.10. Оптическая система глаза. Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность глаза.
1 .Виды звука. Физические характеристики звуков. Звук - механические волны, распространяюищеся в упругой среде частотой от 20-20000Гц. Принято различать:1)тоны или музыкальные звуки 2)шумы; 3)звуковые удары Тон-звук, являющиеся периодическим процессом. Если он гармонический (изменяется по закону синуса или косинуса), то он называется простым (чистым). Характеристика звука: а) частотаб) высота тона, зависящая от частотыв) громкость - субъективная характеристика звука, . зависящая от интенсивности (I),порога слышимости и частоты тока. • Сложный тон можно разложить на простые. Наименьшая частота является основной Vо (амплитуда ее наибольшая). Остальные гармоники имеют частоты кратные основной. Дальше график зависимости. по горизонтали t,вертик А.По мере возрастание частоты амплитуда убывает. Набор частот с указанием - их относительной интенсивности (амплитуды -А) называется гармоническим сектором сложного тока, он линейчатый.
Шум- звук, со сложной,неповторяющейся временной зависимостью.
эвуковой удар – кратковременные звуковые воздействия - хлопок, взрыв. Энергетической характеристикой является интенсивность - Вектора Умова I (стрелка вектора)= ( W в2*р*Ав2/2)* U (стрелка вектора) w-частота волны р - плотностьь среды А - амплитуда волны V - скорость
2. Характеристика слухового опущения и их связь с физическими характеристками звука. Звуковые измерения. Звук является объектом звуковых ощущений Воспринимая тоны, человек ощущает их по высоте.Высота - субъективная характеристика частотой сеновного Тона (в основном). Высота зависит от сложности тона и его интенсивности.Звук большей интенсивности воспринимается как наиболее низкого тона.Тембр определяется исключительно спектральным составом (набором гармоник) Громкость- характеризует уровень слухового ощущения. Путем сравнения •слухового ощущения от двух источников громкости может быть оценен.психофизический закон Вебера-Фехнера, если увеличивать уровень раздражения ( ингенсивность-I) в n раз, то ощущение этого раздражения(громкость-Е) возрастает на n ,т.е на одинаковую величину. Математически это значит:Е=k*lg*I/Io k-коэффицент пропорциональности зависит от частоты и интенсивности.Условно считают, что на частоту 1000 Гц шкалы громкости и интенсивности совпадают E=10lg*I/Io. При этом уровень интенсивности измеряется в децибелах(дБ), а уровень громкости в фонах. На других частотах громкость измеряют, сравнивая исследуемый звук со звуком частотой 1000 Гц. Изменяют интенсивность при следующих частотах (20,50,100,200, 400...Гц), до тех пор, пока не возникнет слуховое ощущение аналогично слуховому ощущению при 1000Гц. Построение кривой равной громкости (рис 8.4 с 134- Ремизов) наоснавание данных людей с нормальным слухом.
4. Физические основы работы аппарата слуха человека.
Слуховая система связывает непосредственно приёмник звуковой волны с головным мозгом, она получает, преобразовывает и передаёт информацию.
Она состоит из:
1) наружного уха
2) среднего уха;
3) внутреннего уха
Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода.
С помощью ушной раковины, на которой дифрагируют звуковые волны - т.е. огибают её, человек научился определять направление звука (откуда он). В зависимости от разности фаз (т.к. разность хода возникает из-за разного расстояния источника звуковых волн до одного и другого уха) волны дошедшие от одного и другого уха и определяется направление на источник звука. (2) Из наружного уха звук попадает в среднее ухо, существенная часть которой является барабанной перепонкой, способная совершать колебания в диапазоне звуковых частот (20-20000 Гц). На нее действует звуковое давление (р1), обуславливающее силу звукового давления (F1)
F1=P1*S1
S-плошадь барабанной перепонки.
На овальное окно внутреннего уха действует сила F2=P2*S2
Р2 - звуковое давление в жидкой среде
Среднее ухо увеличивает в 26 раз (или на 26 дБ) давление, передаваемое из внешней среды внутреннему уху. Кроме того, при звуке большой интенсивности, среднее ухо ослабляет его при передаче внутреннему уху.
