Definition menschlicher mechanischer Parameter. Digest - Arbeitssicherheit

Wahlfach

„Menschliche Physik“

Erläuterung 2

Hauptkursinhalt 3-4

Thematische Kursplanung 5

Referenzen 6

Erläuterungen

Im Physikstudium an modernen Schulen wird den physikalischen Parametern, die einen Menschen charakterisieren, praktisch keine Beachtung geschenkt. Im Zusammenhang mit der Erforschung psychologischer Fragestellungen in der Schule, der Modellierung von Prozessen in lebenden Organismen, in der Technik und der Entwicklung einer Wissenschaft wie der Bionik zeigen Studierende jedoch zunehmend Interesse am Studium der menschlichen Physik.

Während des Studiums dieses Kurses erfüllen die Studierenden nicht nur ihre Bildungsbedürfnisse, sondern erwerben auch Forschungskompetenzen, machen sich mit Forschungsmethoden in Physik und Biologie vertraut und erhalten kurze Informationen über medizinische und biologische Geräte. Die im Umgang mit Messgeräten, der Durchführung praktischer Arbeiten und dem Aufbau von Experimenten erworbenen Fertigkeiten werden für die weitere wissenschaftliche und technische Tätigkeit von Nutzen sein. Die Erklärung einzelner Prozesse, die in lebenden Organismen auf der Grundlage physikalischer Gesetze ablaufen, wird ihnen helfen, Ursache-Wirkungs-Beziehungen in der belebten und unbelebten Natur festzustellen, und wird nicht nur Interesse an der Physik, sondern auch an der Biologie wecken.

Das Studienprogramm ist praxisorientiert mit Elementen der Forschungstätigkeit.

Das Studium des Wahlfachs ist auf 17 Stunden ausgelegt, davon 7,3 Stunden (43 %) für das Studium theoretischer Fragestellungen, 9,7 Stunden (57 %) für praktische Übungen (Problemlösung, Durchführung von Laborarbeiten).

Hauptziele des Kurses:

Zeigen Sie den Studierenden die Einheit der Naturgesetze, die Anwendbarkeit der Gesetze der Physik auf einen lebenden Organismus, die vielversprechende Entwicklung von Wissenschaft und Technik und zeigen Sie auch, in welchen Bereichen der beruflichen Tätigkeit die im Spezialkurs erworbenen Kenntnisse von Nutzen sein werden ihnen.

Schaffen Sie Bedingungen für die Ausbildung und Entwicklung intellektueller und praktischer Fähigkeiten der Studierenden im Bereich des physikalischen Experimentierens.

Entwickeln Sie kognitive Aktivität und Unabhängigkeit, den Wunsch nach Selbstentwicklung und Selbstverbesserung.

Kursziele:

Förderung der Bildung eines kognitiven Interesses an Physik und der Entwicklung kreativer Fähigkeiten bei Schülern.

Entwickeln Sie die intellektuelle Kompetenz der Schüler.

Entwickeln Sie Fähigkeiten zur Durchführung praktischer Arbeit und zur Durchführung von Forschungsaktivitäten.

Verbessern Sie Ihre Fähigkeiten im Umgang mit Referenz- und populärwissenschaftlicher Literatur.

Nach Abschluss des Kurses müssen die Studierenden wissen:

Mit welchen physikalischen Gesetzen lassen sich die Vorgänge im menschlichen Körper erklären?

Merkmale Ihres Körpers aus Sicht der Gesetze der Physik. in der Lage sein:

Arbeiten Sie mit verschiedenen Informationsquellen.

Beobachten und studieren Sie Phänomene, beschreiben Sie die Ergebnisse von Beobachtungen.

Modellieren Sie Phänomene, wählen Sie die erforderlichen Instrumente aus, führen Sie Messungen durch, präsentieren Sie Messergebnisse in Form von Tabellen und Grafiken und stellen Sie Forschungsprobleme.

HAUPTKURSINHALT

Der Inhalt des Kurses unterscheidet sich qualitativ vom Grundkurs Physik. Im Unterricht werden die Gesetze der Physik hauptsächlich an unbelebten Objekten besprochen. Es ist jedoch sehr wichtig, dass die Schüler nach und nach die Überzeugung entwickeln, dass die Ursache-Wirkungs-Beziehung von Phänomenen universeller Natur ist und dass alle Phänomene, die in der Welt um uns herum auftreten, miteinander verbunden sind. Der Kurs untersucht Fragen, die darauf abzielen, Interesse an Physik, experimentellen Aktivitäten und der Entwicklung der Fähigkeit zur Arbeit mit Referenzliteratur zu entwickeln. Nach Abschluss des Kurses erstellen die Studierenden einen „physischen Reisepass einer Person“.

Menschliche mechanische Parameter 9h.

Physik. Menschlich. Umgebung. Lineare Abmessungen verschiedener Teile des menschlichen Körpers, ihre Masse. Dichte der Flüssigkeiten und festen Gewebe, aus denen ein Mensch besteht. Druckkraft und Druck in lebenden Organismen.

Geschwindigkeit von Nervenimpulsen. Gesetze der Blutbewegung im menschlichen Körper. Die natürliche Abwehr des Körpers gegen Beschleunigung.

Die Manifestation der Reibungskraft im menschlichen Körper, natürliche Schmierung.

Aufrechterhaltung des Gleichgewichts durch lebende Organismen. Schwerpunkt des menschlichen Körpers. Hebel im menschlichen Körper. Gehender Mann. Arten von Gelenken. Verformung von Knochen, Sehnen, Muskeln. Festigkeit biologischer Materialien. Der Aufbau von Knochen unter dem Gesichtspunkt der Möglichkeit größter Verformung.

Der menschliche Körper im Schwerefeld der Erde. Bedingungen für eine langfristige menschliche Existenz auf einer Raumstation. Maßnahmen zum Schutz von Piloten und Astronauten vor Beschleunigung. Schwerelosigkeit und Überlastung.

Arbeit und Kraft, die eine Person bei verschiedenen Arten von Aktivitäten entwickelt. „Energie“ und menschliche Entwicklung. Anwendung des Energieerhaltungssatzes auf bestimmte Arten menschlicher Bewegung.

Laborarbeiten.

1. Bestimmen Sie das Volumen und die Dichte Ihres Körpers.

2. Bestimmen Sie die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit.

3. Bestimmung der menschlichen Reaktionszeit.

4. Kalibrierung des Dynamometers und Bestimmung der Rückenkraft einer Person.

5. Bestimmung der Reibungskoeffizienten menschlicher Schuhsohlen auf verschiedenen Oberflächen.

6. Bestimmung der von einer Person entwickelten Kraft.

Schwingungen und Wellen in lebenden Organismen 2 Stunden.

Schwingungen und Mensch. Ursprung des Biorhythmus. Herz und Geräusche, die die Arbeit von Herz und Lunge begleiten, ihre Aufzeichnung. Stethoskop und Phonendoskop. Das Klopfen ist eine der Methoden, um die Größe innerer Organe und ihren Zustand zu bestimmen. Radiowellen und Menschen.

Schall als Mittel zur Wahrnehmung und Übertragung von Informationen. Hörorgan. Ultraschall und Infraschall. Hörbarkeitsbereich des Tons. Menschlicher Stimmapparat. Eigenschaften der menschlichen Stimme. Hörgerät.

Labor arbeit.

7. Untersuchung der Eigenschaften des Ohrs.

Thermalphänomene 2 Stunden.

Thermoregulation des menschlichen Körpers. Die Rolle des atmosphärischen Drucks im menschlichen Leben. Osmotischer Druck. Veränderungen des Blutdrucks in den Kapillaren. Feuchtigkeit. Atmungssystem.

Thermische Prozesse im menschlichen Körper. Der Mensch ist wie eine Wärmekraftmaschine. Entropie und der menschliche Körper. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik und die Fähigkeit zur Selbstorganisation.

Labor arbeit.

8. Bestimmung des Atemzugvolumens der menschlichen Lunge.

9. Bestimmung des menschlichen Blutdrucks.

Elektrizität und Magnetismus 2 Stunden.

Elektrische Eigenschaften des menschlichen Körpers. Bioelektrizität. Bakterien sind die ersten Elektriker der Erde. Photorezeptoren, Elektrorezeptoren, Schlafbioelektrizität. Elektrischer Widerstand menschlicher Organe gegenüber Gleich- und Wechselstrom. Magnetfeld und lebende Organismen.

Labor arbeit.

10. Bestimmung des Widerstands menschlichen Gewebes gegenüber Gleich- und Wechselstrom.

Menschliche optische Parameter 1 Stunde.

Der Aufbau des menschlichen Auges. Die Akkommodationskraft des Auges. Optische Leistung. Sehfehler und Möglichkeiten, sie zu beheben. Merkmale des menschlichen Sehens. Auflösungsvermögen des menschlichen Auges. Wie sehen wir? Schallplatte und Auge. Warum brauchen wir zwei Augen? Spektral- und Energieempfindlichkeit des Auges.

Labor arbeit.

11. Beobachtung einiger psychophysiologischer Merkmale des menschlichen Sehens.

12. Bestimmung charakteristischer Parameter des menschlichen Sehens.

Studentenbewertungssystem . Nach Abschluss des Kurses erfolgt eine Anrechnung, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

1. Aktive Mitarbeit bei der Vorbereitung und Durchführung von Seminaren, Konferenzen, der Herausgabe von Zeitungen und der Herstellung von Modellen.

2. Abschluss von mindestens der Hälfte der Laborarbeiten.

3. Erledigung mindestens einer experimentellen Aufgabe forschungs- oder gestalterischer Natur.

4. Erstellung eines „physischen Reisepasses einer Person“.

THEMATISCHE KURSPLANUNG

Unterrichtsthema

Anzahl der Stunden

Gesamt

Theorie

üben

MENSCHLICHE MECHANISCHE PARAMETER (9 Std.)

Physik. Menschlich. Umgebung.

Kinematik und der menschliche Körper.

Newtons Gesetze im menschlichen Leben.

Der Mensch unter Bedingungen der Schwerelosigkeit und

Überlastungen

Aufrechte Körperhaltung und der menschliche Bewegungsapparat.

Manifestation der Reibungskraft im menschlichen Körper.

Arbeit und Kraft, die eine Person bei verschiedenen Arten von Aktivitäten entwickelt.

Statik im menschlichen Körper.

Druck und der menschliche Körper.

VIBRATIONEN UND WELLEN IN LEBENDEN ORGANISMEN (2 Stunden)

Schwingungen und Mensch.

THERMISCHE PHÄNOMENE (1 H)

Thermische Prozesse im menschlichen Körper.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.

ELEKTRIZITÄT UND MAGNETISMUS. (2 Stunden)

Elektrische Eigenschaften des menschlichen Körpers

Magnetfeld und lebende Organismen.

OPTISCHE PARAMETER DES MENSCHLICHEN (1 H)

Auge und Vision

Konferenz.

Gesamt:

REFERENZLISTE

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Zur Bewertung der Leistungseigenschaften von Produkten und zur Bestimmung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Materialien werden verschiedene Anweisungen, GOSTs und andere Regulierungs- und Beratungsdokumente verwendet. Empfehlenswert sind auch Methoden zur Prüfung der Zerstörung einer ganzen Produktserie oder ähnlicher Materialproben. Dies ist keine sehr wirtschaftliche Methode, aber effektiv.

Definition von Merkmalen

Die Hauptmerkmale der mechanischen Eigenschaften von Materialien sind wie folgt.

1. Temporärer Widerstand oder Zugfestigkeit ist die Spannungskraft, die bei der höchsten Belastung aufgezeichnet wird, bevor die Probe versagt. Mechanische Eigenschaften der Festigkeit und Plastizität von Werkstoffen beschreiben die Eigenschaften von Festkörpern, irreversiblen Formänderungen und Zerstörung unter dem Einfluss äußerer Belastungen zu widerstehen.

2. Die bedingte Spannung liegt vor, wenn die Restverformung 0,2 % der Länge der Probe erreicht. Dies ist die geringste Spannung, während sich die Probe ohne merklichen Anstieg der Belastungen weiter verformt.

3. Die Langzeitfestigkeitsgrenze ist die maximale Belastung, die bei einer bestimmten Temperatur über einen bestimmten Zeitraum zur Zerstörung der Probe führt. Die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Materialien orientiert sich an den ultimativen Einheiten der Langzeitfestigkeit – die Zerstörung erfolgt bei 7.000 Grad Celsius in 100 Stunden.

4. Die bedingte Kriechgrenze ist die Spannung, die eine bestimmte Dehnung in der Probe bei einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Zeit verursacht, sowie die Kriechgeschwindigkeit. Als Grenze gilt eine Metallverformung in 100 Stunden bei 7.000 Grad Celsius um 0,2 %. Kriechen ist eine bestimmte Verformungsrate von Metallen unter konstanter Belastung und hoher Temperatur über einen langen Zeitraum. Hitzebeständigkeit ist der Widerstand eines Materials gegen Bruch und Kriechen.

5. Die Dauerfestigkeit ist der höchste Wert der Zyklenbeanspruchung, wenn kein Ermüdungsversagen auftritt. Die Anzahl der Belastungszyklen kann vorgegeben oder frei wählbar sein, je nachdem wie die mechanischen Prüfungen der Materialien geplant werden. Zu den mechanischen Eigenschaften zählen Ermüdung und Haltbarkeit des Materials. Unter dem Einfluss von Belastungen im Kreislauf häufen sich Schäden und es bilden sich Risse, die zur Zerstörung führen. Das ist Müdigkeit. Und die Eigenschaft der Ermüdungsresistenz ist Ausdauer.

