Оѕтїстік Ќазаќстан мемлекеттік фармацевтика академиясы

Шымкент- 2014ж.

№ 1 Дәріс

1. Тақырыбы:

Кіріспе. Физика табиғат туралы ғылым. Физикалық шамалар және оларды өлшеу.
2. Мақсаты: Студенттерді физиканың негізгі түсініктерімен таныстыру және оның басқа пәндермен байланысын көрсету.
Дәріс жоспары:

1. Физика табиғат туралы ғылым.

2. Физикалық шамалар және оларды өлшеу.

3. Физиканың басқа ғылымдармен байланысы.

«Физика» сөзі грек тілінен аударғанда «табиғат» туралы ғылым деген мағынаны білдіреді. Физика қарапайым сонымен қатар табиғаттағы құбылыстардың қең көлемдегі жалпы заңдылықтарын, материяның қасиеттерімен құрылысын және оның қозғалу заңдылықтарын зерттейтін ғылым.Физикадағы таным жолының тізбегі мына түрде беріліді:

Нақты физикалық зерттеулер, оған көптеген факторлар өз әсерін тигізетіндіктен жеткілікті дәрежеде күрделі болып келеді.

Үлгі арқылы құблыстарды, үдерістерді және жүйелерді зерттеу әдісін моделдеу деп атайды.Үлгілеудің бірнеше түрлері бар:

1.1 Ойша пайымдау үлгісі нақты енгізуді талап етпейтін үлгі.
Ойша пайымдау үлгісіне материалдық нүкте, абсолютті қатты дене, нүктелік жарық көзі және т.б. мысал болады.

1.2 Математикалық үлгілеу идеалданған үдерістердің және жүйелердің аналитикалық сипатмамасын береді.

Математикалық үлгілеуді тәжірибе жүргізуге болмайтын немесе қиынға соғатын жерлерде қолдану тиімді болып келеді.

Үдерістің математикалық үлгісі тәжірибеде алуға болмайтын шамаларды алуға, шартқа байланысты үдерістің өзгеруін байқауға, кейбір жаңа құбылыс туралы болжам жасаап пікір айтуға мүмкіндік бере алады.

Мысалы, өшетін механикалық және электр тербелістері, заттың жарықты жұтуы, радиобелсенді ыдырау заңы және т.б.

2. Физикалық шамалар және оларды өлшеу.

Физикадағы кезкелген зерттеу өлшеумен байланысты болады, яғни техникалық құралдарды пайдалана отырып тәжірибе жүзінде физикалық шамалардың мәнін табу керек.

Өлшеу нәтижесінде алынған физикалық шама, оның шын нақты мәнінен өзгеше болады.

Өлшеу нәтижесінде алынған мәннің, оның шын нақты мәніне жақындау дәрежесі өлшеудің дәлдігі арқылы сипатталады.

Өлшеу дәлдігі өлшеудің сандық көрсеткіші болады.

Өлшеу нәтижесін сандық тұрғыдан бағалау, оның дәлдігімен емес, қателік деп аталатын - өлшеу нәтижесінде алынған мәннің, оның шын мәнін ауытқуы арқылы анықталады. Қателік аз болған сайын өлшеу дәлдігі жоғары болады.

Негізгі метрологиялық түсініктердің бірі физикалық шамалардың өлшем бірліктері.

3. Физиканың басқа ғылымдармен байланысы:

Физиканың басқа табиғи ғылымдармен шекаралық бөлінуі белгілі бір дәрежеде шарты бөліну деп қарастыруға болады. Себебі физика бұл ғылымдарға өз әсерін тигізіді.

Бұл жағдайда физикалық зерттеу әдістері үлкен рөл атқарады:

Биологияда – микроскоптан бастап рентгендік құрылымдық талдау және ядролық гамма-резонансқа дейін, астрономияда –телескоптан бастап, айды, планетеларды зерттейтін планета аралық космос кемелерін жасауға дейін, химияда – қарапайым таразыдан бастап ядролық магниттік резонансқа дейін, медицинада –медициналық термометрден бастап рентгендік компьютерлік және магниттік резонанстық томографияға дейін.

Басқа ғылымдардың дамуы үшін физиканың негізгі заңдары басты рөл атқарады.

