WYBRANE ZAGADNIENIA Z MECHANIKI

1. Rzut poziomy

Rzut poziomy - ruch w jednorodnym polu grawitacyjnym z prędkością początkową prostopadłą do pola. Odpowiada ruchowi ciała rzuconego poziomo, z pewnej wysokości, przy przybliżeniu braku oporu ruchu i prędkości znacznie mniejszej od I prędkości kosmicznej. Torem ruchu jest parabola o wierzchołku w punkcie rzutu.

Rzut poziomy może być traktowany jako złożenie dwóch ruchów:

• ruchu jednostajnego w kierunku poziomym,

• ruch jednostajnie przyspieszony w kierunku pionowym czyli swobodnego spadku.

Wartość prędkości całkowitej wyraża wzór:

Czas poruszania się masy wyraża wzór:

Zasięg (Z) rzutu to odległość, mierzona po ziemi, od miejsca rzutu do miejsca upadku. Wyraża się on wzorem:

gdzie:

• t - czas

• g - wartość przyspieszenia ziemskiego

• v₀ - składowa prędkości w kierunku poziomym

• v_y - składowa prędkości w kierunku pionowym

• h - wysokość, z której zrzucono ciało

6. Rzut ukośny

Rzut ukośny - ruch w jednorodnym polu grawitacyjnym z prędkością początkową o kierunku ukośnym do kierunku pola. Ruch ten odpowiada ruchowi ciała rzuconego pod kątem do poziomu. Za rzut ukośny uznaje się też ruch ciała w kierunku ukośnym do jednorodnego pola elektrycznego.

Rzut ukośny można rozważać jako ruch składający się z rzutu pionowego w górę oraz ruchu jednostajnego prostoliniowego.

8. Zasady dynamiki Newtona dla ruchu obrotowego

I zasadę dynamiki dla ruchu obrotowego:

Jeżeli na ciało sztywne nie działa żaden moment siły lub działają momenty sił, które równoważą się, to ciało to nie obraca się lub wykonuje ruch obrotowy jednostajny.

II zasady dynamiki:

Jeżeli na ciało sztywne działa stały i niezrównoważony moment siły, to ciało to wykonuje ruch obrotowy jednostajnie przyspieszony (lub jednostajnie opóźniony), w którym przyspieszenie (opóźnienie) kątowe jest wprost proporcjonalne do działającego momentu siły, a odwrotnie proporcjonalne do momentu bezwładności ciała.

III zasada dynamiki

Siłą powodującą ruch ciała po okręgu jest siła dośrodkowa skierowana tak jak przyspieszenie dośrodkowe do środka okręgu.

Zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona sile dośrodkowej towarzyszy siła reakcji - siła odśrodkowa. Siła dośrodkowa jest przyłożona do ciała, które porusza się po okręgu, a siła odśrodkowa do ciała, które jest źródłem siły dośrodkowej.

9. Właściwości sprężyste ciał

Sprężystość - fizyczna właściwość ciał materialnych odzyskiwania pierwotnego kształtu i wymiarów po usunięciu sił zewnętrznych wywołujących odkształcenie, czyli zmianie tensora naprężeń towarzyszy zmiana tensora odkształceń i odwrotnie, przy czym zmiany te są w pełni odwracalne. Siła odkształcająca ciało wykonuje pewną pracę. Część tej pracy ciało zwraca, gdy odkształcenie zanika. Sprężystość ciał możemy więc scharakteryzować stosunkiem pracy odzyskanej do pracy włożonej

K=L_o/L_w

Gdy K =1 ciało nazywamy doskonale sprężystym, a gdy K=0 ciało jest zupełnie niesprężyste (plastyczne). Są dwa podstawowe rodzaje odkształceń: odkształcenia objętości i odkształcenia postaci.

10. Naprężenie

Naprężenie to miara gęstości powierzchniowej sił wewnętrznych występujących w ośrodku ciągłym. Jest podstawową wielkością mechaniki ośrodków ciągłych. Jednostką naprężenia jest pascal.

Naprężenie w dowolnym punkcie zależy od kierunku, w którym jest rozpatrywane. Mimo iż pole powierzchni przekroju A dąży do zera, czyli przekrój dąży do punktu, istotne jest jaki kierunek miała normalna do powierzchni przekroju:

gdzie: s - wektor naprężenia, F - wektor sił wewnętrznych w ciele działających w przekroju, A - pole przekroju.

11. Odkształcenie

Odkształcenie - miara deformacji ciała poddanego siłom zewnętrznym.

