Charakterystyka fal elektromagnetycznych.
- rozchodzą się w próżni (nie potrzebują ośrodka stałego, ciekłego lub gazowego)
- swoim zasięgiem obejmują szeroki zakres częstości i długości
- najdłuższe fale to radiowe, najkrótsze Gamma
- uszeregowane wg. częstotliwości tworzą widmo fal elektromagnetycznych
FALE RADIOWE
- częstotliwość 3kHz - 3THz, zakres może być szerszy
- naturalne źródła wyładowania atmosferyczne, gwiazdy
- sztuczne: nadajniki, silniki komputerowe
Podział fal radiowych ze względu na zjawisko propagacji
- fala przyziemna (powierzchniowa, nadziemna)
- fala troposferyczna
- jonosferyczna
- fala w przestrzeni kosmicznej
MIKROFALE
- częstotliwość 1-300 GHz
- dł. fali 1mm-30mm
Mikrofale ZASTOSOWANIE:
- maser
- radar
- transmisja danych do satelitów
- telefonia kom. GPS
- system globalnego pozyskiwania GPS
- mikrofalówka
IR - PODCZERWIEŃ
- dł. fali 700nm-1mm
- podział podczerwieni: bliska NIR 0,7-5mm, średnia MIR 5-30mm, daleka FIR 30-1000mm.
- zastosowanie: bierny detektor do odbierania podczerwieni (noktowizor)
Sztuczna emisja tego pr. np. w fotodiodach LED, półprzewodnikach laserowych
Podczerwień zastosowanie:
- odczyt płyt CD
- dalmierz podczerwony
- przekaz danych w światłowodzie z prędkością powyżej 1GB/s
- przekaz danych w powietrzu
- zdalnie sterowanie z pilota
- IrDA
ŚWIATŁO WIDZALNE
- część promieniowania elektromagnetycznego odbierana przez siatkówkę oka ludzkiego
- zakres dł. fali 380nm-780nm
Tęcza - zakres barw widzialnych przez oko.
ULTRAFIOLET
- zakres dł. 10nm-380nm
Ze względu na działanie na org. ludzki pr. UV dzieli się na:
- UV C dł. 10-280nm
- UV B dł. 280-315nm
- UV A dł. 315-380nm
Zastosowanie:
- w lampach jarzeniowych
- w lampach kwarcowych - działanie bakteriobójcze
- w lampach solaryjnych
- wywoływanie fluorescencji subst. chem. - znakowanie banknotów, cennych przedmiotów
- wykonanie w technice fotolitografii
Ultrafiolet - działanie biologiczne
- UV A - oparzenia skóry, hiperpigmentacja, opalenizna
- UV B - uszkodzenia włókien kolagenowych, fotostarzenie, uszkodzenie DNA, pro kancerogeneza, uszkodzenie soczewki - zaćma
- UV C - praktycznie nie dociera do pow. Ziemi
Promieniowanie X [rentgenowskie]
- fala elektromagnetyczna o dł. 5pm-10nm
Zakresy pr:
- pr. X miękkie 0,1nm-10nm
- pr. X twarde 5nm-10nm
Źródła:
- promieniowanie jest wytwarzane przez rozpędzone elektrony uderzające w kwanty.
Zastosowanie:
- diagnostyka rentgenowska
- radioterapia
- krystalografia rentgenowska
Pr. GAMMA
- pr. elektromagnetyczne o dł. fali poniżej 10pm
- należy do pr. jonizującego
Źródła:
- reakcja rozpadu - jądra atomowe izotopów promieniotwórczych ulegają rozpadowi emitując foton gamma
- reakcja syntezy - 2 jądra atomowe zderzając się tworzą nowe jądro i emitują foton gamma
- anihilacja
Zastosowanie:
- onkologia - bomba kobaltowa
- PET - pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa
- sterylizacja wyposażenia medycznego, produktów spożywczych
ULTRADŹWIĘKI
- fale mechaniczne rozchodzące się w ośrodkach: stałych, ciekłych i gazowych
- częstotliwość - powyżej 20 000Hz
Fala ultradźwiękowa może ulec
- odbiciu
- załamaniu
- ugięciu
- rozproszeniu
- absorpcji
Formy oddziaływania ultradźwięków z materią:
- czynne
- bierne
Skutki oddz. czynnego:
- efekt mechaniczny: zniszczenie ośrodka
- efekt cieplny: zależy od podwyższenia struktury tk.
- efekt chemiczny: przyspieszenie reakcji chem., rozpad białek, wzrost jonizacji, wzrost dyfuzji przez błony półprzepuszczalne
Zastosowanie czynnego oddz ultradźw.:
- homogenizacja np. w przemyśle spożywczym (serki)
- krystalizacja
- ekstrakcja
- czyszczenie
Zastosowanie w medycynie czynnego oddz. ultradźw.:
- leczenie chorób reumatycznych przez nagrzewanie tk.