Барабанная перепонка вступает в резонанс с частотой поступающей к ней звуковой волны. Она обладает частотно-избирательными свойствами. Во внутреннем ухе происходит: колебание мембраны овального окна - сложные колебания основной мембраны - раздражение волосовых клеток (рецепторы) - генерация электрического сигнала, поступающего в мозг. 5. Ультразвук. Применение и источники ультразвука. Действие ультразвука на ткани организма. Использование ультразвука в медицине.Ультразвк – механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхний предел ультразвка 10^9 – 10^10 Гц. Для генерации ультразвука применяют устройства УЗ-излучатели – электро-механические излучатели. Они основаны на явлении обратного пьезоэффека под действием электрического поля некоторые кристаллы (кварцы, сегнетова соль, керамика на основе титана, бария и др.) деформируются. На пластинку с хорошо выраженным пьезоэффектом подаётся переменное напряжение с частотой, подобранной для данного материала определённой толщины. Пластинка, вступившая в резонанс с внешним напряжением, начинает колебаться с той же частотой, в пространстве узлучается УЗ-волна данной частоты.Применени УЗ создаётся уже на основе пьезоэффекта – возникновение напряжения при деформации кристалла, которое может быть измерено.Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения. Отражение УЗ на границе раздела двух сред зависит от соотношения волновых сопротивлений. УЗ-волны хорошо отражаются от границы мышцы-надкостница-кость, поверхности полых органов и т.д., поэтому можно определить расположение и размеры неоднородных включений полостей внутренних органов и т.д.Скорость УЗ-волн и их поглощение зависит от состояния среды (УЗ используют для изучения молекулярных свойств вещества).При воздействии УЗ на биологические ткани возникают: микровибрации на клеточном уровне, разрушение био-макро-молекул. Перестройка и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран; тепловое действие; разрушение клеток и микроорганизмов.Ультразвук в медицине используется в диагностике, либо как метод воздействия на ткани. 6.Физическая модель сердечно - сосудистой системы (модель Франка). Пульсовая волна.О. Франк предложил гидродинамическую модель кровеносной системы. Она позволяет установить связь между ударным объемом крови (объем крови выбрасываемый желудочком за одну систолу) гидравлическим сопротивлением периферической части системы кровообращения (Х0) и изменением давления в артериях. Артериальная часть системы моделируется упругим (эластичным) резервуаром (УР)
Кровь находится в упругом резервуаре (артерии), её объеме любой момент времени V=V0+КР
К - упругость резервуара
V0 - объем резервуара при отсутствии давления
В (УР) - артерии поступает кровь из сердца объемная скорость кровотока - Q; от (УР) кровь течёт с объемной скоростью – Q0 в периферическую систему (артериолы, капилляры). Пусть гидравлическое сопротивление постоянно (X0). Тогда
1) 
2) 
- следует из уравнения Пуазейля; Р – давление в (УР); Р0 – венозное давление. 3) 
Решая совместно уравнения (1), (2), (3) Франк получил
- давление в резервуаре после систолы.
- зависимость скорости оттока крови от времени
- объемная скорость кровотока в УР в конце систолы (начало диастолы).
При сокращении сердечной мышцы кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от неё артерии, при этом кровь растягивает аорту, артерию и другие крупные сосуды, т. е. они принимают за время систолы больше крови, чем её оттекает к периферии. Систолическое давление человека в норме 16 кПа. Во время расслабления сердца (диастола) растянутые кровеносные сосуды спадают и потенциальная энергия, сообщенная им сердцем, переходит кинетическую энергию тока крови, при этом поддерживается диастологическое давление = 11 кПа. Распространяющуюся по аорте и артериям волну повышенного давления, вызванной выбросом крови из левого желудочка в период систолы, называется пульсовой Волной. Она распространяется со скоростью 5-10 м/с, т.е. за 0,3 сек (время систолы), она распространяется на 1-3 метра. Фронт пульсовой волны достигает конечностей раньше, чем начинается спад давления в аорте. Но скорость крови 0,3-0,5 м/с.
У человека с возрастом модуль упругости возрастает, возрастает и скорость пульсовой волны. 7. Физические основы электрокардиографии. Отведения при ЭКГ.
Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов), Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрография: 1) электрокардиография (ЭКГ) - регистрация биопотенциалов возникающих в сердечной мышце при_ее_возбуждении; 2) электромиография - регистрация биоэлектрической активности мышц;
3) электрроэнцефалография (ЭЭГ) - метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.Физический подход к электрографии заключается в создании модели электрического генератора, которая соответствует картине снимаемых биопотенциалов. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена: сердце есть токовый диполь с дипольным моментом Рс, который поворачивается, изменяет свое положение за время сердечного цикла. Он предложил снимать разность биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, который расположен на правой руке (ПР), левой руке(ЛР) и левой ноге(ЛН). Напряжение между двумя точками-отведение. Различают стандартные отведения: 1 :(лр-пр); 2(пр-лн);3(лр-лн);. Т.к. сердце расположено в центре равностороннего треугольника, то измерив U1, U2, U3, можно найти ориентацию дипольного момента сердда (ИЭВ сердца) во фронтальной плоскости, находят !tgАЛЬФАab=(Ubc+Uac)/(Ubc-Uac)! (a, b, c - индексы A,B,C) (относительно горизонтальной оси). на ЭКГ получают временные зависимости напряжения в отведениях. ЭКГ не дает представлений и ориентации ИЭВ сердца в пространстве, но для диагностических целей такая информация важна. Усиление отведения (по Гольбергу) получается если снять отведение между одной из стандартных точек (например ЛР) и (две другие соединив через большие сопротивления в общую точку) общей точкой. Амплитуда U возрастает в полтара раза.
По Вильсону измеряют направление между шестью точками треугольника Ксеба(хз) (грудного) и точкой, образованной соединением трёх стандартных точек через большие сопротивления между собой.
При снятии этих отведений определяют ориентацию ИЭВ сердца не только во фронтальной, но и в горизонтальной плоскостях. Эти отведения называются униполярными, т.к. потенциал точки Д с течением времени не меняется.
8 . Физические процессы в тканях организма под действием электромагнитных высокочастотных токов и полей.Ткани организма представляют собой совокупность проводящих тканей электролитов, и диэлектрических - костная, нервная, сухожилия и др. Если живую ткань поместить в переменное электрическое поле высокой частоты, то в них происходят физические процессы, связанные со смещением ионов проводящих тканях и колебаниях дипольных молекул в электриках.В тканях возникают токи смещения «токи проводимости». При этом в тканях выделяется количество теплоты которое зависит от электрической проницаемости (S), удельного сопротивления и частоты колебаний электрического поля. Подбирав соответствующую частоту, можно вызвать выделение теплоты в нужных органах и тканях. В растворах электролитов высокочастотное электрическое поле вызывает токи проводимости, сопровождающиеся выделением количества теплоты:
!Q1=k1*r*E^2! r – удельная электропроводимость тканей; Е – напряженность электрического поля.
В диэлектриках под действием переменного электрического поля происходит переориентация дипольных молекул с частотой колебаний поля. Вращательные колебания молекул в диэлектриках сопровождаются потерями энергии, затрачиваемой на преодоление кулоновских сил притяжения, удерживающих молекулы в равновесном положении – это диэлектрические потери, они зависят от природы диэлектрика и характеризуются велечиной tg «сигма» («сигма» - угол отставания по фазе колебаний молекулы от колебаний электрического поля.
!Q2=k2*сигма* сигма0*ню*Е^2* tg «сигма» ---- количество теплоты, выделяющеесе в диэлектрических тканях под действием переменного электрического поля.
«Ню» - частота колебаний, к – коэффициент пропорциональности.
При «ню»=40,58*10^6 Гц в диэлектриках выделяется большие количества теплоты, чем в электролитах. Но и вращательные колебания молекул диэлектриков при УВЧ-терапии оказывают значительное влияние на физиологическое состояние клетки (осцилляторное действие поля).
Все это приводит к активации биохимических и физиологических процессов
9.Действие импульсных низкочастотных токов на ткани организма. Электростимуляция. Аккомодация. Диадинамические токи.
