1. Omów zadania, zakres badań i podział biofizyki oraz wymień kilku prekursorów tego przedmiotu i scharakteryzuj ich zainteresowania.

Biofizyka jest dziedziną naukowa z pogranicza fizyki i biologii, zajmująca się badaniem procesów fizycznych związanych z funkcjonowaniem określonych obiektów żywych: organizmów, organów, tkanek, komórek, wyjaśnia budowę organizmów oraz ich przemiany za pomocą praw fizyki. Takich procesów i przemian jak: energetyczne, zjawiska elektryczne, mechanika ruchów. Bada struktury cząsteczkowe i procesy fizyczne w komórce. Biofizyka podejmuje również próby ustalenia uniwersalnych praw biologicznych niezależnych od konkretnej formy życia. Dziedzina ta w zakresie badania organicznych struktur cząsteczkowych zazębia się z biochemią i tu wyznaczenie ścisłej granicy między tymi dziedzinami staje się już trudne. Dziedzina nauk biologicznych z pogranicza wielu dyscyplin naukowych, zajmująca się podstawami fizycznymi i fizykochemicznymi procesów życiowych oraz wpływem zewnętrznych czynników fizycznych na te procesy; do jej zadań należy m.in. badanie procesów życiowych na poziomie molekularnym (np. wyjaśnianie podkomórkowej struktury biopolimerów prowadzone metodami spektrofotometrycznymi, rengenograficznymi, rezonansu magnetycznego, elektronowego i jądrowego oraz mechanizmów zjawisk fizykochemicznych i energetycznych zachodzących w tych strukturach), badanie wpływu promieniowania (np. jonizującego, nadfioletowego) oraz pola magnetycznego i grawitacyjnego na organizmy lub ich poszczególne tkanki. Takich procesów i przemian jak: energetyczne, zjawiska elektryczne, mechanika ruchów, zjawisk zmiany energii świetlnej w inne formy energii, zjawisk elektrycznych, transportu przez błony biologiczne, Bada struktury cząsteczkowe i procesy fizyczne w komórce. Biofizyke dzielimy na czystą i stosowaną. Ze względu na hierarchię struktór biologicznych biofizyke dzielimy na molekularną, komórkową, tkanek, zmysłu słuchu, zmysłu wzroku, układy oddechowego, układu krążenia, układów biologicznych, do całych organizmów włącznie. Prekursorzy: .Athanisus Kicher 1601-1680 uważał że ekstrakt ze świetlików może służyć do oświetlenia domu napisał książkę o bioilumescencji, Herman Helmholtz - ojciec biofizyki, ur 1821 badał zmysły słuchu i wzroku w kategoriach fizyki, zajmował się badaniem struktur antropofizycznych w zakresie ich przejawów natury psychofizycznej, twórca optyki geometrycznej zajmował się termodynamiką, podał m.in. matematyczną interpretację zasady zachowania energii i wykazał jej powszechny charakter, 1858 opracował teorię ruchu wirowego płynów doskonałych; opracował teorię akomodacji oka i teorię widzenia barw. Luigi Galvani - ur. 1737, fizyk i fizjolog, zaobserwował zjawisko kurczenia wypreparowanego mięśnia żaby przy dotknięciu metalowym narzędziem co dopiero po 10 latach wytłumaczył Volta. Udowadniając istnienie zjawisk elektr. w tkankach zwierzęcych, zapoczątkował rozwój elektrofizjologii. Volta Alessandro - pionier badań nad elektrycznością, wynalazł elektrofor, odkrył metan, zbudował kondensator płytkowy i ogniwo galwaniczne, badał wpływ bodźców elektrycznych na różne narządy zmysłów. Do prekursorów można również zaliczyć Mayera i Yonga którzy badali uklady i procesy biologiczne, oraz Archibald Vivian Hill - prowadził prace nad przemianami energi w mięśniach, w 1922 dostał nagrodę Nobla.

2. Na czym polega i jak dzielimy modele biofizyczne? Opisz trzy różne przykłady wykorzystania modelowania w biofizyce.

Modelem nazywany konstrukcję geometryczna, mechaniczną, elektryczną lub matematyczną mającą na celu odwzorowanie struktury albo zjawiska dla zrozumienia oraz wyjaśnienia obserwowanych procesów i zależności. Dobrze e skonstruowany model ma również właściwości heurystyczne pozwalające wykryć nowe fakty i związki między faktami, stawiać nowe hipotezy,sprawdzać je itp.

Modele w biofizyce: BIOLOGICZNE - na tych modelach bada się ogólne prawa biologiczne, procesy patologiczne, działanie różnych środków chemicznych, leków, wpływów czynników fizycznych, itd. Do grup tych modeli zaliczamy zwierzęta doświadczalne, izolowane kom, tkanki, organelle komórkowe. FIZYCZNE - są to modele zawierające układy elementów mechanicznych, hydraulicznych, elektrycznych, elektronicznych, itp. Umożliwiają one naśladowanie określonych procesów biologicznych przez procesy fizyczne, dzięki czemu uzyskuje się łatwość obserwacji i analizy. Przykładem jest model hydraulicznego obiegu krwi gdzie serce tętnice i zyły zastępuje się odpowiednimi układami w postaci pompy i przewodów elektrycznych. ANALOGOWE - układ rzeczywisty zastępuje się układem innego rodzaju, przy czym nowy układ opisuje się takimi samymi równaniami matematycznymi jak układ rzeczywisty. Z kolei parametry równań dla układu analogowego są odpowiednio proporcjonalne do procesów równań dla układu rzeczywistego. W skład wchodzą elementy elektryczne itp. Odpowiednie maszyny analogowe obserwują przebiegi czasowe i badaja zależności tych przebiegów od odpowiednich parametrów. Dzięki temu można sprawdzać przyjęte załozenia początkowe, szczegółowo opisac przebieg badanego zjawiska, oraz przewidzieć nowe fakty trudne lub niemozliwe do zaobserwowania w obiekcie rzeczywistym. Np. zjawisko związane z przepływem krwi możemy badac na modelu RLC. W modelu tym opór elektryczny R został zastąpiony oporem hydrodynamicznym wynikającym z prawa Poisseuille”a: R=8*Π*η/S² , L=P/S . η - współczynnik lepkości krwi; S - pole przekroju; P - lepkość krwi.

Źródłem indukcyjności hydrodynamicznej jest bezwładność krwi i jej ruch pulsacyjny zachodzący pod wpływem zmian ciśnienia napędowego, podobnie jak w obwodzie prądu zmiennego źródłem indukcyjności elektrycznej jest bezwładność elektronów. Natomiast pojemnośc elektryczna c zastępuje w ukł. krążenia poj, hydrodynamiczną naczyń krwionośnych związaną z ich właściwościami geometrycznymi i biomechanicznymi. Wzór: C=2r*s/E*h , r - promien naczynia krwionośnego, h - grubość scianki naczynia, E - model spręzystości. MATEMATYCZNE - (statyczne, dynamiczne) - są to układy związane z matematyka które wiążą ze sobą zmienne dynamicznie parametry układu i czasu. Zmiennymi mogą być stężenia składu biochemicznego krwii innych cieczy ustrojowych, liczebnośc populacji i wszelkie wielkości charakteryzujące badane obiekty biologiczne. Przy tworzeniu tych modeli wykorzystuje się prawa które występuja w danym procesie. Jako metoda badawcza modele matemat, mają wiele zalet np.: zależności ilościowe przedstawione w postaci wykresów oraz wzorów pozwalaja w sposób ekonomiczny i dokładny przedstawić uzyskane rezultaty badań. Prawidłowo skonstrułowany model mat, pozwala zaoszczędzić czas badań i ograniczyć liczbę doświadczen. Ułatwia programowanie różnych procesów np., proces leczniczy, postępowanie terapeutyczne, wybór wariantu leczenia, odpowiedniego leku itp. DYNAMICZNE - mają postać równań różniczkowych zawierających pochodne względem czasu np. kinetyka prostego procesu zaniku stężenia leku w organizmie po podaniu dożylnym może być opisana wzorem

dc

----= - kc

dt

c-stężenie leku w czasie t

k-stała szybkość zaniku stężenia leku

STATYCZNE-jeżeli badamy zależność pomiędzy dwiema wielkościami x i y niezależnymi od czasu oraz uważamy że jest ona liniowa to stosujemy wzór

y=ax+b ; x i y znane ; a i b parametry

3. Jakie znasz stany skupienia materii? Jak charakteryzujemy właściwości mechaniczne materiałów? Przedstaw i omów zależność naprężenia od odkształcenia dla materiałów o dużej i małej sprężystości oraz dużej i małej wytrzymałości.

stany skupienia - elementy strukturalne materii o różnych poziomach organizacji(atomy cząsteczki makrocząsteczki)przy odpowiedniej temp i ciśnieniu wiążą się w większe kompleksy tworząc różne stany skupienia materii. Różnorodność stanów w których występuje materia zależy od różnorodnej konfiguracji atomów, jonów, cząsteczek oraz ich wzajemnych oddziaływań. Struktura materii zależna jest od stanu skupienia w którym się ona znajduje. Materia może występować w 4 stanach skupienia: stały - trudno zmienić objętość i kształt, ciekły - trudno zmienić objętość a kształt łatwo, lotny - łatwo zmienić objętość i kształt, ciało zajmuje całą dostępną mu przestrzeń, plazma - silnie zjonizowany gaz, występują w niej neutralne cząsteczki, zjonizowane atomy oraz elektrony. W biofizyce wyróżnia się jeszcze 2 stany skupienia powierzchniowe i makrocząsteczki. Makrocząsteczki są głównymi składnikami organów żywych. Funkcje ukł biologicznych są zależne od zmian strukturalnych stanów makrocząsteczkowych natomiast stan w którym występuje dana makrocząsteczka zależy głównie od wielkości sił międzycząsteczkowych działających przy danym ciśnieniu i temp.

Właściwości mechaniczne: wytrzymałość-zdolność materiału do przenoszenia obciążeń bez jego zniszczenia, sprężystość-zdolność mat do uzyskania pierwotnego kształtu i objętości po usunięciu obciążeń, plastyczność-zdolność mat do uzyskania nowych kształtów i zachowania ich po usunięciu obciążeń, ciągłość-zdolność mat do dużych odkształceń bez uszkodzeń materiału pod wpływem obciążeń, wiązkość-zdolność mat do pochłaniania energii mech związanej z odkszt materiału, kruchość-zd mat do pęknięć bez odkształceń plastycznych lub przy małych odkszt plastycznych, twardość-odporność mat na odksz przy działaniu sił skoncentrowanych w jednym miejscu, Miarą odkształcenia objętości jest wielkość kąta γ

Zależność odkształcenia ε od naprężenia ν dla materiału o wytrzymałości większej l i mniejszej z

C D E

l A B

z A B C D E

odcinek OA- obszar proporcjonalności odkształcenia od natężenia w którym spełnione jest prawo Hooke'a

odcinek OB.- obszar sprężystości materiału

odcienk BC- obszar odkształcenia trwałego

odcinek CD- obszar w którym występują uszkodzenia wewnętrzne

punkt D- granica wytrzymałości materiału

punkt E- zerwanie materiału

Zależność naprężenia od odkształcenia opisuje Prawo Hooke'a - prawo mechaniki które mówi że odkształcenie ciała pod wpływem działającej nań siły jest wprost proporcjonalne do tej siły.

4. Jak definiujemy naprężenie, a jak odkształcenie?. Jakie są rodzaje naprężeń, a jakie odkształceń? Jak charakteryzujemy właściwości sprężyste materiałów? Przedstaw rysunki i zapisz wzory.

Naprężenie, miara sił wewnętrznych powstających w ciele pod wpływem zewnętrznej, odkształcającej siły. W danym punkcie naprężanie określone jest wektorem P=dF/dS, gdzie dF/dS oznacza siłę działającą na nieskończenie mały element powierzchni przekroju ciała. Naprężenie dzieli się na: działające w kierunku prostopadłym do powierzchni przekroju S, nazywane naprężeniem normalnym σ, oraz na działające w kierunku stycznym do powierzchni (naprężenie styczne τ), przy czym zachodzi równość P²=σ²+τ². Stan naprężenia w danym punkcie wynikający z wszystkich wektorów naprężenia określa tensor naprężeń.

Odkształcenie, zmiana wzajemnych odległości pomiędzy punktami ciała, powstająca w wyniku naprężeń spowodowanych przez rozciąganie, ściskanie zginanie lub skręcanie ciał. Wyróżnia się: odkształcenie sprężyste, gdy odkształcenie zanika po ustaniu naprężenia, i odkształcenie plastyczne.

Sprężyste odkształcenie, odwracalne odkształcenie ciała. W przypadku idealnym po zaprzestaniu działania sił wywołujących sprężyste odkształcenie ciała (Hooke'a prawo) powraca ono samoczynnie do swego pierwotnego kształtu. W przypadku ciał rzeczywistych sprężyste odkształcenie zachodzi tylko w przybliżeniu ze względu na istnienie zjawiska histerezy (sprężystej).