Aby móc mówić o odkształceniu, należy wyróżnić dwa stany ciała: początkowy i końcowy. Na podstawie różnic w położeniach punktów w tych dwóch stanach można wyznaczać liczbowe wartości odkształcenia. Zależność pomiędzy stanem odkształcenia, a naprężenia określa m.in. Prawo Hooke'a.

Odkształcenie liniowe ε w dowolnym punkcie ciała jest granicą ilorazu różnicy odległości do odległości wyjściowej, gdy odległość wyjściowa zmierza do zera. Odkształcenie objętościowe, które jest miarą zmiany objętości ciała.

22. Prawo Hooke'a

Prawo Hooke'a - prawo mechaniki określające zależność odkształcenia od naprężenia. Głosi ono, że odkształcenie ciała pod wpływem działającej nań siły jest wprost proporcjonalne do tej siły.

Ta prawidłowość, pozostaje prawdziwa tylko dla niezbyt wielkich odkształceń, nie przekraczających tzw. granicy Hooke'a (zwanej też granicą proporcjonalności), i tylko dla niektórych materiałów. Odkształcenie tego rodzaju znika, gdy przyłożona siła przestaje działać. Współczynnik między siłą a odkształceniem jest często nazywany współczynnikiem (modułem) sprężystości.

23. Moduł Younga (podobno nie )

Moduł Younga (E) inaczej moduł odkształcalności liniowej albo moduł sprężystości podłużnej. Wielkość uzależniająca odkształcenie liniowe ε materiału od naprężenia σ, jakie w nim występuje.

Jednostką modułu Younga jest paskal. Jest to wielkość określająca sprężystość materiału.

Moduł Younga jest hipotetycznym naprężeniem, które wystąpiłoby przy dwukrotnym wydłużeniu próbki materiału, przy założeniu, że jej przekrój nie ulegnie zmianie (założenie to spełnione jest dla hipotetycznego materiału o współczynniku Poissona υ=0).

3 efekt Dopplera, pomiar prędkości przepływu krwi

Zjawisko Dopplera - jest to zmiana częstotliwości fali pod wpływem ruchu odbiornika i/lub nadajnika.

Równanie na częstotliwość odbieranej fali

to jest wzór na częstotliwość odbieranej fali, kiedy ŹRÓDŁO I ODBIORNIK SIĘ OD SIEBIE ODDALAJĄ

Wzór na częst. Fali, GDY ŹRÓDŁO I ODBIORNIK SIĘ DO SIEBIE ZBLIŻAJĄ

V' - częstotliwość odbieranej fali

V - częstotliwość nadawanej fali

C - prędkość fali

V₀ - prędkość poruszania się odbiornika

V_Z - poruszania się nadajnika

Działa to na takiej zasadzie:

Objaśnienie: źródło fali porusza się w prawo i widzimy, że fale po prawej są jakby „bardziej upakowane” niż te po lewej - mają większą częstotliwość.

Tutaj mamy to samo, z tym, że źródło (to centralne czarne kółeczko) porusza się w lewo.

ZJAWISKO DOPPLERA ZACHODZI RÓWNIEŻ, GDY FALA ODBIJA SIĘ OD RUCHOMEJ PRZESZKODY.

Zjawisko Dopplera wykorzystywane jest do pomiaru prędkości przepływu krwi. Umieszczamy nadajnik (źródło dźwięku) o wysokiej częstotliwości po jednej stronie naczynia krwionośnego krwionośnego i detektor po jego drugiej stronie. Wysyłany dźwięk jest odbijany przez krwinki (które oddalają się od źródła dźwięku z prędkością V_e), i odbierany przez odbiornik

Prędkość tej fali to:

V_e - szybkość krwinki

V - częstotliwość nadawania

V_d - częstotliwość odbierana przez komórki

C - Szybkość fali dźwiękowej

Ultradźwięki stosowane do tej metody mają częstotliwość POWYŻEJ - 20 000 Hz = 20 KHz i są niesłyszalne dla człowieka.

Są jednak słyszalne dla niektórych zwierząt:

Psy i szczury słyszą częstotliwości do 40 KHz, a nietoperze i delfiny mogą je nawet wysyłać.

U zwierząt niżej zorganizowanych (np.: owady) wytwarzanie dźwięków odbywa się poprzez pocieranie stwardniałych części ciała, a odbieranie przez znajdujące się na odnóżach włoski z komórkami nerwowymi (komórki czuciowe).

Ryby mają mechanoreceptory na linii bocznej, dzięki którym czują zmiany ciśnienia wody. Ruch ryb powoduje fale (zmiany ciśnienia). Po odbiciu są one odbierane przez ciało ryby - zasada echolokacji. Częstotliwości wytwarzane przez ryby to tzw. Infradźwięki; mają częstotliwość poniżej 16 Hz.

