BiofizicaCurs 4

Moleculele i atomii ocup poziii specifice (de echilibru) fixe n spaiu unele fa de altele (rigide) la distante comparabile cu dimensiunile atomice (determinate de echilibrul dinamic al fortelor de atractie si respingere reciproca).n starea solid, substana i pastreaz volumul i forma, energia poteniala de interaciune dintre molecule fiind preponderent.Starea solida se imparte in doua:Starea amorfastarea cristalin.

Starea solid

Starea solidaStarea amorfaparticule sunt distribuite fara orientare si periodicitate.Starea vitroasa (sticloasa)Starea polimericaStarea cristalinaParticulele sunt aranjate ordonat dupa cele trei dimensiuni ale spatiului luand forme geometrice regulate.Este fundamentala in lumea vie (tesuturi dure ca dinte, os, etc.)

Notiuni de mecanicaMiscarea corpurilor.Miscarea mecanica, cea mai simpla forma de miscare, se refera la modificarea pozitiei corpurilor in timp. Se alege un un corp de referinta considerat in repaus, de cele mai multe ori Pamantul sau un alt corp legat de Pamant, caruia i se asociaza un sistem de axe numit sistem de axe de referinta (SR). Cel mai folosit SR este sitemul cartezian de axe de referinta, format din trei axe concurente intr-un punct si reciproc perpendiculare intre ele doua cate doua (OXYZ).

Marimi cinetice fundamentaleVector de pozitie . Daca folosim coordonatele carteziene atunci r poate fi scris sub forma:

i, j si k sunt versorii celor trei axe de coordonate Miscarea punctului P este cunoscuta daca se stie functia:

Respectiv: x = x(t), y = y(t), z = z(t) (ecuaiile cinematice ale micrii)

Vectorul deplasare.

Vectorul viteza medie:

Vectorul viteza momentana ( ):

Vectorul acceleratie momentana ( ):

Lucrul mecanic. Lucrul mecanic elementar efectuat de ctre o for atunci cnd punctul ei de aplicaie descrie un element de traiectorie, se definete prin produsul scalar.

O for care are proprietatea c, lucrul mecanic efectuat de ea ntre dou puncte caracterizate prin vectorii de poziie i , nu depinde de traiectoria n lungul creia se face deplasarea, se numete for conservativ. Inseamn c lucrul mecanic efectuat de o for conservativ pe un contur nchis este nul.

Energia mecanicaDaca un sistem fizic este capabil sa produca (absoarba) lucru mecanic implica interventia unei marimi fizica numita energie.Energia cinetica = energia de miscare Ec:

Energia mecanicaEnergia potentiala.Fora conservativ se poate scrie ca derivnd dintr-o funcie scalar, (funcie potenial) :

Funcia reprezint energia potenial a punctului material aflat n poziia , deci putem spune ca este o funcie scalar de poziie, numit i funcie de for.

Lucrul mecanic al unei fore conservative care acioneaz ntre strile 1 i 2 este:

se poate alege zeroul scrii energiei astfel ca :

Adica:

Teorema conservrii energiei mecanice n cazul unui sistem conservativ, apreciaz c n orice micare finit a unui sistem mecanic conservativ, energia mecanic se conserv.

Aspecte ale miscarii in sistemele viiDeplasarea in spatiu si deformarea = crestere.Miscarile active in cazul plantelor se obtin cu ajutorul fortelor capilare, osmozei, fortelor de tensiune superficiala, etc.Factorii mecanici de intensitate mare sunt vatamatori si produc: striviri, intepaturi, taieturi. Vibratia mecanica poate distruge structurile spatiale macromoleculare. Malaxarea poate rupe macromoleculele.

Oscilatii mecaniceO micare oscilatorie se caracterizeaz prin faptul c punctul material ce oscileaz, prezint abateri mici fa de poziia de echilibru.Daca miscarea oscilatorie este realizata sub actiunea unei forte de tip elastic, Fel, oscilatia se numeste armonica.

Oscilatii mecaniceEcuatia de miscare:

Solutia:

Pulsatia proprie a miscarii:

Oscilatiile reprezinta variatia in timp a marimilor caracteristice ale sistemului fizic, insotita de o transformare periodica a energiei dintr-o forma in alta : (energia potentiala energia cinetica)

Oscilatii biologice (de relaxare)Oscilatiile biologice sunt deosebite de cele mecanice. Periodicitatea nu este totdeauna riguroasa, iar mecanismul este diferit: exista acumulari pana la un anumit nivel, care o data atins determina o descarcare relativ brusca.