Odkształcenie plastyczne, odkształcenie trwałe, nie zanikające po usunięciu obciążeń (obciążenie), które je wywołały. Odkształcenie plastyczne może powstać przez poślizg - przesunięcie jednej części kryształu względem drugiej lub poprzez bliźniakowanie - obrót jednej części kryształu względem drugiej w taki sposób, że obie części kryształu przyjmują symetryczne położenie

rodzaje naprężeń:, naprężenie całkowite, naprężenie normalne, naprężenie styczne

rodzaje odkształceń: liniowe, kątowe

5. Zapisz i omów prawo Hookea oraz porównaj na wykresie właściwości sprężyste różnych materiałów. Omów metodą wyznaczania modułu sprężystości objętościowej i postaciowej materiałów przedstaw poznane wzory.

prawo Hooke'a - prawo mechaniki określające zależność odkształcenia od naprężenia. Głosi ono, że odkształcenie ciała pod wpływem działającej nań siły jest wprost proporcjonalne do tej siły.

Przy odkształceniach objętościowych występujących w granicach proporcjonalności słuszne jest prawo Hooke'a σ=kε ; k-moduł sprężystości objętościowej

-wyznaczenie sił

QAC=FBC sin β skąd otrzymujemy

QAC

F= -----------

BC sin β

siła F jest wielokrotnie większa od ciężaru Q gdyż AC>BC i sin β <1

-z kolei dla siły Fw mamy

Fw = Fsin β-Q oraz

Fw cons α=F cons β

skąd:

cons β

Fw = ------

cons α

ΰ stal

aluminium

kość

drewno

Moduł sprężystości (współczynnik sprężystości) jest to iloraz wartości naprężenia do odkształcenia sprężystego, spowodowanego przez to naprężenie. Moduł sprężystości objętościowej jest to inaczej współczynnik sprężystości. Współczynnik sprężystości (K) jest to odwrotność współczynnika ściśliwości K=1/k ; K-współczynnik sprężystości[Pa]; k - współczynnik ściśliwości [1/Pa].

6. Na czym polega ścinanie, a na czym skręcanie? Omów te zjawiska na przykładzie pręta o przekroju kołowym i na przykładzie rury przedstaw rysunki i zapisz wzory. Podaj przykład występowania ścinania i skręcania w biernym układzie ruchu człowieka.

Ścinanie - w wytrzymałości materiałów ogólny przypadek obciążenia, w którym układ sił wewnętrznych udaje się sprowadzić do jednej siły działającej w płaszczyźnie przekroju elementu. Przypadek czystego ścinania występuje w czasie rozciągania połączenia spawanego, gdy siły rozciągające przyłożone są do elementów spawanych. Naprężenia tnące występuje w spoinie na płaszczyznach łączących nią z elementami. Ścinanie najczęściej występuje w połączeniu z innym stanem obciążenia np., wraz z dociskiem, w połączeniach nitowych, klinowych i wpustowych. T1=F/2

F

T2=F/2

Skręcanie - w wytrzymałości materiałów stan obciążenia materiału, w którym na materiał działa moment, nazwany momentem skręcającym, działający w płaszczyźnie przekroju poprzecznego materiału. Powoduje on występowanie naprężeń ścinających w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny działania momentu. Skręcanie występuje w prętach, którymi najczęściej są wały. Wyróżniamy 2 podstawowe przypadki skręcania: Skręcanie czyste - w którym do ścianek poprzecznych jednorodnego i izotropowego pręta pryzmatycznego przyłożone jest obciążenie o gęstości q = [0;q_vy;q_vz], które redukuje się do dwóch przeciwnie skierowanych momentów działających w płaszczyźnie ścianek poprzecznych. Skręcanie proste pręta, które różni się od skręcania "czystego" tym, że obciążenie zastępujemy dwójką przeciwnie skierowanych, równych co do wartości skupionych momentów skręcających. Analityczne rozwiązanie tego przypadku jest praktycznie niemożliwe, dlatego stosujemy zgodnie z zasadą de Saint-Venanta rozwiązanie zagadnienia czystego skręcania.

T2 Q1 Q2

Ms=Q1T1+Q2T2=r1F1+r2F2

MsL

Ø =

GJo

Q-kąt skręcania pręta

Ms-moment skręcający

L-długość pręta

G-moduł sprężystości objętościowej

Jo-biegunowy moment bezwładności przekroju

7. Na czym polega zginanie? Omów zjawisko zginania na przykładzie pręta o przekroju kołowym i na przykładzie rury. Jakie rodzaje naprężeń występują podczas zginania? Podaj przykład występowania zginania w biernym układzie ruchu człowieka.

Zginanie - w wytrzymałości materiałów stan obciążenia materiału, w którym na materiał działa moment, nazwany momentem gnącym, pochodzący od pary sił działających w płaszczyźnie przekroju wzdłużnego materiału. Zginanie występuje w elementach konstrukcji, którymi najczęściej są belki. Zginanie jest pokrewne rozciąganiu i ściskaniu, gdyż powoduje pojawienie się naprężeń normalnych w przekrojach poprzecznych elementu. W przeciwieństwie jednak do rozciągana i ściskania, rozkład naprężeń normalnych w przekroju elementu jest nierównomierny. Maksymalne naprężenie normalne w przekroju poprzecznym wynosi: σ_max= M_g / W_g ; Gdzie: σ_max - maksymalne naprężenie normalne ; M_g - moment gnący (zginający) ; W_g - współczynnik wytrzymałości przekroju na zginanie, którego wartość zależy od rozmiaru i kształtu przekroju elementu. Zgodnie z hipoteza wytężeniową naprężenie musi spełniać warunek: σ_max< k_g ; Gdzie: k_g - wytrzymałość na zginanie

8. Scharakteryzuj bierny układ ruchu człowieka. Omów jeden z przykładów przenoszenia obciążeń w biernym układzie ruchu człowieka oraz wymień odkształcenia i naprężenia występujące w tym przykładzie.

tkanka łączna zbita składa się z włókien biegnących w jednym kierunku zwartych i przylegających do siebie. Zbudowana jest z kolagenu który jest wytrzymały. Należą do niej ścięgna, więzadła i torebki stawowe.

tkanka chrzęstna pełni rolę tkanki podporowej. Należą do niej powierzchnie stawowe i zakończenia żeber, występuje również w nosie i małżowinie usznej, tkanka kostna składa się z komórek kostnych i twardej zbitej substancji międzykomórkowej przesyconej nieorganicznymi substancjami solami wapnia. Na pow kości subs ta tworzy zwartą istotę zbitą

Układ ruchu jest obiektem zoptymalizowanym pod względem wielu kryteriów w tym wytrzymałościowych. Przekrój poprzeczny kości długich często przypomina przekrój kołowy, kończyny górne są przede wszystkim rozciągnięte a dolne ściśnięte, brak gwałtownych zmian w przekroju, kości można traktować jako materiały kompozytowe o zróżnicowanej hierarchicznej strukturze, są one przystosowane do przenoszenia dużych obciążeń jednorazowych i cyklicznych obciążeń o mniejszej amplitudzie, kość jako aktywna żywa tkanka reaguje na obciążenia cykliczne bardziej intensywną cyrkulacją płynów odżywczych zwiększeniem masy i wzrostem siłowym, aktywność fiz a głównie ćw o charakterze siłowym wpływają regenerująco na tk kostną i zapobiegają osteoporozie.

Wł strukturalne i mechaniczne kości: hierarchiczność budowy- kości posiadają wielopoziomową strukturę małe elementy strukturalne w kościach składają się na elementy większe a te z kolei na jeszcze większe itd. Spiralne ułożenie elementów przestrzennych-na każdym poziomie strukturalnym można wyróżnić elementy których wzajemne ułożenie występuje głównie w tk miękkich ale również w kościach. Posiadają zdolność do adaptacji- kości aktywnie reagują na działanie obciażeń i powstające w niej uszkodzenia. Struktura kości dostosowuje się do obciążeń a intensywność przebudowy zależy od obciążeń. Jest to jedna z cech żywych tkanek. Odporność na różnorodne obciążenia- wtrącenia występujące w kościach może blastyfikować jako wtrącenia rozproszone, włókna, a nawet trójwymiarowe kratownice. Struktury takie zwiększają wytrzymałość na działanie naprężeń normalnych i stycznych oraz zapobiegają rozprzestrzenianiu się pęknięć.

9. Na czym polega dostosowanie kości do przenoszenia obciążeń mechanicznych? Omów metodę badania kości na zginanie przedstaw rysunki i zapisz wzory.

Aparat ruchu jest obiektem zoptymalizowanym pod względem wielu kryteriów w tym wytrzymałościowych.

-przekrój poprzeczny kości długich często przypomina przekrój kołowy

-kończyny górne są przede wszystkim rozciągnięte a dolne ściśnięte

-brak gwałtownych zmian w przekroju

-kości można traktować jako materiały kompozytowe o zróżnicowanej hierarchicznej strukturze

-są one przystosowane do przenoszenia dużych obciążeń jednorazowych i cyklicznych obciążeń o mniejszej amplitudzie

-kość jako aktywna żywa tkanka reaguje na obciążenia cykliczne bardziej intensywną cyrkulacją płynów odżywczych zwiększeniem masy i wzrostem siłowym

-aktywność fiz a głównie ćw o charakterze siłowym wpływają regenerująco na tk kostną i zapobiegają osteoporozie

Wł strukturalne i mechaniczne kości

-hierarchiczność budowy- kości posiadają wielopoziomową strukturę małe elementy strukturalne w kościach składają się na elementy większe a te z kolei na jeszcze większe itd.

-spiralne ułożenie elementów przestrzennych-na każdym poziomie strukturalnym można wyróżnić elementy których wzajemne ułożenie występuje głównie w tk miękkich ale również w kościach

-zdolność do adaptacji- kości aktywnie reagują na działanie obciażeń i powstające w niej uszkodzenia. Struktura kości dostosowuje się do obciążeń a intensywność przebudowy zależy od obciążeń. Jest to jedna z cech żywych tkanek

-odporność na różnorodne obciążenia- wtrącenia występujące w kościach może blastyfikować jako wtrącenia rozproszone, włókna, a nawet trójwymiarowe kratownice. Struktury takie zwiększają wytrzymałość na działanie naprężeń normalnych i stycznych oraz zapobiegają rozprzestrzenianiu się pęknięć

10. Czym różnią się właściwości sprężyste ciał stałych, cieczy i gazów? Omów model płynu doskonałego. Przedstaw i omów podstawowe prawa hydrostatyki.

-ciała stałe-duże moduły sprężystości objętościowej i postaciowej

-ciecze-mniejsze moduły sprężystości objętościowej i bardzo mały moduł sprężystości postaciowej

-gazy-mały moduł sprężystości objętościowej i prawie zerowy moduł sprężystości postaciowej

płynem doskonalym nazywamy płyn nieściśliwy i lepki a więc płyn o nieskończenie dużym module sprężystości objętościowej i zerowum module sprężystości postaciowej. Nie reaguje na czynniki zewnętrzne np. ciśnienie.

*Prawo Pascala- jeżeli na płyn (ciecz lub gaz) w zbiorniku zamkniętym wywierane jest ciśnienie zewnętrzne, to ciśnienie wewnątrz zbiornika jest wszędzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrznemu.

*Prawo Archimedesa- to podstawowe prawo hydro- i aerostatyki- siła wyporu działająca na ciało zanurzone w cieczy jest równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało

*Prawo Bernoulliego-suma energii kinetycznej potencjalnej i ciśnieia jednostki masy lub objętości ustalonego przepływu cieczy doskonałej jest wielkością stałą :

e_m - energia jednostki masy płynu; p - gęstość cieczy ; v - prędkość cieczy w analizowanym miejscu ;

h - wysokość w układzie odniesienia, w którym liczona jest energia potencjalna;

g - przyspieszenie ziemskie;

p - ciśnienie cieczy w analizowanym miejscu

11. Omów podstawowe prawa hydrodynamiki płynów doskonałych, podaj kilka przykładów gdzie można je zaobserwować przedstaw rysunki i zapisz wzory.

Płyn doskonały- to płyn nieściśliwy i nielepny, a więc płyn o nieskończenie dużym module sprężystości objętościowej i zerowym module sprężystości podstawowej.

Hydrodynamika zajmuje się zachowaniem się płynów znajdujących się w ruchu.

Pojęcie strumienia przepływu:

Strumień masy Φ_m= m/t; [Φ_m]= kg/s

Strumień objętości Φ_V= V/t; [Φ_V]=m³/s

Strumień energii Φ_E= E/t; [Φ_E]= J/s

Prawo Bernoulliego -Suma energii kinetycznej, potencjalnej i ciśnienia jednostki masy( lub objętości) ustalonego przepływu cieczy doskonałej jest wielkością stałą:

p₁+ρgh₁+½ρ(υ₁)²= p₂+ρgh₂+½ρ(υ₂)²= const.

gdzie p₁ i p₂- ciśnienie statyczne

ρgh₁ i ρgh₂- ciśnienie hydrostatyczne

½ρ(υ₁)² i ½ρ(υ₂)² - ciśnienie dynamiczne

Równanie Bernoullego opisuje zachowanie gęstości energii całkowitej na linii prądu. Obowiązuje ono w podstawowej wersji dla płynu doskonałego. Założenia: ciecz jest nieściśliwa , ciecz nie jest lepka , przepływ stacjonarny i bezwirowy. Em=V²/2+gh+P/p =const. gdzie: e_m - energia jednostki masy płynu, p - gęstość cieczy , v - prędkość cieczy w rozpatrywanym miejscu, h - wysokość w układzie odniesienia, w którym liczona jest energia potencjalna, g - przyspieszenie grawitacyjne, P - ciśnienie cieczy w rozpatrywanym miejscu.

