III. Порядок выполнения работы. 1. Насыпают в трубку 1 немного сухих пробковых опилок, кладут ее горизонтально на

порядок

1. Насыпают в трубку 1 немного сухих пробковых опилок, кладут ее горизонтально на подставку и надвигают на стержень 2, пока диск 3 не войдет вовнутрь ее на некоторую глубину (диск не должен касаться стенок трубки).

2. Свободный конец стержня 2 натирают вдоль стержня кожей или фланелью, покрытой канифолью, не слишком сильно сжимая стержень.

3. Наблюдают фигуры Кундта и, если они недостаточно ясно выражены, перемещают несколько трубку 1 по направлению ее оси. Таким способом добиваются хорошо выраженных фигур максимальной длины.

4. Измеряют линейкой длину пяти – восьми полученных фигур и находят среднее значение длины l фигуры Кундта.

5. Измеряют длину стержня L.

6. Записывают температуру окружающего воздуха t°.

7. Все измерения проводят не менее трех раз, получая каждый раз разное число фигур Кундта. Результаты измерений заносят в таблицу.

t° воздуха = …±… °C;

длина стержня L =…±… м;

Таблица

№№ п/п	Общее число фигур Кундта, n	Общая длина фигур Кундта, м	Длина одной фигуры, Кундта м	lср.,м	Δli	Δlср

IV. Обработка результатов измерений

8. По формуле (5.12) вычисляют скорость распространения звука в стержне.

Погрешность определения скорости звука в латуни определяют по формуле: .

V. Вывод:Скорость звука в латуни V₁=(…±….) м/с.

Контрольные вопросы

1. Что такое звуковые волны?

2. Написать уравнение для плоской волны, распространяющейся вдоль оси x.

3. Что такое длина волны? Какова связь между длиной волны , частотой и периодом.

4. В чем заключается принцип суперпозиции?

5. Как образуются стоячие волны?

6. Написать уравнение стоячей волны.

7. При каких условиях возникает стоячая волна? Напишите уравнение стоячей волны.

8. В чем заключается отличие амплитуды бегущей и стоячей волны?

9. Что такое узлы и пучности стоячей волны?

10. Как возникает стоячая волна в трубке Кундта в металлическом стержне?

11. Почему на границе отражения волны в трубке возникает узел стоячей волны, на концах металлического стержня пучности, а в центре стержня узел стоячей волны?

Литература

1. Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии/ М.: Агропромиздат, 1989. – 272 с.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика/ М.:Высшая школа, 1987. – 638 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие. М: Высшая школа, 1985. 432 с.

4. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие. М: Высшая школа, 1989. 608 с.

Вопросы для защиты в форме круглого стола

По II разделу «Колебания. Волны»

№ пп	Вопросы	Рекомендов. Литература
№.	Стр.
	Примеры колебательных процессов в живом организме; гармонические колебания, их уравнение и характеристики колебания.		219-221
	Вывод формулы для частоты свободных колебаний пружинного маятника на основе его уравнения движения.
	Маятники: пружинный, математический, физический. Формулы для периода и частоты их колебаний.		222-223
	Свободные затухающие колебания, зависимость их амплитуды от времени; характеристики затухания.		139-140 229-231
	Кинетическая и потенциальная энергия при механических колебаниях.
	Вынужденные колебания. Резонанс. Связь резонансной частоты и коэффициента затухания системы. Возможный вред резонанса для организма.		141-143
	Механические волны в средах; продольные и поперечные волны. Энергии, переносимая упругой волной, вектор Умова.		145-146
	Уравнение плоской волны, её характеристики.
	Звук как упругая волна. Скорость звука в твердых телах, жидкостях и газах.		37-39
	Звук как физиологическое явление; звуковое давление, физика слуха.		160-164 52-58
	Единицы измерения интенсивности звука, шумовые характеристики и нормы.		52-57 153-156
	Эффект Доплера в акустике.		49-52 148-150
	Звукоизлучение и звуковосприятие в животном мире.		58-60
	Биофизика инфразвука.		68-71
	Получение и регистрация ультразвука. Ультразвук в мире животных.		72-74, 79-80
	Взаимодействие ультразвука с веществом.		74-77
	Ультразвуковая диагностика.		82-88
	Применение ультразвука в ветеринарии: УЗ терапия и УЗ хирургия.		80-82 164-167