Физиканың басқа ғылымдармен шекарасында жаңа ғылымдар пайда болды: биофизика, геофизика, физикалық химия, химиялық физика және т.б.

4. Иллюстрациялы материалдар:

Презентация, слайдтар.

5. Әдебиет:

1. Көшенов Б. Медициналық биофизика: оқулық – Алматы, 2008 ж.

2. Көшенов Б.Медициналық биофизикадан зертханалық жұмыстар: оқу-әдістемелік құрал.-2 бас.,өңделіп толықтырылған.- .-Алматы: Эверо, 2010

3. Сәтбаева Х.К., Өтепбергенов А.А., Нілдібаева Ж.Б. Адам физиологиясы. Алматы.: Дәуір, 2005 – 663 бет.

4. Канкожа М.К. Қозғыш ұлпалар физиологиясы. Алматы, 2004. – 78 бет.

Арызханов Б. Биологиялық физика, Алматы, 1990.

5. Әдіқасова ,-А.Ә. жалпы физика курсының семестрлік тапсырмалары:оқу құралы .-Алматы: Эверо, 2009.-112 бет

6. Физикалық тәжірбиелер ; жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған құрал. – Алматы: Рауан ,1993.

7. Ү.А. Байзак, Қ.Ж. Құдабаев «Медициналық биофизика және медициналық техника бойынша лабораториялық практикум»

1. Үлгілердің қандай түрлері кездеседі?

№ 2 Дәріс

1. Айналмалы қозғалыстың кинематикасы.

2. Айналмалы қозғалыстың динамикасы:

2.1 Күш моменті.

2.2 Айналмалы қозғалыс кезіндегі жұмыс.

2.3 Инерция моменті.

2.4 Импулс моменті.

2.5 Айналатын дененің кинетикалық энергиясы.

3. Айналмалы қозғалыс динамикасының негізгі теңдеуі.

4. Ипульс моментінің сақталу заңы.
3. Дәріс тезистері:
1. Айналмалы қозғалыстың кинематикасы:

Абсолютті қатты дене деп ара қашықтығы өзгермейтін материалдық нүктелердің жүйесін айтады.

Абсолютті қатты дененің айналмалы қозғалысының қарапайм түріне қозғалмайтын өске салыстырғандағы айналмалы қозғалысты жатқызуға болады. Қозғалыстың бұл түрінде дене шеңбер боймен қозғалады. Шеңбердің центрі айналу өсі деп аталатын түзудің бойында жатады.
Өсті айнала қозғалған дененің нүктелері әр түрлі траекторямен ығысады. Бұл кезде бірдей уақыт ішінде дененің барлық нүктелері және дененің өзі де бірдей бұрышқа бұрылады.

Айналуды сипаттау үшін өске перпендикуляр жазықтықта өсті «і» нүктесімен қосатын радиус – вектордың кейбір бөлініп алынған «ОХ» бағытымен салыстырғанда арасында пайда болатын «α» бұрылу бұрышының уақытқа тәуелділігі, қозғалмайтын өс айналасындағы қатты дененің айналмалы қозғалысының теңдеуі болады:

α = f(t).

Дененің ості айналу тездігі радиус-вектордың бұрылу бұрышының уақыт ішіндегі туындысына тең, бұрыштық жылдамдық деп аталатын шамамен сипатталады:

ω=dα/dt
Бұрыштық жылдамдықтың өзгеру тездігі бұрыштық жылдамдықтың уақыт ішіндегі туындысына тең, бұрыштық үдеу деп аталатын шамамен сипатталады:
ε = dω/dt

Қатты дененің қозғалмайтын өс айналасындағы айналмалы қозғалысының кинематикасының формуласы:

1. Бірқалыпты айналмалы қозғалыстың теңдеуі: α = ωt + α₀ (α₀ –бұрылу бұрышының бастапқы мәні).

2. Бірқалыптыемес айналмалы қозғалыстың бұрыштық жылдамдығының уақытқа тәуелділігі:

ω = εt + ω₀ (ω₀ – бастапқы бұрыштық жылдамдықт).
3. Бірқалыптыемес айналмалы қозғалыстың теңдеуі: α = εt² /2 + ω₀t + α₀ .