5 Falowa natura światła. Odbicie i załamanie światła (bez zwierciadeł!!!)

6 Całkowite wewnętrzne odbicie, światłowody

Jeżeli promień światła przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego, tj. takiego, w którym prędkość rozchodzenia się światła jest większa, niż w pierwszym ośrodku (v₂ > v₁), np. przy przejściu światła ze szkła do powietrza, zachodzi zależność:

Wynika stąd, że kąt załamania jest większy od kąta padania (
>
), czyli załamanie następuje od normalnej.

Zwiększając kąt padania
, dochodzimy do wartości
_gr, której odpowiada kąt załamania 
= 90^o.

Przy dalszym powiększaniu kąta padania (
>
_gr), promień światła nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz odbija się od granicy ośrodków. Kąt
_gr spełnia warunek:

gdzie n jest bezwzględnym współczynnikiem załamania szkła względem powietrza. Pomiar kąta granicznego pozwala więc na wyznaczenie współczynnika załamania.
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia zostało wykorzystane w technice światłowodowej. Światłowód jest wykonany z cienkiego włókna ze szkła o wysokiej przeźroczystości. Promień świetlny wprowadzony do światłowodu ulega wielokrotnemu odbiciu od jego ścianek.

Łączność światłowodowa posiada wiele zalet, m.in. możliwość przesyłania dużej ilości informacji w jednostce czasu, oraz wysoką odporność na zakłócenia. Dzięki światłowodom możemy obserwować wnętrze wielu urządzeń bez konieczności ich demontażu. W medycynie możliwa jest obserwacja wnętrza ciała ludzkiego, bez konieczności interwencji chirurgicznej

Rdzeń światłowodu ma większy współczynnik załamania niż otoczka, dlatego promień ulega wielokrotnemu całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Promień wchodząc do światłowodu jest odbijany. Nawet jeśli światłowód jest miejscami powyginany światło będzie penetrować całą jego dł. I po wielu odbiciach dojdzie do drugiego końca niezmienione. Tak więc jedno pojedyncze włókno może bardzo wydajnie transmitować energię świetlną. W medycynie zastosowanie światłowodów obejmuje instrumenty do badania różnych części organizmu (np. gastroskopy, bronchoskopy)

10 Dyfuzja, roztwory rozcieńczone, ciśnienie osmotyczne

(patrz chemia, ok.?)

11 Rozszerzalność cieplna. Pojemność cieplna przemiany fazowe

Rozszerzalność cieplna, zmiana rozmiarów liniowych (rozszerzalność cieplna liniowa) oraz objętości (rozszerzalność cieplna objętościowa) ciał na skutek zmiany temperatury. Liczbowo rozszerzalność cieplną opisuje w przybliżeniu wzór: x(T)=x(T₀){1+α(T-T₀)}, gdzie x(T) - rozmiar ciała w temperaturze T, x(T₀) - jego rozmiar w temperaturze początkowej, α - współczynnik rozszerzalności cieplnej (dla większość substancji α>0, ale np. dla wody wartość α zależy od temperatury, w szczególności w zakresie od 0°C do 4°C ma wartości ujemne).

Pojemność cieplna - stosunek ilości ciepła (dQ) dostarczonego do układu, do odpowiadającego mu przyrostu temperatury (dT).

gdzie:

• C - pojemność cieplna

• Q - ciepło

• T - temperatura

Pojemność cieplna przypadająca na jednostkę masy to ciepło właściwe a na 1 mol to molowe ciepło właściwe (ciepło molowe).

Pojemność cieplna C jest związana z ciepłem właściwym poprzez prostą zależność:

gdzie:

• c - ciepło właściwe

• m - masa substancji

Pojemność cieplną oblicza się często na podstawie molowego ciepła właściwego (ciepła molowe) wg wzoru:

gdzie:

• M - masa molowa

Pojemność cieplna gazów

W przypadku układów zawierających fazy nieskondensowane (gazy i pary) często konieczne jest jeszcze rozróżnienie warunków w których mierzona jest (molowa) pojemność cieplna:

• dla przemiany izochorycznej (przy stałej objętości układu, V=const):

• dla przemiany izobarycznej (przy stałym ciśnieniu w układzie, p=const):

Przemiana fazowa (przejście fazowe) to taka zmiana układu fizycznego lub chemicznego, której towarzyszy skokowa zmiana parametrów układu, np. ciepła właściwego układu lub jego składowych.

Przykłady: topnienie i krzepnięcie, wrzenie, parowanie i skraplanie, sublimacja i resublimacja.