Przykład efektu Bernoulliego w praktyce:

rurka o zmiennym przekroju

w miejscu gdzie prędkość przepływu cieczy jest większa występuje mniejsze ciśnienie p1+δgh½δg1h1²=p2+δgh2+½δ2υ2² p+δgh+½δυ²= const pgh1+½δ1υ1²=δgh2+½δ2υ2²

12. Czym różnią się ciecze rzeczywiste od cieczy doskonałych? Na czym polega lepkość cieczy i od czego zależy? Omów wzór Newtona przedstaw rysunek i zapisz wzór oraz opisz kiedy może on być stosowany.

Ciecze rzeczywiste są to wszystkie ciecze oprócz cieczy doskonałej, która jest całkowicie nieściśliwa (w przyrodzie występują tylko ciecze rzeczywiste)

Ciecz doskonała jest to ciecz całkowicie nieściśliwa. Ciecz doskonała pozostająca w spoczynku spełnia warunek 1/k=0. Ciecz doskonała będąca w ruchu spełnia warunek braku lepkości. Ciecz doskonała w przyrodzie nie istnieje. Równanie ciągłości strugi objętości ρ₁=ρ₂

Lepkość. Podczas przepływu cieczy rzeczywistych obserwuje się zjawisko tarcia wewnętrznego pomiędzy warstwami poruszającego się płynu. Tarcie to zwane lepkością pojawia się na skutek działania sił spójności pomiędzy cząsteczkami płynu. Skutkiem lepkości jest gradient prędkości warstw cieczy płynącej w przewodzie. Warstwa przylegająca do ścianek przewodu jest nieruchoma, a prędkość warstw rośnie w miarę zbliżania się do przodu. Taki warstwowy ruch cieczy nazywany jest laminarnym. Przyczyną lepkości są siły przyciągania i odpychania międzycząsteczkowego. LEPKOŚĆ - jest to siła, którą należy przyłożyć do 1 cm2 powierzchni wewnątrz cieczy po to, aby nadać jej szybkość. Ze wzrostem temp. poza nielicznymi wyjątkami, lepkość cieczy maleje. Rozróżniamy 2 rodzaje lepkości kinetyczną i dynamiczną. Jednostka współczynnika lepkości w układzie SI jest paskalosekunda.

Równanie Newtona Zjawisko lepkości opisuje ilościowo prawo Newtona, które mówi, że aby zapewnić stałą różnicę prędkości Δv między warstwami o powierzchni S odległymi o Δx musi działać siła :

Siła ta jest równa lecz przeciwnie skierowana do siły lepkości F= -F_L

Zgodnie z prawem Newtona, siła styczna F potrzebna do nadania cieczy o współczynniku lepkości η gradientu prędkości dυ/dr na powierzchni A równoległej do kierunku przepływu wynosi:

Opór płynu dla średnich prędkości ruchu obiektu:

v - prędkość poruszającego się obiektu (najczęściej w m/s), ρ - gęstość płynu (najczęściej w kg/m³),

S - pole przekroju poprzecznego obiektu (m²),

C - współczynnik zależny od kształtu ciała (niemianowany).

Stosowalność wzoru Newtona zależy od wartości Liczby Reynoldsa. 

Liczba Reynoldsa jest szczególną wielkościa odnoszącą się do ruchu ciał w płynach (cieczach, gazach)

Jest ona określona wzorem:

v - prędkość ciała względem płynu - jednostka w układzie SI - metr na sekundę m/s, l - wymiary liniowe w kierunku prostopadłym do v - jednostka w układzie SI - metr m, η - lepkość cieczy - jednostka w układzie SI - paskalosekunda Pa ∙ s = kg/ms, ρ - gęstość cieczy - jednostka w układzie SI  kg/m³. Liczba Reynoldsa Re jest wielkością bezwymiarową.

13. Omów prawo przepływu cieczy lepkich przez rurkę kapilarną przedstaw rysunek i zapisz wzór. Na czym polega ruch stacjonarny, laminarny i turbulentny płynu? Co charakteryzuje liczba Reynoldsa i jak jest związana z prędkością krytyczną przepływu?

Równanie Newtona Zjawisko lepkości opisuje ilościowo prawo Newtona, które mówi, że aby zapewnić stałą różnicę prędkości Δv między warstwami o powierzchni S odległymi o Δx musi działać siła :

Siła ta jest równa lecz przeciwnie skierowana do siły lepkości F= -F_L

Zgodnie z prawem Newtona, siła styczna F potrzebna do nadania cieczy o współczynniku lepkości η gradientu prędkości dυ/dr na powierzchni A równoległej do kierunku przepływu wynosi:

Opór płynu dla średnich prędkości ruchu obiektu:

v - prędkość poruszającego się obiektu (najczęściej w m/s), ρ - gęstość płynu (najczęściej w kg/m³), S - pole przekroju poprzecznego obiektu (w metrach kwadratowych m²), C - współczynnik zależny od kształtu ciała (niemianowany).

Stosowalność wzoru Newtona zależy od wartości Liczby Reynoldsa. 

Liczba Reynoldsa jest szczególną wielkościa odnoszącą się do ruchu ciał w płynach (cieczach, gazach)

Jest ona określona wzorem:

v - prędkość ciała względem płynu - jednostka w układzie SI - metr na sekundę m/s, l - wymiary liniowe w kierunku prostopadłym do v - jednostka w układzie SI - metr m, η - lepkość cieczy - jednostka w układzie SI - paskalosekunda Pa ∙ s = kg/ms, ρ - gęstość cieczy - jednostka w układzie SI  kg/m³. Liczba Reynoldsa Re jest wielkością bezwymiarową.

Ruch stacjonarny - w określonym punkcie przestrzeni prędkość przepływu płynu jest stała, niezależna od czasu. W sąsiednim punkcie prędkość może być inna, ale również musi być niezależna od czasu.

Ruch turbulentny - ruch płynu (cieczy) z prędkościš powyżej prędkości krytycznej, dla określonych warunków zdefiniowanej liczbš Reynoldsa. W ruchu turbulentnym straty hydrauliczne sš proporcjonalne do prędkości w drugiej potędze. Turbulentny ruch wód podziemnych występuje bardzo rzadko - tylko w systemach krasowych i w systemach otwartych szczelin - zwłaszcza w warunkach ruchu sztucznie wymuszonego TM

Ruch laminarny - (określany jako stacjonarny warstwowy) wszystkie cząsteczki płynu poruszają się po torach równoległych do siebie

Prędkość krytyczna

υĸ = ^{Rek * η}/ _pd

Rek- krytyczna wartość liczby Reynoldsa przy której zmienia się charakter przepływu cieczy. Dla wody płynącej przez naczynie o średnicy 2,3 cm przepływ staje się burzliwy przy prędkościach większych od 0,1 m/s

14. Omów funkcję pełnioną przez krew i układ krążenia w organizmie człowieka. Scharakteryzuj cykl pracy serca oraz przedstaw model fizyczny serca.

Funkcje krwi: dzięki hemoglobinie erytrocytów krew może rozprowadzać po organizmie tlen, a odprowadzać do płuc dwutlenek węgla (zobacz też: wymiana gazowa), rozprowadza substancje odżywcze oraz witaminy i hormony, odprowadza do narządów wydalniczych (nerki, gruczoły potowe) i wątroby substancje zbędne bądź szkodliwe, transportuje komórki krwi z miejsc hemocytogenezy (szpiku kostnego, gruczołów limfatycznych) do centralnego układu krwionośnego, zapewnia możliwość regulacji termicznej, zapewnia możliwość regulacji ciśnienia wewnątrz organizmu, bierze udział w -procesach krzepnięcia, stanowi ważny czynnik w utrzymaniu homeostazy, buforuje (zapewnia w pewnych granicach stałe pH 7,4), gospodarka glukozą, lipidami i innymi substancjami pochodzącymi z białek, bierze udział w obronie organizmu.

Cykl pracy serca (cykl hemodynamiczny serca) jest indukowany przez układ bodźcoprzewodzący serca, który pobudza kardiomiocyty do skurczu w odpowiedniej kolejności wymuszając przepływ krwi. Na układ bodźcoprzewodzący wpływa impulsacja z układu autonomicznego regulując rytm serca i dostosowując go do aktualnych potrzeb ustroju. Za początek cyklu pracy serca powszechnie przyjmuje się pauzę. W czasie pauzy przedsionki i komory serca są w stanie rozkurczu i krew pod wpływem różnicy ciśnień przelewa się z żył głównych i płucnych do przedsionków, a stamtąd do komór, Następnie dochodzi do skurczu przedsionków, zwiększając ciśnienie w przedsionkach i powodując dopchnięcie jeszcze porcji krwi do komór. Ciśnienie w komorach wzrasta powyżej ciśnienia w przedsionkach i następuje zamknięcie zastawek odpowiednio trójdzielnej po prawej i mitralnej po lewej stronie serca i uderzenie krwi o zastawki od strony komór. Zamknięcie zastawek wywołuje efekt akustyczny w postaci pierwszego tonu serca. Następnie rozpoczyna się skurcz komór, nie powodujący zmiany objętości krwi zawartej w komorach jest to tzw. skurcz izowolumetryczny. W czasie skurczu izowolumetrycznego narasta napięcie ścian komór serca, co powoduje wzrost ciśnienia w komorach. Gdy ciśnienie przekroczy ciśnienie odpowiednio w pniu płucnym i aorcie następuje faza wyrzutu i pewna objętość krwi zostaje wypchnięta do pnia płucnego i aorty. Po fazie wyrzutu ciśnienie w komorach zaczyna spadać co powoduje zamknięcie zastawek pnia płucnego i aortalnej i wywołuje drugi ton serca. Rozpoczyna się rozkurcz komór, Gdy ciśnienie w komorach spadnie poniżej ciśnienia w przedsionkach zastawki otwierają się i krew przelewa się z przedsionków do komór i cały cykl powtarza się.

15. Czym jest, jaką rolę pełni i jak szybko przemieszcza się fala tętna? Jak zmienia się przepływ krwi w miarę oddalania się od komór serca? Czym jest opór naczyniowy? Przedstaw niezbędne rysunki i zapisz wzory.

fala tętna: Lewa komora wtłaczając do aorty w czasie jednego skurczu objętość wyrzutową krwi, powoduje jednoczesny wzrost ciśnienia i powstawanie fali ciśnieniowej oraz odkształcanie się ścian tętnic (zwana również falą tętna). Fala tętna rozchodzi się wzdłuż ścian zbiornika tętniczego dużego od serca aż do naczyń przedwłosowatych tętniczych a nawet do naczyń włosowatych. W tętnicach o ścianach elastycznych fala tętna przesuwa się wolniej, natomiast w tętnicach o ścianach stwardniałych, mniej elastycznych przesuwa się szybciej, w tętnicach mniej krętych zaś wolniej. Fala tętna zasysa krew i umożliwia jej dalszy ruch w chwili gdy serce jest w fazie rozkurczu.

Prędkość tętna (5-8m/s) jest większa od prędkości krwi(0,5m/s) , długość fali tętna wynosi 4m. Na falę tetna ma wpływ objętość wyrzutowa lewej komory serca, parametry krwi oraz fizyczne właściwości tętnic.

E- moduł Younga ścian naczynia, h- grubość ścian naczynia , ρ- gęstość, r- promień przekroju poprzecznego

przepływ krwi: szybkość przepływu krwi w czasie wyrzutu z lewej komory osiąga wartość do 140cm/s( w aorcie wstępującej przepływ turbulentny), w miarę oddalania się od serca krew zaczyna płynąć bardziej równomiernie (przepływ ciągły i laminarny w tętnicach). Krew może płynąć laminarnie lub burzliwie. Przepływ laminarny: warstwy cieczy poruszają się równolegle do osi naczynia. Przepływ burzliwy: poszczególne warstwy cieczy mają prędkości nie równoległe do siebie.

opór naczyniowy: zakładając że przepływ krwi w naczyniach krwionosnych jest laminarny można założyć że objętość krwi Q przeplywająca przez przekrój poprzeczny naczynia jest proporcjonalna do panującej różnicy ciśnień (Δp). Opór lepki Rlep w przypadku naczyń krwionośnych nazywamy też oporem hemodynamicznym (naczyniowym).

16. Jakim wzorem określamy pracę serca? Jakie są typowe wartości pracy, a jakie mocy serca gdy nie wykonujemy wysiłku fizycznego? Jak wpływa ciśnienie hydrostatyczne na ciśnienie krwi w różnych miejscach organizmu człowieka?

