Как мы дышим с точки зрения физики

Цель урока: расширить и закрепить функции органов дыхания в соответствии с законами физики, которые едины для органического и неорганического мира.

Раскрыть физические закономерности процессов голосообразования, механизмов вдоха и выдоха, легочного и тканевого газообмена.

Развивать умения применять законы физики для объяснения физиологических процессов в организме

Воспитывать у обучающихся стремление вести здоровый образ жизни.

Оборудование: компьютер, проектор, презентация, 2 воздушных шара, измерительная лента

I. Организационный момент:

Сообщение темы, цели, задач.

II. Актуализация опорных знаний в форме диалога о строении органов воздухоносного пути и строении лёгких в процессе изучения темы урока.

Учитель биологии. Без пищи и без воды человек может жить несколько дней, а без воздуха человек не выдержит и десяти минут. Воздух поступает в организм в процессе дыхания.

(3 слайд) “Пока дышу, надеюсь” – сказал римский поэт Овидий. Откройте тетради, напишите тему урока.

(4 слайд) Что такое дыхание? Найти ответ поможет загадка. Топится печка, а огня нет. Куда воздух входит, оттуда и дым выходит. Что это такое? (Кто это?)

(5 слайд) Это человек! Лёгкие человека – это очаг печки. Воздухоносный дыхательный путь – труба печки. Клетки организма человека – кирпичики печки. Кирпичики печки всегда тёплые, потомучто в них идёт процесс горения (биологического окисления).

Так что такое дыхание?

(6 слайд) Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа.

(7 слайд) Перечислите воздухоносные пути.

(8 слайд) Почему так важно дышать носом? (Ответы обучающихся)

(Cлайд 9) “При дыхании носом мы получаем на 15% больше кислорода, нежели дыша ртом”. Если бы мы научили всех детей дышать носом, то одно поколение правильно дышащих людей возродило бы человечество. (Йог Рамачарака)

(Слайд 10) В дыхательном пути особое место занимает гортань. Почему? Каковы функции гортани? Какие органы участвуют в голосообразовании? (Ответы детей).

(Слайд 11) А что такое звук с точки зрения физики? Учитель физики. Ребята, все вы слышали звуки, которые издают при полете комар и муха. Чем они отличаются? (комар – пищит, а муха – жужжит, то есть звук, издаваемый мухой более низкий). А как вы думаете, из-за чего муха жужжит при полете? (она летит благодаря взмахам крылышек вверх-вниз, т.е. совершает колебания, но по сравнению с комаром не так часто). То есть, звук идет по воздуху от места колебания за счет взаимодействия молекул воздуха. Комар маленькими крылышками колеблет чаще, получается более высокий звук; у мухи крылья больше – колебания реже, т.е. частота колебания меньше – звук ниже. Частота колебаний измеряется в герцах. Далее опыт со струной. Звук возникает в голосовой щели в результате сопротивления сомкнутых голосовых складок давлению выдыхаемого воздуха, что вызывает их колебание. Пропустив порцию воздуха, складки снова смыкаются в силу эластичности, затем цикл повторяется. В результате возникают периодические порывы (толчки) воздуха, т. е. звуковые колебания определённой частоты. Частота колебаний воспринимается как высота звука.

(Слайды 12-13) Учитель биологии. Из гортани через трахею и бронхи воздух поступает в лёгкие. Какие мышцы обеспечивают вдох? Дыхательные движения происходят благодаря работе дыхательных мышц. Найдите в тексте учебника каковы механизмы процесса вдоха и выдоха. (В процессе беседы выясняется механизм дыхательных движений). Почему легкие, не имея мышц, следуют за движением грудной клетки? Что такое атмосферное давление? Обратимся за помощью к науке физике.

Учитель физики. Легкие окружены и защищены двухслойной оболочкой плевры. Между ее слоями имеется узкий просвет или плевральная полость, содержащая небольшое количество жидкости. Как вы думаете, для чего эта жидкость? (Жидкость служит смазкой, не допускающей трения легких о грудную клетку при каждом вдохе). Почему, если плевра пострадает при ранении, человек погибает почти сразу? (Внутри плевры давление всегда гораздо ниже атмосферного, поэтому под действием атмосферного давления в нее устремится воздух, чтобы сравнятся с наружным давлением и следующий вдох невозможен). А что такое атмосферное давление? (Ответ дают дети)

(Слайд 14) Пока давление внутри плевральной полости остается ниже атмосферного, размеры легких точно следуют за размерами грудной полости. При сокращении межреберных мышц и диафрагмы, объем грудной клетки увеличивается, что ведет к расширению легких, так как легкие следуют вслед за движением грудной клетки, давление в легких уменьшается и становится ниже атмосферного. Из-за разности давлений воздух устремляется в легкие. Происходит вдох.