Рекомендуемая таблица вариантов вопросов для проведения круглого стола

	В1	В2	В3	В4	В5	В6	В7	В8	В9	В10

РАЗДЕЛ III. ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ТОК

ВВЕДЕНИЕ

Общие положения

Управление процессами жизнедеятельности организмов осуществляется путем передачи электрического импульса нервными клетками. В живом организме поддерживается множество биопотенциалов. Мембрана тела нервной клетки возбуждается под воздействием внешних факторов или нервных импульсов, приходящих по аксонам (отросткам нервных клеток). Это возбуждение распространяется на аксон, отходящий от клетки, и движется по нему к соседним клеткам, мышцам или органам, передавая информацию, закодированную в величине, форме и частоте следования импульсов. Генерация биопотенциалов в мембране живой клетки связана с переносом ионов К⁺, Na⁺ и Cl^-, которые неравномерно распределены по разные стороны мембраны и могут диффундировать через нее по направлению электрохимического градиента. Кинетика этого калий-натриевого насоса протекает при участии ферментов и ионов магния.

Электрические методы воздействия и контроля функционального состояния органов широко используются в современной ветеринарии и медицине при диагностике и лечении: например, электрокардиография (ЭКГ), электроэнцефалография (ЭЭГ), электромиография (ЭМГ) и др.

I. Основными характеристиками электрического поля являются: напряженность – силовая характеристикаи потенциал φ или разность потенциалов Δφ – энергетическая характеристика.

, (III.1)

где – вектор силы, действующей со стороны электрического поля на точечный заряд q.

, (III.2)

где А₁₂ – работа электрического поля по перемещению точечного заряда q из точки 1 в точку 2.

Напряженность и потенциал электрического поля между собой связаны соотношениями ( – единичные векторы, направленные по осям декартовых координат):

(III.3)

. (III.4)

Неизменяющееся во времени электростатическое поле является потенциальным, поскольку его полная работа на любой замкнутой траектории равна нулю.

Напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю; на этом основано действие экранирующих металлических сеток, защищающих организм от воздействия внешних электрических полей.

Напряженность электрического поля внутри диэлектриковЕ₁ ослабляется по сравнению с величиной внешнего поля Е_о за счет поляризации диэлектрика и возникновения вследствие этого встречного внутреннего поля (согласно принципу Ле Шателье-Брауна). При этом отношение нормальных составляющих напряженностей E_no/E_n1=ε, где ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Клеточные мембраны являются диэлектриками с ε =2÷6.

II. Если к проводнику прикладывается разность потенциалов Δφ, то в нем возникает электрический ток. Сила тока – это по определению скорость протекания заряда через полное сечение проводника:

. (III.5)

С другой стороны, согласно закону Ома, сила тока в проводнике сопротивлением R равна:

. (III.6)

Биологические ткани не являются однородными проводниками; сопротивление в них меняется по сечению проводника. Поэтому при рассмотрении протекания электрического тока в тканях лучше пользоваться не интегральными характеристиками (сила тока, напряжение, сопротивление и др.), а дифференциальными, характеризующими движение зарядов в малой области пространства или в узком сечении проводника dS. Такие характеристики: плотность тока j, удельное сопротивление ρ, проводимость проводника γ, напряженность электрического поля и др. Вектором плотности тока называют производную:

, (III.7)

где – единичный вектор нормали к элементарной площадке dS в сечении проводника. Тогда закон Ома в дифференциальной форме:

(III.8)

Удельное сопротивление разных тканей различно; кроме того, оно меняется в зависимости от физиологического состояния ткани и поэтому является ее важной характеристикой. Сопротивление чаще всего определяется с применением законов Ома по измеренному току при известном приложенном напряжении или напряженности поля.