Spannung und Kompression

In der Ingenieurpraxis verwendete Materialien werden in zwei Gruppen eingeteilt. Das erste ist duktil, wobei erhebliche Restverformungen scheinbar versagen, das zweite ist spröde, das bei sehr kleinen Verformungen zusammenbricht. Natürlich ist eine solche Einteilung sehr willkürlich, da sich jedes Material je nach den geschaffenen Bedingungen sowohl spröde als auch duktil verhalten kann. Dies hängt von der Art des Spannungszustandes, der Temperatur, der Verformungsgeschwindigkeit und anderen Faktoren ab.

Die mechanischen Eigenschaften von Materialien unter Spannung und Druck sind sowohl für duktile als auch für spröde Materialien aussagekräftig. Beispielsweise wird kohlenstoffarmer Stahl unter Zug und Gusseisen unter Druck geprüft. Gusseisen ist spröde, Stahl ist duktil. Spröde Materialien haben einen größeren Widerstand gegen Druck, aber einen geringeren Widerstand gegen Zugverformung. Kunststoffe weisen unter Druck und Zug annähernd die gleichen mechanischen Eigenschaften auf. Ihre Schwelle wird jedoch immer noch durch Dehnung bestimmt. Mit diesen Methoden können die mechanischen Eigenschaften von Materialien genauer bestimmt werden. Das Spannungs- und Druckdiagramm ist in den Abbildungen zu diesem Artikel dargestellt.

Zerbrechlichkeit und Duktilität

Was ist Duktilität und Fragilität? Das erste ist die Fähigkeit, nicht zu kollabieren und Restverformungen in großen Mengen zu erhalten. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die wichtigsten technologischen Vorgänge. Biegen, Ziehen, Ziehen, Stanzen und viele andere Vorgänge hängen von den Plastizitätseigenschaften ab. Zu den duktilen Materialien gehören geglühtes Kupfer, Messing, Aluminium, Weichstahl, Gold und dergleichen. Bronze und Duraluminium sind viel weniger duktil. Fast alle legierten Stähle sind sehr schwach duktil.

Die Festigkeitseigenschaften von Kunststoffmaterialien werden mit der Streckgrenze verglichen, auf die im Folgenden eingegangen wird. Die Eigenschaften Sprödigkeit und Duktilität werden stark von der Temperatur und der Belastungsgeschwindigkeit beeinflusst. Eine schnelle Spannung verleiht dem Material Sprödigkeit, während eine langsame Spannung ihm Duktilität verleiht. Glas ist beispielsweise ein zerbrechliches Material, das jedoch bei normaler Temperatur einer längeren Belastung standhält, also plastische Eigenschaften aufweist. Es ist zwar aus Kunststoff, erscheint aber bei starker Stoßbelastung als sprödes Material.

Oszillationsmethode

Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Materialien werden durch die Anregung von Längs-, Biege-, Torsions- und anderen, noch komplexeren Materialien bestimmt, abhängig von der Größe der Proben, Formen, Arten von Empfängern und Erregern, Befestigungsmethoden und Schemata zur dynamischen Anwendung Ladungen. Auch großformatige Produkte unterliegen der Prüfung mit dieser Methode, wenn die Art der Belastung in den Methoden der Belastungsaufbringung, der Schwingungsanregung und deren Aufzeichnung wesentlich geändert wird. Die gleiche Methode wird zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Materialien verwendet, wenn die Steifigkeit großer Strukturen beurteilt werden muss. Bei der lokalen Bestimmung von Materialeigenschaften in einem Produkt kommt diese Methode jedoch nicht zum Einsatz. Die praktische Anwendung der Technik ist nur möglich, wenn die geometrischen Abmessungen und die Dichte bekannt sind, wenn es möglich ist, das Produkt auf Trägern und am Produkt selbst zu befestigen – Konverter, bestimmte Temperaturbedingungen usw. sind erforderlich.

Wenn sich beispielsweise die Temperaturbedingungen ändern, kommt es zu der einen oder anderen Änderung, und die mechanischen Eigenschaften von Materialien ändern sich beim Erhitzen. Fast alle Körper dehnen sich unter diesen Bedingungen aus, was sich auf ihre Struktur auswirkt. Jeder Körper weist bestimmte mechanische Eigenschaften der Materialien auf, aus denen er besteht. Ändern sich diese Eigenschaften nicht in alle Richtungen und bleiben sie gleich, nennt man einen solchen Körper isotrop. Wenn sich die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Materialien ändern – anisotrop. Letzteres ist, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß, ein charakteristisches Merkmal fast aller Materialien. Es gibt aber beispielsweise Stähle, bei denen die Anisotropie sehr unbedeutend ist. Am deutlichsten kommt es in natürlichen Materialien wie Holz zum Ausdruck. Unter Produktionsbedingungen werden die mechanischen Eigenschaften von Materialien durch Qualitätskontrolle bestimmt, wobei verschiedene GOSTs verwendet werden. Die Heterogenitätsschätzung wird durch statistische Verarbeitung bei der Zusammenfassung der Testergebnisse ermittelt. Die Proben müssen zahlreich sein und aus einer bestimmten Struktur geschnitten werden. Diese Methode zur Erlangung technologischer Eigenschaften gilt als recht arbeitsintensiv.

Akustische Methode

Es gibt eine ganze Reihe akustischer Methoden zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Materialien und ihrer Eigenschaften, und sie alle unterscheiden sich in den Methoden der Eingabe, Aufnahme und Aufzeichnung von Schwingungen im Sinus- und Impulsmodus. Akustische Methoden werden beispielsweise zur Untersuchung von Baumaterialien, ihrer Dicke und ihrem Spannungszustand sowie bei der Fehlererkennung eingesetzt. Die mechanischen Eigenschaften von Strukturmaterialien werden auch mit akustischen Methoden bestimmt. Mittlerweile werden zahlreiche verschiedene elektronische Akustikgeräte entwickelt und in Serie produziert, die es ermöglichen, elastische Wellen und ihre Ausbreitungsparameter sowohl im sinusförmigen als auch im gepulsten Modus aufzuzeichnen. Auf ihrer Grundlage werden die mechanischen Eigenschaften der Festigkeit von Werkstoffen bestimmt. Wenn elastische Schwingungen geringer Intensität verwendet werden, ist diese Methode absolut sicher.

Der Nachteil der akustischen Methode ist die Notwendigkeit eines akustischen Kontakts, der nicht immer möglich ist. Daher ist diese Arbeit nicht sehr produktiv, wenn dringend mechanische Festigkeitseigenschaften von Materialien ermittelt werden müssen. Das Ergebnis wird stark von der Beschaffenheit der Oberfläche, den geometrischen Formen und Abmessungen des zu testenden Produkts sowie der Umgebung, in der die Tests durchgeführt werden, beeinflusst. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, muss ein bestimmtes Problem mit einer genau definierten akustischen Methode gelöst werden oder im Gegenteil, je nach Situation, mit mehreren davon gleichzeitig. Beispielsweise eignen sich Glasfaserkunststoffe gut für solche Forschungen, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen gut ist und daher die Durchschallung weit verbreitet ist, wenn sich Empfänger und Sender auf gegenüberliegenden Oberflächen der Probe befinden.

Fehlererkennung

Fehlererkennungsmethoden werden zur Qualitätskontrolle von Materialien in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt. Es gibt zerstörungsfreie und destruktive Methoden. Zu den zerstörungsfreien gehören die folgenden.

1. Zur Feststellung von Rissen auf Oberflächen und mangelnder Durchdringung wird es verwendet Magnetische Fehlererkennung. Bereiche, die solche Defekte aufweisen, sind durch Streufelder gekennzeichnet. Sie können mit speziellen Geräten oder einfach durch das Auftragen einer Schicht Magnetpulver auf die gesamte Oberfläche erkannt werden. In fehlerhaften Bereichen verändert sich die Position des Pulvers auch während des Auftragens.

2. Die Fehlererkennung erfolgt ebenfalls mit Ultraschall. Der gerichtete Strahl wird unterschiedlich reflektiert (gestreut), wenn selbst tief im Inneren der Probe Diskontinuitäten vorhanden sind.

3. Materialfehler werden deutlich dargestellt Strahlungsforschungsmethode, basierend auf der unterschiedlichen Strahlungsabsorption durch Medien unterschiedlicher Dichte. Zum Einsatz kommen Gammafehlererkennung und Röntgen.

4. Erkennung chemischer Fehler. Wenn die Oberfläche mit einer schwachen Lösung aus Salpetersäure, Salzsäure oder einer Mischung davon (Regia-Wodka) geätzt wird, erscheint an Stellen mit Defekten ein Netz in Form von schwarzen Streifen. Sie können eine Methode verwenden, bei der Schwefelabdrücke entfernt werden. An Stellen, an denen das Material heterogen ist, sollte der Schwefel seine Farbe ändern.

Zerstörerische Methoden

Destruktive Methoden wurden hier teilweise bereits besprochen. Die Proben werden auf Biegung, Druck und Zug geprüft, d. h. es werden statisch zerstörende Methoden eingesetzt. Wenn das Produkt mit wechselnden zyklischen Belastungen auf Schlagbiegen getestet wird, werden die dynamischen Eigenschaften bestimmt. Makroskopische Methoden zeichnen ein allgemeines Bild der Struktur eines Materials in großen Volumina. Für eine solche Untersuchung werden speziell geschliffene Proben benötigt, die geätzt werden. So ist es möglich, die Form und Lage von Körnern beispielsweise in Stahl, das Vorhandensein deformierter Kristalle, Fasern, Hohlräume, Blasen, Risse und andere Inhomogenitäten der Legierung zu erkennen.

Mit mikroskopischen Methoden wird die Mikrostruktur untersucht und kleinste Defekte identifiziert. Die Proben werden vorgeschliffen, poliert und anschließend auf die gleiche Weise geätzt. Weitere Tests umfassen den Einsatz elektrischer und optischer Mikroskope sowie eine Röntgenbeugungsanalyse. Grundlage dieser Methode ist die Interferenz von Strahlen, die an Materieatomen gestreut werden. Die Eigenschaften des Materials werden durch Röntgenbeugungsanalyse überwacht. Die mechanischen Eigenschaften von Materialien bestimmen ihre Festigkeit, die für zuverlässige und sichere Baukonstruktionen von entscheidender Bedeutung ist. Daher wird das Material sorgfältig und mit unterschiedlichen Methoden in allen Zuständen getestet, die es verträgt, ohne dabei hohe mechanische Eigenschaften zu verlieren.

Kontrollmethoden

Für die zerstörungsfreie Prüfung der Materialeigenschaften ist die richtige Auswahl wirksamer Methoden von großer Bedeutung. Die genauesten und interessantesten Methoden zur Fehlererkennung sind in dieser Hinsicht die Fehlerkontrolle. Hier ist es notwendig, die Unterschiede zwischen den Methoden zur Umsetzung von Fehlererkennungsmethoden und Methoden zur Bestimmung physikalischer und mechanischer Eigenschaften zu kennen und zu verstehen, da sie sich grundsätzlich voneinander unterscheiden. Basieren letztere auf der Überwachung physikalischer Parameter und deren anschließender Korrelation mit den mechanischen Eigenschaften des Materials, basiert die Fehlererkennung auf der direkten Umwandlung von Strahlung, die von einem Fehler reflektiert wird oder eine kontrollierte Umgebung durchläuft.

Das Beste ist natürlich eine umfassende Kontrolle. Die Komplexität liegt in der Bestimmung der optimalen physikalischen Parameter, anhand derer die Festigkeit und andere physikalische und mechanische Eigenschaften der Probe ermittelt werden können. Gleichzeitig wird ein optimaler Satz an Maßnahmen zur Beherrschung struktureller Mängel entwickelt und anschließend umgesetzt. Und schließlich erscheint eine ganzheitliche Bewertung dieses Materials: Seine Leistung wird anhand einer ganzen Reihe von Parametern bestimmt, die zur Bestimmung zerstörungsfreier Methoden beigetragen haben.

Mechanische Tests

Mit Hilfe solcher Tests werden die mechanischen Eigenschaften von Materialien überprüft und bewertet. Diese Art der Kontrolle gibt es schon vor langer Zeit, hat aber noch nicht an Relevanz verloren. Selbst moderne Hightech-Materialien werden von Verbrauchern häufig und heftig kritisiert. Dies legt nahe, dass Untersuchungen sorgfältiger durchgeführt werden sollten. Wie bereits erwähnt, können mechanische Tests in zwei Arten unterteilt werden: statische und dynamische. Erstere prüfen das Produkt oder die Probe auf Torsion, Zug, Druck, Biegung, letztere auf Härte und Schlagfestigkeit. Moderne Geräte helfen dabei, diese nicht ganz einfachen Vorgänge effizient durchzuführen und alle Leistungseigenschaften eines bestimmten Materials zu ermitteln.

Mit einem Zugversuch lässt sich die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber den Auswirkungen konstanter oder steigender Zugspannung bestimmen. Die Methode ist alt, altbewährt, wird schon sehr lange angewendet und wird immer noch häufig angewendet. Die Probe wird mittels einer Vorrichtung in der Prüfmaschine entlang der Längsachse gedehnt. Die Dehnungsgeschwindigkeit der Probe ist konstant, die Belastung wird von einem speziellen Sensor gemessen. Gleichzeitig wird die Dehnung sowie die Einhaltung der einwirkenden Belastung überwacht. Die Ergebnisse solcher Tests sind äußerst nützlich, wenn neue Strukturen erstellt werden müssen, da noch niemand weiß, wie sich diese unter Last verhalten. Nur die Identifizierung aller Elastizitätsparameter des Materials kann einen Anhaltspunkt geben. Maximale Spannung – die Streckgrenze bestimmt die maximale Belastung, der ein bestimmtes Material standhalten kann. Dies hilft bei der Berechnung des Sicherheitsfaktors.