Aby obliczyć pracę serca, z dostateczną dokładnością, jeśli przyjąć do obliczeń odpowiednie wartości średnie p, v oraz zmiany objętości komór. V. Wtedy pracę serca można oszacować na podstawie prostszych zależności, odpowiednio dla lewej i prawej komory serca:

W_L = p_L∆V +1/2ρv²_L∆V ; W_R = p_R∆V +1/2ρv²_R∆V

Przyjmując, ze warunkach spoczynkowych, średnie ciśnienie w lewej komorze p = 100 mm ; Hg = 13 200 Pa, średnią prędkość krwi w aorcie w czasie skurczu ko­mory około v = 0,4 m/s (wartość ta jest większa od średniej w czasie pełnego cyklu pracy serca, która wynosi około 0,2 m/s), gęstość krwi 1060 kg/m3 oraz średnią po­jemność wyrzutową serca 70 ml jako zmianę objętości komór ∆V, można obliczyć pracę objętościową lewej komory: pL∆V=0,924J/skurcz;

pracę kinetyczną lewej komory: 1/2ρv2L∆V=0,006J/skurcz.

Przyjmując średnie ciśnienie w tętnicy płucnej 15 mm Hg = 1990 Pa oraz pozo­stałe parametry, takie same jak dla komory lewej, otrzymamy pracę objętościową prawej komory: PR∆V= 0,139 J/skurcz ;

i pracę kinetyczną prawej komory identyczną jak lewej 1/2ρv2L∆V=0,006J/skurcz.

Zatem łączna praca objętościowa lewej i prawej komory serca w warunkach spo­czynkowych wynosi około 1,1 J/skurcz, a sumaryczna praca kinetyczna obu komór - jedynie około 0,012 J/skurcz. Praca kinetyczna w warunkach spoczynkowych jest znikomo mała i stanowi zaledwie 1 % pracy objętościowej.

Aby obliczyć moc serca P, trzeba podzielić pracę wykonaną przez serce przez czas, w którym została ona wykonana. W celu znalezienia średniej mocy serca cał­kowitą pracę serca należy podzielić przez łączny czas trwania skurczu i rozkurczu, czyli średnio przez około 0,8 s (przy 75 uderzeniach serca na minutę). Średnia spo­czynkowa moc serca wynosi około 1,4 W. ; PL=pLQ+1/2ρv2LQ ; PR=pRQ+1/2ρv2RQ

Gdzie Q=∆V/∆t oznacza średni strumień objętości krwi.

Przy pojemności minutowej serca 5,3 11min, moce objętościowe lewej i prawej komory wyno­szą odpowiednio około 1,16 W i 0,18 W, podczas gdy ich moc kinetyczna jest jed­nakowa i wynosi około 0,008 W. Łączna spoczynkowa moc serca związana z uruchomieniem krążenia krwi w małym i dużym obwodzie wynosi około 1,4 W i stanowi około 2% mocy spoczynkowej człowieka (moc spoczynkowa człowieka o masie 60 kg wynosi około 76 W). W czasie wysiłku wzrasta moc objętościowa, rośnie bowiem strumień objętości krwi Q, ale moc dynamiczna rośnie szybciej, bo rośnie także prędkość przepływu krwi. Podczas intensywnego wysiłku udział mocy kinetycznej może wzrosnąć do 30% wartości mocy objętościowej.

Ze względu na to, że układ naczyń krwionośnych znajduje się w polu sił ciężko­ści, ciśnienie krwi wywołane pracą serca sumuje się z ciśnieniem hydrostatycznym krwi. W pozycji stojącej prowadzi to do wzrostu całkowitego ciśnienia w naczy­niach położonych poniżej serca o p = pgh ,, gdzie: h - odległość między poziomem serca i określonego miejsca w układzie krążenia, p - gęstość krwi, g - przyspieszenie ziemskie. Z kolei ciśnienie w naczyniach położonych powyżej poziomu serca zmniejsza się proporcjonalnie do ich odległości od serca. W przypadku spokojnie stojących osób efekt hydrostatyczny jest znaczny. Na poziomie stóp następuje wzrost zarów­no ciśnienia tętniczego, jak i żylnego w przybliżeniu o 100 mm Hg (dla osób śred­niego wzrostu), czyli o dwukrotną wartość normalnego ciśnienia tętniczego i wielo­krotność normalnego ciśnienia żylnego (ryc. 18.3). W obszarach ciała znajdujących się nad sercem ciśnienie tętnicze i żylne spada, w żyłach nawet poniżej ciśnienia at­mosferycznego, co prowadzi do zapadania ścian żył. Ujemne ciśnienie w zatokach żylnych czaszki ujawnia się przy uszkodzeniu ich ścian. Dochodzi wówczas do za­sysania powietrza, co prowadzi do groźnych dla życia zatorów powietrznych.

17. Jak powstaje napięcie powierzchniowe w cieczach i od czego zależy? Co charakteryzuje współczynnik napięcia powierzchniowego cieczy? Omów kilka zjawisk wywołanych istnieniem napięcia powierzchniowego w cieczach. Zapisz wzór Laplacea i podaj przykład wykorzystania tego wzoru.

Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją (dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy, dla wklęsłej odwrotnie). Zjawisko to ma swoje źródło w siłach przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Występuje ono zawsze na granicy faz termodynamicznych, dlatego zwane jest też napięciem międzyfazowym. Napięcie powierzchniowe silnie zależy od temperatury cieczy zmniejszając się wraz ze wzrostem temperatury i ginąc (osiągając zero) w temperaturze krytycznej lub kilka stopni poniżej niej.

Wartość liczbowa współczynnika powierzchniowego jest równa sile działającej na jednostkę długości obwodu, ograniczającego powierzchnię cieczy. Wartość współczynnika zależy od składu chemicznego cieczy i jej temperatury.

Przyrost energii po­wierzchniowej jest proporcjonalny do przyrostu powierzchni, czyli: ∆W= ρ∆S

Prawo Laplace'a wiąże się ze stanami powierzchniowymi zakrzywionej po­wierzchni cieczy. Stany powierzchniowe powodują. że pod zakrzywioną po­wierzchnią cieczy panuje ciśnienie inne jak pod płaską. W przypadku powierzchni wypukłych na ciecz działa ciśnienie większe, a w przypadku powierzchni wklę­słych - mniejsze jak przy powierzchniach płaskich. Wartość nadwyżki p ciśnienia dla cieczy w kształcie kuli wyraża wzór Laplace 'a: P=2σ/r; r- promień powierzchni kulistej. Dla powierzchni cieczy o różnych krzywiznach wzór Laplace'a przyjmuje po­stać:

P= σ(¹/_R1+¹/_R2 ) Dla walca wzór przyjmuje postać: P=σ/ R ; R₁,R₂-główne promienie krzywizny danej powierzchni.

Efektem napięcia powierzchniowego jest np. utrudnione zanurzanie w cieczy ciał nie podatnych na zwilżanie tą cieczą (znika ono w momencie całkowitego zanurzenia takiego ciała). Innym zjawiskiem związanym z napięciem powierzchniowym jest podnoszenie się (np. woda) lub opadanie (np. rtęć) cieczy w wąskich rurkach, tzw. kapilarach - zjawisko to należy do zjawisk kapilarnych. Napięcie powierzchniowe odpowiedzialne jest za zjawiska występowania sił kapilarnych, powodujących "wędrówkę" cieczy w cienkich, kapilarnych rurkach (np. naczynia włosowate roślin) wbrew sile ciążenia, co ma ogromne znaczenie m.in. w przyrodzie ożywionej. Jeżeli siły przylegania (adhezji) cząsteczek cieczy do ścianek włosowatej rurki są większe niż siły spójności cieczy (oddziaływań między cząsteczkami cieczy) to tworzy się menisk wklęsły - powiększa się powierzchnia cieczy (w stosunku do idealnie płaskiej) i rośnie energia powierzchniowa. Z napięciem powierzchniowym związene jest także zjawisko adhezji - przyleganie, łączenie się powierzchni dwóch różnych (stałych lub ciekłych) ciał (faz) na skutek przyciągania międzycząsteczkowego. Przykładem adhezji jest np.: klejenie. Sytuację na pograniczu cieczy i ciała stałego określa się międzyfazowym napięciem powierzchniowym.

18. Omów funkcję pełnioną przez układ oddechowy człowieka i model ukazujący pracę płuc. Opisz rolę sił sprężystości pęcherzyków płucnych oraz znaczenie napięcia powierzchniowego w procesie oddychania.

Płuca stanowią układ wielu pęcherzyków połączonych ze sobą w sposób równoległy. Zgodnie z prawem Laplace'a ciśnienie (pq) wewnątrz pęcherzyków płucnych zależy od współczynnika napięcia powierzchniowego (q) i promienia (r) pęcherzyka według zależności: pq=4q/r, przy założeniu, że pęcherzyk płucny ma dwie warstwy powierzchniowe. Ze wzoru wynika, że przy stałym współczynniku q ciśnienie pq wewnątrz pęcherzyka jest tym wieksze im mniejszy jest promień r. Dlatego też podczas oddychania najpierw napełniałyby się powietrzem te pęcherzyki, których promień (r) jest większy. W procesie oddychania możemy wyróżnić opory sprężyste związane z cisnieniem p. Praca (W) będzie się więc składać z 2 części:

W= Wsp +Wnp= ∫_psdv+ ∫_npdv

19. Omów wpływ wibracji, infradźwięków i dźwięków na organizm człowieka.

Wibracie - działanie biologiczne zależy głownie od amplitudy i częstotliwości, częstotliwość wibracji jewst często zgodna z częstotliwościami drgań własnych niektórych narządów co może prowadzić do zjawiska rezonansu( klp i brzch 4-40Hz, pecherz moczowy 10-18Hz). Wpływ: rozciaganie i przemieszczanie tkanek, zaburzenia oddechowe, zmiany naczyniowe, zmiany hormonalne i biohemiczne, choroba wibracyjna(zmiany w uk kostno stawowym, trawiennym, zaburz naczyniowo -ruchowe, bule o róznej lokalizacji). Zespoły wibracyjne - Nerwowa- zaburzenia czucia dotyku, wibracji, temperatury a także dolegliwości w postaci drętwienia czy mrowienia palców czy rąk, Kostna lub kostno-stawowa- zniekształcenie szpar stawowych, zwapnienie torebek stawowych, zmiany okostnej, zmiany w utkaniu kostnym, Naczyniowa- najczęściej rejestrowana, charakteryzuje się napadowymi zaburzeniami krążenia krwi w palcach rąk czego objawem jest blednięcie opuszki jednego lub więcej palców (tzw. ”choroba białych palców”). Opisanym wyżej skutkom biologicznym towarzysza funkcjonalne:Zwiększenie czasu reakcji ruchowej, Zwiększenie czasu reakcji wzrokowej, Zakłócenia w koordynacji ruchów, Nadmierne zmęczenie, Bezsenność, Rozdrażnienie, Osłabienie pamięci itd. Zapobieganie: stosowanie odpowiednich rekawic, izolacji i podkładów z materiału tłumiącego, Wartości dopuszczalne dla drgań na stanowisku pracy zależą nie tylko od rodzaju drgań (ogólne czy miejscowe) oraz charakteru drgań ale od kierunku drgań i płci osoby narażonej. Najlepiej stosować kilka metod zapobiegania - są najlepsze wyniki.

Infradzwięki - według polskiej normy PN-86/N-01338 infradźwiękami nazywamy dźwięki lub hałas, którego widmo częstotliwościowe zawarte jest w zakresie od 2 Hz do 16 Hz, według ISO 7196 infradźwiękami nazywamy dźwięki lub hałas, którego widmo częstotliwościowe zawarte jest w zakresie od 1 Hz do 20 Hz. Wpływ: rezonans narządów, u zwierząt pękanie naczyń krwionośnych, krwotoki, zatrzymanie akcji serca; u ludzi ból głowy niepokuj, mdłości, nerwice; poniżej 120dB przy krotkim działaniu nie sa szkodliwe, nie wywołuja przykrych wrażeń; 120-140dB powoduje lekkie zakłucenie procesów fizjologicznych i uczucie zmęczenia; 140-160dB po 2 min wyst nieprzyjemne objawy fizjologiczne, zakłucenia zmysłów równowagi, wymioty, dłuższe działanie powoduje trwałe uszkodzenia; powyżej 170dB u zwierząt smierć spowodowana przekrwieniem płuc.

