- •Раздел I. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика 16 глава 1. Законы динамики ньютона. Законы сохранения 16
- •Вопросы и задачи к главе I. 33 глава 2. Молекулярно-кинетическая теория газов
- •Глава 3. Применение первого начала термодинамики к процессам в идеальном газе 52
- •Глава 4. Реальные газы 74
- •Вопросы и задачи и вопросы к главе 4. 82 глава 5. Поверхностное натяжение жидкости 82
- •Вопросы и задачи к главе 5 102
- •Вопросы задачи к главе 4 180
- •Глава 5. Электромагнитные колебания и волны 181
- •Вопросы задачи к главе 5 201 глава 6. Оптика 201
- •Вопросы задачи к главе 6 251
- •Раздел III. Атомная, ядерная и квантовая физика
- •Глава 1.Тепловое излучение тел 253
- •Глава 2. Рентгеновское излучение 261
- •Глава 3. Радиоактивность 272
- •Раздел IV. Биофизика 337 глава1 молекулярная биофизика 337
- •Глава 2. Биологические мембраны. 358
- •Введение
- •Раздел I механика. Молекулярная физика. Термодинамика.
- •Глава 1 законы динамики ньютона. Законы сохранения.
- •1.1. Законы ньютона. Основные дифференциальные уравнения движения.
- •Здесь аx , аy , аz - проекции вектора ускорения на оси координат X , y и z;
- •1.4 Физические основы центрифугирования
- •Глава 2. Молекулярно-кинетическая теория газов
- •Примечание 2
- •Глава 3. Применение первого начала термодинамики к процессам в идеальном газе.
- •3.1. Особенности термодинамического метода. Первое начало термодинамики.
- •3.2. Применение первого начала термодинамики к равновесным изопроцессам идеального газа
- •Глава 4. Реальные газы
- •Глава 5. Поверхностное натяжение жидкости
- •5.5 Методы определения коэффициента поверхностного натяжения
- •Глава 6. Вязкость жидкости
- •1. Метод капиллярного вискозиметра (оствальда).
- •2. Метод падающего шарика (стокса)
- •Глава 7 твёрдые и жидкие кристаллы. Стеклообразное состояние вещества. Полимеры.
- •7.1. Фазовые переходы. Плавление, кристаллизация, сублимация.
- •7.2.Кинетические превращения. Стеклование и размягчение
- •7.3. Жидкие кристаллы
- •7.4. Кристаллические модификации твёрдых кристаллов.
- •7.5 Механические свойства твёрдых тел. Закон гука. Упругость и пластичность
- •7.6 Полимеры. Их кристаллическое, стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее состояние.
- •Глава 8. Процессы переноса
- •8.1. Диффузия
- •8.2. Теплопроводность
- •8.3. Вязкость
- •Раздел II
- •Глава 1. Механические колебания
- •1.3 Смещение, скорость и ускорение гармонически колеблющегося тела
- •1.7. Автоколебания
- •1.8. Сложения гармонических колебаний, направленных по одной прямой. Теорема фурье. Гармонический спектр сложного колебания
- •Вопросы и задачи к главе 1
- •Глава 2. Механические волны
- •2.1 Механические волны, продольные и поперечные волны
- •2.2. Уравнение и график плоской незатухающей гармонической волны
- •Вопросы и задачи к главе 2
- •Глава 3. Звук
- •3.1. Субъективные (физиологические) характеритики восприятия звука и их связь с объективными, физическими характеристиками звуковой волны
- •3.2 Область слышимости
- •3.3. Закон вебера-фехнера
- •3.4. Уровень интенсивности
- •Вопросы и задачи к главе 3
- •Глава 4. Ультразвук. Его применение в медицине инфразвук
- •4.1. Физические свойства ультразвука
- •1. Частотный диапазон ультразвука
- •4.4.Источники и приёмники ультразвука
- •1. Пьезоэлектрические излучатели-приёмники
- •2. Магнитострикционные излучатели ультразвука
- •Вопросы и задачи к главе 4
- •Глава 5. Электромагнитные колебания и волны
- •5.1. Некоторые необходимые сведения об основах электричества и магнетизма.
- •Глава 6. Оптика
- •Раздел III . Атомная, ядерная и квантовая физика
- •Глава 1. Тепловое излучение тел
- •1.2 Спектр теплового излучения абсолютно чёрного тела.Закон вина. Закон стефана-больцмана.
- •Глава 2. Рентгеновское излучение
- •Глава 3. Радиоактивность
- •Глава 4. Дозиметрия ионизирующих излучений
- •Глава 5. Элементы квантовой механики.
- •5.4. Решение уравнения шрёдингера для частицы в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками
- •Глава 6. Люминесценция
- •Глава 7. Лазер
- •7.1. Вынужденное излучение. Инверсная заселённость. Метастабильные уровни
- •Глава 8. Оптическая спектроскопия. Ик- спектроскопия. Радиоспектроскопия.
- •8.4. Спектры комбинационного рассеяния
- •Раздел IV. Биофизика
- •Глава 1. Молекулярная биофизика
- •1.Ионная связь
- •2.Ковалентная связь
- •3.Межатомное отталкивание
- •4. Донорно- акцепторная связь
- •5. Водородная связь
- •1. Ориентационная связь
- •3. Индукционная связь
- •3. Дисперсионная связь
- •4. Межмолекулярное отталкивание
- •5. Гидрофобные взаимодействия
- •Глава 2. Биологические мембраны
- •2.3. Жидкостно-мозаичная модель биомембран
- •2.4. Модельные липидные мембраны.