Härtetest

Die Steifigkeit eines Materials wird berechnet durch: Die Kombination aus Fließfähigkeit und Härte bestimmt die Elastizität des Materials. Wenn der technologische Prozess Vorgänge wie Ziehen, Walzen oder Pressen umfasst, ist es lediglich erforderlich, das Ausmaß der möglichen plastischen Verformung zu kennen. Durch die hohe Plastizität kann das Material bei entsprechender Belastung jede beliebige Form annehmen. Zur Ermittlung des Sicherheitsfaktors kann auch ein Kompressionstest eingesetzt werden. Vor allem, wenn das Material zerbrechlich ist.

Die Härte wird mithilfe eines Identifikators geprüft, der aus einem viel härteren Material besteht. Am häufigsten wird es mit der Brinell-Methode (eine Kugel wird hineingedrückt), Vickers (ein pyramidenförmiger Identifikator) oder Rockwell (ein Kegel wird verwendet) durchgeführt. Ein Identifikator wird mit einer bestimmten Kraft für einen bestimmten Zeitraum in die Oberfläche des Materials gedrückt und anschließend wird der auf der Probe verbleibende Abdruck untersucht. Es gibt noch andere recht weit verbreitete Tests: Schlagfestigkeit, zum Beispiel, wenn die Widerstandsfähigkeit eines Materials im Moment der Belastung beurteilt wird.

Mit deinen Füßen auf dem Globus ruhend,
Ich halte den Sonnenball in meinen Händen.
Ich bin wie eine Brücke zwischen der Erde und der Sonne,
Und für mich steigt die Sonne auf die Erde herab,
Und die Erde erhebt sich zur Sonne.
Also stehe ich...ich, Mann.

E. Mezhelaitis

Viele Wissenschaften beschäftigen sich mit dem Menschen: Philosophie, Geschichte, Anthropologie, Biochemie usw. Aber nur wenn wir das Phänomen Mensch ganzheitlich betrachten, können wir eine Antwort auf die Frage formulieren: „Was ist ein Mensch?“

Wie funktioniert unser Körper?
Wie funktioniert er?
Was ist gut für Ihre Gesundheit?

Was ist lebensgefährlich?
Versuchen wir, in der Literatur zu stöbern und es herauszufinden!
Kennen Sie die interessanten Eigenschaften unseres Körpers?

Die menschliche DNA enthält etwa 80.000 Gene.
Im antiken Rom lebten die Menschen im Durchschnitt nicht länger als 23 Jahre, und im 19. Jahrhundert lag die durchschnittliche Lebenserwartung in den Vereinigten Staaten nicht über 40 Jahren.
Männer gelten als Zwerge, wenn ihre Körpergröße unter 130 cm liegt, Frauen unter 120 cm.
Der menschliche Körper besteht aus 639 Muskeln.
Wenn eine Person lächelt, „arbeiten“ 17 Muskeln.
In der menschlichen Wirbelsäule 33 oder 34 Wirbel.
Bei der Geburt enthält der Körper eines Kindes etwa 300 Knochen, im Erwachsenenalter sind nur noch 206 übrig.
Fast die Hälfte aller menschlichen Knochen befindet sich in den Handgelenken und Füßen.
Fingernägel wachsen ungefähr 4-mal schneller, als auf deinen Füßen.
Menschliche Knochen bestehen zu 50 % aus Wasser.
Jeder menschliche Finger beugt sich im Laufe seines Lebens etwa 25 Millionen Mal.
Der menschliche Körper enthält nur 4 Mineralien: Apatit, Aragonit, Calcit und Cristobalit.
Kinder werden ohne Kniescheiben geboren. Sie erscheinen erst im Alter von 2-6 Jahren.
Das menschliche Auge ist in der Lage, 10.000.000 Farbtöne zu unterscheiden.
Das Phänomen, dass ein Mensch aufgrund von starkem Licht sein Sehvermögen verliert, wird „Schneeblindheit“ genannt.
Im Durchschnitt scheiden Sie 5 Milliliter Tränen aus – das ist eine große Flasche pro Jahr.
Indem Sie 20 Mal pro Minute blinzeln, spenden Sie Ihren Augen Feuchtigkeit. Dies entspricht mehr als 10 Millionen Muskelkontraktionen pro Jahr.
Es ist unmöglich, mit offenen Augen zu niesen.
Frauen blinzeln etwa 2-mal häufiger als Männer.
Männer leiden etwa zehnmal häufiger an Farbenblindheit als Frauen.
Menschen mit blauen Augen empfindlichere zu schmerzen als alle anderen.
Ein Mensch blinzelt im Durchschnitt alle 6 Sekunden, was bedeutet, dass wir im Laufe unseres Lebens etwa die Augenlider senken und heben 250 Millionen Mal.

Im Durchschnitt wächst das menschliche Haar 12 mm pro Monat.
Blondinen wachsen schneller einen Bart als Brünetten.
Menschliches Haar ist etwa 5.000 Mal dicker als Seifenfilm.
Im Ruhezustand atmen Sie 16 Mal pro Minute ein und aus, dabei strömen 8 Liter Luft durch Ihre Lunge. In einem Jahr könnte diese Luftmenge zwei Ballons füllen.
Die Oberfläche der Lunge beträgt ca 100 Quadratmeter.
Die rechte Lunge eines Menschen enthält mehr Luft als die linke.
Ein Erwachsener atmet täglich etwa 23.000 Mal ein (und aus).
Die Oberfläche der menschlichen Lunge ist ungefähr gleich Tennisplatzbereich.
Der stärkste Muskel im menschlichen Körper ist die Zunge.
Im menschlichen Körper gibt es etwa 2000 Geschmacksknospen.
Im menschlichen Mund leben etwa 40.000 Bakterien. Das durchschnittliche menschliche Gehirn wiegt etwa 1,3 kg.
Das menschliche Gehirn erzeugt pro Tag mehr elektrische Impulse als alle Telefone der Welt zusammen.
Vom Moment der Geburt an gibt es im menschlichen Gehirn bereits 14 Milliarden Zellen, und diese Zahl erhöht sich bis zum Tod nicht. Im Gegenteil, nach 25 Jahren sinkt sie um 100.000 pro Tag.
In der Minute, in der Sie eine Seite lesen, sterben etwa 70 Zellen ab.
Nach 40 Jahren beschleunigt sich der Abbau des Gehirns stark und nach 50 Jahren trocknen Neuronen (Nervenzellen) aus und das Gehirnvolumen nimmt ab.
Im menschlichen Gehirn laufen in einer Sekunde 100.000 chemische Reaktionen ab.
Der Mensch ist der einzige Vertreter der Tierwelt, der in der Lage ist, gerade Linien zu zeichnen.
Die Länge der Haare auf dem Kopf, die ein Mensch im Laufe seines Lebens wächst, beträgt 725 Kilometer.
Sie können 150 Kalorien pro Stunde verlieren, indem Sie Ihren Kopf gegen eine Wand schlagen.
Kleine Blutgefäße und Kapillaren sind 50-mal dünner als das dünnste menschliche Haar.
Der durchschnittliche Kapillardurchmesser beträgt etwa 0,008 mm.
Junge Haut enthält unglaublich viel Wasser – 8 Liter.
Täglich verlieren Sie bis zu 2 Liter über die Haut. Da der Prozess des Absterbens der Hautzellen 120 Tage dauert, bedeutet das, dass Sie Ihre Haut dreimal im Jahr wechseln.
Im Laufe des Lebens verändert sich die Haut eines Menschen etwa 1000 Mal.
Ihr Herz schlägt im Ruhezustand 80 Mal pro Minute und pumpt dabei 5 Liter Blut.
In einem Jahr führt das Herz 42 Millionen Kontraktionen durch und pumpt genug Blut, um es zu füllen mehrere Schwimmbäder.
36.800.000 – die Anzahl der Herzschläge eines Menschen in einem Jahr.
Die Größe des Herzens eines Menschen entspricht ungefähr der Größe seiner Faust.
Das Gewicht eines erwachsenen menschlichen Herzens beträgt 220–260 g. Nervenimpulse im menschlichen Körper bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 90 Metern pro Sekunde.
Im erwachsenen menschlichen Körper gibt es etwa 75 Kilometer (!) Nerven.
Menschlicher Magensaft enthält 0,4 % Salzsäure(HCl).
Der Mensch verfügt über etwa 2 Millionen Schweißdrüsen. Der durchschnittliche Erwachsene verliert mit jedem Liter Schweiß 540 Kalorien.
Männer schwitzen etwa 40 % mehr als Frauen.
Im Laufe des Lebens ist der Dünndarm des Menschen etwa 2,5 Meter lang.
Nach seinem Tod, wenn sich die Muskeln der Darmwand entspannen, erreicht seine Länge 6 Meter.
Das Gesamtgewicht der im menschlichen Körper lebenden Bakterien beträgt 2 Kilogramm.
Ein Mensch kann nur fünf Gerüche erkennen: blumig, spezifisch (Zitrone, Apfel usw.), verbrannt (Kaffee usw.), faul (faule Eier, Käse usw.) und ätherisch (Benzin, Alkohol).
Eine Person, die sich bei dichtem Nebel oder einem Schneesturm verirrt, läuft fast immer im Kreis, was durch die Asymmetrie unseres Körpers, also das Fehlen eines vollständigen Gleichgewichts zwischen der rechten und linken Körperhälfte, erklärt wird.
Es stellt sich heraus, dass ein Mensch nur zittert, um sich warm zu halten.
Wer täglich eine Schachtel Zigaretten raucht, trinkt im Jahr eine halbe Tasse Teer.

Wie verträgt ein Mensch unterschiedliche Höhenlagen über dem Meeresspiegel?

Die Todeszone beträgt mehr als 8 km: Eine Person kann sich in dieser Höhe ohne Atemgerät nur für kurze Zeit aufhalten – 3 Minuten, und in einer Höhe von 16 km – 9 Sekunden, danach tritt der Tod ein.
Kritische Zone – von 6 bis 8 km: schwere Funktionsstörungen des Körpers.
Zone unvollständiger Kompensation – von 4 bis 5 km: Verschlechterung des allgemeinen Wohlbefindens.
Die Zone der vollständigen Kompensation beträgt 2 bis 4 km: Einige Störungen der Aktivität des Herzens, der Sinnesorgane und anderer Systeme verschwinden dank der Mobilisierung der körpereigenen Reservekräfte schnell.
Die sichere Zone liegt zwischen 1,5 und 2 km: Es treten keine wesentlichen Funktionsstörungen des menschlichen Körpers auf.

Für den menschlichen Körper kritische Temperaturen
(bei Normaldruck und relativer Luftfeuchtigkeit)

Die normale Temperatur liegt für die meisten Menschen zwischen 36,3 und 37 °C
Kritische Temperatur, begleitet von Bewusstlosigkeit – über 42 °C
Tödliche Temperatur - über 43 °C
Die Temperatur führt zu einer Verlangsamung der Gehirnprozesse – unter 34 °C
Kritische Temperatur, begleitet von Bewusstlosigkeit – unter 30 °C
Tödliche Temperatur, Herzflimmern tritt auf, die Blutzirkulation stoppt – unter 27 °C

Grundlegende physikalische Parameter des Blutes.

Alle Parameter gelten für eine Körpertemperatur von 37 °C
Dichte - 1050 kg/m³
Viskosität - 0,004 Pa.s
Blutplasmaviskosität - 0,0015 Pa.s
Hämoglobin-Diffusionskoeffizient in Wasser - 0,00000000007 m².
Oberflächenspannung 0,058 N/m
Gefriertemperatur (Schmelztemperatur) - minus 0,56 °C
Spezifische Wärmekapazität - 3000 J/kg.K

Elektrische Eigenschaften menschlicher Körpergewebe

Widerstand:
...Muskeln - 1,5 Ohm.m
...Blut - 1,8 Ohm.m
...Leder - №№0000 Ohm.m
...Knochen - 1000000 Ohm.m

...Blut -85,5
...Haut - von 40 bis 50
...Knochen - von 6 bis 10

Wärmeübertragung vom menschlichen Körper

Energieverlust aus der Gesamtbilanz:
...zur Atmung und Verdunstung von Wasser - 13%
...über die Arbeit innerer Organe und Systeme - 1,87 %
...zur Erwärmung der Ausatemluft - 1,55 %
...für die Verdunstung von Wasser von der Hautoberfläche - 20,7 %
...zur Beheizung des umgebenden Raumes - 30,2 %
... für Strahlung - 43,8 %

Menschliche mechanische Parameter

Die durchschnittliche Dichte eines Menschen beträgt 1036 kg Kubikmeter
Durchschnittliche Blutgeschwindigkeit:
...in Arterien - von 0,2 bis 0,5 m s
...in den Adern - von 0,1 bis 0,2 m s
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reizung entlang der Nerven beträgt 400 bis 1000 m/s
Vom schlagenden Herzen entwickelte Kraft:
...in der Anfangsphase der Kontraktion - 90 N
...in der Endphase der Kontraktion - 70 N
Herzarbeit pro Tag - 86400 J
Die vom Herzen pro Tag ausgestoßene Blutmasse beträgt 5200 kg
Die beim schnellen Gehen entwickelte Leistung beträgt 200 W

Menschliche elektrische Parameter

Spezifischer Widerstand des Körpergewebes:
...oberste Schicht trockener Haut - 330000 Ohm.m
...Blut - 1,8 Ohm.m
...Muskeln - 1,5 Ohm.m
Die Dielektrizitätskonstante:
...trockene Haut - von 40 bis 50
...Blut - 85
Menschlicher Widerstand vom Ende einer Hand bis zum Ende der anderen (bei trockener Haut) – 15000 Ohm
Stromfluss durch den menschlichen Körper:
...sicher - weniger als 0,001 A
... lebensgefährlich - mehr als 0,05 A
Sichere elektrische Spannung:
...trockener Raum - weniger als 12 V
...Feuchtraum - weniger als 36 V

Optische Parameter des Menschen

Dauer der Erhaltung der Sehempfindung durch das Auge – 0,14 s
Der Durchmesser des Augapfels eines Erwachsenen beträgt 25 mm
Brechungsindex der Linse - 1,4
Optische Leistung:
...Linse - von 19 bis 33 Dioptrien
...Gesamtaugen - 60 Dioptrien
Pupillendurchmesser:
...bei Tageslicht - 2 mm
...bei Nachtbeleuchtung - von 6 bis 8 mm
Augeninnendruck – 104 kPa (780 mm Hg)
Die Anzahl der Stäbchen in der Netzhaut beträgt 130 Millionen
Die Anzahl der Zapfen in der Netzhaut beträgt 7 Millionen
Die minimale Bildgröße auf der Netzhaut, bei der zwei Punkte eines Objekts getrennt wahrgenommen werden, beträgt 0,002 mm
Die Lichtwellenlänge, für die das Auge am empfindlichsten ist, beträgt 555 mm

Menschliche Strahlungsparameter

Zulässige Strahlendosis - bis zu 0,25 Gy
Strahlungsdosis, die Strahlenkrankheit verursacht – von 1 bis 6 Gy
Tödliche Strahlungsdosis - von 6 bis 10 Gy

„Alle Körper, das Firmament, die Sterne, die Erde und ihre Königreiche können nicht mit dem niedrigsten Geist verglichen werden, denn der Geist trägt das Wissen von all dem in sich, aber die Körper wissen nichts.“

Einführung…………………………………………………………… .

ICH.Menschliche Physik

1.1. Einfache Mechanismen im menschlichen Körper…………………

1.2. Verformungen im menschlichen Körper…………………………..

1.3. Menschliches Kreislaufsystem………………………….

1.4. Verbreitung im menschlichen Körper……………………………..

1.5. Anpassung des Menschen an unterschiedliche Temperaturen……….

1.6. Luftfeuchtigkeit und ihre Rolle im menschlichen Körper………..

1.7. Das Gesetz der Energieerhaltung und -umwandlung im menschlichen Körper ……………………………………………………….

1.8. Elektrische Phänomene im menschlichen Körper……………...

1.9. Schwankungen im menschlichen Körper…………………………….

1.10. Elektromagnetische Strahlung im menschlichen Körper………

II.Forschungsteil

Abschluss…………………………………………………………

Literatur

EINFÜHRUNG

Wenn wir einen Physikkurs studieren, beschäftigen wir uns meist mit der unbelebten Natur und sprechen nebenbei über die belebte Natur. Aber gleichzeitig ist die belebte Natur so einzigartig und in ihr gelten alle Gesetze der Mechanik, Elektrostatik, Optik, Akustik, Thermodynamik und Kernphysik.

So saß eine Biene auf einer Blume und berührte versehentlich das Staubblatt, dessen Staubbeutel es auf den Rücken traf und der Pollen herausspritzte. Ein Biologe wird in diesem Beispiel den Prozess der Bestäubung einer Pflanze sehen, während ein Physiker auf die Art der Bewegung der Biene, das Geräusch, das sie macht, die Wirkung des Hebels – das Staubblatt – und den freien Fall des Pollens achten wird .

Und was können wir über den menschlichen Körper selbst sagen! Es gibt hier so viele physikalische Phänomene, so ein Betätigungsfeld!

Hier singt der Chor ein Lied. Der Musiker wird sofort auf die von den Sängern erzeugten Noten, die Tonhöhe der Stimmen, die Lautstärke und die Harmonie des Liedes achten. Der Physiker sieht darin die Schwingbewegung der Stimmbänder, die Ausbreitung von Schallwellen im Medium und deren Interferenz sowie die Vibration des Trommelfells im Ohr des Zuhörers.

Bei meiner Arbeit ging es mir einfach darum, den menschlichen Körper mit den Augen eines Physikers zu betrachten und mich selbst zu studieren, möglichst im Rahmen eines Schulphysiklabors. Neben der Physik wird meine Arbeit einen engen Bezug zu einer Reihe von Schulfächern haben: Biologie, Chemie, Sport und Musik.

I. MENSCHLICHE PHYSIK

1.1. EINFACHE MECHANISMEN IM MENSCHLICHEN KÖRPER

Im menschlichen Körper sind alle Knochen, die eine gewisse Bewegungsfreiheit haben, Hebel. Zum Beispiel die Knochen der Gliedmaßen, des Unterkiefers, des Schädels (der Drehpunkt ist die erste Wirbelsäule), der Fingerglieder. Skelettverbindungen sind normalerweise so konstruiert, dass sie bei gleichzeitigem Kraftverlust an Geschwindigkeit gewinnen. Das Verhältnis der Längen der Arme des Hebelelements des Skeletts hängt stark von den lebenswichtigen Funktionen dieses Organs ab. Betrachten wir die Gleichgewichtsbedingungen eines Hebels am Beispiel eines Schädels (Abb. 1). Hier verläuft die Drehachse des Hebels O durch die Verbindung des Schädels mit dem ersten Wirbel. Vor dem Drehpunkt, auf einer relativ kurzen Schulter, wirkt die Schwerkraft des Kopfes R, dahinter die Kraft F der Zugkraft der am Hinterhauptbein befestigten Muskeln und Bänder.

Ein weiteres Beispiel für die Wirkungsweise eines Hebels ist die Wirkung des Fußgewölbes beim Anheben auf die halben Zehen (Abb. 2). Die Stütze O ​​des Hebels, durch den die Drehachse verläuft, sind die Köpfe der Mittelfußknochen.

Auf den Talus wirkt die Widerstandskraft R – das Gewicht des gesamten Körpers. Die effektive Muskelkraft F, die durch das Anheben des Körpers entsteht, wird über die Achillessehne übertragen und auf den Vorsprung des Fersenbeins übertragen.

Flexible Organe kommen in der Natur häufig vor und können ihre Krümmung in weiten Grenzen verändern (Wirbelsäule, Finger). Ihre Flexibilität beruht entweder auf der Kombination einer Vielzahl kurzer Hebel mit einem Stangensystem oder auf der Kombination relativ flexibler Elemente mit leicht verformbaren Zwischenelementen. Die Biegekontrolle wird durch ein System aus Längs- oder Schrägstäben erreicht (Abb. 3, 4).

„Pitting-Waffen“: Nägel und Zähne – geformt wie ein Keil (eine modifizierte schiefe Ebene). Viele dieser Keile haben sehr glatte harte Oberflächen (minimale Reibung), was sie sehr scharf macht (Abb. 5).

1.2. VERFORMUNGEN IM MENSCHLICHEN KÖRPER.

Der menschliche Körper erfährt durch sein Eigengewicht und durch die Muskelanstrengungen, die bei der Arbeit entstehen, eine recht große mechanische Belastung. Interessant ist, dass am Beispiel des menschlichen Körpers alle Arten von Verformungen nachvollzogen werden können. Kompressionsverformungen treten an der Wirbelsäule, den unteren Gliedmaßen und den Fußbekleidungen auf; Verstauchungen – obere Gliedmaßen, Bänder, Sehnen, Muskeln; Biegedeformationen – Wirbelsäule, Beckenknochen, Gliedmaßen; Torsionsverformungen – Nacken beim Drehen des Kopfes, Rumpf im unteren Rücken beim Drehen, Hände beim Drehen usw.

Die Tabelle zeigt die Festigkeitsgrenzen verschiedener Gewebetypen des menschlichen Körpers und Substanzen für verschiedene Arten von Verformungen.

Art des Stoffes oder Stoffes		Zugfestigkeit, N/m2	Druckfestigkeit, N/m2
Kompakte Knochensubstanz
Grobes faseriges Bindegewebe (Sehnen, Bänder)
Nervengewebe
Muskel

Die Tabelle zeigt, dass der Elastizitätsmodul eines Knochens oder einer Sehne bei Dehnung sehr hoch, für Muskeln, Venen und Arterien jedoch sehr klein ist. Die maximale Belastung, die den Oberarmknochen zerstört, beträgt etwa 8 * 107 N\m2.

Bindegewebe in Bändern, Lunge usw. weisen eine große Elastizität auf, beispielsweise kann das Nackenband mehr als doppelt gedehnt werden.

Der Torsionswiderstand nimmt mit zunehmender Dicke sehr schnell zu, sodass Organe, die Torsionsbewegungen ausführen sollen, in der Regel lang und dünn sind (Hals).

Bei der Durchbiegung wird das Material an der konvexen Seite gedehnt und an der konkaven Seite gestaucht; die mittleren Teile erfahren keine merkliche Verformung.

Daher werden in der Technik massive Träger durch Rohre ersetzt, Träger werden zu T-Trägern oder I-Trägern verarbeitet; Das spart Material und reduziert das Gewicht der Anlagen. Wie Sie wissen, haben die Knochen der Gliedmaßen eine röhrenförmige Struktur. Ein nach oben gewölbter Balken mit zuverlässigen Stützen, die ein Auseinanderbewegen seiner Enden verhindern (Bogen), hat eine enorme Festigkeit im Verhältnis zu den Kräften, die auf seine konvexe Seite wirken (architektonische Gewölbe, Fässer, bei Organismen - die Schädeltruhe).

Die Baukunst von Natur und Mensch entwickelt sich nach dem gleichen Prinzip – Material- und Energieeinsparung. Es ist bekannt, dass hartes Material in Knochen entsprechend der Richtung der Hauptspannung angeordnet ist. Dies kann erkannt werden, wenn wir einen Längsschnitt des oberen Teils des Femurs (Abb. 6) und einen gekrümmten Balken betrachten, der sich unter dem Einfluss einer über einen bestimmten Bereich der oberen Oberfläche verteilten Last biegt. Interessanterweise ähnelt der stählerne Eiffelturm in seiner Struktur den Röhrenknochen einer Person (Femur oder Schienbein). Es gibt eine Ähnlichkeit in den äußeren Formen der Strukturen und in den Winkeln zwischen den „Querträgern“ und „Balken“ des Knochens und den Streben des Turms.

1.3. MENSCHLICHES KREISLAUFSYSTEM.

Bei Operationen am Herzen besteht häufig die Notwendigkeit, dieses vorübergehend vom Blutkreislauf abzuschalten und ein trockenes Herz zu operieren (Abb. 7). Die künstliche Zirkulationsmaschine hält während des gesamten Prozesses zuverlässig das vorgegebene Minutenvolumen der Blutzirkulation im Körper (ca. 4 – 5 Liter bei einem erwachsenen Patienten) und die vorgegebene Temperatur des zirkulierenden Blutes aufrecht.

Die Herz-Lungen-Maschine besteht aus zwei Hauptteilen: einem Pumpensystem und einem Oxygenator. Die Pumpen erfüllen die Funktionen des Herzens – sie halten den Druck und die Blutzirkulation in den Gefäßen des Körpers während der Operation aufrecht. Der Oxygenator übernimmt die Funktionen der Lunge und sorgt für eine Blutsättigung mit Sauerstoff von mindestens 95 % und hält den CO2-Partialdruck aufrecht auf der Ebene von Millimetern Quecksilbersäule. Venöses Blut aus den Gefäßen des Patienten wird durch Schwerkraft in einen Oxygenator unterhalb des Operationstisches transfundiert, wo es mit Sauerstoff gesättigt, von überschüssigem Kohlendioxid befreit und dann von einer arteriellen Pumpe in den Blutkreislauf des Patienten gepumpt wird. AIK kann für kurze Zeit die Funktionen von Herz und Lunge ersetzen. Derzeit werden fast alle Herzoperationen mit einem kardiopulmonalen Bypass durchgeführt. In einigen Fällen wird die Operation bei mäßiger Unterkühlung (Abnahme der Körpertemperatur) durchgeführt, was eine längere Anwendung von AIC ermöglicht.

Derzeit arbeiten medizinische Wissenschaftler und Ingenieure an der Entwicklung und Verwendung eines künstlichen Herzgeräts.

Durch Überarbeitung Kapillarphänomene Hervorzuheben ist ihre Rolle in der Biologie, da die meisten Gewebe von einer Vielzahl von Kapillargefäßen durchzogen sind. In den Kapillaren finden die Hauptprozesse im Zusammenhang mit der Atmung und Ernährung des Körpers sowie die gesamte komplexe Chemie des Lebens statt, die eng mit Diffusionsphänomenen verbunden ist.

Lassen Sie uns einige Daten für den menschlichen Körper präsentieren.

Die Querschnittsfläche der Aorta beträgt 8 cm2 und die Gesamtfläche aller Kapillaren beträgt etwa 3200 cm2, d. h. die Fläche der Kapillaren ist 400-mal größer als die Fläche der Aorta . Dementsprechend sinkt die Blutflussgeschwindigkeit – von 20 cm/s am Anfang der Aorta auf 0,05 cm/s in der Kapillare.

Der Durchmesser jeder Kapillare ist 50-mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares und ihre Länge beträgt weniger als 0,5 mm. Im erwachsenen menschlichen Körper gibt es 160 Milliarden Kapillaren.

Die Gesamtlänge der Kapillaren beträgt 60-80.000 km; Im Durchschnitt verlaufen bis zu 2.000 Kapillaren durch jeden Quadratmillimeter des Querschnitts des Herzmuskels

Ein physikalisches Modell des Herz-Kreislauf-Systems kann ein System aus vielen verzweigten Röhren mit elastischen Wänden sein. Mit der Verzweigung vergrößert sich der Gesamtquerschnitt der Rohre und die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsbewegung nimmt entsprechend ab. Da die Verzweigung jedoch aus vielen engen Kanälen besteht, nehmen die Verluste durch innere Reibung stark zu und der Gesamtwiderstand gegen die Bewegung von Flüssigkeiten (trotz der Geschwindigkeitsabnahme) nimmt deutlich zu.

1.4. DIFFUSION IM MENSCHLICHEN KÖRPER

Die größte Nahrungsaufnahme findet im Dünndarm statt, dessen Wände speziell dafür angepasst sind. Die innere Oberfläche des menschlichen Darms beträgt 0,65 m2. Es ist mit Zotten bedeckt - mikroskopisch kleine Schleimhautformationen mit einer Höhe von 0,2 bis 1 mm, wodurch die tatsächliche Oberfläche des Darms 4 bis 5 m2 erreicht, dh das 2- bis 3-fache der Oberfläche des Darms ganzer Körper. Und bei der Absorption spielt die Diffusion eine wichtige Rolle.

Die Atmung – die Übertragung von Sauerstoff aus der Umgebung in den Körper durch seine Haut – erfolgt umso schneller, je größer die Kontaktfläche zwischen Körper und Umwelt und je langsamer, je dicker und dichter die Haut des Körpers ist Körper. Daraus wird deutlich, dass kleine Organismen, deren Oberfläche im Vergleich zum Körpervolumen groß ist, ganz auf spezielle Atmungsorgane verzichten können und sich mit der Sauerstoffzufuhr ausschließlich durch die Außenhülle zufrieden geben (sofern diese ausreichend ist). dünn und mit Feuchtigkeit versorgt). Bei größeren Organismen kann die Atmung durch die Haut nur dann mehr oder weniger ausreichend sein, wenn die Haut extrem dünn ist; bei grober Haut sind spezielle Atmungsorgane erforderlich. Die wichtigsten physikalischen Anforderungen an diese Organe sind eine maximale Oberfläche sowie eine minimale Dicke und ein minimaler Feuchtigkeitsgehalt der Haut. Ersteres wird durch zahlreiche Äste oder Falten (Lungenbläschen, Fransenform der Kiemen) erreicht.

Wie atmet ein Mensch? Beim Menschen ist die gesamte Körperoberfläche an der Atmung beteiligt – von der dicksten Epidermis der Fersen bis zur behaarten Kopfhaut. Besonders intensiv atmet die Haut an Brust, Rücken und Bauch. Interessanterweise sind diese Hautbereiche hinsichtlich der Atemintensität deutlich intensiver als die Lunge. Bei gleich großer Atemfläche kann hier 28 % Sauerstoff aufgenommen und Kohlendioxid sogar 54 % mehr abgegeben werden als in der Lunge. Allerdings ist die Beteiligung der Haut am gesamten Atmungsprozess im Vergleich zur Lunge vernachlässigbar, da die Gesamtoberfläche der Lunge, wenn man alle 700 Millionen Alveolen ausdehnt, mikroskopisch kleine Blasen darstellt, durch deren Wände ein Gasaustausch stattfindet zwischen Luft und Blut beträgt etwa 90-100 m2, und die Gesamtfläche der menschlichen Haut beträgt etwa 90-100 m2, also 45-50-mal weniger.

Die rhythmische Atmung der Brust ist noch keine Atmung, aber sie sorgt für die Atmung. Beim Einatmen vergrößert sich durch die Arbeit der Interkostalmuskeln das Brustvolumen. Dabei sinkt der Luftdruck in der Lunge unter den Atmosphärendruck: Durch den entstehenden Druckunterschied kommt es zur Inhalation. Dann nimmt aufgrund der Muskelentspannung das Brustvolumen ab, der Druck in der Lunge wird höher als der Atmosphärendruck – es kommt zur Ausatmung. Abbildung 8 zeigt ein Diagramm des Gasaustausches in der Lunge. Dies zeigt die Diffusion von Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 durch die Wände der Alveolen.

CAISON-KRANKHEIT. Die stärkste Diffusion findet zwischen Gasen oder zwischen Gas und Flüssigkeit statt. Gase werden an der Oberfläche der Flüssigkeit adsorbiert und verteilen sich dann durch Diffusion über ihre gesamte Masse, lösen sich also darin auf. Bei nicht zu hohen Drücken ist die in einer Flüssigkeit gelöste Gasmasse direkt proportional zum Partialdruck des darüber liegenden Gases. Wenn der Gasdruck über der Flüssigkeitsoberfläche abnimmt, wird das darin gelöste Gas in Form von Blasen freigesetzt. Dieses Phänomen liegt der Dekompressionskrankheit zugrunde, von der Taucher betroffen sind. Es ist bekannt, dass ein Taucher in der Tiefe unter Wasser Luft mit erhöhtem Druck einatmet und sein Blut mit Luftgasen, insbesondere Stickstoff, gesättigt ist. Durch einen starken Druckabfall beim Zurückkehren zur Wasseroberfläche wird Stickstoff in Form von Blasen aus dem Blut freigesetzt, die in ein kleines Blutgefäß gelangen können. In diesem Fall kann es zu einer vollständigen Verstopfung der Blutgefäße kommen. Dieses Phänomen wird Gasembolie genannt. Eine Verstopfung der Blutgefäße lebenswichtiger Organe kann schwerwiegende Folgen für den Körper haben. Um dies zu vermeiden, müssen Sie den Taucher sehr langsam an die Oberfläche zurückbringen (nach einer Stunde Arbeit in einer Tiefe von 80 m dauert der Aufstieg etwa 9 Stunden) oder spezielle Dekompressionskammern verwenden. Derzeit werden Geräte mit einem Helium-Sauerstoff-Gemisch entwickelt, die es dem Taucher ermöglichen, schneller an die Oberfläche zurückzukehren.

1.5. MENSCHLICHE ANPASSUNG AN VERSCHIEDENE TEMPERATUREN.

Aufgrund der Eigenschaften des Zytoplasmas von Zellen sind alle Lebewesen in der Lage, bei Temperaturen zwischen 0 und 500 °C zu leben. Die meisten Lebensräume auf der Oberfläche unseres Planeten weisen eine Temperatur innerhalb dieser Grenzen auf; Für jede Art bedeutet das Überschreiten dieser Grenzen den Tod durch Kälte oder Hitze.

Um die Körpertemperatur konstant zu halten, muss ein Mensch entweder durch wirksamen Schutz den Wärmeverlust reduzieren oder die Wärmeproduktion steigern. Dies geschieht auf sehr unterschiedliche Weise. Zunächst einmal ist eine Schutzhülle wichtig. Die menschliche Schutzkleidung besteht darin, dass sie Konvektionsströme verzögert, die Verdunstung verlangsamt, die Strahlungsemission abschwächt oder ganz stoppt. Die schützende Rolle von Fett ist ebenfalls bekannt. Es gibt verschiedene Mechanismen zur Aufrechterhaltung der Wärme in ungeschützten Bereichen, die auf dem Wärmeaustausch in den Blutgefäßbündeln beruhen, in denen Venen und Arterien in Kontakt kommen. Es stellt sich heraus, dass die Ohren umso kürzer sind, je kälter das Klima ist. Der Kampf gegen Überhitzung erfolgt hauptsächlich durch zunehmende Verdunstung. Verschiedene Bedingungen, die die Verdunstung behindern, stören die Regulierung der Wärmeübertragung vom Körper. Daher ist es bei Leder-, Gummi-, Wachstuch- und synthetischen Kleidungsstücken schwierig, die Wärmetemperatur zu regulieren. Schwitzen spielt eine wichtige Rolle bei der Thermoregulation des Körpers und sorgt für die Konstanz der Körpertemperatur eines Menschen oder Tieres. Durch die Verdunstung des Schweißes nimmt die innere Energie ab, wodurch der Körper abkühlt.

WARUM WIRD IN DER HITZE BLAUROT UND WENN WIR IN DER KÄLTE BLASSER UND SCHWITTERN WERDEN? Dies wird wie folgt erklärt. Die normale Umgebungstemperatur für den Menschen beträgt 18–200 °C. Steigt die Temperatur über 250 °C, werden die Hautnervenenden, die thermische Reizungen wahrnehmen, erregt und dank Signalen des Zentralnervensystems erweitern sich die Hautgefäße. Aus den inneren Organen fließt mehr Blut in die Haut und sie wird rot. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen beginnt der Körper, den Großteil seiner Wärme durch Leitung und Strahlung abzugeben. Die Haut erhält Wärme hauptsächlich durch das fließende Blut. Um die Wärmeübertragung zu reduzieren, verengen sich die Blutgefäße, weshalb wir blass werden. Wenn uns kalt ist, gibt unser Körper aufgrund der zufälligen Kontraktion einzelner Muskelfasergruppen, die wir als Zittern bezeichnen, verstärkt Energie in die Muskeln ab.

1.6. LUFTFEUCHTIGKEIT UND IHRE ROLLE IM KÖRPER

PERSON.

Luft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40 bis 60 % gilt als normal für das menschliche Leben. Wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die des menschlichen Körpers, kommt es zu vermehrtem Schwitzen. Übermäßiges Schwitzen führt zu einer Abkühlung des Körpers und erleichtert das Arbeiten bei hohen Temperaturen. Allerdings stellt solch aktives Schwitzen eine erhebliche Belastung für den Menschen dar! Ist gleichzeitig die absolute Luftfeuchtigkeit hoch, wird das Leben und Arbeiten noch schwieriger (feuchte Tropen, manche Werkstätten, z. B. Färberei).

Auch eine relative Luftfeuchtigkeit unter 40 % bei normalen Lufttemperaturen ist schädlich, da sie zu einem erhöhten Feuchtigkeitsverlust des Körpers führt, was zu einer Dehydrierung führt.

1.7. GESETZ DER ERHALTUNG UND UMWANDLUNG DER ENERGIE

IM MENSCHLICHEN LEBEN.

Bei der Untersuchung des Gesetzes der Energieerhaltung und -umwandlung ist es wichtig, die Rolle des Wissenschaftlers R. Mayer hervorzuheben, der es als erster aus der Position eines Arzt-Naturforschers formulierte. Seine Aufmerksamkeit wurde auf Phänomene gelenkt, die im menschlichen Körper auftreten. Er bemerkte den Unterschied in der Farbe des venösen Blutes in Ländern der gemäßigten und tropischen Zone und kam zu dem Schluss, dass der „Temperaturunterschied“ zwischen Körper und Umgebung in einem quantitativen Verhältnis zum Farbunterschied beider Arten stehen sollte Blut, also arteriell und venös. Dieser Farbunterschied ist Ausdruck der verbrauchten Sauerstoffmenge bzw. der Intensität des im Körper ablaufenden Verbrennungsprozesses. Interpretation dieser Beobachtungen auf der Grundlage des Prinzips, dass „nichts aus nichts entsteht und nichts zu nichts wird und dass Ursache gleich Wirkung ist“, bereits im Jahr 1841. Mayer drückte die Grundidee des Gesetzes der Energieerhaltung und -umwandlung aus.

Eine Reihe von Mayers Studien widmen sich der Identifizierung von Energieprozessen. Mayer glaubte, dass die Quelle mechanischer und thermischer Einwirkungen in einem lebenden Organismus die darin ablaufenden chemischen Prozesse als Folge der Aufnahme von Sauerstoff und Nahrung sind

Bei der Darlegung des Gesetzes der Energieerhaltung und -umwandlung ist es wünschenswert, seine Anwendung auf die Umwandlung einer Energieart in eine andere zu veranschaulichen, die in lebenden Organismen auftritt. Dazu können Sie eine Tabelle verwenden, die die verschiedenen Energieumwandlungen in lebenden Zellen zeigt.

TRANSFORMATION	WO PASSIERT ES?
	Nervenzellen, Gehirn
Schallenergie in elektrische Energie	Innenohr
Lichtenergie in elektrische Energie	Retina
Chemische Energie in mechanische Energie	Muskelzellen, Flimmerepithel
Chemische Energie in elektrische Energie	Geschmacks- und Geruchsorgane

Es ist wichtig zu beachten, dass jeder lebende Organismus ein offenes thermodynamisches System ist, weit entfernt von einem Gleichgewichtszustand. Es ist auch interessant, Berechnungen von Energieumwandlungen in einem lebenden Organismus durchzuführen und die Effizienz einiger biologischer Prozesse zu bestimmen. Wir wissen, dass Arbeit entweder durch Veränderung der inneren Energie des Systems oder durch Zufuhr einer bestimmten Wärmemenge an das System verrichtet werden kann.

In einem lebenden System, unabhängig davon, ob es sich um einen gesamten Organismus oder einzelne Organe (z. B. Muskeln) handelt, kann aufgrund der Wärmezufuhr von außen keine Arbeit geleistet werden, d. h. ein lebender Organismus kann nicht als Wärmekraftmaschine arbeiten. Dies lässt sich durch eine einfache Rechnung zeigen. Es ist bekannt, dass eine Wärmekraftmaschine

Dabei sind T1 und T2 die Temperaturen der Wärmequelle bzw. des Kühlschranks in der absoluten Temperaturskala.

Versuchen wir, die Muskeltemperatur (T1) zu bestimmen, vorausgesetzt, sie funktioniert wie eine Wärmekraftmaschine bei einer Temperatur von 250 °C und einem Wirkungsgrad von 30 %. Wenn wir die Temperatur des Kühlschranks T2 = 298 K in die Formel einsetzen und einen Wirkungsgrad = 1/3 annehmen, erhalten wir

T1 – 298 K 1

woraus T1 = 447 K oder 1740 °C. Würde der Muskel also wie eine Wärmekraftmaschine arbeiten, würde er sich unter diesen Bedingungen auf eine Temperatur von 1740 °C erhitzen. Dies ist natürlich unrealistisch, da Proteine ​​bekanntermaßen bei Temperaturen um 500 °C denaturieren. In einem lebenden Organismus wird also Arbeit durch Veränderung der inneren Energie des Systems verrichtet.