12 Przenoszenie ciepła przez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie

Wymiana ciepła jest formą przekazywania energii i zachodzi wówczas, gdy istnieje różnica temperatur. W przyrodzie spotykamy trzy rodzaje ruchu ciepła: konwekcja, promieniowanie, przewodzenie.

WYMIANA CIEPŁA PRZEZ PRZEWODZENIE
Pod pojęciem przewodnictwa cieplnego rozumie się transport energii pod wpływem miejscowej różnicy temperatur. Transport ciepła przez czyste przewodnictwo cieplne występuje przeważnie w ciałach stałych i zależy od właściwości materiału. Przykładem jest tu transport ciepła przez ścianę lub przez obuwie osoby stojącej na podłodze. Dzięki przewodnictwu cieplnemu stopy dostarczają do podłogi bezpośrednio energię. Wymiana ciepła na tej zasadzie nie wpływa bezpośrednio na temperaturę powietrza w pomieszczeniu.

Przewodzenie ciepła odbywa się poprzez przekazywanie energii pomiędzy sąsiadującymi cząstkami ciała stałego. Zmiana temperatury (a więc i energii) na jednym końcu ciała, wywołana jego podgrzaniem, powoduje rozchodzenie się ciepła wewnątrz tego ciała, aż do wyrównania temperatur.

Różne materiały w bardzo różny sposób przewodzą ciepło, niektóre intensywnie, inne bardzo słabo. Te ostatnie mogą być izolatorami, które pozwolą nam zatrzymać ciepło tam, gdzie go potrzebujemy. Z tego względu badanie przewodzenia ciepła jest najważniejsze przy wyborze materiału izolacyjnego, jaki najlepiej spełni swoje zadanie. Zdolność materiału do przewodzenia ciepła jest określana przy pomocy współczynnika przewodzenia ciepła, oznaczanego grecką literą λ [lambda]. Wartość ta odpowiada ilości ciepła w dżulach, jakie jest przewodzone przez warstwę materiału o grubości 1m i powierzchni 1m ², przy różnicy temperatur po obydwu stronach równej jednemu stopniowi, w czasie zaledwie jednej sekundy. Im mniejsza jest wartość współczynnika przewodzenia ciepła danego materiału, tym lepszym jest on izolatorem. Wartości lambdy dla konkretnych materiałów uzyskiwane są podczas specjalistycznych badań, w których mierzy się faktyczny strumień ciepła przewodzony przez próbkę konkretnego materiału.
WYMIANA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ
Pod pojęciem konwekcyjnej wymiany ciepła rozumiemy transport ciepła przez nośnik powietrze na powierzchnię. Procesowi temu towarzyszy transport energii przez przewodnictwo cieplne. Rozróżnia się konwekcję swobodną i wymuszoną. Konwekcja swobodna wytwarzana jest wyłącznie przez różnice szczelności lub temperatury w poszczególnych warstwach powietrza. Typowy przykład to wytrącanie się zimnego powietrza na powierzchni lub wędrowanie ciepłego powietrza po ludzkim ciele. W przeciwieństwie do tego konwekcja wymuszona wywoływana jest przez strumień powietrza na powierzchni, który reguluje się dzięki występującej różnicy ciśnień. Przykładem jest strumień wytwarzany przez wentylator w obudowie (np. komputer).
Wymiana ciepła przez konwekcję odbywa się przez powietrze pomieszczenia i wpływa bezpośrednio na temperaturę.
WYMIANA CIEPŁA PRZEZ PROMIENIOWANIE (prawo Wiena)
Pod pojęciem promieniowania cieplnego rozumie się bezpośrednie przenoszenie energii z ciała na inne poprzez fale elektromagnetyczne. Temperatura powietrza w pomieszczeniu nie jest tu także bezpośrednia zależna. Rodzaj promieniowania definiowany jest przez długość fal oraz częstotliwość.

16 Lepkość cieczy. Przepływ laminarny i burzliwy

Lepkość-tarcie wewnętrzne pomiędzy cząsteczkami płynu, pojawia się na skutek działania sił spójności pomiędzy cząsteczkami płynu.

Prawo Poissenille - średnia prędkość wypływu cieczy z rurki włosowatej wyraża się wzorem:

V=(Δp*R^2)/(8Lη)

Gdzie: n - współczynnik lepkości

v-prędkość

η=(πR^4pt)/(8Lv)

Gdzie: v-objętość

Prawo Stokesa- dla niewielkich ciał o kształcie kulistym poruszających się z małymi prędkości w ośrodku lepkim siła oporu F jest wprost proporcjonalna do prędkości v, współczynnika lepkości n i promienia kulki.