- •2.5. Физические свойства мембран и методы их исследования.
- •2.6. Физическое состояние и фазовые переходы фосфолипидного бислоя
- •Глава 3. Термодинамика биологических систем.
- •3.1 Применение первого начала термодинамики к биологическим системам. Прямая и непрямая калориметрия. Энергетический баланс организма.
- •3.2. Применение второго начала термодинамики к живым системам. Уравнение пригожина.
- •3.3 Сопряженные процессы. Сопряженные процессы созидания и разрушения
- •3.4 Стационарное состояние. Теорема пригожина. Аутостабилизация. Адаптация.
- •Глава 4. Транспорт веществ через биологические мембраны.
- •4.1 Пассивный и активный транспорт веществ
- •Глава 5. Биоэлектрические потенциалы
- •5.1Виды биопотенциалов. Их виды: покоя, действия. Природа биопотенциалов
- •5.2. Методы регистрации биопотенциалов. Микроэлектроды.
- •5.3 Биопотенциалы покоя. Уравнение Гольдмана, уравнение Нернста. Роль ионных насосов в создании биопотенциала покоя
- •Глава 6. Биофизика нервого импульса
- •6.1. Потенциал действия и его свойства
- •6.3.Метод фиксации мембранного потенциала. Ионные токи. Ионные каналы
- •Глава 7. Моделирование биофизических процессов
- •7.1 Моделирование биологических процессов. Моделирование физическое, аналоговое, математическое. Основные требования к моделям.
1.7. Автоколебания
Другой пример незатухающих колебаний - автоколебания. Автоколебания - это незатухающие колебания, существующие без переменного внешнего воздействия, без внешней вынуждающей силы, поскольку автоколебательная система содержит:
колебательную систему,
источник энергии, из которого в 1) поступает энергия, компенсирующая затраты в ней энергии на работу против сил трения, сопротивления,
регулятор подачи энергии из 2) в 1), чтобы энергия подавалась в такт - в резонанс колебаниям в 1),
цепь обратной связи, посредством которой 1) сама управляет работой 3).
На рисунке 1.10 представлена блок - схема автоколебательной системы.
Рис.1.10. Блок - схема автоколебательной системы(объяснение в тексте)
Примером механической автоколебательной системы могут служить старинные часы. В них 1) колебательная система - маятник, 2)источник энергии - гири или пружина, 3) и 4) регулятор и обратная связь - анкерно-храповой механизм - зубчики, связанные с маятником, и зубчатое колесо, связанное с гирями или пружиной. В современных часах тоже автоколебательные системы, но уже электрические.
Пример автоколебательной системы в организме - колебания сердечной мышцы. А дыхание, работа частей опорно-двигательного аппарата - вынужденные колебания.
Некоторые патологии в организме связаны с появлением паразитных автоколебаний. Например, фибрилляция желудочков сердца - паразитными источниками автоколебательных электрических процессов в сердечной мышце, а эпилепсия – на коре головного мозга.
1.8. Сложения гармонических колебаний, направленных по одной прямой. Теорема фурье. Гармонический спектр сложного колебания
А. СЛОЖЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ С ОДИНАКОВОЙ ЧАСТОТОЙ
При сложении колебания
и
получается результирующее колебание с той же частотойи с амплитудой, зависящей от амплитуд слагаемых колебанийии от разности их фаз
1) Если ,или то же самое, колебания в одной фазе и усиливают друг друга (рис. 1. 11 а):
2) Если разность фаз , или то же самое
, колебания в противофазе и ослабляют друг друга ( рис. 1.11 б ):
Рис. 1.11 а) и б). Сложение колебаний (объяснения в тексте).
В общем случае амплитуда результирующего колебания:
(1.11)
Б. СЛОЖЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ С РАЗНОЙ ЧАСТОТОЙ
При сложении гармонических колебаний с разными частотами получается ангармоническое колебание.
Рассмотрим простой пример сложения двух гармонических колебаний, когда и,аи:
и
Рис 1.12. Пример сложения гармонических колебаний с разной частотой, 1 – первое слагаемое, 2 – второе, 3 – результирующее колебание. .
Результирующее колебание получилось ангармоническое, но периодическое с частотой .В общем случае при сложении гармонических колебаний с разными, но кратными частотами получается негармоническое колебание с частотой, равной меньшей частоте слагаемых колебаний. Обратное утверждение тоже верно, оно называется теоремой Фурье: любое сложное, негармоническое периодическое колебание можно представить, как результат сложения простых гармонических колебаний с частотами, кратными частоте этого колебания.
А0 - это постоянная составляющая, которая тоже иногда может быть. (см. рис 1.13 )
Рис.1.13. Пример разложения периодического ангармонического колебания с постоянной составляющей (объяснения в тексте).
Гармонический спектр сложного колебания - набор простых гармонических колебаний - гармоник, на которые можно разложить сложное колебание. В примере, приведённом на рис. 1.12 - это колебания и, на которые можно разложить сложное колебание
Графически гармонический спектр сложного колебания изображается зависимостью амплитуд гармоник от их частот. В приведённом выше примере он будет выглядеть, как показано на рисунке 1.12 б.
В реальных случаях гармонические спектры более сложных колебаний содержат большое число линий, да иногда и постоянную составляющую (см. рис. 1.14 а)
Гармонические спектры периодических сложных колебаний - линейчатые (рис. 1.12 б, 1.13д, 1.14 а), а у непериодических сложных колебаний гармонические спектры сплошные (рис. 1.14 б).
Рис. 1.14. Гармонические спектры периодических сложных колебаний - а, и непериодических – б.