Физические и физиологические характеристики звука.
Физические и физиологические характеристики звука. Диаграмма слышимости. Уровни интенсивности и уровни громкости звука, связь между ними и единицы их измерения.
Акустика – раздел физики, в котором изучают звук и связанные с ним явления. Звук – продольная механическая волна, которая распространяется в упругих средах (твердых телах, жидкостях и газах) и воспринимается человеческим ухом. Звуку соответствует диапазон частот от 16 Гц до 20000Гц. Колебания частотой > 20000Гц – ультразвук, а < 16Гц – инфразвук. В газах звуковая волна – только продольная, в жидкостях и твёрдых телах – продольная и поперечная. Человек слышит только продольную механическую волну. Скорость звука в среде зависит от св-в среды (температуры, плотности среды и т.д.). В воздухе =340м/с; в жидкостях и кровенаполненных тканях = 1500м/c; в твердых телах =3000-5000м/c. Для твёрдых тел скорость равна: v=√E/p, где Е – модуль упругости (Юнга); р – плотность тела. Для воздуха скорость (м/с) возрастает с увеличением температуры: м=331,6+0,6t. Звуки делятся на тоны (простые и сложные), шумы и звуковые удары. Простой (чистый) тон – звук, источник которого совершает гармонические колебания (камертон). Простой тон имеет только одну частоту v.Сложный тон – звук, источник которого совершает периодические негармонические колебания (муз. звуки, гласные звуки речи), можно разложить на простые тона по т. Фурье. Спектр сложного тона линейчатый. Шум – сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов, спектр – сплошной. Звуковой удар – кратковременное звуковое воздействие (взрыв, хлопок). Различают объективные (физические), характеризующие источник звука, и субъективные (физиологические), характеризующие приёмник (ухо). Физиологические характеристики зависят от физических. Интенсивность I (Вт/м2) или уровень интенсивности L (дБ)– энергия звуковой волны, приходящаяся на площадку единичной площади за единицу времени. Эта физическая характеристика определяет уровень слухового ощущения (громкость Е [фон], уровень громкости). Громкость показывает уровень слухового ощущения. Гармонический спектр – тембр звука. Частота звука v (Гц) – высота звука. Порог слышимости – min интенсивность I0, которую человек ещё слышит, но ниже которого звук ухом не воспринимается. Человек лучше слышит на частоте 1000Гц, значит порог слышимости на этой частоте min (I0=Imin) и I0=10-12Вт/м2. Порог болевого ощущения – max интенсивность, воспринимаемая без болевых ощущений. При I0>Imax происходит повреждение органа слуха. Imax=10Вт/м2. Вводят понятие уровни интенсивности L=lgI/I0, где I0 – интенсивность звука на пороге слышимости. [Б - белах]. 1 бел – уровень интенсивности такого звука, интенсивность которого в 10 раз > пороговой интенсивности. 10дБ=1Б. L=10lgI/I0, (дБ). Человек слышит звуки в диапазоне уровней интенсивности звука от 0 до 130 дБ. Диаграмма слышимости – зависимость интенсивности или уровня интенсивности от частоты звука. На ней болей порог (БП) и порог слышимости (ПС) представлены в виде кривых, не зависят от частоты. Min порог слышимости 10-12 Вт/м2, а болевой порог Imax =1-10Вт/м2. Эти значения на частоте 1000Гц. Вблизи этой частоты человек слышит лучше всего. Поэтому в диапазоне частот 500-3000Гц при интенсивности 10-8-10-5Вт/м2 - область речи. (I, Вт/м2: 10, 1, 10-12, пусто; v,Гц: 16, 1000, 20000; L, дБ: 130, 120,0). Аудиометрия – метод исследования остроты слуха с помощью диаграммы слышимости. Звуковое ощущение (громкость) растет в арифметической прогрессии, а интенсивность – в геометрической. E=klgI. Закон Вебера-Фехнера: Изменение громкости прямо пропорционально lg отношения интенсивностей звуков, вызвавших это изменение громкости: ∆E=k1lgI2/I1, где k1=10k.
Активный транспорт ионов через мембрану. Виды ионных процессов. Принципы работы Na+-K+насоса.
