ทิศทางหลักของการพัฒนาชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ ระดับของการวิจัยทางชีวฟิสิกส์ บรรยายเกี่ยวกับชีวฟิสิกส์ พวกที่เราถูกถามเกี่ยวกับจุลชีววิทยา

การแนะนำ

"ตรรกะของธรรมชาติเป็นตรรกะที่เข้าถึงได้และมีประโยชน์มากที่สุดสำหรับเด็ก"
K.D. Uminsky

ในคู่มือเล่มนี้ซึ่งนำเสนอรายละเอียดของประสบการณ์การทำงาน ได้พยายามพิจารณาทิศทางหลักและคุณลักษณะของความเชื่อมโยงระหว่างหลักสูตรของโรงเรียนในวิชาฟิสิกส์และชีววิทยา และเพื่อสรุปแนวทางและรูปแบบที่เป็นไปได้ในการเสริมสร้างความเชื่อมโยงนี้
ทิศทางหลักของงานนี้มีดังนี้: เพื่อให้นักเรียนคุ้นเคยกับวิธีการวิจัยและอิทธิพลทางกายภาพซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านชีววิทยาและการแพทย์ ฟิสิกส์ของสัตว์ป่า พร้อมด้วยองค์ประกอบบางอย่างของไบโอนิค
ตัวอย่างทางชีวฟิสิกส์จำนวนมากสามารถเลือกได้สำหรับเกือบทุกส่วนของหลักสูตรฟิสิกส์ (ซึ่งเราได้ทำแล้ว ดูภาคผนวก) แต่แนะนำให้ใช้เพียงบางส่วนเท่านั้น พร้อมด้วยตัวอย่างทางเทคนิคและตัวอย่างจากธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต
เป้าหมายหลักของการดึงดูดตัวอย่างทางชีวฟิสิกส์คือการบรรลุการดูดซึมที่ดีขึ้นของหลักสูตรฟิสิกส์ วัสดุทางชีวฟิสิกส์ควรเกี่ยวข้องโดยตรงกับหลักสูตรของหลักสูตรฟิสิกส์และชีววิทยา และสะท้อนถึงทิศทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
สามารถระบุทิศทางหลักสามประการสำหรับการเลือกวัสดุทางชีวฟิสิกส์
ทิศทางแรกมีเป้าหมาย - เพื่อแสดงให้นักเรียนเห็นถึงความสามัคคีของกฎธรรมชาติ การบังคับใช้กฎฟิสิกส์กับสิ่งมีชีวิต
ทิศทางที่สองสอดคล้องกับการทำความคุ้นเคยกับวิธีอิทธิพลและการวิจัยทางกายภาพซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านชีววิทยาและการแพทย์ ในหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษา นักเรียนจะได้รับการแนะนำให้รู้จักกับเครื่องมือเกี่ยวกับการมองเห็น (แว่นขยาย กล้องจุลทรรศน์) โดยใช้รังสีเอกซ์และ "อะตอมที่ติดแท็ก" อย่างไรก็ตามในคลินิกในเมืองธรรมดาแต่ละคนต้องเผชิญกับวิธีการตรวจร่างกายจำนวนมาก - วัดความดันโลหิตบันทึกศักยภาพทางชีวภาพของหัวใจ ฯลฯ ซึ่งไม่ได้รับการพิจารณาที่โรงเรียน
ทิศทางที่สามเกี่ยวข้องกับการทำความคุ้นเคยกับแนวคิดและผลลัพธ์บางอย่างของไบโอนิก ตัวอย่างเช่น เมื่อศึกษาการสั่นสะเทือน นักเรียนจะได้รับแจ้งว่าอวัยวะหูของผีเสื้อกลางคืนรับรู้การสั่นของเสียงในช่วงความถี่ตั้งแต่ 10 ถึง 100 kHz และทำให้สามารถตรวจจับการเข้าใกล้ของค้างคาวได้ (เพราะว่ามอดเป็นอาหารโปรด ) ที่ระยะ 30 ม. "ความสำเร็จ" ของสัตว์ป่าเหล่านี้สูงกว่าผลที่ได้รับในด้านเครื่องช่วยฟังเสียงสะท้อน เรดาร์อัลตราโซนิก เครื่องตรวจจับข้อบกพร่อง และแม้แต่เรดาร์ มีตัวอย่างมากมาย อย่างไรก็ตาม ควรเน้นย้ำว่าไบโอนิคไม่ได้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเลียนแบบระบบชีวภาพอย่างสุ่มสี่สุ่มห้า แต่เพื่อเปิดเผยหลักการของการสร้าง

