Ժամանակակից կենսաֆիզիկայի զարգացման հիմնական ուղղությունները. Կենսաֆիզիկական հետազոտությունների մակարդակները. Դասախոսություններ կենսաֆիզիկայի մասին Տղերք, որոնց մեզ հարցրին միկրոբիոֆիզիկայի մասին
ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ
«Բնության տրամաբանությունը երեխաների համար ամենահասանելի և ամենաօգտակար տրամաբանությունն է».
K. D. Uminsky
Աշխատանքային փորձի նկարագրությունը ներկայացնող այս ձեռնարկում փորձ է արվում դիտարկել ֆիզիկայի և կենսաբանության դպրոցական դասընթացների կապի հիմնական ուղղություններն ու առանձնահատկությունները և նախանշել այդ կապի ամրապնդման հնարավոր ուղիներն ու ձևերը:
Այս աշխատանքի հիմնական ուղղությունները հետևյալն են. ուսանողներին ծանոթացնել կենսաբանության և բժշկության մեջ լայնորեն կիրառվող հետազոտության և ազդեցության ֆիզիկական մեթոդներին, վայրի բնության ֆիզիկային, բիոնիկայի որոշ տարրերին:
Մեծ թվով կենսաֆիզիկական օրինակներ կարելի է ընտրել ֆիզիկայի դասընթացի գրեթե բոլոր բաժինների համար (ինչը մենք արեցինք, տես հավելվածը), բայց խորհուրդ է տրվում օգտագործել դրանք միայն մասամբ՝ տեխնիկական օրինակների և անշունչ բնության օրինակների հետ միասին:
Կենսաֆիզիկական օրինակներ ներգրավելու հիմնական նպատակը ֆիզիկայի դասընթացի ավելի լավ յուրացման հասնելն է։ Կենսաֆիզիկական նյութը պետք է անմիջականորեն կապված լինի ֆիզիկայի և կենսաբանության դասընթացների ուսումնական պլանների հետ և արտացոլի գիտության և տեխնիկայի զարգացման ամենահեռանկարային ուղղությունները:
Կարելի է նշել կենսաֆիզիկական նյութի ընտրության երեք հիմնական ուղղություն.
Առաջին ուղղությունն ունի նպատակ՝ ուսանողներին ցույց տալ բնության օրենքների միասնությունը, ֆիզիկայի օրենքների կիրառելիությունը կենդանի օրգանիզմի նկատմամբ։
Երկրորդ ուղղությունը համապատասխանում է կենսաբանության և բժշկության մեջ լայնորեն կիրառվող ազդեցության և հետազոտության ֆիզիկական մեթոդներին ծանոթանալուն։ Միջնակարգ դպրոցի ֆիզիկայի դասընթացում աշակերտներին ծանոթացնում են միայն օպտիկական գործիքներին (խոշորացույց, մանրադիտակ)՝ օգտագործելով ռենտգենյան ճառագայթներ և «պիտակավորված ատոմներ»։ Սակայն արդեն սովորական քաղաքային կլինիկայում յուրաքանչյուր մարդու բախվում է իր մարմինը զննելու մեծ թվով ֆիզիկական մեթոդներ՝ չափում են արյան ճնշումը, գրանցում սրտի կենսապոտենցիալները և այլն, որոնք դպրոցում հաշվի չեն առնվում։
Երրորդ ուղղությունը ներառում է ուսանողներին ծանոթացնել բիոնիկայի գաղափարներին և որոշ արդյունքներին: Օրինակ, թրթռումները ուսումնասիրելիս ուսանողներին ասում են, որ ցեցի լսողական օրգանը ձայնային թրթռումներ է ընկալում 10-ից 100 կՀց հաճախականության միջակայքում և հնարավորություն է տալիս հայտնաբերել չղջիկի մոտենալը (նրա համար ցեցը սիրելի կերակուր է։ ) 30 մ հեռավորության վրա Վայրի բնության այս «ձեռքբերումները» ավելի բարձր են, քան արձագանգների, ուլտրաձայնային ռադարների, թերությունների դետեկտորների և նույնիսկ ռադարների ոլորտում ստացված արդյունքները։ Նման օրինակները շատ են։ Սակայն պետք է ընդգծել, որ բիոնիկան նպատակ ունի ոչ թե կուրորեն ընդօրինակել կենսաբանական համակարգերը, այլ բացահայտել դրանց կառուցման սկզբունքները։
Գլուխ I
ԿԵՆՍԱՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՆՅՈՒԹԻ ՕԳՏԱԳՈՐԾՈՒՄԸ ՖԻԶԻԿԱՅԻ ԴԱՍԵՐՈՒՄ
Ուսանողներին կենսաֆիզիկական նյութին ծանոթացնելու եղանակներն էապես չեն տարբերվում տեխնոլոգիայի տարրերին նրանց ծանոթացնելու եղանակներից։ Ֆիզիկան տեխնոլոգիայի հիմքն է. Մյուս կողմից, ֆիզիկան լայնորեն օգտագործվում է կենսաբանության հետազոտությունների համար և օգնում է հասկանալ կենսաբանական օբյեկտների կառուցվածքի և կյանքի առանձնահատկությունները:
Արդեն առաջին դասերին երեխաները սովորում են, որ բոլոր բնական գիտություններն օգտագործում են ֆիզիկայի օրենքները։ Այս գաղափարը պետք է հստակեցվի ու ընդլայնվի։ Ֆիզիկա առարկայի հետ առաջին ծանոթության ժամանակ ցանկալի է ուսանողներին ցույց տալ դրա օրենքների կիրառելիությունը մարդկանց և բույսերի, թռչունների, ձկների և այլնի կյանքում: Դա անելու համար կարող եք համեմատել թռչունների, միջատների և ինքնաթիռների թռիչքը: , խոսեք անլսելի հնչյունների դաշտում կենդանական աշխարհում գտնվելու մասին։ Կարող եք, օրինակ, խոսել այն մասին, որ խլուրդի մարմնի կառուցվածքի ուսումնասիրությունն օգնեց ինժեներներին ստեղծել հողատարածք մեքենա, իսկ դելֆինների և ձկների դիտարկումները օգնում են բարելավել սուզանավերը: Հայտնի են Լեոնարդո դա Վինչիի դասական դիտարկումները թռչունների թռիչքի և նրանց թևերի ձևավորման վերաբերյալ և ժամանակակից ինժեներների կողմից այդ գաղափարների օգտագործումը ինքնաթիռների, թռչող անիվների և հրթիռների նախագծման մեջ: Կարևոր է, որ առաջին դասերից աշակերտների մտքերում դրոշմվի այն միտքը, որ ֆիզիկան բանալին է ինչպես անշունչ, այնպես էլ կենդանի բնության երևույթները հասկանալու համար:
Ֆիզիկայի նոր նյութ ներկայացնելիս լավագույնն է պատկերավոր կենսաֆիզիկական տեղեկատվություն ներկայացնել հենց ուսուցչին: Դա կարող է լինել ինչպես կենդանի օրգանիզմներին բնութագրող թվային տվյալներ, այնպես էլ կենսաբանության մեջ օգտագործվող հետազոտական մեթոդների նկարագրություն, ինչպես նաև բժշկական կամ կենսաբանական սարքավորումների հակիրճ տվյալներ:
Նոր նյութի ներկայացումը կարելի է փոխարինել զրույցով, հատկապես ցածր դասարաններում։ Ուսուցիչը վկայակոչում է աշակերտների կենսափորձը, այն տեղեկատվությունը, որը նրանք ստացել են տարրական դպրոցում սովորելիս, բուսաբանության, աշխարհագրության և հարակից այլ առարկաների դասերին: Կենդանի բնության ֆիզիկայի խնդիրների լուծումը կարող է կարևոր դեր խաղալ կենսաֆիզիկայի տարրերին ծանոթանալու գործում: Օրինակ, օգտագործելով սպորտային ռեկորդների աղյուսակը վազքի, չմուշկներով սահելու և այլնի համար, կարող եք գտնել միջին արագություններ, պրակտիկա փոխարկել արագության միավորները մի համակարգից մյուսը:
Անցյալը կրկնելիս հնարավոր է նաև կենսաֆիզիկական նյութ ներգրավել։ Աշխատանքի այս ձևն օգտագործել ենք որոշ թեմաներ ուսումնասիրելուց հետո, ուսումնական տարվա վերջում և ավարտական քննություններից առաջ կրկնելիս։ Անվանենք վերանայման կրկնության մի քանի թեմաներ՝ մեխանիկա վայրի բնության մեջ, էլեկտրականություն և վայրի բնություն, օպտիկա և կյանքը, էլեկտրամագնիսական դաշտերի ազդեցությունը կենդանիների և բույսերի օրգանիզմների վրա։
Նպատակահարմար է ներկայացնել կենսաֆիզիկական մի շարք խնդիրներ՝ օգտագործելով որոշ ֆիլմերի և ժապավենների հատվածներ, գծագրեր, դիագրամներ և աղյուսակներ, ինչպես նաև կենսաբանության դասասենյակում առկա տեսողական նյութեր:
Ամենից հաճախ ֆիզիկայի ուսուցիչները կենսաբանության դասարանում կարող են ձեռք բերել սարքավորումների միայն շատ սահմանափակ տեսականի (մանրադիտակ, աչքի, ականջի մոդելներ, համապատասխան աղյուսակներ): Մինչդեռ սա հեռու է կենսաբանության դասասենյակներում առկա բոլոր սարքավորումներից, որոնք կարող են օգտակար օգտագործվել ֆիզիկայի ուսումնասիրության մեջ: Արդեն մեր առաջին կենսաֆիզիկական «Ֆիզիկա և բժշկություն» երեկոյի ժամանակ կենսաբանության կաբինետից օգտագործեցինք հետևյալ սարքավորումները՝ թոքերի կենսական ծավալը չափող սարք, արյան ճնշումը չափող սարք, աչքի և ականջի մոդելներ, մկանային ուժը չափող դինամոմետրեր։
Հետագայում, մեր աշխատանքի պրակտիկայում, ուսանողներին ծանոթացնելով կենսաֆիզիկայի տարրերին, մենք փորձեցինք այդ նպատակով օգտագործել նաև կենսաբանության դասասենյակի սարքավորումները. «Աղյուսակներ մարդու անատոմիայի և ֆիզիոլոգիայի մասին» Ա. Ա.Ա. Յախոնտով բազմագույն աղյուսակների շարք, հերբարիումներ և թիթեռների, ճպուռների, բզեզների, կրիաների և այլնի հավաքածուներ: Օգտակար է նաև ցուցադրել կենսաբանության վերաբերյալ որոշ ուսումնական ֆիլմեր և ֆիլմերի ժապավեններ:
Հետագայում մենք կնշենք, թե որտեղ և ինչ տեսողական և տեխնիկական միջոցներ կարող են օգտագործվել, ինչպես նաև, թե ուսանողներն իրենք ինչ տեսողական միջոցներ կարող են պատրաստել։
§ 1. Կենսաֆիզիկայի տարրերը մեխանիկայի ուսումնասիրության մեջ
Շարժում և ուժեր
VI դասարանում «Շարժում և ուժեր» թեման ուսումնասիրելիս աշակերտներին կարելի է ծանոթացնել տարբեր կենդանի էակների շարժման արագություններին: Խխունջը 1 ժամում սողում է մոտ 5,5 մ, կրիան շարժվում է մոտ 70 մ/ժ արագությամբ, ճանճը թռչում է 5 մ/վ արագությամբ։ Քայլելու միջին արագությունը մոտ 1,5 մ/վ է կամ մոտ 5 կմ/ժ։ Հետևակային զորամասը կարող է շարժվել մինչև 7 կմ/ժ արագությամբ։ Ձին կարողանում է շարժվել 6-ից 30 կմ/ժ և ավելի արագությամբ։
Միջին գծի կենդանիներից ամենաարագը վազում է նապաստակը, որի արագությունը հասնում է 50-60 կմ/ժ-ի: Նրան մի փոքր զիջում է գայլը, որը կարող է վազել մինչև 45 կմ/ժ արագությամբ։ ;
Շատ ձկներ շարժվում են միջինը մոտ 4 կմ/ժ արագությամբ, սակայն նրանցից ոմանք ունակ են շատ ավելի մեծ արագության հասնելու. օրինակ՝ թուրը կարող է զարգացնել մինչև 90 կմ/ժ արագություն։
Հետաքրքիր է դիտարկել նաև ձկների շարժման արագությունների աղյուսակում տրված թվերը։
Այստեղ շատ կարևոր է ուշադրություն դարձնել ձկների արագության գնահատմանը վայրկյանում սանտիմետրերով, ինչպես նաև մարմնի երկարությամբ մեկ վայրկյանում։ Ըստ այս տվյալների՝ իշխանը ամենաարագն է ստացվում, թեև նրա արագության բացարձակ արժեքը համեմատաբար փոքր է։
Օգտագործելով կենդանական աշխարհի տարբեր ներկայացուցիչների արագության տվյալները՝ հնարավոր է լուծել տարբեր տեսակի խնդիրներ։ Եկեք նայենք դրանցից մի քանիսին:
Կոխլեայի շարժման արագությունը 0,9 մմ/վ է։ Արտահայտեք այս արագությունը սմ/րոպե, մ/ժ:
Թափառական բազեն, որսին հետապնդելով, սուզվում է 300 կմ/ժ արագությամբ։ Որքա՞ն է այն անցնում 5 վայրկյանում:
1 Շատ կենդանի էակների արագությունը արտահայտվում է հատուկ արժեքով, որը հավասար է նրանց մարմնի երկարությունների քանակին, որոնք նրանք շարժվում են վայրկյանում։
Փոխադրող աղավնի թռիչքի արագությունը 1800 մ/ր. Արտահայտե՛ք այս արժեքը կմ/ժ-ով: Որքա՞ն է աղավնու անցած ճանապարհը 3 ժամ թռիչքի ընթացքում: Հնարավո՞ր է արդյոք 60 կմ/ժ միջին արագությամբ մեքենայով շրջանցել աղավնուն։
Հայտնի է, որ կաղնու միջին աճի տեմպը կազմում է մոտ 30 սմ/տարի։ Քանի՞ տարեկան է 6,3 մ բարձրությամբ ծառը:
Խորհրդային մարզիկ Վլադիմիր Կուցը վազել է 5000 մ 815 վայրկյանում։ Որոշեք դրա արագությունը կմ/ժ-ով:
Հեռ. քաշը Խտություն
«Մարմնի զանգված» հասկացությանը ծանոթանալիս և նյութի խտությունը և մարմնի զբաղեցրած ծավալը որոշելու առաջադրանքներ կազմելիս մենք օգտագործել ենք լրացուցիչ աղյուսակային տվյալներ (Աղյուսակ 2):
Օրինակ. Որոշեք կեչու փայտի զանգվածը, եթե դրա ծավալը 5 մ3 է։
Օրինակ. Որքա՞ն է կտավատի յուղի զանգվածը, որը զբաղեցնում է 5 լիտր ծավալ:
Օրինակ. Որոշե՛ք չոր բամբուկի ծավալը, եթե նրա զանգվածը 4800 կգ է։
Ձգողականություն. Մարմնի քաշը
Այս թեման ուսումնասիրելիս կարող եք իրականացնել հետևյալ ուսումնական աշխատանքը. Տրված են տարբեր կաթնասունների զանգվածները՝ կետ՝ /0000 կգ, փիղ՝ 4000 կգ, ռնգեղջյուր՝ 2000 կգ, ցուլ՝ 1200 կգ, արջ՝ 400 կգ, խոզ՝ 200 կգ, մարդ՝ 70 կգ, գայլ՝ 10 կգ, նապաստակ: - 6 կգ. Գտեք նրանց քաշը նյուտոններով:
Նույն տվյալները կարող են օգտագործվել ուժերը գրաֆիկորեն պատկերելու համար:
Եվս մի քանի հետաքրքիր տեղեկատվություն կարելի է տրամադրել ճանապարհին:
Ամենամեծ կենդանիները պատկանում են կաթնասունների դասին, որոնցից կապույտ կետը հատկապես աչքի է ընկնում չափերով և քաշով։ Օրինակ՝ բռնված կետերից մեկի երկարությունը հասնում էր 33 մ-ի և կշռում էր 1500 կն, ինչը համապատասխանում էր 30 փղի կամ 150 ցլի քաշին։ Ամենամեծ ժամանակակից թռչունը աֆրիկյան ջայլամն է, որի բարձրությունը հասնում է 2,75 մ-ի, երկարությունը՝ 2 լիտրի (կտուցի ծայրից մինչև պոչի ծայրը) և կշռում է 75 կգ։ Ամենափոքր թռչունները կոլիբրիներն են: Տեսակներից մեկի կոլիբրիներն ունեն մոտ 2 գ զանգված, թեւերի բացվածքը՝ 3,5 սմ։
Շփման և դիմադրության ուժեր:
Շփում կենդանի օրգանիզմներում
Շփման ուժերի խնդիրը նշելիս կարելի է մեծ քանակությամբ կենսաֆիզիկական նյութ օգտագործել: Հայտնի է, որ շփումը նվազեցնելու համար օգտագործվող հեղուկները (յուղ, խեժ և այլն) միշտ ունեն զգալի մածուցիկություն։ Կենդանի օրգանիզմում նույնն է՝ շփումը նվազեցնելու համար ծառայող հեղուկները միևնույն ժամանակ շատ մածուցիկ են։
Արյունը, օրինակ, հեղուկ է, որն ավելի մածուցիկ է, քան ջուրը։ Անոթային համակարգով շարժվելիս այն դիմադրում է ներքին շփման և անոթների մակերեսի շփման պատճառով: Որքան բարակ են անոթները, այնքան մեծ է շփումը և արյան ճնշումը նվազում։
Հոդերի ցածր շփումը պայմանավորված է նրանց հարթ մակերեսով, սինովիալ հեղուկով քսումով: Սնունդը կուլ տալու ժամանակ թուքը քսելու դեր է խաղում։ Մկանների կամ ջլերի շփումը ոսկորների դեմ կրճատվում է պայուսակների կողմից հատուկ հեղուկի արտազատման պատճառով, որոնցում դրանք գտնվում են: Նման օրինակների թիվը կարելի է շարունակել։
Շարժման օրգանների աշխատանքային մակերեսների համար էական է զգալի շփում։ Շարժման համար անհրաժեշտ պայման է շարժվող մարմնի և «աջակցության» հուսալի «կապը»։ Բռնելը ձեռք է բերվում կամ վերջույթների վրա գտնվող կետերով (ճանկեր, սմբակների սուր եզրեր, պայտի հասկեր), կամ փոքր անկանոնություններով, օրինակ՝ խոզանակներով, թեփուկներով, տուբերկուլյոզներով և այլն: Զգալի շփում է անհրաժեշտ նաև օրգանները բռնելու համար: Նրանց ձևը հետաքրքիր է. սրանք կամ աքցան են, հուզիչ
երկու կողմից առարկա կամ թելեր, որոնք պարուրում են այն (հնարավորության դեպքում՝ մի քանի անգամ): Ձեռքը համատեղում է ֆորսպսի գործողությունը և ամբողջ ծածկույթը բոլոր կողմերից; ափի փափուկ մաշկը լավ կպչում է այն առարկաների կոշտությանը, որոնք պետք է պահել:
Շատ բույսեր և կենդանիներ ունեն տարբեր օրգաններ, որոնք ծառայում են բռնելու համար (բույսերի ալեհավաքները, փղի բունը, մագլցող կենդանիների համառ պոչերը և այլն)։ Դրանք բոլորն ունեն ոլորելու համար հարմար ձև և շփման գործակիցը մեծացնելու համար կոպիտ մակերես (նկ. 1):
Կենդանի օրգանիզմների մոտ տարածված են ադապտացիաները (բուրդ, խոզանակներ, թեփուկներ, մակերևույթին թեք տեղակայված հասկեր), որոնց պատճառով շփումը փոքր է մեկ ուղղությամբ շարժվելիս և մեծ է հակառակ ուղղությամբ շարժվելիս։ Հողային ճիճու շարժումը հիմնված է այս սկզբունքի վրա. Խոզանակները, ուղղված դեպի ետ, ազատորեն անցնում են ճիճու մարմինը առաջ, բայց արգելակում են հակառակ շարժումը։ Երբ մարմինը երկարացվում է, գլխի հատվածը շարժվում է առաջ, իսկ պոչի մասը մնում է տեղում, իսկ կծկվելիս գլխի հատվածը երկարաձգվում է, իսկ պոչի հատվածը դեպի վեր է քաշվում։
Տարբեր ուղղություններով շարժվելիս դիմադրության փոփոխություն նկատվում է նաև շատ ջրային թռչունների մոտ։ Օրինակ՝ բադերի կամ սագերի ոտքերի վրա լողացող թաղանթները օգտագործվում են թիակների նման։ Ոտքը հետ տանելիս բադն ուղղած թաղանթով ջուր է հանում, իսկ առաջ շարժվելիս բադը շարժում է մատները՝ դիմադրությունը նվազում է, ինչի արդյունքում բադը առաջ է շարժվում։
Լավագույն լողորդները ձկներն ու դելֆիններն են։ Շատ ձկների արագությունը հասնում է ժամում տասնյակ կիլոմետրերի, օրինակ՝ կապույտ շնաձկան արագությունը մոտ 36 կմ/ժ է։ Ձկները կարող են զարգացնել նման արագություն՝ շնորհիվ մարմնի պարզ ձևի, գլխի կոնֆիգուրացիայի, որն առաջացնում է ցածր քաշք1:
1 Ձկների մարմնի պարզեցված ձևի պատճառով դիմադրողականության նվազումը կարելի է պատկերել լցոնված թառի, պիկի վրա; կարող եք նաև ցույց տալ «Շնաձուկ» աղյուսակը Ա.Ա.Յախոնտովի «Կենդանիների աշխարհը» շարքից։
Մասնագետների հետաքրքրությունը գրավել է դելֆինների՝ մեծ արագությամբ առանց մեծ ջանքերի ջրի մեջ շարժվելու ունակությունը (նավի աղեղի մոտ 55-60 կմ/ժ, ազատ լողալը՝ 30-40 կմ/ժ): Նշվել է, որ շարժվող դելֆինի շուրջը տեղի է ունենում միայն թեթև շիթ (լամինար) շարժում, որը չի վերածվում հորձանուտի (փոթորիկ):
Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ դելֆինի «հակատուրբուլենտության» գաղտնիքը.
թաքնված նրա մաշկի մեջ: Այն բաղկացած է երկու շերտից՝ արտաքին, չափազանց առաձգական, 1,5 մմ հաստությամբ և ներքին, խիտ, 4 մմ հաստությամբ:
Այս շերտերի միջև կան ելքեր կամ հասկեր։ Ստորև բերված են խիտ հյուսված մանրաթելեր, որոնց միջև տարածությունը մի քանի սանտիմետր է լցված ճարպով:
Այս մաշկը գործում է որպես հիանալի կափույր: Բացի այդ, դելֆինի մաշկը մշտապես ունի հատուկ «քսանյութի» բարակ շերտ, որն արտադրվում է հատուկ գեղձերի կողմից։ Սա նվազեցնում է շփման ուժը:
1960 թվականից արտադրվել են արհեստական խոնավեցնող ծածկույթներ, որոնք իրենց հատկություններով նման են «դելֆինի մաշկին»: Եվ արդեն առաջին փորձերը տորպեդոյի և նման կաշվով պատված նավակի հետ հաստատեցին ջրի դիմադրությունը 40-60%-ով նվազեցնելու հնարավորությունը։
Հայտնի է, որ ձկները շարժվում են դպրոցներում: Փոքր ծովային ձկները քայլում են երամի մեջ, որը նման է կաթիլի ձևին, մինչդեռ ջրի դիմադրությունը հոտի շարժմանը ամենաքիչն է:
Շատ թռչուններ հավաքվում են շղթայով կամ դպրոցում հեռավոր թռիչքների ժամանակ: Վերջին դեպքում, ավելի ուժեղ թռչունը թռչում է առաջ, նրա մարմինը կտրում է օդը, ինչպես նավի կիլիան կտրում է ջուրը: Մնացած թռչունները թռչում են այնպես, որ պահպանեն դպրոցի սուր անկյունը; նրանք բնազդաբար պահպանում են ճիշտ դիրքը կապարի թռչնի նկատմամբ, քանի որ այն համապատասխանում է դիմադրության նվազագույն ուժերին:
թռիչքի պլանավորում. Սահող թռիչքը բավականին հաճախ է նկատվում ինչպես բուսական, այնպես էլ կենդանական թագավորությունում։ Շատ մրգեր և սերմեր հագեցված են կամ մազի կապոցներով (դանդելիոն, բամբակ և այլն), որոնք գործում են պարաշյուտի պես, կամ օժանդակ ինքնաթիռներով՝ պրոցեսների և ելուստների տեսքով (փշատերևներ, թխկի, կեչի, լորենի և շատ հովանոցային): Որոշ մրգեր և սերմեր, որոնք հագեցած են «գլեյդերներով», ներկայացված են Նկար 2-ում, ա.
Բույսերի սլայդերները շատ առումներով նույնիսկ ավելի զարգացած են, քան տեխնածինները: Նրանք իրենց քաշի համեմատ շատ ավելի մեծ բեռ են բարձրացնում, բացի այդ, ավելի կայուն են։
Հետաքրքիր է թռչող սկյուռների, կոլեոպտերանների և չղջիկների մարմնի կառուցվածքը (նկ. 2բ): Նրանք օգտագործում են իրենց թաղանթները մեծ թռիչքներ կատարելու համար։ Այսպիսով, թռչող սկյուռիկները կարող են ցատկել մինչև 20 - 30 մ հեռավորության վրա մի ծառի գագաթից մինչև մյուսի ստորին ճյուղերը:
Հեղուկների և գազերի ճնշում
Մթնոլորտային ճնշման դերը կենդանի օրգանիզմների կյանքում.
Մարդու մարմնի վրա, որի մակերեսը՝ 60 կգ զանգվածով և 160 սմ բարձրությամբ, մոտավորապես հավասար է 1,6 մ2, մթնոլորտային ճնշման պատճառով ազդում է 160 հազար ն ուժի վրա։ Ինչպե՞ս է մարմինը դիմանում նման հսկայական բեռի:
Սա ձեռք է բերվում այն պատճառով, որ մարմնի անոթները լցնող հեղուկների ճնշումը հավասարակշռում է արտաքին ճնշումը։
Այս խնդրի հետ սերտորեն կապված է մեծ խորություններում ստորջրյա գտնվելու հավանականությունը։ Փաստն այն է, որ մարմնի տեղափոխումը մեկ այլ բարձրության մակարդակի հանգեցնում է նրա գործառույթների խզմանը: Դա պայմանավորված է, մի կողմից, անոթների պատերի դեֆորմացմամբ, որոնք նախատեսված են ներսից և դրսից որոշակի ճնշման համար: Բացի այդ, երբ ճնշումը փոխվում է, փոխվում է նաեւ բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաների արագությունը, ինչի արդյունքում փոխվում է նաեւ մարմնի քիմիական հավասարակշռությունը։ Ճնշման աճով տեղի է ունենում մարմնի հեղուկների կողմից գազերի կլանման ավելացում, իսկ ճնշման նվազմամբ՝ լուծված գազերի արտազատում։ Գազերի ինտենսիվ արտազատման պատճառով ճնշման արագ նվազմամբ արյունը, կարծես, եռում է, ինչը հանգեցնում է արյունատար անոթների խցանման, հաճախ մահացու: Սա որոշում է առավելագույն խորությունը, որով կարող են իրականացվել սուզման գործողություններ (որպես կանոն, ոչ ցածր, քան 50 մ): Ջրասուզակների իջեցումը և բարձրացումը պետք է լինի շատ դանդաղ, որպեսզի գազերի արտազատումը տեղի ունենա միայն թոքերում, և ոչ անմիջապես ամբողջ շրջանառության համակարգում:
Հետաքրքիր է ավելի մանրամասն վերլուծել մթնոլորտային ճնշման պատճառով գործող օրգանների աշխատանքի սկզբունքը։
Մթնոլորտային ճնշման պատճառով գործող օրգանների աշխատանքը. ծծելու մեխանիզմ. Մկանային ջանքերը (լեզվի, քիմքի մկանների կծկումը և այլն) բերանի խոռոչում բացասական ճնշում են ստեղծում (հազվադեպ), իսկ մթնոլորտային ճնշումը հեղուկի մի մասը մղում է այնտեղ։
Տարբեր տեսակի ներծծող բաժակների գործողության մեխանիզմը. Ծծողները ունեն կամ կիսագնդաձև ամանի ձև՝ կպչուն եզրերով և բարձր զարգացած մկաններով (եզրերը սեղմվում են որսի վրա, այնուհետև ծծողի ծավալը մեծանում է. տզրուկների և գլխոտանի ծծողները կարող են օրինակ ծառայել), կամ դրանք բաղկացած են. նեղ գրպանների տեսքով մաշկի ճիրանների շարք: Ծայրերը կիրառվում են այն մակերեսի վրա, որի վրա պետք է պահել; երբ փորձում եք քաշել ներծծող բաժակը, գրպանների խորությունը մեծանում է, դրանցում ճնշումը նվազում է, և մթնոլորտային ճնշումը (ջրային կենդանիների համար՝ ջրի ճնշումը) ավելի ուժեղ սեղմում է ներծծող բաժակը մակերեսին: Օրինակ, կպչուն ձուկը կամ ռեմորան ունի ծծող, որը զբաղեցնում է նրա գլխի գրեթե ամբողջ երկարությունը։ Այս ձուկը կպչում է այլ ձկների, քարերի, ինչպես նաև նավակների և նավերի վրա: Այն այնքան ամուր է կպչում, որ ավելի հեշտ է կոտրել, քան հանել, ինչի շնորհիվ կարող է ծառայել որպես ձկնորսական կարթ։
Նկար 3-ում պատկերված է մի մահակ՝ կաղամարների ամենաերկար թակարդի երկու շոշափուկներից մեկի ծայրը, այն խիտ նստած է տարբեր չափերի ծծիչներով:
Նման կերպ դասավորված են խոզի երիզորդու ծծողները, որոնց օգնությամբ այս երիզորդը կպչում է մարդու աղիքի պատին։
Այս ծծողների կառուցվածքը կարելի է ցույց տալ թաց երիզորդների պատրաստման վրա, որը հասանելի է կենսաբանության սենյակում:
Քայլում է կպչուն հողի վրա. Մթնոլորտային ճնշման ազդեցությունը շատ նկատելի է մածուցիկ հողի վրա քայլելիս (ճահճի ներծծող ազդեցություն)։ Երբ ոտքը բարձրացվում է, դրա տակ հազվագյուտ տարածություն է ձևավորվում. ավելորդ արտաքին ճնշումը կանխում է ոտքի բարձրացումը: Ճնշման ուժը չափահաս մարդու ոտքի վրա Նկ. 3.