- leczenie chorób narządu ruchu i tk. łącznej
- niszczenie patologicznych ognisk w głębi tk.
- zabijanie wirusów, grzybów, bakterii
- sterylizacja leków
- mikromasaże
- ultra wirowanie, rozdrabnianie
- skaling
- litotrypsja
Zastosowanie biernego oddz. ultradźw.:
- w diagnostyce chorób oczu - USG
- w położnictwie i ginekologii - USG
- w ortopedii - USG
- w neurologii - USG
- densytometria - badania gęstości kości
- badania ukł. krążenia
- rejestracja ruchów serca
Ocenia szkodliwości działania ultradźw.:
skutki działania ultradźw. zależą od:
- mocy źródła
- czasu trwania impulsu
- działanie ultradźw:
pierwotne: miejscowo ograniczone zmiany fiz. i chem.
wtórne: reakcje tk. i narządów ustroju
Skutki działania ultradźw:
- termiczne: przegrzanie tk. koagulacja
- mechaniczne: rozdrabnianie np.: kamieni nerkowych
- chemiczne: zmiana stężenia jonów H, jonizacja ośrodka, uwalnianie wolnych rodników, dysocjacja wody.
INFRADŹWIĘKI
- drgania rozchodzące się w ośrodku gazowym lub ciekłym.
- częstotliwość 0,1-20Hz
- dł. fali przykładowo gdy f=10Hz wynosi: 34m.
Fale są trudno tłumione.
Naturalne źródła infradźw:
- falujące morze
- wyładowania atmosferyczne z grzmotami
- ruchy tektoniczne ziemi
- wiatry opływające wysokie budynki
Sztuczne źródła infradźw:
- wybuchy atomowe
- transport lotniczy
- helikoptery
- wystrzelanie pocisków
- pociągi i ruch drogowy nawet w odległości 200m od trasy przejazdu
- muzyka w disco
Skutki działania infradźw:
- drgania rezonansowe kl. piersiowej
- drgania rezonansowe przepony brzusznej
- -//- organów trawienie
- zaburzenia w funkcjonowaniu systemu oddychania
Skutki oddziaływania infradźw w zależności od poziomu natężenia
- poniżej 120dB - BRAK
- 120-140dB - lekkie zakłócenia procesów fizj., uczucie zmęczenia
- 140-160dB - już po 2 zakłócenie równowagi, wymioty, nudności, dłuższe oddziaływanie wywołuje trwałe uszkodzenia
- powyżej 170dB - śmiertelne działanie
Skutki zdrowotne działa infradźw:
- bóle głowy
- niepokój
- mdłości
- bezsenność
- nerwice
- omdlenia
Eksperymentale skutki działania infradźw. na zwierzęta:
- destrukcja i pękanie naczyń krw.
- krwotoki
- zatrzymanie akcji serca
WIBRACJE
- drgania o częstotliwości poniżej kilkunastu Hz, przenoszone na żywy org. przez bezpośredni kontakt z ukł. drgającym.
Źródła wibracji:
- pracujący młot pneumatyczny
- drgania traktora i dużych pojazdów (ciężarówki)
- samochody, samolot
Skutki biologiczne działania wibracji:
Działanie biologiczne zależy od:
- amplitudy i częstotliwości wibracji, jeżeli są zgodne w pewnym zakresie z częstotliwościami.
? Skutki biologiczne działania wibracji:
- rezonans KLP i narządów jamy brzusznej przy f=4-10Hz
- rezonans pęcherza moczowego przy f=10-18Hz
Oscylacyjne rozciąganie i przemieszczanie się tk. powoduje:
- bóle w KLP
- zaburzenia w oddychaniu
- zmiany naczyniowe
- zmiany hormonalne i biologiczne
- choroba wibracyjna przy długotrwałym narażeniu na wibracje
Następstwa choroby wibracyjnej:
- zmiany w ukł. kostno-stawowym
- zaburzenia naczynio-ruchowe
-zaburzenia w funkcjonowaniu przewodu pokarmowego
- bóle w różnej lokalizacji
OKO
- złożony analizator zmysłowy wyspecjalizowany w odbieraniu fal świetlnych.
Cechy widzenia:
- dokładne odwzorowanie
- ostre widzenie
- poczucie głębi
- ograniczony zakres pola widzenie
- widzenie trójwymiarowe
- widzenie barwne
- poczucie ruchu
* u człowieka ograniczony zakres.
Widzenie.