บทที่I
การใช้วัสดุชีวภาพในบทเรียนฟิสิกส์

วิธีการทำความคุ้นเคยกับวัสดุทางชีวฟิสิกส์โดยพื้นฐานไม่แตกต่างจากวิธีการทำความคุ้นเคยกับองค์ประกอบของเทคโนโลยีโดยพื้นฐาน ฟิสิกส์เป็นพื้นฐานของเทคโนโลยี ในทางกลับกัน ฟิสิกส์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยทางชีววิทยา และช่วยให้เข้าใจลักษณะเฉพาะของโครงสร้างและชีวิตของวัตถุทางชีววิทยา
ในบทเรียนแรกๆ เด็กๆ เรียนรู้ว่าวิทยาศาสตร์ธรรมชาติทั้งหมดใช้กฎแห่งฟิสิกส์ แนวคิดนี้ต้องได้รับการชี้แจงและขยาย ในครั้งแรกที่คุ้นเคยกับวิชา - ฟิสิกส์ ขอแนะนำให้แสดงให้นักเรียนเห็นถึงการบังคับใช้กฎหมายกับชีวิตของมนุษย์และพืช นก ปลา ฯลฯ ในการทำเช่นนี้ คุณสามารถเปรียบเทียบเที่ยวบินของนก แมลง และเครื่องบินได้ , พูดถึงสถานที่ในโลกของสัตว์ในด้านเสียงที่ไม่ได้ยิน ตัวอย่างเช่น คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับข้อเท็จจริงที่ว่าการศึกษาโครงสร้างร่างกายของตุ่นช่วยให้วิศวกรสร้างเครื่องเคลื่อนย้ายดิน และการสังเกตปลาโลมาและปลาช่วยปรับปรุงเรือดำน้ำ ข้อสังเกตคลาสสิกของ Leonardo da Vinci เกี่ยวกับการบินของนกและการออกแบบปีกและการใช้แนวคิดเหล่านี้โดยวิศวกรสมัยใหม่ในการออกแบบเครื่องบิน มู่เล่ และจรวดเป็นที่ทราบกันดี เป็นสิ่งสำคัญที่ความคิดจะตราตรึงอยู่ในจิตใจของนักเรียนตั้งแต่บทเรียนแรกที่ฟิสิกส์เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทั้งที่ไม่มีชีวิตและธรรมชาติที่มีชีวิต
เมื่อนำเสนอเนื้อหาใหม่ในวิชาฟิสิกส์ เป็นการดีที่สุดที่จะนำเสนอข้อมูลทางชีวฟิสิกส์ที่แสดงตัวอย่างแก่ครูด้วยตนเอง อาจเป็นได้ทั้งข้อมูลตัวเลขที่แสดงลักษณะของสิ่งมีชีวิต และคำอธิบายวิธีการวิจัยที่ใช้ในชีววิทยา และข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับอุปกรณ์ทางการแพทย์หรืออุปกรณ์ชีวภาพ
การนำเสนอเนื้อหาใหม่สามารถสลับกับการสนทนาได้ โดยเฉพาะในชั้นประถมศึกษาปีที่ต่ำกว่า ครูหมายถึงประสบการณ์ชีวิตของนักเรียน ข้อมูลที่ได้รับขณะเรียนในระดับประถมศึกษา ในบทเรียนทางพฤกษศาสตร์ ภูมิศาสตร์ และสาขาวิชาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง การแก้ปัญหาทางฟิสิกส์ของธรรมชาติที่มีชีวิตสามารถมีบทบาทสำคัญในการทำความคุ้นเคยกับองค์ประกอบของชีวฟิสิกส์ ตัวอย่างเช่น การใช้ตารางบันทึกกีฬาสำหรับการวิ่ง สเก็ต ฯลฯ คุณสามารถค้นหาความเร็วเฉลี่ย ฝึกแปลงหน่วยความเร็วจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งได้
เมื่อทำซ้ำอดีตก็เป็นไปได้ที่จะเกี่ยวข้องกับวัสดุทางชีวฟิสิกส์ เราใช้รูปแบบการทำงานนี้หลังจากศึกษาบางหัวข้อตอนสิ้นปีการศึกษาและตอนสอบปลายภาคก่อนสอบปลายภาค เรามาตั้งชื่อหัวข้อของการทบทวนซ้ำกัน: กลศาสตร์ในสัตว์ป่า ไฟฟ้าและสัตว์ป่า ทัศนศาสตร์และชีวิต อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีต่อสัตว์และสิ่งมีชีวิตในพืช
ประเด็นทางชีวฟิสิกส์จำนวนหนึ่งควรอธิบายโดยใช้ชิ้นส่วนจากภาพยนตร์และแถบฟิล์ม ภาพวาด ไดอะแกรมและตาราง ตลอดจนสื่อโสตทัศนูปกรณ์ที่มีอยู่ในห้องเรียนชีววิทยา
ส่วนใหญ่ ครูสอนฟิสิกส์สามารถรับอุปกรณ์ในห้องเรียนชีววิทยาได้จำกัด (กล้องจุลทรรศน์ แบบจำลองตา หู ตารางที่เกี่ยวข้อง) ในขณะเดียวกัน อุปกรณ์นี้อยู่ไกลจากอุปกรณ์ทั้งหมดในห้องเรียนชีววิทยาที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาฟิสิกส์ได้ ในช่วงเย็นทางชีวฟิสิกส์ครั้งแรกของเรา "ฟิสิกส์และการแพทย์" เราใช้อุปกรณ์ต่อไปนี้จากห้องชีววิทยา: อุปกรณ์สำหรับวัดปริมาตรสำคัญของปอด อุปกรณ์สำหรับวัดความดันโลหิต แบบจำลองตาและหู ไดนาโมมิเตอร์สำหรับวัดความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ
ต่อมาในการฝึกฝนการทำงานของเราโดยแนะนำให้นักเรียนรู้จักองค์ประกอบของชีวฟิสิกส์ เรายังพยายามใช้อุปกรณ์ของห้องเรียนชีววิทยาเพื่อจุดประสงค์นี้: "ตารางเกี่ยวกับกายวิภาคและสรีรวิทยาของมนุษย์" โดย A. N. Kabanov, "Mnr animals" - a ชุดโต๊ะหลากสี A.A. Yakhontov สมุนไพรและคอลเลกชั่นของผีเสื้อ แมลงปอ ด้วง เต่า ฯลฯ นอกจากนี้ยังเป็นประโยชน์ในการแสดงภาพยนตร์และแผ่นฟิล์มเพื่อการศึกษาเกี่ยวกับชีววิทยา
ในอนาคต เราจะระบุว่าสามารถใช้อุปกรณ์ช่วยการมองเห็นและวิธีการทางเทคนิคได้ที่ไหนและอย่างไร ตลอดจนสิ่งที่นักเรียนสร้างขึ้นเองได้