При прохождении электрического тока за время dt совершается работа, что приводит к выделению тепла dQ в однородном проводнике сопротивлением R, согласно закону Джоуля-Ленца в интегральной форме:

. (III.9)

Удельная мощность w, выделяемая в единице объема при прохождении тока плотностью j в сечении проводника с удельным сопротивлением ρ, равна (закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме):

. (III.10)

Тепловое действие электрического тока широко применяется в ветеринарии и медицине при физиотерапевтических процедурах с использованием как постоянного тока (электрофорез), так и переменного тока (индуктотермия, ВЧ-терапия и др.).

Необходимо также помнить, что воздействие электрического тока на живой организм может иметь поражающий характер, быть очень опасным для жизни. Такое воздействие также нашло применение в качестве электронаркоза, электрошока и при забое животных.

Лабораторная работа № 6 (2-4)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ ГАЛЬВАНОМЕТРОМ

Цели работы:1) проградуировать баллистический гальванометр;

2) определить неизвестные емкости двух конденсаторов и эквивалентные емкости при их параллельном и последовательном соединении;

3) сравнить измеренные эквивалентные емкости с их теоретическими значениями.

I. Описание установки

На рис. 6.1 приведена принципиальная электрическая схема установки для измерения емкостей конденсаторов.

Рис. 6.1.Электрическая принципиальная схема установки

В состав схемы входят:

1) баллистический гальванометр;

2) вольтметр;

3) эталонный конденсатор;

4) реостат-потенциометр;

5) два конденсатора неизвестной емкости;

6) двухпозиционный переключатель;

7) источник питания.

II. Методика работы

Два проводника, изолированные друг от друга и помещенные вблизи, представляют собой конденсатор. Проводники, образующие конденсатор (обкладки конденсатора), при приложении к ним напряжения U заряжаются равными по величине и противоположными по знаку зарядами. Ёмкость конденсатора равна отношению заряда конденсатора q к разности потенциалов между обкладками или напряжению U, приложенному к ним:

. (6.1)

Конденсаторы можно соединять в батареи. Эквивалентная (общая) емкость конденсаторов, соединенных в батарею, зависит от способа соединения конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов общая емкость батареи возрастает и рассчитывается по формуле:

(6.2)

При последовательном соединении конденсаторов эквивалентная емкость батареи уменьшается по сравнению с емкостью каждого конденсатора и определяется из соотношения:

(6.3)

Рассмотрим схему на рис. 6.1. Если между точками А и Д с помощью потенциометра АВ установить некоторое напряжение и зарядить конденсатор С от источника питания, а затем переключить конденсатор на баллистический гальванометр, то через гальванометр пройдет количество электричества, равное:

(6.4)

Количество электричества, прошедшее через гальванометр будет пропорционально n – показаниям баллистического гальванометра

q=B·n (6.5)

где В – баллистическая постоянная гальванометра.

Упражнение 1.

Градуировка гальванометра.

Если время прохождения тока при разрядке значительно меньше времени периода собственных колебаний рамки гальванометра ( ), то гальванометр работает в баллистическом режиме. В этом случае отклонение рамки гальванометра n будет линейно связано не с величиной тока i , а с количеством электричества q,прошедшего через гальванометр.

Чтобы проградуировать баллистический гальванометр, надо эталонный конденсатор с известной емкостью С_Э, заряженный до известного напряжения U, разряжать через гальванометр. Величина заряда конденсатора при этом:

. (6.6)

Меняя напряжение на эталонном конденсаторе, каждый раз производят его разряд через гальванометр. При этом по отбросу светового зайчика гальванометра измеряют деления n на его шкале. Для каждого U рассчитывают заряд q по формуле (6.6). По полученным данным строят график, откладывая по оси абсцисс n, а по оси ординат q.График зависимости в нашем случае представляет собой прямую.