Die Gültigkeit des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik für die Biologie kann nachgewiesen werden, wenn ein lebender Organismus von seiner Umgebung isoliert wird, die von ihm abgegebene Wärmemenge verändert und mit der thermischen Wirkung biochemischer Reaktionen im Inneren des Organismus verglichen wird. Zu diesem Zweck setzten Lavoisier und Laplace bereits 1780 ein Meerschweinchen in ein Kalorimeter und maßen die freigesetzte Wärme- und Kohlendioxidmenge. Anschließend wurde die Wärmemenge bestimmt, die bei der direkten Verbrennung der ursprünglichen Lebensmittelprodukte freigesetzt wurde. In beiden Fällen lagen die Werte nahe beieinander.

Genauere Ergebnisse wurden durch die Messung der vom Menschen freigesetzten Wärmemengen an Kohlendioxid, Stickstoff und Harnstoff erzielt. Basierend auf diesen Daten wurde das Gleichgewicht des Protein-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsels berechnet. Und hier erwies sich der Zufall als recht gut.

Derzeit ermöglichen kalorimetrische Messungen wichtige Rückschlüsse auf das menschliche Leben und geben Hinweise für die Diagnose bestimmter Krankheiten. Vor kurzem wurde eine Wärmebildkamera entwickelt – ein Gerät, das Temperaturänderungen im menschlichen Körper deutlich anzeigt. Mit dieser Methode können Sie eine Vielzahl von Beschwerden erkennen, die mit entzündlichen Prozessen verbunden sind, die mit einem Temperaturanstieg in einem bestimmten Körperbereich einhergehen. Lassen Sie uns die Effizienz einiger biologischer Prozesse vorstellen

BIOLOGISCHER PROZESS	Effizienz %
Leuchten von Bakterien
Muskelkontraktion
Photosynthese

1.8. ELEKTRISCHE PHÄNOMENE IM MENSCHLICHEN KÖRPER.

Eine der wichtigsten Funktionen eines lebenden Organismus ist die Fähigkeit, auf Veränderungen in der Umwelt zu reagieren, die als Reizbarkeit bezeichnet wird. Beispielsweise sind einzellige Protozoen in der Lage, mit einer mechanischen Reaktion (Amöboidbewegung, Bewegung von Flimmerhärchen und Geißeln) auf Temperatur- oder Beleuchtungsänderungen zu reagieren. Reizbarkeit ist am stärksten bei Tieren ausgeprägt, die über spezialisierte Zellen verfügen, die Nervengewebe bilden. Nervenzellen – Neuronen sind für eine schnelle und spezifische Reaktion auf eine Vielzahl von Reizen geeignet, die von der äußeren Umgebung und den Geweben des Körpers selbst ausgehen. Der Empfang und die Übertragung von Reizungen erfolgt mit Hilfe elektrischer Impulse, die sich auf bestimmten Wegen ausbreiten. Während der Embryonalentwicklung wächst aus dem Körper einer Nervenzelle ein langer Fortsatz, ein Axon, der so etwas wie einen Telegrafendraht zur Nachrichtenübermittlung bildet (Abb. 9). Bei einem Erwachsenen kann die Länge des Axons 1–1,5 m bei einer Dicke von etwa 0,01 mm erreichen. Axone werden manchmal mit elektrischen Drähten verglichen, aber in Wirklichkeit breitet sich das elektrische Signal auf ihnen anders aus als durch einen Draht. Während sich der Strom in einem Kupferdraht nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, bewegt sich der Impuls im Axon mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 m/s. Der Inhalt des Axons weist einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der etwa 100 Millionen Mal größer ist als der eines Kupferdrahtes. Darüber hinaus beträgt die Isolierkapazität der äußeren Membran des Axons etwa 1 Million. mal schwächer als der Mantel eines guten Kabels. Wenn die Ausbreitung eines elektrischen Signals entlang eines Axons nur von der elektrischen Leitfähigkeit abhängen würde, würde das in das Axon eingeleitete Signal innerhalb weniger Millimeter schwächer werden

Die Axonscheide trennt zwei wässrige Lösungen mit nahezu gleicher elektrischer Leitfähigkeit, aber unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. In der äußeren Lösung sind mehr als 90 % der geladenen Teilchen Natrium- (Na+) und Chlor- (Cl-) Ionen. In der Lösung im Inneren der Zelle sind die meisten positiven Ionen Kaliumionen (K+) und die negativen große organische Ionen. Die Konzentration von Natriumionen (Na+) ist außerhalb der Zelle zehnmal höher als im Inneren und die Konzentration von Kaliumionen (K+) im Inneren ist 30-mal höher als außerhalb. Im nicht angeregten Zustand ist die Membran für Kalium hochpermeabel und für Natrium nur wenig durchlässig. Aufgrund des großen Konzentrationsgradienten wandern Kaliumionen aus dem Axon. Dadurch entsteht eine Potentialdifferenz von etwa 60 mV und der Inneninhalt der Zelle wird gegenüber der Außenlösung negativ geladen. Diese Potenzialdifferenz wird als Ruhepotenzial der Nervenzelle bezeichnet.

Jede Änderung der Durchlässigkeit der Membran für eines der Ionen kann zu einer Potenzialänderung führen. Genau das passiert, wenn ein elektrischer Impuls entlang eines Axons wandert. Wenn Sie ein Axon mit einem sehr schwachen elektrischen Strom stimulieren, stirbt es bereits nach wenigen Millimetern entlang der Faser ab. Erhöht man die Intensität des an die Membran einer Nervenzelle angelegten elektrischen Signals, so schwächt es ab einem bestimmten Signalpegel nicht mehr ab. Der Strom verringert das Ruhepotential am Punkt, durch den er fließt, und das Ruhepotential fällt auf Null; die Membran depolarisiert. Als Reaktion auf die Potenzialabnahme steigt die Permeabilität der Membran für Natrium plötzlich an. Dies führt zu einer weiteren Potenzialreduzierung. Natriumionen strömen aus der umgebenden Flüssigkeit in das Axon. Dadurch wird ein negatives Potenzial von etwa 60 mV durch ein positives Potenzial von etwa 50 mV ersetzt. Dieser neue Zustand bedeutet das Eintreten eines Aktionspotentials. Das Axon erzeugt einen eigenen Impuls, der sich über seine gesamte Länge von einem Ende zum anderen mit konstanter Geschwindigkeit ausbreitet. Unmittelbar nach Auftreten des Potenzials nimmt die Wirkung der Membranpermeabilität für Natrium ab und für Kalium zu, woraufhin das Potenzial in diesem Bereich auf das Ruheniveau zurückkehrt.

BIOLOGISCHE VERSTÄRKER. Informationen aus der Außen- und Innenwelt werden von sogenannten Rezeptoren wahrgenommen, die mit zentripetalen oder sensiblen Neuronen verbunden sind. Jeder Rezeptor nimmt nur eine Art von Energie wahr: Augenrezeptoren nehmen leichte elektromagnetische Schwingungen wahr, Ohrrezeptoren nehmen Geräusche wahr, Hautrezeptoren nehmen mechanische oder Temperaturreize wahr. Und in der Haut sind ihre Funktionen aufgeteilt: Einige reagieren nur auf Berührung, andere auf Druck, andere auf Dehnung usw. Auch Temperaturrezeptoren sind spezialisiert: Einige reagieren auf Kälte, andere auf Hitze.

Durch die Stimulation entstehen Nervenimpulse, deren Natur gleich ist. Ein Nervenimpuls, der sich entlang des Hörnervs bewegt, unterscheidet sich in seiner biophysikalischen Natur nicht von einem Nervenimpuls, der von einem visuellen, sensorischen oder taktilen Rezeptor zum Gehirn wandert. Die Signale werden nicht gemischt. Sie folgen allen bestimmten Wegen und landen in bestimmten Zentren. An der Wahrnehmung sind nicht nur Rezeptoren beteiligt, sondern auch Nerven, über die die Erregung zum Gehirn gelangt, das diese Erregung wahrnimmt. Die gesamte empfangene Energie wird in einen Strom von Nervenimpulsen umgewandelt und in eine für die Kodierung zugängliche Form umgewandelt. Die Empfindlichkeit der Analysatoren ist erstaunlich. Organismen verfügen über eine Art „Verstärker“, also Geräte, die ihre Empfindlichkeitsschwelle senken. Um ihr Handeln zu verdeutlichen, erinnern wir uns an ein Beispiel. Wenn ein Jäger den Abzug einer Waffe drückt, übt er eine geringe Kraft aus. Aber das Geschoss stößt Gase aus, die zur Zündung von Schießpulver führen, und die kinetische Energie des fliegenden Geschosses wird erheblich! Ebenso sinkt die Empfindlichkeitsschwelle des Körpers. Das Auge ist zum Beispiel in der Lage, mehrere Lichtquanten wahrzunehmen! Ähnliche Prozesse der Empfindlichkeitssteigerung treten nicht nur im visuellen, sondern auch bei anderen Analysatoren auf.

REGISTRIERUNG VON BIOPOTENTIALEN. Biopotentiale sind die Unterschiede elektrischer Potentiale, die in den Zellen, Geweben und Organen eines lebenden Organismus entstehen. Die Biopotentiale einzelner Zellen, aus denen ein bestimmtes Gewebe oder ein bestimmter Organismus besteht, ergeben in der Summe eine resultierende Potentialdifferenz, deren zeitliche Veränderung charakteristisch für das Gewebe oder Organ ist. Mit speziell platzierten Elektroden kann dieser Potenzialunterschied gemessen bzw. aufgezeichnet werden. Die Potentialdifferenz der Elektroden wird an einen Verstärker angelegt und dann auf einem beweglichen Bandaufzeichnungsgerät aufgezeichnet.

Da Biopotentiale den Funktionszustand von Organen und Geweben sehr subtil widerspiegeln, ist ihre Registrierung und anschließende Untersuchung eine sehr verbreitete Technik in physiologischen Studien und bei der Diagnose von Krankheiten. Am häufigsten werden die Potentiale des Herzens (EKG – Elektrokardiographie), des Gehirns (EEG – Elektroenzephalographie) sowie der peripheren Nervenstämme und Muskeln (EMG – Elektromyographie) erfasst.

Die bei der Arbeit des Herzens entstehenden Potentiale werden mithilfe von Elektroden erfasst, die an bestimmten Stellen der Körperoberfläche angebracht werden, wo sich bei der Arbeit des Herzens ein großer Unterschied der Biopotentiale bildet.

Das Elektrokardiogramm ist eine komplexe asymmetrische Kurve. Seine Frequenz hängt von der Herzfrequenz ab und liegt normalerweise im Bereich von 60 – 80 Perioden pro Minute. In der Abbildung ist ein Elektrokardiogramm einer gesunden Person dargestellt.

Mit einem Elektroenzephalographen werden die Biopotentiale des Gehirns aufgezeichnet. Mithilfe von Elektroden, die an verschiedenen Stellen der Kopfhaut angebracht werden, werden Biopotentiale des Gehirns entfernt. Schwingungsfrequenzen hängen vom Zustand des Körpers ab. Die Abbildung zeigt ein Elektroenzephalogramm. Bestimmte Störungen des Gehirns verursachen bestimmte Veränderungen der Bioströme. Diese Abhängigkeit der Art der Ströme vom Zustand des Körpers ermöglicht es Wissenschaftlern, die im menschlichen Gehirn ablaufenden Prozesse zu untersuchen. Und nicht nur um zu studieren, sondern manchmal auch um zu beurteilen, ob er gesund oder krank ist und was die Natur der Krankheit ist.

EINIGE ANWENDUNGEN VON BIO-TANZSTÜCKEN. Ein wichtiges und interessantes Beispiel für neue Medizintechnik ist ein unter die Haut implantierter Herzstimulator (Herzschrittmacher). In seiner einfachsten Form handelt es sich um einen Generator von Kurzzeitimpulsen mit fester Frequenz und eigener Stromquelle, montiert in einem 5*8 cm großen Gehäuse, beschichtet mit einem biologisch inerten Polymer. Die Masse des Stimulators beträgt 100 g. Der Stimulator wird an einer geeigneten Stelle unter die Haut implantiert, und die mit Silikonkautschuk überzogenen Drähte werden zum Herzmuskel geführt und mit kleinen Haken – Klammern, die als dienen – daran befestigt Elektroden. Die Pulsfrequenz beträgt 60 - 70 pro Minute, die Dauer (entsprechend den Parametern der elektrischen Erregbarkeit des Herzmuskels) beträgt ca. 1 - 3 cm, die Stromstärke in den Pulsen beträgt 3 - 5 mA.

In letzter Zeit hat die Wissenschaft große Erfolge bei der Rettung einer Person erzielt, die sich in einem Zustand des klinischen Todes befindet – der Wiederbelebung. Seine Ergebnisse finden zunehmend Anwendung in der Rettungspraxis und in Krankenhäusern. Im Sterbezustand des Körpers verändert sich das Elektrokardiogramm in Form, Amplitude und Abständen zwischen den einzelnen Zyklen. Solange jedoch die elektrische Aktivität des Herzens anhält, geht der Kampf um das Leben des Sterbenden weiter.

ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN VON STOFFEN. Die Gewebe lebender Organismen sind in ihrer Zusammensetzung sehr heterogen. Die organischen Substanzen, aus denen die dichten Teile des Gewebes bestehen, sind Dielektrika. Allerdings enthalten Flüssigkeiten neben organischen Kolloiden auch Lösungen von Elektrolyten und sind daher relativ gute Leiter.

Die spezifische elektrische Leitfähigkeit verschiedener Gewebe des menschlichen Körpers bei Gleichstrom kann durch die in der Tabelle angegebenen ungefähren Daten charakterisiert werden.