Затем дыхательные мышцы расслабляются и лёгкие, имея массу, под действием силы тяжести возвращаются в положение, предшествующее вдоху. Происходит выдох.

(Слайд 15) Учитель биологии. Почему диафрагму называют “вторым сердцем” человека?

Диафрагма, подобно куполу парашюта, полностью покрывает внутренние органы брюшной полости, отделяя её от грудной клетки. При дыхании животом, при глубоком вдохе и выдохе, диафрагма приводит к улучшению кровообращения во внутренних органах, ликвидируя венозный застой. Поэтому диафрагму называют “вторым сердцем” человека.

Учитель физики. При спокойном вдохе и выдохе дыхательный объем лёгких составляет 500-600 мл. Мы же измерим жизненную емкость легких. К доске приглашаются 2 мальчика и 2 девочки.

Для определения ЖЕЛ мальчик и девочка делают самый глубокий вдох, и как можно глубже – выдох в воздушный шарик и закрутят его. Затем измерительной лентой определяем длину окружности. По формуле рассчитаем объем: V=4/3ПR?; L=2ПR; R=L/2П; V=L?/6П?. (Считают за партой самостоятельно, затем проверить).

Получилось, что ЖЕЛ мальчика больше, чем у девочки. Это не случайные результаты, а закономерность, которую вы объясните вместе с учителем биологии.

Учитель биологии. Анатомическое строение грудной клетки юноши и девушки различны. Скелет плечевого пояса юноши шире, чем у девушки, и объём грудной клетки юноши больше от природы. Значит, больше и дыхательный объём, и ЖЕЛ.

Учитель физики. Решим задачу. (Работа у доски по желанию).

Задача 1: Сколько воздуха израсходует на дыхание наш класс за урок, если один человек делает в среднем 16 вдохов в минуту, забирая с каждым вдохом 500см? воздуха?

Задача 2: Объем воздуха, поступающего при вдохе, около 2 литров. Плотность воздуха – 1,29кг/м?. Сколько молекул участвуют в нашем вдохе, если молярная масса воздуха – 0,029кг/моль?

Оценивается решение задач у доски.

(Слайд 16-17) Учитель биологии. Какова судьба воздуха в лёгких? Как строение лёгких взаимосвязано с выполняемой функцией?

Стенки альвеол и кровеносных капилляр образованы из одного слоя эпителиальных клеток, что обеспечивает газообмен между альвеолярным воздухом и венозной кровью за 0,8 секунды. Внутренняя поверхность альвеол выстлана тонким слоем поверхностно активного вещества сурфактантом. Это вещество увеличивет поверхностное натяжение стенок альвеол.

(Запись в тетради) Сурфактант – это вещество, которое тонким слоем выстилает альвеолы изнутри и не даёт альвеолам спадаться.

Учитель биологии. При дыхании количество кислорода в легких уменьшается, а углекислого газа увеличивается. Кислород из воздуха, находящегося в альвеолах, переходит в кровь, а углекислота переходит из крови в альвеолярный воздух. Почему и как это происходит? Чтобы объяснить этот процесс, мы должны обратиться к физике, потому что переход газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в воздух подчиняется физическим законам.

(Слайд 17– 18) Учитель физики.

Воздух представляет собой смесь газов, в которую входят азот, кислород, углекислый газ, аргон и другие газы. Воздушная масса атмосферы оказывает на нас давление, равное примерно 760 мм. рт. ст. В смеси газов каждый газ оказывает независимое давление, которое называют парциальным давлением данного газа. Согласно законам физики, если две жидкости разделены проницаемой для газов мембраной, то газы будут диффундировать (диффузия – проникновения молекул одного вещества между молекулами другого), от места большего давления к месту меньшего до тех пор, пока не установится динамическое равновесие – равенство прямого и обратного потоков газов. Условия для газообмена в легких настолько благоприятны, что данный процесс приводит к равновесному состоянию примерно за 1 с. Смотря по таблице можно ответить куда идет диффузия. Газообмен в тканях протекает по тем же физическим законам.

Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемНаталья Горохова

Похожие презентации

Презентация на тему: » Как происходит процесс дыхания с точки зрения физики Дыхание, работа лёгких.» — Транскрипт:

1 Как происходит процесс дыхания с точки зрения физики Дыхание, работа лёгких

2 Лёгкие человека Легкие — парный дыхательный орган, располагаются в грудной клетке, состоящей из ребер, отходящих от позвоночника сзади и заканчивающихся у грудины спереди. К ребрам прикреплены межреберные мышцы и хрящи, участвующие в дыхательных экскур­сиях. Куполообразная мышца диафрагмы лежит в основании этой, напоминающей по форме улей, клетки, сквозь которую проходят пищевод, аорта и нижняя полая вена.

3 Что такое дыхание? Мышцы грудной клетки расширяют ее, увеличивая объем легких, создавая в них некоторое разряжение воздуха, и воздух начинает в них поступать, ведь давление внешнее больше, чем давление внутри легких.

4 Частота дыхания здорового взрослого человека в состоянии покоя составляет 12 раз в 1 мин; ребенок дышит в два раза чаще. Объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха при спокойном дыхании составляет 500 мл (дыхательный объем). Из него только 350 мл участвует в газо­ обмене, а 150 мл, находящиеся в носоглотке, трахее и крупных бронхах, составляют воздух «мертвого пространства». Жизненная емкость легких — важный функциональный показатель, составляющие его объемы приведены ниже. Даже после самого глубокого выдоха в легких остается немного воздуха, придающего им воздушность.

5 Модель работы лёгких Отрежьте дно у пластиковой бутылки. Натяните на горлышко бутылки воздушный шарик и пропихните его внутрь бутылки. Отрезанную часть бутылки затяните пленкой от другого воздушного шарика. Пленку закрепите.

6 При оттягивании пленки объем воздуха внутри бутылки увеличивается, давление уменьшается и становится меньше атмосферного: шарик надувается. При надавливании на нижнюю пленку объем воздуха в бутылке уменьшается, давление становится больше атмосферного, шарик сдувается.

7 Резиновая пленка имитирует диафрагму, воздушный шарик — легкие. Диафрагма опускается — вдох, диафрагма поднимается — выдох.

Дыхание и курение с точки зрения физики

Дыхание и курение с точки зрения физики Выполнили: Пархоменко Наталья, Стяжкина Сюзанна Руководитель: Филатова Н.О., к.п.н., учитель физики МОУ «Сибирский лицей» Томск 2010

Цель: изучение процесса дыхания человека с точки зрения физики и влияния курения на этот процесс. Задачи исследования: Рассмотреть процесс дыхания с позиции газовых законов. Рассмотреть способы измерения объема легких. Описать принцип действия и устройство спирометра – прибора для измерения объема легких. Сконструировать рабочую модель спирометра. Сконструировать устройство для демонстрации вредного влияния курения на легкие человека. Исследовать легкие учащихся спирометрическим методом. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Закон Дальтона где p1, р2, p3, pn—парциальные давления, производимые каждым газом, входящим в состав смеси. Парциальным давлением газа в смеси газов называется давление, которое этот газ создавал бы в отсутствие других компонентов смеси. p=p1 + p2 + p3+. +pn

Средние величины парциального давления газов (мм рт. ст.) в сухом вдыхаемом воздухе, альвеолах, в выдыхаемом воздухе и в крови при мышечном покое (средняя часть рисунка). Парциальное давление газов в венозной крови, оттекающей от почек и мышц (нижняя часть рисунка).

Изменение давления в легких при вдохе и выдохе Изотермический закон (Р0V0=P1V1) — вследствие образовавшегося перепада давлений происходит вдох.

МОДЕЛЬ ЛЕГКИХ Модель легких

СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ЛЕГКИХ С помощью формулы Дюбуа. т — масса тела в килограммах, L — длина тела, рост в метрах. Далее пользуются известной зависимостью, со­гласно которой на 1 м2 поверхности приходится у мужчин — 2,5 л, у женщин — 2 л полного объема легких. 2. Спирометрия. 3. Метод стандартов.

Зависимость экспериментальных значений от теоретических

Спирометрия Спирометрия (от лат. spiro — дую, дышу) — метод измерения жизненной ёмкости лёгких с помощью спирометра. Спирометрия предложена в 1846 году английским учёным Дж. Хатчисоном. Схема спирометра Хатчисона

Современный спирометр имеет турбинный принцип действия – в каркасе прибора расположен микропроцессор, соединенный с турбиной, которую приводит в движение воздух, выдыхаемый пациентом через специальный мундштук.

дыхательный объем легких – количество воздуха, которое пациент вдыхает и выдыхает; резервный объем вдоха – разница между спокойным и максимально глубоким вдохом; емкость вдоха – количество вдыхаемого воздуха от нормального выдоха до максимально глубокого вдоха; резервный объем выдоха – разница между спокойным и максимально возможным выдохом; жизненная емкость легких – разница между максимальным выдохом и максимальным вдохом. ПОКАЗАТЕЛИ СПИРОМЕТРИЧЕСОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

МОДЕЛЬ СПИРОМЕТРА Схема и модель поплавкового спирометра

ФИЗИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ДЫХАНИЯ

Средний человек совершает приблизительно 20000 дыхательных движений в день. Это значит, что за 24 часа около сотни квадратных метров поверхности наших лёгких поглощают 8000 литров кислорода, а 17,5 литров крови, циркулирующей через легкие, разносят кислород по всем клеткам нашего тела. Этот кислород позволяет клеткам производить энергию, необходимую для их жизнедеятельности, поддерживая здоровье, справляться с ежедневными стрессами и самовосстанавливаться. Но не менее важно и не так хорошо известно, что на обратном пути наша кровь несёт из клеток 70% отработанных продуктов жизнедеятельности организма, чтобы избавиться от них через лёгкие. Только лишь для того, чтобы изгнать из себя токсины, стоит дышать эффективно. И всё же большинство людей не дышит как можно полнее и рациональнее для достижения максимального физического здоровья. Неудивительно, что другие преимущества дыхания — умственные, эмоциональные, духовные, — которые можно извлечь, управляя дыхательным процессом, чаще всего игнорируются, особенно на Западе.

По ту сторону физического

То, как дышит человек, красноречиво говорит о его отношении к жизни. Дыхание — наиболее существенная и сокровенная наша связь с окружающим миром. Именно так мы принимаем Вселенную в каждую клетку своего тела. Каждый наш вдох и выдох содержит около десяти секстиллионов (10) атомов. Эти атомы в разное время могут вдыхаться и выдыхаться любым из 6 миллиардов жителей планеты.» Если рассматривать мир как проявление энергии, тогда дыхание является наиболее важным средством связи с этим миром и всеми, кто в нём находится. Вряд ли найдётся более быстрый способ побывать «в шкуре» другого человека, чем приноровиться к ритму его дыхания. Попробуйте дышать также, как он, и вы увидите мир хотя бы частично его глазами.

А причина в следующем. Изменение дыхательной модели — наименее заметный, но самый основной путь приспособления к событиям нашей жизни. Испытывая огромный стресс, мы задерживаем дыхание. Иной раз мы выталкиваем воздух до тех пор, пока дыхательный механизм сам не начнёт «закрываться» — тогда мы чувствуем, что задыхаемся. Испытывая сильный страх, когда очевидно, что придется убегать или драться, мы начинаем чаще дышать. Если этого не делать, часто исчезает ясность разума, необходимая для управления нашими действиями, и мы остаёмся парализованными, не способными кричать, бежать или защищаться. Наше дыхание становится возбуждённым, беспорядочным, когда мы злимся. Нам бывает вообще тяжело дышать, когда мы расстроены. Детьми мы часто затаивали дыхание и закрывали глаза, чтобы сделаться невидимыми; став взрослыми, мы продолжаем так делать, совсем не отдавая себе отчёта зачем. Мы ловим воздух, вздыхаем, задерживаем дыхание в ответ на различные эмоции, а когда чувствуем себя свободно, комфортно и надёжно, дышим уверенно, полной грудью. Эта связь между дыханием и эмоциями впервые привлекла внимание учёных в 1930-х, когда исследователи пришли к заключению, что тревога является ‘респираторным неврозом’, что «стимуляция дыхания может мгновенно восстановить здоровье у больных шизофренией». К 50-м гг. были задокументированы дыхательные модели, ассоциируемые с различными психологическими расстройствами.