կարող է հասնել 1000 k-ի: Դա հատկապես ակնհայտ է ձիով քայլելիս, որի կոշտ սմբակը գործում է մխոցի պես:
Ինհալացիա և արտաշնչման մեխանիզմ. Թոքերը գտնվում են կրծքավանդակում և բաժանված են նրանից և դիֆրագմայից հերմետիկ խոռոչով, որը կոչվում է պլևրալ խոռոչ։ Կրծքավանդակի ծավալի աճով մեծանում է պլևրալ խոռոչի ծավալը, և դրանում օդի ճնշումը նվազում է և հակառակը։ Քանի որ թոքերը* առաձգական են, դրանցում ճնշումը կարգավորվում է միայն պլևրալ խոռոչի ճնշմամբ։ Ներշնչելիս կրծքավանդակի ծավալը մեծանում է, ինչի պատճառով ճնշումը պլևրալ խոռոչում նվազում է (նկ. 4.6); սա առաջացնում է թոքերի ծավալի ավելացում գրեթե 1000 մլ-ով: Միևնույն ժամանակ, դրանցում ճնշումը դառնում է ավելի քիչ, քան մթնոլորտայինը, և օդը շնչուղիներով ներթափանցում է թոքեր: Արտաշնչելիս կրծքավանդակի ծավալը նվազում է (նկ. 4գ), ինչի պատճառով պլևրալ խոռոչում մեծանում է ճնշումը, որն առաջացնում է թոքերի ծավալի նվազում։ Դրանցում օդի ճնշումը դառնում է ավելի բարձր, քան մթնոլորտայինը, և թոքերից օդը շտապում է շրջակա միջավայր:
Նորմալ հանգիստ շնչով ներշնչվում է մոտ 500 մլ օդ, նույնքան արտաշնչվում է նորմալ արտաշնչման ժամանակ, իսկ թոքերի օդի ընդհանուր ծավալը մոտ 7 լ է։
1 Ինհալացիա-արտաշնչման մեխանիզմը բացատրելու համար կարող է օգտագործվել կրծքավանդակի խոռոչի մոդելային դիագրամ, որը հասանելի է կենսաբանական գրասենյակում: Այստեղ կարելի է ցուցադրել ջրային սպիրոմետր, որը ծառայում է թոքերի կենսական հզորությունը չափելու համար։ Այս թեման ուսումնասիրելիս կարելի է ցուցադրել նաև «Շնչառական օրգանների կառուցվածքը և գործառույթները» ֆիլմը, որը թողարկվել է 1964 թվականին Լենինգրադի ուսումնական կինոստուդիայի կողմից։
Սիրտը պոմպ է:
Սիրտը զարմանալի պոմպ է, որն անդադար աշխատում է մարդու ողջ կյանքի ընթացքում։
Այն 1 վայրկյանում մղում է 0,1 լիտր արյուն, րոպեում 6 լիտր, 1 ժամում՝ 360 լիտր, մեկ օրում՝ 8640 լիտր, մեկ տարում ավելի քան 3 միլիոն լիտր և կյանքի 70 տարվա ընթացքում՝ մոտ 220 միլիոն, լ.
Եթե սիրտը արյունը չի մղում փակ համակարգով, այլ այն մղում էր ինչ-որ ջրամբար, ապա հնարավոր կլիներ լցնել 100 մ երկարությամբ (ՀՀ) մ լայնությամբ և 22 մ խորությամբ լողավազան:
Պուֆերֆիշը գոյության պայքարում. Հետաքրքիր է գազային օրենքների «կիրառումը» ձկան տեսակի՝ փրփուրի կյանքում։ Ապրում է Հնդկական օվկիանոսում և Միջերկրական ծովում։ Նրա մարմինը խիտ կետավոր է բազմաթիվ հասկերով՝ փոփոխված թեփուկներով; հանգստի ժամանակ նրանք քիչ թե շատ մոտ են մարմնին։ Երբ վտանգ է առաջանում, փխրուն ձուկը անմիջապես շտապում է ջրի երես և, օդը կուլ տալով աղիքներ, վերածվում է ուռած գնդիկի. հասկերը բարձրանում են և դուրս են մնում բոլոր ուղղություններով (նկ. 5): Ձուկը պահվում է մակերեսի մոտ՝ փորով թեքվելով, իսկ մարմնի մի մասը դուրս է ցցվում ջրից վեր։ Այս դիրքում փխրուն ձուկը պաշտպանված է գիշատիչներից և՛ ներքևից, և՛ վերևից։ Երբ վտանգն անցնում է, փրփրացող ձուկը օդ է բաց թողնում, և նրա մարմինը ստանում է համապարփակ ձև։
Հիդրոստատիկ սարքեր վայրի բնության մեջ. Վայրի բնության մեջ կան շագանակագեղձի հետաքրքիր ապարատներ: Օրինակ, nautilus ցեղի գլխոտանիները ապրում են պատյաններում, որոնք բաժանված են միջնորմներով առանձին խցիկների մեջ (նկ. 6): Կենդանին ինքն է զբաղեցնում վերջին խցիկը, իսկ մնացածը լցված են գազով։ Փափկամարմինը հատակը սուզվելու համար պատյանը ջրով է լցնում, այն ծանրանում է և հեշտությամբ սուզվում։ Մակերեւույթ լողալու համար նաուտիլուսը գազ է մղում կեղևի խցիկները. գազը տեղահանում է ջուրը, իսկ լվացարանը թափվում է:
Հեղուկն ու գազը պատյանում ճնշման տակ են, ինչի պատճառով էլ մարգարտյա տունը չի պայթում անգամ 4 սմ1.հարյուր մետր խորության վրա։
Ծովային աստղերի, ծովային ոզնիների, հոլոտուրյանների տեղափոխման հետաքրքիր միջոց, որոնք շարժվում են հիդրո-տիտային ճնշումների տարբերության պատճառով։ Ծովային աստղի բարակ, խոռոչ և առաձգական ոտքերը շարժվելիս ուռչում են: Դպնլսիպեմի տակ գտնվող մարմիններ-պոմպեր ջուր են մղում դրանց մեջ։ Ջուրը ձգում է նրանց, առաջ են քաշում, կպչում քարերին։ Ծծված ոտքերը սեղմվում են և առաջ են քաշում ծովային աստղերին, այնուհետև ջուրը մղվում է մյուս ոտքերի մեջ, և մեքենաները շարժվում են առաջ: Ծովային աստղերի միջին արագությունը մոտ 10 մ/ժ է։ Բայց, մյուս կողմից, այստեղ ձեռք է բերվում շարժման ամբողջական մարում:
Արքիմեդյան ուժ
Ձուկ. Ջրային միջավայրում բնակվող կենդանի օրգանիզմների խտությունը շատ քիչ է տարբերվում ջրի խտությունից, ուստի նրանց քաշը գրեթե ամբողջությամբ հավասարակշռված է Արքիմեդյան ուժի կողմից։ Դրա շնորհիվ ջրային կենդանիներին պետք չեն այնպիսի զանգվածային կմախքներ, ինչպիսիք են ցամաքայինները (նկ. 7):
Հետաքրքիր է ձկների մեջ լողալու միզապարկի դերը. Սա ձկան մարմնի միակ մասն է, որն ունի նկատելի սեղմելիություն. Կրծքավանդակի և որովայնի մկանների ջանքերով պղպջակը սեղմելով՝ ձուկը փոխում է իր մարմնի ծավալը և դրանով իսկ միջին խտությունը, ինչի շնորհիվ նա կարող է որոշակի սահմաններում կարգավորել իր սուզման խորությունը։
Ջրային թռչուններ. Ջրային թռչունների կյանքում կարևոր գործոն է փետուրների և փետուրների հաստ շերտի առկայությունը, որը ջուրը չի թողնում, որը պարունակում է զգալի քանակությամբ օդ; թռչնի ամբողջ մարմինը շրջապատող այս յուրահատուկ օդային պղպջակի պատճառով նրա միջին խտությունը շատ ցածր է: Սա բացատրում է այն փաստը, որ բադերը և այլ ջրային թռչունները լողալիս շատ չեն սուզվում։
Արծաթե սարդ: Ֆիզիկայի օրենքների տեսանկյունից շատ հետաքրքիր է արծաթե սարդի գոյությունը։ Արծաթե սարդն իր կացարանը՝ ստորջրյա զանգը, կազմակերպում է ամուր ցանցից: Այստեղ սարդը մակերեսից օդային պղպջակներ է բերում՝ երկար մնալով որովայնի բարակ մազերի արանքում։ Զանգի մեջ նա հավաքում է օդի պաշար, որը ժամանակ առ ժամանակ լրացնում է; դրա շնորհիվ սարդը կարող է երկար ժամանակ մնալ ջրի տակ։
Ջրային բույսեր. Շատ ջրային բույսեր, չնայած իրենց ցողունների ծայրահեղ ճկունությանը, պահպանում են ուղիղ դիրքը, քանի որ նրանց ճյուղերի ծայրերում օդի մեծ փուչիկները պարփակված են՝ կատարելով լողացողների դեր։
Ջրային շագանակ. Հետաքրքիր ջրային բույս է չիլիմը (ջրային պրեքս): Աճում է Վոլգայի հետնամասում, լճերում և գետաբերաններում։ Նրա պտուղները (ջրային ընկույզները) հասնում են 3 սմ տրամագծով և ունեն ծովային խարիսխի նման մի քանի սուր եղջյուրներով կամ առանց դրա։ Այս «խարիսխը» ծառայում է երիտասարդ բողբոջող բույսը հարմար տեղում պահելու համար։ Երբ չիլիմը մարում է, ծանր պտուղները սկսում են գոյանալ ջրի տակ: Նրանք կարող էին խեղդել բույսը, բայց հենց այդ ժամանակ այտուցներ են առաջանում տերևների կոթունների վրա՝ մի տեսակ «փրկարար գոտի»։ Սա մեծացնում է բույսերի ստորջրյա հատվածի ծավալը. հետևաբար, լողացող ուժը մեծանում է: Սա հավասարակշռություն է ձեռք բերում պտղի քաշի և այտուցի հետևանքով առաջացած լողացող ուժի միջև:
Լողի սիֆոնոֆոր. Կենդանաբանները սիֆոնոֆորներին անվանում են աղիքային կենդանիների հատուկ խումբ։ Ինչպես մեդուզաները, նրանք ազատ լողացող ծովային կենդանիներ են։ Սակայն, ի տարբերություն առաջինների, նրանք կազմում են բարդ գաղութներ՝ խիստ արտահայտված պոլիմորֆիզմով*։ Գաղութի հենց վերևում սովորաբար լինում է անհատ, որի օգնությամբ ամբողջ գաղութը պահվում է ջրի սյունակում և շարժվում՝ սա գազ պարունակող պղպջակ է։ Գազը արտադրվում է հատուկ գեղձերի միջոցով։ Այս փուչիկի երկարությունը երբեմն հասնում է 30 սմ-ի:
Այս բաժնի հարուստ կենսաֆիզիկական նյութը հնարավորություն է տալիս վեցերորդ դասարանցիների հետ դասերն անցկացնել բազմազան և հետաքրքիր:
Նկարագրենք, օրինակ, զրույց «Արքիմեդյան ուժ» թեմայի ուսումնասիրության ընթացքում։ Սովորողները ծանոթ են ձկների կյանքին, ջրային բույսերի առանձնահատկություններին: Նրանք արդեն ծանոթացել են լողացող ուժի գործողությանը։ Աստիճանաբար մենք նրանց հասցնում ենք հասկանալու Արքիմեդի օրենքի դերը ջրային միջավայրի բոլոր արարածների համար: Զրույցը սկսում ենք հարցեր տալով՝ ինչո՞ւ ձուկն ավելի թույլ կմախք ունի, քան ցամաքում ապրող արարածները։ Ինչու ջրիմուռներին պետք չեն կոշտ ցողուններ: Ինչու՞ է խրված կետը սատկում իր քաշի տակ: Ֆիզիկայի դասի այսպիսի անսովոր հարցերը զարմացնում են ուսանողներին։ Նրանք հետաքրքրված են. Մենք շարունակում ենք զրույցը և հիշեցնում տղաներին, որ ընկերոջը սատարելու համար ջրի մեջ շատ ավելի քիչ ուժ է պետք կիրառել, քան ափին (օդում): Ամփոփելով այս բոլոր փաստերը, ուղղորդելով ուսանողներին դրանց ճիշտ մեկնաբանությանը, մենք երեխաներին բերում ենք ֆիզիկական գործոնի ազդեցության (լողունակության ուժ, որը պարզվում է, որ շատ ավելի մեծ է ջրային միջավայրում, քան օդում) հեռու գնացող ընդհանրացման: ջրային արարածների և բույսերի զարգացման և կառուցվածքային առանձնահատկությունների մասին։
Նյուտոնի օրենքները
Իներցիայի որոշ դրսեւորումներ. Leguminous բույսերի հասած պատիճները, արագ բացվելով, նկարագրում են աղեղները: Այս պահին սերմերը, կտրվելով կցման վայրերից, իներցիայով շարժվում են շոշափելի դեպի կողքերը։ Սերմերի ցրման այս մեթոդը բավականին տարածված է բույսերի աշխարհում:
Ատլանտյան և Հնդկական օվկիանոսների արևադարձային գոտիներում հաճախ նկատվում է, այսպես կոչված, թռչող ձկների թռիչք, որոնք, փախչելով ծովային գիշատիչներից, դուրս են ցատկում ջրից և բարենպաստ քամով սահում են՝ անցնելով մինչև տարածություններ. 200 - 300 մ 5 - 7 մ օդի բարձրության վրա՝ պոչային լողակի արագ և ուժեղ թրթիռների պատճառով։ Սկզբում ձուկը շտապում է ջրի երեսով, ապա պոչի ուժեղ հարվածով նրան օդ է բարձրացնում։ Տարածված երկար կրծքային լողակներն ամրացնում են ձկան մարմինը սահադաշտի պես: Ձկների թռիչքը կայունանում է պոչի լողակներով. ձկները շարժվում են միայն իներցիայով։
Լողը և Նյուտոնի երրորդ օրենքը. Հեշտ է նկատել, որ շարժման ընթացքում ձկներն ու տզրուկները ջուրը ետ են մղում, իսկ իրենք՝ առաջ։ Լողացող տզրուկը մարմնի ալիքային շարժումներով ետ է մղում ջուրը, իսկ լողացող ձուկը՝ պոչի ալիքով։ Այսպիսով, ձկների և տզրուկների շարժումը կարող է ծառայել որպես Նյուտոնի երրորդ օրենքի օրինակ:
Թռիչք և Նյուտոնի երրորդ օրենքը. Միջատների թռիչքը հիմնված է թևերի թափահարման վրա (թաթափող թռիչք): Թռիչքի կառավարումն իրականացվում է գրեթե բացառապես թեւերի միջոցով: Փոփոխելով թևերի հարթության ուղղությունը՝ միջատները փոխում են շարժման ուղղությունը՝ առաջ, ետ, թռչել մի տեղ, շրջվել և այլն։ Թռիչքի ամենաճարտար միջատներից մի քանիսը ճանճերն են։ Օմին հաճախ կտրուկ շրջադարձեր է կատարում դեպի կողմը։ Դա ձեռք է բերվում մարմնի մի կողմի թեւերը կտրուկ անջատելով. նրանց շարժումը մի պահ դադարում է, մինչդեռ մարմնի մյուս կողմի թեւերը շարունակում են տատանվել, ինչը հանգեցնում է թռիչքի սկզբնական ուղղությունից դեպի կողմի շրջադարձի։ .
Թռիչքի ամենաբարձր արագությունը ունեն թիթեռները-բրաժ-ննկպ և ձիաճանճերը՝ 14 - 15 մ/վ: Ճպուռները թռչում են 10 մ/վ արագությամբ, թրիքի բզեզները՝ մինչև 7 մ/վ, մեղուները՝ մինչև 6 - 7 մ/վ: Միջատների թռիչքի արագությունը թռչունների համեմատ դանդաղ է։ Այնուամենայնիվ, եթե հաշվարկենք հարաբերական արագությունը (այն արագությունը, որով իշամեղուն, արագաշարժը, աստղիկը և ինքնաթիռը շարժվում են սեփական մարմնի երկարությանը հավասար հեռավորության վրա), ապա կստացվի, որ այն նվազագույնը կլինի ինքնաթիռ և ամենաշատը միջատների համար:
Հանս Լեոնարդո դա Վինչին ուսումնասիրել է թռչունների թռիչքը՝ ինքնաթիռները պտտելու ուղիներ փնտրելու համար: II-ին հետաքրքրում էր թռչունների թռիչքը։ Վ.Ժուկովսկին, որը մշակել է աերոդինամիկայի հիմունքները։ Այժմ թռչելու սկզբունքը կրկին գրավում է ինքնաշինարարների ուշադրությունը
Ռեակտիվ շարժիչը վայրի բնության մեջ. Որոշ կենդանիներ շարժվում են ռեակտիվ շարժման սկզբունքով, օրինակ՝ կաղամարները, ութոտնուկները (նկ. 8), դանակը։ Ծովային փափկամարմին-I prssshok-ը, կտրուկ սեղմելով պատյանների փականները, կարող է ցնցումներով առաջ շարժվել պատյանի մեջ նետված ջրի շիթերի ռեակտիվ ուժի պատճառով: Մոտավորապես նույն քայլը և մի քանի այլ փափկամարմիններ: Ճպուռի թրթուրները ջուրը քաշում են հետին փորոտիքի մեջ, այնուհետև այն դուրս են նետում և առաջ ցատկում III «վազքի» ուժի պատճառով:
Քանի որ այս դեպքերում ցնցումները միմյանցից բաժանվում են ժամանակի զգալի ընդմիջումներով, շարժման մեծ արագություն չի ստացվում։ Շարժման արագությունը, այլ կերպ ասած՝ ռեակտիվ իմպուլսների քանակը միավոր ժամանակում բարձրացնելու համար անհրաժեշտ է նյարդերի հաղորդունակության բարձրացում, որոնք գրգռում են ռեակտիվ շարժիչին սպասարկող մկանների կծկումը։ Նման մեծ հաղորդունակություն հնարավոր է նյարդի մեծ տրամագծով։ Հայտնի է, որ կաղամարներն ունեն կենդանական աշխարհի ամենամեծ նյարդաթելերը։ Նրանք հասնում են 1 մմ տրամագծի՝ 50 անգամ ավելի մեծ, քան կաթնասունների մեծ մասը, և գրգռում են իրականացնում 25 մ/վ արագությամբ։ Սա բացատրում է կաղամարների շարժման բարձր արագությունը (մինչև 70 կմ/ժ):
Արագացումներ և ծանրաբեռնվածություններ, որոնց կարող են դիմակայել կենդանի էակները: Նյուտոնի օրենքներն ուսումնասիրելիս ուսանողներին կարելի է ծանոթացնել այն արագացումներին, որոնց բախվում է մարդը կյանքի տարբեր իրավիճակներում:
Արագացումներ վերելակում. Նորմալ աշխատանքի ընթացքում վերելակի խցիկի շարժման ընթացքում առավելագույն արագացումը (կամ դանդաղումը) չպետք է գերազանցի 2 մ/վ2-ը բոլոր վերելակների համար: «Stop»-ը կանգնեցնելիս առավելագույն արագացման արժեքը չպետք է գերազանցի 3 մ/վ2-ը:
Արագացում ավիացիայում. Երբ մարմինը զգում է արագացում, ասում են, որ այն ենթարկվում է գերբեռնվածության: Ծանրաբեռնվածության մեծությունը բնութագրվում է a շարժման արագացման հարաբերակցությամբ ազատ անկման արագացմանը g.
k = -. է
Սայթայվինգի ժամանակ առաջանում են մեծ արագացումներ և հետևաբար ծանրաբեռնվածություններ։
Եթե 1000 մ բարձրության վրա պարաշյուտ եք բացում անկումից 15 վայրկյան հետո, ապա ծանրաբեռնվածությունը կկազմի մոտ 6; 7000 մ-ի վրա նույն ուշացումից հետո պարաշյուտի բացումը առաջացնում է 12-ի ծանրաբեռնվածություն; 11000 մ բարձրության վրա նույն պայմաններում գերբեռնվածությունը կլինի գրեթե երեք անգամ ավելի, քան 1000 մ բարձրության վրա։
Պարաշյուտով վայրէջք կատարելիս առաջանում են նաև ծանրաբեռնվածություններ, որոնք որքան փոքր են, այնքան երկար է արգելակման հեռավորությունը։ Հետեւաբար, g-ուժը կլինի ավելի քիչ, երբ վայրէջք կատարեք փափուկ հողի վրա: 5 մ/վ իջնելու տեմպերով և ծնկների և իրանի ծալման պատճառով մոտ 0,5 մ ճանապարհին, ծանրաբեռնվածությունը մոտավորապես 3,5 է։
Առավելագույն, թեև շատ կարճաժամկետ, արագացումները մարդուն զգում են օդանավից դուրս նետվելու ժամանակ: Միևնույն ժամանակ, խցիկից նստատեղի մեկնման արագությունը մոտավորապես 20 մ/վ է, արագացման ուղին՝ -1 - 1,8 մ, առավելագույն արագացման արժեքը հասնում է 180 - 190 մ/վ2, գերբեռնվածությունը՝ 18 - 20։
Այնուամենայնիվ, չնայած մեծ արժեքին, նման ծանրաբեռնվածությունը առողջության համար վտանգավոր չէ, քանի որ այն գործում է կարճ ժամանակով, մոտավորապես 0,1 վրկ:
Արագացումների ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմների վրա. Նկատի առեք, թե ինչպես են արագացումներն ազդում մարդու մարմնի վրա: Նյարդային ազդակները, որոնք ազդարարում են iivia-ի տարածական շարժումը, ներառյալ գլուխը, մտնում են հատուկ օրգան՝ վեստիբուլյար ապարատ: Վեստիբուլյար ապարատը նաև տեղեկացնում է կարի ուղեղին շարժման արագության փոփոխության մասին, հետևաբար այն կոչվում է նաև արագացման զգացողության օրգան։ Այս piyarat-ը տեղադրված է ներքին ականջում:
Մարդու գիտակցությանը հասնող վեստիբուլյար ապարատի գրգռումների շեմային արժեքների բնութագրերը, ինչպես նաև տարբեր շարժումների ընթացքում ցանցաթաղանթի արագացումը ներկայացված են Աղյուսակ 3-ում:
Մեջքից դեպի կրծքավանդակ, կրծքից դեպի մեջք և մի կողմից մյուսն ուղղված արագացումներն ավելի հեշտ են հանդուրժվում։ Ուստի շատ կարևոր է մարդու համապատասխան կեցվածքը։ Նախապայման է ընդհանուր ֆիզիկական պատրաստվածությունը, որը հանգեցնում է ամբողջ մարմնի մկանների լավ զարգացմանը:
Բացի այդ, անհրաժեշտ է հատուկ մարզել մարմինը արագացումներին դիմացկունությունը բարձրացնելու համար: Նման ուսուցումն իրականացվում է հատուկ գծային արագացուցիչների, ցենտրիֆուգների և այլ կայանքների վրա:
Օգտագործվում են նաև հատուկ հակա-գ կոստյումներ, որոնց դիզայնը ապահովում է ներքին օրգանների ֆիքսումը։
Հետաքրքիր է այստեղ հիշել, որ Կ.Ե. Ցիոլկովսկին, արագացումների գործողության նկատմամբ մարդու տոկունությունը բարձրացնելու համար, առաջարկեց իր մարմինը դնել նույն խտության հեղուկի մեջ, ինչպես դա: Հարկ է նշել, որ արագացումներից մարմնի նման պաշտպանությունն իր բնույթով բավականին տարածված է։ Այսպես է պաշտպանվում սաղմը ձվի մեջ, այսպես է պաշտպանվում պտուղը արգանդում։ Կ.Ե.Ցիոլկովսկին հավի ձուն դրեց աղի լուծույթով տարայի մեջ և գցեց այն բարձրությունից: Ձուն չի կոտրվել։
Ներկայումս կան տվյալներ ձկների և գորտերի հետ կապված նմանատիպ փորձերի մասին։ Ջրի մեջ դրված ձկներն ու գորտերը դիմակայել են 1000 գ և ավելի կարգի հարվածների արագացումներին։
Թուրը ցնցող կլանիչ. Բնության մեջ կան տարբեր ադապտացիաներ, որոնք թույլ են տալիս կենդանի օրգանիզմներին առանց ցավի դիմանալ գերբեռնվածություններին, որոնք առաջանում են արագացման և դանդաղման ժամանակ։ Հայտնի է, որ ցատկի ժամանակ հրումը մեղմանում է, եթե վայրէջք կատարեք կիսակռացած ոտքերի վրա; Շոկի կլանիչի դերը խաղում է ողնաշարը, որի մեջ աճառային բարձիկները մի տեսակ բուֆերներ են:
Թուրը հետաքրքիր ցնցող կլանիչ ունի։ Թուրը հայտնի է որպես ծովային լողորդների ռեկորդակիր։ Նրա արագությունը հասնում է 80 - 90 կմ/ժ-ի։ Նրա սուրն ընդունակ է ծակել նավի կաղնու կեղևը։ Նա նման հարվածից չի տուժում։ Պարզվում է, որ նրա գլխում սրի հիմքում կա հիդրավլիկ շոկի կլանիչ՝ ճարպով լցված բջիջների տեսքով փոքր խոռոչներ։ Նրանք մեղմացնում են հարվածը։ Թուրաձկան ողերի միջև ընկած աճառային բարձիկները շատ հաստ են. ինչպես վագոնների վրա գտնվող բուֆերները, նրանք նվազեցնում են հրման ուժը:
Պարզ մեխանիզմներ վայրի բնության մեջ
Կենդանիների և մարդկանց կմախքի մեջ բոլոր ոսկորները, որոնք ունեն որոշակի շարժման ազատություն, լծակներ են, օրինակ՝ մարդկանց մոտ՝ վերջույթների ոսկորները, ստորին ծնոտը, գանգը (հենակետը առաջին ողն է), ֆալանգները։ մատները. Կատուների մեջ շարժական ճանկերը լծակներ են. շատ ձկներ մեջքային լողակի վրա փշեր ունեն. հոդվածոտանիների մեջ՝ նրանց արտաքին կմախքի հատվածների մեծ մասը. երկփեղկ փափկամարմինները ունեն կեղևային փականներ:
Կմախքի կապերը սովորաբար նախատեսված են ուժի կորստով արագություն ձեռք բերելու համար: Արագության հատկապես մեծ ձեռքբերումներ են ձեռք բերվում միջատների մոտ։
Կմախքի լծակային տարրի ձեռքերի երկարության հարաբերակցությունը սերտորեն կախված է այս օրգանի կողմից իրականացվող կենսական գործառույթներից: Օրինակ՝ գորշի և եղնիկի երկար ոտքերը որոշում են նրանց արագ վազելու ունակությունը. խլուրդի կարճ թաթերը նախատեսված են ցածր արագությամբ մեծ ուժերի զարգացման համար. Greyhound-ի երկար ծնոտները թույլ են տալիս արագ բռնել որսը փախչելիս, իսկ բուլդոգի կարճ ծնոտները փակվում են դանդաղ, բայց ամուր պահում (ծամելու մկանը կցված է ժանիքներին շատ մոտ, և մկանների ուժը փոխանցվում է ժանիքներին: ժանիքները գրեթե առանց թուլանալու):
Լծակի տարրերը հայտնաբերվում են կենդանու և մարդու մարմնի տարբեր մասերում, օրինակ՝ վերջույթներ, ծնոտներ:
Դիտարկենք լծակի հավասարակշռության պայմանները գանգի օրինակով (նկ. 9, ա): Այստեղ O լծակի պտտման առանցքն անցնում է գանգի հոդակապով առաջին ողով։ Համեմատաբար կարճ ուսի վրա հենակետի դիմաց գործում է գլխի ձգողական ուժը, հետևում մկանների և կապանների ձգման ուժը, որը կապված է օքսիպիտալ ոսկորին։
Լծակի աշխատանքի մեկ այլ օրինակ է ոտքի կամարի գործողությունը մատների վրա բարձրացնելիս (նկ. 9, բ): Լծակի հենարանը, որով անցնում է պտտման առանցքը, մետատարսային ոսկորների գլուխներն են։ Հաղթահարման ուժը R - ամբողջ մարմնի քաշը կիրառվում է թալուսի վրա: Գործող մկանային ուժը F, որը բարձրացնում է մարմինը, փոխանցվում է Աքիլես ջիլով և կիրառվում է կալկանեուսի ելուստի վրա։
Բույսերի մոտ լծակային տարրերն ավելի քիչ են հանդիպում, ինչը բացատրվում է բույսերի օրգանիզմի ցածր շարժունակությամբ։ Տիպիկ լծակը ծառի բունն է և դրա շարունակությունը կազմող հիմնական արմատը։ Սոճի կամ կաղնու արմատը, որը խորանում է գետնի մեջ, մեծ դիմադրություն ունի շրջվելու (դիմադրության ուսը մեծ է), ուստի սոճիներն ու կաղնին գրեթե երբեք գլխիվայր չեն շրջվում։ Ընդհակառակը, եղևնիները, որոնք ունեն զուտ մակերեսային արմատային համակարգ, շատ հեշտությամբ շրջվում են։
Հետաքրքիր կապակցման մեխանիզմներ կարելի է գտնել որոշ ծաղիկների մեջ (օրինակ՝ եղեսպակի կոճղերը) և նաև որոշ բացվող մրգերի մեջ:
Դիտարկենք մարգագետնային եղեսպակի կառուցվածքը (նկ. 10): Ձգված ստամին ծառայում է որպես լծակի երկար թեւ Ա։ Դրա վերջում փոշեկուլ է: Լծակի կարճ թեւը B, ինչպես ասվում է, պահպանում է ծաղկի մուտքը։ Երբ միջատը (առավել հաճախ՝ իշամեղու) սողում է ծաղկի մեջ, այն սեղմում է լծակի կարճ թեւին։ Միաժամանակ, երկար թեւը փոշով հարվածում է իշամեղվի մեջքին և նրա վրա թողնում ծաղկափոշի։ Թռչելով մեկ այլ ծաղիկի մոտ՝ միջատը փոշոտում է այն այս ծաղկափոշու միջոցով։
Բնության մեջ տարածված են ճկուն օրգանները, որոնք կարող են փոխել իրենց կորությունը լայն տիրույթում (ողնաշար, պոչ, մատներ, օձերի մարմին և շատ ձկներ): Նրանց ճկունությունը պայմանավորված է կամ կապող համակարգով մեծ թվով կարճ լծակների համակցությամբ,
կամ համեմատաբար ոչ ճկուն տարրերի համադրություն միջանկյալ տարրերի հետ, որոնք հեշտությամբ դեֆորմացվում են (փղի բուն, թրթուրի մարմին և այլն): Երկրորդ դեպքում ճկման հսկողությունը ձեռք է բերվում երկայնական կամ թեք տեղակայված ձողերի համակարգով:
Շատ կենդանիների «ծակող գործիքները»՝ ճանկեր, եղջյուրներ և այլն, ունեն սեպ (ձևափոխված թեք հարթություն); արագ շարժվող ձկների գլխի սուր ձևը նման է սեպին: Այս սեպերից շատերը ատամներ են, փշերը (նկ. 11) ունեն շատ հարթ կոշտ մակերեսներ (նվազագույն շփում), այդ իսկ պատճառով դրանք շատ սուր են:
Դեֆորմացիաներ
Մարդու մարմինը բավական մեծ մեխանիկական ծանրաբեռնվածություն է զգում սեփական քաշից և մկանային ջանքերից, որոնք տեղի են ունենում աշխատանքային գործունեության ընթացքում: միջ-
Ռեսնո, որ մարդու օրինակը կարող է հետևել բոլոր տեսակի դեֆորմացիաներին: Կոմպրեսիոն շտամները նկատվում են ողնաշարի, ստորին վերջույթների և ոտքի ծածկույթի կողմից: Լարվածություն - վերին վերջույթներ, կապաններ, ջիլեր, մկաններ; կռում - ողնաշարի, կոնքի ոսկորներ, վերջույթներ; ոլորում – պարանոցը՝ գլուխը պտտելիս, իրանը՝ մեջքի ստորին հատվածում՝ պտտվելիս, ձեռքերը՝ պտտվելիս և այլն։
Դեֆորմացիաների համար խնդիրներ կազմելու համար մենք օգտագործել ենք Աղյուսակ 4-ում տրված տվյալները:
Աղյուսակը ցույց է տալիս, որ լարվածության մեջ գտնվող ոսկորի կամ ջիլի առաձգականության մոդուլը շատ մեծ է, իսկ մկանների, երակների, զարկերակների համար՝ շատ փոքր։