	SPEZIFISCHE LEITFÄHIGKEITEN Ohm-1*m-1
Liquor cerebrospinalis
Blutserum
Innere Organe
Gehirn- und Nervengewebe
Fettgewebe
Trockene Haut
Knochen ohne Periost

Zerebrospinalflüssigkeit und Blutserum haben die höchste elektrische Leitfähigkeit; die elektrische Leitfähigkeit innerer Organe sowie des Gehirns (Nerven-), Fett- und Bindegewebes ist deutlich geringer. Schlechte Leiter, die als Dielektrika einzustufen sind, sind das Stratum corneum der Haut, Sehnen und insbesondere Knochengewebe ohne Periost.

Die elektrische Leitfähigkeit der Haut, durch die der Strom hauptsächlich durch die Kanäle der Schweißdrüsen und teilweise der Talgdrüsen fließt, hängt von der Dicke und dem Zustand ihrer Oberflächenschicht ab. Dünne und besonders feuchte Haut sowie Haut mit einer geschädigten äußeren Epidermisschicht leitet den Strom gut. Im Gegenteil, trockene, raue Haut ist ein sehr schlechter Leiter.

Elektrischer Strom fließt durch den menschlichen Körper, reizt und erregt lebendes menschliches Gewebe. Das Ausmaß der auftretenden Änderungen hängt von der Stärke des Stroms und seiner Frequenz ab. Ein Strom von 1 mA gilt als ungefährlich für den Menschen. Der Durchgang eines Industriestroms (Frequenz 50 Hz) 3 mA durch den menschlichen Körper verursacht ein leichtes Kribbeln in den Fingern, die den Leiter berühren. Ein Strom von 3–5 mA verursacht ein Reizgefühl in der gesamten Hand. Ströme von 8–10 mA führen zu einer unwillkürlichen Kontraktion der Hand- und Unterarmmuskulatur. Als Auslöseströme werden Maximalströme = 13 mA bezeichnet, bei denen sich ein Mensch selbständig aus dem Kontakt mit den Elektroden befreien kann. Unwillkürliche Muskelkontraktionen mit einem Strom von etwa 15 mA erreichen eine solche Kraft, dass ein Lösen der Hand unmöglich wird (nicht lösender Strom). Bei Strömen von 0,1 – 0,2 A kommt es zu zufälligen Kontraktionen des Herzmuskels, die zum Tod eines Menschen führen.

Unter Bedingungen, die die Isolierfähigkeit der Haut schwächen (nasse Hände, Wunden, große Kontaktflächen), können Spannungen von 100 – 120 V oder noch weniger tödlich sein. Daher wird in einer Reihe von Branchen Niederspannung für Massenberufe eingesetzt. Beispielsweise werden für Elektroinstallationen Lötkolben verwendet, die für eine Spannung von 24 V ausgelegt sind. In Feuchträumen darf mit einer Spannung von maximal 12 V gearbeitet werden.

1.9. VIBRATIONEN IM MENSCHLICHEN KÖRPER.

In einem lebenden Organismus arbeiten Organe, Gewebe und Zellen rhythmisch. Sogar die Zellmembran lässt Ionen in einem bestimmten Rhythmus passieren. Eine Rhythmusstörung ist ein Zeichen für eine Störung der lebenswichtigen Funktionen des Körpers. Das Rhythmussystem ist mehrstufig. Auf der unteren Ebene gibt es zelluläre und subzelluläre Rhythmen. Komplexere Geweberhythmen dienen als Grundlage für die rhythmische Aktivität von Organen und diese bestimmen den Rhythmus des gesamten Organismus. Die Bewohner des Planeten Erde haben sich seit Millionen von Jahren an seine Bewegung um seine Achse angepasst, wenn der Tag in die Nacht übergeht. Schlaf, Wachheit, Essen, der Anstieg und Abfall der Leistungsfähigkeit werden durch die Bewegung der Erde bestimmt. Jeder Organismus unterliegt auch einer saisonalen Periodizität, die durch die Bewegung der Erde um die Sonne und die Neigung der Erdrotationsachse zur Ebene der Erdumlaufbahn bestimmt wird.

Warum brauchen lebende Organismen „Uhren“? Für beste Anpassung an periodische äußere Bedingungen. Ein wichtiges Merkmal schwingungsfähiger Systeme ist die Fähigkeit zur gegenseitigen Synchronisierung. Nur dadurch können lebende Systeme richtig abgestimmt werden und aus einer Vielzahl schwach gekoppelter Schwingungsprozesse entsteht die Harmonie eines periodischen Phänomens.

Das Herz ist ein Beispiel für ein Schwingungssystem in der belebten Natur. Das Herz ist eines der vollkommensten Schwingungssysteme dieser Art. Die korrekte Funktion des Herzens wird durch die synchrone Arbeit einer ganzen Muskelgruppe bestimmt, die für eine variable Kontraktion der Ventrikel und Vorhöfe sorgt. Die Synchronisation dieser Arbeit wird durch ein spezielles Organ, den sogenannten Sinusknoten, „verwaltet“, der synchronisierende elektrische Spannungsimpulse mit einer bestimmten Frequenz erzeugt. Ist der synchrone Kontraktionsmodus der Herzmuskulatur gestört, kann es zu sogenannten Fibrillationen kommen – chaotischen Kontraktionen einzelner Fasern des Herzmuskels, die ohne Sofortmaßnahmen zum Tod des Körpers führen. Dringende Maßnahmen bestehen darin, das Herz durch eine spezielle Massage oder elektrische Impulse eines speziellen Generators zwangsweise zu synchronisieren. Derzeit wird sogar ein elektronischer Miniaturgenerator für Synchronimpulse in den Körper implantiert.

Ein Beispiel für Schwingungen im menschlichen Körper ist das Trommelfell des Hörorgans. Luftschwingungen, die das menschliche Ohr erreichen, verursachen im Trommelfell Schwingungen gleicher Frequenz. Diese Schwingungen werden über Hammer, Amboss und Steigbügel weiter übertragen.

1.10. ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG

IM MENSCHLICHEN KÖRPER.

Die Rolle elektromagnetischer Felder in der belebten Natur ist äußerst vielfältig: ihr Einfluss auf die Lebensaktivität von Organismen, elektromagnetische Verbindungen zwischen Organismen sowie EMF als Ortungsmittel.

Organismen verschiedenster Arten weisen eine extrem hohe Empfindlichkeit gegenüber EMFs auf, insbesondere gegenüber solchen, die sich in der Nähe der natürlichen Felder der Biosphäre befinden: geomagnetische und geoelektrische Felder, atmosphärische Felder und Sonneneruptionen. Unter dem Einfluss von EMF werden eine Reihe physiologischer Funktionen gestört – Herzrhythmus, Blutdruck, Stoffwechselprozesse, der emotionale Zustand verändert sich, der Tastsinn, das Sehen und die Wahrnehmung von Tonsignalen werden gestört.

Die beruflichen Gefahren verschiedener Arten von EMF werden derzeit untersucht. Die Frage nach dem möglichen Einfluss von EMF durch Radio- und Fernsehsender sowie atmosphärischen Radiohintergrund auf den Menschen wurde ausführlicher untersucht. Mittlerweile ist das Niveau dieser Felder zuletzt stark angestiegen.

Beobachtungen elektromagnetischer Wechselwirkungen innerhalb und zwischen Organismen sind sehr interessant. Bisher unbekannte elektromagnetische Schwingungen, die vom menschlichen Herzen erzeugt werden, wurden kürzlich entdeckt; Das elektromagnetische Regulationssystem der Wirbelsäule, das mit einer besonderen Verteilung von Oberflächenpotentialen verbunden ist, wurde entdeckt und untersucht.

II. FORSCHUNGSTEIL

2.1. PHYSIKALISCH UND ANTHROPOMETRISCH

MENSCHLICHE INDIKATOREN

Schauen wir uns zunächst das Guinness-Buch der Rekorde an und interessieren uns für die Größe, das Gewicht und andere Indikatoren der Menschen.

Riesen:

1. Robert Pershing Wadlow (USA) hatte eine Größe von 272 cm und eine Spannweite

Arme 288 cm, Gewicht 222,7 kg, Schuhe – 47 cm, Handflächenlänge – 32,4 cm.

2. Gabriel Estavao Monyane (Mosambik, geb. 19944) Größe

245 cm, Gewicht 189 kg.

Zwerge:

1. Pauline Masters (Holland) war 59 cm groß und wog 3,4 kg.

2. Colvin Phillips (USA) war im Alter von 19 Jahren 67 cm groß und wog mit Kleidung 5,4 kg.

Dicke Leute:

1. Ion Brower Minnoka (USA) war 185 cm groß und wog 1963 181 kg, 1966 - 317 kg, 1976 - 442 kg, im März 1978 - 625 kg. Es waren 13 Leute nötig, um es auf dem Bett umzudrehen.

2. Schwerstes Leben – Kent Nicholson. Er wiegt 407 kg, Brustumfang 305 cm, Taille – 294 cm, Hüfte – 178 cm, Hals – 75 cm.

Das menschliche Gedächtnis ist in der Lage, so viele Informationen zu speichern, wie im Speicher der größten Bibliothek verfügbar sind.

A. Makedonsky kannte jeden seiner 30.000 Soldaten vom Sehen.

Heinrich Schliemann konnte in 6-8 Wochen eine Fremdsprache beherrschen.

Der Wissenschaftler und Physiker Abraham Fedorovich Ioffe nutzte die Logarithmentabelle aus dem Gedächtnis.

Interessante Informationen über den menschlichen Körper können auch dem Buch „Physik in Tabellen“ entnommen werden.

Mechanische Parameter	Numerischer Wert
1. Durchschnittliche menschliche Dichte 2. Durchschnittliche Blutgeschwindigkeit - in den Arterien - in den Adern 3. Geschwindigkeit der Reizausbreitung entlang der Nerven 4. Druck in der Armarterie eines Erwachsenen - niedriger (zu Beginn der Herzkontraktionsphase) - oben (am Ende der Herzkontraktionsphase) 5. Kraft, die von einem schlagenden Herzen entwickelt wird - in der Anfangsphase der Kontraktion - in der Endphase der Kontraktion 6. Herzarbeit pro Tag 7. Blutmenge, die das Herz pro Tag ausstößt 8. Beim schnellen Gehen entsteht Kraft	1036 kg/m3 0,2 – 0,5 m/s 0,1 – 0,2 m/s 40 – 100 m/s 9,3 kPa (70 mmHg) 120 mmRT 86.400 J 5200 kg 200 W
Elektrische Parameter	Numerischer Wert
1. Spezifischer Widerstand von Körpergeweben - oberste Schicht trockener Haut - Blut - Muskeln 2. Die Dielektrizitätskonstante - trockene Haut - Blut 3. Menschlicher Widerstand vom Ende eines Arms bis zum Ende des anderen 4. Stromstärke durch den menschlichen Körper - sicher - lebensbedrohlich 5. Sichere elektrische Spannung - Trockenraum - Feuchtraum	3,3*105 Ohm*m 1,8 Ohm*m 1,5 Ohm*m 15.000 Ohm 0,001 A
Optische Parameter	Numerischer Wert
Brechungsindex der Linse Optische Leistung - Objektiv - nur Augen 3. Augeninnendruck 4. Anzahl der Stäbchen in der Netzhaut 5. Anzahl der Zapfen in der Netzhaut 6. Minimale Bildgröße eines Objekts auf der Netzhaut 7. Dauer der Aufrechterhaltung der Sehempfindung durch das Auge 8. Die Wellenlänge des Lichts, für die das Auge am empfindlichsten ist 9. Durchmesser des Augapfels eines Erwachsenen 10. Pupillendurchmesser - bei Tageslicht - bei Nachtbeleuchtung	104 kPa (780 mmHg) 130 000 000 7 000 000 0,002 mm 555 nm 24-25 mm 2-3 mm 6-8 mm
Akustische Parameter	Numerischer Wert
1. Frequenz der vom Menschen gehörten Schallwellen	17 – 20.000 Hz
Strahlungsparameter	Numerischer Wert
1. Zulässige Strahlendosis 2. Strahlendosis durch Strahlenkrankheit Tödliche Strahlungsdosis	bis zu 0,25 Gy 1-6 g 6-10 g

2.2. LABOREXPERIMENT

LABORARBEIT Nr. 1

THEMA: „Bestimmung menschlicher Wachstumsindikatoren.“

ZWECK: Größe, Brust, Taille, Hüfte, Schulter, Kopf, Handgelenk, Hals, Hüfte bestimmen.

AUSRÜSTUNG: Maßband.

FORTSCHRITT

NEIN.	Messparameter			L + ΔL
				163 + 0,5
	Brustumfang beim Einatmen			86 + 0,5
	Brustumfang beim Ausatmen			80 + 0,5
	Taillenumfang			69 + 0,5
	Schulterumfang			25,5 + 0,5
	Oberschenkelumfang			85 + 0,5
	Schienbeinumfang			34 + 0,5
	Handgelenkumfang			15,5 + 0,5
	Kopfumfang			54 + 0,5
	Halsumfang			35 + 0,5

Abschluss: Ich habe meine Größe gemessen und im Vergleich mit der Tabelle der tschechoslowakischen Forscher Sramkova, Zelezny und Prokopets stellte sich heraus, dass ich eine proportionale Entwicklung habe, aber nie ein großes Mädchen werden werde

LABORARBEIT Nr. 2

THEMA: „Bestimmung der durchschnittlichen Leistungsentwicklung beim 30-m-Lauf.“

hocken und Treppen hochlaufen.“

AUSRÜSTUNG: Waage, Lineal, Seil mit Gewichten, Stoppuhr.

FORTSCHRITT

a) Leistung beim Laufen über eine Distanz von 30 Metern

1. Lassen Sie uns die Körpermasse m messen.

2. Messen wir die Laufzeit t.

3. Berechnen wir die durchschnittliche Leistung Nav mit der Formel Nav = 2mS2 / t3 unter Berücksichtigung der Beziehung S=vav t = vt / 2.

Nav = 2 * 55 kg * (30 m)2 / (6,19 s)3 = 2583,77 W

Berechnen wir den Fehler.