Dzwięki - są to fale akustyczne rozchodzące się w danym ośrodku spręzystym zdolne wytworzyć wrażenie słuchowe, są wytwarzane np. przez struny, mebrany. Dzwięki od 0 do 35 db nieszkodliwe ale denerwujące; 35-70 ujemny wpływ na układ nerwowy, zmęczenie i spadek wydolności pracy; 70-85 trwające stale mogą prowadzić do osłabienia słuchu i bólu głowy; 85-130 uszkodzenia słuchu, zaburzenia układu krążenia, nerwowego, równowagi, uniemozliwiaja zrozumienie mowy z odległ wiekszej niż 1m; 130-150 pobudzają do drgań niektóre wewnętrzne organy powodując ich uszkodzenie lub zniszczenie, przewaznie uszkadzają słuch; powyzej 150 dB po 5 min paraliżują działanie organizmu, mdłości zaburzenia równowagi, uniemożliwiaja wykonywanie skoordynowanych ruchów, zmieniają proporcje składników we krwi, stany lekowe.

natężenie dźwięków nie wywołujących uszkodzeń: 10-40 dB szelest liści, 40 dB zwykła rozmowa, 60-70 dB głośna rozmowa, hałas w samochodzie, 80-90 dB hałas ulicy wielkiego miasta, 90-100 dB fortissimo orkiestry, 90-110- dB hałas hali fabryczej

20. Omów efekty towarzyszące działaniu ultradźwięków oraz ich wpływ na organizm człowieka.

w zależności od natężenia ultradźwięków mówimy o ich czynnym lub biernym działaniu na org człowieka. czynne wyst przy natężeniu 0,5-20kW/m2, bierne wyst przy natężeniu ultradźwięków o dużo mniejszych od 10kW/m2 i długości fal z zakresu 10 do minus 2 i 10 do minus 5 m

efekt mechaniczny powoduje: ułożone ruchy i przemieszczanie się struktur wewnątrz komórek, działanie sił i momentów skrętnych związanych z mikroprzepływami , powstanie kawitacji, czesci ośrodka wykonują drgania uzależnione od częstotliwość amplitudy fal ultradźwiękowych; drgania czesci prowadzą do lokalnych zmian ciśnienia w ośrodku materialnym i niszczenia jego struktury; występuje zjawisko polegające na oddziaływaniu fali ultradźwiękowej z mikroskopijnymi pęcherzykami gazu; zachowanie się pęcherzyków gazów zleży od częstotliwości i amplitudy ultradźwiękowej; pęcherzyki kawitacyjne gazu mogą się do siebie zbliżać i łączyć w większe; gdy osiągną większe rozmiary wpadają w rezonan z drganiami fali ultradźwiękowej. Ze względu na dużą amplitudę drgań mogą prowadzić do uszkodzenia mechanicznych pobliskich struktur biologicznych; gwałtowny wzrost ciś we wnętrzu pęcherzyków powoduje ich pękanie i powstanie hydrodynamicznej fali uderzeniowej niszczącej struktury biologiczne znajdujące się w pobliżu; zjawisko kawitacji odpowiedzialne jest za efekty działania mechanicznego

efekt cieplny: część energii fali ultradźwiękowej zostaje przekształcona w ciepło; zjawisko to wyst głównie na granicach ośrodków o różnej impedancji (oporności) akustycznej; wzrost temp na granicy mięsień-kość od 2 do 4 x większa niż w samych mięśniach przy tych samych warunkach ekspozycji; lokalnie wyższa temp wyst również w miejscach zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych; efekty lecznicze zależą od podwyższonej temp tkanek

ilość ciepła wydzielona w wyniku absorpcji fal zależy od: natężenia ultradźwięków, przestrzennego rozkładu ultradźwięków, częstotliwości, rodzaju ekspozycji (ciągła czy impulsowa), kierunku rozchodzenia się fal w materiale anizotropowym, prędkości przepływu krwi w obrębie tkanek, konwekcji cieplnej

efekt chemiczny: zostają przyśpieszone reakcje chemiczne następuje rozpad dużych cząsteczek np. białek, pod wpływem fal ultradźwiękowych zwiększa się czynność reakcji chemicznych, zmianie ulega pH oraz zachodzi depolaryzacja makromolekuł, działanie chemiczne prowadzi do:

^reakcji utleniania powstaje nadtlenek wodoru

^zmiany stężenia jonów wodorowych

^jonizacji ośrodka

ocena szkodliwości działania ultradźwięków

a)niskiej mocy: o niższym natężeniu od 1kW/m2 można uznać za nieszkodliwie jeżeli czas ich działania jest rzędu kilku min, w przyp. urządzeń pracujących impulsowo przy natężeniach impulsów dochodzących do 10 do - 3 czy 10 do -4 k, w/m2 należy ograniczyć max kontakt z tymi urządzeniami pomimo że uśrednione w czasie natężenia ultradźwięków może być szkodliwe dla zdrowia

b)dużej mocy: o natężeniu większym od 1 kW/m2 uważa się za szkodliwe dla org. Dla tych dźwięków zostały opracowane normy dopuszczalnego natężenia dla częstotliwości z zakresu 20kHz=60kHz, w urządzeniach przemysłowych dużej mocy również w powietrzu mogą występować wysokie natężenia ultradźwięków. w niewielkich odległościach od tych urządzeń mogą wyst natężenia szkodliwe dla zdrowia

c)głębokość penetracji tk i szkodliwość działania ultradźwięków zależy od ich częstotliwości. Dotychczas nie ustalono jeszcze wzajemnej relacji dawka-reakcja org na ultradźwięki

-przy ocenie efektu biologicznego stosowania ultradźwięków należy brać pod uwagę 2 czynniki:

^efekty biologiczne wyst powyżej pewnych progowych poziomów naddźwiękowania

- efekty biologiczne nie są wprost proporcjonalne do natężenia bądź czasu działania ultradźwięków

21. W jakich warunkach mamy do czynienia ze zwiększonym a w jakich ze zmniejszonym przyśpieszaniem? Opisz wpływ przyśpieszeń na organizm człowieka.

podczas przemieszczania się środkami transportu org człowieka doznaje wielu różnych przyśpieszeń. Przyśpieszenia te występują w normalnym procesie przemieszczania się oraz podczas różnych wypadków

-przyczynami powstawania przyśpieszeń są zmiany: wartości prędkości podczas ruchu, kierunku prędkości ruchu ( np. w ruchu krzywoliniowym), wartości prędkości kątowej

-w lotnictwie, kosmonautyce, fizjologii wartości doznawanych przyspieszeń wyraża się w jednostkach przyśpieszenia ziemskiego(g)

-z punktu widzenia patofizjologii wpływ przyśpieszeń na org uwarunkowany jest przez czynniki tj: wartość przyśpieszenia, czas trwania, kierunek i zwrot w stosunku do osi ciała, szybkości zmian przyśpieszenia, kondycji i wcześniejszym treningiem organizmu

-ze względu na czas trwania wyróżnia się przyśpieszenia: udarowe(∆T≤0,05s), krótkotrwałe (0,5s<∆T<1s), przedłużone (1s<∆T<kilka s), przewlekłe powyżej kilku s

-zaburzenia powstające w ukł krążenia zależą od kierunku i zwrotu przyśpieszenia w stosunku do podłużnej osi ciała

podział przyśpieszeń w zależności od kierunku działania sił bezwładności G na ciało człowieka strzałki wskazują kierunek przenoszenia krwi i narządów dla poszczególnych rodzajów przyśpieszeń

dlatego wyróżnia się:

-wzdłuż os podłużnej ciała

*+Gz od głowy do stóp

*-Gz od stóp do głowy

-w strzałkowej(plecy, mostek)

*+Gx od mostka do pleców

*-Gx od pleców do mostka

-w poprzecznej ( lewy bok, pray bok)

*+Gy od prawej do lewej

*-Gy od lewej do prawej

-działanie przyspieszenia prowadzi do zwiększonego lub zmniejszonego ciśnienia krwi w określonych częściach ciała w zależności od kierunku działania przyśpieszenia, zmniejszonej lub zwiększonej pojemności oddechowej płuc na skutek przemieszczania się narządów wewnętrznych

-podczas dużych przyśpieszeń może dochodzić do pękania nacz krw w mózgu, siatkówce oka, spadku nasycenia krwi tlenem i spadku akcji serca

22. Omów wpływ obniżonego i podwyższonego ciśnienia zewnętrznego na organizm człowieka.

obniżone ciśnienie: wywołane jest niedotlenieniem. Niedotlenienie związane jest zwykle ze wzrostem wysokości i nosi nazwę hipoksji. Zmniejsza się wówczas ilość tlenu związanego z hemoglobiną i dostarczanego z krwią tkankom.

-hipoksja wywołuje zmiany w org. głownie o charakterze adaptacyjnym przez różne reakcje nerwowe. Objawy chorobowe zależą od wys., czynników przemieszczania się w górę, czasu pobytu na określonej wysokości, temp otoczenia, aktywności fiz, wł. osobniczych(wrodzonej tolerancji na hipoksję), wytrzymałości fiz i przebytej uprzednio aklimatyzacji

*działanie mech: obniżone ciśnienie wywołuje rozprężenie gazów zawartych przew pokarmowym w uchu śr, niedokładnie wypełnionych ubytków w zębach. Prowadzi to do wzdęć, kolek jelitowych, bólu uszu oraz zębów. Gwałtowny spadek ciś może doprowadzić do uszkodzenia tk płucnej; powstają zatory gazowe(embolie). Są one wynikiem uwalniania się nadmiaru gazów zwłaszcza N w postaci pęcherzyków z wew organów i tk org, które przy dostatecznie szybkim i dużym spadku ciś (o ponad 50 %) zatykają małe nacz krw, tworząc zatory gazowe tzw embolie. Uwalniane gazy znajdują się w cieczach ustrojowych i tkankowych, przew pokarm., ukł oddechowym, zatokach przynosowych i uchu śr ; na dużych wys występuje zjawisko wrzenia zwane ebulizacją. Na wys 19.2 m panuje cis tak niskie że temp wrzenia wody wynosi 37C co odpowiada temp ciała człowieka. Tak wiec na dużej wys może dojść do wrzenia płynów ustrojowych. Zjawisko to obserwowano w komorach próżniowych u zwierząt doświadczalnych. Ochronę zapewniają lotnikom i kosmonautom specjalne ubiory kompensacyjne (kombinezony)

podwyższone cisnienie: z podwyższonym cis spotykamy się głównie podczas nurkowania i podczas prac podwodnych. Cis rośnie ok. 101,3 kPa przy wzroście głębokości wody o każde 10 m ; zmiana ciś w otoczeniu człowieka powoduje zmianę ciśnień cząstkowych składników mieszaniny oddechowej czego następstwem jest zakłócenie istniejącej uprzednio równowagi między środowiskiem gazowym a tkankowym ustroju. Zmienia się przy tym ilość gazu obojętnego(He, N2, H2) rozpuszczonego w ustroju a zawartość tlenu decyduje o hiperoksycznym ( kompensacyjnym) oddziaływaniu mieszaniny ; zaburzenia występują podczas wzrostu i utrzymywania się podwyższonego ciś a inne w czasie zmniejszania się ciś (dekompresja). W trakcie wynurzania wzrost ciś cząstkowych gazów może wywoływać zmiany toksyczne związane z chemicznymi właś tych gazów ; przy podwyższonym cis w śr zew występuje działanie mech i bio

*działanie mech- zatoki przynosowe, uszy i płuca zawierają przestrzenie wypełnione gazami. Podczas szybkiego spadku ciś rozprężające się gazy mogą wywołać uraz uszu, zatok przynosowych, zgniecenia, zatory gazowe. Możliwe są również urazy mech spowodowane wyrzuceniem nurka na powierzchnię wody

*działanie biolog- podwyższonego ciś prowadzi do zatrucia tlenem, azotem, co2 i wystąpienie choroby kesonowej (dekompresyjnej)

^zatrucie tlenem ujawnia się na głębokości większej od 10 m prężność tlenu jest wówczas blisko 10x wyższa niż w warunkach normalnych a dwukrotny wzrost prężności tlenu jest już szkodliwy i wywołuje objawy: podrażnienie dróg oddechowych i tk płucnej, szum w uszach, drżenie mięśni, objawy dychawicy, ślinotok, drgawki, pogorszenie ostrości widzenia, upośledzenie zdolności rozróżniania barw

^zatrucie azotem-zwiększone cis powoduje wnikanie azotu do krwi gdzie wiąże się z nią bardzo szybko. Następuje nasycenie tk nerwowej co powoduje powstanie halucynacji wzrokowych i słuchowych oraz euforii przy jednoczesnym obniżeniu zdolności umysłowych i fizycznych

^zatrucie co2- w czystym powietrzu występuje w ilości 0,03-0,04%. Przy ilościach większych od 2% pojawia się ból głowy, ogólne zmęczenie, trudności oddechowe, zawroty, nudności, zab psych.

^dekompresja- uwalniane są gazy w postaci pęcherzyków na skutek obniżania się ciś. Ryzyko zachorowania zależy od :głębokości, czasu nurkowania, wysiłku fiz, hipotermii, wieku, odwodnienia, adaptacji, kondycji fiz, nadwagi, profilu nurkowania

Choroba ta występuje w postaci ostrej i przewlekłej zwanej dysbaryczną martwicą kości. Przypuszcza się że powstaje ona na skutek zablokowania odżywczych nacz krw podczas dekompresji. Ostrej chorobie ciśnieniowej towarzyszą: bóle stawów, niewydolność krążeniowo-oddechowa, zaburzenia czucia, porażenie, do utraty przytomności włącznie.