Ուսի ոսկորը քայքայող վերջնական լարվածությունը կազմում է մոտ 8-107 Ն/մ2, ազդրի ոսկորը քայքայող վերջնական լարվածությունը մոտ 13-107 Ն/մ2 է: Կապանների, թոքերի և այլնի շարակցական հյուսվածքները բարձր առաձգական են, օրինակ՝ ծոծրակային կապանը կարող է երկու անգամից ավելի ձգվել։
Առանձին ձողերից (ֆերմա) կամ 120° անկյան տակ համընկնող թիթեղներից կազմված կառույցներն ունեն առավելագույն ամրություն՝ նյութի նվազագույն սպառմամբ: Նման կառույցների օրինակ են վեցանկյուն բջիջները:
Շրջադարձային դիմադրությունը շատ արագ աճում է հաստության աճով, ուստի օրգանները, որոնք նախատեսված են ոլորման շարժումներ կատարելու համար, սովորաբար երկար և բարակ են (թռչնի վիզը, օձի մարմինը):
Շեղման ժամանակ նյութը ձգվում է իր ուռուցիկ կողմով և սեղմվում գոգավոր կողմի երկայնքով. միջին ծնոտները նկատելի դե-
կազմավորումները չեն փորձարկվում։ Հետևաբար, տեխնոլոգիայի մեջ ամուր ձողերը փոխարինվում են խողովակներով, ճառագայթները պատրաստվում են T-beams կամ I-beams; սա խնայում է նյութը և նվազեցնում միավորների քաշը: Ինչպես գիտեք արագ աճող բույսերի՝ հացահատիկային (նկ. 12), հովանոցային բույսերի և այլն վերջույթների ոսկորները և ցողունները ունեն խողովակաձև կառուցվածք, արևածաղկի և այլ բույսերի մեջ ցողունն ունի ազատ միջուկ։ Հացահատիկի երիտասարդ, անհաս տերևները միշտ ծալվում են խողովակի մեջ:
T-ճառագայթին նման կառուցվածքներ հայտնաբերված են թռչունների կրծքավանդակում, ճամփորդության գոտում ապրող բազմաթիվ փափկամարմինների պատյաններում և այլն: Ճառագայթը դեպի վեր կամարակապ է և ունի հուսալի հենարաններ, որոնք թույլ չեն տալիս դրա ծայրերը բաժանվել (կամար): , ունի մեծ ուժ՝ կապված իր ուռուցիկ կողմի վրա գործող ջանքերի հետ (ճարտարապետական կամարներ, տակառներ, իսկ օրգանիզմներում՝ գանգ, կուրծք, ձվի կճեպ, ընկույզ, բզեզի կճեպ, խեցգետին, կրիա և այլն)։
Կենդանի էակների անկումը. Գալիլեո Գալիլեյը գրել է. «Ո՞վ չգիտի, որ ձին, ընկնելով երեք-չորս կանգուն բարձրությունից, կոտրում է իր ոտքերը, մինչդեռ շունը չի տուժում, իսկ կատուն մնում է անվնաս՝ ութից մինչև տասը կանգուն նետվելով, ինչպես. ծղրիդ, ով ընկել է աշտարակի գագաթից, կամ մրջյուն, որն ընկել է գետնին առնվազն լուսնային ոլորտից:
Ինչու՞ փոքր միջատները, մեծ բարձրությունից ընկնելով գետնին, մնում են անվնաս, իսկ խոշոր կենդանիները սատկում են:
Կենդանու ոսկորների և հյուսվածքների ուժը համաչափ է նրանց լայնական հատվածի մակերեսին: Մարմինների անկման ժամանակ օդի նկատմամբ շփման ուժը նույնպես համաչափ է այս տարածքին: Կենդանու զանգվածը (և քաշը) համաչափ է նրա ծավալին։ Մարմնի չափերի նվազումով նրա ծավալը շատ ավելի արագ է նվազում, քան մակերեսը։ Այսպիսով, ընկնող կենդանու չափի նվազմամբ նրա դանդաղեցման ուժը օդի նկատմամբ (մեկ միավոր զանգվածի համար) մեծանում է ավելի մեծ կենդանու մեկ միավոր զանգվածի դանդաղման ուժի համեմատ։ Մյուս կողմից, ավելի փոքր կենդանու դեպքում ոսկրային ուժը և մկանային ուժը մեծանում են (նաև մեկ միավոր զանգվածի համար):
Ամբողջովին ճիշտ չէ համեմատել ձիու և կատվի ուժը, երբ նրանք ընկնում են, քանի որ նրանք ունեն մարմնի տարբեր կառուցվածք, մասնավորապես, տարբեր են հարվածների ժամանակ ցնցումները մեղմացնող «հարվածները կլանող» սարքերը: Ավելի ճիշտ կլինի համեմատել վագրը, լուսանը և կատուն։ Այս կատվայիններից ամենաուժեղը կատուն կլիներ:
«Շինարարական տեխնիկա» վայրի բնության աշխարհում. «Պինդ մարմին» թեման ուսումնասիրելուց հետո օգտակար է խոսել «բնության կառուցման տեխնիկայի» և մարդու կողմից ստեղծված տեխնիկայի անալոգիաների մասին։
Բնության և մարդկանց շինարարական արվեստը զարգանում է նույն սկզբունքով՝ խնայելով նյութեր և էներգիա։
Հնագույն ժամանակներից ի վեր վայրի բնության տարբեր ձևավորումները զարմանք և ուրախություն են պատճառել: Զարմանալի է սարդոստայնի ուժն ու նրբագեղությունը, մեղուների բնակարանի շինարարական արվեստը հրճվում է՝ նրանց մեղրախորիսխների խիստ երկրաչափությունը՝ բաղկացած կանոնավոր վեցանկյուն բջիջներից: Մրջյունների և տերմիտների կառուցվածքները զարմանալի են։ Զարմանալի կորալային կղզիներ և խութեր, որոնք ձևավորվել են կրային կորալային կմախքներից: Որոշ ծովային ջրիմուռներ ծածկված են նուրբ ձևի կոշտ պատյաններով։ Օրինակ՝ peridinia-ները հագած են տարօրինակ խեցիներով, որոնք ձևավորվել են առանձին կոշտ խեցիներով: Դրանք մեծ խոշորացմամբ ներկայացված են Նկար 13-ում:
Նույնիսկ ավելի բազմազան են ծովային ռադիոլարերը (ամենապարզ կենդանիները), որոնց փոքրիկ կմախքները ներկայացված են Նկար 14-ում (համեմատության համար ձյան փաթիլները ներկայացված են թվերի տակ՝ 3):
Վերջերս շինարարների ուշադրությունը գրավում են բուսական աշխարհի նմուշները։ Կ.Ա.Տիմիրյազևը գրել է. «Ցողունի դերը հայտնի է, հիմնականում ճարտարապետական է. այն ամբողջ շենքի ամուր կմախքն է, որը կրում է տերևների վրան, և որի հաստության մեջ, ինչպես ջրի խողովակները, կան հյութեր կրող անոթներ։ դրված ... Հենց ցողունների վրա մենք իմացանք զարմանալի փաստերի մի ամբողջ շարք, որոնք ապացուցում են, որ դրանք կառուցվել են շինարարական արվեստի բոլոր կանոններով:
Եթե հաշվի առնենք ցողունի և ժամանակակից գործարանային ծխնելույզի խաչմերուկը, ապա դրանց դիզայնի նմանությունը ապշեցուցիչ է: Խողովակի նպատակն է գետնից հեռացնել վնասակար գազերը: Սնուցիչները բույսի ցողունով բարձրանում են արմատներից։ Ե՛վ խողովակը, և՛ ցողունը գտնվում են միևնույն տեսակի ստատիկ և դինամիկ բեռների մշտական ազդեցության տակ՝ իրենց սեփական քաշը, քամին և այլն։ Սրանք են դրանց կառուցվածքային նմանության պատճառները։ Երկու ձևավորումներն էլ խոռոչ են: Ցողունային թելերը, ինչպես նաև խողովակի երկայնական ամրացումը, գտնվում են ամբողջ շրջագծի ծայրամասի երկայնքով: Երկու կառույցների պատերի երկայնքով կան օվալաձև բացվածքներ։ Ցողունում պարույրային ամրացման դերը խաղում է մաշկը։
Հայտնի է, որ ոսկորներում պինդ նյութը գտնվում է հիմնական լարումների հետագծերին համապատասխան։ Սա կարելի է գտնել, եթե հաշվի առնենք մարդու ազդրի վերին մասի երկայնական հատվածը և կոր կռունկի ճառագայթը, որը աշխատում է կռումով վերին մակերեսի որոշակի տարածքի վրա բաշխված ուղղահայաց բեռի ազդեցության տակ: Հետաքրքիր է, որ պողպատե Էյֆելյան աշտարակն իր կառուցվածքով նման է մարդու խողովակավոր ոսկորներին (ազդր կամ սրունք): Նմանություն կա կառուցվածքների արտաքին ձևերի մեջ, իսկ անկյուններում՝ ոսկորի «ճառագայթների» և «ճառագայթների» և աշտարակի ամրակների միջև։
Ժամանակակից ճարտարապետությունը և շինարարական տեխնոլոգիաները բնութագրվում են վայրի բնության լավագույն «օրինակների» նկատմամբ ուշադրությամբ։ Ի վերջո, ժամանակակից պահանջներն են ամրությունն ու թեթևությունը, որոնք հեշտությամբ կարելի է բավարարել շինարարության մեջ պողպատի, երկաթբետոնի, ալյումինի, երկաթբետոնի և պլաստմասսայի օգտագործմամբ: Տարածական վանդակավոր համակարգերը լայնորեն կիրառվում են: Նրանց նախատիպերը ծառի ցողունի կամ բնի «կմախքներն» են, որոնք ձևավորվել են ավելի դիմացկուն հյուսվածքից, քան մնացած բուսանյութը, որը կատարում է կենսաբանական և մեկուսիչ գործառույթներ։ Սա ծառի տերևի երակների համակարգն է և արմատային մազերի վանդակը: Նման կառույցները հիշեցնում են զամբյուղներ, լուսամփոփի մետաղական շրջանակ, պատշգամբի կոր վանդակաճաղ և այլն։ Իտալացի ինժեներ Պ. Ներվին Թուրինի ցուցասրահի ծածկույթում օգտագործել է ծառի տերևի կառուցվածքի սկզբունքը՝ շնորհիվ. որի թեթև և բարակ կառուցվածքն անցնում է 98 մետրանոց առանց հենարանների: Մեր գրքի շապիկին պատկերված է այս տիպի շինություն, որը նման է կա՛մ խեցի, կա՛մ շրջված ծաղկի բաժակի:
Հատկանշական է օդաճնշական կառուցվածքների օգտագործումը, որոնք բավականին համահունչ են բնական ձևերին՝ մրգերի ձևին, օդային փուչիկներին, արյունատար անոթներին, բույսերի տերևներին և այլն։
Շինանյութերը ամրացնելու համար ֆիզիկաքիմիկոսները դիմել են ամենափոքր կառույցների ուսումնասիրությանը և այժմ մշակում են գերամուր նյութերի արտադրության տեխնոլոգիա՝ կազմված բազմաթիվ նուրբ մանրաթելերից, թաղանթներից և հատիկներից՝ համաձայն բնության առաջարկած սկզբունքների: Ծանր տիպի կառույցներ ձեռք բերելու համար, սակայն, բավարար չէ շինանյութերի ամրացումը։ Հայտնի է, որ ոսկրային կառուցվածքները երբեմն մի շարք ցուցանիշներով գերազանցում են պողպատե կոնստրուկցիաներին, սակայն դա տեղի է ունենում ոսկրային նյութի «բաշխվածության» պատճառով, որն ուժով զիջում է պողպատին։
Ստեղծելով այս կամ այն կառույցը՝ բնությունը լուծում է բազմաթիվ խնդիրներ՝ հաշվի է առնում արտաքին մեխանիկական ազդեցություններին և շրջակա միջավայրի ֆիզիկաքիմիական ազդեցություններին անհրաժեշտ դիմադրությունը, բույսերին ապահովում ջրով, օդով, արևով։ Այս բոլորը
առաջադրանքները լուծվում են համակողմանի, ամեն ինչ ենթակա է ընդհանուր առաջադրանքի՝ օրգանիզմի կյանքի ընդհանուր ռիթմին։ Բույսերի մեջ դուք չեք տեսնի ազատ կախովի ջրային մազանոթներ, ինչպես մարդկային կառույցներում: Բացի ջրի միատեսակ և մշտական շարժման առաջադրանքից, նրանք կատարում են նաև մեխանիկական գործառույթ՝ դիմակայելով շրջակա միջավայրի արտաքին մեխանիկական ազդեցություններին։
Եվ եթե պատկերացնեք կառուցողական նյութի շահագործման ընթացքում ինքնաթարմացման հնարավորությունը, որը բնորոշ է կենդանի բնությանը: Ըստ երևույթին, պաշտպանությունը վնասակար քիմիական ազդեցություններից, ցածր և բարձր ջերմաստիճաններից կարելի է գտնել բույսերի և կենդանիների ինտերգերային հյուսվածքների ուսումնասիրության մեջ:
Կառուցելու արվեստը, զինված բիոնիկայով, կստեղծի կառույցների և շինությունների աշխարհ ավելի բնական և կատարյալ, քան այն, ինչին մենք սովոր ենք:
Մարդու կողմից մշակված ուժ
«Աշխատանքը և ուժը» թեման անցնելիս հետաքրքիր է որոշակի տեղեկատվություն տրամադրել այն ուժի մասին, որը մարդը կարող է զարգացնել։
Ենթադրվում է, որ նորմալ աշխատանքային պայմաններում մարդը կարող է զարգացնել մոտ 70 - 80 վտ հզորություն (կամ մոտավորապես 0,1 ձիաուժ): Սակայն հնարավոր է իշխանության կարճաժամկետ մի քանի անգամ ավելացում։
Այսպիսով, 750 կ քաշ ունեցող մարդը 1 վայրկյանում կարող է ցատկել մինչև 1 մ բարձրություն, ինչը համապատասխանում է 750 Վտ հզորությանը։ Արագ վերելքով, օրինակ, 7 աստիճան, որոնցից յուրաքանչյուրը մոտ 0,15 մ բարձրություն ունի, 1 վայրկյանում զարգանում է մոտ 1 լիտր հզորություն։ Հետ. կամ 735 վտ.
Վերջերս օլիմպիական հեծանվորդ Բրայան Ջոլին 5 րոպեի ընթացքում փորձարկեց 480 Վտ, ինչը գրեթե 2/3 ձիաուժ է։ Հետ.
Մարդկանց համար հնարավոր է էներգիայի ակնթարթային կամ պայթյունավտանգ արտազատում, հատկապես այնպիսի սպորտաձևերում, ինչպիսիք են գնդակը կամ բարձր ցատկը: Դիտարկումները ցույց են տվել, որ երկու ոտքերով միաժամանակյա վանմամբ բարձր ցատկերի ժամանակ որոշ տղամարդիկ 0,1 վայրկյանում զարգացնում են մոտ 5,2 լիտր միջին հզորություն։ ս., իսկ կանայք՝ 3,5 ա. Հետ.
Բարձրացնող ուժը փոխելու սարքեր
Շնաձկների և թառափների մարմնի կառուցվածքի մասին հետաքրքիր տեղեկություններ կարելի է հաղորդել օդանավի թևի բարձրացնող ուժի խնդրի ուսումնասիրության հետ կապված։ Հայտնի է, որ օդանավը վայրէջք կատարելիս, երբ դրա արագությունը և, հետևաբար, վերելքի ուժը փոքր է, անհրաժեշտ են լրացուցիչ սարքեր՝ բարձրացնելու ուժը։ Այդ նպատակով օգտագործվում են հատուկ վահաններ.
թևի ստորին մակերևույթի վրա գտնվող փեղկերը, որոնք ծառայում են նրա պրոֆիլի կորությունը մեծացնելուն: Վայրէջք կատարելիս նրանք կռանում են։
Ոսկրային ձկները (որոնք ներառում են ժամանակակից ձկների ճնշող մեծամասնությունը) լողացող միզապարկի օգնությամբ կարգավորում են իրենց միջին խտությունը և, համապատասխանաբար, ընկղմման խորությունը։ Աճառային ձկները նման հարմարվողականություն չունեն։ Նրանց բարձրացնող ուժը փոխվում է պրոֆիլը փոխելով, ինչպես ինքնաթիռները, օրինակ՝ շնաձկները (աճառային ձկները) բարձրացնող ուժը փոխում են կրծքային և փորային լողակների օգնությամբ։
Սիրտ-թոքային մեքենա (APC)
Ավարտելով մեխանիկայի ուսումնասիրությունը՝ օգտակար է ուսանողներին պատմել սիրտ-թոքային մեքենայի սարքի մասին:
Սրտի վիրահատությունների ժամանակ հաճախ անհրաժեշտություն է առաջանում ժամանակավորապես անջատել այն շրջանառությունից և վիրահատել չոր սիրտը։
Բրինձ. տասնհինգ.
Սիրտ-թոքային մեքենան բաղկացած է երկու հիմնական մասից՝ պոմպային համակարգից և թթվածնացնողից: Պոմպերը կատարում են սրտի ֆունկցիաները՝ վիրահատության ժամանակ պահպանում են ճնշումը և արյան շրջանառությունը մարմնի անոթներում։ Օքսիգենատորը կատարում է թոքերի գործառույթները և ապահովում է արյան թթվածնով հագեցվածությունը:
Սարքի պարզեցված դիագրամը ներկայացված է Նկար 15-ում: Մխոցային պոմպեր 18-ը շարժվում են էլեկտրական շարժիչով 20 կարգավորիչով 19 \ վերջինս սահմանում է պոմպի մխոցների ռիթմը և հարվածը: Յուղով լցված խողովակների միջոցով ճնշումը փոխանցվում է 4 և 9 պոմպերին, որոնք, օգտագործելով ռետինե դիֆրագմներ և փականներ, ստեղծում են անհրաժեշտ վակուում երակային հատվածում (պոմպ 4) և սեղմում ֆիզիոլոգիական միավորի զարկերակային մասում (պոմպ 9): սարքի։ Ֆիզիոլոգիական բլոկը բաղկացած է շրջանառության համակարգից, որը, օգտագործելով պոլիէթիլենային կաթետերներ, հաղորդակցվում է մեծ անոթների հետ սրտից ելքի կետում և թթվածնացնող սարքից։
Արյունը ներծծվում է օդային թակարդ 1, էլեկտրամագնիսական սեղմիչ 2, հավասարեցման խցիկ 3, որը կատարում է ատրիումի գործառույթները, և ներարկվում է թթվածնատորի վերին խցիկ 5՝ օգտագործելով պոմպ 4։ Այստեղ արյունը հավասարաչափ բաշխված է արյան փրփուրի սյունակի վրա, որը լցնում է նրա միջին խցիկը 6: Այն իրենից ներկայացնում է նեյլոնե ցանցից պատրաստված գլան, որի ներքևում կա թթվածնի բաշխիչ։ 7։ Թթվածինը հավասարապես 30 անցքերով մտնում է խցիկ։ խցիկի ստորին մասում ձևավորված օդային շերտը. Փրփուրի սյունակում փուչիկների ընդհանուր մակերեսը մոտավորապես 5000 սմ2 է (150 - 250 սմ3 արյան ծավալով): Օքսիգենատորում արյունը հագեցած է թթվածնով, ածխաթթու գազ է արտազատում շրջակա մթնոլորտ և հոսում դեպի ստորին խցիկ 8, որտեղից այն մտնում է մարմնի զարկերակային համակարգ պոմպի 9, սեղմիչ 10 և օդային թակարդ 11-ի միջոցով: Թթվածինը մտնում է թթվածին գազի հաշվիչի 17 և խոնավացուցիչի միջոցով 16: Օքսիգենատորի վերին մասում կա փրփրազերծիչ 12 և գազի ելք: Պահեստային արյունով կամ արյան փոխարինող հեղուկով անոթը 15-ը հաղորդակցվում է թթվածնի հետ սեղմիչ 14-ի միջոցով: Օքսիգենատորից արյան հոսքը կարգավորվում է լողացող 13-ով, որը ինդուկտիվ կերպով միացված է դրսում գտնվող կծիկով, որը վերահսկում է սարքի էլեկտրամագնիսական սեղմակների ակտիվացումը:
Հարցեր և առաջադրանքներ
Կենդանի առարկաների հետ կապված խնդիրներ լուծելիս պետք է մեծ ուշադրություն դարձնել կենսաբանական գործընթացների սխալ մեկնաբանումը կանխելու համար:
Դիտարկենք մի քանի խնդիրների լուծումը, որոնք մենք առաջարկել ենք ուսանողներին:
Առաջադրանք 1. Ինչպե՞ս ֆիզիկական պատկերների օգնությամբ բացատրել, որ փոթորկի ժամանակ եղևնին հեշտությամբ դուրս է գալիս արմատի հետ, իսկ բունը ավելի արագ է կոտրվում սոճու մեջ:
Նախքան որոշում կայացնելը, մենք կարդում ենք այս ծառերի բնութագրերը:
«Իր արմատներով, մակերեսորեն տարածվելով, այն (եղեւն. - Ծ.Կ.) կարող է ամուր հյուսել քարերը, դրա համար էլ անհրաժեշտ կայունություն ունի լեռներում, նույնիսկ շատ բարակ հողի հետ, բայց քանի որ չունի. ինչպես սոճին, ուղղահայաց թողնելով արմատը, այնուհետև հարթավայրերում փոթորիկի միջոցով արմատի հետ հեշտությամբ դուրս է հանվում առանձին եղևնի։ Ծառի պսակը հսկայական բուրգ է կազմում»:
«Անտառում աճող սոճին կազմում է բարձր սյունաձև բուն և փոքրիկ բրգաձև թագ: Ընդհակառակը, զուտ բաց վայրում աճելով, այն հասնում է միայն փոքր աճի, բայց նրա պսակը լայնորեն աճում է:
Ապա ուսանողների հետ քննարկեցին խնդրի լուծման համար պահերի կանոնը կիրառելու հնարավորությունը։
Մեզ հետաքրքրում է վերլուծել հարցի միայն որակական կողմը։ Բացի այդ, մեզ հետաքրքրում է երկու ծառերի համեմատական վարքի հարցը։ Մեր խնդրի մեջ բեռի դերը խաղում է FB քամու ուժը։ Կարելի է կոճղի վրա ազդող քամու ուժը ավելացնել թագի վրա ազդող քամու ուժին և նույնիսկ ենթադրել, որ երկու ծառերի վրա ազդող քամու ուժերը նույնն են։ Այնուհետև, ըստ երևույթին, հետագա պատճառաբանությունը պետք է լինի հետևյալը. Սոճի արմատային համակարգը ավելի խորն է մտնում գետնի մեջ, քան եղևնիը: Դրա շնորհիվ սոճին հողում պահող ուժի ուսը ավելի մեծ է, քան եղևնիինը ( Նկար 16): Հետևաբար, որպեսզի եղևնին արմատով վեր բարձրացնելու համար ավելի քիչ քամու պտույտ է պահանջվում, քան սոճին, և ավելի շատ քամու պտտում է պահանջվում սոճին արմատախիլ անելու համար, քան այն կոտրելու համար: Հետևաբար, եղևնին արմատախիլ է լինում ավելի հաճախ, քան սոճին, իսկ սոճին ավելի հաճախ է կոտրվում, քան եղևնին։
ԿՈՀԵՑ ՖՐԱԳՄԵՀՏԱ ԳՐՔԵՐ
Մարդու գործառույթների իմացությունը ամենադժվար խնդիրներից է։ Գիտության զարգացումը տեղի է ունենում առաջին փուլերում՝ առարկաների տարբերակում, որն ուղղված է որոշակի խնդիրների խորը ուսումնասիրմանը: Առաջին փուլում մենք փորձում ենք իմանալ որոշակի հատված, և երբ դա մեզ հաջողվում է, առաջ է գալիս մեկ այլ խնդիր՝ ինչպես ընդհանուր գաղափար կազմել։ Բնօրինակ մասնագիտությունների հանգույցում կան գիտական առարկաներ։ Սա վերաբերում է նաև կենսաֆիզիկային, որը հայտնվեց ֆիզիոլոգիայի, ֆիզիկայի, ֆիզիկական քիմիայի խաչմերուկում և նոր հնարավորություններ բացեց կենսաբանական գործընթացները հասկանալու համար:
Կենսաֆիզիկա- գիտություն, որն ուսումնասիրում է ֆիզիկական և ֆիզիկաքիմիական գործընթացները կենդանի նյութի տարբեր մակարդակներում (մոլեկուլային, բջջային, օրգան, ամբողջ օրգանիզմ), ինչպես նաև կենդանի նյութի վրա ֆիզիկական շրջակա միջավայրի գործոնների ազդեցության օրինաչափություններն ու մեխանիզմները:
Հատկացնել-
- մոլեկուլային կենսաֆիզիկա - պրոցեսների կինետիկա և թերմոդինամիկա
- բջջային կենսաֆիզիկա - բջջի կառուցվածքի և ֆիզիկաքիմիական դրսևորումների ուսումնասիրություն - թափանցելիություն, կենսապոտենցիալների ձևավորում
- Զգայական օրգանների կենսաֆիզիկա - ընդունման ֆիզիկական և քիմիական մեխանիզմներ, էներգիայի փոխակերպում, ընկալիչների մեջ տեղեկատվության կոդավորում:
- Բարդ համակարգերի կենսաֆիզիկա - կարգավորման և ինքնակարգավորման գործընթացներ և այդ գործընթացների թերմոդինամիկական առանձնահատկությունները
- Արտաքին գործոնների ազդեցության կենսաֆիզիկա - ուսումնասիրում է մարմնի վրա իոնացնող ճառագայթման ազդեցությունը, ուլտրաձայնը, թրթռումը, լույսի ազդեցությունը
Կենսաֆիզիկայի առաջադրանքներ
- Ստեղծել վայրի բնության օրինաչափություններ՝ ուսումնասիրելով մարմնում ֆիզիկական և քիմիական երևույթները
- Մարմնի վրա ֆիզիկական գործոնների ազդեցության մեխանիզմների ուսումնասիրություն
Էյլեր (1707-1783) - հիդրոդինամիկայի տեսության օրենքները, բացատրել արյան շարժումը անոթներով
Lavoisier (1780) - ուսումնասիրել է էներգիայի փոխանակումը մարմնում
Գալվանի (1786) - կենսապոտենցիալների, կենդանիների էլեկտրաէներգիայի վարդապետության հիմնադիր
Հելմհոլց (1821)
Ռենտգեն - փորձել է բացատրել մկանների կծկման մեխանիզմները պիեզո էֆեկտների դիրքից
Arrhenius - դասական կինետիկայի օրենքներ կենսաբանական գործընթացները բացատրելու համար
Լոմոնոսով - էներգիայի պահպանման և փոխակերպման օրենք
Սեչենով - ուսումնասիրել է արյան մեջ գազի տեղափոխումը
Լազարև - ազգային կենսաֆիզիկական դպրոցի հիմնադիր
Պաուլինգ - սպիտակուցի տարածական կառուցվածքի բացահայտում
Ուոթսոն և Կրիկ - ԴՆԹ-ի կրկնակի կառուցվածքի բացահայտում
Հոջկին, Հաքսլի, Կաց - բիոէլեկտրական երևույթների իոնային բնույթի բացահայտում
Պրիգոժին - անշրջելի գործընթացների թերմոդինամիկայի տեսություն
Eigen - հիպերցիկլների տեսություն, որպես էվոլյուցիայի հիմք
Սակման, Նեհեր - հաստատել է իոնային ալիքների մոլեկուլային կառուցվածքը
Կենսաֆիզիկան դարձավ բժշկության զարգացման հետ կապված, քանի որ. այնտեղ կիրառվել են մարմնի վրա ֆիզիկական ազդեցության մեթոդներ։
Կենսաբանությունը զարգանում էր, և անհրաժեշտ էր ներթափանցել մոլեկուլային մակարդակում տեղի ունեցող կենսաբանական գործընթացների գաղտնիքները.
Արդյունաբերության կարիքը, որի զարգացումը հանգեցրեց մարմնի վրա տարբեր ֆիզիկական գործոնների ազդեցությանը `ռադիոակտիվ ճառագայթում, թրթռում, անկշռություն, ծանրաբեռնվածություն:
Կենսաֆիզիկական հետազոտության մեթոդներ
- Ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծություն- նյութի ատոմային կառուցվածքի ուսումնասիրություն՝ օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիան։ Նյութի էլեկտրոնային խտության բաշխումը որոշվում է դիֆրակցիոն օրինաչափությունից, և արդեն դրանից կարելի է որոշել, թե որ ատոմներն են պարունակվում նյութում և ինչպես են դրանք տեղակայված։ Բյուրեղային կառուցվածքների, հեղուկների և սպիտակուցների մոլեկուլների ուսումնասիրություն:
- Սյունակի քրոմատագրություն- խառնուրդների տարբեր բաշխում և վերլուծություն 2 փուլերի միջև՝ շարժական և ստացիոնար: Այն կարող է կապված լինել նյութի կլանման տարբեր աստիճանների կամ իոնների փոխանակման տարբեր աստիճանների հետ: Կարող է լինել գազ կամ հեղուկ: Նյութերի բաշխումն օգտագործվում է մազանոթներում՝ մազանոթ, կամ սորբենտով լցված խողովակներում՝ սյունաձև։ Կարելի է անել թղթի, ափսեների վրա
- Սպեկտրային վերլուծություն- նյութի որակական և քանակական որոշումը օպտիկական սպեկտրներով. Նյութը որոշվում է կա՛մ արտանետումների սպեկտրով՝ արտանետումների սպեկտրալ վերլուծությամբ, կա՛մ կլանման սպեկտրով՝ կլանմամբ: Նյութի պարունակությունը որոշվում է սպեկտրի գծերի հարաբերական կամ բացարձակ հաստությամբ: Ներառում են նաև ռադիոսպեկտրոսկոպիա՝ էլեկտրոնային պարամագնիսական ռեզոնանս և միջուկային մագնիսական ռեզոնանս:
- Իզոտոպային ցուցում
- էլեկտրոնային մանրադիտակ
- ուլտրամանուշակագույն մանրադիտակ- Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների մեջ կենսաբանական օբյեկտների ուսումնասիրությունը մեծացնում է պատկերի, հատկապես ներբջջային կառուցվածքների հակադրությունը և թույլ է տալիս հետազոտել այլ բջիջներ՝ առանց նախնական ներկման և ամրացնելու պատրաստուկը։
Գոյության կարևորագույն պայմաններից մեկը ֆունկցիաների, օրգանների և հյուսվածքների, համակարգերի համարժեք հարմարեցումն է շրջակա միջավայրին։ Գոյություն ունի օրգանիզմի և շրջակա միջավայրի մշտական հավասարակշռում։ Այս գործընթացներում հիմնական գործընթացը ֆիզիոլոգիական գործառույթների կարգավորումն ու վերահսկումն է։
Տարբեր համակարգերում տեղեկատվության ներդրման, կառավարման և մշակման ընդհանուր օրենքները ուսումնասիրվում են կիբեռնետիկայի գիտության կողմից (կիբեռնետիկան կառավարման արվեստ է): Կառավարման օրենքները ընդհանուր են ինչպես մարդկանց, այնպես էլ տեխնիկական սարքերի համար: Կիբեռնետիկայի առաջացումը նախապատրաստվել է ավտոմատ կառավարման տեսության, ռադիոէլեկտրոնիկայի զարգացմամբ և տեղեկատվական տեսության ստեղծմամբ։
Այս աշխատանքը ներկայացվել է Շենոնի կողմից (1948) «Հաղորդակցության մաթեմատիկական տեսություն» գրքում.