Die Navigation hängt von m, t und S ab.

Δm = 0,1 kg Δt = 0,005 s ΔS = 0,5 cm = 0,005 m

ε = Δm / m + 3* Δt / t + 2* ΔS / S = 0,1/55+3*0,005/6,19 + 2*0,005/30 = 0,17

ΔN = Nav * ε = 2583,77 W * 0,17 = 448,34 W

Abschluss: Ich habe die durchschnittliche Leistung ermittelt, die beim Laufen von 30 Metern entwickelt wurde, und es stellte sich heraus, dass sie gleich war

Nav = 2583,77 + 448,34 W

b) durchschnittliche Kraft beim Hocken

1. Messen Sie die Höhe Ihres unteren Rückens H

2. Messen Sie Ihre Körpergröße h in der „geduckten“ Position

4. Lass uns in der Zeit t Kniebeugen machen

5. Berechnen Sie die durchschnittliche Leistung mit der Formel N = n*m*g *(N – 0,5*h) / t

Berechnen wir den Fehler.

Nav hängt von m, t, h und H ab.

Δm = 0,1 kg Δt = 0,005 s ΔH = 0,5 cm = 0,005 m Δh = 0,5 cm = 0,005 m

ε = Δm / m + Δt / t + ΔН / Н + Δh/ h = 0,1 / 55 + 0,005 / 10,25 + 0,005 / 1,03 + +0,005 / 1,02 = 0,012

ΔN = Nav * ε = 274,25 W * 0,012 = 3,29 W

Abschluss: Ich habe die durchschnittliche Kraft bestimmt, die während einer Kniebeuge entwickelt wurde, und es stellte sich heraus, dass sie gleich war

Nav = 274,25 + 3,29 W

c) durchschnittliche Leistung beim Treppensteigen

1. Messen Sie die Höhe der Leiter h, indem Sie ein Gewicht an einem Seil absenken

2. Bestimmen Sie die Zeit, die t für das Treppensteigen aufgewendet hat

3. Messen wir die Masse unseres Körpers m

4. Berechnen Sie die durchschnittliche Leistung Nav

Berechnen wir den Fehler.

Nav hängt von m, t, h ab.

Δm = 0,1 kg Δt = 0,005 s Δh = 0,5 cm = 0,005 m

ε = Δm / m + Δt / t + Δh/ h = 0,1 / 55 + 0,005 / 3,14 + 0,005 / 5,15 = 0,004

ΔN = Nav * ε = 328,63 W * 0,004 = 1,31 W

Abschluss: Ich habe die durchschnittliche Leistung ermittelt, die beim Treppensteigen entwickelt wurde, und es stellte sich heraus, dass sie gleich war

Nav = 328,63 + 1,31 W

LABORARBEIT Nr. 3

THEMA: „Armkraft bei Übungen am Reck.“

AUSRÜSTUNG: Waage, Wasserbad, Messbecher.

FORTSCHRITT

1. Lassen Sie uns die Körpermasse m messen.

2. Hängen Sie im Fitnessstudio mit einem Arm an der Stange und spüren Sie die Spannung in der Armmuskulatur.

3. Berechnen Sie die auf den Körper wirkende Schwerkraft mit der Formel Ft = mg

4. Bestimmen Sie das Volumen Ihres Körpers Vt.

5. Ermitteln wir mithilfe der Formel Fa = ρ ggVt die Auftriebskraft, die aus der Luft auf den Körper einwirkt. Nehmen wir an, dass die Luftdichte 1,29 kg/m3 beträgt.

6. Lassen Sie uns die Stärke unserer Hand mithilfe der Formel F = F t - F a ermitteln.

Berechnen wir den Fehler.

Ft hängt von m und Vt ab.

Δm = 0,1 kg ΔV= 0,0005 m3

ε = Δm/m + ΔV/V = 0,1/55 + 0,0005/2,35 = 0,002

ΔF = Ft * ε = 539 N * 0,002 = 1,08 N

Abschluss: Ich habe die Stärke des Arms bestimmt, während er an der Stange hing, und es stellte sich heraus, dass sie gleich war

F = 539 + 1,08 N

LABORARBEIT Nr. 4

THEMA: „Bestimmung der mechanischen Arbeit beim Hochsprung.“

AUSRÜSTUNG: Waage, Lineal, Messlatte.

FORTSCHRITT

1. Lassen Sie uns die Körpermasse m messen.

2. Messen Sie die Höhe Ihres unteren Rückens H. (Schwerpunkt auf Höhe des unteren Rückens).

3. Messen wir die Höhe der Stange h, über die ich springen möchte.

4. Lass uns den Sprung wagen

5. Berechnen wir die perfekte mechanische Arbeit A = mg (h – H).

Berechnen wir den Fehler.

A hängt von m, H und h ab.

Δm = 0,1 kg ΔН= 0,005 m Δh= 0,005 m

ε = Δm / m + ΔН / Н + Δh /h = 0,1 / 55 + 0,005 / 1,03 + 0,005 / 1,03 = 0,0113

ΔA = A * ε = 10,78 J * 0,0113 = 0,12 J

Abschluss: Ich habe die mechanische Arbeit während eines Hochsprungs bestimmt und es stellte sich heraus, dass sie gleich war

A = 10,78 + 0,12 J

LABORARBEIT Nr. 5

THEMA: „Bestimmung der mechanischen Arbeit und der Handkraft beim Klettern am Seil.“

AUSRÜSTUNG: Waage, Lineal, Stoppuhr, Seil.

FORTSCHRITT

1. Lassen Sie uns die Körpermasse m messen.

2. In der Halle klettern wir das Seil hoch, ohne unsere Beine zu benutzen, und notieren die Aufstiegszeit t.

3. Messen Sie die Höhe des Seils h.

4. Berechnen wir die perfekte mechanische Arbeit A = mgh.

5. Berechnen Sie die Leistung beim Heben N = A / t

Berechnen wir den Fehler.

A hängt von m und h ab.

Δm = 0,1 kg Δh= 0,005 m

ε = Δm/m + Δh/h = 0,1/55 + 0,005/2,60 = 0,004

ΔA = A * ε = 1401,4 J * 0,004 = 5,61 J

N hängt von m, t und h ab.

Δm = 0,1 kg Δh= 0,005 m Δt = 0,005 s

ε = Δm/m + Δh/h + Δt/t = 0,1/55 + 0,005/2,60 + 0,005/9,34 = 0,005

ΔN = N * ε = 150,04 J * 0,005 = 0,75 W

Abschluss: Ich habe die mechanische Arbeit und die Kraft beim Klettern an einem Seil bestimmt und es stellte sich heraus, dass sie gleich waren

A = 1401,4 + 5,51 J N = 150,04 + 0,75 W

LABORARBEIT Nr. 6

THEMA: „Bestimmung des auf den Boden ausgeübten Drucks.“

AUSRÜSTUNG: Waage, kariertes Papier, Bleistift.

FORTSCHRITT

1. Lassen Sie uns die Körpermasse m messen.

2. Zeichnen Sie die Sohle Ihrer Schuhe auf ein Blatt Papier

3. Zählen Sie die Anzahl der vollständigen Zellen N1 und die Anzahl der unvollständigen Zellen N2 und berechnen Sie die Fläche der Schuhsohle anhand der Formel

S = (N 1 + 0,25 * N 2) / 4

4. Berechnen Sie den Druck auf den Boden mit der Formel P = mg / (2 * S).

Berechnen wir den Fehler.

P hängt von m und S ab.

Δm = 0,1 kg ΔS = 0,0001 m 2

ε = Δm/m + ΔS/S = 0,1/55 + 0,0001/0,02028 = 0,0023

ΔР = Р * ε = 13289 Pa * 0,0023 = 30,56 Pa

Abschluss: Ich habe den Druck meines Körpers auf dem Boden bestimmt und es stellte sich heraus, dass er gleich war

P = 13289 + 30,56 Pa

LABORARBEIT Nr. 9

THEMA: „Bestimmung der Vitalkapazität der Lunge.“

ZIEL: Experimentell das Volumen der ausgeatmeten Luft bestimmen

in einem Zyklus.

AUSRÜSTUNG: Maßband, runder aufblasbarer Ball.

FORTSCHRITT

1. Atmen Sie Luft ein und atmen Sie sie so weit wie möglich in einen aufblasbaren Gummiball aus.

2. Messen Sie den Umfang der Kugel L.

3. Wiederholen wir das Experiment zehnmal. Die Messergebnisse tragen wir in die Tabelle ein.

4. Berechnen Sie das Luftvolumen im Ball mithilfe der Formel

V = π * R 3, wobei R = L / (2 * π)

Allgemeine Formel V = L 3 / (8 * π2)

Berechnen wir den Fehler.

V hängt von L ab.

ε = ΔL / Laver = 0,01 / 0,4154 = 0,024

Δ V = Vav * ε = 0,896 * 0,0024 = 0,022 l

Abschluss: Ich habe die Vitalkapazität meiner Lunge bestimmt und es stellte sich heraus, dass sie gleich war V = 0,896 + 0,022 l

ABSCHLUSS

Nachdem ich eine Reihe einfacher Studien durchgeführt hatte, lernte ich noch mehr über meinen Körper. Es stellte sich heraus, dass ich durchschnittliche anthropometrische Indikatoren habe (Größe 163 cm, Gewicht 55 kg), mein Körper übt einen Druck von etwa 13,5 kPa auf den Boden aus, der Funktionstest ist normal, was darauf hinweist, dass ich keine Krankheiten habe. Die Vitalkapazität meiner Lunge beträgt etwas weniger als 1 Liter. Ich habe die Kraft ermittelt, die ich beim Laufen auf einer Distanz von 30 Metern, beim Hocken, beim Treppensteigen und beim Klettern an einem Seil entwickelt habe. Es stellte sich heraus, dass ich beim Laufen die meiste Kraft entwickle und beim Klettern am Seil am wenigsten. Außerdem habe ich die mechanische Arbeit ermittelt, die beim Hochsprung geleistet wird. Es fiel mit nur 10,78 J überraschend klein aus, da die höchste Höhe der Stange, über die ich springen kann, 1 m 5 cm beträgt. Außerdem habe ich die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit vom Haus zum Schulbusparkplatz ermittelt. Sie betrug 1,89 m/s bzw. 6,8 km/h.

Während der Arbeit an meinem Aufsatz habe ich nicht nur meinen Körper untersucht, sondern mir auch Computerkenntnisse angeeignet. Ich denke, dass mir beides beim weiteren Studium in meinem gewählten Fachgebiet helfen wird.

Für praktische Berechnungen und theoretische Untersuchungen von Vibrationsschutzsystemen für Bediener werden dynamische Modelle des menschlichen Körpers in Form analytischer Beziehungen (z. B. Frequenzverläufe) oder in Form äquivalenter mechanischer Systeme (meist mit mehreren Freiheitsgraden) verwendet.

Bei der experimentellen Erforschung und Erprobung von Mensch-Maschine-Systemen unter extremen Bedingungen werden spezielle Simulatoren (anthropomorphe Dummies) eingesetzt, die den menschlichen Tester unter gefährlichen Bedingungen ersetzen.

Berechnete dynamische Modelle sowie anthropomorphe Schaufensterpuppen müssen dem menschlichen Körper in den folgenden Grundindikatoren entsprechen: a) geometrische Abmessungen und Formen, b) Massenverteilung von Körperteilen (insbesondere die Lage der Massenschwerpunkte von). Körperteile, die Werte dieser Massen und Trägheitsmomente), c) Verbindungsarten einzelner Glieder, d) elastische und dämpfende Eigenschaften

In Abb. 1, a zeigt ein ungefähres Designdiagramm einer typischen Schaufensterpuppe, und in Abb. 1, b – gemittelte anthropometrische Daten des menschlichen Körpers.

Die durchschnittlichen Trägheitseigenschaften einzelner Teile (Segmente) des menschlichen Körpers sind in Abb. dargestellt. 2, Massenwerte werden als Prozentsatz der Gesamtmasse einer Person angegeben; Werte der Trägheitsmomente relativ zu den Achsen, die durch den Massenschwerpunkt des Segments verlaufen; die Lage des Massenschwerpunkts wird als Prozentsatz der Länge des Segments angegeben.

Die Lage des allgemeinen Schwerpunkts hängt von der Körperhaltung der Person ab (Abb. 3).

Die Verbindungen zwischen den einzelnen Gliedern des menschlichen Körpers (oder einer gleichwertigen Puppe) sind kinematische Paare mit unterschiedlichem Mobilitätsgrad (innerhalb begrenzter Grenzen). Idealisierte Diagramme der Verbindungen der Körperglieder sind in Tabelle 1 aufgeführt.

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Die größten Werte der Drehwinkel einiger Körperteile aufgrund der Beweglichkeit der entsprechenden Gelenke sind in der Tabelle angegeben. 2.

Die grundlegenden physikalischen und mechanischen Parameter, die für die Konstruktion von Modellen des menschlichen Körpers erforderlich sind und die elastischen Dämpfungseigenschaften menschlicher Gewebe charakterisieren, sind in Tabelle 3 aufgeführt (Durchschnittswerte).

Reis. 3. Lage des Körperschwerpunkts einer sitzenden Person

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Die Abhängigkeit von Spannungen von relativen Dehnungen für biologische Gewebe ist nichtlinear; in der Tabelle Abbildung 4 zeigt diese Abhängigkeiten, die für Proben menschlichen Weich- und Knochengewebes ermittelt wurden.

Die Eigenschaften der Torsionssteifigkeit der Elemente des menschlichen Skeletts sind in der Tabelle angegeben. 5 in Form eines Drehmoments, das auf die Endabschnitte des Elements ausgeübt wird, abhängig vom Winkel der gegenseitigen Drehung der Abschnitte.