23. Omów wpływ temperatury i wilgotności na organizm człowieka.

Temperatura: temp wpływa na szybkość procesów fizycznych, biologicznych i chemicznych. Temp wpływa na lepkość, dyfuzję, osmozę, transport masy i ładunków elektr ,procesy metabolizmy i trwałości struktur makrocząsteczkowych; od wilgotności powietrza otaczającego żywy org. uzależnione są natomiast warunki wymiany ciepła organizmu z otoczeniem. Gęstość strumienia ciepła traconego na drodze parowania zmniejsza się w miarę jak para wodna zawarta w powietrzu jest bliższa stanu nasycenia. Przy zbyt wys. temp otoczenia może dojść do stanu hipertermii. wówczas ilość ciepła oddawanego do otoczenia jest zbyt mała i nie może zbilansować ciepła wytwarzanego w organizmie. Przy zbyt niskiej temp otoczenia może wystąpić hipotermia wówczas ilość ciepła oddawanego do otoczenia przeważa nad ilością ciepła wytwarzanego w org Odchyelena temp wew org od temp ok. 37C o + - 2C są przez org tolerowane. Wzrost temp do 41-42C wprowadza zakłócenia w funkcjonowaniu ośrodka centralnego co prowadzi do wyłączenia termoregulacji. Wówczas wzmożone zostają procesy metaboliczne(zgodnie z prawem Archimedesa) i wzrost wytwarzanego ciepła .Sprzężenie zwrotne staje się dodatnie i ukł termoregulacyjny zamiast zmniejszać te skutki zaczyna je wzmacnać. Przy temp wew 44-45C zachodzą w org zmiany nieodwracalne kończące się śmiercią. Obniżenie temp wew poniżej 33C wprowadza zab w sprawności działania termoregulacji a przy 30C całkowicie ją wyłącza. 28C pojawia się zagrożenie życiu zakłócenie rytmu serca. Pod ścisłą kontrolą można na krótki czas obniżyć temp wew do 24C.przywrócenie stanu normalnego wymaga wtedy dogrzania ciała do temp umożliwiającej się włączenie się termoregulacji. Ten rodzaj hipotermii klinicznej stosowany jest przy zabiegach chirurgicznych na sercu.

Wilgotność: zmiana wilgotności otoczenia ma decydujący wpływ na udział mech parowania w stratach cieplnych org żywych. Im bliżej stanu nasycenia jest para wodna zawarta w powietrzu tym gorsze są warunki parowania; od wilgotności powietrza otaczającego org uzależnione są natomiast warunki wymiany ciepła org z otoczeniem. Częstość strumienia ciepła traconego na drodze parowania zmniejsza się w miarę jak para wodna zawarta w powietrzu jest bliższa stanu nasycenia. Przy temp niższych od 30 nie stwierdza się istotnego wpływu wilgotności względnej na temp skóry. Natomiast wilgotność wpływa na tzw komfort klimatologiczny żywego org. Przyjmuje się że optymalny komfort występuje wówczas gdy wilgotność względna jest zawarta w granicach 40-75% a zakres temp otoczenia wynosi 25-35C. Przy temp skóry niższych od temp otoczenia i wysokich wilgotnościach względnych parowanie staje się niemożliwe oznacza to ze org tej sytuacji nie tolerujew wysokich temp nawet do 120C ale w całkowicie suchym powietrzu w stanie spoczynku temp org nie ulega zmianie , gdy czas przebywania jest krótszy niż 5 min. Na warunki wymiany ciepła z otoczeniem wpływa również ruch powietrza. Wzrost szybkości powietrza obniża temp skóry. Jeżeli ciało człowieka zanurzone jest w wodzieto głównymi mechanizmami odpowiedzialnymi za straty cieplne org są przewodnictwo cieplne i konwekcja.

24. Opisz wpływ prądu elektrycznego, pola elektrycznego i magnetycznego na organizm człowieka. Na czym polega diatermia?

prąd elektryczny i pole magnetyczne znalazły szerokie zastosowanie w medycynie do celów diagnostycznych, terapeutycznych i badawczych. Stosowanie prądu elektr i pól elektro mag nie jest obojętne dla org człowieka. Działanie stałych i wolnozmennych pól elekt może wywoływać ruch ład elekt (przepływ prądu elekt) oraz polaryzację: elektronową, atomową, jonową. Przepływ prądu elekt może aktywować lub dezaktywować kanały jonowe i wpływać na transport jonów; polaryzację elektronową, atomową i jonową może wpływać na ruch jonów i przebieg reakcji biolog w org; natężenia pól elekt wewnątrz org są jednak zwykle małe z uwagi na znacznie większą przewodność elektryczną tkanek od przewodności powietrza.

działanie stałych i wolnozmiennych pól mag o dużej indukcji mag może wywołać efekty: magnetomechaniczne (translację cząsteczek w polach niejednorodnych lub porządkowanie dipoli mag), działanie na poruszający się ładunek, działanie na poruszającą się bł kom, działanie na sieci neuronowe.

zmienne pola magnet indukują w tk prądy wirowe które mogą wywoływać efekty rezonansowe w postaci otwierania i zamykania kanałów jonowych. Tak tłumaczy się np. zwiększenie wpływu wapnia z kom nerwowych mózgu, eksponowanych na pola elektro(147 mHz). Modulowanie częstotliwością 6-29mHz i 60hZ

badania nad wpływem pól mag o częstotliwości 50-60Hz dla poziomów natężeń niewywołujących wzrostu temp ciała o ponad 1 C nie potiwerdziły hipotezy o promocji nowotworów. Potwierdziły one natomiast wzrost ryzyka rozwoju tych chorób w grupach ludzi mieszkających przez dłuższy czas w pobliżu linii energetycznych

wpływ pól elektromagnet. wys częstotliwości na org: podst skutkiem oddziaływania pól elektromag wys częstotliw jest wydzielanie się ciepła, w zakresie fal radiowych ciepło wydziela się w wyniku strat przewodzenia ( konwekcj ład elektr), w zakresie mikrofal ciepło wydziela się w wyniku obrotu dipoli elektrycznych w ośrodku lepkim,

Całkowita moc pochłanięta i jej skład przestrzenny w ciele zależą od kilku parmetrów należą do nich: czestotliwość pola elektromag, orientacja ciała w stosunku do natężenia pola elektrycznego, przewodność i przenikalność dielektyczna tkanek, polaryzacja pola, wzajemne położenie ciała i żródła

Objawami działania tych pól mogą być: bóle i zawroty głowy, zaburzenia pamięci, dolegliwości sercowe, szybsze zmęczenie, mogą sprzyjać powst nowotworów

Reakcje org zależą od: ilości pochłoniętej energii, przebiegu częściowych ekspozycji, miejsca pochlonięcia energii, zakresu częstotliwości, mogą sprzyjać powstawaniu nowotworów (nie udowodniono).

Zagrożenia wtórne związane są z emisją promieniowania przez przypadkowe anteny ( metalowe budynki, maszty, żurawce, rynny, ogrodzenia) które pobierają energię fal elektromag z otoczenia, podstawowym skutkiem jest wydzielanie ciepła.

Diatermia - wytwarzanie ciepła, czyli głębokiego przegrzania tkanek, przez zastosowanie prądów elektrycznych wielkiej częstotliwości. Źródłem prądu są specjalne typy aparatów, z których przewodami płynie on do elektrod przykładanych na wybrane okolice ciała. Prąd przepływając między elektrodami powoduje przegrzanie znajdujących się między nimi tkanek. W przez aparaty wyróżnia się kilka rodzajów diatermii (krótkofalowa, kondensatorowa, indukcyjna) zależności od długości fal wytwarzanych

25. Opisz w jaki sposób powstaje potencjał spoczynkowy komórki i jak możemy go zmierzyć? Przedstaw model elektryczny błony komórkowej oraz zapisz i omów wzór Goldmana-Hodkinga-Katza.

Stały potencjał wnętrza komórki względem jej otoczenia nazywamy potencjałem spoczynkowym. Zdolność komórki do utrzymywania stałej wartości potencjału spoczynkowego związana jest bezpośrednio z istnieniem różnicy stężeń niektórych jonów pomiędzy wnętrzem i otoczeniem komórki. Dla większości komórek jonami "najważniejszymi" z punktu widzenia potencjału spoczynkowego są jony sodu, potasu oraz chlorkowe. "Typowy" - czyli najczęściej spotykany - rozkład stężeń jonów jest taki, że na zewnątrz komórki stężenie jonów sodowych i chlorkowych jest większe niż wewnątrz komórki, natomiast stężenie jonów potasu jest większe wewnątrz komórki. Stała wartość potencjału błonowego może być utrzymana jedynie wtedy, gdy całkowity ładunek przepływajacy przez błonę jest równy zeru (w przeciwnym razie następowałaby zmiana ładunku błony i związana z tym zmiana potencjału). Błona komórki jest przepuszczalna dla jonów - w stanie spoczynku najlepiej przepuszczane są jony potasu, gorzej chlorkowe, najgorzej zaś sodowe W związku z tym potencjał spoczynkowy może być utrzymany, gdy suma ładunków przenoszonych przez jony w jednostce czasu (suma prądów jonowych) jest równa zero: I_Na + I_K + I_Cl = 0. Oznacza to, że w stanie spoczynku, każdy z prądów jonowych ma różną od zera, stałą wartość, ich suma zaś wynosi zero. Utrzymanie stałej różnicy stężeń jonów pomiędzy wnętrzem i otoczeniem komórki jest możliwe dzięki aktywnemu (tzn. wymagającego nakładu energii) transportowi zachodzącemu w przeciwnym - niż dyfuzja - kierunku. Pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną str bł. kom. panuje różnica potencjałow którą możemy zmierzyć umieszczajac mikroelementy szklane o średnicy 0,2mmwewnątrz kom i w płynie poza kom a następnie podłanczając do oscyloskopu lub woltomierza. W zalezności od rodzaju kom róznica ta może wynosić od -40mV do -100mV. Wartość potencjału spoczynkowego zależna jest od stężenia Na⁺ i K ⁺ wewnątrz kom i na zewnątrz kom oraz od przepuszczalności kom dla poszczególnych rodzajów jonów. Potencjał ten możemy wyznaczyć za pomocą wzoru Goldmana-Hodkinga-Katza. R-stała gazowa; T-temp bezwzględna; F-stała faradaya; P_k, P_Na, P_Cl^—przepuszczalność odpowiednich jonów(należy wyznaczyć doświadczalnie).

▲V=RT/F ln P_K*[K⁺]_z+P_Na*[Na]_z+P_Cl*[Cl]_z/ P_K*[K⁺]_w+P_Na*[Na]_w+P_Cl*[Cl]_w

26. 
    Jak powstaje potencjał czynnościowy w komórkach pobudliwych i jak możemy go zaobserwować? Scharakteryzuj potencjał czynnościowy komórek pobudliwych przedstaw rysunki i zapisz wzory. Na czym polega depolaryzacja błony, czym jest refrakcja bezwzględna i refrakcja względna? Jaki jest związek biernego transportu jonów i rodzaju jonów transportowanych przez błonę komórkową z kształtem potencjału czynnościowego?

POTENCJAŁ CZYNNOŚCIOWY - wywołany jest a skutek zadziałania na błonę kom neuronu bodźca powodując zmianę jej właściwości. Do wnętrza neuronu przez otwierające się kanały dla prądu jonów sodowych, napływają jony Na+, powoduje wyrównanie ładunków elektrycznych pomiędzy wnętrzem i otoczeniem. Zjawisko to określa się jako depolaryzację bł kom. Jony Na+ początkowo wnikają do neuronu w miejsce zadziałania bodźca , a po wyrównaniu ładunków elektrycznych depolaryzacja rozszerza się na sąsiednie odcinki błony kom. Potencjał czynnościowy powstaje w komórce pobudliwej (zdolnej do szybkiej i krótkotrwałej zmiany potencjału błonowego), gdy potencjał jej błony przekroczy pewną graniczną wartość nazywaną progiem pobudzenia.
Impuls nerwowy to przesunięcie się fali depolaryzacji od miejsca zadziałania bodźca na bł kom aż do zakończenia neuronu. DEPOLARYZACJA - to zmiana potencjału kom ze stanu spoczynku po zadziałaniu bodźca adekwatnego. zmniejszenie elektroujemnego potencjału elektrycznego błony komórkowej spowodowane napływem przez kanały jonowe w błonie komórkowej jonów sodu do cytoplazmy komórki (potencjał zmienia się średnio od -80 mV do +10 mV). Prowadzi do pobudzenia komórki nerwowej lub mięśniowej. Refrakcja bezwzględna, czyli stan w którym komórka nie jest w stanie odpowiedzieć na żaden bodziec (tak jest zaraz po przejściu potencjału), OKRES REFRAKCJI BEZWZGLĘDNEJ - występuje od osiągnięcia potencjału progowego do zakończeni 1/3 okresu repolaryzacji. W tym czasie żaden bodziec nie jest w staie pobudzić kom. Nerwowej
REFRAKCJA WZGLĘDNA -W tym czasie można pobudzić kom nerwową bodźcem o sile większej niż ten, który wywołał reakcję.

Gwałtowna zmiana potencjału czynnościowego (jego kształtu) pobudzonej kom. Ma związek z szybkim wzrostem przepuszczalności błony dla kationów, a głownie Na.

27. Omów przewodnictwo impulsów nerwowych w neuronach i między neuronami. Jaką funkcję pełni osłonka mielinowa? Od czego zależy szybkość przemieszczania się impulsów w komórkach nerwowych? Przedstaw rysunki i zapisz wzory.

Aby powstał impuls nerwowy, musi zajść w neuronie proces depolaryzacji. Rozpoczyna się on w momencie pobudzenia komórki nerwowej przez jakiś bodziec - elektryczny, chemiczny lub mechaniczny (pochodzący np. z receptorów czucia). Impuls nerwowy nie ma możliwości przesuwania się do tyłu, ponieważ miejsce wcześniej zdepolaryzowane znajduje się przez pewien czas, nazywany okresem refrakcji, w stanie uniemożliwiającym jego ponowne pobudzenie. Jeżeli pobudzenie komórki nerwowej rozpocznie się w części środkowej aksonu, to impuls rozchodzi się w dwóch kierunkach. Prawidłową dla niego drogą jest przepływ od receptora lub synapsy, poprzez akson do jego zakończenia (jest to przewodnictwo ortodromowe). Dlatego też każdy impuls rozprzestrzeniający się w przeciwnym kierunku, zwanym antydromowym), ulega wygaszeniu po osiągnięciu pierwszej napotkanej synapsy, ponieważ połączenia występujące między neuronami mają zdolność przekazywania impulsu tylko w jednym kierunku. Osłonki mielinowe, formowane przez komórki Schwanna lub kom. skąpowypustkowe, stanowią izolację elektryczną aksonu. Opór błony mielinowanej jest znacznie większy niż niemielinowanej, pojemność natomiast znacznie mniejsza, co sprawia, że właściwości transmisyjne aksonu mielinowanego są znacznie lepsze niż aksonu pozbawionego osłonki. W osłonce mielinowej występują przerwy - przewężenia Ranviera,

Impuls elektryczny przesuwa się wzdłuż aksonu skokami. Proces ten zachodzi bardzo szybko, przewodzenie impulsu w aksonie z osłonką jest około 50 razy szybsze od przewodnictwa w aksonie nieosłoniętym. Prędkość rozchodzenia się impulsu jest proporcjonalna do promienia aksonu mielinowanego i u ssaków dochodzi do 120 m/s.

28. Zapisz podstawowe prawa związane z przepływem prądu elektrycznego. Narysuj obwody prądu stałego złożone z kilku oporników połączonych szeregowo i równolegle, zapisz wzory na opory zastępcze tych oporników. Zaznacz gdzie w obwodzie należy umieścić amperomierz, a gdzie woltomierz. Podaj wzory na pracę i moc prądu stałego oraz ich jednostki.

PRAWO COULOMBA- Wartość siły wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków punktowych jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu ich wzajemnej odległości.

F=k * q₁q₂ /r²

F - wartośc siły wzajemnego oddziaływania

k - współczynnik proporcjonalności zależny od rodzaju ośrodka, w którym umieszczone są naelektryzowane kulki

q₁q₂ - ładunki zgromadzone na kulkach

r - odległośc miedzy środkami kulek

JEDNOSTKA 1C = 1Coulumb

NAPIĘCIE - napięciem miedzy dwoma punktami przewodnika równe jest ilorazowi wykonanej pracy (wykonanej przez siły pola elektrostatycznego podczas przemieszczania ładunku elektrycznego miedzy tymi punktami) i wartość tego ładunku.

U_AB = W _A->B / q

U_AB -Napięcie między punktami A i B

W _A->B -praca wykonana przez siły pola elektromagnetycznego

q - ładunek przesuwany miedzy punktami A, B

Jednostka 1Volt=1Jul/1Culomb [ 1V=1J/1C ]

istnienie napiecia miedzy koncami przewodnika jest warunkiem koniecznym do przepływu prądu elektrycznego.

NATĘŻENIE PRĄDU - informuje nas jak duży ładunek elektryczny przepływa w jednostce czasu przez poprzeczny przekruj przewodnika w dowolnym miejscu obwodu.

I=q/t

Jednostka 1Amper=1Culomb/1sekunde [ 1A=1C/1s ]

PRAWO OHMA - natężenie w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego miedzy jego końcami. Prawo Ohma jest spełnione tylko wtedy, gdy opór nie zależy od napięcia ani od natężenia prądu.

Prawo ohma określa opór elektryczny przewodnika R=U/I ; gdzie

R - opór;
U - różnica potencjałów(napięcie);
I - natężenie prądu

Jednostka 1ohm(OM)=1Volt/1Amper 1Ω =1V/1A

Pierwsze prawo Kirchoffa- Suma natężeń wchodzących do węzła sieci elektrycznej jest równa sumie natężeń prądów wychodzących z punktu węzłowego.

Drugie prawo Kirchoffa- Stosunek prądów płynących przez poszczególne gałęzie sieci elektrycznej jest równa odwrotności oporu w tych gałęziach

Szeregowe podłączenie:

Opór odbiornika zastępczego w połączeniu szeregowym równy jest sumie oporów poszczególnych odbiorników

Połączenie równoległe:

Odwrotność oporu odbiornika zastępczego przy połączeniu równoległym równa jest sumie odwrotności oporów poszczególnych odbiorników

Praca prądu elektrycznego stałego.
W=UIt   

W - praca;
U - różnica potencjałów(napięcie);
T - czas przepływu;
I - natężenie;

Moc prądu elektrycznego stałego 

P - moc;
W - praca;
U - różnica potencjałów(napięcie);
T - czas wykonywania pracy;
I - natężenie;

jednostką mocy jest Watt[W] =1A *1V

29. Opisz budowę ucha, funkcje peryferyjnego układu słuchowego i zachodzące w nim procesy podczas słyszenia. Na czym polega dopasowanie impedancji fali akustycznej w układzie słuchowym?

Ucho zewnętrzne- zbudowane jest z małżowiny usznej, przewodu słuchowego kończącego się błoną bębenkową, która odgranicza ucho zewnętrzne od ucha środkowego.Małżowina uszna utworzona jest z chrząstki sprężystej, którą pokrywa cienka warstwa skóry. Przewód słuchowy zewnętrzny wyściełany jest skórą, w początkowym odcinku skóra posiada krótkie, grube włosy oraz gruczoły łojowe. Ściana przewodu usztywniona jest w początkowym odcinku chrząstką sprężystą, która w przechodzi w kość (w dalszym odcinku). Ucho środkowe-umiejscowione jest w kości skroniowej w jego skład wchodzą: jama bębęnkowa, trąbka słuchowa, jamy powietrzne. Ucho środkowe utworzone jest z systemu jam powietrznych: jamy bębenkowej (spłaszczona przestrzeń wypełniona powietrzem), w której znajdują się trzy kosteczki słuchowe (młoteczek, kowadełko, strzemiączko), jamy sutkowej wyposażonej w komórki powietrzne wyrostka sutkowego oraz trąbki słuchowej (Eustachiusza).Trąbka słuchowa łączy jamę bębenkową z gardłem i pozwala na wyrównanie ciśnienia między uchem środkowym, a środowiskiem zewnętrznym. Działanie kosteczek dźwiękowych oparte jest na zasadzie dźwigni w przenoszeniu dźwięku ze środowiska gazowego (ucho zewnętrzne i środkowe) do środowiska płynnego, które panuje w uchu wewnętrznym. Prawidłową ruchomość kosteczek gwarantują: napinacz błony bębenkowej, a także mięsień strzemiączkowy; dbają one o zachowanie funkcji akomodacyjnej przenoszenia dźwięku. Fala akustyczna powoduje drgania błony bębenkowej i połączonych z nią trzech małych kosteczek (młoteczek, kowadełko i strzemiączko-najmniejsza kosteczka w ciele człowieka). Kosteczki te wraz z jamą bębenkową, w której się znajdują oraz trąbką słuchową, tworzą ucho środkowe. Odpowiada ono za wzmacnianie oraz przekazywanie drgań błony bębenkowej do ucha wewnętrznego. Dzięki trąbce słuchowej łączącej jamę bębenkową z gardłem dochodzi do wyrównania ciśnienia w jamie bębenkowej. Ucho wewnętrzne- w jego skład wchodzi błędnik oraz nerw statyczno- słuchowy. W błędniku wyróżniono: błędnik kostny i błędnik błoniasty. Błędnik błoniasty znajduje się wewnątrz błędnika kostnego. Między tymi dwoma błędnikami znajduje się przestrzeń, którą wypełnia perylimfa; wnętrze błędnika błoniastego wypełnione jest endolimfą.Błędnik zbudowany jest ze ślimaka we wnętrzu, którego znajduje się aparat słuchu, przedsionek, a także kanały półkoliste (w liczbie 3), które wyposażone są w aparat zmysłu równowagi. Nerw statyczno- słuchowy jest VIII nerwem czaszkowym w skład, którego wchodzi droga słuchowa i przedsionkowa. Droga słuchowa jest drogą przewodzenia bodźca słuchowego w układzie nerwowym, docierającą do kory płata skroniowego natomiast droga przedsionkowa biegnie do móżdżku.

Funkcje ucha: służy do odbierania wrażeń słuchowy, jak również odpowiada za utrzymanie równowagi. Ucho ludzkie odbiera dźwięki z zakresu częstotliwości: od 16 Hz do 16 kHz ( drgań na sekundę), o natężeniu od 0 do 120 dB. Ucho zewnętrzne i środkowe odpowiedzialne są za przewodzenie dźwięku natomiast ucho wewnętrzne odbiera dźwięki. Dalej dźwięk biegnie przez nerw słuchowy oraz drogę słuchową, aż do ośrodka słuchu który znajduje się w korze mózgowej w płacie skroniowym

30. Opisz budowę i właściwości optyczne oka czym jest refrakcja i akomodacja oka, wymień i omów wady wzroku oraz opisz jak są one korygowane. Jak określamy i od czego zależy zdolność rozdzielczą oka.

Budowa oka: gałka oczna znajduje się w przedniej części oczodołu i porusza się dzięki ruchom mięśni ocznych w zagłębieniu utworzonym przez tkankę tłuszczową oczodołu i liczne powięzie. Wychodzący z niej nerw wzrokowy przechodzi przez otwór kostny do wnętrza czaszki i dalej do mózgu. Oko ma w przybliżeniu kształt kuli o średnicy 24 mm, wypełnionej w większości bezpostaciową substancją (ciałkiem szklistym), znajdującej się pod ciśnieniem pozwalającym na utrzymanie jego kształtu. Twardówka jest najbardziej zewnętrzną częścią oka. Zbudowana jest z nieprzeźroczystejbłony włóknistej łącznotkankowej. W przedniej części oka przechodzi w rogówkę. Rogówka kształtem przypomina wypukłe szkiełko od zegarka. Zbudowana jest z przeźroczystej błony włóknistej. Między twardówką i siatkówką leży naczyniówka która wraz z tęczówką i ciałem rzęskowym tworzy błonę naczyniową, w której znajdują się naczynia krwionośne. Ciało rzęskowe utrzymuje soczewkę w odpowiednim położeniu. Siatkówka jest receptorową częścią oka. Składa się z trzech warstw, przy czym najbliższa środka oka warstwa składa się z czopków i pręcików - komórek światłoczułych, a dwie pozostałe z neuronów przewodzących bodźce wzrokowe. Na siatkówce znajduje się plamka żółta, będąca miejscem o największym skupieniu czopków i z tego powodu cechuje się największą wrażliwością na barwy i światło. Nieco niżej znajduje się plamka ślepa - miejsce pozbawione komórek światłoczułych i dlatego niewrażliwe na światło. Jest miejscem zbiegu nerwów łączących komórki światłoczułe z nerwem wzrokowym. Soczewka jest zawieszona między tęczówką a ciałem szklistym na obwódce rzęskowej. Składa się z torebki, kory i jądra i ma dwie wypukłe powierzchnie - przednią i tylną. Jeśli wyobrazimy sobie soczewkę jako owoc, to torebka jest jego skórką, kora jego miąższem, a jądro pestką. Tęczówka jest umięśnioną częścią błony naczyniowej otaczającej otwór nazywany źrenicą. Dzięki zawartemu w niej pigmentowi jest kolorowa. Mięśnie tęczówki pozwalają na zwiększanie lub zmniejszanie dopływu światła przez regulację wielkości źrenicy. Wnętrze oka wypełnia przeźroczysta, galaretowata substancja, nazywana ciałem szklistym (corpus vitreum). Przednia część gałki ocznej i wewnętrzna część powiek pokryte są spojówką (tunica conjuctiva). W górno - bocznej części oczodołu znajduje się gruczoł łzowy wydzielający łzy mające za zadanie oczyszczać powierzchnię oka z zabrudzeń i nawilżać ją. Układ optyczny oka przyrównać można do aparatu fotograficznego, przy czym rolę soczewek obiektywu spełniają rogówka i soczewka oka, rolę przysłony - tęczówka, a warstwy światłoczułej kliszy - siatkówka.