F=6πRη - siła Stokesa

η=(2r^2g(ρ-ρ1)t)/(9s)

Gdzie: d- gęstość kulki

d1- gęstość cieczy

Prawo Newtona - opisuje zjawisko lepkości ilościowo, mówi że aby zapewnić stał różnice prędkości między warstwami o powierzchni s, odległych o x musi działać siła:

F=(ηsΔv)/Δx

Współczynnik lepkości -liczbowo jest on równy sile potrzebnej do potrzymania podtrzymania ruchu względnego dwóch warstw o powierzchni 1m^2 każda, odległych od siebie o Δx=1m przy różnicy prędkości warstw Δ v=1m/s

Przepływ laminarny- Przy przepływie cieczy do ścian rurki przyklejają się cienka warstewka cieczy. Pozostałe warstwy poruszają się z prędkością coraz to większymi, im bliżej osi rurki. Jest to przepływ warstwowy(laminarny).

Przepływ burzliwy-Jak wykazał Reynolds po przekroczeniu tzw. wartość krytycznej prędkości płynącej cieczy powstają wiry. Zjawisko to polega na tym, że pewne elementy objętości cieczy wykonuje ruch obrotowy przy czym, podobnie jak dla ciała sztywnego, prędkość kątowa jest dla wszystkich punktów danego elementu jest jednakowa. Gdy w cieczy powstaną wiry mamy do czynienia z tzw. przepływem burzliwym(turbulentnym).

Liczba Reynoldsa wyraża stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Stanowi kryterium przepływu laminarnego i turbulentnego.

R=(dρv)/η

18 UKŁAD KRĄŻENIA SSAKÓW. SERCE JAKO POMPA

1. Budowa serca

Serce to potężny, umięśniony narząd leżący w klatce piersiowej tuż pod mostkiem. Ściany serca zbudowane są z mięśnia sercowego poprzecznie prążkowanego. Serce zamknięte jest w łącznotkankowym worku- osierdziu. Jama osierdziowa wypełniona jest płynem, który redukuje tarcie serca w czasie pracy. Włókna mięśniowe rozgałęziają się i łączą, tworząc złożoną sieć w całej ścianie serca, poprzez którą mogą ć impulsy nerwowe. Skurcze serca następują wg prawa „wszystko albo nic”- jeżeli impuls nerwowy jest na tyle silny, aby wywołać bicie serca, to powoduje on maksymalny skurcz mięśnia sercowego.

Serce ssaków jest czterodzielne. Zbudowane jest z dwóch przedsionków i dwóch komór. Przedsionki otrzymują krew z żył i przetaczają ją do komór, a komory pompują krew z serca do całego ciała. Ponieważ serce działa na zasadzie pompy, jest wyposażone w działające automatycznie zastawki, które zapobiegają płynięciu krwi w niewłaściwym kierunku. Zastawka pomiędzy prawym przedsionkiem, a prawą komorą nazywana jest trójdzielną, zaś zastawka pomiędzy lewym przedsionkiem i lewa komorą- dwudzielną. U podstawy dwóch dużych tętnic- aorty i tętnicy płucnej znajdują się zastawki półksiężycowate.

2. Obieg krwi

U ssaków można wyróżnić dwa obiegi krwi: duży i mały ( płucny). Obieg duży rozpoczyna się w komorze lewej. Z niej krew natlenowana płynie aortą, a potem tętnicami do wszystkich części ciała. Następnie krew odtlenowana płynie żyłami głównymi do prawego przedsionka. Obieg mały rozpoczyna się w prawej komorze. Krew odtlenowana płynie pniem płucnym do płuc. Tam ulega natlenowaniu i powraca żyłami płucnymi do lewego przedsionka.

3. Rytm pracy serca

Serce wykonuje samoistne rytmiczne skurcze, ponieważ ma własny układ przewodzący. Zbudowany jest on ze specjalnych włókien Purkinjego. Ich cechą jest zdolność do rytmicznego tworzenia i przewodzenia impulsów skurczowych, które rozprzestrzeniają się po całym mięśniu sercowym. Oznacza to, że układ przewodzący spełnia funkcję rozrusznika serca.

W miejscu, gdzie u niższych form występowała zatoka żylna, znajduje się węzeł zatokowo- przedsionkowy. Pomiędzy przedsionkami leży węzeł przedsionkowo- komorowy. Od tego węzła odchodzą włókna Purkinjego, które wchodzą do wszystkich części komór.. Węzeł zatokowo- przedsionkowy inicjuje i reguluje rytm uderzeń serca. W regularnych odstępach czasu rozchodzą się fale skurczów od węzła zatokowo- przedsionkowego, przez włókna mięśniowe przedsionka i kiedy dojdą do węzła przedsionkowo- komorowego , impuls jest przesyłany do komór przez włókna Purkinjego.