- optyka
- przemiana barwników wzrokowych
- widzenie barwne
Widzenie.
- recepcja - siatkówka
- transmisja - droga wzrokowa
- percepcja - kora wzrokowa
Współczynniki załamania
- rogówka 1,33
- ciecz wodnista w przedniej komorze oko 1,33
- ciałko szkliste 1,33
- soczewka 1,42
Rogówka - stanowi 70% siły łamiącej oka, wartość nie zmienia się pod wpływem czynników fizjologicznych.
Soczewka - 30% siły łamiącej oka, ale ma mechanizmy czynnej refrakcji.
Ukł. optyczny oka
- rogówka 43Drioptrii
- ciecz wodnista 1D
- soczewka 19,7D
- ciałko szkliste 1D
Ukł. optyczny oka 67-68D
Odwzorowanie obrazu na siatkówce, obraz:
- odwrócony, pomniejszony, rzeczywisty
Siatkówka
- dwuzmysłowy element sensoryczny Pręciki i Czopki (fotoreceptory)
- 10- warstwowe utkanie histologiczne
- 3 warstwy neuronów zapoczątkowujących drogę wzrokową: fotoreceptory, neurony dwubiegunowe, neurony zwojowe.
Czopki - są głównym analizatorem wzrokowym.
- odpowiadają za widzenie barwne
- postrzegają szczegóły przy dobrym oświetleniu (widzenie fotopowe)
- jest ich ok. 6mln.
- największa koncentracja - w plamce żółtej
- zawierają barwnik rodopsynę
- reagują na światło
- wys. w 3 różnych skupiskach
Pręciki
- umożliwiają widzenie czarno-białe w słabym świetle (widzenie skotopowe)
- widzenie odbywa się kosztem utraty ostrości widzenia
- jest ich ok. 125mln
- najliczniejsza reprezentacja w obwodowych częściach siatkówki
- zawierają barwnik rodopsynę
- nie reagują na światło
Przemiana barwników wzrokowych w pręcikach:
rodopsyna --- (opsyna + 11-cis retinal)
batho rodopsyna -
lumino rodopsyna ---
meta rodopsyna I---
meta rodopsyna II-
opsyna + część aldehydowa
Ten proces wyst. w pręcikach pod wpływem całego zakresu fal świetlnych dlatego pręciki nie odróżniają barw!
Przemiana barwników wzrokowych w czopkach
- jodopsyna (retinal + jedna z 3 rodzajów opsyn)
- procesy są inicjowane w każdym z 3 rodzajów czopków przez inny zakres fali świetlnej, dlatego widzimy barwnie, dzięki czopkom
- retinal - pochodna alkoholu re tinolu = Wit.A1 = karotenoidów
- niedobór Wit.A w diecie - kurza ślepota
Krótkowzroczność - Myopia
Wada ta polega na tym, że oko skupiające promienie świetlne, ogniskuje je przed siatkówką. Obraz na siatkówce jest przez to zamazany, a wrażenie wzrokowe krótkowidza jest nieostre. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot krótkowidz przysuwa przedmiot.
Stopnie krótkowzroczności:
mała - w zakresie do 3dpt
średnia - poniżej 6dpt
wysoka - powyżej 6dpt
Nadwzroczność - Hyperopia
Przyczyny:
- zbyt mały rozmiar przednio-tylny oka (zbyt krótka gałka oczna) lub niewystarczająca siła łamiąca ukł. optycznego oka (zbyt płaska lub niezdolna do kurczenia się soczewka)
Nadwzroczność jest wadą, która wzrasta z wiekiem, w skutek postępującego osłabienia aparatu nastawczego oka, w wyniku zmniejszenia sprawności mięśnia rzęskowego i elastyczności soczewki.
W celu poprawy ostrości widzenia dalekowidza stosuje się soczewki Skupiające [+]
Astygmatyzm
- wada wzroku (soczewki lub rogówki oka) cechująca się zaburzoną sferycznością (kulistością) oka
- elementy optyczne zdrowego narządu wzroku zawsze są wycinkiem sfery. Jeżeli oko ma większą szerokość niż wysokość, to soczewka i rogówka zamiast skupiać światło w okrągłym obszarze…
Podstawy widzenia barwnego
- 3 rodzaje czopków pochłaniających nieb, zielone, czerwone światło
- każdy rodzaj jest pobudzony przez 1 z barw podstawowych
Rodzaje zaburzeń widzenia barwnego
- nabyte
- wrodzone
Ślepota barwna - brak jednego rodzaju czopków, di chromatyzm
Protanopia - ślepota barwy czerwonej lub mylenie jej z zieloną
Deuteranopia - ślepota b. zielonej lub mulenie jej z czerwoną
Tritanopia - ślepota barwy żółtej i nieb.
Niedowidzenie barwne - zaburzenia wrażliwości jednego rodzaju czopków, trichromacja
Całkowite nierozróżnianie barw - Monoochronacja
Achromatopsja - niezdolność rozpoznawania barw oraz trudności z widzeniem w normalnym świetle.
Agnozja barw - „niedostrzeganie” barw mimo prawidłowego funkcjonowania narządu wzroku.
Ucho.
Podstawy akustyki.
- bodziec adekwatny do narządu słuchu - fala dźwiękowa emitowana przez źródło dźwięku.
- fala dźwiękowa - akustyczna jest kulista, jest naprzemiennym zagęszczeniem i rozrzedzeniem powietrza tworzącym fale dźwiękowe.
Szybkość rozchodzenia się fal:
- w powietrzu - 332m/s
- w wodzie - 1500m/s
- w ciałach stałych np. stali 5000m/s
- W Próżni fale NIE rozchodzą się!
Zjawiska akustyczne dzielimy na:
- TON - proste drgania akustyczne, którego wykresem jest sinusoida
- DŹWIĘK - zjawisko złożone, otrzymujemy go w wyniku nakładania się tonów.
- SZUM - zjawisko akustyczne nie wykazujące stałego okresu drgań
- HUK - krótkotrwałe i silne wrażenie akustyczne nie mające stałej częstotliwości.
Zjawiska akustyczne dochodzące do ucha ludzkiego:
- sygnały - rodzaj energii której odbiór jest potencjalnie korzystny dla ucha.
- szumy - rodzaj en. zakłócający odbiór sygnału
szumy zew - hałas uliczny, wentylatory
szumy wew - tarcie pow. stawowych, ruch krwi w naczyniach
Cechy dźwięków:
- intensywność
- natężenie
- wysokość
- głośność
- barwa dźwięku
INTENSYWNOŚĆ
Jest to gęstość mocy akustycznej = ciśnienie akustyczne = moc fali akustycznej przepływającej przez jednostkę wyrażoną w W/m2 lub dyna/cm2
Intensywność maleje z kwadratem odległości od źródła dźwięku
Próg bólu - wartość en. akustycznej przy której ucho odczuwa ból. Próg bólu zależy od częstotliwości drgań i osobniczej wrażliwości ucha.
NATĘŻENIE DŹWIĘKU
Poziom natężenie dźwięku zależy od amplitudy fali akustycznej. Określa się ją wzorem L = log (I/10) I -natężenie danego dźwięku, 10 - próg słyszalności (natężeniem najsłabszego dźwięku na jakie ucho reaguje) przy tej samej częstotliwości, co dany dźwięk.
Jednostką poziomu natężenia dźwięku jest BEL
WYSOKOŚĆ DŹWIĘKU
- zależna jest od częstotliwości drgań
- ucho ludzkie jest w stanie słyszeć dźwięki z zakresu 16 - 20 000 drgań/s czyli ok. 10,5oktawy
GŁOŚNOŚĆ
jest miarą subiektywnych wrażeń słuchowych które zależą nie tylko od natężenia dźwięku, ale w skutek zróżnicowanej reakcji ucha na ton.
BARWA
- powstaje przy nałożeniu na ton podstawowy wyższych tonów harmonicznych odkształcających falę podstawową
- pozwala na różnicowanie różnych instrumentów lub głosów grających lub śpiewających te same dźwięki
- nałożenie kilkunastu tonów daje określoną barwę dźwięku
Zakres słyszalności ucha
- 18Hz - 20 000Hz
- największa wrażliwość 1000Hz-3000Hz
- mowa ludzka, zakres - 2000Hz- 5000Hz
- słyszalność zależy od wieku
Zmysł słuchu - budowa
- ucho zew
- ucho wew
- ucho środkowe
ucho zew.
- małżowina uszna
- kanał słuchowy
- kończy błoną bębenkową, która zamyka kanał słuchowy
- wypełnione powietrzem
ucho środkowe
- wypełnione powietrzem
- malutka jama kości, składa się z 3kości:
* młoteczek, kowadełko, strzemiączko
ucho wew
- przedsionek
- ślimak - słuch
- kanały półkoliste - równowaga
- woreczek
- łagiewka
Stopnie ubytku słuchu
- ubytek lekki - nie słyszą dźwięków cichych i mają trudności z rozumieniem mowy w hałasie (30-40dB)
- ubytek głęboki - słyszą tylko niektóre b.głośne dźwięki, rozmowy w większym gronie wymagają znacznego wysiłku (70-80dB)
- resztki słuchowe - 100-120dB)
- głuchota - brak reakcji na dźwięk