Телесная броня (bodi armouring) — хорошо известное понятие, впервые разработанное выдающимся пионером работы с дыханием Вильгельмом Райхом. Этот термин описывает способ, с помощью которого паше тело приспосабливается отвечать на повторяющиеся события в жизни. Если мы напряжём определённые мышцы, реагируя на какую-то ситуацию, эти мышцы ответят таким же образом, когда мы снова столкнёмся с подобной ситуацией. Если такие ситуации повторяются часто, то реакция организма зафиксируется в мышцах и станет характерной чертой нашей позы, нашей походки, нашей осанки. То же самое верно и для дыхания. Такие изменения дыхательного процесса как неглубокое, беспорядочное, прерывистое дыхание, слишком глубокий вдох, недостаточный выдох, или свободное, ровное дыхание могут являться результатом постоянных реакций на жизненные события. Этими изменениями мы инстинктивно пытаемся держать жизненные ситуации под контролем и делать их менее болезненными. Можно подавлять ощущение боли, чувства или мысли, ограничивая дыхательные паттерны. Но этот процесс не признаёт никаких различий. Ограничение неприятных ощущений влияет и на нашу способность чувствовать приятное. Вдобавок к этому, мы запираем эти чувства неразрешёнными в своём организме, из глубины которого они продолжают мучить нас помимо нашей воли.

К счастью, справедливо и обратное. Дыхание, обычно автоматически контролируемое автономной нервной системой, для большинства людей является единственной функцией организма, которая управляется также и центральной нервной системой. Это означает, что при желании мы можем сознательно контролировать эту важную функцию. Такой факт предоставляет в наше распоряжение одну из наиболее эффективных методик, доступных человеку. Дыхание предлагает не только надёжный доступ к нашему подсознанию, но при использовании определённых методов становится средством исцеления травм, хранящихся в подсознании.

ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ДЫХАНИЕ

Сознательное регулирование дыхательного процесса приводит к физическим, умственным и эмоциональным эффектам. Для того, чтобы понять эффекты дыхательной техники, используемой в ребефинге, полезно взглянуть сначала на лечебное дыхание в целом. Для удобства описания дыхания, лёгкие можно разделить на три секции, и в зависимости от центра дыхания, выделить три его типа.

Нижнее дыхание

Под лёгкими расположена мощная мышца — диафрагма. Когда диафрагма сжата, она опускается вниз, в брюшную полость, в результате чего лёгкие всасывают воздух, или вдыхают. Воздух, который вдохнули, переносится в каждый участок тела, а затем кровь несёт обратно к лёгким отработанные вещества и углекислый газ. В этот момент диафрагма расслаблена. Потом она поднимается вверх в грудную полость, и лёгкие выдыхают отработанные вещества, скопившиеся в них. Дыхание нижней частью груди известно как «диафрагмальное». характерным признаком которого является выдвижение живота вперёд при вдохе. На физическом уровне это, возможно, наиболее эффективная форма дыхания, так как зона в нижней части лёгких лучше всего снабжается кровью. На умственном и эмоциональном уровне диафрагмальное дыхание приводит в состояние глубокого спокойствия. Эту форму дыхания использует большинство релаксационных методик, певцы, музыканты, играющие на духовых инструментах для лучшего использования своих лёгких. Но так же как в холистическом понимании человека невозможно отделить тело и разум, этот вид дыхания имеет очень интересный и драматичный двойственный эффект. Оно делает наше тело более тяжёлым, более весомым и более уравновешенным. Этот физический феномен может быть весьма полезен на умственном и эмоциональном уровне в моменты вербальной агрессии или напряжённого ожесточённого спора, когда люди не держат себя в рамках. Дыхание и физическая прочность действуют как буфер остроты атаки, оставляя человека, на которого нападают, достаточно спокойным, чтобы не воспринимать оскорбления. В то же время дышащий остаётся самим собой и отдаёт отчёт о своих мыслях и чувствах. Другими словами, его мозг, будучи информированным о чувствах, остаётся достаточно ясным для того, чтобы контролировать ситуацию.

Среднее дыхание

Когда дыхание концентрируется в средней части лёгких, оно будет поверхностным по сравнению с диафрагмальным. Поэтому это наименее рациональная форма дыхания для ежедневной деятельности. Большинство людей, однако, пользуется именно им в своей повседневной жизни.

Верхнее, или «ключичное» дыхание.

При этом мы фокусируем дыхание в верхней части лёгких, и именно этот тип используется в ребефинге. Такое дыхание характеризуется заметным движением верхней части грудной клетки (с1аvicula — ключица лат.). Хотя при этой форме дыхания слегка двигаются плечи, совсем необязательно намеренно шевелить ими, практикуя верхнее дыхание. Этим самым вы можете вызвать ненужное напряжение и отвлечься от процесса дыхания. Такую форму дыхания мы используем реже всего, и приучиться к нему будет немного трудно, особенно когда человек привык к фрагментарному дыханию. На умственном и эмоциональном уровне такое дыхание вызывает ясность мысли, доступ к подсознанию и глубочайшее эмоциональное облегчение. Пока ещё существует мало научных исследований эффектов ребефинга, поэтому я не могу дать физиологическое объяснение, почему это дыхание даёт доступ к подсознанию и в то же время предоставляет средства решения проблем, всплывающих на поверхность. Уилфорд Эрманн совместно с членами Австрийской Ассоциации профессиональных ребеферов и тренеров в одной из австрийских больниц проводит исследование, которое может дать ответы на некоторые вопросы, но всё это находится только в начальной стадии. Степень эмоционального высвобождения, испытываемого при ключичном дыхании может являться причиной, по которой мы неосознанно избегаем этого дыхания.

Презентация на тему «Физика внутри нас»

Презентация на тему: «Физика внутри нас». Автор: ***. Файл: «Физика внутри нас.ppt». Размер zip-архива: 7392 КБ.

Физика внутри нас

На первый взгляд кажется, что приведенные значения противоречат уравнению неразрывности — в тонких капиллярах скорость кровотока примерно в 1000 меньше, чем в артериях. Однако это несоответствие кажущееся. Дело в том, что в табл. 1.1 приведен диаметр одного сосуда. Эта величина действительно уменьшается по мере разветвления. Однако суммарная площадь разветвления возрастает. Так, суммарная площадь всех капилляров (около 2000 см 2 ) в сотни раз превышает площадь аорты — этим и объясняется такая малая скорость крови в капиллярах. Малая скорость кровотока в капиллярах необходима для обеспечения эффективного обмена между кровью и тканями.

Уравнение Бернулли

Для идеальной жидкости (сила трения полностью отсутствует) справедливо уравнение, которое было получено швейцарским математиком и физиком Даниилом Бернулли (1700-1782). Рассмотрим тонкую трубку тока и выделим в ней два произвольных сечения (рис. 2).

Рис. 2.Параметры сечений в трубке тока

В общем случае эти сечения находятся на различных высотах (h₁ и h₂), а их площади различны (S₁ и S₂). Вследствие уравнения неразрывности различны будут и скорости течения жидкости в этих сечениях (v₁и v₂). Обозначим давления жидкости в этих сечениях Р₁ и Р₂ соответственно.

Используя закон сохранения механической энергии, можно доказать, что для этих сечений выполняется следующее соотношение:

(3),

где – плотность жидкости.

Так как выбор сечения трубки произволен, то соотношение (7.3) можно записать в общем виде, который называется уравнением Бернулли:

(4)

Давление Р называют статическим. Это давление, которое оказывают друг на друга соседние слои жидкости. Его можно измерить манометром, который движется вместе с жидкостью. Величину ρv 2 /2 называют динамическим давлением. Оно обусловлено движением жидкости. Гидростатическое давление ρgh — это давление, создаваемое весом вертикального столба жидкости высотой h.

Уравнение Бернулли формулируется следующим образом:

Измерение скорости жидкости

Установим в разных местах горизонтальной цилиндрической трубы (струи жидкости) одного сечения две трубки: 1) манометрическую трубку, плоскость отверстия которой расположена параллельно движению жидкости; 2) трубку, изогнутую под прямым углом навстречу движению жидкости (трубку Пито) (рис. 6).

В движущемся потоке жидкость в трубках поднимается на разную высоту. Давление под манометрической трубкой равно статическому давлению Р. Оно уравновешивается давлением атмосферы Р_а и давлением столба жидкости h₂:

Давление в торце трубки Пито складывается из статического давления P и динамического давления . Оно уравновешивается давлением атмосферы

и давлением столба жидкости :

.

Вычитая из второго уравнения первое, получим

где – разность уравнений в трубках. Отсюда найдем скорость течения жидкости

. (10)

Имея систему двух таких трубок, вычисляют скорость потока жидкости по формуле (1.10).

Рис.6.Измерение скорости жидкости

Основные понятия и формулы

Аккомодация

Аккомодация – способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на более далеком расстоянии. Вся полость глаза за хрусталиком заполнена прозрачной студенистой жидкостью, образующей стекловидное тело.

По своему устройству глаз как оптическая система сходен с фотоаппаратом. Роль объектива выполняет хрусталик совместно с преломляющей средой передней камеры и стекловидного тела. Изображение получается на светочувствительной поверхности сетчатки. Наводка на резкость изображения осуществляется путем аккомодации. Наконец, зрачок играет роль изменяющегося по диаметру диафрагмы.