Refrakcja oka - załamywanie promieni świetlnych przechodzących przez wszystkie struktury optycznego układu oka zwłaszcza przez rogówkę, soczewkę, ciało szkliste Średnio wartość refrakcji całego układu optycznego wynosi ok. 58,46 dioptrii, z tym że udział poszczególnych struktur wynosi: 45,0 D - rogówka, 13,0 D - soczewka, 0,46 D - ciało szkliste. Wyróżniamy następujące wady refrakcji: Krótkowzroczność -wada refrakcji oka, której przyczynami są zbyt duża siła łamiąca soczewki oka lub zbyt długa gałka oczna powodująca, że promienie świetlne przechodzące przez układ optyczny oka ulegają skupieniu nie na siatkówce, lecz przed nią. Tylko promienie rozbieżne biegnące z niedalekich punktów w przestrzeni są prawidłowo zogniskowane. Do korekcji tej wady stosuje się szkła dwuwklęsłe (rozpraszające). Nadwzroczność, dalekowzroczność, hipermetropia -wada refrakcji oka charakteryzująca się zbyt słabym w stosunku do długości osi przednio-tylnej gałki ocznej załamywaniem światła przez układ optyczny oka, co powoduje skupianie promieni świetlnych nie na siatkówce lecz za nią. Przyczyną może być zbyt krótka oś przednio-tylna oka (głównie u dzieci) lub zbyt słaba zdolność skupiająca soczewki (poprzez zmniejszenie jej elastyczności) i dodatkowo osłabienie mięśnia rzęskowego występujące np. u ludzi starszych (stąd nazwa w tym przypadku - starczowzroczność). Nadwzroczność objawia się nieostrym widzeniem przedmiotów położonych blisko. Leczenie: szkła korekcyjne skupiające. Brak leczenia u ludzi młodych może spowodować tzw. zeza akomodacyjnego (akomodacja). Niezborność wzrokowa, astygmatyzm, wada układu optycznego oka (głównie rogówki, oko), polegająca na różnym załamywaniu światła w prostopadłych do siebie płaszczyznach. Obrazy powstające na siatkówce są niewyraźne, powstają trudności w pracy z bliska, bóle oczu i głowy. Leczenie: korekcja szkłami okularowymi cylindrycznymi.

Akomodacja oka -zjawisko dostosowania się oka do oglądania przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach. Dostosowanie to polega na odpowiednim doborze ostrości widzenia. Istnieją dwa zasadnicze mechanizmy akomodacji: zmiana kształtu soczewki oka, a wskutek tego zmiana jej ogniskowje i co za tym idzie zmiana jej zdolności zbierającej, zmiana odległości soczewki od siatkówki. Ten pierwszy mechanizm występuje u ssaków a drugi u ryb. U ptaków występują oba mechanizmy, a u stawonogów zjawisko akomodacji w ogóle nie występuje. Zakres akomodacji odległość między punktem bliży i dali wzrokowej od oka człowieka. Punkt bliży wzrokowej - najbliższy punkt, jaki oko jest w stanie ostro widzieć dzięki akomodacji soczewki (ok. 10 cm). Punkt dali wzrokowej - najdalszy punkt powyżej którego soczewka nie akomoduje (ok. 6 m)

wady wzroku - Astygmatyzm (niezborność rogówkowa) jest wadą polegającą na zniekształceniu widzenia wskutek niesymetryczności rogówki oka. Jeżeli promień krzywizny rogówki oka w płaszczyźnie pionowej jest inny niż w płaszczyźnie poziomej, to promienie świetlne padające na różne części rogówki załamywane są w różnym stopniu. Powoduje to, że obraz widziany przez pacjenta jest nieostry. Często zdarza się, że gdy pokazuje się pacjentowi znak krzyżyka, on widzi ostro tylko jedno jego ramię - pionowe lub poziome. Taki astygmatyzm nazywa się regularnym, a oko takie posiada dwie ogniskowe. Aby skorygować taką wadę stosuje się okulary z soczewkami cylindrycznymi. Oko ludzkie posiada zwykle tzw. niezborność fizjologiczną o wartości do 0,5D, która nie wymaga korekcji. Poniższy rysunek przedstawia bieg promieni w oku z astygmatyzmem regularnym. Urazy oka są często przyczyną nierównej powierzchni rogówki, co powoduje astygmatyzm nieregularny, cechujący się większą ilością ogniskowych. Aby skorygować taką wadę konieczne jest zastosowanie soczewek kontaktowych na powierzchni oka, lub specjalnych żeli okulistycznych wyrównujących powierzchnię rogówki. Poniżej widzimy bieg promieni w oku z astygmatyzmem nieregularnym, wynik korekcji tej wady przez zastosowanie soczewki kontaktowej i wygląd oka z astygmatyzmem nieregularnym z soczewką kontaktową. Daltonizm - Oko ludzkie przystosowane jest do widzenia barw światła o długości fali w zakresie od około 400 nm (barwa fioletowa) do około 700 nm (barwa czerwona). Jedną z wad wzroku jest daltonizm polegający na złym rozpoznawaniu barw. Nazwa wady pochodzi od nazwiska angielskiego fizyka i chemika J.Daltona, który jako pierwszy opisał ślepotę na barwy zieloną i czerwoną. Może być to wada wrodzona lub nabyta. Daltonizm wrodzony jest wadą dziedziczną, na którą cierpi w różnym stopniu  8% mężczyzn i 0,5% kobiet. Daltonizm nabyty może być wynikiem przejścia choroby siatkówki lub drogi wzrokowej. Wada ta jest często definiowana jako ślepota na barwę czerwono - zieloną. Występuje także ślepota na barwę czerwoną, rzadziej zieloną i bardzo rzadko na fioletową. W większości przypadków osoby źle rozróżniające barwy od urodzenia nie zdają sobie sprawy z istnienia tej wady, gdyż ostrość wzroku jest zwykle u nich prawidłowa. Całkowita ślepota na barwy jest wynikiem niedorozwoju czopków siatkówki i łączy się ze znacznym obniżeniem ostrości wzroku i trudnością przystosowania się do światła. Wadę tę wykrywa się na podstawie specjalistycznych badań przy użyciu tablic barwnych pseudoizochromatycznych. W razie konieczności wykonania dokładniejszych badań wykorzystuje się przyrząd nazywany anomaloskop. Pacjent badany anomaloskopem ma za zadanie porównanie dwóch barw.
Przykładowe tablice barwne służące do diagnozowania daltonizmu umieszczone są poniżej. Osoby posiadające wadę daltonizmu powinny zobaczyć na pierwszej tablicy liczbę 21 zamiast prawidłowej 74. Na drugiej tablicy przedstawiona jest liczba 89. Osoby źle rozróżniające barwy nie mogą wykonywać wielu zawodów wymagających bezbłędnego rozpoznawania barw, np. kierowca, maszynista kolejowy, lotnik, itp. Nadwzroczność jest drugą obok krótkowzroczności najczęściej spotykaną wadą refrakcyjną oka ludzkiego. Jest wynikiem zbyt małych rozmiarów przednio - tylnych oka lub niewystarczającą siłą łamiącą układu optycznego oka. Nadwzroczność wzrasta z wiekiem (starczowzroczność, prezbiopia) wskutek postępującego osłabienia aparatu nastawczego oka, w wyniku zmniejszenia sprawności mięśnia rzęskowego i elastyczności soczewki. Poniższe rysunki przedstawiają bieg promieni świetlnych w oku zdrowym i nadwzrocznym. Promienie równoległe, które w nieakomodującym oku zdrowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku nadwzrocznym ogniskowane są za siatkówką. Wskutek tego wrażenie wzrokowe dalekowidza jest nieostre. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot dalekowidz odsuwa przedmiot od oczu. Poniższy rysunek przedstawia schematycznie jak widzi osoba z wadą nadwzroczności. W celu poprawy ostrości widzenia dalekowidza stosuje się okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe. Są to soczewki skupiające. Ich moc optyczną podaje się w dioptriach dodając znak plus (np. plus 3 dioptrie). Poniższy rysunek przedstawia bieg promieni świetlnych w oku dalekowzrocznym skorygowanym soczewką skupiającą. Brak korekcji u młodych osób może prowadzić do powstania tzw. zeza akomodacyjnego.

Krótkowzroczność (myopia) jest jedną z najczęściej spotykanych wad refrakcyjnych oka ludzkiego. Jest wynikiem zbyt dużych rozmiarów przednio - tylnych oka lub zbyt dużą siłą łamiącą układu optycznego oka. promienie równoległe, które w nieakomodującym oku zdrowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku krótkowzrocznym ogniskowane są przed siatkówką. Wskutek tego wrażenie wzrokowe krótkowidza jest nieostre. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot krótkowidz przysuwa przedmiot bliżej oczu. Poniższy rysunek przedstawia schematycznie jak widzi krótkowidz. W celu poprawy ostrości widzenia krótkowidza stosuje się okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe. Są to soczewki rozpraszające. Ich moc optyczną podaje się w dioptriach dodając znak minus (np. minus 3 dioptrie). Poniższy rysunek przedstawia bieg promieni świetlnych w oku krótkowzrocznym skorygowanym soczewką rozpraszającą Wyróżnia się trzy stopnie krótkowzroczności: mała w zakresie do 3dpt, średnia poniżej 6dpt, wysoka powyżej 6dpt. Przy wysokiej krótkowzroczności w późniejszym okresie życia mogą wystąpić zmiany zwyrodnieniowe naczyniówki, siatkówki i ciała szklistego. Krótkowzroczność rozwija się najczęściej w okresie dojrzewania płciowego.

zdolność rozdzielcza oka - charakteryzuje każdy układ optyczny, często definiowana jest jako zdolność rozdzielcza najmniejszej odległości dwóch punktów "widzialnych” jeszcze oddzielnie. Zdolność rozdzielcza, a szczególnie ziarnistość powierzchni światłoczułej warunkuje tzw głębię ostrości, dzięki której obrazy przedmiotów w pewny zakresie odległych od układu są widzialne jednakowo dobrze.

31. Jakie procesy dostarczają energii komórce? Na czym polega proces utleniania? Omów w jaki sposób zużytkowana jest energia komórki.

Wytwarzanie energii w komórce jest istotą oddychania wewnętrznego (Internal respiration), czyli oddychania wewnątrzkomórkowego. Proces oddychania wewnątrzkomórkowego przebiega w dwóch fazach. W pierwszej fazie - beztlenowej - i w drugiej - tlenowej. W fazie beztlenowej energia pozyskiwana jest w procesie glikolizy z głównego składnika odzywczego jakim jest glukoza. Przekształceniu glukozy w pirogronian towarzyszy powstanie dwóch cząsteczek ATP. Nie wymaga to obecności tlenu. W fazie tlenowej tlen jest niezbędny do dalszego pozyskiwania energii z pirogronianu w wyniku jego rozkładu do dwutlenku węgla i wody. W razie braku tlenu w komórce, zachodzi tylko glikoliza beztlenowa kończąca się przekształceniem pirogronianu w mleczan. Dzięki glikolizie organizm uzupełnia niedobór energii oraz otrzymuje szereg ważnych metabolitów, zużywanych w innych reakcjach. W mitochondriach następuje włączanie do cyklu kwasu cytrynowego zarówno pirogronianu, który jest wcześniejszym ogniwem glikolizy, jak i innych metabolitów cyklu kwasów trikarbok­sylowych wytworzonych w procesie katabolizmu aminokwasów i kwasów tłuszczowych komórka dostarcza sobie energii również na drodze innych procesów, ale nie są one tak efektywne do procesów należy: fermentacja mlekowa

Utlenienie to reakcja chemiczna, w której jakiś atom (lub ich grupa) przechodzi z niższego na wyższy stopień utlenienia.

Nazwa ta ma charakter bardzo umowny, gdyż w praktyce, każdej reakcji utlenienia musi towarzyszyć jakaś reakcja redukcji. Łącznie takie procesy nazywa się reakcjami redoks. W praktyce, daną reakcję nazywa się utlenieniem, gdy struktura głównego substratu i głównego produktu różnią się tylko tym, że jedna niewielka grupa lub pojedynczy atom zwiększył w jej wyniku swój stopień utlenienia, kosztem redukcji prostego związku zwanego w tym przypadku środkiem utleniającym. Np.: CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O (C przechodzi z -I do +III, a tlen z 0 do -II).

Energia wyzwolona w czasie rozpadu ATP zostaje zużyta: na transport aktywny jonów i substancji drobnocząsteczkowych przez błonę komórkową wbrew gradientowi stężenia oraz na transport wewnątrzkomórkowy; do syntezy składników komórkowych, takich jak DNA, RNA, białka, lipidy, oraz do resyntezy glukozy i polimeryzacji glikogenu komórko­wego;

na pracę mechaniczną komórki polegającą na ruchu cytoplazmy komór­kowej lub skracaniu się białek kurczliwych w komórkach mięśniowych.

---