Կիբեռնետիկազբաղվում է ցանկացած բնույթի համակարգերի ուսումնասիրությամբ, որոնք կարող են տեղեկատվություն ստանալ, պահել և մշակել և օգտագործել այն կառավարման և կարգավորման համար: Կիբեռնետիկան ուսումնասիրում է այն ազդանշաններն ու գործոնները, որոնք հանգեցնում են որոշակի վերահսկողական գործընթացների։
Դա մեծ նշանակություն ունի բժշկության համար։ Կենսաբանական պրոցեսների վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս որակապես և քանակապես ուսումնասիրել կարգավորման մեխանիզմները։ Կառավարման և կարգավորման տեղեկատվական գործընթացները մարմնում որոշիչ են, այսինքն. առաջնային են, որոնց հիման վրա տեղի են ունենում բոլոր գործընթացները։
Համակարգեր- միմյանց հետ կապված և որոշակի գործառույթներ կատարող տարրերի կազմակերպված համալիր ամբողջ համակարգի ծրագրին համապատասխան: Ուղեղի տարրերը կլինեն նեյրոններ։ Թիմի տարրերը այն մարդիկ են, ովքեր կազմում են այն: Միայն ամբոխը կիբեռնետիկ համակարգ չէ։
Ծրագիր- համակարգի փոփոխությունների հաջորդականությունը տարածության և ժամանակի մեջ, որը կարող է ներառվել համակարգի կառուցվածքում կամ մուտք գործել դրսից:
Միացում- տարրերի միմյանց հետ փոխազդեցության գործընթաց, որի ժամանակ տեղի է ունենում նյութի, էներգիայի, տեղեկատվության փոխանակում.
Հաղորդագրությունները շարունակական են և դիսկրետ:
Շարունակականունեն անընդհատ փոփոխվող արժեքի բնույթ (արյան ճնշում, ջերմաստիճան, մկանային լարվածություն, երաժշտական մեղեդիներ):
Դիսկրետ- բաղկացած է միմյանցից տարբերվող առանձին աստիճաններից կամ աստիճանավորումներից (միջնորդների մասեր, ԴՆԹ-ի ազոտային հիմք, Մորզեի կոդի կետեր և գծիկներ)
Կարևոր է նաև տեղեկատվության կոդավորման գործընթացը: Այն կոդավորված է նյարդային ազդակներով՝ նյարդային կենտրոնների կողմից տեղեկատվության ընկալման համար։ Կոդի տարրեր՝ սիմվոլներ և դիրքեր։ Նշանները չափազուրկ մեծություններ են, որոնք տարբերում են ինչ-որ բան (այբուբենի տառերը, մաթեմատիկական նշանները, նյարդային ազդակները, հոտավետ նյութերի մոլեկուլները և դիրքերը որոշում են նշանների տարածական և ժամանակային դասավորությունը):
Տեղեկատվական կոդը պարունակում է նույն տեղեկատվությունը, ինչ սկզբնական հաղորդագրությունը: Սա իզոմորֆիզմի ֆենոմենն է։ Կոդի ազդանշանը շատ ցածր էներգիայի արժեք ունի: Տեղեկատվության ժամանումը գնահատվում է ազդանշանի առկայությամբ կամ բացակայությամբ:
Հաղորդագրությունն ու տեղեկատվությունը նույնը չեն, քանի որ ըստ տեղեկատվության տեսության
Տեղեկատվություն- անորոշության չափը, որը վերացվում է հաղորդագրությունը ստանալուց հետո:
Իրադարձության հնարավորությունը a priori տեղեկատվություն.
Տեղեկատվություն ստանալուց հետո իրադարձության հավանականությունը a posteriori տեղեկատվություն.
Հաղորդագրության տեղեկատվական լինելն ավելի մեծ կլինի, եթե ստացված տեղեկատվությունը մեծացնի հետին հավանականությունը։
Տեղեկատվական հատկություններ.
- Տեղեկատվությունը իմաստ ունի միայն այն դեպքում, եթե կան դրա ընդունիչներ (սպառող)՝ «եթե սենյակում կա հեռուստացույց, և այնտեղ ոչ ոք չկա»:
- Ազդանշանի առկայությունը պարտադիր չէ ցույց տալ, որ տեղեկատվություն է փոխանցվում, քանի որ կան հաղորդագրություններ, որոնք ոչ մի նոր բան չեն կրում սպառողի համար։
- Տեղեկատվությունը կարող է փոխանցվել ինչպես գիտակցական, այնպես էլ ենթագիտակցական մակարդակով։
- Եթե իրադարձությունը հուսալի է (այսինքն դրա հավանականությունը P=1 է), ապա հաղորդագրությունը, որ դա տեղի է ունեցել, սպառողի համար որևէ տեղեկություն չի պարունակում:
- Հաղորդագրություն մի իրադարձության մասին, որի հավանականությունը Պ< 1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которого произошло.
Ապատեղեկատվություն- տեղեկատվության բացասական արժեքը.
Իրադարձությունների անորոշության չափանիշ - էնտրոպիա(H)
Եթե log2 N=1, ապա N=2
Տեղեկատվության միավոր - քիչ(տեղեկատվության կրկնակի միավոր)
H=lg N (հարթլի)
1 Հարթլիտասը համարժեք հնարավորություններից մեկը ընտրելու համար անհրաժեշտ տեղեկատվության քանակն է: 1 Հարթլի = 3,3 բիթ
Կարգավորիչը կարող է աշխատել փոխհատուցման վրա, երբ մարմնի վրա ազդեցությունը կարգավորիչի փոխհատուցող գործողությունն է, ինչը հանգեցնում է ֆունկցիայի նորմալացմանը:
Կառավարումն ուղղված է ֆիզիոլոգիական գործառույթների գործարկմանը, դրանց ուղղմանը և գործընթացների համակարգմանը:
Ամենահինը կարգավորման հումորալ մեխանիզմն է։
նյարդային մեխանիզմ.
նյարդահումորալ մեխանիզմ.
Կարգավորող մեխանիզմների զարգացումը հանգեցնում է նրան, որ կենդանիները կարողանում են շարժվել և կարող են թողնել անբարենպաստ միջավայր՝ ի տարբերություն բույսերի։
Ֆորպոստ մեխանիզմ (մարդկանց մոտ) - պայմանավորված ռեֆլեքսների տեսքով: Ազդանշանային խթանների դեպքում մենք կարող ենք միջոցներ ձեռնարկել շրջակա միջավայրի վրա ազդելու համար:
Կենսաֆիզիկա (կենսաբանական ֆիզիկա) -Գիտություն առավել պարզ և հիմնարար փոխազդեցությունների մասին, որոնք ընկած են կենսաբանական գործընթացների հիմքում, որոնք տեղի են ունենում կենդանի նյութի կազմակերպման տարբեր մակարդակներում՝ մոլեկուլային, բջջային, օրգանիզմային և պոպուլյացիա:
Ներածություն
Կենսաֆիզիկայի տեսական կոնստրուկցիաները և մոդելները հիմնված են էներգիայի, ուժի, փոխազդեցության տեսակների, ֆիզիկական և ֆորմալ կինետիկայի, թերմոդինամիկայի և տեղեկատվության տեսության ընդհանուր հասկացությունների վրա։ Այս հասկացությունները արտացոլում են նյութի շարժման հիմնական փոխազդեցությունների և օրենքների բնույթը, որը, ինչպես գիտեք, ֆիզիկայի առարկան է՝ հիմնարար բնական գիտություն: Կենսաֆիզիկան որպես կենսաբանական գիտություն կենտրոնանում է կենսաբանական գործընթացների և երևույթների վրա։ Ժամանակակից կենսաֆիզիկայի հիմնական միտումը ներթափանցումն է ամենախորը, տարրական մակարդակներում, որոնք կազմում են կենդանիների կառուցվածքային կազմակերպման հիմքը:
Կենսաֆիզիկայի ձևավորումն ու զարգացումը սերտորեն կապված է ժամանակակից կենսաբանության, ֆիզիկայի, քիմիայի և մաթեմատիկայի գաղափարների, տեսական մոտեցումների և մեթոդների ինտենսիվ փոխներթափանցման հետ։
IUPAB-ի կողմից ընդունված կենսաֆիզիկայի ժամանակակից դասակարգումը
Մաքուր և կիրառական կենսաֆիզիկայի միջազգային միության կողմից ընդունված դասակարգումը (1961 թ.), որն արտացոլում է կենսաֆիզիկական հետազոտությունների ոլորտում հիմնական կենսաբանական օբյեկտները, ներառում է հետևյալ բաժինները. մակրոմոլեկուլներ և մոլեկուլային համալիրներ; Բջջային կենսաֆիզիկա, որն ուսումնասիրում է բջջային կյանքի ֆիզիկաքիմիական հիմքերը, թաղանթների և բջջային օրգանելների մոլեկուլային կառուցվածքի և դրանց գործառույթների փոխհարաբերությունները, բջջային գործընթացների կոորդինացման ձևերը, դրանց մեխանիկական և էլեկտրական հատկությունները, բջջային գործընթացների էներգիան և թերմոդինամիկան. բարդ համակարգերի կենսաֆիզիկա, որոնք ներառում են առանձին օրգանելներ, ամբողջական օրգանիզմներ և պոպուլյացիաներ. վերահսկման և կարգավորման գործընթացների կենսաֆիզիկա, որը զբաղվում է կենսաբանական համակարգերում հսկողության սկզբունքների ուսումնասիրությամբ և մոդելավորմամբ։ Կան նաև կենսաֆիզիկայի բաժիններ՝ կենսապոլիմերների կառուցվածք (սպիտակուցներ, ԴՆԹ, լիպիդներ), բիոմեխանիկա, կենսաբանական օպտիկա, կենսամագնիսականություն, կենսաբանական թերմոդինամիկա։ Կենսաֆիզիկան ներառում է նաև գիտության ոլորտներ, որոնք ուսումնասիրում են տարբեր ֆիզիկական գործոնների (լույս, իոնացնող ճառագայթում, էլեկտրամագնիսական դաշտեր և այլն) կենսաբանական համակարգերի վրա ազդեցության մեխանիզմները։
Կենսաբանություն ֆիզիկայի և մաթեմատիկայի սկզբունքների ներթափանցման պատմությունը
Կենսաբանական օբյեկտների ֆիզիկական հատկությունների ուսումնասիրության սկիզբը կապված է Գ.Գալիլեոյի և Ռ.Դեկարտի (17-րդ դար) աշխատությունների հետ, ովքեր դրել են մեխանիկայի հիմքերը, որոնց սկզբունքներով առաջին փորձերն են արվել բացատրելու որոշ. կյանքի գործընթացները. Դեկարտը, օրինակ, կարծում էր, որ մարդու մարմինը նման է բարդ մեքենայի, որը բաղկացած է նույն տարրերից, ինչ անօրգանական մարմինները։ Իտալացի ֆիզիկոս Գ.Բորելին կիրառել է մեխանիկայի սկզբունքները կենդանիների շարժման մեխանիզմները նկարագրելիս։ 1628 թվականին Վ.Հարվին նկարագրել է արյան շրջանառության մեխանիզմը հիդրոտեխնիկայի օրենքների հիման վրա։ 18-րդ դարում Ֆիզիկայի ոլորտում հայտնագործությունները և նրա մաթեմատիկական ապարատի կատարելագործումը մեծ նշանակություն ունեցան կենդանի օրգանիզմներում տեղի ունեցող ֆիզիկաքիմիական գործընթացները հասկանալու համար։ Ֆիզիկական մոտեցումների կիրառումը խթան է տվել կենսաբանություն փորձարարական մեթոդների և ճշգրիտ գիտությունների գաղափարների ներդրմանը։ Լ.Էյլերը մաթեմատիկորեն նկարագրել է արյան շարժումը անոթներով։ Մ.Վ. Լոմոնոսովը մի շարք ընդհանուր դատողություններ արեց ճաշակի և տեսողական սենսացիաների բնույթի մասին, առաջ քաշեց գունային տեսողության առաջին տեսություններից մեկը։ Ա.Լավուազյեն և Պ.Լապլասը ցույց տվեցին անօրգանական և օրգանական մարմինների համար քիմիայի օրենքների միասնությունը՝ հաստատելով, որ շնչառության գործընթացը նման է դանդաղ այրմանը և կենդանի օրգանիզմների համար ջերմության աղբյուր է։ Ա.Վոլտայի և Լ.Գալվանիի ստեղծագործական քննարկումը վերջիններիս կողմից «կենդանի էլեկտրականության» հայտնաբերման խնդրի շուրջ դրվեց էլեկտրաֆիզիոլոգիայի հիմքում և կարևոր դեր խաղաց ընդհանրապես էլեկտրականության ուսումնասիրության մեջ։
Կենսաֆիզիկայի զարգացումը 19-20-րդ դարերի սկզբին
19-րդ դարում կենսաբանության զարգացումն ուղեկցվել է կենսաբանական կառուցվածքների և գործընթացների ֆիզիկաքիմիական հատկությունների մասին գիտելիքների հարստացմամբ։ Մեծ նշանակություն ունեցավ լուծույթների էլեկտրոլիտիկ տեսության ստեղծումը Ս. Արրենիուսի կողմից, բիոէլեկտրական երևույթների իոնային տեսության՝ Վ. Ներնստը։ Ստացվել են հիմնական գաղափարներ գործողության ներուժի բնույթի և դերի մասին նյարդի երկայնքով գրգռման առաջացման և տարածման մեխանիզմում ( Գ.Հելմհոլց, E. Dubois-Reymond, J. Bernstein, Գերմանիա); Օսմոտիկ և էլեկտրական երևույթների կարևորությունը բջիջների և հյուսվածքների կյանքում պարզվել է Ջ. Լոեբի (ԱՄՆ), Վ. Ներնստի և Ռ. Գերբերի (Գերմանիա) աշխատանքի շնորհիվ։ Այս ամենը թույլ տվեց Դյուբուա-Ռեյմոնդին եզրակացնել, որ օրգանիզմների նյութական մասնիկների մեջ նոր ուժեր չեն հայտնաբերվել, որոնք չեն կարող գործել դրանցից դուրս։ Նման սկզբունքային դիրքորոշումը վերջ դրեց կյանքի գործընթացների բացատրություններին որոշ հատուկ «կենդանի գործոնների, որոնք չեն ենթարկվում ֆիզիկական չափումների»:
Կենսաֆիզիկայի զարգացման գործում մեծ ներդրում ունեն հայրենական գիտնականները։ ՆՐԱՆՔ. Սեչենովըուսումնասիրել է արյան մեջ գազերի տարրալուծման օրինաչափությունները, շարժումների բիոմեխանիկան։ Նյարդային հյուսվածքների գրգռման կոնդենսատորի տեսությունը՝ հիմնված իոնների անհավասար շարժունակության վրա, առաջարկվել է Վ.Յու. Չագովեց. Կ.Ա. Տիմիրյազևը որոշել է արեգակնային սպեկտրի առանձին հատվածների ֆոտոսինթետիկ ակտիվությունը՝ սահմանելով քանակական օրինաչափություններ, որոնք առնչվում են ֆոտոսինթեզի գործընթացի արագությանը և քլորոֆիլով լույսի կլանմանը տարբեր սպեկտրային կազմի տերևներում։ Ֆիզիկայի և ֆիզիկական քիմիայի գաղափարներն ու մեթոդները օգտագործվել են շարժման, լսողության և տեսողության օրգանների, ֆոտոսինթեզի, նյարդի և մկանների մեջ էլեկտրաշարժիչ ուժի առաջացման մեխանիզմի, իոնային միջավայրի կարևորությունը կենսագործունեության համար: բջիջներ և հյուսվածքներ. 1905-15 թթ. Ն.Կ. Կոլցովն ուսումնասիրել է ֆիզիկաքիմիական գործոնների (մակերևութային լարվածություն, ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան, կատիոնների) դերը բջջի կյանքում։ Պ.Պ. Լազարևին վերագրվում է գրգռման իոնային տեսության մշակումը (1916) և ֆոտոքիմիական ռեակցիաների կինետիկայի ուսումնասիրությունը։ Ստեղծել է կենսաֆիզիկոսների առաջին խորհրդային դպրոցը, իր շուրջը համախմբել ականավոր գիտնականների մի մեծ խումբ (դրանց թվում էին Ս. Ի. Վավիլովը, Ս.Վ. Կրավկովը, Վ.Վ. Շուլեյկինը, Ս.Վ. Դերյագինը և ուրիշներ)։ 1919 թվականին նա հիմնադրել է Մոսկվայում Առողջապահության ժողովրդական կոմիսարիատի կենսաբանական ֆիզիկայի ինստիտուտը, որտեղ աշխատանքներ են տարվել գրգռման իոնների տեսության, լույսի ազդեցության տակ տեղի ունեցող ռեակցիաների կինետիկայի, կլանման և ֆլուորեսցենտային սպեկտրների ուսումնասիրության վրա։ կենսաբանական օբյեկտների, ինչպես նաև շրջակա միջավայրի տարբեր գործոնների մարմնի վրա առաջնային ազդեցության գործընթացները: Գրքերը V.I. Վերնադսկին («Կենսոլորտ», 1926), Է.Ս. Բաուերը («Տեսական կենսաբանություն», 1935), Դ.Լ. Ռուբինշտեյն («Կենսաբանության ֆիզիկաքիմիական հիմունքներ», 1932), Ն.Կ. Կոլցով («Բջջի կազմակերպում», 1936), Դ.Ն. Նասոնովը և Վ.Յա. Ալեքսանդրովա («Կենդանի նյութի արձագանքը արտաքին ազդեցություններին», 1940) և այլն։
20-րդ դարի երկրորդ կեսին կենսաֆիզիկայի առաջընթացը ուղղակիորեն կապված էր ֆիզիկայի և քիմիայի առաջընթացների, հետազոտության մեթոդների և տեսական մոտեցումների մշակման և կատարելագործման, ինչպես նաև էլեկտրոնային համակարգիչների օգտագործման հետ: Կենսաֆիզիկայի զարգացման հետ մեկտեղ կենսաբանություն են ներթափանցել հետազոտության այնպիսի ճշգրիտ փորձարարական մեթոդներ, ինչպիսիք են սպեկտրալը, իզոտոպը, դիֆրակցիան և ռադիոսպեկտրոսկոպիկությունը։ Ատոմային էներգիայի լայն զարգացումը խթանեց հետաքրքրությունը ռադիոկենսաբանության և ճառագայթային կենսաֆիզիկայի բնագավառում հետազոտությունների նկատմամբ։
Կենսաֆիզիկայի զարգացման սկզբնական շրջանի հիմնական արդյունքը եզրակացությունն է կենսաբանության բնագավառում ֆիզիկայի հիմնական օրենքների՝ որպես նյութի շարժման օրենքների մասին հիմնարար բնական գիտության հիմնարար կիրառելիության մասին։ Կենսաբանության տարբեր բնագավառների զարգացման համար ընդհանուր մեթոդաբանական մեծ նշանակություն ունեն այս ժամանակահատվածում ստացված էներգիայի պահպանման օրենքի ապացույցները (թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը), քիմիական կինետիկայի սկզբունքների հաստատումը որպես դինամիկ վարքի հիմք։ կենսաբանական համակարգերի, բաց համակարգերի հայեցակարգը և թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը կենսաբանական համակարգերում և վերջապես եզրակացություն էներգիայի հատուկ «կենդանի» ձևերի բացակայության մասին։ Այս ամենը մեծապես ազդեց կենսաբանության զարգացման վրա, կենսաքիմիայի հաջողություններին և բիոպոլիմերների կառուցվածքի ուսումնասիրության առաջընթացին, նպաստեց կենսաբանական գիտության առաջատար ժամանակակից ուղղության ձևավորմանը՝ ֆիզիկական և քիմիական կենսաբանություն, որում կենսաֆիզիկան կարևոր տեղ է զբաղեցնում։ տեղ.
Ժամանակակից կենսաֆիզիկայի հետազոտությունների և ձեռքբերումների հիմնական ուղղությունները
Ժամանակակից կենսաֆիզիկայում կան 2 հիմնական ոլորտներ, որոնք կազմում են կենսաֆիզիկայի առարկան. տեսական կենսաֆիզիկալուծում է կենսաբանական համակարգերի թերմոդինամիկայի, կենսաբանական գործընթացների դինամիկ կազմակերպման և կարգավորման ընդհանուր խնդիրները, դիտարկում է փոխազդեցությունների ֆիզիկական բնույթը, որոնք որոշում են մակրոմոլեկուլների և դրանց համալիրների կառուցվածքը, կայունությունը և ներմոլեկուլային դինամիկ շարժունակությունը, դրանցում էներգիայի փոխակերպման մեխանիզմները. և հատուկ կենսաբանական գործընթացների կենսաֆիզիկա ( բջջային կենսաֆիզիկա), որի վերլուծությունն իրականացվում է ընդհանուր տեսական հասկացությունների հիման վրա։ Կենսաֆիզիկայի զարգացման հիմնական միտումը կապված է կենդանիների կազմակերպման տարբեր մակարդակներում կենսաբանական երևույթների հիմքում ընկած մոլեկուլային մեխանիզմների ներթափանցման հետ:
Կենսաֆիզիկայի զարգացման ներկա փուլում տեղի են ունեցել հիմնարար տեղաշարժեր, որոնք կապված են հիմնականում բարդ համակարգերի և մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի կենսաֆիզիկայի տեսական բաժինների արագ զարգացման հետ: Հենց այս ոլորտներում, առնչվելով կենսաբանական համակարգերի դինամիկ վարքագծի օրինաչափություններին և կենսակառուցվածքներում մոլեկուլային փոխազդեցության մեխանիզմներին, ստացվել են ընդհանուր արդյունքներ, որոնց հիման վրա կենսաֆիզիկան ձևավորել է իր տեսական հիմքը։ Տեսական մոդելները, որոնք մշակվել են այնպիսի բաժիններում, ինչպիսիք են կինետիկան, թերմոդինամիկան, կենսաբանական համակարգերի կարգավորման տեսությունը, կենսապոլիմերների կառուցվածքը և դրանց էլեկտրոնային կոնֆորմացիոն հատկությունները, հիմք են հանդիսանում կենսաֆիզիկայում՝ հատուկ կենսաբանական գործընթացների վերլուծության համար: Նման մոդելների ստեղծումը անհրաժեշտ է մոլեկուլային և բջջային մակարդակներում հիմնարար կենսաբանորեն նշանակալի փոխազդեցությունների ընդհանուր սկզբունքները բացահայտելու, դրանց բնույթը ժամանակակից ֆիզիկայի և քիմիայի օրենքներին համապատասխան բացահայտելու համար՝ օգտագործելով մաթեմատիկայի վերջին ձեռքբերումները և դրա հիման վրա զարգանալ։ այս սկզբնական ընդհանրացված հասկացությունների, որոնք համարժեք են նկարագրված կենսաբանական երևույթներին:
Ամենակարևոր առանձնահատկությունն այն է, որ կենսաֆիզիկայում մոդելների կառուցումը պահանջում է հարակից ճշգրիտ գիտությունների գաղափարների այնպիսի փոփոխություն, որը համարժեք է այս գիտություններում նոր հասկացությունների մշակմանը, որոնք կիրառվում են կենսաբանական գործընթացների վերլուծության համար: Կենսաբանական համակարգերն իրենք տեղեկատվության աղբյուր են, որը խթանում է ֆիզիկայի, քիմիայի և մաթեմատիկայի որոշ ոլորտների զարգացումը:
Բարդ համակարգերի կենսաֆիզիկայի ոլորտում քիմիական կինետիկայի սկզբունքների օգտագործումը նյութափոխանակության գործընթացների վերլուծության համար լայն հնարավորություններ է բացել սովորական դիֆերենցիալ հավասարումների միջոցով դրանց մաթեմատիկական մոդելավորման համար: Այս փուլում շատ կարևոր արդյունքներ են ձեռք բերվել հիմնականում էկոլոգիական համակարգերում ֆիզիոլոգիական և կենսաքիմիական պրոցեսների մոդելավորման, բջիջների աճի դինամիկայի և պոպուլյացիայի չափի բնագավառում։ Կենսաբանական բարդ պրոցեսների մաթեմատիկական մոդելավորման զարգացման մեջ հիմնարար նշանակություն ունեցավ համապատասխան հավասարումների ճշգրիտ վերլուծական լուծումների պարտադիր հայտնաբերման գաղափարի մերժումը և դիֆերենցիալ հավասարումների վերլուծության որակական մեթոդների կիրառումը, որոնք հնարավորություն են տալիս բացահայտել կենսաբանական համակարգերի ընդհանուր դինամիկ առանձնահատկությունները. Այս առանձնահատկությունները ներառում են անշարժ վիճակների հատկությունները, դրանց քանակը, կայունությունը, մի ռեժիմից մյուսին անցնելու հնարավորությունը, ինքնահոսքային ռեժիմների առկայությունը և դինամիկ ռեժիմների քաոտիզացումը։
Այս հիման վրա գաղափարներ են մշակվել ժամանակների հիերարխիայի և «նվազագույն» և համարժեք մոդելների մասին, որոնք լիովին արտացոլում են օբյեկտի հիմնական հատկությունները։ Մշակվել է նաև համակարգերի դինամիկ վարքագծի պարամետրային վերլուծություն, ներառյալ հիմնական մոդելների վերլուծությունը, որոնք արտացոլում են ժամանակի և տարածության մեջ կենսաբանական համակարգերի ինքնակազմակերպման տարբեր ասպեկտները: Բացի այդ, հավանականության մոդելների օգտագործումը, որոնք արտացոլում են ստոխաստիկ գործոնների ազդեցությունը կենսաբանական համակարգերում դետերմինիստական գործընթացների վրա, գնալով ավելի կարևոր է դառնում: Համակարգի դինամիկ վարքագծի բիֆուրկացիոն կախվածությունը պարամետրերի կրիտիկական արժեքներից արտացոլում է համակարգում դինամիկ տեղեկատվության առաջացումը, որն իրականացվում է գործառնական ռեժիմի փոփոխման ժամանակ:
Կենսաֆիզիկայի ձեռքբերումները, որոնք ընդհանուր կենսաբանական նշանակություն ունեն, ներառում են օրգանիզմների և բջիջների թերմոդինամիկական հատկությունների ըմբռնումը որպես բաց համակարգեր, թերմոդինամիկայի 2-րդ օրենքի հիման վրա բաց համակարգի կայուն վիճակի էվոլյուցիայի չափանիշների ձևակերպումը։ ( I. Prigogine); պոպուլյացիաների, ֆերմենտային ռեակցիաների մակարդակում տատանողական պրոցեսների մեխանիզմների բացահայտում։ Ակտիվ միջավայրերում ավտոալիքային պրոցեսների տեսության հիման վրա ստեղծվել են համասեռ բաց համակարգերում ցրող կառուցվածքների ինքնաբուխ ի հայտ գալու պայմանները։ Դրա հիման վրա կառուցվում են մորֆոգենեզի գործընթացների մոդելներ, բակտերիալ կուլտուրաների աճի ժամանակ կանոնավոր կառուցվածքների ձևավորում, նյարդային ազդակների տարածում և նյարդային գրգռում նեյրոնային ցանցերում։ Տեսական կենսաֆիզիկայի զարգացող ոլորտը կենսաբանական տեղեկատվության ծագման և բնույթի և էնտրոպիայի հետ դրա կապի, քաոսի պայմանների և բարդ կենսաբանական համակարգերում ֆրակտալ ինքնանման կառույցների ձևավորման ուսումնասիրությունն է:
Ընդհանուր առմամբ, միասնական մոլեկուլային-կինետիկ նկարագրության մշակումը կենսաֆիզիկայի հրատապ խնդիր է, որը պահանջում է նախնական հիմնարար հասկացությունների մշակում։ Այսպիսով, անշրջելի պրոցեսների թերմոդինամիկայի ոլորտում քիմիական ներուժի հայեցակարգը, որը կախված է որևէ բաղադրիչի ընդհանուր կոնցենտրացիայից, և, խստորեն ասած, էնտրոպիայի հայեցակարգն այլևս վավեր չէ հավասարակշռությունից հեռու գտնվող տարասեռ համակարգերի համար: Ակտիվ մակրոմոլեկուլային համալիրներում ներմոլեկուլային փոխակերպումները հիմնականում կախված են դրանց կազմակերպման բնույթից, այլ ոչ թե առանձին բաղադրիչ բաղադրիչների ընդհանուր կոնցենտրացիայից: Սա պահանջում է տարասեռ ոչ հավասարակշռված համակարգերում անդառնալի գործընթացների կայունության և ուղղության նոր չափանիշների մշակում:
Մոլեկուլային կենսաֆիզիկայում հատուկ կենսաբանական պրոցեսների ուսումնասիրությունը հիմնված է կենսապոլիմերների (սպիտակուցներ և նուկլեինաթթուներ) ֆիզիկաքիմիական հատկությունների, դրանց կառուցվածքի, ինքնահավաքման մեխանիզմների, ներմոլեկուլային շարժունակության և այլնի ուսումնասիրությունների տվյալների վրա: Կենսաֆիզիկայի մեջ մեծ նշանակություն ունի ժամանակակից փորձարարական մեթոդների կիրառումը, առաջին հերթին ռադիոսպեկտրոսկոպիան (NMR, EPR), սպեկտրոֆոտոմետրիան, ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը, էլեկտրոնային թունելային մանրադիտակը, ատոմային ուժի մանրադիտակը, լազերային սպեկտրոսկոպիան, տարբեր էլեկտրամետրական մեթոդներ, այդ թվում՝ միկրոէլեկտրոդային տեխնոլոգիայի օգտագործումը: Դրանք հնարավորություն են տալիս տեղեկատվություն ստանալ մոլեկուլային փոխակերպումների մեխանիզմների մասին՝ չխախտելով կենսաբանական օբյեկտների ամբողջականությունը։ Ներկայումս հաստատվել է մոտ 1000 սպիտակուցի կառուցվածք։ Ֆերմենտների տարածական կառուցվածքի և դրանց ակտիվ կենտրոնի վերծանումը հնարավորություն է տալիս հասկանալ ֆերմենտային կատալիզացման մոլեկուլային մեխանիզմների բնույթը և դրա հիման վրա պլանավորել նոր դեղամիջոցների ստեղծումը: Կենսաբանորեն ակտիվ նյութերի, ներառյալ դեղերի նպատակային սինթեզի հնարավորությունները հիմնված են նաև մոլեկուլային շարժունակության և նման մոլեկուլների կենսաբանական ակտիվության փոխհարաբերությունների հիմնարար ուսումնասիրությունների վրա:
Տեսական մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի բնագավառում պատկերացումներ մասին էլեկտրոնային-կոնֆորմացիոն փոխազդեցություններ - EKV(Մ.Վ. Վոլկենշտեյնսպիտակուցի ստոխաստիկ հատկությունները ( ՄԱՍԻՆ. Պտիցին) հիմք են կազմում կենսամակրոմոլեկուլների գործունեության սկզբունքները հասկանալու համար: Կենսաբանական օրինաչափությունների յուրահատկությունը, որոնք լիովին բացահայտվում են զարգացած կենսաբանական համակարգի կազմակերպման ամենաբարձր մակարդակներում, այնուամենայնիվ, դրսևորվում է արդեն կենդանիների ցածր մոլեկուլային մակարդակներում։ Էներգիայի փոխակերպումը և կոմպլեքսներում ռեակցիայի արտադրանքի հայտնվելը կատարվում է մակրոմոլեկուլի առանձին մասերի ներմոլեկուլային փոխազդեցությունների արդյունքում։ Այստեղից տրամաբանորեն հետևում են մակրոմոլեկուլի՝ որպես ֆիզիկական օբյեկտի եզակիության մասին պատկերացումները, որոնք համատեղում են փոխազդեցությունները վիճակագրական և մեխանիկական ազատության աստիճաններում։ Դա մակրոմոլեկուլների, հիմնականում սպիտակուցների, որպես մոլեկուլային մեքենաների մասին պատկերացումներն են ( Լ.Ա. Բլյումենֆելդ, Դ.Ս. Չերնավսկի) հնարավոր է դարձնում բացատրել էներգիայի տարբեր տեսակների փոխակերպումը մեկ մակրոմոլեկուլի ներսում փոխազդեցության արդյունքում: Ֆիզիկական փոխազդեցության ընդհանրացված մոդելների վերլուծության և կառուցման կենսաֆիզիկական մեթոդի արդյունավետությունն արտահայտվում է նրանով, որ EQI սկզբունքը թույլ է տալիս դիտարկել մոլեկուլային մեքենաների աշխատանքը, որոնք կարծես թե հեռու են միմյանցից իրենց կենսաբանական դերում, միասնական ընդհանուր գիտականից: դիրքը - օրինակ, ֆոտոսինթեզի և տեսողության առաջնային գործընթացներում ներգրավված մոլեկուլային համալիրներ, ֆերմենտային ռեակցիաների ֆերմենտային-սուբստրատային համալիրներ, ATP սինթետազի մոլեկուլային մեխանիզմներ, ինչպես նաև իոնների փոխանցում կենսաբանական թաղանթներով:
Կենսաֆիզիկան ուսումնասիրում է հատկությունները կենսաբանական թաղանթներ, դրանց մոլեկուլային կազմակերպումը, սպիտակուցների և լիպիդային բաղադրիչների կոնֆորմացիոն շարժունակությունը, ջերմաստիճանի նկատմամբ դիմադրությունը, լիպիդային պերօքսիդացումը, թափանցելիությունը ոչ էլեկտրոլիտների և տարբեր իոնների նկատմամբ, իոնային ալիքների մոլեկուլային կառուցվածքն ու մեխանիզմները, միջբջջային փոխազդեցությունները։ Մեծ ուշադրություն է դարձվում կենսակառուցվածքներում էներգիայի փոխակերպման մեխանիզմներին (տես Արվեստ. Բիոէներգետիկա), որտեղ դրանք կապված են էլեկտրոնների փոխանցման և էլեկտրոնային գրգռման էներգիայի փոխակերպման հետ։ Ազատ ռադիկալների դերը կենդանի համակարգերում և դրանց նշանակությունը իոնացնող ճառագայթման վնասակար ազդեցության, ինչպես նաև մի շարք այլ պաթոլոգիական պրոցեսների զարգացման մեջ ( Ն.Մ. Էմանուել, Բ.Ն. Տարուսով): Կենսաքիմիային սահմանակից կենսաֆիզիկայի ճյուղերից մեկը մեխանոքիմիան է, որն ուսումնասիրում է քիմիական և մեխանիկական էներգիայի փոխակերպման մեխանիզմները՝ կապված մկանների կծկման, թարթիչների և դրոշակների շարժման, օրգանելների և պրոտոպլազմայի բջիջներում: Կարևոր տեղ է գրավում «քվանտային» կենսաֆիզիկան, որն ուսումնասիրում է կենսաբանական կառուցվածքների լուսային քվանտների հետ փոխազդեցության առաջնային գործընթացները (ֆոտոսինթեզ, տեսողություն, ազդեցություն մաշկի վրա և այլն), կենսալյումինեսցենտության և ֆոտոտրոպ ռեակցիաների մեխանիզմները, ուլտրամանուշակագույնի ազդեցությունը։ և տեսանելի լույս ( ֆոտոդինամիկ էֆեկտներ) կենսաբանական օբյեկտների վրա. Դեռ 40-ական թթ. 20 դյույմ . Ա.Ն. Տերենինբացահայտել է եռակի վիճակների դերը ֆոտոքիմիական և մի շարք ֆոտոկենսաբանական գործընթացներում։ Ա.Ա. Կրասնովսկինցույց է տվել լույսով գրգռված քլորոֆիլի կարողությունը՝ ենթարկվելու ռեդոքս փոխակերպումների, որոնք ընկած են ֆոտոսինթեզի առաջնային գործընթացների հիմքում։ Լազերային սպեկտրոսկոպիայի ժամանակակից մեթոդները ուղղակի տեղեկատվություն են տալիս համապատասխան ֆոտոինդուկտիվ էլեկտրոնային անցումների կինետիկայի, ատոմային խմբերի թրթռումների մասին 50-100 ֆեմտովկյանից մինչև 10 -12 -10 -6 վրկ և ավելի:
Կենսաֆիզիկայի գաղափարներն ու մեթոդները ոչ միայն լայնորեն կիրառվում են մակրոմոլեկուլային և բջջային մակարդակներում կենսաբանական գործընթացների ուսումնասիրության մեջ, այլև հատկապես վերջին տարիներին տարածվել են կենդանի բնության կազմակերպման բնակչության և էկոհամակարգերի մակարդակներում:
Կենսաֆիզիկայի առաջընթացը մեծապես օգտագործվում է բժշկության և էկոլոգիայի մեջ: Բժշկական կենսաֆիզիկան զբաղվում է պաթոլոգիական փոփոխությունների սկզբնական փուլերի մոլեկուլային մակարդակում մարմնում (բջջում) նույնականացմամբ։ Հիվանդությունների վաղ ախտորոշումը հիմնված է հիվանդության ուղեկցող արյան և հյուսվածքների նմուշների սպեկտրային փոփոխությունների, լյումինեսցիայի, էլեկտրական հաղորդունակության գրանցման վրա (օրինակ, քիմլյումինեսցենցիայի մակարդակը կարող է օգտագործվել լիպիդային պերօքսիդացման բնույթը դատելու համար): վերլուծում է աբիոտիկ գործոնների (ջերմաստիճան, լույս, էլեկտրամագնիսական դաշտեր, մարդածին աղտոտվածություն և այլն) գործողության մոլեկուլային մեխանիզմները կենսաբանական կառուցվածքների, օրգանիզմների կենսունակության և կայունության վրա։ Էկոլոգիական կենսաֆիզիկայի կարևորագույն խնդիրը էկոհամակարգերի վիճակի գնահատման էքսպրես մեթոդների մշակումն է։ Այս ոլորտում ամենակարևոր խնդիրներից մեկն է գնահատել սկզբունքորեն նոր նյութերի՝ նանոնյութերի թունավորությունը, ինչպես նաև կենսաբանական համակարգերի հետ դրանց փոխազդեցության մեխանիզմները:
Ռուսաստանում կենսաֆիզիկայի հետազոտություններն իրականացվում են մի շարք գիտահետազոտական ինստիտուտներում և համալսարաններում: Առաջատար տեղերից է Պուշչինոյի գիտական կենտրոնը, որտեղ 1962 թվականին կազմակերպվել է ԽՍՀՄ ԳԱ կենսաբանական ֆիզիկայի ինստիտուտը, որը հետագայում բաժանվել է. Բջջային կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ RAS(Տնօրեն՝ ՌԴ ԳԱ թղթակից անդամ Է.Է. Ֆեսենկո) և ՌԳՀ տեսական և փորձարարական կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ(Տնօրեն - ՌԳԱ թղթակից անդամ Գ.Ռ. Իվանիցկի. Կենսաֆիզիկան ակտիվորեն զարգանում է Ռուսաստանի Դաշնության Առողջապահության նախարարության կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ, Մոլեկուլային կենսաբանության ինստիտուտ RASև RAS սպիտակուցների ինստիտուտ, Կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ ՀԳՀՀ(Տնօրեն՝ ՌԴ ԳԱ թղթակից անդամ Դեգերմեդժի Ա.Գ.), Մոսկվայի համալսարաններում։ Սանկտ Պետերբուրգ և Վորոնեժ, ներս, ներս և այլն:
Ռուսաստանում կենսաֆիզիկական կրթության զարգացումը
Հետազոտությունների զարգացմանը զուգահեռ ընթանում էր կենսաֆիզիկայի ոլորտի մասնագետների պատրաստման բազայի ձևավորումը։ Մոսկվայի պետական համալսարանի կենսաբանության և հողագիտության ֆակուլտետի ԽՍՀՄ կենսաֆիզիկայի ամբիոնում առաջինը կազմակերպվել է 1953 թվականին (Բ.Ն. Տարուսով), իսկ 1959 թվականին Մոսկվայի պետական համալսարանի ֆիզիկայի ֆակուլտետում (Լ.Ա. Բլյումենֆելդ) բացվել է կենսաֆիզիկայի ամբիոնը։ Այս երկու բաժիններն էլ ոչ միայն որակյալ կենսաֆիզիկոսներ պատրաստող կրթական կենտրոններ են, այլ նաև խոշոր հետազոտական կենտրոններ։ Այնուհետև երկրի մի շարք այլ բուհերում կազմակերպվեցին կենսաֆիզիկայի ամբիոններ, այդ թվում Պետական համալսարան «Մոսկվայի ֆիզիկատեխնիկական ինստիտուտ», մեջ Ազգային հետազոտական միջուկային համալսարան «MEPhI»ինչպես նաև առաջատար բժշկական համալսարաններում: Կենսաֆիզիկայի դասընթացը դասավանդվում է հանրապետության բոլոր բուհերում։ Կենսաֆիզիկական հետազոտություններն իրականացվում են աշխարհի բազմաթիվ երկրների ինստիտուտներում և համալսարաններում։ Կենսաֆիզիկայի միջազգային կոնգրեսները պարբերաբար անցկացվում են 3 տարին մեկ։ Կենսաֆիզիկոսների ընկերություններ գոյություն ունեն ԱՄՆ-ում, Մեծ Բրիտանիայում և մի շարք այլ երկրներում։ Ռուսաստանում գիտական աշխատանքները համակարգում և միջազգային կապեր է իրականացնում Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի կենսաֆիզիկայի գիտական խորհուրդը։ Կենսաֆիզիկայի բաժինը հասանելի է Մոսկվայի բնագետների միություն.
Պարբերականներից են, որոնցում տպագրվում են կենսաֆիզիկայի վերաբերյալ հոդվածներ՝ «Կենսաֆիզիկա» (Մ., 1956 -); «Մոլեկուլային կենսաբանություն» (Մ., 1967 -); «Ռադիոկենսաբանություն» (Մ., 1961 - ներկայումս «Ռադիացիոն կենսաբանություն. Ռադիոէկոլոգիա»); «Կենսաբանական մեմբրաններ» (Մ., 19 -) «Կենսաբանական և բժշկական ֆիզիկայի առաջընթաց» (Ն.Յ., 1948 -); «Biochimica et Biophysica Acta» (N.Y. - Amst., 1947 -); «Biophysical Journal» (N.Y., I960 -); «Տեղեկագիր մաթեմատիկական կենսաֆիզիկայի» (Chi, 1939 -); «Journal of Cell Biology» (N.Y., 1962 -. 1955 - 1961 «Journal of Biophysical and Biochemical Cytology»); «Մոլեկուլային կենսաբանության ամսագիր» (N.Y. - L., 1959 -); «Ultrastructure Research» ամսագիր (N.Y. - L., 1957 -) «Progress in Biophysics and Biophysical Chemistry» (L., 1950 -); Եվրոպական կենսաֆիզիկայի ամսագիր (); Տեսական կենսաբանության հանդես (1961)։
Առաջարկվող ընթերցանություն
Բլյումենֆելդ Լ.Ա. Կենսաբանական ֆիզիկայի խնդիրներ. Մ., 1977
Volkenstein M.V.Կենսաֆիզիկա. Մ., 1981
Մ.Ջեքսոն. Մոլեկուլային և բջջային կենսաֆիզիկա. Մ., Միր. 2009 թ
Նիկոլիս Գ., Պրիգոժին Ի. Ինքնակազմակերպում ոչ հավասարակշռված կառույցներում. մեկ. անգլերենից։ Մ., 1979;
Ռուբին Ա.Բ.Կենսաֆիզիկա. T. I. M., 2004. T. 2. M., 2004 (3-րդ հրատարակություն)
Ա.Վ., Պտիցին Օ.Բ. Սպիտակուցների ֆիզիկա. Մ., 2002:
ԿՐԹՈՒԹՅԱՆ ԴԱՇՆԱԿԱՆ ԳՈՐԾԱԿԱԼՈՒԹՅՈՒՆ
ՊԵՏԱԿԱՆ ՈՒՍ. ՀԱՍՏԱՏՈՒԹՅՈՒՆ
ԲԱՐՁՐԱԳՈՒՅՆ ՄԱՍՆԱԳԻՏԱԿԱՆ ԿՐԹՈՒԹՅՈՒՆ
«ԻՐԿՈՒՏՍԿԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ՄԱՆԿԱՎԱՐԺԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ»
Ֆիզիկայի բաժին
մաթեմատիկայի, ֆիզիկայի և
ինֆորմատիկա
մասնագիտություն «540200 - ֆիզ
մաթեմատիկական կրթություն»
ֆիզիկայի պրոֆիլը
Ֆիզիկական և մաթեմատիկական կրթության բակալավրի որակավորում
Ուսուցման հեռակա ձև
ԴԱՍԸՆԹԱՑ ԱՇԽԱՏԱՆՔ
Կենսաֆիզիկա ֆիզիկայի դասերին 7-9-րդ դասարաններում
Ավարտեց՝ Ռուդիխ Տատյանա Վալերիևնա
Գիտական խորհրդատու՝ թեկնածու
ֆիզիկա և մաթեմատիկա Լյուբուշկինա Լյուդմիլա Միխայլովնա
Պաշտպանության ամսաթիվ _____________________
Նշագծել _________________________
Իրկուտսկ 2009 թ
Ներածություն 3
ԳԼՈՒԽԻ . ԿԵՆՍԱՖԻԶԻԿԻ ՁԵՎԱՎՈՐՈՒՄԸ
1.1. Գիտնականների ներդրումը կենսաֆիզիկայի զարգացման գործում 5
1.2. Կենսաֆիզիկայի հիմնադիր 10
1.3. Քվանտային տեսության ստեղծում 11
1.4. Կիրառական կենսաֆիզիկա 14
1.5. Կենսաֆիզիկայի փոփոխություններ 16
1.6. Կենսաֆիզիկան որպես տեսական կենսաբանություն 18
1.7. Կենսաֆիզիկական հետազոտություններ ֆիզիկայում 21
1.8. Կենսաֆիզիկական հետազոտություն կենսաբանության մեջ 23
ԳԼՈՒԽII. ԿԵՆՍԱՖԻԶԻԿԱՆԸ ՖԻԶԻԿԱՅԻ ԴԱՍԵՐՈՒՄ
2.1. Կենսաֆիզիկայի տարրերը ֆիզիկայի դասերին 7-9-րդ դասարաններում 24
2.2. Կենսաֆիզիկայի կիրառումը 25 հիմնական դպրոցի դասերին
2.3. Բլից մրցաշար «Ֆիզիկա վայրի բնության մեջ» 33
Եզրակացություն 35
Հղումներ 36
Ներածություն
Հետազոտության արդիականությունը.
Աշխարհայացքը անձի կառուցվածքի ամենակարեւոր բաղադրիչն է: Այն ներառում է աշխարհի մասին ընդհանրացված հայացքների համակարգ, նրանում մարդու տեղի մասին, ինչպես նաև տեսակետների, համոզմունքների, իդեալների, սկզբունքների համակարգ, որոնք համապատասխանում են որոշակի աշխարհայացքին։ Աշխարհայացքի ձևավորման գործընթացը ինտենսիվորեն տեղի է ունենում դպրոցական տարիքում։ Արդեն հիմնական դպրոցում (7-9-րդ դասարաններ) աշակերտները պետք է գիտակցեն, որ ֆիզիկական երևույթների և օրենքների ուսումնասիրությունը կօգնի իրենց հասկանալու իրենց շրջապատող աշխարհը:
Այնուամենայնիվ, ֆիզիկայի նոր դասագրքերի մեծ մասը, հատկապես ավագ հիմնական և մասնագիտացված դպրոցների համար, չեն նպաստում ուսումնասիրվող նյութի ամբողջական ընկալմանը: Երեխաների հետաքրքրությունը առարկայի նկատմամբ աստիճանաբար մարում է: Հետևաբար, միջնակարգ դպրոցի կարևոր խնդիրն է աշակերտների մտքում ստեղծել աշխարհի ընդհանուր պատկերը իր միասնությամբ և անշունչ և կենդանի բնության հատկությունների բազմազանությամբ: Աշխարհի պատկերի ամբողջականությունը ձեռք է բերվում այլ տեխնիկայի և միջառարկայական կապերի հետ մեկտեղ:
Դպրոցական ֆիզիկայի դասընթացի ցանկացած թեմա ներառում է գիտական գիտելիքների տարրեր, որոնք էական նշանակություն ունեն աշխարհայացքի ձևավորման և դպրոցականների կողմից ուսումնասիրվող առարկայի հիմնարար հասկացությունների յուրացման համար: Քանի որ բնագիտական առարկաների բովանդակությունը խիստ կառուցված չէ կրթական չափորոշիչներում և ծրագրերում, հաճախ դպրոցականների գիտելիքները համակարգված չեն, ձևական:
Հետազոտական խնդիրբաղկացած է աշխարհի ֆիզիկական պատկերի ամբողջական ընկալման ձևավորման անհրաժեշտությունից և դասավանդվող առարկայի՝ ֆիզիկայի ուսումնական նյութի համապատասխան համակարգման և ընդհանրացման բացակայությունից:
Ուսումնասիրության նպատակը.Հետևել բնական գիտությունների ցիկլի երկու առարկաների՝ ֆիզիկայի և կենսաբանության ինտեգրմանը:
Ուսումնասիրության օբյեկտ.Կենսաֆիզիկան և դրա կապը այլ առարկաների հետ:
Ուսումնասիրության առարկա. Կենսաֆիզիկա ֆիզիկայի դասերին 7-9-րդ դասարաններումհիմնական դպրոց.
Առաջադրված նպատակի իրագործումը պահանջում էր մի շարք խնդիրների լուծում հատուկ առաջադրանքներ.
Ուսումնասիրել և վերլուծել հետազոտական թեմայի վերաբերյալ ուսումնական և մեթոդական գրականությունը:
Վերլուծել տարբեր կենսաֆիզիկական երևույթներ:
Ընտրեք փորձարարական առաջադրանքներ, տարբեր տեսակի առաջադրանքներ, որոնց լուծումը պահանջում է ինչպես ֆիզիկայի, այնպես էլ կենսաբանության գիտելիքներ:
Ուսումնասիրության գործնական նշանակությունը.աշխատանքի արդյունքները կարող են առաջարկվել գործնական օգտագործման համար բոլոր ուսումնական հաստատություններում ֆիզիկայի դասավանդման ուսուցիչներ.
Ուսումնասիրության տրամաբանությունը որոշեց աշխատանքի կառուցվածքը՝ բաղկացած ներածությունից, երկու գլուխներից, եզրակացությունից, հղումների ցանկից։ Առաջին գլուխը նվիրված է ուսումնական գրականության վերլուծությանը «Կենսաֆիզիկա և դրա կապը այլ առարկաների հետ» թեմայով, երկրորդ գլուխը ուսումնասիրում է ֆիզիկայի և կենսաբանության հարաբերությունները կոնկրետ առաջադրանքների օրինակով:
Եզրափակելով՝ ամփոփվում են ուսումնասիրության արդյունքները և տրվում են առաջարկություններ՝ բարելավելու կենսաֆիզիկական երևույթների կիրառումը ֆիզիկայի դպրոցական դասընթացի ուսումնասիրության մեջ։
Գլուխ Ի. ԿԵՆՍԱՖԻԶԻԿԻ ՁԵՎԱՎՈՐՈՒՄԸ
1.1. Գիտնականների ներդրումը կենսաֆիզիկայի զարգացման գործում.
Կենսաֆիզիկա- բնական գիտության ճյուղ, որը զբաղվում է կենսաբանական համակարգերի կազմակերպման և գործունեության ֆիզիկական և ֆիզիկաքիմիական սկզբունքներով բոլոր մակարդակներում (ենթամոլեկուլայինից մինչև կենսոլորտային), ներառյալ դրանց մաթեմատիկական նկարագրությունը: Կենսաֆիզիկան հիմնովին զբաղվում է կենդանի համակարգերի մեխանիզմներով և հատկություններով: Ապրելը բաց համակարգ է, որն ընդունակ է ինքնապահպանման և ինքնավերարտադրման:
Որպես բազմառարկայական գիտություն՝ կենսաֆիզիկան ձևավորվել է 20-րդ դարում, սակայն դրա նախապատմությունը ավելի քան մեկ դար առաջ է։ Ինչպես գիտությունները, որոնք հանգեցրին դրա առաջացմանը (ֆիզիկա, կենսաբանություն, բժշկություն, քիմիա, մաթեմատիկա), կենսաֆիզիկան անցած դարի կեսերին ենթարկվեց մի շարք հեղափոխական վերափոխումների։ Հայտնի է, որ ֆիզիկան, կենսաբանությունը, քիմիան և բժշկությունը սերտորեն կապված գիտություններ են, բայց մենք սովոր ենք, որ դրանք ուսումնասիրվում են առանձին և անկախ։ Ըստ էության, այս գիտությունների անկախ առանձին ուսումնասիրությունը սխալ է։ Բնագետը կարող է անշունչ բնությանը տալ միայն երկու հարց՝ «Ի՞նչ»: Իսկ ինչպե՞ս»։ «Ինչ»-ը հետազոտության առարկա է, «ինչպես»-ը` ինչպես է դասավորված այս առարկան: Կենսաբանական էվոլյուցիան վայրի բնությանը հասցրել է յուրահատուկ նպատակահարմարության։ Հետևաբար, կենսաբանը, բժիշկը, հումանիստը կարող է նաև երրորդ հարց տալ՝ «Ինչո՞ւ»: կամ «Ինչի՞ համար»: Հարցրեք «Ինչու Լուսինը»: գուցե բանաստեղծ, բայց ոչ գիտնական:
Գիտնականները գիտեին, թե ինչպես ճիշտ հարցեր տալ բնությանը: Նրանք անգնահատելի ներդրում ունեցան ֆիզիկայի, կենսաբանության, քիմիայի և բժշկության զարգացման գործում՝ գիտություններ, որոնք մաթեմատիկայի հետ միասին ձևավորեցին կենսաֆիզիկան։
-ի ժամանակներից Արիստոտել (384 - 322 մ.թ.ա.)ֆիզիկան ներառում էր անշունչ և կենդանի բնության մասին տեղեկատվության ամբողջությունը (հունարենից. «Ֆիզիս» - «Բնություն»): Բնության քայլերը նրա կարծիքով՝ անօրգանական աշխարհ, բույսեր, կենդանիներ, մարդ։ Նյութի առաջնային որակներն են երկու զույգ հակադրությունները՝ «տաք-սառը», «չոր-թաց»։ Տարրերի հիմնական տարրերն են՝ հողը, օդը, ջուրը, կրակը։ Ամենաբարձր, ամենակատարյալ տարրը եթերն է: Տարրերն իրենք առաջնային որակների զանազան համակցություններ են՝ սառը և չորի համադրությունը համապատասխանում է երկրին, սառը խոնավին՝ ջրին, տաքից խոնավին՝ օդին, տաքին՝ չորին՝ կրակին: Եթեր հասկացությունը հետագայում հիմք հանդիսացավ բազմաթիվ ֆիզիկական և կենսաբանական տեսությունների համար: Ժամանակակից տերմիններով Արիստոտելի գաղափարները հիմնված են բնական գործոնների ավելացման ոչ հավելյալության (սիներգիզմի) և բնական համակարգերի հիերարխիայի վրա։
Որպես ճշգրիտ բնական գիտություն, որպես գիտություն ժամանակակից հայեցակարգում, ֆիզիկան սկիզբ է առնում Գալիլեո Գալիլեյ (1564 - 1642), ով սկզբում բժշկություն է սովորել Պիզայի համալսարանում և միայն դրանից հետո սկսել է հետաքրքրվել երկրաչափությամբ, մեխանիկայով և աստղագիտությամբ, գրվածքներով. Արքիմեդը (մոտ 287 - 212 մ.թ.ա.) և Էվկլիդեսը (մ.թ.ա. 3-րդ դար).
Համալսարանները բացառիկ հնարավորություն են տալիս զգալու գիտությունների, մասնավորապես, ֆիզիկայի, բժշկության և կենսաբանության ժամանակավոր կապը: Այսպիսով, 16-18 դարերում բժշկության ուղղությունը, որը կոչվում էր «իատրոֆիզիկա» կամ «իատրոմեխանիկա» (հունարեն «iatros» - «բժիշկ»): Բժիշկները ֆիզիկայի կամ քիմիայի օրենքների հիման վրա փորձում էին բացատրել առողջ և հիվանդ մարդու և կենդանիների օրգանիզմի բոլոր երևույթները։ Եվ հետո, և հետագա ժամանակներում ֆիզիկայի և բժշկության, ֆիզիկոսների և կենսաբանների միջև կապն ամենամոտն էր, իատրոֆիզիկայից հետո ի հայտ եկավ իատրոքիմիան։ «Ապրող և ոչ կենդանի» գիտության բաժանումը տեղի ունեցավ համեմատաբար վերջերս։ Ֆիզիկայի մասնակցությունն իր հզոր և խորապես զարգացած տեսական, փորձարարական և մեթոդական մոտեցումներով կենսաբանության և բժշկության հիմնարար խնդիրների լուծման գործում անհերքելի է, սակայն պետք է ընդունել, որ ֆիզիկայի պատմական առումով այն մեծ պարտք ունի բժիշկներին, ովքեր. եղել են իրենց ժամանակի ամենակիրթ մարդիկ, և որոնց ներդրումն անգնահատելի է դասական ֆիզիկայի հիմնարար հիմքերի ստեղծման գործում: Իհարկե, խոսքը դասական ֆիզիկայի մասին է։
Կենսաֆիզիկական հետազոտության ամենահին առարկաներից, որքան էլ որ առաջին հայացքից տարօրինակ թվա, պետք է նշել բիոլյումինեսցենցիան, քանի որ կենդանի օրգանիզմների լույսի արտանետումը վաղուց հետաքրքրում է բնափիլիսոփաներին: Առաջին անգամ Արիստոտելը ուշադրություն հրավիրեց այս ազդեցության վրա իր աշակերտ Ալեքսանդր Մակեդոնացու հետ, որին նա ցույց տվեց ափի փայլը և դրա պատճառը տեսավ ծովային օրգանիզմների լյումինեսցենտության մեջ: «Կենդանական» փայլի առաջին գիտական ուսումնասիրությունը կատարվել է Աթանասիս Կիրխեր (1601 - 1680), գերմանացի քահանա, հանրագիտարան, հայտնի որպես աշխարհագրագետ, աստղագետ, մաթեմատիկոս, լեզվաբան, երաժիշտ և բժիշկ, բնագիտական առաջին հավաքածուների և թանգարանների ստեղծող, իր գրքի երկու գլուխները։ «Մեծ լույսի և ստվերի արվեստը» (»Արս մագնա Լյուսիս et Umbrae ») նա նվիրել է կենսալյումինեսցենտությանը։
Իր գիտական հետաքրքրությունների բնույթով ամենամեծ ֆիզիկոսը կարելի է վերագրել կենսաֆիզիկոսներին Իսահակ Նյուտոն (1643 - 1727), ով հետաքրքրվել է օրգանիզմների ֆիզիկական և ֆիզիոլոգիական պրոցեսների կապի խնդիրներով և, մասնավորապես, զբաղվել գունային տեսողության խնդիրներով։ Ավարտելով իր «Principia»-ն՝ 1687 թվականին Նյուտոնը գրում է. «Այժմ պետք է ինչ-որ բան ավելացնել մի շատ բարակ եթերի մասին, որը թափանցում է բոլոր պինդ մարմինները և պարունակվում է դրանց մեջ, որի ուժով և գործողություններով շատ փոքր հեռավորությունների վրա գտնվող մարմինների մասնիկները փոխադարձաբար ձգվում են, և երբ. նրանք շփվում են միաձուլված, էլեկտրականացված մարմինները գործում են մեծ հեռավորությունների վրա՝ և՛ վանելով, և՛ ձգելով մոտ մարմինները, լույսն արտանետվում է, արտացոլվում, բեկվում, շեղվում և տաքացնում մարմինները, ամեն զգացողություն հուզվում է՝ ստիպելով կենդանիների վերջույթներին շարժվել ըստ ցանկության, լինելով։ փոխանցվում է այս եթերի թրթռումներով արտաքին զգայական օրգաններից ուղեղ և ուղեղից մկաններ:
Ժամանակակից քիմիայի հիմնադիրներից ֆրանս Անտուան Լորան Լավուազե (1743 - 1794) իր հայրենակից աստղագետի, մաթեմատիկոսի ու ֆիզիկոսի հետ միասին Պիեռ Սիմոն Լապլաս (1749 - 1827)զբաղվում էին կալորիմետրիայով՝ կենսաֆիզիկայի մի ճյուղ, որն այժմ կկոչվի կենսաֆիզիկական թերմոդինամիկա։ Լավուազիեն կիրառում էր քանակական մեթոդներ, որոնք վերաբերում էին ջերմաքիմիայի, օքսիդացման գործընթացներին։ Լավուազիեն և Լապլասը հիմնավորեցին իրենց գաղափարները, որ անօրգանական և օրգանական մարմինների համար գոյություն չունի երկու քիմիա՝ «կենդանի» և «ոչ կենդանի»։
Մեր մեծ նախորդներից, ովքեր դրել են կենսաֆիզիկայի հիմքերը, պետք է վերագրել իտալացի անատոմ. Լուիջի Գալվանի(1737 - 1798) եւ ֆիզիկ Ալեսանդրո Վոլտա(1745 - 1827), էլեկտրականության վարդապետության ստեղծողները։ Գալվանին փորձարկում էր էլեկտրական մեքենայի հետ, և նրա ընկերներից մեկը պատահաբար դիպավ գորտի ազդրին դանակով, որը պատրաստվում էր օգտագործել ապուրի մեջ։ Երբ գորտի ոտքի մկանները հանկարծակի կծկվեցին, Գալվանիի կինը նկատեց, որ էլեկտրական մեքենան բռնկվել է և հետաքրքրվեց, թե «արդյո՞ք որևէ կապ կա այս իրադարձությունների միջև»: Թեև Գալվանիի սեփական կարծիքն այս երևույթի մասին մանրամասնորեն տարբերվում էր ստորև ներկայացվածից, սակայն հաստատ է, որ փորձը կրկնվել և ստուգվել է։ , ով հայտարարեց, որ ոտքը ծառայել է միայն որպես արտաքին էլեկտրական ներուժի տարբերությունների դետեկտոր: Գալվանիի կողմնակիցները փորձարկում են անցկացրել, որում արտաքին էլեկտրական ուժեր չեն ներգրավվել՝ դրանով իսկ ապացուցելով, որ կենդանու առաջացրած հոսանքը կարող է առաջացնել մկանների կծկում։ Բայց հնարավոր էր նաև, որ կծկումը տեղի է ունեցել մետաղների հետ շփման պատճառով. Վոլտան կատարեց համապատասխան հետազոտությունները, և դրանք հանգեցրին նրան էլեկտրական մարտկոցի հայտնաբերմանը, որն այնքան կարևոր էր, որ Գալվանիի հետազոտությունները մի կողմ քաշվեցին։ Արդյունքում, կենդանիների էլեկտրական ներուժի ուսումնասիրությունը անհետացավ գիտական ուշադրությունից մինչև 1827 թվականը: Քանի որ երկար տարիներ գորտի ոտքը պոտենցիալների տարբերությունների ամենազգայուն դետեկտորն էր, վերջնական ըմբռնումը, որ հոսանքները կարող են առաջանալ կենդանի հյուսվածքների կողմից, եղավ մինչև գալվանոմետրեր, որոնք բավականաչափ զգայուն են մկաններում առաջացող հոսանքները և նյարդային թաղանթում ներուժի փոքր տարբերությունները չափելու համար:
Գալվանիի «կենդանական էլեկտրաէներգիայի» վերաբերյալ աշխատանքների հետ կապված չի կարելի չհիշել ավստրիացի բժիշկ-ֆիզիոլոգի անունը. Ֆրիդրիխ Անտոն Մեսմեր(1733-1815), ով մշակել է գաղափարներ բուժիչ «կենդանական մագնիսականության» մասին, որի միջոցով, ըստ նրա ենթադրության, հնարավոր է եղել փոխել մարմնի վիճակը, բուժել հիվանդություններ։ Պետք է նշել, որ նույնիսկ այժմ էլեկտրական մագնիսական և էլեկտրամագնիսական դաշտերի ազդեցության ազդեցությունը կենդանի համակարգերի վրա հիմնականում առեղծված է մնում հիմնարար գիտության համար: Խնդիրները մնում են, և, իսկապես, ժամանակակից ֆիզիկոսների հետաքրքրությունը կենսաբանական համակարգերի վրա արտաքին ֆիզիկական գործոնների ազդեցությունն ուսումնասիրելու հարցում չի մարում:
Սակայն մինչ կենսաբանությունն ու ֆիզիկան կհասցնեին բաժանվել, լույս տեսավ «Գիտության քերականություն» հայտնի գիրքը, որը գրվել էր անգլիացի մաթեմատիկոսի կողմից։ Կարլ Փիրսոն (1857 - 1935) որում նա տվել է Կենսաֆիզիկայի առաջին սահմանումներից մեկը (1892 թ.). «Մենք չենք կարող լիովին վստահ ասել, որ կյանքը մեխանիզմ է, քանի դեռ չկարողանանք ավելի ճշգրիտ նշել, թե կոնկրետ ինչ նկատի ունենք «մեխանիզմ» տերմինով, որը կիրառվում է օրգանական մարմինների նկատմամբ: Արդեն այժմ վստահ է թվում, որ ֆիզիկայի որոշ ընդհանրացումներ ... նկարագրում են մեր զգայական փորձի մի մասը կյանքի ձևերի վերաբերյալ: Մեզ պետք է ... գիտության մի ճյուղ, որն իր խնդիրն ունի անօրգանական երևույթների, ֆիզիկայի օրենքների կիրառումը օրգանական ձևերի զարգացման գործում: ... Կենսաբանության փաստերը՝ մորֆոլոգիա, սաղմնաբանություն և ֆիզիոլոգիա, կազմում են ընդհանուր ֆիզիկական օրենքների կիրառման հատուկ դեպքեր։ ...Ավելի լավ կլիներ դա անվանել կենսաֆիզիկա»։
1.2. Կենսաֆիզիկայի հիմնադիր
Պետք է դիտարկել ժամանակակից կենսաֆիզիկայի հիմնադիրըHermann L. Ferdinand von Helmholtz (1821-1894), որը դարձել է ականավոր ֆիզիկոս, հեղինակներիցԻ թերմոդինամիկայի օրենքը. Դեռևս երիտասարդ զինվորական վիրաբույժ նա ցույց տվեց, որ մկաններում նյութափոխանակության փոխակերպումները խստորեն կապված են նրանց կատարած մեխանիկական աշխատանքի և ջերմության առաջացման հետ: Իր հասուն տարիներին նա շատ է զբաղվել էլեկտրադինամիկայի խնդիրներով։ 1858 թվականին նա հիմք դրեց հեղուկի հորձանուտային շարժման տեսությանը։ Նա նաև կատարել է փայլուն փորձեր նյարդային ազդակների կենսաֆիզիկայի, տեսողության կենսաֆիզիկայի, բիոակուստիկայի բնագավառում, մշակել է Յունգի երեք տեսակի տեսողական ընկալիչների գաղափարը, էլեկտրական միացումում առաջացող էլեկտրական լիցքաթափումները ունեն տատանողական բնույթ: Ակուստիկայի, հեղուկների, էլեկտրամագնիսական համակարգերի տատանողական գործընթացների նկատմամբ հետաքրքրությունը գիտնականին ստիպել է ուսումնասիրել նյարդային ազդակների տարածման ալիքային գործընթացը։ Հելմհոլցն էր, ով առաջինը սկսեց ուսումնասիրել ակտիվ լրատվամիջոցների խնդիրները՝ մեծ ճշգրտությամբ չափելով նյարդային ազդակի տարածման արագությունը աքսոններում, որոնք, ժամանակակից տեսանկյունից, ակտիվ միաչափ միջավայր են։ 1868 թվականին Հելմհոլցն ընտրվել է Սանկտ Պետերբուրգի Գիտությունների ակադեմիայի պատվավոր անդամ։
Ռուս գիտնականի, ֆիզիոլոգի և կենսաֆիզիկոսի ճակատագրերը զարմանալի կերպով կապված են. Իվան Միխայլովիչ Սեչենով(1829 - 1905) և Հելմհոլցը։ Մոսկվայի համալսարանն ավարտելուց հետո 1856-1860 թվականներին սովորել և աշխատել է Հելմհոլցի մոտ։ 1871 - 1876 թվականներին Սեչենովն աշխատել է Օդեսայի Նովոռոսիյսկի համալսարանում, այնուհետև Սանկտ Պետերբուրգի և Մոսկվայի համալսարաններում՝ ուսումնասիրելով նյարդային հյուսվածքների էլեկտրական երևույթները և արյան մեջ գազի տեղափոխման մեխանիզմները։
1.3. Քվանտային տեսության ստեղծում
Սակայն 17-19-րդ դարերի դասական ֆիզիկայի շրջանն ավարտվեց 20-րդ դարի սկզբին ֆիզիկայի ամենամեծ հեղափոխությամբ՝ քվանտային տեսության ստեղծմամբ։ Ֆիզիկայի այս և մի շարք այլ նոր ոլորտներ այն առանձնացրել են բնական գիտությունների շրջանակից։ Այս փուլում ֆիզիկայի և բժշկության փոխազդեցությունը զգալիորեն փոխեց իր բնույթը. գործնականում բժշկական ախտորոշման, թերապիայի, դեղաբանության և այլնի ժամանակակից մեթոդները սկսեցին հիմնվել ֆիզիկական մոտեցումների և մեթոդների վրա։ Սա չի նվազեցնում կենսաքիմիայի ակնառու դերը բժշկության զարգացման գործում: . Ուստի պետք է խոսել այն ականավոր գիտնականների մասին, որոնց անունները կապված են գիտությունների միավորման և կենսաֆիզիկայի ձևավորման հետ։ Խոսքը կենսաբանության և բժշկության պատմության մեջ մտած ֆիզիկոսների, ֆիզիկայի մեջ նշանակալի ներդրում ունեցած բժիշկների մասին է, թեև ֆիզիկոսների համար դժվար կլիներ մտնել բժշկության կոնկրետ խնդիրների մեջ՝ խորապես ներծծված քիմիայի գաղափարներով, գիտելիքներով և մոտեցումներով։ , կենսաքիմիա, մոլեկուլային կենսաբանություն և այլն։ Միևնույն ժամանակ, բժիշկները նաև բախվում են հիմնարար դժվարությունների՝ փորձելով ձևակերպել իրենց կարիքներն ու խնդիրները, որոնք կարող են լուծվել համապատասխան ֆիզիկական և ֆիզիկաքիմիական մեթոդներով: Ստեղծված իրավիճակից միայն մեկ արդյունավետ ելք կա, և այն գտնվել է. Սա համընդհանուր համալսարանական կրթություն է, երբ ուսանողները՝ ապագա գիտնականները, կարող են և պետք է ստանան երկու, երեք և նույնիսկ չորս հիմնարար կրթություն՝ ֆիզիկա, քիմիա, բժշկություն, մաթեմատիկա և կենսաբանություն:
Նիլս Բորը պնդում էր, որ «կենսաբանական հետազոտության ոչ մի արդյունք չի կարող միանշանակ նկարագրվել այլ կերպ, քան ֆիզիկայի և քիմիայի հասկացությունների հիման վրա»: Սա նշանակում էր, որ կենսաբանությունը, բժշկությունը, մաթեմատիկան, քիմիան և ֆիզիկան կրկին, գրեթե մեկուկես դար բաժանումից հետո, սկսեցին սերտաճել, ինչը հանգեցրեց այնպիսի նոր ինտեգրալ գիտությունների առաջացմանը, ինչպիսիք են կենսաքիմիան, ֆիզիկական քիմիան և կենսաֆիզիկան:
Բրիտանացի ֆիզիոլոգ և կենսաֆիզիկոս Արչիբալդ Վիվիեն Hill (ծն. 1886), ֆիզիոլոգիայի Նոբելյան մրցանակակիր (1922) ստեղծողն է այն հիմնարար հիմքերի, որոնց վրա մկանային կծկումների տեսությունը դեռ զարգանում է այսօր, բայց արդեն մոլեկուլային մակարդակում։ Հիլլը կենսաֆիզիկան նկարագրեց այսպես. «Կան մարդիկ, ովքեր կարող են խնդիրը ձևակերպել ֆիզիկական տերմիններով... ովքեր կարող են արդյունքն արտահայտել ֆիզիկայի առումով: Այս ինտելեկտուալ որակները ավելի քան որևէ հատուկ պայմաններ, անհրաժեշտ են ֆիզիկական ապարատներ և մեթոդներ,դառնալ կենսաֆիզիկոս ... Այնուամենայնիվ ... ֆիզիկոսը, ով չի կարող զարգացնել կենսաբանական մոտեցում, ով չի հետաքրքրվում կենդանի գործընթացներով և գործառույթներով ... ով կենսաբանությունը համարում է միայն ֆիզիկայի ճյուղ, ապագա չունի կենսաֆիզիկայում:
Ոչ միայն միջնադարում, այլեւ վերջին ժամանակներում բժիշկները, կենսաբաններն ու ֆիզիկոսները հավասար հիմունքներով մասնակցել են այդ գիտությունների համալիրի զարգացմանը։ Ալեքսանդր Լեոնիդովիչ Չիժևսկի (1897-1964), ով, ի թիվս այլոց, ստացել է բժշկական կրթություն Մոսկվայի համալսարանում, երկար տարիներ զբաղվել է հելիոխրոնոկենսաբանության, կենդանի օրգանիզմների վրա օդի իոնների ազդեցության և էրիթրոցիտների կենսաֆիզիկայի հետազոտություններով։ Նրա «Պատմական գործընթացի ֆիզիկական գործոնները» գիրքը երբեք չի տպագրվել, չնայած Պ.Պ. Լազարևի, Ն.Կ. Կոլցովի, կրթության ժողովրդական կոմիսար Լունաչարսկու և այլոց ջանքերին:
Հարկ է նշել նաև ականավոր գիտնական Գլեբ Միխայլովիչ Ֆրենկ(1904-1976), ով ստեղծել է ԽՍՀՄ ԳԱ կենսաֆիզիկայի ինստիտուտը (1957), Ի.Է.Տամմի և Պ.Ա. Չերենկովի հետ ստացել է Նոբելյան մրցանակ «Չերենկովյան ճառագայթման» տեսության ստեղծման համար։ Բոլոր մակարդակների կենսաբանական համակարգերի տատանողական վարքագիծը, որը հայտնի է անհիշելի ժամանակներից, զբաղեցրել է ոչ միայն կենսաբաններին, այլև ֆիզիկոս-քիմիկոսներին և ֆիզիկոսներին: 19-րդ դարում քիմիական ռեակցիաների ընթացքում տատանումների հայտնաբերումը հետագայում հանգեցրեց առաջին անալոգային մոդելների առաջացմանը, ինչպիսիք են «երկաթե նյարդը», «սնդիկ սիրտը»:
Ջերմոդինամիկական գիծ Կենսաֆիզիկայի զարգացումը բնականաբար կապված էր հենց թերմոդինամիկայի էվոլյուցիայի հետ: Ավելին, բաց կենսաբանական համակարգերի ոչ հավասարակշռված բնույթը, որը ինտուիտիվ կերպով ընդունվել է բնագետների կողմից, նպաստել է ոչ հավասարակշռված համակարգերի թերմոդինամիկայի ձևավորմանը։ Հավասարակշռության համակարգերի թերմոդինամիկան, որն ի սկզբանե կապված էր հիմնականում կալորիմետրիայի հետ, հետագայում զգալի ներդրում ունեցավ բջիջների կառուցվածքային փոփոխությունների, նյութափոխանակության և ֆերմենտային կատալիզացիայի նկարագրության մեջ:
Ականավոր բժշկական ֆիզիկոսների ցանկը կարող է զգալիորեն ընդլայնվել, սակայն նպատակն է բացահայտել կենսաբանության, քիմիայի, բժշկության և ֆիզիկայի խորը կապերը, այդ գիտությունների տարբերակված գոյության անհնարինությունը։ Կենսաֆիզիկական հետազոտությունների մեծ մասն իրականացվել է կենսաբանությամբ հետաքրքրված ֆիզիկոսների կողմից. Հետևաբար, ֆիզիկայի և ֆիզիկական քիմիայի մեջ վերապատրաստված գիտնականների համար պետք է ճանապարհ գտնվի կենսաբանության մեջ և ծանոթանան ֆիզիկական մեկնաբանության համար բաց խնդիրներին: Չնայած դասական ուղղվածությամբ կենսաբանության բաժինները հաճախ պաշտոններ են առաջարկում կենսաֆիզիկոսներին, դրանք չեն փոխարինում այն կենտրոններին, որտեղ կենսաֆիզիկական հետազոտությունները կենտրոնական են:
Կենսաֆիզիկոսները կարող են կենսաբանական խնդիրները բաժանել հատվածների, որոնք իրենց հնարավորություն են տալիս ուղղակի ֆիզիկական մեկնաբանության, և վարկածներ ձևակերպելու, որոնք կարող են փորձարկվել: Կենսաֆիզիկայի հիմնական գործիքը կապն է։ Դրան գումարվում է նաև բարդ ֆիզիկական տեսությունը կենդանի էակների ուսումնասիրման համար օգտագործելու ունակությունը, օրինակ՝ ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիոն տեխնոլոգիան անհրաժեշտ էր խոշոր մոլեկուլների, ինչպիսիք են սպիտակուցների կառուցվածքը հաստատելու համար: Կենսաֆիզիկոսները, ընդհանուր առմամբ, ընդունում են նոր ֆիզիկական գործիքների օգտագործումը, ինչպիսիք են ատոմային մագնիսական ռեզոնանսը և էլեկտրոնային սպինի ռեզոնանսը, կենսաբանության որոշակի խնդիրների ուսումնասիրության մեջ:
1.4. Կիրառական կենսաֆիզիկա
Կենսաբանական նպատակներով գործիքների մշակումը կիրառական կենսաֆիզիկայի նոր բնագավառի կարևոր ասպեկտ է։ Կենսաբժշկական գործիքները, հավանաբար, առավել լայնորեն օգտագործվում են բժշկական հաստատություններում: Կիրառական կենսաֆիզիկան կարևոր է թերապևտիկ ճառագայթաբանության ոլորտում, որտեղ դոզայի չափումը շատ կարևոր է բուժման համար, և ախտորոշիչ ճառագայթաբանությունը, հատկապես իզոտոպների տեղայնացման և ամբողջ մարմնի սկանավորման տեխնոլոգիաներով, որոնք օգնում են ուռուցքների ախտորոշմանը: Աճում է համակարգիչների նշանակությունը հիվանդի ախտորոշման և բուժման հարցում: Կիրառական կենսաֆիզիկայի կիրառման հնարավորություններն անվերջ են թվում, քանի որ հետազոտական գործիքների մշակման և դրանց կիրառման միջև երկար ձգձգումը նշանակում է, որ արդեն հայտնի ֆիզիկական սկզբունքների վրա հիմնված շատ գիտական գործիքներ շուտով կարևոր կդառնան բժշկության համար:
Ռուսական կենսաֆիզիկան, որպես գիտության ճյուղ, մեծապես ձևավորվել է անցյալի վերջի, այս դարասկզբի նշանավոր ռուս գիտնականների շրջանում՝ ֆիզիկոսների, կենսաբանների, բժիշկների, որոնք սերտորեն կապված են Մոսկվայի համալսարանի հետ: Նրանց թվում էին Ն.Կ.Կոլցով, Վ.Ի.Վերնադսկի, Պ.Ն.Լեբեդև, Պ.Պ.Լազարև, ավելի ուշ - Ս.Ի.Վավիլով, Ա.Լ.Չիժևսկիև շատ ուրիշներ։
Ջեյմս Դ. Ուոթսոն(1928) անգլիացի կենսաֆիզիկոսի և գենետիկի հետ միասին Ֆրենսիս Հ.Կ. լաց(1916) և կենսաֆիզիկ Մորիս Ուիլկինս(1916) (ով առաջինը Ռոզալինդ Ֆրանկլինի հետ միասին ԴՆԹ-ի բարձրորակ ռենտգենյան ճառագայթներ ստացավ) 1953 թվականին ստեղծեց ԴՆԹ-ի եռաչափ մոդել, որը հնարավորություն տվեց բացատրել դրա կենսաբանական գործառույթները և ֆիզիկա-քիմիական հատկությունները: 1962 թվականին Ուոթսոնը, Քրիքը և Ուիլկինսը ստացան Նոբելյան մրցանակ այս աշխատանքի համար։
Ռուսաստանում առաջին դասախոսական դասընթացը, որը կոչվում է «Կենսաֆիզիկա», բժիշկների համար կարդացվել է Մոսկվայի համալսարանի կլինիկայում 1922 թ. Պետր Պետրովիչ Լազարև(1878 - 1942 թթ.), ընտրվել է 1917 թ Իվան Պետրովիչ Պավլով(1849 - 1936) ակադեմիկոս։ Պ.Պ. Լազարևը 1901 թվականին ավարտել է Մոսկվայի համալսարանի բժշկական ֆակուլտետը: Այնուհետև նա ավարտեց ֆիզիկայի և մաթեմատիկայի ամբողջական դասընթացը և աշխատեց ֆիզիկայի լաբորատորիայում, որը ղեկավարում էր Պետր Նիկոլաևիչ Լեբեդև(1866-1912), Ռուսաստանում փորձարարական ֆիզիկայի հիմնադիրներից մեկը, ռուսական առաջին գիտական ֆիզիկական դպրոցի ստեղծողը, ով 1985 թվականին ստացել և ուսումնասիրել է միլիմետր էլեկտրամագնիսական ալիքները, հայտնաբերել և չափել լույսի ճնշումը պինդ մարմինների և գազերի վրա (1999-1907 թթ.) , որը հաստատեց լույսի էլեկտրամագնիսական տեսությունը։ 1912 թվականին Լազարևը ղեկավարել է իր ուսուցչի լաբորատորիան։ Առաջին կենսաֆիզիկոսը՝ ակադեմիկոս Լազարևը, ղեկավարել է Լեբեդևի կենդանության օրոք ստեղծված Ֆիզիկայի և կենսաֆիզիկայի եզակի ինստիտուտը։ 1920-ից 1931 թվականներին Պ.Պ. որից հետո Լազարևը դարձավ Բժշկական ռադիոլոգիայի ինստիտուտի նախաձեռնողն ու առաջին տնօրենը։ Լազարևը նաև կազմակերպեց աշխատանք Կուրսկի մագնիսական անոմալիայի մագնիսական քարտեզագրման վրա, որի շնորհիվ ձևավորվեց Երկրի ֆիզիկայի ինստիտուտի աշխատակազմը։ Սակայն Կենսաֆիզիկայի և ֆիզիկայի ինստիտուտը ավերվեց 1931 թվականին Լազարևի ձերբակալությունից հետո, իսկ 1934 թվականին այս շենքում հիմնվեց Լեբեդևի ՖԻԱՆ-ը։
1.5. Կենսաֆիզիկայի փոփոխություններ
1940-ականներից սկսած կենսաֆիզիկայում կտրուկ փոփոխություններ են սկսվել։ Եվ դա ժամանակների կոչն էր. մեր դարի կեսերին ֆենոմենալ թռիչք կատարած ֆիզիկան ակտիվորեն մուտք էր գործում կենսաբանություն։ Այնուամենայնիվ, մինչև 1950-ականների վերջը կենդանիների բարդ խնդիրների արագ լուծման ակնկալիքից էյֆորիան արագ անցավ. առանց հիմնարար կենսաբանական և քիմիական կրթության ֆիզիկոսների համար դժվար էր առանձնացնել ֆիզիկայի համար մատչելի, բայց «կենսաբանական նշանակությունը»: Կենդանի համակարգերի գործունեության ասպեկտները, իսկ իրական կենսաբաններն ու կենսաքիմիկոսները կոնկրետ ֆիզիկական խնդիրների և մոտեցումների առկայության մասին, որպես կանոն, չէին կասկածվում: Այդ և հետագա օրերի գիտության հրատապ կարիքն էր մասնագետների պատրաստումը երեք հիմնարար կազմավորումներով՝ ֆիզիկական, կենսաբանական և քիմիական։
Մեր երկրում ևս մեկ կարևոր պատճառ կար 1940-ականներին կենսաբանության և ֆիզիկայի միջև սերտ դաշինքի առաջացման համար։ Այն ժամանակվա քաղաքական գործիչների ոչ պրոֆեսիոնալ, կործանարար միջամտությունից հետո գենետիկայի, մոլեկուլային կենսաբանության, բնության կառավարման տեսության և պրակտիկայի հիմնարար ոլորտներում կենսաբաններից ոմանք կարողացան իրենց հետազոտությունները շարունակել միայն ֆիզիկական պրոֆիլի գիտական հաստատություններում:
Ինչպես գիտելիքի ցանկացած սահմանային տարածք, որը հիմնված է ֆիզիկայի, կենսաբանության, քիմիայի, մաթեմատիկայի հիմնարար գիտությունների վրա, բժշկության, երկրաֆիզիկայի և երկրաքիմիայի, աստղագիտության և տիեզերական ֆիզիկայի նվաճումների վրա և այլն: Կենսաֆիզիկան ի սկզբանե պահանջում է իր կրողներից ինտեգրված, հանրագիտարանային մոտեցում, քանի որ այն ուղղված է պարզելու կենդանի համակարգերի գործունեության մեխանիզմները կենդանի նյութի կազմակերպման բոլոր մակարդակներում: Ավելին, սա նաև պայմանավորում է գործընկերների, հարակից առարկաների ներկայացուցիչների կողմից կենսաֆիզիկայի և կենսաֆիզիկոսների հետ կապված հաճախակի թյուրիմացությունը: Դժվար է, երբեմն գրեթե անհնար է տարբերակել կենսաֆիզիկան և ֆիզիոլոգիան, կենսաֆիզիկան և բջջային կենսաբանությունը, կենսաֆիզիկան և կենսաքիմիան, կենսաֆիզիկան և էկոլոգիան, կենսաֆիզիկան և ժամանակագրական կենսաբանությունը, կենսաֆիզիկան և կենսաբանական գործընթացների մաթեմատիկական մոդելավորումը և այլն: Այսպիսով, կենսաֆիզիկան ուղղված է բոլոր մակարդակներում կենսաբանական համակարգերի գործունեության մեխանիզմների պարզաբանմանը և բնագիտական բոլոր մոտեցումների հիման վրա:
1.6. Կենսաֆիզիկա՝ որպես տեսական կենսաբանություն
Հայտնի է, որ կենսաֆիզիկայով զբաղվում են կենսաբանները, քիմիկոսները, բժիշկները, ինժեներները և զինվորականները, սակայն կենսաֆիզիկոսների պատրաստման համակարգը օպտիմալ է ստացվել ընդհանուր ֆիզիկայի համալսարանական կրթության հիման վրա։ Միևնույն ժամանակ, կենսաֆիզիկան դիտվել և դիտարկվում է որպես տեսական կենսաբանություն, այսինքն. գիտություն կազմակերպման բոլոր մակարդակներում կենդանի համակարգերի կառուցվածքի և գործունեության հիմնական ֆիզիկական և ֆիզիկա-քիմիական հիմունքների մասին՝ ենթամոլեկուլային մակարդակից մինչև կենսոլորտի մակարդակ: Կենսաֆիզիկայի առարկան կենդանի համակարգերն են, մեթոդը՝ ֆիզիկա, ֆիզիկական քիմիա, կենսաքիմիա և մաթեմատիկա։
20-րդ դարի 50-ական թվականներին Ֆիզիկայի ֆակուլտետի ուսանողները, հետևելով իրենց ուսուցիչներին, նույնպես հետաքրքրություն են ցուցաբերել բժշկության և կենսաբանության խնդիրներով։ Ավելին, թվում էր, թե հնարավոր էր խիստ ֆիզիկական վերլուծություն տալ Տիեզերքի ամենաուշագրավ երևույթի՝ Կյանքի ֆենոմենի վերաբերյալ: Գիրքը թարգմանվել է 1947թ Է.Շրյոդինգեր"Ինչ է կյանքը? Ֆիզիկայի տեսանկյունից. Ապրողների բջջաբանական ասպեկտը», դասախոսություններ I.E.Tamma, Ն.Վ.Տիմոֆեև-ՌեսովսկիԿենսաքիմիայի և կենսաֆիզիկայի վերջին հայտնագործությունները մի խումբ ուսանողների դրդեցին դիմել Մոսկվայի պետական համալսարանի ռեկտորին. Ի.Գ.ՊետրովսկիՖիզիկայի ֆակուլտետում կենսաֆիզիկայի ուսուցումը ներդնելու խնդրանքով։ Ռեկտորը մեծ ուշադրություն դարձրեց ուսանողների նախաձեռնությանը. Կազմակերպվեցին դասախոսություններ և սեմինարներ, որոնց խանդավառությամբ մասնակցում էին ոչ միայն նախաձեռնողները, այլև նրանց միացած դասընկերները, որոնք հետագայում ձևավորեցին Մոսկվայի պետական համալսարանի ֆիզիկայի ֆակուլտետի «Կենսաֆիզիկա» առաջին մասնագիտացված խումբը և այժմ ռուսերենի հպարտությունն են։ կենսաֆիզիկա։
Կենսաբանական ֆակուլտետի կենսաֆիզիկայի ամբիոնը հիմնադրվել է 1953թ. Նրա առաջին գլուխն էր Բ.Ն. Տարուսովը. Ներկայումս ղեկավարում է Կենսաբանական ֆակուլտետի կենսաֆիզիկայի ամբիոնը Ա.Բ. Ռուբին. Իսկ 1959 թվականի աշնանը՝ աշխարհում առաջինը Կենսաֆիզիկայի բաժին, որը սկսեց պատրաստել կենսաֆիզիկոսներ ֆիզիկոսներից (մինչ այդ կենսաֆիզիկոսները վերապատրաստվում էին կենսաբաններից կամ բժիշկներից)։ Ակադեմիկոսներ Ի.Գ.Պետրովսկի, Ի.Է.Թամմ, Ն.Ն.-քիմիկոս): Վարչակազմի կողմից մասնագիտացման ստեղծումը « կենսաֆիզիկաԴեկան պրոֆեսորը մարմնավորվել է Ֆիզիկայի ֆակուլտետում Վ.Ս. Ֆուրսով, ով բոլոր տարիներին աջակցել է դրա զարգացմանը և նրա տեղակալը Վ.Գ.Զուբով. Բաժանմունքի առաջին աշխատակիցները եղել են ֆիզիկաքիմիկոս Լ.Ա. Բլյումենֆելդ, ով ղեկավարել է ամբիոնը գրեթե 30 տարի և այժմ հանդիսանում է նրա պրոֆեսոր, կենսաքիմիկոս Ս.Ե.Շնոլամբիոնի պրոֆեսոր և ֆիզիոլոգ Ի.Ա.Կորնիենկո.
1959 թվականի աշնանը Մոսկվայի համալսարանի ֆիզիկայի ֆակուլտետում ստեղծվեց աշխարհում առաջին կենսաֆիզիկայի բաժինը, որը սկսեց պատրաստել կենսաֆիզիկայի մասնագետներ ֆիզիկոսներից։ Բաժանմունքի գոյության ընթացքում վերապատրաստվել է շուրջ 700 կենսաֆիզիկոս։
Բաժանմունքի առաջին աշխատակիցներն էին ֆիզիկաքիմիկոս Լ.Ա.Բլումենֆելդը (1921 - 2002թթ.), ով ղեկավարել է ամբիոնը 30 տարի, կենսաքիմիկոս Ս.Է.Շնոլը, ամբիոնի պրոֆեսորը և ֆիզիոլոգ Ի.Ա.Կորնիենկոն: Նրանք ձևակերպեցին ֆիզիկոսների կենսաֆիզիկական կրթության համակարգի կառուցման սկզբունքները, սահմանեցին ամբիոնում գիտական հետազոտությունների հիմնական ուղղությունները։
Կենսաֆիզիկայի ամբիոնում Լ.Ա. Երկար տարիներ Բլյումենֆելդը դասախոսություններ է տվել «Ֆիզիկական քիմիա», «Քվանտային քիմիա և մոլեկուլների կառուցվածքը», «Կենսաֆիզիկայի ընտրված գլուխներ»։ Հեղինակ է ավելի քան 200 աշխատության, 6 մենագրության։
Գիտական հետաքրքրությունները Վ.Ա. Տվերդիսլովը կապված են թաղանթների կենսաֆիզիկայի հետ, կենսաբանական համակարգերում անօրգանական իոնների դերի, բջջի միջոցով իոնների փոխանցման մեխանիզմների և իոնային պոմպերի միջոցով մոդելային թաղանթների հետ: Նա առաջարկել և փորձնականորեն մշակել է տարասեռ համակարգերում պարբերական դաշտերում հեղուկ խառնուրդների պարամետրային տարանջատման մոդել։
Ֆիզիկայի ֆակուլտետի մասշտաբով, կենսաֆիզիկայի ամբիոնը փոքր է, բայց պատմականորեն պարզվեց, որ նրա աշխատակիցների հետազոտությունները համընկնում են հիմնարար և կիրառական կենսաֆիզիկայի զգալի տարածքի վրա: Զգալի ձեռքբերումներ կան կենսաբանական համակարգերում էներգիայի փոխակերպման ֆիզիկական մեխանիզմների, կենսաբանական օբյեկտների ռադիոսպեկտրոսկոպիայի, ֆերմենտային կատալիզի ֆիզիկայի, թաղանթների կենսաֆիզիկայի, կենսամակրոմոլեկուլների ջրային լուծույթների, ինքնակազմակերպման գործընթացների ուսումնասիրության բնագավառում։ կենսաբանական և մոդելային համակարգերում, հիմնական կենսաբանական գործընթացների կարգավորումը, բժշկական կենսաֆիզիկայի, նանո և բիոէլեկտրոնիկայի բնագավառում և այլն։ Կենսաֆիզիկայի ամբիոնը երկար տարիներ համագործակցում է Գերմանիայի, Ֆրանսիայի, Անգլիայի, ԱՄՆ-ի, Լեհաստանի, Չեխիայի և Սլովակիայի, Շվեդիայի, Դանիայի, Չինաստանի և Եգիպտոսի համալսարանների և առաջատար գիտական լաբորատորիաների հետ։
1.7. Կենսաֆիզիկական հետազոտություն ֆիզիկայում
Ֆիզիկոսների հետաքրքրությունը կենսաբանության նկատմամբ 19-րդ դարում. շարունակաբար ավելացել է. Միևնույն ժամանակ, կենսաբանական դիսցիպլիններում ուժեղացավ գրավչությունը հետազոտության ֆիզիկական մեթոդների նկատմամբ, դրանք ավելի ու ավելի թափանցեցին կենսաբանության ամենատարբեր ոլորտներ: Ֆիզիկայի օգնությամբ ընդլայնվում են մանրադիտակի տեղեկատվական հնարավորությունները։ XX դարի 30-ականների սկզբին. հայտնվում է էլեկտրոնային մանրադիտակը. Ռադիոակտիվ իզոտոպները, անընդհատ կատարելագործվող սպեկտրային տեխնիկան և ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծությունը դառնում են ընտրովի գործիք կենսաբանական հետազոտությունների համար: Ռենտգենյան և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների շրջանակն ընդլայնվում է. էլեկտրամագնիսական տատանումները օգտագործվում են ոչ միայն որպես հետազոտության միջոց, այլ նաև որպես մարմնի վրա ազդող գործոններ։ Լայնորեն ներթափանցում է կենսաբանության և, հատկապես ֆիզիոլոգիայի, էլեկտրոնային տեխնոլոգիայի մեջ:
Նոր ֆիզիկական մեթոդների ներդրմանը զուգընթաց զարգանում է նաև մոլեկուլային կենսաֆիզիկան։ Անկենդան նյութի էությունը հասկանալու հարցում հսկայական հաջողությունների հասնելով՝ ֆիզիկան սկսում է պահանջել, օգտագործելով ավանդական մեթոդները, վերծանել կենդանի նյութի էությունը: Մոլեկուլային կենսաֆիզիկայում բարդ մաթեմատիկական ապարատի ներգրավմամբ ստեղծվում են շատ լայն տեսական ընդհանրացումներ։ Ավանդույթին հետևելով՝ կենսաֆիզիկոսը փորձի միջոցով փորձում է հեռու մնալ շատ բարդ («կեղտոտ») կենսաբանական օբյեկտից և նախընտրում է ուսումնասիրել օրգանիզմներից մեկուսացված նյութերի վարքագիծը հնարավորինս մաքուր ձևով։ Մեծապես զարգանում է կենսաբանական կառուցվածքների և գործընթացների տարբեր մոդելների մշակումը` էլեկտրական, էլեկտրոնային, մաթեմատիկական և այլն: Ստեղծվում և ուսումնասիրվում են բջիջների շարժման մոդելները (օրինակ՝ թթվային լուծույթում սնդիկի կաթիլը ռիթմիկ շարժումներ է կատարում, ինչպես ամեոբան), թափանցելիություն և նյարդային հաղորդունակություն։ Մեծ ուշադրություն է գրավում, մասնավորապես, Ֆ.Լիլլիի ստեղծած նյարդային հաղորդակցության մոդելը։ Սա երկաթե մետաղալարերի օղակ է, որը տեղադրված է աղաթթվի լուծույթում: Երբ դրա վրա քերծվածք է կիրառվում՝ ոչնչացնելով օքսիդի մակերեսային շերտը, առաջանում է էլեկտրական պոտենցիալ ալիք, որը շատ նման է նյարդերի երկայնքով շարժվող ալիքներին հուզվելիս։ Բազմաթիվ ուսումնասիրություններ (սկսած 1930-ականներից) նվիրված են եղել այս մոդելի ուսումնասիրությանը` օգտագործելով վերլուծության մաթեմատիկական մեթոդները։ Ապագայում ստեղծվում է մալուխի տեսության վրա հիմնված ավելի առաջադեմ մոդել։ Դրա կառուցման հիմքը որոշ ֆիզիկական անալոգիա էր էլեկտրական մալուխի և նյարդային մանրաթելում պոտենցիալների բաշխման միջև:
Մոլեկուլային կենսաֆիզիկայի այլ ոլորտներ ավելի քիչ տարածված են: Դրանցից պետք է նշել մաթեմատիկական կենսաֆիզիկան, որի առաջատարը Ն.Ռաշևսկին է։ ԱՄՆ-ում Ռաշևսկու դպրոցը հրատարակում է «Մաթեմատիկական կենսաֆիզիկա» ամսագիրը։ Մաթեմատիկական կենսաֆիզիկան կապված է կենսաբանության բազմաթիվ ոլորտների հետ: Այն ոչ միայն մաթեմատիկական ձևով նկարագրում է այնպիսի երևույթների քանակական օրինաչափությունները, ինչպիսիք են աճը, բջիջների բաժանումը, գրգռումը, այլև փորձ է արվում վերլուծել բարձրակարգ օրգանիզմների բարդ ֆիզիոլոգիական գործընթացները:
1.8. Կենսաֆիզիկական հետազոտություն կենսաբանության մեջ
Կենսաֆիզիկայի ձևավորման ուժեղ խթան հանդիսացավ XIX դարի վերջին - XX դարի սկզբի առաջացումը: ֆիզիկական քիմիա՝ թելադրված քիմիական փոխազդեցության հիմքում ընկած մեխանիզմները բացահայտելու անհրաժեշտությամբ։ Այս նոր դիսցիպլին անմիջապես գրավեց կենսաբանների ուշադրությունը նրանով, որ հնարավորություն ընձեռեց հասկանալու այդ «կեղտոտ» կենդանի համակարգերի ֆիզիկաքիմիական գործընթացները ֆիզիկոսի տեսանկյունից, որոնց հետ նրանց համար դժվար էր աշխատել։ Մի շարք միտումներ, որոնք առաջացել են ֆիզիկական քիմիայում, առաջացրել են կենսաֆիզիկայի նմանատիպ միտումներ:
Ֆիզիկական քիմիայի պատմության ամենամեծ զարգացումներից մեկը զարգացումն էր S. Arrhenius (Նոբելյան մրցանակ, 1903)ջրային լուծույթներում աղերի էլեկտրոլիտիկ տարանջատման տեսությունը (1887), որը բացահայտեց դրանց գործունեության պատճառները։ Այս տեսությունը առաջացրեց ֆիզիոլոգների հետաքրքրությունը, որոնք քաջատեղյակ էին աղի դերին գրգռման, նյարդային ազդակների փոխանցման, արյան շրջանառության և այլնի երևույթներում։ Արդեն 1890 թվականին երիտասարդ ֆիզիոլոգ Վ.Յու. Չագովեցը ներկայացնում է «Arrhenius dissociation-ի տեսության կիրառման մասին կենդանի հյուսվածքներում էլեկտրաշարժիչ երևույթների վրա» հետազոտությունը, որում նա փորձել է կապել բիոէլեկտրական պոտենցիալների առաջացումը իոնների անհավասար բաշխման հետ։
Ֆիզիկական քիմիայի մի շարք հիմնադիրներ մասնակցում են ֆիզիկաքիմիական հասկացությունների փոխանցմանը կենսաբանական երևույթներին։ Հիմնվելով աղի իոնների շարժման ֆենոմենի վրա. W. Nernst (1908)ձևակերպեց գրգռման իր հայտնի քանակական օրենքը՝ ֆիզիոլոգիական գրգռման շեմը որոշվում է փոխանցված իոնների քանակով։ Ֆիզիկոս և քիմիկոս Վ. Օստվալդը մշակել է բիոէլեկտրական պոտենցիալների առաջացման տեսություն՝ հիմնվելով այն ենթադրության վրա, որ բջջի մակերեսին առկա է թաղանթ, որը կիսաթափանցելի է իոնների համար և ունակ է առանձնացնել հակադիր լիցքերով իոնները։ Այսպիսով, դրվեցին կենսաֆիզիկական ուղղության հիմքերը կենսաբանական թաղանթների թափանցելիության և կառուցվածքի մեկնաբանման լայն իմաստով։
Գլուխ II. ԿԵՆՍԱՖԻԶԻԿԱՆԸ ՖԻԶԻԿԱՅԻ ԴԱՍԵՐՈՒՄ
2.1. Կենսաֆիզիկայի տարրերը ֆիզիկայի դասերին 7-9-րդ դասարաններում
Ժամանակակից գիտության բնորոշ առանձնահատկությունը տարբեր գիտություններին բնորոշ գաղափարների, տեսական մոտեցումների և մեթոդների ինտենսիվ փոխներթափանցումն է: Սա հատկապես ճիշտ է ֆիզիկայի, քիմիայի, կենսաբանության և մաթեմատիկայի համար: Այսպիսով, ֆիզիկական հետազոտության մեթոդները լայնորեն կիրառվում են կենդանի բնության ուսումնասիրության մեջ, և այս օբյեկտի յուրահատկությունը կյանքի է կոչում ֆիզիկական հետազոտության նոր, ավելի առաջադեմ մեթոդներ:
Հաշվի առնելով ֆիզիկայի և կենսաբանության կապերը՝ անհրաժեշտ է ուսանողներին ցույց տալ կենդանի և անշունչ բնույթի մի շարք օրենքների ընդհանրությունը, խորացնել նյութական աշխարհի միասնության, երևույթների փոխհարաբերությունների և պայմանականության, դրանց ճանաչելիության ըմբռնումը. նրանց ծանոթացնել կենսաբանական պրոցեսների ուսումնասիրության մեջ ֆիզիկական մեթոդների կիրառմանը:
Ֆիզիկայի դասերին անհրաժեշտ է ընդգծել, որ մեր ժամանակների բնորոշ նշանը մի շարք բարդ գիտությունների առաջացումն է։ Զարգացել է կենսաֆիզիկան՝ գիտություն, որն ուսումնասիրում է ֆիզիկական գործոնների ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմների վրա։
Կենսաֆիզիկական օրինակների ներգրավումը ծառայում է ֆիզիկայի ընթացքն ավելի լավ յուրացնելուն։ Կենսաֆիզիկական նյութը պետք է անմիջականորեն կապված լինի ֆիզիկայի և կենսաբանության դասընթացների ուսումնական ծրագրի հետ և արտացոլի գիտության և տեխնոլոգիայի զարգացման ամենահեռանկարային ոլորտները: Ֆիզիկայի դասընթացի գրեթե բոլոր բաժինների համար կարելի է ընտրել մեծ թվով կենսաֆիզիկական օրինակներ, խորհուրդ է տրվում դրանք օգտագործել անշունչ բնության և տեխնիկայի օրինակների հետ միասին:
2.2. Կենսաֆիզիկայի օգտագործումը դասարանում տարրական դպրոցում
Մեխանիկա
Շարժում և ուժեր.
7-րդ դասարանում «Շարժում և ուժեր» թեման ուսումնասիրելիս կարող եք աշակերտներին ծանոթացնել տարբեր կենդանիների շարժման արագություններին: Խխունջը 1 ժամում սողում է մոտ 5,5 մ, կրիան շարժվում է մոտ 70 մ/ժ արագությամբ։ Ճանճը թռչում է 5 մ/վ արագությամբ։ Քայլելու միջին արագությունը մոտ 1,5 մ/վ է կամ մոտ 5 կմ/ժ։ Ձին կարողանում է շարժվել 30 կմ/ժ և ավելի արագությամբ։
Որոշ կենդանիների առավելագույն արագությունը՝ որսորդական շունը՝ 90 կմ/ժ, ջայլամը՝ 120 կմ/ժ, այդը՝ 110 կմ/ժ, անտիլոպը՝ 95 կմ/ժ:
Օգտագործելով կենդանական աշխարհի տարբեր ներկայացուցիչների արագության տվյալները՝ հնարավոր է լուծել տարբեր տեսակի խնդիրներ։ Օրինակ:
Կոխլեայի արագությունը 0,9 մմ/վ է։ Արտահայտեք այս արագությունը սմ/րոպե, մ/ժ:
Թափառական բազեն, որսին հետապնդելով, սուզվում է 300 կմ/ժ արագությամբ։ Որքա՞ն է այն անցնում 5 վայրկյանում:
Հայտնի է, որ կաղնու միջին աճի տեմպը տարեկան մոտավորապես 0,3 մ է։ Քանի՞ տարեկան է կաղնին 6,3 մ բարձրությամբ:
Հեռ. քաշը Խտություն.
Մարմնի քաշը և ծավալը ուղղակիորեն կապված են բուսական աշխարհի ներկայացուցիչների հետ, օրինակ՝ տրված են հետևյալ առաջադրանքները.
Որոշեք կեչու փայտի զանգվածը, եթե դրա ծավալը 5 մ 3 է:
Որոշե՛ք չոր բամբուկի ծավալը, եթե նրա զանգվածը 4800 կգ է։
Որոշե՛ք բալզայի ծառի խտությունը, եթե նրա զանգվածը 50 տոննա է, իսկ ծավալը՝ 500 մ 3։
Ձգողականություն.
Այս թեման ուսումնասիրելիս կարող եք իրականացնել հետևյալ ուսումնական աշխատանքը. Տրված են տարբեր կաթնասունների զանգվածները՝ կետ՝ 70000 կգ, փիղ՝ 4000 կգ, ռնգեղջյուր՝ 2000 կգ, ցուլ՝ 1200 կգ, արջ՝ 400 կգ, խոզ 200 կգ, մարդ՝ 70 կգ, գայլ՝ 40 կգ, նապաստակ՝ 6։ կգ. Գտեք նրանց քաշը նյուտոններով:
Նույն տվյալները կարող են օգտագործվել ուժերը գրաֆիկորեն պատկերելու համար:
Հեղուկների և գազերի ճնշում.
Մարդու մարմնի վրա, որի մակերեսը 60 կգ զանգվածով և 160 սմ բարձրությամբ մոտավորապես հավասար է 1,6 մ 2-ի, մթնոլորտային ճնշման պատճառով գործում է 160000 Ն ուժ։ Ինչպե՞ս է մարմինը դիմանում նման հսկայական բեռի:
Սա ձեռք է բերվում այն պատճառով, որ մարմնի անոթները լցնող հեղուկների ճնշումը հավասարակշռում է արտաքին ճնշումը։
Այս խնդրի հետ սերտորեն կապված է մեծ խորություններում ստորջրյա գտնվելու հավանականությունը։ Փաստն այն է, որ մարմինը այլ մակարդակ տեղափոխելը հանգեցնում է նրա գործառույթների խզմանը։ Դա պայմանավորված է անոթների պատերի դեֆորմացմամբ, որոնք նախատեսված են ներսից և դրսից որոշակի ճնշման համար: Բացի այդ, երբ ճնշումը փոխվում է, փոխվում է նաեւ բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաների արագությունը, ինչի արդյունքում փոխվում է նաեւ մարմնի քիմիական հավասարակշռությունը։ Երբ ճնշումը մեծանում է, տեղի է ունենում մարմնի հեղուկների կողմից գազերի կլանման ավելացում, իսկ երբ այն նվազում է, տեղի է ունենում լուծված գազերի արտազատում: Գազերի ինտենսիվ արտազատման պատճառով ճնշման արագ նվազմամբ արյունը, կարծես, եռում է, ինչը հանգեցնում է արյունատար անոթների խցանման, հաճախ մահացու: Սա որոշում է առավելագույն խորությունը, որով կարող են իրականացվել սուզման գործողություններ (որպես կանոն, 50 մետրից ոչ ցածր): Իջնելը և բարձրացումը պետք է լինի շատ դանդաղ, որպեսզի գազերի արտազատումը տեղի ունենա միայն թոքերում, և ոչ անմիջապես ամբողջ շրջանառության համակարգում:
Վայրի բնության որոշ ուժերի օրինակներ:
Թռիչքի ժամանակ ճանճի հզորությունը 10 -5 վտ է։
Թուրը հարվածում է 10 5 -10 6 Վտ.
Ենթադրվում է, որ նորմալ աշխատանքային պայմաններում մարդը կարող է զարգացնել մոտ 70-80 Վտ հզորություն, սակայն հնարավոր է կարճաժամկետ հզորության մի քանի անգամ ավելացում։ Այսպիսով, 750 Ն անձը կարող է ցատկել 1 մ բարձրության վրա 1 վրկ-ում, ինչը համապատասխանում է 750 Վտ հզորությանը; վազորդը զարգացնում է մոտ 1000 վտ հզորություն:
Ակնթարթային կամ պայթյունավտանգ էներգիայի արտազատումը հնարավոր է այնպիսի սպորտաձևերում, ինչպիսիք են գնդակը կամ բարձր ցատկը: Դիտարկումները ցույց են տվել, որ երկու ոտքով միաժամանակյա վանմամբ բարձր ցատկերի ժամանակ որոշ տղամարդկանց մոտ 0,1 վրկ-ի համար միջինում զարգացնում է մոտ 3700 Վտ, իսկ կանանց մոտ՝ 2600 Վտ։
Սիրտ-թոքային մեքենա (AIC)
Ավարտելով մեխանիկայի ուսումնասիրությունը՝ օգտակար է ուսանողներին պատմել սիրտ-թոքային մեքենայի սարքի մասին:
Սրտի վիրահատությունների ժամանակ հաճախ անհրաժեշտ է լինում ժամանակավորապես անջատել այն օրգանիզմում շրջանառությունից (մոտ 4-5 լիտր չափահաս հիվանդի համար), շրջանառվող արյան սահմանված ջերմաստիճանը։
Սիրտ-թոքերի մեքենան բաղկացած է երկու հիմնական մասից՝ պոմպի մասերից և թթվածնի գեներատորից։ Պոմպերը կատարում են սրտի ֆունկցիաները՝ վիրահատության ժամանակ պահպանում են ճնշումը և արյան շրջանառությունը մարմնի անոթներում։ Թթվածնի գեներատորը կատարում է թոքերի ֆունկցիան և ապահովում արյան հագեցվածությունը առնվազն 95%-ով և պահպանում է CO 2 մասնակի ճնշումը 35-45 մմ Hg մակարդակում։ Արվեստ. Հիվանդի անոթներից երակային արյունը գրավիտացիայի միջոցով հոսում է թթվածնի գեներատոր, որը գտնվում է վիրահատական սեղանի մակարդակից ցածր, որտեղ այն հագեցած է թթվածնով, ազատվում է ավելորդ ածխաթթու գազից և այնուհետև զարկերակային պոմպով մղվում է հիվանդի արյան մեջ: AIK-ը երկար ժամանակ կարողանում է փոխարինել սրտի և թոքերի ֆունկցիաները։
Կենդանի առարկաների հետ կապված խնդիրներ լուծելիս պետք է մեծ ուշադրություն դարձնել կենսաբանական գործընթացների սխալ մեկնաբանումը կանխելու համար:
Առաջադրանք.Ինչպե՞ս բացատրել ֆիզիկական պատկերների օգնությամբ, որ փոթորկի ժամանակ եղևնին հեշտությամբ արմատախիլ է լինում, իսկ սոճու բունը ավելի հավանական է կոտրվել:
Մեզ հետաքրքրում է վերլուծել հարցի միայն որակական կողմը։ Բացի այդ, մեզ հետաքրքրում է երկու ծառերի համեմատական վարքի հարցը։ Մեր խնդրի մեջ բեռի դերը խաղում է F B քամու ուժը: Դուք կարող եք ավելացնել քամու ուժը, որը ազդում է ցողունի վրա թագի վրա ազդող քամու ուժին և նույնիսկ ենթադրել, որ երկու ծառերի վրա ազդող քամու ուժերը նույնն են: . Այնուհետեւ, ըստ երեւույթին, հետագա պատճառաբանությունը պետք է լինի հետեւյալը. Սոճի արմատային համակարգն ավելի խորն է գետնի մեջ, քան եղևնիինը։ Դրա շնորհիվ սոճին հողի մեջ պահող ուժի ուսն ավելի մեծ է, քան եղևնիինը։ Ուստի եղևնին արմատով պտտելու համար ավելի քիչ ուժի և քամու պահ է պահանջվում, քան ջարդելը։ Հետևաբար, եղևնին արմատով ավելի հաճախ է ստացվում, քան սոճին, իսկ սոճին ավելի հաճախ է կոտրվում, քան եղևնին։
Ջերմության և մոլեկուլային երևույթների ուսումնասիրություն
«Արհեստական երիկամ» սարք
Այս սարքը օգտագործվում է սուր թունավորումների ժամանակ շտապ բժշկական օգնության համար. երիկամային քրոնիկ անբավարարություն ունեցող հիվանդներին երիկամների փոխպատվաստման նախապատրաստում. նյարդային համակարգի որոշակի խանգարումների (շիզոֆրենիա, դեպրեսիա) բուժման համար։
AIP-ը հեմոդիալիզատոր է, որի դեպքում արյունը շփվում է աղի լուծույթի հետ կիսաթափանցիկ թաղանթի միջոցով: Օսմոտիկ ճնշման տարբերության պատճառով նյութափոխանակության արտադրանքի իոնները և մոլեկուլները (ուրա և միզաթթու), ինչպես նաև մարմնից հեռացվող տարբեր թունավոր նյութերը թաղանթով անցնում են արյունից աղի լուծույթ:
մազանոթային երեւույթներ.
Մազանոթային երևույթները դիտարկելիս պետք է ընդգծել դրանց դերը կենսաբանության մեջ, քանի որ բույսերի և կենդանական հյուսվածքների մեծ մասը ներթափանցված է հսկայական քանակությամբ մազանոթ անոթներով: Հենց մազանոթներում են տեղի ունենում մարմնի շնչառության և սնուցման հետ կապված հիմնական պրոցեսները, կյանքի ամենաբարդ քիմիան՝ սերտորեն կապված ցրված երևույթների հետ։
Առաձգական պատերով բազմաթիվ ճյուղավորված խողովակների համակարգը կարող է ծառայել որպես սրտանոթային համակարգի ֆիզիկական մոդել: Քանի որ ճյուղավորումը մեծանում է, խողովակների ընդհանուր խաչմերուկը մեծանում է, և հեղուկի արագությունը համապատասխանաբար նվազում է: Այնուամենայնիվ, շնորհիվ այն բանի, որ բիֆուրկացիան բաղկացած է բազմաթիվ նեղ ալիքներից, ներքին շփման կորուստները մեծապես մեծանում են, և հեղուկների շարժման ընդհանուր դիմադրությունը (չնայած արագության նվազմանը) զգալիորեն մեծանում է:
Մակերեւութային երեւույթների դերը կենդանի բնության կյանքում շատ բազմազան է։ Օրինակ՝ ջրի մակերեսային թաղանթը հենարան է շատ օրգանիզմների համար՝ շարժվելիս: Շարժման այս ձևը հանդիպում է փոքր միջատների և արախնիդների մոտ: Որոշ կենդանիներ, որոնք ապրում են ջրի մեջ, բայց չունեն մաղձ, ներքևից կախված են ջրի մակերևույթի թաղանթում՝ իրենց շնչառական օրգանները շրջապատող հատուկ չթրջվող խոզանակների օգնությամբ: Այս տեխնիկան օգտագործվում է մոծակների թրթուրների կողմից (ներառյալ մալարիան):
Անկախ աշխատանքի համար կարող եք առաջարկել այնպիսի առաջադրանքներ, ինչպիսիք են.
Ինչպե՞ս կարող է մոլեկուլային կինետիկ տեսության գիտելիքները կիրառվել՝ բացատրելու այն մեխանիզմը, որով բույսերի արմատների մազերը կլանում են սնուցիչները հողից:
Ինչպե՞ս բացատրել ծղոտե տանիքի ջրակայունությունը, խոտը կույտերում:
Որոշեք, թե որ բարձրությունը մակերևութային լարվածության ուժերի ազդեցությամբ ջուր է բարձրանում 0,4 մմ տրամագծով մազանոթներ ունեցող բույսերի ցողուններում։ Կարելի՞ է մազանոթությունը համարել բույսի ցողունով ջրի բարձրացման միակ պատճառը:
Ճի՞շտ է, որ գետնից ցածր թռչող ծիծեռնակներն ազդարարում են անձրևի մոտենալը։
Թրթռումների և ձայնի ուսումնասիրություն
Կենսաբանության պարբերական պրոցեսների օրինակներ. շատ ծաղիկներ գիշերվա ընթացքում փակում են պսակները. Կենդանիների մեծ մասում սերունդների տեսքի պարբերականություն կա. հայտնի են բույսերի ֆոտոսինթեզի ինտենսիվության պարբերական փոփոխությունները. տատանումները զգում են բջիջների միջուկների չափերը և այլն:
Անտառային հնչյուններ.
Անտառի ձայները (խշշոցը) առաջանում են քամու ազդեցության տակ գտնվող տերեւների թրթիռի եւ միմյանց դեմ շփումից։ Սա հատկապես նկատելի է կաղամախու տերևների վրա, քանի որ դրանք ամրացված են երկար և բարակ կոթունների վրա, հետևաբար նրանք շատ շարժուն են և ճոճվում են նույնիսկ ամենաթույլ օդային հոսանքների դեպքում:
Գորտերը շատ բարձր և բավականին բազմազան ձայներ ունեն։ Գորտերի որոշ տեսակներ ունեն ձայնի ուժեղացման հետաքրքիր սարքեր՝ իրենց գլխի կողքերին մեծ գնդաձև պղպջակների տեսքով, որոնք լաց լինելիս ուռչում են և ծառայում որպես ուժեղ ռեզոնանսներ։
Թրթուրների ձայնն առավել հաճախ առաջանում է թռիչքի ժամանակ թեւերի արագ թրթռումներից (մոծակներ, ճանճեր, մեղուներ): Այն միջատի թռիչքը, որն ավելի հաճախ է թևերը թափահարում, մեր կողմից ընկալվում է որպես ավելի բարձր հաճախականության և, հետևաբար, ավելի բարձր ձայն: Որոշ միջատներ, օրինակ՝ մորեխները, ունեն ձայնի հատուկ օրգաններ՝ հետևի ոտքերի վրա մեխակների շարք, որոնք դիպչում են թեւերի եզրերին և առաջացնում նրանց թրթռում։
Կաշառքի դիմաց փեթակից դուրս թռչող բանվոր մեղուն վայրկյանում միջինը 180 թևի զարկ է տալիս։ Երբ նա վերադառնում է ծանրաբեռնվածությամբ, հարվածների թիվը հասնում է 280-ի: Ինչպե՞ս է դա ազդում մեր լսած ձայնի վրա:
Ինչու՞ է թիթեռի թռիչքը լռում:
Հայտնի է, որ շատ գորտերի գլխի կողքերին մեծ գնդաձև բշտիկներ կան, որոնք ուռչում են, երբ կանչում են: Ո՞րն է նրանց նպատակը։
Ի՞նչն է որոշում թռիչքի ժամանակ միջատների արձակած ձայնի հաճախականությունը:
Օպտիկայի ուսումնասիրությունը և ատոմի կառուցվածքը:
Լույս.
Լույսը բացարձակապես անհրաժեշտ է կենդանի բնության համար, քանի որ այն ծառայում է որպես էներգիայի աղբյուր: Քլորոֆիլ կրող բույսերը, բացառությամբ որոշ բակտերիաների, միակ օրգանիզմներն են, որոնք ընդունակ են սինթեզել իրենց սեփական նյութը ջրից, հանքային աղերից և ածխածնի երկօքսիդից՝ ճառագայթային էներգիայի օգնությամբ, որը յուրացման գործընթացում վերածում են քիմիական էներգիայի։ Մեր մոլորակի բոլոր մյուս օրգանիզմները՝ բույսերը և կենդանիները, ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն կախված են քլորոֆիլ կրող բույսերից: Նրանք ամենաուժեղ կլանում են քլորոֆիլային սպեկտրի ներծծման գոտիներին համապատասխանող ճառագայթները։ Դրանցից երկուսը կա՝ մեկը ընկած է սպեկտրի կարմիր մասում, մյուսը՝ կապույտ-մանուշակագույն: Բույսի մնացած ճառագայթները արտացոլվում են: Հենց նրանք են քլորոֆիլ կրող բույսերին տալիս իրենց կանաչ գույնը։ Քլորոֆիլ կրող բույսերը ներկայացված են բարձրակարգ բույսերով, մամուռներով և ջրիմուռներով։
Կենդանական աշխարհի տարբեր ներկայացուցիչների աչքերը.
Երկկենցաղների մոտ աչքի եղջերաթաղանթը շատ ուռուցիկ է։ Աչքերի տեղավորումն իրականացվում է, ինչպես ձկների մոտ, ոսպնյակի շարժումով։
Թռչունները շատ սուր տեսողություն ունեն՝ գերազանցելով այլ կենդանիների տեսողությունը։ Նրանց ակնախնձորը շատ մեծ է և ունի յուրահատուկ կառուցվածք, ինչի պատճառով մեծանում է տեսադաշտը։ Հատկապես սուր տեսողություն ունեցող թռչունները (անգղեր, արծիվներ) ունեն երկարավուն «հեռադիտակային» ակնագնդիկ։ Ջրում ապրող կաթնասունների (օրինակ՝ կետերի) աչքերը եղջերաթաղանթի ուռուցիկությամբ և բեկման մեծ ինդեքսով նման են խոր ծովի ձկների աչքերին։
Ինչպես են մեղուները տեսնում գույները.
Մեղուների տեսլականը տարբերվում է մարդկանցից։ Մարդը տարբերում է տեսանելի սպեկտրի մոտ 60 առանձին գույներ։ Մեղուները տարբերում են ընդամենը 6 գույն՝ դեղին, կապույտ-կանաչ, կապույտ, «մանուշակագույն», մանուշակագույն և մարդկանց համար անտեսանելի ուլտրամանուշակագույն։ Bee «magenta» գույնը սպեկտրի դեղին և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների խառնուրդ է, որը տեսանելի է մեղվի համար:
Այս բաժնում անկախ աշխատանքի համար կարող եք առաջարկել հետևյալ առաջադրանքները.
Ինչի՞ համար են երկու աչքը:
Մարդու և արծվի աչքի ցանցաթաղանթը մոտավորապես նույնն է, բայց արծվի աչքի նյարդային բջիջների (կոնների) տրամագիծը նրա կենտրոնական մասում ավելի փոքր է՝ ընդամենը 0,3 - 0,4 միկրոն (միկրոն = 10 -3 մմ): Ի՞նչ նշանակություն ունի արծվի աչքի ցանցաթաղանթի նման կառուցվածքը։
Երբ մութն ընկնում է, աչքի բիբը լայնանում է: Ինչպե՞ս է դա ազդում շրջակա օբյեկտների պատկերի հստակության վրա: Ինչո՞ւ։
Ձկան աչքի ոսպնյակը գնդաձեւ է։ Ձկան միջավայրի ո՞ր հատկանիշներն են ոսպնյակի այս ձևը համապատասխան դարձնում: Մտածեք ձկների մեջ աչքերի տեղակայման մեխանիզմի մասին, եթե ոսպնյակի կորությունը չի փոխվում:
2.3. Բլից մրցաշար «Ֆիզիկա վայրի բնության մեջ»
7-րդ դասարանի սովորողների համար ինքնուրույն գործնական գործունեություն կազմակերպելու համար կարելի է առաջարկել «Ֆիզիկա վայրի բնության մեջ» բլից մրցաշար։
Դասի նպատակը«Ընդհանրացնող դաս ամբողջ դասընթացի համար» թեմայով նյութի կրկնություն. գիտելիքների ստուգում, հնարամտություն, տրամաբանորեն մտածելու կարողություն:
Խաղի կանոններ
Հարցերն ընտրվում են 7-րդ դասարանի ողջ ընթացքում:
Դասը ընթանում է արագ տեմպերով։
Դասի ընթացքում կարող եք օգտագործել ցանկացած տեղեկատու գրականություն, այդ թվում՝ դասագիրք։
Դասերի ժամանակ
Ուսուցիչը կարդում է հարցը. Խաղացողը, պատրաստ պատասխանելու, բարձրացնում է ձեռքը. Առաջինը, ով ձեռքը կբարձրացնի, խոսքը տրվում է: Ճիշտ պատասխանն արժե 1 միավոր։ Նվազագույն միավորներ հավաքած մասնակիցները դուրս են մնում խաղից։
Հարցեր.
Ջուրից հեռանալիս կենդանիները ցնցվում են։ Ի՞նչ ֆիզիկական օրենք է օգտագործվում այս դեպքում: (իներցիայի օրենք):
Ի՞նչ նշանակություն ունեն նապաստակի ոտքերի ներբանների առաձգական մազերը: (Նապաստակի ոտքերի ներբանների առաձգական մազերը երկարացնում են արգելակման ժամանակը ցատկելիս և հետևաբար թուլացնում են հարվածի ուժը):
Ինչո՞ւ են որոշ ձկներ արագ շարժվելիս լողակները մոտ պահում: (Շարժման դիմադրությունը նվազեցնելու համար):
Աշնանը այգիների և զբոսայգիների մոտով անցնող տրամվայի գծերի մոտ երբեմն պաստառ են կախում. «Զգուշացե՛ք. Տերևի անկում. Ո՞րն է այս նախազգուշացման իմաստը: (Ռելսերի վրա ընկած տերևները նվազեցնում են շփումը, այնպես որ մեքենան կարող է երկար ճանապարհ անցնել արգելակելիս):
Ո՞րն է մարդու ոսկորների սեղմման ուժը: (Ֆեմուրը, օրինակ, ուղղահայաց տեղադրված, կարող է դիմակայել մեկուկես տոննա բեռի ճնշմանը):
Ինչու՞ են սուզվող կոշիկները պատրաստված կապարի ծանր ներբաններով: (Կոշիկների ծանր կապարե ներբաններն օգնում են սուզորդին հաղթահարել ջրի լողացողությունը:)
Ինչու՞ մարդը կարող է սայթաքել, երբ ոտնահարում է կոշտ, չոր սիսեռը: (Շփումը նպաստում է մարդու տեղաշարժին։ Չոր սիսեռը, լինելով առանցքակալի, նվազեցնում է շփումը մարդու ոտքերի և հենարանի միջև)։
Ինչու՞ ցեխոտ հատակով գետում մենք ավելի շատ ծանծաղ տեղում ենք խրվում, քան խորը: (Սուզվելով ավելի մեծ խորության վրա՝ մենք տեղահանում ենք ավելի մեծ ծավալ ջուր։ Արքիմեդի օրենքի համաձայն՝ այս դեպքում մեզ վրա կգործի մեծ լողացող ուժ)։
Ամփոփելով.
Ուսուցիչը գնահատականներ է տալիս.
Եզրակացություն
Կ.Դ. Ուշինսկին գրել է, որ որոշ ուսուցիչներ թվում է, թե անում են միայն այն, ինչ կրկնում են, բայց իրականում նրանք արագորեն առաջ են շարժվում նոր բաներ սովորելու հարցում: Նորի ներգրավմամբ կրկնությունը հանգեցնում է լուսաբանված նյութի ավելի լավ ըմբռնմանը և մտապահմանը: Հայտնի է նաև, որ առարկայի նկատմամբ հետաքրքրություն առաջացնելու լավագույն միջոցը ձեռք բերված գիտելիքներն այլ ոլորտներում կիրառելն է, քան դրանք ստացվել են: Կրկնության կազմակերպումը կենսաֆիզիկական նյութի ներգրավմամբ հենց այդպիսի կրկնության տեսակ է, երբ այն տեղի է ունենում նորի ներգրավմամբ, մեծ հետաքրքրություն է առաջացնում ուսանողների համար և թույլ է տալիս կիրառել ֆիզիկայի օրենքները վայրի բնության ոլորտում:
Կենսաֆիզիկական օրինակների ներգրավումը ծառայում է ֆիզիկայի ընթացքն ավելի լավ յուրացնելուն։ Կենսաֆիզիկական նյութը պետք է անմիջականորեն կապված լինի ֆիզիկայի և կենսաբանության դասընթացների ուսումնական ծրագրի հետ և արտացոլի գիտության և տեխնոլոգիայի զարգացման ամենահեռանկարային ոլորտները:
Ֆիզիկայի և կենսաբանության միջառարկայական կապերի հաստատումը մեծ հնարավորություններ է տալիս նյութապաշտական համոզմունքների ձևավորման համար։ Դպրոցականները սովորում են նկարազարդել ֆիզիկայի օրենքները ոչ միայն տեխնոլոգիայի, այլև վայրի բնության օրինակներով: Մյուս կողմից, հաշվի առնելով բույսերի և կենդանական օրգանիզմների կենսագործունեությունը, նրանք օգտագործում են ֆիզիկական օրենքներ, ֆիզիկական անալոգիաներ։
Կենսաֆիզիկական նյութի ներգրավմամբ ընդգրկված նյութի կրկնությունն ու համախմբումը ուսուցչին հնարավորություն է տալիս ուսանողներին ծանոթացնել կենսաֆիզիկայի և բիոնիկայի բնագավառի վերջին ձեռքբերումներին, խրախուսել նրանց կարդալ լրացուցիչ գրականություն:
Կազմակերպչական առումով դասը կարող է կառուցվել տարբեր ձևերով՝ ուսուցիչների դասախոսությունների տեսքով, ֆիզիկայի և կենսաբանության ուսուցիչների ղեկավարությամբ ուսանողների կողմից պատրաստված զեկույցների տեսքով:
ՄԱՏԵՆԱԳՐՈՒԹՅՈՒՆ
Տրոֆիմովա Տ.Ի. Տեխնիկական բուհերի ֆիզիկայի դասընթացի առաջադրանքների ժողովածու - 3-րդ հրատ. - M .: LLC Publishing House Onyx 21st Century: LLC Publishing House Mir and Education, 2003 - 384 p.: ill.
Զորին Ն.Ի. «Կենսաֆիզիկայի տարրեր» ընտրովի դասընթաց՝ 9-րդ դասարան. - Մ.: ՎԱԿՈ, 2007. - 160 էջ. - (Ուսուցչի արհեստանոց):
Ընտրովի 9. Ֆիզիկա. Քիմիա. Կենսաբանություն. Ընտրովի դասընթացների (միջառարկայական և առարկայական ուղղվածություն) կառուցող. 9-րդ դասարանի սովորողների համար նախապրոֆիլային ուսուցման կազմակերպման համար. 2 գրքում: Գիրք. 1 / Dendeber S.V., Zueva L.V., Ivannikova T.V. և ուրիշներ - Մ .: 5 գիտելիքի համար, 2006 թ. - 304 էջ. - (Ընտրովի):
Ընտրովի 9. Ֆիզիկա. Քիմիա. Կենսաբանություն. Ընտրովի դասընթացների (միջառարկայական և առարկայական ուղղվածություն) կառուցող. 9-րդ դասարանի սովորողների համար նախապրոֆիլային ուսուցման կազմակերպման համար. 2 գրքում: Գիրք. 2 / Dendeber S.V., Zueva L.V., Ivannikova T.V. և ուրիշներ - Մ .: 5 գիտելիքի համար, 2006 թ. - 176 էջ. - (Ընտրովի):
Maron A.E. Ֆիզիկայի որակական խնդիրների ժողովածու՝ 7-9 բջիջների համար հանրակրթություն. հաստատություններ / A.E. Մարոն, Է.Ա. Շագանակագույն. - Մ.: Կրթություն, 2006. - 239 էջ: հիվանդ.
Լուկաշիկ Վ.Ի. Ֆիզիկայի խնդիրների ժողովածու ուսումնական հաստատությունների 7-9-րդ դասարանների համար / V.I. Լուկաշիկ, Է.Վ. Իվանովա. – 22-րդ հրատ. – Մ.: Լուսավորություն, 2008. – 240 էջ: հիվանդ.
Կաց Ծ.Բ. Կենսաֆիզիկա ֆիզիկայի դասերին / Գիրք. ուսուցչի համար՝ աշխատանքային փորձից. - 2-րդ հրատ., վերանայված։ – Մ.: Լուսավորություն, 1988. – 159 էջ: հիվանդ.
Վոլկով Վ.Ա., Պոլյանսկի Ս.Ե. Pourochnye զարգացումը ֆիզիկայի. Դասարան 7 - 2-րդ հրատ. - Մ.: ՎԱԿՈ, 2007. - 304 էջ. - (Դպրոցի ուսուցչին օգնելու համար. Ա.Վ. Պերիշկինի, Ս.Վ. Գրոմովի, Ն.Ա. Ռոդինայի ուսումնական փաթեթներին):
Ամենահին գիտություններից մեկը, իհարկե, կենսաբանությունն է։ Մարդկանց հետաքրքրությունը իրենց և շրջակա էակների մեջ տեղի ունեցող գործընթացների նկատմամբ առաջացել է մեր դարաշրջանից մի քանի հազար տարի առաջ:
Կենդանիների, բույսերի, բնական պրոցեսների դիտարկումը մարդկանց կյանքի կարևոր մասն էր։ Ժամանակի ընթացքում շատ գիտելիքներ են կուտակվել, կատարելագործվել ու մշակվել են վայրի բնության ուսումնասիրության մեթոդները և նրանում առաջացող մեխանիզմները։ Սա հանգեցրեց բազմաթիվ բաժինների առաջացման, որոնք ընդհանուր առմամբ կազմում են բարդ գիտություն:
Կենսաբանական հետազոտությունները կյանքի տարբեր ոլորտներում հնարավորություն են տալիս ձեռք բերել նոր արժեքավոր տվյալներ, որոնք կարևոր են մոլորակի կենսազանգվածի կառուցվածքը հասկանալու համար։ Օգտագործեք այս գիտելիքները գործնական մարդկային նպատակների համար (տիեզերքի հետախուզում, բժշկություն, գյուղատնտեսություն, քիմիական արդյունաբերություն և այլն):
Բազմաթիվ հայտնագործություններ թույլ տվեցին կենսաբանական հետազոտություններ կատարել բոլոր կենդանի համակարգերի ներքին կառուցվածքի և գործունեության ոլորտում: Ուսումնասիրվել է օրգանիզմների մոլեկուլային կազմը, նրանց միկրոկառուցվածքը, մարդկանց և կենդանիների, բույսերի գենոմից առանձնացվել և ուսումնասիրվել են բազմաթիվ գեներ։ Կենսատեխնոլոգիայի արժանիքները բջջային են և թույլ են տալիս սեզոնին ստանալ բույսերի մի քանի բերք, ինչպես նաև բուծել կենդանիների ցեղատեսակներ, որոնք տալիս են ավելի շատ միս, կաթ և ձու:
Միկրոօրգանիզմների ուսումնասիրությունը հնարավորություն տվեց ձեռք բերել հակաբիոտիկներ և ստեղծել տասնյակ ու հարյուրավոր պատվաստանյութեր, որոնք թույլ են տալիս հաղթահարել բազմաթիվ հիվանդություններ, նույնիսկ նրանք, որոնք նախկինում հազարավոր կյանքեր էին խլում մարդկանց և կենդանիների համաճարակների ժամանակ:
Հետևաբար, կենսաբանության ժամանակակից գիտությունը մարդկության անսահման հնարավորություններն են գիտության, արդյունաբերության և առողջության պահպանման բազմաթիվ ճյուղերում:
Կենսաբանական գիտությունների դասակարգում
Կենսաբանության գիտության առաջին իսկ հայտնված մասնավոր բաժիններից մեկը: Ինչպիսիք են բուսաբանությունը, կենդանաբանությունը, անատոմիան և տաքսոնոմիան: Հետագայում սկսեցին ձևավորվել տեխնիկական սարքավորումներից ավելի կախված առարկաներ՝ մանրէաբանություն, վիրուսաբանություն, ֆիզիոլոգիա և այլն։
Կան մի շարք երիտասարդ և առաջադեմ գիտություններ, որոնք առաջացել են միայն 20-21-րդ դարերում և կարևոր դեր են խաղում կենսաբանության ժամանակակից զարգացման գործում։
Կա ոչ թե մեկ, այլ մի քանի դասակարգում, որոնցով կարելի է դասակարգել կենսաբանական գիտությունները։ Նրանց ցանկը բոլոր դեպքերում բավականին տպավորիչ է, դիտարկենք դրանցից մեկը։
| Կենսաբանություն | Մասնավոր գիտություններ | Բուսաբանություն | զբաղվում է մոլորակի (ֆլորայի) վրա գոյություն ունեցող բոլոր բույսերի արտաքին և ներքին կառուցվածքի, ֆիզիոլոգիական պրոցեսների, ֆիլոգենեզի և բնության մեջ բաշխվածության ուսումնասիրությամբ։ | Ներառում է հետևյալ բաժինները.
|
| Կենդանաբանություն | զբաղվում է մոլորակի վրա գոյություն ունեցող բոլոր կենդանիների (կենդանական աշխարհի) արտաքին և ներքին կառուցվածքի, ֆիզիոլոգիական պրոցեսների, ֆիլոգենեզի և բնության մեջ բաշխվածության ուսումնասիրությամբ։ | Առարկաները ներառված են. Կարգավորումներ:
|
||
| Մարդաբանություն | մի շարք առարկաներ, որոնք ուսումնասիրում են մարդու զարգացումն ու ձևավորումը կենսաբանական և սոցիալական միջավայրում համալիրում | Բաժիններ՝ փիլիսոփայական, դատական, կրոնական, ֆիզիկական, սոցիալական, մշակութային, տեսողական։ | ||
| Մանրէաբանություն | ուսումնասիրում է ամենափոքր կենդանի օրգանիզմները՝ բակտերիայից մինչև վիրուսներ | Առարկաներ՝ վիրուսաբանություն, մանրէաբանություն, բժշկական մանրէաբանություն, սնկաբանություն, արդյունաբերական, տեխնիկական, գյուղատնտեսական, տիեզերական մանրէաբանություն | ||
Ընդհանուր գիտություններ | Սիստեմատիկա | Խնդիրները ներառում են մեր մոլորակի ողջ կյանքի դասակարգման հիմքերի մշակումը՝ կենսազանգվածի ցանկացած ներկայացուցչի խիստ դասակարգման և նույնականացման նպատակով։ | ||
| Մորֆոլոգիա | բոլոր կենդանի էակների օրգանների արտաքին նշանների, ներքին կառուցվածքի և տեղագրության նկարագրությունը | Բաժիններ՝ բույսեր, կենդանիներ, միկրոօրգանիզմներ, սնկեր | ||
| Ֆիզիոլոգիա | ուսումնասիրում է որոշակի համակարգի, օրգանի կամ մարմնի մի մասի գործունեության առանձնահատկությունները, բոլոր գործընթացների մեխանիզմները, որոնք ապահովում են դրա կենսագործունեությունը. | Բույսեր, կենդանիներ, մարդ, միկրոօրգանիզմներ | ||
| Էկոլոգիա | կենդանի էակների միմյանց, շրջակա միջավայրի և մարդու փոխհարաբերությունների գիտությունը | Երկրաէկոլոգիա, ընդհանուր, սոցիալական, արդյունաբերական | ||
| Գենետիկա | ուսումնասիրում է կենդանի էակների գենոմը, տարբեր պայմանների ազդեցության տակ գծերի ժառանգականության և փոփոխականության մեխանիզմները, ինչպես նաև էվոլյուցիոն փոխակերպումների ժամանակ գենոտիպում տեղի ունեցած պատմական փոփոխությունները։ | |||
կենսաաշխարհագրություն | դիտարկում է մոլորակի վրա կենդանի էակների որոշակի տեսակների վերաբնակեցումն ու բաշխումը | |||
էվոլյուցիոն վարդապետություն | բացահայտում է մոլորակի վրա մարդու և այլ կենդանի համակարգերի պատմական զարգացման մեխանիզմները։ Նրանց ծագումն ու զարգացումը | |||
| Բարդ գիտություններ, որոնք առաջացել են միմյանց հետ հանգույցում | Կենսաքիմիա | ուսումնասիրում է կենդանի էակների բջիջներում տեղի ունեցող գործընթացները քիմիական տեսանկյունից | ||
Կենսատեխնոլոգիա | հաշվի է առնում օրգանիզմների, դրանց արտադրանքի և կամ մասերի օգտագործումը մարդու կարիքների համար | |||
Մոլեկուլային կենսաբանություն | ուսումնասիրում է կենդանի էակների կողմից ժառանգական տեղեկատվության փոխանցման, պահպանման և օգտագործման մեխանիզմները, ինչպես նաև սպիտակուցների, ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի գործառույթներն ու նուրբ կառուցվածքը։ | Հարակից գիտություններ՝ գենետիկ և բջջային ճարտարագիտություն, մոլեկուլային գենետիկա, բիոինֆորմատիկա, պրոտեոմիկա, գենոմիկա | ||
Կենսաֆիզիկա | դա գիտություն է, որն ուսումնասիրում է բոլոր հնարավոր ֆիզիկական գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում բոլոր կենդանի օրգանիզմներում՝ վիրուսներից մինչև մարդ | Այս կարգապահության բաժինները կքննարկվեն ստորև: |
Այսպիսով, մենք փորձել ենք ֆիքսել այն հիմնական բազմազանությունը, որը կենսաբանական գիտություններն են: Տեխնոլոգիաների և ուսումնասիրության մեթոդների զարգացմամբ այս ցանկն ընդլայնվում և համալրվում է։ Ուստի կենսաբանության միասնական դասակարգում այսօր գոյություն չունի:
Պրոգրեսիվ կենսագիտությունները և դրանց նշանակությունը
Կենսաբանության ամենաերիտասարդ, ժամանակակից և առաջադեմ գիտությունները ներառում են.
- կենսատեխնոլոգիա;
- մոլեկուլային կենսաբանություն;
- տիեզերական կենսաբանություն;
- կենսաֆիզիկա;
- կենսաքիմիա։
Այս գիտություններից յուրաքանչյուրը ձևավորվել է ոչ շուտ, քան 20-րդ դարը և, հետևաբար, իրավամբ համարվում է երիտասարդ, ինտենսիվ զարգացող և մարդկային գործնական գործունեության համար առավել նշանակալից:
Եկեք կանգ առնենք դրանցից, ինչպիսին է կենսաֆիզիկան: Սա գիտություն է, որը ի հայտ եկավ մոտ 1945 թվականին և դարձավ ողջ կենսաբանական համակարգի կարևոր մասը։
Ի՞նչ է կենսաֆիզիկան:
Այս հարցին պատասխանելու համար նախ անհրաժեշտ է մատնանշել նրա սերտ կապը քիմիայի և կենսաբանության հետ։ Որոշ հարցերում այս գիտությունների միջև սահմաններն այնքան մոտ են, որ դժվար է պարզել, թե դրանցից որն է հատուկ ներգրավված և առաջնահերթ։ Հետևաբար, արժե կենսաֆիզիկան դիտարկել որպես բարդ գիտություն, որն ուսումնասիրում է կենդանի համակարգերում տեղի ունեցող խորը ֆիզիկական և քիմիական գործընթացները ինչպես մոլեկուլների, բջիջների, օրգանների, այնպես էլ Կենսոլորտի մակարդակով որպես ամբողջություն:
Ինչպես ցանկացած այլ, կենսաֆիզիկան գիտություն է, որն ունի իր ուսումնասիրության առարկան, նպատակներն ու խնդիրները, ինչպես նաև արժանի ու նշանակալի արդյունքներ: Բացի այդ, այս կարգապահությունը սերտորեն փոխկապակցված է մի քանի նոր ուղղությունների հետ:
Ուսումնասիրության առարկաներ
Կենսաֆիզիկայի համար դրանք կենսահամակարգեր են տարբեր կազմակերպչական մակարդակներում:
- վիրուսներ, միաբջիջ սնկեր և ջրիմուռներ):
- Ամենապարզ կենդանիները.
- Առանձին բջիջներ և դրանց կառուցվածքային մասեր (օրգանելներ):
- Բույսեր.
- Կենդանիներ (ներառյալ մարդիկ):
- էկոլոգիական համայնքներ.
Այսինքն՝ կենսաֆիզիկան կենդանիների ուսումնասիրությունն է նրանում տեղի ունեցող ֆիզիկական պրոցեսների տեսանկյունից։
Գիտության խնդիրները
Ի սկզբանե կենսաֆիզիկոսների խնդիրն էր ապացուցել կենդանի էակների կյանքում ֆիզիկական գործընթացների և երևույթների առկայությունը և ուսումնասիրել դրանք՝ պարզելով դրանց բնույթն ու նշանակությունը։
Այս գիտության ժամանակակից խնդիրները կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ.
- Ուսումնասիրել գեների կառուցվածքը և դրանց փոխանցմանն ու պահպանմանը ուղեկցող մեխանիզմները, փոփոխությունները (մուտացիաները):
- Դիտարկենք բջջային կենսաբանության բազմաթիվ ասպեկտներ (բջիջների փոխազդեցությունը միմյանց հետ, քրոմոսոմային և գենետիկական փոխազդեցությունները և այլ գործընթացներ):
- Ուսումնասիրել պոլիմերային մոլեկուլները (սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ, պոլիսախարիդներ) մոլեկուլային կենսաբանության հետ համատեղ։
- Բացահայտել տիեզերական գործոնների ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմների բոլոր ֆիզիկական և քիմիական գործընթացների ընթացքի վրա:
- Ավելի խորը բացահայտել ֆոտոկենսաբանության մեխանիզմները (ֆոտոսինթեզ, ֆոտոպերիոդիզմ և այլն):
- Իրականացնել և մշակել մաթեմատիկական մոդելավորման մեթոդներ:
- Կիրառել նանոտեխնոլոգիայի արդյունքները կենդանի համակարգերի ուսումնասիրության մեջ:
Այս ցանկից ակնհայտ է, որ կենսաֆիզիկան ուսումնասիրում է ժամանակակից հասարակության բազմաթիվ նշանակալի և լուրջ խնդիրներ, և այդ գիտության արդյունքները մեծ նշանակություն ունեն մարդու և նրա կյանքի համար։
Կազմավորման պատմություն
Որպես գիտություն, կենսաֆիզիկան ծնվել է համեմատաբար վերջերս՝ 1945 թվականին, երբ նա հրատարակեց իր «Ի՞նչ է կյանքը ֆիզիկայի տեսանկյունից» աշխատությունը։ Հենց նա է առաջինը նկատել և նշել, որ ֆիզիկայի շատ օրենքներ (թերմոդինամիկ, քվանտային մեխանիկայի օրենքներ) տեղի են ունենում հենց կենդանի էակների օրգանիզմների կյանքում և աշխատանքում։
Այս մարդու աշխատանքի շնորհիվ կենսաֆիզիկայի գիտությունը սկսեց իր ինտենսիվ զարգացումը։ Այնուամենայնիվ, նույնիսկ ավելի վաղ՝ 1922 թվականին, Ռուսաստանում ստեղծվեց կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ՝ Պ.Պ. Լազարևի գլխավորությամբ։ Այնտեղ հիմնական դերը վերապահված է հյուսվածքների և օրգանների գրգռման բնույթի ուսումնասիրությանը։ Արդյունքը եղավ այս գործընթացում իոնների կարևորության բացահայտումը:
- Գալվանին բացահայտում է էլեկտրականությունը և դրա նշանակությունը կենդանի հյուսվածքների համար (բիոէլեկտրականություն):
- Ա.Լ. Չիժևսկին մի քանի գիտությունների հայրն է, որոնք ուսումնասիրում են տիեզերքի ազդեցությունը կենսոլորտի վրա, ինչպես նաև իոնացնող ճառագայթումը և էլեկտրահեմոդինամիկան:
- Սպիտակուցի մոլեկուլների մանրամասն կառուցվածքն ուսումնասիրվել է միայն ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզի հայտնաբերումից հետո (ռենտգեն դիֆրակցիոն անալիզ)։ Դա արեցին Պերուցը և Քենդրյուն (1962):
- Նույն թվականին հայտնաբերվեց ԴՆԹ-ի եռաչափ կառուցվածքը (Մորիս Ուիլկինս)։
- Նեհերին և Զաքմանը 1991 թվականին հաջողվեց մշակել էլեկտրական ներուժի տեղային ամրագրման մեթոդ։
Նաև մի շարք այլ հայտնագործություններ թույլ տվեցին կենսաֆիզիկայի գիտությանը բռնել զարգացման և ձևավորման ինտենսիվ և առաջադեմ արդիականացման ճանապարհը:
Կենսաֆիզիկայի բաժիններ
Կան մի շարք առարկաներ, որոնք կազմում են այս գիտությունը: Դիտարկենք դրանցից ամենահիմնականները.
- Բարդ համակարգերի կենսաֆիզիկա - դիտարկում է բազմաբջիջ օրգանիզմների ինքնակարգավորման բոլոր բարդ մեխանիզմները (համակարգոգենեզ, մորֆոգենեզ, սիներգոգենեզ): Նաև այս առարկան ուսումնասիրում է օնտոգենեզի և էվոլյուցիոն զարգացման գործընթացների ֆիզիկական բաղադրիչի առանձնահատկությունները, օրգանիզմների կազմակերպման մակարդակները:
- Զգայական համակարգերի կենսաակուստիկա և կենսաֆիզիկա - ուսումնասիրում է կենդանի օրգանիզմների զգայական համակարգերը (տեսողություն, լսողություն, ընդունում, խոսք և այլն), տարբեր ազդանշանների հաղորդման ուղիները: Բացահայտում է էներգիայի փոխակերպման մեխանիզմները, երբ օրգանիզմներն ընկալում են արտաքին ազդեցությունները (գրգռումները):
- Տեսական կենսաֆիզիկա - ներառում է մի շարք գիտություններ, որոնք զբաղվում են կենսաբանական գործընթացների թերմոդինամիկայի ուսումնասիրությամբ, օրգանիզմների կառուցվածքային մասերի մաթեմատիկական մոդելների կառուցմամբ: Նաև հաշվի է առնում կինետիկ գործընթացները:
- Մոլեկուլային կենսաֆիզիկա - դիտարկում է այնպիսի կենսապոլիմերների կառուցվածքային կազմակերպման և գործելու խորը մեխանիզմները, ինչպիսիք են ԴՆԹ-ն, ՌՆԹ-ն, սպիտակուցները, պոլիսախարիդները: Նա զբաղվում է այդ մոլեկուլների մոդելների և գրաֆիկական պատկերների կառուցմամբ, կանխատեսում է դրանց վարքն ու ձևավորումը կենդանի համակարգերում։ Նաև այս գիտակարգը կառուցում է վերմոլեկուլային և ենթամոլեկուլային համակարգեր՝ կենդանի համակարգերում կենսապոլիմերների կառուցման և գործողության մեխանիզմը որոշելու համար:
- Բջջի կենսաֆիզիկա. Նա ուսումնասիրում է բջջային ամենակարևոր գործընթացները՝ թաղանթային կառուցվածքի տարբերակումը, բաժանումը, գրգռումը և կենսապոտենցիալները։ Առանձնահատուկ ուշադրություն է դարձվում նյութերի մեմբրանային փոխադրման մեխանիզմներին, պոտենցիալ տարբերությանը, թաղանթի և դրա շրջակա մասերի հատկություններին և կառուցվածքին։
- Նյութափոխանակության կենսաֆիզիկա. Քննարկվող հիմնականներն են՝ օրգանիզմների արևայնացումը և դրան հարմարվողականությունը, հեմոդինամիկան, ջերմակարգավորումը, նյութափոխանակությունը և իոնացնող ճառագայթների ազդեցությունը։
- Կիրառական կենսաֆիզիկա. Այն բաղկացած է մի քանի առարկաներից՝ կենսաինֆորմատիկա, կենսաչափություն, բիոմեխանիկա, էվոլյուցիոն գործընթացների և օնտոգենեզի ուսումնասիրություն, ախտաբանական (բժշկական) կենսաֆիզիկա։ Կիրառական կենսաֆիզիկայի ուսումնասիրության օբյեկտներն են՝ հենաշարժական համակարգը, շարժման մեթոդները, մարդկանց ֆիզիկական հատկանիշներով ճանաչելու մեթոդները։ Առանձնահատուկ ուշադրության է արժանի բժշկական կենսաֆիզիկան։ Այն հաշվի է առնում օրգանիզմների պաթոլոգիական պրոցեսները, մոլեկուլների կամ կառուցվածքների վնասված հատվածների վերականգնման կամ դրանց փոխհատուցման մեթոդները։ Նյութ է տալիս կենսատեխնոլոգիայի համար։ Այն մեծ նշանակություն ունի հատկապես գենետիկ բնույթի հիվանդությունների զարգացման կանխարգելման, դրանց վերացման և գործողության մեխանիզմների բացատրության գործում։
- Հաբիթաթի կենսաֆիզիկա - ուսումնասիրում է ինչպես էակների տեղական բնակավայրերի, այնպես էլ մոտ և հեռավոր տիեզերական մարմինների ազդեցությունները: Նաև հաշվի է առնում բիոռիթմերը, եղանակային պայմանների և կենսադաշտերի ազդեցությունը արարածների վրա: Մշակում է միջոցներ բացասական ազդեցությունները կանխելու համար
Այս բոլոր առարկաները հսկայական ներդրում ունեն կենդանի համակարգերի կյանքի մեխանիզմների, կենսոլորտի ազդեցության և դրանց վրա տարբեր պայմանների ըմբռնման գործում:
Ժամանակակից նվաճումներ
Կենսաֆիզիկայի նվաճումների հետ կապված ամենակարևոր իրադարձություններից մի քանիսը կարելի է անվանել.
- բացահայտել է օրգանիզմների կլոնավորման մեխանիզմները.
- ուսումնասիրվել են փոխակերպումների առանձնահատկությունները և ազոտի օքսիդի դերը կենդանի համակարգերում.
- հաստատվել է կապը փոքր և սուրհանդակ ՌՆԹ-ների միջև, ինչը ապագայում հնարավորություն կտա լուծում գտնել բազմաթիվ բժշկական խնդիրների (հիվանդությունների վերացում);
- հայտնաբերել է ավտոալիքների ֆիզիկական բնույթը.
- մոլեկուլային կենսաֆիզիկոսների աշխատանքի շնորհիվ ուսումնասիրվել են ԴՆԹ-ի սինթեզի և վերարտադրության ասպեկտները, ինչը հանգեցրել է լուրջ և բարդ հիվանդությունների համար մի շարք նոր դեղամիջոցների ստեղծման հնարավորությանը.
- ստեղծվել են ֆոտոսինթեզի գործընթացին ուղեկցող բոլոր ռեակցիաների համակարգչային մոդելներ.
- մշակված են օրգանիզմի ուլտրաձայնային հետազոտության մեթոդներ.
- հաստատվել է կապը տիեզերաերկրաֆիզիկական և կենսաքիմիական գործընթացների միջև.
- կանխատեսված կլիմայի փոփոխություն մոլորակի վրա;
- ուրոկենազ ֆերմենտի նշանակության բացահայտում թրոմբոզի կանխարգելման և ինսուլտներից հետո հետևանքների վերացման գործում.
- մի շարք բացահայտումներ արեց նաև սպիտակուցի կառուցվածքի, արյան շրջանառության համակարգի և մարմնի այլ մասերի վերաբերյալ:
Ռուսաստանի կենսաֆիզիկայի ինստիտուտ
Մեր երկրում դրանք կան։ Մ.Վ.Լոմոնոսով. Այս ուսումնական հաստատության բազայի վրա գործում է կենսաֆիզիկայի ֆակուլտետը։ Հենց նա է պատրաստում որակյալ մասնագետներ այս ոլորտում աշխատելու համար։
Շատ կարևոր է լավ սկիզբ տալ ապագա մասնագետներին։ Նրանց դժվար գործ է սպասվում։ Կենսաֆիզիկոսը պարտավոր է հասկանալ կենդանի էակների մեջ տեղի ունեցող գործընթացների բոլոր բարդությունները: Բացի այդ, ուսանողները պետք է հասկանան ֆիզիկան: Ի վերջո, սա բարդ գիտություն է՝ կենսաֆիզիկա։ Դասախոսությունները կառուցված են այնպես, որ ընդգրկեն կենսաֆիզիկայի հետ կապված և կազմող բոլոր առարկաները և ընդգրկեն ինչպես կենսաբանական, այնպես էլ ֆիզիկական հարցերի քննարկումը: