке. Ста­тистическая обработка данных выборки. Оценка параметров генеральной совокупности по параметрам выборки. Доверительная вероятность и дове­рительный интервал, коэффициент Стьюдента.

Определение случайных погрешностей прямых измерений.

Определение случайных погрешностей косвенных измерений.

Основы корреляционного анализа. Корреляционное поле и линия регрессии. Коэффициент корреляции и его использование для оценки сте­пени связи между случайными величинами.
Элементы информатики
Представление информации в компьютере. Понятия бита, байта, килобайта, мегабайта и гигабайта.

Материальные средства ЭВМ: основные блоки и периферия.

Структура компьютера: понятие о процессоре, оперативной, дол­говременной памяти, контроллерах и шине данных.

Программное обеспечение ЭВМ: основные виды программ. Понятие об операционной системе.

Понятия файла, папки и логического диска. Создание, перемеще­ние и уничтожение папок.

Структура окна Word 97. Основные этапы работы с Word 97.

Редактирование текста: выделение, вырезание, копирование и вставка фрагмента текста.

Форматирование текста: виды форматирования, методы их осу­ществления.

Табличный редактор Excel. Виды информации, представляемые в ячейках листа. Адрес ячейки. Особенности записи формул.

Порядок работы со встроенными функциями Excel и построения диаграмм.
Элементы биомеханики
Механические деформации, их виды. Деформации растяжения-сжатия. Механическое напряжение, абсолютное и относительное удлинение. Закон Гука.

Модуль Юнга, его физический смысл, связь с коэффициентом жесткости.

Диаграмма растяжения. Пределы упругости, текучести, прочности.
Колебательные и волновые процессы
Механические колебания: гармонические, затухающие, вынужден­ные. Резонанс. Энергия гармонических колебаний.

Разложение колебаний в гармонический спектр.Теорема Фурье.

Механические волны, их виды и скорость распространения. Урав­нение волны. Энергетические характеристики волны. Эффект Доплера и его применение для неинвазивного измерения скорости кровотока.

Акустические волны. Скорость акустических волн.Физические и физиологические характеристики звука. Диаграмма слышимости.

Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости звука. Единицы их измерения - децибелы и фоны.

Отражение и поглощение акустических волн. Применение звуковых методов в клинике (аудиометрия, фонокардиография). Инфразвук.

Ультразвук, методы его получения. Распространение ультразвука в биологической ткани. Терапевтическое и хирургическое ультразвуковые воздействия.

Ультразвуковая диагностика. Эхолокация. Основы ультразвуковой томографии. А-, В- и М- режимы ультразвуковой диагностики.
Физические основы гемодинамики.
Основные понятия гидродинамики. Условие неразрывности струи. Уравнение Бернулли и его следствия.

Вязкость жидкости. Вязкость крови. Ньютоновские и неньюто­новские жидкости. Факторы, влияющие на вязкость крови в организме.

Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.

Методы определения вязкости жидкости.

Роль эластичности сосудов в системе кровообращения. Пульсовые волны. Скорость распространения пульсовой волны.

Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Число Рейнольдса.Условия проявления турбулентности течения крови в организме.

Давление крови, его виды. Распределение давления крови в со­судистой системе. Основные методы определения давления и скорости дви­жения крови.

Работа и мощность сердца.
Поверхностные явления в жидкости
Поверхностное натяжение в жидкости. Давление под изогнутой поверхностью жидкости. Формула Лапласа. Газовая эмболия.

Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Методы опре­деления коэффициента поверхностного натяжения.

Транспорт веществ через клеточные мембраны и биопотенциалы.

Пассивный транспорт и его виды.

Математическое описание пассивного транспорта. Электрохими­ческий потенциал. Уравнения Теорелла, Нернста - Планка, Фика.

Активный транспорт ионов.

Биопотенциалы покоя, механизм их возникновения. Равновесные потенциалы Нернста. Полное выражение для мембранного потенциала - уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца.

Возбудимость клеток. Уравнение Вейса-Лапика. Критический по­тенциал возбуждения.

Потенциал действия. Механизм его генерации, фазы и форма. Рефрактерные периоды.

Распространение потенциала действия по безмиелиновым и миели­новым аксонам.

Задание № 19. Физические принципы электрографии.

Лабораторная работа: «Изучение электрокардиографа»

^ Вопросы к занятию:
Электрография как важнейший метод диагностики. Задачи и виды электрографии. Какие физические величины измеряются при электрог