19 Siły elektryczne, pole i potencjały elektryczne

22 Budowa komórek układu nerwowego. Oporność i pojemność neurytu

Pierwszym podstawowym elementem strukturalnym komórki nerwowej jest ciało neuronu (soma). Ciała neuronów mogą być rozmaitego kształtu: od okrągłych poprzez gwiaździste do wrzecionowatych. Ciało neuronu przechodzi w dwa typy wypustek: aksony (dawna nazwa: wypustki osiowe, neuryt) i dendryty (dawna nazwa: wypustki protoplazmatyczne),

Akson, czyli neuryt, jest głównym rejonem przewodzenia w neuronie, a wiec główną drogą komunikowania się z inną komórką nerwową, lub też z komórką efektora (np. mięsień, gruczoł). Ze względu na spełniane funkcje akson, który jest pojedynczą wypustką neuronu, zwykle charakteryzuje się dużą długością. Akson bierze swój początek w obszarze neuronu zwanym odcinkiem początkowym aksonu. Zakończenie aksonu, zwykle mniej lub bardziej rozgałęzione, tworzy element wyjścia neuronu.

W budowie struktur osłonowych uczestniczą komórki należące do tkanki glejowej. W zależności od typów osłonek okrywających akson, wyróżniamy włókna nerwowe z osłonką mielinowa, czyli rdzenne, i włókna nerwowe bez osłonki mielinowej, czyli bezrdzenne.

We włóknach rdzennych akson otoczony jest dwoma osłonkami: osłonką mielinową oraz neurolemą (dawna nazwa: osłonka Schwanna). Osłonka mielinową nie ma charakteru ciągłego. Przerywa się ona w regularnych odstępach, tworząc cieśni węzłów (dawna nazwa: przewężenia Ranviera). Neurolemą pokrywa osłonkę mielinową na przestrzeni całego włókna, a więc także w obrębie cieśni węzłów.

Opór błony mielinowanej jest znacznie większy niż niemielinowanej, pojemność natomiast znacznie mniejsza, co sprawia, że właściwości transmisyjne aksonu mielinowanego są znacznie lepsze niż aksonu pozbawionego osłonki.

Drugim rodzajem wypustek neuronu są dendryty, stanowiące element wejścia neuronu. Występują one w neuronie w znacznej niekiedy liczbie i zwykle są krótsze od aksonu, a poza tym cechują się posiadaniem licznych drzewiastych rozgałęzień.

Stymulacja wejścia neuronu (dendryty i ciało neuronu) nie prowadzi bezpośrednio do powstania potencjału czynnościowego w tym rejonie, a jedynie do szerzenia się fali depolaryzacji w kierunku odcinka początkowego aksonu, który ze względu na niski próg jest miejscem wyzwolenia potencjału czynnościowego.

Prędkość przewodzenia impulsów wzdłuż włókien nerwowych zależy od średnicy włókien nerwowych oraz od sposobu przewodzenia. Prędkość przewodzenia potencjału czynnościowego zależy od podłużnej oporności włókna nerwowego. Ta oporność, podobnie jak w układach nieożywionych, jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu średnicy przewodnika. Wynika stąd, że włókna o dużym przekroju będą miały względnie niską oporność aksoplazmy i co za tym idzie - zdolność do większej prędkości przewodzenia potencjałów czynnościowych, włókna zaś o przekroju mniejszym będą miały wyższą oporność aksoplazmy i przewodzić będą wolniej. We włóknach rdzennych, dzięki dobrym właściwościom izolacyjnym osłonki mielinowej, prędkość przewodzenia jest znacznie wyższa, niż wskazywałby na to porównawczo przekrój włókna. Prędkość przewodzenia fali depolaryzacji we włóknach nerwowych jest "dopasowana" do funkcji danych włókien.

Uwaga!!! Brakuje wzoru na oporność neurytu!!!

24 Promieniowanie termiczne. Prawo Stefana- Boltzmana. Prawo Wiena

(UWAGA!!! Uwzględnić przy punkcie - przenoszenie energii przez promieniowanie)