§ 1 องค์ประกอบของชีวฟิสิกส์ในการศึกษากลศาสตร์

การเคลื่อนไหวและกำลัง
เมื่อศึกษาหัวข้อ “การเคลื่อนไหวและแรง” ในเกรด VI นักเรียนจะได้รู้จักความเร็วของการเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ หอยทากคลานได้ประมาณ 5.5 ม. ใน 1 ชั่วโมง เต่าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 70 ม./ชม. แมลงวันบินด้วยความเร็ว 5 ม./วินาที ความเร็วในการเดินเฉลี่ยประมาณ 1.5 ม./วินาที หรือประมาณ 5 กม./ชม. หน่วยทหารราบสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงถึง 7 กม./ชม. ม้าสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วตั้งแต่ 6 ถึง 30 กม. / ชม. ขึ้นไป
จากสัตว์ในเลนกลางกระต่ายวิ่งเร็วที่สุดด้วยความเร็ว 50-60 กม. / ชม. หมาป่าที่ด้อยกว่าเขาเล็กน้อยซึ่งสามารถวิ่งด้วยความเร็วสูงถึง 45 กม. / ชม. ;
ปลาจำนวนมากเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ยประมาณ 4 กม. / ชม. แต่บางตัวสามารถไปถึงความเร็วที่สูงขึ้นได้มาก ตัวอย่างเช่น ปลานากสามารถเข้าถึงความเร็วสูงสุด 90 กม. / ชม.
การพิจารณาตัวเลขที่ให้ไว้ในตารางความเร็วการเคลื่อนที่ของปลาก็เป็นเรื่องที่น่าสนใจเช่นกัน
นี่เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องใส่ใจกับการประมาณความเร็วของปลาในหน่วยเซนติเมตรต่อวินาที เช่นเดียวกับความยาวลำตัวต่อวินาที จากข้อมูลเหล่านี้ ปลาเทราท์กลายเป็นปลาที่เร็วที่สุด แม้ว่าค่าสัมบูรณ์ของความเร็วจะค่อนข้างน้อย
การใช้ข้อมูลความเร็วของตัวแทนต่าง ๆ ของสัตว์โลก มันเป็นไปได้ที่จะแก้ปัญหาประเภทต่างๆ ลองมาดูที่บางส่วนของพวกเขา
ความเร็วของการเคลื่อนไหวของคอเคลียคือ 0.9 มม./วินาที แสดงความเร็วนี้เป็น cm/min, m/h
เหยี่ยวเพเรกริน ไล่เหยื่อ ดำน้ำด้วยความเร็ว 300 กม./ชม. มันเดินทางได้ไกลแค่ไหนใน 5 วินาที?
1 ความเร็วของสิ่งมีชีวิตจำนวนมากแสดงด้วยค่าพิเศษเท่ากับจำนวนความยาวของร่างกายที่เคลื่อนไหวต่อวินาที
ความเร็วในการบินของนกพิราบ 1800 ม./นาที แสดงค่านี้เป็นกม./ชม. ระยะทางที่นกพิราบเดินทางใน 3 ชั่วโมงของเที่ยวบินคืออะไร? เป็นไปได้ไหมที่จะแซงนกพิราบในรถด้วยความเร็วเฉลี่ย 60 กม./ชม.?
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าอัตราการเติบโตเฉลี่ยของต้นโอ๊กอยู่ที่ประมาณ 30 ซม./ปี ต้นไม้สูง 6.3 ม. อายุเท่าไหร่?
นักกีฬาโซเวียต Vladimir Kuts วิ่ง 5,000 ม. ใน 815 วินาที กำหนดความเร็วเป็นกม./ชม.