Ex. Contractia fibrelor musculare:La inceput exista o faza mai lunga de acumulare a energiei chimice si de refacere a potentialului de membrana.Urmeaza o faza exploziva de consum a acestei energii in cursul contractiei cu depolarizarea membranei.

Unde elasticeUnda reprezinta fenomenul de propagare din aproape in aproape, in timp si spatiu a unei oscilatii.Undele elastice sunt generate de o perturbatie mecanica intr-un mediu elastic.Undele electromagnetice sunt generate de variatia (oscilatia) campului electromagnetic.

Unde elasticeClasificare:Unde transversale: oscilatia este perpendiculara pe directia de propagare.Unde longitudinale: oscilatia este realizata de- a lungul directiei de propagare.

Unde acusticeSunetul reprezinta o miscare oscilatorie a particulelor unui mediu eleastic care produce o senzatie auditiva. Acustica studiaza fenomene produse de vibratiile mecanice si de propagarea lor sub forma de unde elastice. Urechea omeneasca este un receptor remarcabil, capabil sa analizeze sunetul perceput, la fel ca un aparat spectral, descompunndu-l n spectrul oscilatiilor armonice simple.

Unde acusticeUrechea omeneasca percepe sunetele cu frecventele cuprinse n intervalul 16Hz 20kHz.Dupa spectrul frecventelor, sunetele se clasifica n :zgomote: sunete cu spectrul continuu,sunete muzicale: sunete cu spectru discontinuu.Aceste vibratii se impart in mai multe categorii in functie de frecventa lor:

Oscilatiile mecanice cu frecventa sub 16 Hz se numesc infrasunete, Oscilatiile cu frecventa peste 20 kHz se numesc ultrasunete. Infrasunetele sunt percepute de pasari si pesti, care simt astfel, producerea cutremurelor si apropierea furtunilor. Ultrasunetele sunt percepute de catre lilieci. Din cauza lungimii de unda foarte mici, ultrasunetele au o directivitate remarcabila si animalele respective se pot orienta n spatiu si pot percepe deplasarea obiectelor pe care se reflecta ultrasunetele.

Organismele vii sunt surse de vibratii mecanice si acustice, medii de propagare pentru ele si sisteme de receptionare.Ca surse acustice organismele vii produc sunete si zgomote. Gama acestora este larga:Bataile inimiiZgomotele zborului pasarilor, al insectelor, etc.

Calitile sunetelor nlimea sunetelor este determinat de frecvena lor, sunetul fiind cu att mai nalt cu ct frecvena lui este mai mare. Sunetele ale cror frecvene sunt un multiplu ntreg al unei frecvene 0 poart numele de armonice ale acestui sunet. Timbrul sunetelor este determinat de numrul, nlimea i intensitatea armonicelor care nsoesc sunetul fundamental.

Calitile sunetelorIntensitatea sunetului reprezint energia medie a undelor sonore, ce strbate pe direcie normal, unitatea de suprafa, n unitatea de timp:

Domeniul de audibilitaten mod experimental, s-a constatat c sunetele sunt percepute de urechea omeneasc dac au intensiti ce depesc anumite limite, limite ce depind de frecvena lor. De asemenea tot experimental s-a constatat c sunetele foarte intense a cror intensitate depete o limit superioar (ce de asemenea depinde de frecvena lor) provoac doar o senzaie de durere.

Cele dou limite, cea inferioar i cea superioar reprezint pregurile de audibilitate delimitnd domeniul de audibilitate.Limita inferioar reprezint pragul auditiv inferior i pentru frecvena de 1.000Hz intensitatea are valoarea cea mai mic I0 = 10-12 W/m2.Curba superioar reprezint pragul auditiv superior, sau pragul senzaiei de durere, i intensitatea atinge valoarea maxim de Imax = 102 W/m2, la aceeai frecven de 103 Hz.

Pentru aprecierea cantitativ a semnalelor sonore nu se folosete intensitatea sonor ci raportul acesteia fa de pregul auditiv inferior deoarece noi percepem sunetele ntr-o scar logaritmic. Se definete astfel, nivelul intensitii sonore Ns prin expresia :

I0 = 10-12 W/m2, este intensitatea de referin, I este intensitatea sunetului msurat. k este o constant ce poate lua valorile 1 sau 10. Pentru k=1 nivelul intensitii sonore se exprim in beli (B), iar pentru k = 10 nivelul intensitii sonore se exprim in decibeli (dB).

Notificm cteva valori ale nivelului intensitii sonore: vorbirea n oapt are 20 dBconversaia normal tare are 60 dBzgomotul unei strzi aglomerate are 70 dBzgomotul produs de o motociclet are 100 dBzgomotul produs de un turboreactor are 120 dB