Способность глаза к аккомодации обеспечивает возможность получения на сетчатке резких изображений предметов, находящихся на различных расстояниях. Нормальный глаз в спокойном состоянии, т.е. без какого-либо усилия аккомодации, дает на сетчатке отчетливое изображение удаленных предметов (например, звезд). С помощью мышечного усилия, увеличивающего кривизну хрусталика и, следовательно, уменьшающего его фокусное расстояние, глаз осуществляет наводку на нужное расстояние. Наименьшее расстояние, на котором нормальный глаз может отчетливо видеть предметы, меняется в зависимости от возраста от 10 см (возраст до 20 лет) до 22 см (возраст около 40 лет). В более пожилом возрасте способность глаза к аккомодации еще уменьшается: наименьшее расстояние доходит до 30 см и более – возрастная дальнозоркость.

Далеко не у всех людей глаз является нормальным. Нередко задний фокус глаза в спокойном состоянии находится не на самой сетчатке (как у нормального глаза), а с той или другой стороны от нее. Если фокус глаза в спокойном состоянии лежит внутри глаза перед сетчаткой, то глаз называется близоруким.Такой глаз не может отчетливо видеть отдаленные

предметы, так как напряжение мышц при аккомодации еще сильнее отделяет фокус от сетчатки. Для исправления близорукости глаза должны быть снабжены очками с рассеивающими линзами.

В дальнозорком глазе фокус при спокойном состоянии глаза находится за сетчаткой. Дальнозоркий глаз преломляет слабее нормального. Для того чтобы видеть даже весьма удаленные предметы, дальнозоркий глаз должен делать усилие; для видения близко лежащих предметов аккомодационная способность глаз уже недостаточна. Поэтому для исправления дальнозоркости употребляются очки с собирающими линзами, приводящий фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку.

Пресбиопия

Другим распространенным недостатком зрения является пресбиопия — возрастное ослабление способности глаза к аккомодации (иногда ее неправильно называют старческой дальнозоркостью). Пресбиопия связана с возрастным уменьшением эластичности хрусталика и ослаблением кольцевой мышцы. При этом увеличивается ближний предел аккомодации. Дальний предел аккомодации остается неизменным.

При пресбиопии невозможно получение на сетчатке четкого изображения близко расположенных предметов. Обычно речь идет об объектах зрительной работы — текстах, экранах и т.п. Для компенсации пресбиопии используют «очки для чтения». У человека с нормальной формой глаза это очки с положительной оптической силой. У дальнозоркого человека это очки с большей оптической силой, чем для наблюдения удаленных предметов. У близорукого человека это очки с меньшей оптической силой, чем у очков, которыми он пользуется обычно.

Астигматизм

Аберрации, свойственные обычным линзам, у глаз почти не проявляются. Сферическая аберрация весьма незначительна, так как зрачок ограничивает приосевой пучок света. Сферическая аберрация в хрусталике

не проявляется, так как его оптическая плотность в середине выше, чем на периферии. Хроматическая аберрация не проявляется по ряду причин, в том числе и из-за малости расстояния между узловой точкой и сетчаткой — по-разному преломленные лучи просто не успевают разойтись на значительное расстояние. Отсутствует и астигматизм косых лучей, так как оптическая ось глаза всегда устанавливается в направлении наблюдаемого объекта.

Единственный недостаток светопроводящего аппарата глаза, присущий обычным оптическим системам, это астигматизм, обусловленный

его асимметрией. В норме поверхность роговицы и поверхность хрусталика являются сегментами почти идеальных сфер. Однако у некоторых людей кривизна одной или обеих этих поверхностей в одной плоскости оказывается большей, чем в другой. В офтальмологии этот дефект и называют астигматизмом. При астигматизме глаз не способен видеть взаимно перпендикулярные линии одинаково резко.

Для компенсации астигматизма используют «цилиндрические» линзы, асимметрия которых противоположна асимметрии глаза.

· Хрусталик глаза человека представляет собой двояковыпуклую линзу и обладает большой светопреломляющей способностью. Ось хрусталика совпадает с осью глазного яблока. Вещество, из которого состоит хрусталик бесцветное, прозрачное, плотное, сосудов и нервов не содержит. При сокращении или расслаблении мышцы изменяется кривизна хрусталика, изменяя, таким образом, оптическую силу этой

линзы. Средняя оптическая сила редуцированного глаза составляет +59 диоптрий. Поскольку фокусное расстояние у такой линзы очень маленькое (17мм), то все наблюдаемые нами объекты располагаются за двойным фокусным расстоянием. Значит, изображение на сетчатке глаза получается уменьшенным, действительными перевернутым.