Na rysunku 1 przedstawione są 3 krzywe. Krzywa kreskowana i kropkowana dotyczą dwóch różnych ciał o tej samej temperaturze. Aczkolwiek poszczególnym długościom fali odpowiadają nieco różne zdolności emisji, to jednak ogólny charakter obu krzywych jest zbliżony. Z wykresów tych widać, że rodzaj źródła ma wpływ na przebieg emisji, co oczywiście utrudnia wyciąganie jakichkolwiek ogólnych wniosków. Okazało się, że można sztucznie wytworzyć źródło o maksymalnej zdolności emisji w każdej temperaturze i o 100-procentowej absorpcji padającego promieniowania również w każdej temperaturze. Ciało takie nazywamy doskonale czarnym. Właściwości ciała doskonale czarnego wykazuje niewielki otwór utworzony w powierzchni kuli wydrążonej , poczernionej w środku. Energia promieniowania wnikająca przez taki otwór do wnętrza kuli zostaje praktycznie całkowicie pochłonięta podczas licznych odbić od powierzchni wewnętrznej. Z padającego pierwotnie na otwór promieniowania żaden promień nie przenika z kuli na zewnątrz, otwór zachowuje się więc jak ciało doskonale czarne. Wykreślając dla takiego otworu, traktowanego jako źródło, zależność zdolności emisji od długości fali otrzymamy krzywą o przebiegu takim, jaki ma krzywa ciągła na rys. 1. Krzywa ta jest już niezależna od charakteru źródła, a zależna tylko od temperatury. Warto od razu podkreślić, że całkowita energia promieniowania w zakresie częstotliwości od 0 do nieskończoności wysłana przez jednostkę powierzchni badanego źródła w jednostce czasu jest proporcjonalna do pola znajdującego się pod krzywą. Według prawa Stefana-Boltzmanna, całkowita energia promieniowania widzialnego i niewidzialnego wysyłana przez jednostkę powierzchni ciała doskonale czarnego w jednostce czasu wyraża się wzorem :

E = σT⁴,

gdzie σ oznacza stałą Stefana-Boltzmanna, równą 5,669 * 10^-8 W/m²*K⁴ .

Drugi sposób przedstawiania wyników badań promieniowania termicznego: niech stale tym samym badanym źródłem będzie ciało czarne, a każda krzywa wykresu 2 niech dotyczy innej temperatury. Jak widać, w miarę wzrostu temperatury nie tylko pole pod krzywą gwałtownie rośnie (zgodnie z prawem Boltzmanna), lecz także maksimum krzywej przesuwa się wyraźnie w stronę fal krótkich. Wien stwierdził, że obowiązuje prz tym zależność

Λ_maxT = const = 2,897*10^-3 m*K,

gdzie Λ_max oznacza długość fali (w m), przy której występuje maksimum zdolności emisji w temperaturze TK. Równanie wyraża prawo przesunięć Wiena.

27 Budowa jądra atomowego, defekt masy energia wiązania

Budowa atomu - pojęcia

Proton - ciężka cząstka elementarna, o dodatnim ładunku elektrycznym i masie 1,6726*10^-27kg; składnik jądra atomowego.

Elektron - trwała cząstka elementarna o ujemnym ładunku elektrycznym 1,602*10^-19C i masie spoczynkowej 9,109*10^-31kg, jeden z podstawowych składników atomu, które krążą wokół jądra wytwarzając wokół chmurę elektronową.

Neutron - ciężka, elektrycznie obojętna cząstka elementarna o masie 1,6748*10^-27kg; składnik jądra atomowego; swobodny - nietrwały, rozpada się na proton z emisją negatonu i antyneutrina.

Jądro atomowe - centralna część atomu skupiająca całą jego masę, o rozmiarach ok. 20 tys. razy mniejszych od rozmiarów atomu; złożone z nukleonów (protonów i neutronów) powiązanych siłami, stanowi układ nietrwały (ok. 300 jąder) lub nietrwały (ok. 1500 jąder), ulegający rozpadowi promieniotwórczemu; gł. wielkości charakteryzujące - liczba masowa i liczba atomowa.

Każdy atom składa się z jądra i elektronów przebywających w przestrzeni pozajądrowej. Jądro składa się z protonów i neutronów, tzw. nukleonów (wyjątkiem jest izotop wodoru





w jądrze którego jest tylko proton). Liczbę protonów w jądrze podaje tzw. liczba atomowa Z, natomiast liczbę nukleonów - tzw. liczba masowa A.
Jądro atomu.

Składa się z protonów obdarzonych ładunkiem + i neutronów nieobdarzonych ładunkiem. W lekkich jądrach liczba protonów i elektronów jest jednakowa. W ciężkich przeważa ilość neutronów. Odpowiedzialne są za to siły jądrowe: występują one tylko pomiędzy najbliższymi nukleonami - przyciągają się. Natomiast siły elektrostatyczne działają odpychająco pomiędzy wszystkimi protonami. Gdyby ilość protonów i neutronów w ciężkim jądrze była jednakowa, przeważyłyby siły odpychające, i jądro rozpadłoby się.

Siły jądrowe mają mały zasięg, ale są najsilniejsze ze wszystkich sił w przyrodzie.

Rozmiary jądra atomowego :

 
 
.
Proton ma ładunek +1 i masę około 1 u. Neutron jest obojętny elektrycznie i ma masę również około 1 u. Elektron ma ładunek -1 i masę 0,00055 u. Bardziej szczegółowo budową jądra zajmuje się fizyka. Jądro ma zawsze mniejszą masę, niż wynikałoby to z sumowania mas składników tego jądra. Różnica pomiędzy sumą mas nukleonów tworzących jądro danego atomu a rzeczywistą masą tego jądra to tzw. defekt masy. Różnica ta odniesiona do jednostki masy atomowej stanowi tzw. względny defekt masy i jest miarą energii wiązania elementów składowych jądra. Nuklid jest to zbiór atomów o tej samej liczbie atomowej i tej samej liczbie masowej, np.




                                                                                                                   

Izotopy - atomy tego samego pierwiastka o różnej liczbie masowej, np.

Izotony - atomy różnych pierwiastków o takiej samej liczbie neutronów, lecz różnej liczbie masowej, np.


Izobary - atomy różnych pierwiastków o tej samej liczbie masowej, np.

Energia wiązania jądra atomowego.

Przy obliczeniu masy jądra atomowego według wzoru :


 ,
dojdziemy do wniosku, że jest ona mniejsza od masy odczytanej z tablicy Mendelejewa. Niedobór masy związany jest z energią wiązania. Energię tę wyliczymy ze wzoru:


  .
W przeliczeniu : 1 jednostka atomowa jest równa 931 megaelektronowoltom. Ta energia to energia wiązania - energia, która wydzieli się podczas łączenia nukleonów w jądra atomowe, lub którą należy dostarczyć aby podzielić jądro na nukleony.
Energia właściwa - energia wiązania atomowego przypadająca na jeden nukleon :




Najważniejsza krzywa świata :




Oznaczenia:
A - określa ilość nukleonów w jądrze (suma protonów i neutronów) (zob.pkt.28.9);
E - energia wiązania;
E_W - energia właściwa.

28 Promieniotwórczość naturalna, prawo rozpadu promieniotwórczego, prawo przesuniec promieniotwórczych

29 Promieniowanie jonizujące -oddziaływanie z materią, szkodliwe działanie promieniowania

Promieniowaniem jonizującym określa się wszystkie rodzaje promieniowania, które wywołują jonizację ośrodka materialnego, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej. Za promieniowanie elektromagnetyczne jonizujące uznaje się promieniowanie o energii większej od światła widzialnego.Promieniowanie może jonizować materię dwojako: bezpośrednio lub pośrednio. Promieniowanie jonizujące bezpośrednio to obiekty posiadające HYPERLINK "http://pl.wikipedia.org/wiki/Ładunek_elektryczny" ładunek elektryczny - jonizują głównie przez oddziaływanie kulombowskie.

Najważniejsze przykłady:

promieniowanie alfa (α, jądra HYPERLINK "http://pl.wikipedia.org/wiki/Hel_(pierwiastek)" helu; ładunek elektryczny +2e),

promieniowanie beta (β±, HYPERLINK "http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektron_(cząstka_elementarna)" elektron i antyelektron, ładunek elektryczny +1e, -1e, odpowiednio). Promieniowanie jonizujące pośrednio to promieniowanie składające się z obiektów nieposiadających ładunku elektrycznego.

Promieniowanie jonizujące, ze względu na jego destrukcyjne oddziaływanie z żywą materią, jest przedmiotem zainteresowania radiologii - w celu ochrony przed nim (ochrona radiologiczna), w celach leczniczych i diagnostycznych (radioterapia, medycyna nuklearna). Substancje emitujące promieniowanie jonizujące nazywamy promieniotwórczymi.

Szkodliwe działanie promieniowania:

Uszkodzenia popromienne ze względu na rodzaj ich następstw dzielimy nauszkodzenia somatyczne tzn. wpływające na procesy odpowiedzialne za utrzymanie organizmu przy życiu oraz genetyczne tzn. naruszające zdolność organizmu do prawidłowego przekazywania cech potomstwu.

Typowym skutkiem poważnych uszkodzeń somatycznych jest choroba popromienna. W zależności od stopnia uszkodzeń choroba popromienna może zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu.

Promieniowanie jonizujące może powodować uszkodzenia genetyczne polegające na zmianie struktury chromosomów wchodzących w skład komórek rozrodczych. Ich następstwem są mutacje, w efekcie których wśród napromieniowanych roślin lub zwierząt mogą pojawiać się mutanty, tzn. osobniki różniące się szeregiem cech od organizmów macierzystych. Na szczęście organizmy wykazują w pewnych granicach zdolność do naprawiania niepożądanych zmian.

---