2. Айналмалы қозғалыстың динамикасы:

2.1 Күш моменті:

Айналу өсіне перпендикуляр жатқан жазықтықтағы қатты дененің «I» нүктесіне «F_r» күші түсірілген. (рис. 3.3).

Айналу өсіне салыстырғанда осы күштің моменті деп радиус-вектордың күшке векторлық көбейтіндісін айтады:

M_i = r_ixF_i. Оны жіктегенде:

M_i = F_i r_i sinβ алынады, мұндағы β - r_i және F_i векторларының арасындағы бұрыш. h_i = r_i sinβ – шамасы күш иіні деп аталады. Сондықтан: M_i = F_i h_i .

2.2 Айналмалы қозғалыс кезіндегі жұмыс:

Денеге «F_i» күш әсер еткенде, ол өте аз «dα» бұрышқа бұрылады. Осы күштің әсерінен атқарылған жұмыс: (см. рис. 3.3)

dA_i = F_icos (90°- β) ds_i, мұндағы ds_i – бұрылыс кезінде материалдық нүктенің жүрген жолы. Егер F_icos (90°- β) = F_i sinβ және ds_i = г_i dα ескерсек, онда:

dA_i= F_i sinβ г_i dα = М_i dα.

Айналмалы қозғалыс кезіндегі элементар жұмыс күш моментін бұрылу бұрышына көбейткенге тең болады.

Егер денеге бірнеше күш әсер етсе, онда:

dA=Mdα, мұндағы М – денеге әсер ететін барлық сыртқы күштердің моменттерінің қосындысы.

2.3 Инерция моменті:

Ілгерілемелі қозғалыс кезінде инерттіліктің өлшемі дене массасы болса, ал айналмалы қозғалыс кезінде дене инерттілігі тек массаға ғана тәуелді болмайды сонымен қатар өске салыстырғанда, оның кеңістіктегі таралып орналасуына байланысты болады.

Айналмалы қозғалыс кезінде инерттіліктің өлшемі дененің өске салыстырғандағы инерция моменті деген физикалық шамамен сипатталады.

Материалдық нүктенің өске салыстырғандағы инерция моменті деп нүкте массасының, нүктеден өске дейінгі қашықтық квадратына көбейтіндісін айтады:

Өске салыстырғанда дененің инерция моменті деп денені құрайтын барлық материалдық нүктелердің инерция моменттерінің қосындысын айтады.

Материалдық нүктенің өске салыстырғандағы импулс моменті деп «p_i» материалдық нүктенің импулс моментінің «r_i» айналу өсіне дейінгі қашықтыққа көбейтіндісін айтады:

L_i= p_i r_i =m_iv_i r_i .
Мұндағы: v_i=ωr_i және J_i = m_ir_i² болғандықтан,

L_i= ωr_i m_ir_i = ωm_ir_i² = ωJ_i болады.

Өске салыстырғанда дененің импулс моменті деп денені құрайтын барлық нүктелердің импулс моменттерінің қосындысын айтады.

Қатты дененің барлық нүктелерінің бұрыштық жылдамдығы бірдей болғандықтан, дененің импулс моменті инрция моментін бұрыштық жылдамдыққа көбейткенге тең болады:

2.5 Айналмалы дененің кинетикалық энергиясы:

Дене қозғалған кезде оның кинетикалық энергиясы денені құрайтын нүктелердің кинетикалық энергиясынан жиынынан тұрады:

Айналмалы қозғалыс кезінде элементар кинетикалық энергия өзгерісі:
dE_K = Jωdω.

3. Айналмалы қозғалыс динамикасының негізгі теңдеуі.

Сырттан күш әсер еткен қатты дене өте аз «dα» бұрышына бұрылсын. Бұндай бұрылыс кезінде барлық сыртқы күштің элементар жұмысы элементар кинетикалық энергияның өзгерісіне тең болады:

M dα = Jωdω, бұдан:

ω = dα/dt ескере отырып теңдеудің екі жағын да «ω» қысқартқанда:

Егер ε = dω/dt ескерсе, онда:

Бұл өске бекітілген айналмалы қозғалыс динамикасының негізгі теңдеуі.

4. Ипулс моментінің сақталу заңы:

Сыртқы күш моменттерінің қосындысы нөл болатын, айналмалы қозғалыстың дербес жағдайын қарастырайық:

V = 0? ,ұlfy L = const ytvtct Jω = const/

1. Көшенов Б. Медициналық биофизика: оқулық – Алматы, 2008 ж.