Оптическая система глаза Свет, преломляясь в оптической системе глаза, дает на сетчатке действительное, уменьшенное, обратное изображение рассматриваемого предмета. Свет, преломляясь в оптической системе глаза, дает на сетчатке действительное, уменьшенное, обратное изображение рассматриваемого предмета.

Цветное зрение

· Расстройство цветного зрения часто бывает для самого человека и для окружающих его людей незаметным. Оно обнаруживается или случайно, или во время врачебного обследования.

· Известные ученые XIX века Дальтон лишь в возрасте 26 лет обнаружил, что плохо отличает по цвету красные ягоды от зеленой травы. Такую особенность зрения называют теперь дальтонизмом, а людей, страдающих им-дальтониками. Усилиями специалистов в области цветного зрения изготовлены особые очки, с помощью которых дальтоники могут различать три важнейших цвета.

· Для обнаружения дальтонизма разработан простой тест. Посмотрите на рисунок, какую цифру вы там видите?

· Люди с нормальным цветным зрением увидят число 74, дальтоники видят число 21.

Расстояние наилучшего зрения Оптимальное расстояние при чтении и письме для нормального глаза составляет около 25 см. Оптимальное расстояние при чтении и письме для нормального глаза составляет около 25 см.

Зачем нужны два глаза? Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв «правую часть» изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения – правую и левую – головной мозг соединяет воедино. Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв «правую часть» изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения – правую и левую – головной мозг соединяет воедино. Можно различать, какой из предметов находится ближе, какой дальше от нас. Увеличивается поле зрения.

Чувствительность глаза к излучению различной длины волны различна. Наиболее чувствительный глаз к излучению с длиной волны 0,5 мкм, что соответствует желто-зеленому цвету. Чувствительность его резко снижается в сторону красной и фиолетовой части спектра.

Законы равновесия рычага

В Скелетеживотных и человека все кости, имеют некоторую свободу движения, являются рычагами (кости конечностей, нижняя челюсть, фаланги пальцев и т. д)

Деформация

Человеческое тело испытывает достаточно большую механическую нагрузку от собственного веса от мышечных усилий, возникающих во время трудовой деятельности.

Интересно, что на примере человека можно проследить все виды деформации: Деформации сжатия испытывает позвоночный столб и нижние конечности и покровы ступни.

Деформации растяжения – верхние конечности, связки, сухожилия, мышцы. Деформация кручения – шея при повороте головы, туловище в пояснице при повороте.

Для профилактики деформаций опорно-двигательного аппарата большое значение имеют биомеханические исследования. Изучения распределения нагрузок по стопе позволяет создать рациональную опору.

Плазменный шар

Внутри колбы запаяна смесь специально подобранных инертных газов при давлении, ниже атмосферного. Это позволяет при подачи высокого напряжения создать ионизированную среду. В результате возникает газовый разряд – молния. Эффект притяжения молнии к руке объясняется тем, что тело человека обладает определенной электрической емкостью, которая позволяет увеличить разность потенциалов между центральным электродом и сферой. Поэтому увеличивается яркость свечения молний.

Опыт с плазменным шаром

Внутри колбы запаяна смесь специально подобранных инертных газов при давлении, ниже атмосферного. Это позволяет при подаче высокого напряжения создать ионизированную среду. В результате газовый разряд – молния. Эффект притяжения молнии к руке объясняется тем, что тело человека обладает определённым электрической емкостью, которая позволяет увеличить разность потенциалов между центральным электродом и сферой. Поэтому увеличивается яркость свечения молний.

Заключение

Источник знаний в физике – наблюдения и опыты. Именно наблюдения и опыты помогли мне подтвердить гипотезу, которая была сформулирована в начале работы, я уверена, что большинство процессов, которые протекают в организме человека можно изучить и объяснить с помощью законов физики. Считаю, что все поставленные цели и задачи в ходе работы были выполнены.

Действительно, тело человека, функционирование внутренних органов и частей его тела подчиняются законам физики.

Список литературы и ссылки:

1. Интегрированные уроки физики Л.А. Горлова.

2. Элементарный учебник физики Г.С. Ландсберга

3. Элективный курс «Физика человека»

4. Анатомия и физиология человека.Н.Н.Федюкович