Активный транспорт – перенос молекул и ионов через мембрану, который выполняется клеткой за счёт энергии метаболических процессов. Он ведёт к увеличению разности потенциалов по обе стороны мембраны. В этом случае перенос в-ва осуществляется из области его меньшей концентрации в область большей. Энергия на совершение работы получается при расщеплении молекул АТФ на АДФ и фосфатную группу под действием спец. белков – ферментов – транспортные АТФ-азы. АТФ=АДФ+Ф+Е, Е=45кДж/моль. Активный транспорт: ионов (Na+-К+-АТФ-аза; Сa2+-АТФ-аза; Н+-АТФ-аза; перенос протонов при работе дых. цепи митохондрий) и органических в-в. Натрий-калиевый насос. Под действием Na+, находящихся в цитоплазме, на внутренней стороне мембраны, транспортная АТФ-аза активизируется и расщепляется на АДФ и Ф. При этом выделяется 45кДж/моль энергии, идущей на присоединение трёх Na+ и изменением из-за этого конформации АТФ-азы. 3 Na+ переносятся через мембрану. Чтобы вернуться в первоначальную конформацию, АТФ-азе приходится перенести 2К+ через мембрану в цитоплазму. За один цикл из клетки выносится один положительный заряд. Внутренняя сторона клетки – отрицательный заряд, внешняя – положительный. Происходит разделение электрических зарядов и возникает электрическое напряжение, поэтому Na+-К+ насос – изогенный.
Определить скорость электронов, падающих на антикатод рентгеновской трубки, если min длина волны в сплошном спектре рентгеновских лучей 0,01нм.
eU=hC/Lmin; eU=mv2/2; hC/Lmin =mv2/2; v2= 2hC/mLmin=437,1*1014м/c; v=20,9*107м/с.
Оптическая сила линзы составляет 10 дптр. Какое увеличение она дает?
D=1/F; Г=d0/F=0,25м/0,1=2,5раза.
Оцените гидравлическое сопротивление сосуда, если при расходе крови в 0,2л/мин (3,3*10-6м3/с) разность давлений на его концах составляет 3мм.рт.ст.(399Па, т.к.760мм.рт.ст.=101кПа)
Х=∆P/Q=399/3,3*10-6=121*106 Па*с/м3
Какие уравнения называются дифференциальными, чем отличаются его общее и частное решения?
Дифференциальное – уравнение, связывающее аргумент х, искомую функцию у и её производные у’,у’’, … , yn различных порядков. Порядок диф. уравнения определяется наивысшим порядком входящей в него производной. Рассмотрим второй закон Ньютона F=ma, ускорение – первая производная от скорости. F=mdv/dt – диф. уравнение первого порядка. Ускорение – вторая производная от пути. F=md2S/dt2 - диф. уравнение второго порядка. Решением диф. уравнения является функция, которая обращает это уравнение в тождество. Решим уравнение: у’-x=0; dy/dx=x; dy=xdx; ᶘdy=ᶘxdx; y+C1=x2/2+C2; y= x2/2+C – общее решение диф. уравнения. При любом конкретном значении постоянной С в функции получим – частное решение, их может быть бесконечно много. Чтобы выбрать одно, нужно задать дополнительное условие.
Акустика – раздел физики, в котором изучают звук и связанные с ним явления. Звук – продольная механическая волна, которая распространяется в упругих средах (твердых телах, жидкостях и газах) и воспринимается человеческим ухом. Звуку соответствует диапазон частот от 16 Гц до 20000Гц. Колебания частотой > 20000Гц – ультразвук, а < 16Гц – инфразвук. В газах звуковая волна – только продольная, в жидкостях и твёрдых телах – продольная и поперечная. Человек слышит только продольную механическую волну. Скорость звука в среде зависит от св-в среды (температуры, плотности среды и т.д.). В воздухе =340м/с; в жидкостях и кровенаполненных тканях = 1500м/c; в твердых телах =3000-5000м/c. Для твёрдых тел скорость равна: v=√E/p, где Е – модуль упругости (Юнга); р – плотность тела. Для воздуха скорость (м/с) возрастает с увеличением температуры: м=331,6+0,6t. Звуки делятся на тоны (простые и сложные), шумы и звуковые удары. Простой (чистый) тон – звук, источник которого совершает гармонические колебания (камертон). Простой тон имеет только одну частоту v.Сложный тон – звук, источник которого совершает периодические негармонические колебания (муз. звуки, гласные звуки речи), можно разложить на простые тона по т. Фурье. Спектр сложного тона линейчатый. Шум – сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов, спектр – сплошной. Звуковой удар – кратковременное звуковое воздействие (взрыв, хлопок). Различают объективные (физические), характеризующие источник звука, и субъективные (физиологические), характеризующие приёмник (ухо). Физиологические характеристики зависят от физических. Интенсивность I (Вт/м2) или уровень интенсивности L (дБ)– энергия звуковой волны, приходящаяся на площадку единичной площади за единицу времени. Эта физическая характеристика определяет уровень слухового ощущения (громкость Е [фон], уровень громкости). Громкость показывает уровень слухового ощущения. Гармонический спектр – тембр звука. Частота звука v (Гц) – высота звука. Порог слышимости – min интенсивность I0, которую человек ещё слышит, но ниже которого звук ухом не воспринимается. Человек лучше слышит на частоте 1000Гц, значит порог слышимости на этой частоте min (I0=Imin) и I0=10-12Вт/м2. Порог болевого ощущения – max интенсивность, воспринимаемая без болевых ощущений. При I0>Imax происходит повреждение органа слуха. Imax=10Вт/м2. Вводят понятие уровни интенсивности L=lgI/I0, где I0 – интенсивность звука на пороге слышимости. [Б - белах]. 