2. Көшенов Б.Медициналық биофизикадан зертханалық жұмыстар: оқу-әдістемелік құрал.-2 бас.,өңделіп толықтырылған.- .-Алматы: Эверо, 2010

3. Сәтбаева Х.К., Өтепбергенов А.А., Нілдібаева Ж.Б. Адам физиологиясы. Алматы.: Дәуір, 2005 – 663 бет.

4. Канкожа М.К. Қозғыш ұлпалар физиологиясы. Алматы, 2004. – 78 бет.

Арызханов Б. Биологиялық физика, Алматы, 1990.

5. Әдіқасова ,-А.Ә. жалпы физика курсының семестрлік тапсырмалары:оқу құралы .-Алматы: Эверо, 2009.-112 бет

6. Физикалық тәжірбиелер ; жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған құрал. – Алматы: Рауан ,1993.

7. Ү.А. Байзак, Қ.Ж. Құдабаев «Медициналық биофизика және медициналық техника бойынша лабораториялық практикум»

6. Қорытынды сұрақтары (кері байланысы):

1. Күш моменті деп нені айтады?

№ 3 Дәріс

1. Энергия. Жұмыс және қуат.

2. Кинетикалық энергия.

3. Потенциалдық энергия.

4. Механикадағы энергияның сақталу заңы.
3. Дәріс тезистері:

1. Энергия. Жұмыс және қуат:

Әртүрлі материя қозғалысының сандық өлшемі энергия болып табылады.

Қозғалыс бір түрден екінші түрге ауысқанда:

бірінші түрге сәйкес келетін энергия кемиді де, ал екінші түрге сәйкес келетін энергия артады.

Бұндай қозғалыс және энергияның ауысуы не жұмыс атқарған кезде яғни сыртқы күш әсерінен дене орын ауыстырғанда не жылу алмасқан кезде орындалады.

«Ғ» күш әсерінен орындалатын жұмысты анықтау үшін материалдық нүкте «1» жағдайдан «2» жағдайға қозғалатын қисық траекторяны қарастырайық.

Элементар орын ауыстырудың модулін |dr| = ds деп белгілейік. Ол өте аз болғандықтан «F» күші өзгермейді деп қарастырамыз. Сонда тұрақты күш әсерінен атқарылатын элементар жұмыс:

вФ = А сщыα вы = А сщыα /вк/б немесе dA = Fdr.

Күштің элементар жұмысы күшпен элементар орын ауыстырудың көбейтіндісіне тең болады. Барлық элементар жұмысты қосу арқылы айнымалы күштің жұмысын анықтауға болады.

Үдерістің энергетикалық сипаттамасы ретінде жұмыстан басқа қуат алынған. Қуат деп уақыт ішнде атқарылған жұмысты айтады:

N = dA/dt

dA = Fdr екенін ескерсек, онда қуат: немесе

N = Fv cosα арқылы сипатталады, яғни қуат күштің жылдамдыққа көбейтіндісіне тең болады.

2. Кинетикалық энергия:

Механикалық жүйенің кинетикалық энергиясы деп нүкте қозғалысының жылдамдығына тәуелді болатын энергияны айтады.
Кинетикалық энергияны табу үшін материалдық нүктеге түсірілген тең әсерлі күштің атқаратын жұмысын табу керек:

Дене жылдамдығы «v₁»- ден «v₂ »- ге өзгергенде, тең әсерлі күштің атқаратын жұмысын табу үшін соғы теңдеудің екі жағын да интегралдаймыз:

Онда: A = E_K2 - E_K1.

Жүйенің кинетикалық энергиясы, сол денені құрайтын материалдық нүктелердің кинетикалық энергиясының қосындысынан тұрады.

3. Потенциалдық энергия:

Потенциалдық энергия деп денелердің өз-ара әсерлесуіне және олардың өз-ара орналасуына тәуелді болатын энергияны айтады. Гравитациядық өрісте массасы «m» дене бет бойымен «1» жағдайдан «2» жағдайға бірқалыпты орын ауыстырсын.

Бұл кесінді дененің траекториясы болады.

Егер үйкеліс болмаса, онда денеге үш күш әсер етеді:

1. Бет тарапынан әсер ететін «N»- күші, бұл күштің жұмысы нөлге тең болады.

3. Кейбір қозғалатын дене тарапынан әсер ететін «F» тарту күші (адам, электродвигатель және т.б.), бұл күштің жұмысы А_т;

Ауырлық күшінің атқаратын жұмысы траекторияға тәуелді болмағанмен де, оның бастапқы және соңғы орындарының биіктігінің өзгешелігіне тәуелді болады. Материалдық нүкте бірқалыпты қозғалғандықтан, оның кинетикалық энергиясы өзгермейді, сондықтан барлық тең әсерлі күштердің жұмысы нөлге тең болады: А₁₂+А_т= 0 немесе

Ауырлық күшінің атқаратын элементар жұмысы теріс таңбамен алынған потенциалдық энергияның өзгерісіне тең болады:

dA = - dE_п.

4. Механикадағы энергияның сақталу заңы:

Денеге тек потенциалдық күштер әсер ететкеде қандай да бір жүйенің кинетикалық және потенциалдық энергиялары қалай өзгеретінін қарастырайық (бұндай жүйе жабық не консервативті жүйе деп аталады).
Потенциалдық күштің элементар жұмысы теріс таңбамен алынған потенциалдық энергияның өзгерісіне тең болады:
dA = - dE_п.

Жүйеде басқа күштер болмағандықтан, сол элементар жұмыс кинетикалық энергияның элементар өзгерісіне тең болады:

dA = dE_K.

Сондықтан:

Егер:E_K + E_п =Е(Е-толық механикалық энергия),

онда:
вУ = 0 немесе У = сщтые.

Бұл жағдай механикадағы энергияның сақталу заңын тереді: жабық жүйенің толық механикалық энергиясы өзгермейді.

Жабық жүйедегі әртүрлі үдерістерде кинетикалық энергия артқанда, потенциалдық энергия кемиді (керісінше), ал толық механикалық энергия өзгермейді.

4. Иллюстрациялы материалдар:

Презентация, слайдтар.

5. Әдебиет:

1. Көшенов Б. Медициналық биофизика: оқулық – Алматы, 2008 ж.

2. Көшенов Б.Медициналық биофизикадан зертханалық жұмыстар: оқу-әдістемелік құрал.-2 бас.,өңделіп толықтырылған.- .-Алматы: Эверо, 2010

3. Сәтбаева Х.К., Өтепбергенов А.А., Нілдібаева Ж.Б. Адам физиологиясы. Алматы.: Дәуір, 2005 – 663 бет.

4. Канкожа М.К. Қозғыш ұлпалар физиологиясы. Алматы, 2004. – 78 бет.

Арызханов Б. Биологиялық физика, Алматы, 1990.

5. Әдіқасова ,-А.Ә. жалпы физика курсының семестрлік тапсырмалары:оқу құралы .-Алматы: Эверо, 2009.-112 бет

6. Физикалық тәжірбиелер ; жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған құрал. – Алматы: Рауан ,1993.

7. Ү.А. Байзак, Қ.Ж. Құдабаев «Медициналық биофизика және медициналық техника бойынша лабораториялық практикум»

1. Механикалық энергияның сақталу заңы деп нені айтады?

1. Еркін механикалық тербелістер.

2. Өшпейтін тербелістер.
3. Дәріс тезистері:

Қандай қозғалысты тербелмелі қозғалыс деп атайды? Тербелмелі қозғалыс деп жүйе тепе-теңдік күйінен ауытқи отырып әрқашан оған қайтып келетін үдерісті айтады.

Еркін тербеліс деп сырттан әсер етпейтін, тек дененің алғашқы алған энергия есебінен тербеліске түсуін айтады.

Еркін тербеліске үш үлгі:серіппелі, математикалық және физикалық маятниктер мысал болады.

Еркін тербелісті сипаттау үшін сәйкес дифференциалдық теңдеу алу керек.
Осы мақсатта екі мысал қарастырайық: 1. Массасы «m» дене серіппеге ілінген.
Бұл жағдайда денеге әсер етуші «Ғ₁» серпімді күші, оның «mg» ауырлық күшімен теңестіріледі.

Егер серіппені «х» қашықтыққа созса, онда денеге қосымша шамасы үлкен серпімді күш әсер етеді: Ғ₁ + Ғ. Српімді күштің өзгеруі Гук заңына сәйкес дененің «х» ығысуына немесе серіппенің ұзындығына пропорционал болады:

х >0 болғанда, F < 0 болады, х < 0 болғанда F>0 болады. 2. Математикалық маятник тепе-теңдік қалпынан аз «α» бұрышқа ауытқыған. Бұл ауытқуды қозғалыстың траекторясы деп қарастырсақ, оның бағыты «ОХ» өсі бағытымен сәйкес келеді.

Бұл кезде мынандай жуықтап алған теңдіктер орын алады:
а ≈ sin α ≈ tg α ≈ х/l, мұндағы «х»- маятниктің тепе-теңдік қалпына салыстырғандағы ығысуы, l- маятник жібінің ұзындығы. Маятникке жіптің «F_н» керілі күші және «mg» ауырдық күші әсер етеді.Олардың тең әсерлі күші: мұндағы k=mg/l –пропорционалдық коэффициент.

Аз серпімді деформация кезінде пайда болатын күшті серпімді немесе квазисерпімді күштер деп атайды.

Денеге серпімді күштен басқа «F_с» кедергі күші әсер етеді._.
Ньютонның екінші заңы негізінде материалдық нүктенің қозғалысын сипаттайтын дифференциалдық теңдеуді алуға болады:

Осы теңдеуді шеше отырып, материалдық нүктенің (дененің) ығысуын табуға болады. 2. Өшпейтін тербелістер: Кедергі күші F_с = 0 жағдайды қарастырайық. Онда материалдық нүктенің қозғалысын сипаттайтын дифференциалдық теңдеудің түрі:

k/m = ω₀² -деп енгізіп, берілген теңдеуді түрлендіргенде, екінші ретті дифференциалдық теңдеу алынады:

Теңдеудің шешуі гармоникалық тербелісті береді:

х = A cos(ω₀t + φ₀) – гармоникалық заң деп атайды, мұндағы А - амплитуда, ω_{0 –} циклдік жиілік, ω₀t + φ₀ = φ – тербеліс фазасы, φ₀ - бастапқы фаза (t = 0 -кезінде).
Бұнда тербелістің амплитудасы және бастапқы фазасы алдағы шарттарға байланысты яғни t = 0 кезіндегі материалдық нүктенің орналасуы мен жылдамдығына қарай анықталады.

Гармоникалық тербеліс кезінде материалдық нүктенің жылдамдығын табу үшін гармоникалық заңнан уақыт бойынша туынды аламыз: мұндағы v_m = А ω₀ – ең жоғары жылдамдық.

Жылдамдық ығысудан π/2 фазада озып жүреді. Гармоникалық тербеліс кезінде материалдық нүктенің үдеуін табу үшін жылдамдықтан уақыт бойынша туынды аламыз: мұндағы а_m = А ω²₀ – ең жоғары үдеу. Үдеу жылдамдықтан π/2 фазада озып жүреді.

4. Иллюстрациялы материалдар:

Презентация, слайдтар.

5. Әдебиет:

1. Көшенов Б. Медициналық биофизика: оқулық – Алматы, 2008 ж.

2. Көшенов Б.Медициналық биофизикадан зертханалық жұмыстар: оқу-әдістемелік құрал.-2 бас.,өңделіп толықтырылған.- .-Алматы: Эверо, 2010

3. Сәтбаева Х.К., Өтепбергенов А.А., Нілдібаева Ж.Б. Адам физиологиясы. Алматы.: Дәуір, 2005 – 663 бет.

4. Канкожа М.К. Қозғыш ұлпалар физиологиясы. Алматы, 2004. – 78 бет.

Арызханов Б. Биологиялық физика, Алматы, 1990.

5. Әдіқасова ,-А.Ә. жалпы физика курсының семестрлік тапсырмалары:оқу құралы .-Алматы: Эверо, 2009.-112 бет

6. Физикалық тәжірбиелер ; жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған құрал. – Алматы: Рауан ,1993.

7. Ү.А. Байзак, Қ.Ж. Құдабаев «Медициналық биофизика және медициналық техника бойынша лабораториялық практикум»