При низких звуковых и ультразвуковых частотах переменный ток вызывает раздражающее действие на биологические ткани. Это обусловлено смещением ионов растворов электролитов (в проводящих тканях), их разделением, изменением их концентрации в разных частных клетки и межклеточного пространства.
Раздражение зависит от формы импульсного тока (прямоугольная, экспоненциальная, синусоидальная и др.), от длительности и амплитуды импульсов. Электростимуляция - действие на живые ткани импульсным током, который приводит в состояние возбуждения группу клеток в живом организме на определённое время и с определённой повторяемостью. Электрический импульс можно легко дозировать, многократно повторять, его интенсивность можно легко и быстро изменять.
Для лечебной электростимуляции используются ритмически повторяющиеся импульсы (частотное раздражение), они подаются в форме посылок различной длительности (серии импульсов), чередующихся с паузами для отдыха тканей; либо биполярные импульсы, которые подаются в непрерывном режиме.
При длительном однотипном воздействий ткани перестают возбуждаться, т. к. наступает привыкание (аккомодация). Во избежание аккомодации монополярные импульсы либо подаются сериями, либо периодически, изменяется амплитуда колебаний, форма, частота. Диадинамические токи - токи высокой частоты. Их используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной . дарсонвализации. Это токи с частотой 10 Гц со с слабозатухающими колебаниями, напряжением 100-150 В, силой тока несколько ампер. Сильнее этими токами нагреваются кожа, жир, кости, мышцы, т. к. они имеют большое удельное сопротивление. Меньше - органы богатые кровью и
лимфой: легкие, печень, лимфатические узлы. При дарсонвализации
силой тока (10-15) 10 А.
Токи высокой частоты используют для хирургических целей (электрохирургия). Они позволяют пришивать, «сваривать» ткани (диатермокоагуляцию) или рассекать их (диатермотомия).
.10. Оптическая система глаза. Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность глаза.
Глаз человека - оптический прибор. Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей, жидкостью передней камеры и хрусталиком (четыре преломляющие поверхности) и ограниченного спереди воздушной средой, сзади - стекловидным телом. Главная оптическая ось (ОО1) проходит через геометрические центры роговицы (I) зрачка (2) и хрусталика (3).
MN - зрительная ось, направление наибольшей светочувствительности
глаза. Для упрощения можно заменить глаз линзой, окруженной воздухом
со стороны пространства предметов(I) n1=1; и жидкостью с показателем
преломления n2 = 7,336 со стороны пространства изображений (II).
Основное преломление происходит на внешней границе роговицы,
оптическая сила которой D1=40днтp, хрусталика - D2 = 20дитр; всего глаза D=D1+D2.
Различно удалённые предметы должны давать на сетчатке одинаково
резкие изображения, этого добиваются тем, что хрусталик может изменить
свой радиус кривизны, т.е. фокусное расстояние. Приспособление глаза к
четкому видению различно удаленных предметов - «наводка на резкость» -
называется аккомодация. 25 см - расстояние до предмета носит название
расстояния наилучшего зрения. Размер изображения зависит от угла зрения
(бета), угла, под которым виден предмет (а он зависит от расстояния до
предмета). бета = В/L, где В - размер предмета, L - расстояние от предмета до
глаза.
Разрешающая способность глаза - (наименьший угол зрения) или наименьшие размеры предмета, которые дадут изображения на сетчатке.
Бета с ин. min= 1` (одна минута). Bmin = 5*10^(-6)м = 0,005мм.
11.Чувствительность глаза к цвету и свету.
Сетчатка глаза состоит из нескольких слоев и не одинакова по своей толщине и чувствительности к свету, в ней находятся светочувствительные зрительные клетки, периферические концы которых имеют различную форму, Продолговатые окончания называются палочками, конусообразные -колбочками. Длина палочек (63-81)*10^(-6)м, диаметр - около 106 мкм; для колбочек длина 35 мкм, диаметр(5-6)мкм. На сетчатке глаза человека расположено около 130млн. палочек и 7млн колбочек. В месте вхождения зрительного нерва находится не чувствительное к свету слепое пятно. В середине сетчатки, чуть ближе к височной области, лежит самое чувствительное к свету жёлтое пятно, центральная часть которого имеет диаметр около 0,4мкм. Палочки и колбочки распределены по сетчатке неравномерно. Колбочки в основном в центральной части сетчатки, в жёлтом пятне, в центре жёлтого пятна находятся исключительно колбочки; но края сетчатки - только палочки. Палочки более чувствительны к интенсивности света, но не различают цвета. Колбочки различают цвета, они чувствительны к восприятию деталей изображения, поэтому решающую способность глаза обуславливается размещением колбочек на сетчатке. Палочки относятся к аппарату сумеречного и ахроматического зрения, а колбочки - дневного и цветного. Светочувствительность глаза - минимальная яркость, вызывающая зрительное ощущение, светочувствительность изменяется благодаря адаптации глаза(изменение диаметра зрачка; уменьшение количества светочувствительного вещества; экранирование палочек и колбочек темным
пигментом; изменение в зависимости от яркости предмета степени участия палочек и колбочек в возбуждении(светового ощущения
13. Оптический микроскоп. Ход лучей. Увеличение и т.д.
Для больших увеличений используют систему короткофокусных линз – объектив – окуляр. Такая система носит название – микроскоп. Изображение получается в фокальной плоскости окуляра.
АВ - предмет; A1B1- изображение; А2В2 - изображение, даваемое окуляром (оно увеличенное перевёрнутое мнимое). Для получения микрофотографий объектив (или окуляр) отодвигают, тогда A1B1 получается за передним фокусом F2, а изображение будет действительным, увеличенным справа от окуляра. Бета = А2В2/АВ - увеличение микроскопа Бета = L*S/F1F2, где L - длинна тубуса; S - расстояние наилучшего зрения. Но полученное увеличение зависит от разрешающей способности глаза Zгл. = 70мкм; и микроскопа, которое связано с дифракцией на мелких структурах;
Z= лямбда/2n sin фи;
n - показатель преломления веществ между объективом и предметом;
фи - апертурный угол (между крайними лучами входящими в объектив); лямбда -длинна волны света, освещающего предмет.
Г=Zгл/Z - полезное увеличение микроскопа.
Для увеличения разрешающей способности необходимо уменьшить предельное разрешение Z; для этого увеличивают n, вводя иммерсионную жидкость с показателе преломления близким к n - стекла между предметом и объективом.
14. 3 аконы излучения абсолютно чёрного тела (Стефана - Больцмана, Вина). Формула Планка. Использование термографии в диагностике.
Излучение чёрного тела имеет сплошной спектр. Графически это выглядит для разных температур так:
Существует максимум спектральной светимости, который при повышении
температуры смещается в сторону коротких волн.
По мере нагревания чёрного тела его энергетическая светимость (Re)
увеличивается: Re = опред интеграл от 0 до бескон от Eлямда*dлямда
Стефан и Больцман установили, что Re=сигма*T^4
Сигма = 5,6696*10^-8 Вт/K*м^2 - постоянная Стефана-Больцмана,
T = t+273 - абсолютная (термодинамическая) температура по шкале
Кельвина. Все замечали это на практике, чем выше температура спирали, нагретой печи, тем больше они излучают тепла.
ЛЯМДАmax=b/T - закон смещения Вина. Чем выше температура нагретого тела, тем более короткие волны оно излучает. Это также все замечали - человеческое тело излучает в области невидимых инфракрасных длин волн; чем более нагретым становится тело, тем оно начинает светиться цветом близким к фиолетовому: красное, оранжевое, жёлтое, голубое... Законы Стефана-Больцмана и Вина лежат в основе оптической пирометрии - определения температуры тел по их излучательной способности. Регистрация излучения разных участков поверхности тела и определение их температуры, диагностический метод - термография (воспалительные процессы изменяют местную температуру и по изменению температуры находят место воспаления) Планк получил формулу для спектральной плотности абсолютно черного тела (Eлямда) и серого тела (r лямда) (лямда-индекс): E лямда=2п* h * c ^2/лямда^5 * 1/ exp [ h * c / k * T *лямда-1]
альфа - коэффициент поглощения
h - постоянная Планка;
С - скорость света в вакууме;
лямда - длина волны;
k - постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура.