Физика с основами биофизики (ВГАВМ)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «Витебская ордена «Знак Почета» государственная академия  ветеринарной медицины»

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ  ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА И БИОФИЗИКА» И «ФИЗИКА С ОСНОВАМИ БИОФИЗИКИ»

Для студентов 1и 2 курсов

 факультета заочного обучения

2. Номера вариантов и задач для выполнения контрольной работы

3.Контрольные теоретические вопросы

1. Биомеханика. Сочленения и рычаги в опорно-двигательном аппарате человека и животных. Эргометрия.
2. Физические и биологические основы акустики. Инфразвук. Ультразвук. Характеристики слухового ощущения. Звуковые измерения.
3. Физические основы гемодинамики. Движение жидкости по трубам с постоянным сечением. Закон Гагена-Пуазейля. Гидравлическое сопротивление. Движение жидкости и крови по трубам с эластичными стенками. Сердце как хемоэлекромеханический насос. Кровеносная система как разветвление труб. График среднего давления и скорости кровотока в разных частях кровеносной системы. Механическая работа и мощность сердца. Физические основы клинического метода измерения давления крови.
4. Явление переноса в биосистемах. Диффузия, теплопередача, внутреннее трение. Интенсивность диффузии, теплопередачи, внутреннего трения.
5. Термодинамика биосистем. Понятие энтропии. Свободная энергия термодинамических систем. Первое и второе начало термодинамики в биологических системах.
6. Механизм электорогенеза в клетках. Транспорт веществ через биомембраны. Пассивный и активный транспорт. Натрий-калиевый насос. Биопотенциалы покоя и действия. Уравнение Нернста. Методы измерения биопотенциалов.
7. Прохождение постоянного тока через ткани организма. Электрические свойства тканей организма. Пороговый ток. Реобаза. Хронаксия. Применение постоянного тока в лечебных целях. Ионогальванизация. Ионофорез.
8. Магнитные свойства тел. Магнетон Бора. Диа-, пара-, ферромагнетики. Магнитная восприимчивость. Влияние магнитного поля на организм человека и животных.
9. Прохождение переменного тока через ткани организма. Зависимость порогового тока от частоты тока (правила Нернста). Физические основы реографии.
10. Геометрическая оптика. Рефракция. Аберрация линз: сферическая, хроматическая, дисторсия, астигматизм. Способы устранения аберрации.

5.2. Задачи №№ 1-10 к контрольному заданию

1. Охотничья собака массой 10 кг на расстоянии в 30 м увеличивает скорость бега с 1 м/с до 15 м/с. Определить среднюю мощность, развиваемую собакой при беге.
2. Для выделения макромолекул белка из раствора его помещают в центрифугу, которая начинает вращаться с угловым ускорением 0,8 рад/с². Вычислить тангенциальное, нормальное и полное ускорение макромолекулы белка, находящейся на дне пробирки на расстоянии 0,15 м от центра вращения, через 5 с после начала движения.
3. Маховик сепаратора в виде сплошного диска массой 80 кг и радиусом 0,5 м начал вращаться равноускоренно под действием вращающего момента 20 Н×м. Определить угловое ускорение и кинетическую энергию приобретаемую маховиком за 10 с от начала вращения.
4. Двуглавая мышца прикреплена к лучевой кости на расстоянии 0,03 м от локтевого сустава. Груз массой 5 кг находится на ладони руки на расстоянии 0,33 м от локтевого сустава. Определить силу развиваемую двуглавой мышцей при условии, чтобы лучевая кость оставалась в горизонтальном положении
5. С каким грузом человек массой 80 кг приподнимется на полупальцы, если мышечное усилие одной ноги составляет 1500 Н, расстояние от точки опоры до линии действия силы тяжести 0,18 м, а расстояние от точки опоры до точки крепления ахиллова сухожилия 0,22 м.
6. Найдите силу, действующую при центрифугировании на ядра клеток печени, диаметр которых 8×10^-6 м (принять ядра за правильные сферические частицы), плотность ядра 1300 кг/м³, радиус ротора центрифуги 0,04 м, частота вращения ротора 2000 об/с.
7. В лабораторном помещении, находящемся в здании птичника, уровень интенсивности шума достигал 80 дБ. С целью уменьшения шума было решено обить стены лаборатории звукопоглощающим материалом, уменьшающим интенсивность звука в 5000 раз. Какой уровень интенсивности шума станет после этого в лаборатории.
8. Какой объем крови проходит через капилляр диаметром 8×10^-6 м и длиной 30×10^-3 м в течение часа, если давление на артериальном конце капилляра 30, а на венозном 10 мм. рт. ст.?
9. При атеросклерозе сечение кровеносных сосудов уменьшается вследствие оседания на стенках холестерина  и последующего кальценирования. Критическое число Рейнольдса в таких сосудах становится равным 1160. Определить скорость, при которой возможен переход ламинарного течения крови в турбулентное в сосуде диаметром 2,6×10^-3 м
10. В молоке содержатся микроскопические шарики масла, за счет всплывания которых при отстаивании образуются сливки. Считая, что к ним применим закон Стокса, определить вязкость молока, если диаметр шарика 3 мкм и за 10 часов они прошли в молоке путь 7×10^-3 м.

6.2. Задачи №№ 11-20 к контрольному заданию

11. За сутки с поверхности 100 м² дерново-подзолистой почвы продиффундировало 14,5 кг углекислого газа. Вычислить коэффициент диффузии углекислого газа, градиент его плотности в почве равен 1,45 кг/м⁴.
12. За какое время через мышцу животного площадью 0,01 м² и толщиной 10 мм пройдет 2 кДж теплоты, если температура тела животного 38⁰ С, а температура внешней среды 17⁰ С? Коэффициент теплопроводности мышцы 5,7×10^-2 Вт/(м×К).
13. Через сухожилие с поверхностью 3 см² за час проходит 6,3 Дж теплоты. Толщина сухожилия 5 мм. определить разность температур между внутренней и внешней частью сухожилия. Коэффициент теплопроводности сухожилия 4,6×10^-2 Вт/(м×К).
14. Температура воздуха в помещении животноводческого комплекса зимой 14⁰С, относительная влажность воздуха 80%. Подсчитать плотность, количество паров воды находящихся в помещении. Объем помещения комплекса 600 м³. Плотность насыщающих водяных паров при 14⁰С равна 12,1×10^-3 кг/м³.
15. Минутный дыхательный объем человека 8000 см³ температура вдыхаемого воздуха 18⁰С, относительная влажность 60%, а температура выдыхаемого 36⁰С. Определить количество воды, испаряющейся через легкие в течение суток, если выдыхаемый из легких воздух полностью насыщен водяными парами, а плотность насыщающего пара при 18⁰С равна 15,4×10^-3 кг/м³, при 36⁰С равна 41,8×10^-3 кг/м³.
16. Средний теленок в возрасте до одного месяца выделяет за час 65 г паров воды. Рассчитать, какой объем займут эти пары при температуре 20⁰С, если они будут насыщать его? Давление насыщающего водяного пара при данной температуре 17,54 мм.рт.ст.
17. В кровеносном сосуде собаки образовался пузырек воздуха диаметром 20 мкм. Найти давление воздуха в этом пузырьке, считая давление крови в кровеносном сосуде 120 мм.рт.ст.
18. В кровеносном сосуде образовался пузырек воздуха. В результате течения крови пузырек деформировался, образовав поверхности с радиусами кривизны 0,2 и 0,5 мм. определить дополнительное давление в сосуде, возникающее в результате деформации пузырька воздуха.
19.  Нагреватель тепловой машины, работающий по обратимому циклу Карно, имеет температуру t₁=200⁰С. Определить температуру охладителя, если при получении от нагревателя количества теплоты 1 Дж машина совершает работу 0,4 Дж?
20. Предположим, что мышца работает как идеальная тепловая машина с к.п.д., равным 35% и при температуре окружающей  среды 17⁰С. Какова была бы при этих условиях температура мышцы? Дает ли решение задачи основание считать мышцу идеальной тепловой машиной?

7.2. Задачи №№ 21-30 к контрольному заданию

21. При гальванизации через участок тела лошади за 20 мин. проходит электрический заряд 60 Кл. Определить среднюю плотность тока, если площадь электродов 400 см².
22. При заболевании маститом корове необходимо ввести в вымя методом лечебного электрофореза 20 мг йода. Для этого гидрофильная прокладка под катодом была смочена раствором йодистого калия. Через прокладку площадью 100 см² пропустили ток плотностью 0,15 мА/см². Сколько времени необходимо пропускать ток для введения необходимого количества йода? Электрохимический эквивалент йода 1,315×10^-6 кг/Кл.
23. Магнитная восприимчивость сыворотки крови здорового человека     - 2,07×10^-8. Определить величину намагничивания сыворотки крови в магнитном поле напряженностью 40 кА/м.
24. Магнитная восприимчивость эритроцитов поросят месячного возраста 4,0×10^-8. Плотность эритроцитов 1250  кг/м³. Определить намагниченность и удельную магнитную восприимчивость в магнитном поле 100 кА/м.
25. При диатермии печени крупного рогатого скота один электрод размером 240 см² накладывают спереди на область печени, а второй - сзади напротив первого. Сила тока между электродами 1,1 А. Процедуру проводят 15 мин. какое количество теплоты выделится в заключенном объеме печени толщиной 5 см? Удельное сопротивление печени 10 Ом×м
26. Какое количество теплоты выделится за 10 мин. в 0,5 дм³ вымени при УВЧ-терапии мастита, если эффективная напряженность электрического поля между электродами 350 В/м? Удельное сопротивление вымени 8 Ом×м
27. Аппарат для индуктотермии ДВК-1 генерирует переменное магнитное поле с эффективной индукцией 50 мТ и частотой 13,56 МГц. Какое количество теплоты выделится в единицу времени в единице объема мышечной ткани лошади. Удельное сопротивление мышцы 2 Ом×м.
28. Во сколько раз уменьшится потенциал покоя клетки, если отношение концентрации калия внутри клетки к концентрации калия во внеклеточной среде уменьшится в 2 раза? Начальное отношение концентраций равно 52.
29. Отношение концентрации ионов калия внутри клетки к концентрации калия во внеклеточной среде для гигантского аксона кальмара равно 41, а для клеток портняжной мышцы лягушки - 1,2. Каково отношение мембранных потенциалов этих клеток при одной и той же температуре?
30. Какова концентрация ионов калия в клетках поперечно-полосатых мышечных волокон лягушки, если их концентрация во внеклеточной среде 2,5 мМ/л, потенциал покоя этих клеток 95,2 мВ. Температура тела лягушки 10⁰С

1. Задачи №№ 31-40 к контрольному заданию

31. Солнечный свет создает на поверхности кожи человека освещенность 5×10⁴ лк. Какова светимость и яркость освещаемого участка кожи, если коэффициент отражения кожи 0,35.
32. Глаз дальнозоркого человека аккомодирует, не напрягаясь, на расстоянии 0,5 м. Какова должна быть оптическая сила очков, чтобы предел аккомодации был понижен до нормы, т.е. до 0,25 м?    
33. Вычислить угол максимальной поляризации при отражении света от роговицы глаза. Под каким углом при этом свет проходит в глаз?
34. Анализатор в два раза уменьшает интенсивность света, приходящего к нему от поляризатора. Определить угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора. Потери света в анализаторе составляют 10
35. При прохождении света через раствор крови в кювете высотой 5 см интенсивность света уменьшилась на 8%. Определить концентрацию раствора, если известно, что для него удельный показатель поглощения равен 0,325 Л/(см×моль).
36. Определить показатель поглощения жировой ткани, если при прохождении света через ткань толщиной 5 мм интенсивность света уменьшилась в 25 раз.
37. Во сколько раз изменится энергетическая светимость с поверхности тела коровы при понижении температуры воздуха в коровнике с 20⁰С до 12⁰С? Среднюю температуру кожи коровы принять равной 27⁰С. На какую длину волны приходится максимум излучения тела коровы?
38. Во сколько раз теплоотдача (количество теплоты, излучаемой с 1 м² поверхности тела за 1 с) лошади меньше, чем теплоотдача тела птицы при температуре окружающего воздуха 20⁰С? Средние температуры кожи лошади и птицы соответственно равны 25⁰С и 33⁰С.
39. Определить частоту и энергию кванта соответствующего коротковолновой границе серии Лаймана.
40. При увеличении толщины мягкой ткани на 4 см интенсивность прошедшего через ткань пучка рентгеновских лучей уменьшилась в 9 раз. Вычислить линейный коэффициент поглощения ткани.

10. Литература

Основная:

1. Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии: учебное пособие для вузов / А.С. Белановский. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа,, 2007. – 332, [4] с.: ил.

2. Березовский В.А. Биофизические характеристики тканей человека: справочное руководство/ В.А. Березовский, Н.Н. Колотов – Киев: Навукова думка, 1990 – 185с.: ил.

3. Грабовский Р.И. Курс физики: учебное пособие для высших сельскохозяйственных ВУЗов/ Р.И. Грабовский – изд. 6-е переработанное и дополненное – Москва: Высшая школа, 2004 – 605с.: ил.

4. Костин А.П. Физиология сельскохозяйственных животных: учебное пособие для высших сельскохозяйственных учебных заведений/ А.П. Костин, Ф.А.Мещеряков, А.А. Сысоев; под общей ред. А.И. Емельянова – Москва: Колос, 1974 – 480с.: ил.

5. Ливенцев, Н.М. Курс физики для медвузов: учебник/ Н.М. Ливенцев – изд.5-е, переб. и доп. – Москва: Высшая школа, 1999.-648 с.:ил.

6. Ремизов А.Н. Курс физики, электроники и кибернетики для медвузов: учебник/ А.Н Ремизов – Москва: Высшая школа, 1982 – 607с.: ил.

7. Соболевский, В.И. Физика и биофизика: Курс лекций для студентов высших учебных заведений по специальностям: 1-74 03 02– «Ветеринарная медицина», 1-74 03 04 – «Ветеринарная санитария и экспертиза», 1-74 03 05– «Ветеринарная фармация»/ В.И. Соболевский, Л.П. Даниленко, Толкач А.Н. – Витебск: ВГАВМ, 2012. – 112 с.

8. Соболевский В.И. Физика и биофизика: учебно-методическое пособие к практическим занятиям для высших сельскохозяйственных учебных заведений/ В.И. Соболевский – Витебск: УО ВГАВМ, 2005 – 101с.: ил.

9. Соболевский В.И. Основы термодинамики биологических систем: учебно-методическое пособие по углубленному изучению дисциплины «Физика и биофизика» для студентов по специальности «Ветеринарная медицина»/ В.И. Соболевский, О.В. Пышненко, А.Н. Толкач – Витебск: УО ВГАВМ, 2011 – 31с.

10. Соболевский, В.И. Механизм электрогенеза в клетках: учебно-методическое пособие/ В.И. Соболевский – Витебск: УО ВГАВМ, 2003.-30 с.: ил.

11. Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплинам  «Физика и биофизика» и  «Физика с основами биофизики» для студентов высших учебных заведений по специальностям: 1-74 03 01 – «Зоотехния», 1-74 03 02– «Ветеринарная медицина», 1-74 03 04 – «Ветеринарная санитария и экспертиза», 1-74 03 05– «Ветеринарная фармация»/ В.И. Соболевский, [и др.]. - Витебск: УО ВГАВМ, 2012. – 94 с.