1 бел – уровень интенсивности такого звука, интенсивность которого в 10 раз > пороговой интенсивности. 10дБ=1Б. L=10lgI/I0, (дБ). Человек слышит звуки в диапазоне уровней интенсивности звука от 0 до 130 дБ. Диаграмма слышимости – зависимость интенсивности или уровня интенсивности от частоты звука. На ней болей порог (БП) и порог слышимости (ПС) представлены в виде кривых, не зависят от частоты. Min порог слышимости 10-12 Вт/м2, а болевой порог Imax =1-10Вт/м2. Эти значения на частоте 1000Гц. Вблизи этой частоты человек слышит лучше всего. Поэтому в диапазоне частот 500-3000Гц при интенсивности 10-8-10-5Вт/м2 - область речи. (I, Вт/м2: 10, 1, 10-12, пусто; v,Гц: 16, 1000, 20000; L, дБ: 130, 120,0). Аудиометрия – метод исследования остроты слуха с помощью диаграммы слышимости. Звуковое ощущение (громкость) растет в арифметической прогрессии, а интенсивность – в геометрической. E=klgI. Закон Вебера-Фехнера: Изменение громкости прямо пропорционально lg отношения интенсивностей звуков, вызвавших это изменение громкости: ∆E=k1lgI2/I1, где k1=10k.
Активный транспорт ионов через мембрану. Виды ионных процессов. Принципы работы Na+-K+насоса.
Активный транспорт – перенос молекул и ионов через мембрану, который выполняется клеткой за счёт энергии метаболических процессов. Он ведёт к увеличению разности потенциалов по обе стороны мембраны. В этом случае перенос в-ва осуществляется из области его меньшей концентрации в область большей. Энергия на совершение работы получается при расщеплении молекул АТФ на АДФ и фосфатную группу под действием спец. белков – ферментов – транспортные АТФ-азы. АТФ=АДФ+Ф+Е, Е=45кДж/моль. Активный транспорт: ионов (Na+-К+-АТФ-аза; Сa2+-АТФ-аза; Н+-АТФ-аза; перенос протонов при работе дых. цепи митохондрий) и органических в-в. Натрий-калиевый насос. Под действием Na+, находящихся в цитоплазме, на внутренней стороне мембраны, транспортная АТФ-аза активизируется и расщепляется на АДФ и Ф. При этом выделяется 45кДж/моль энергии, идущей на присоединение трёх Na+ и изменением из-за этого конформации АТФ-азы. 3 Na+ переносятся через мембрану. Чтобы вернуться в первоначальную конформацию, АТФ-азе приходится перенести 2К+ через мембрану в цитоплазму. За один цикл из клетки выносится один положительный заряд. Внутренняя сторона клетки – отрицательный заряд, внешняя – положительный. Происходит разделение электрических зарядов и возникает электрическое напряжение, поэтому Na+-К+ насос – изогенный.
Определить скорость электронов, падающих на антикатод рентгеновской трубки, если min длина волны в сплошном спектре рентгеновских лучей 0,01нм.
eU=hC/Lmin; eU=mv2/2; hC/Lmin =mv2/2; v2= 2hC/mLmin=437,1*1014м/c; v=20,9*107м/с.
Оптическая сила линзы составляет 10 дптр. Какое увеличение она дает?
D=1/F; Г=d0/F=0,25м/0,1=2,5раза.
Оцените гидравлическое сопротивление сосуда, если при расходе крови в 0,2л/мин (3,3*10-6м3/с) разность давлений на его концах составляет 3мм.рт.ст.(399Па, т.к.760мм.рт.ст.=101кПа)
Х=∆P/Q=399/3,3*10-6=121*106 Па*с/м3
Какие уравнения называются дифференциальными, чем отличаются его общее и частное решения?
Дифференциальное – уравнение, связывающее аргумент х, искомую функцию у и её производные у’,у’’, … , yn различных порядков. Порядок диф. уравнения определяется наивысшим порядком входящей в него производной. Рассмотрим второй закон Ньютона F=ma, ускорение – первая производная от скорости. F=mdv/dt – диф. уравнение первого порядка. Ускорение – вторая производная от пути. F=md2S/dt2 - диф. уравнение второго порядка. Решением диф. уравнения является функция, которая обращает это уравнение в тождество. Решим уравнение: у’-x=0; dy/dx=x; dy=xdx; ᶘdy=ᶘxdx; y+C1=x2/2+C2; y= x2/2+C – общее решение диф. уравнения. При любом конкретном значении постоянной С в функции получим – частное решение, их может быть бесконечно много. Чтобы выбрать одно, нужно задать дополнительное условие.