น้ำหนักโทรศัพท์ ความหนาแน่น
เมื่อทำความคุ้นเคยกับแนวคิดของ "มวลกาย" และเมื่อรวบรวมงานเพื่อกำหนดความหนาแน่นของสารและปริมาตรที่ร่างกายครอบครอง เราใช้ข้อมูลตารางเพิ่มเติม (ตารางที่ 2)
ตัวอย่าง. กำหนดมวลของไม้เบิร์ชหากมีปริมาตร 5 m3
ตัวอย่าง. น้ำมันลินสีดที่มีปริมาตร 5 ลิตรมีมวลเท่าใด?
ตัวอย่าง. หาปริมาตรของไผ่แห้งที่มีมวล 4800 กก.

แรงโน้มถ่วง. น้ำหนักตัว
เมื่อศึกษาหัวข้อนี้ คุณสามารถดำเนินการฝึกอบรมดังต่อไปนี้ ฝูงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมต่าง ๆ ได้รับ: วาฬ - /0000 กก. ช้าง - 4000 กก. แรด - 2,000 กก. วัว - 1200 กก. หมี - 400 กก. หมู - 200 กก. มนุษย์ - 70 กก. หมาป่า - 10 กก. กระต่าย - 6 กก. หาน้ำหนักเป็นนิวตัน
ข้อมูลเดียวกันนี้สามารถใช้เพื่อแสดงพลังแบบกราฟิกได้
สามารถให้ข้อมูลที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ตลอดทาง
สัตว์ที่ใหญ่ที่สุดอยู่ในกลุ่มสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งปลาวาฬสีน้ำเงินมีขนาดและน้ำหนักที่โดดเด่นเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น วาฬตัวหนึ่งที่จับได้ยาวถึง 33 เมตร และหนัก 1,500 kn ซึ่งเทียบได้กับน้ำหนักช้าง 30 ตัวหรือวัว 150 ตัว นกสมัยใหม่ที่ใหญ่ที่สุดคือนกกระจอกเทศแอฟริกัน สูงถึง 2.75 ม. ยาว 2 ลิตร (จากปลายจะงอยปากถึงปลายหาง) และหนัก 75 กก. นกที่เล็กที่สุดคือนกฮัมมิงเบิร์ด นกฮัมมิงเบิร์ดชนิดหนึ่งมีมวลประมาณ 2 ก. ปีกกว้าง 3.5 ซม.
แรงเสียดทานและความต้านทาน

แรงเสียดทานในสิ่งมีชีวิต
สามารถใช้วัสดุชีวฟิสิกส์จำนวนมากเพื่อระบุปัญหาของแรงเสียดทาน เป็นที่ทราบกันดีว่าของเหลวที่ใช้เพื่อลดแรงเสียดทาน (น้ำมัน น้ำมันดิน ฯลฯ) มีความหนืดสูงเสมอ มันเหมือนกันในสิ่งมีชีวิต: ของเหลวที่ทำหน้าที่ลดการเสียดสีมีความหนืดมากในเวลาเดียวกัน
ตัวอย่างเช่น เลือดเป็นของเหลวที่มีความหนืดมากกว่าน้ำ เมื่อเคลื่อนที่ผ่านระบบหลอดเลือด จะมีความต้านทานเนื่องจากแรงเสียดทานภายในและการเสียดสีบนพื้นผิวของหลอดเลือด ยิ่งหลอดเลือดยิ่งบาง ความเสียดทาน และความดันโลหิตลดลงมากขึ้น
แรงเสียดทานต่ำในข้อต่อเกิดจากพื้นผิวเรียบ การหล่อลื่นด้วยของเหลวไขข้อ น้ำลายทำหน้าที่หล่อลื่นเมื่อกลืนอาหาร การเสียดสีของกล้ามเนื้อหรือเส้นเอ็นต่อกระดูกจะลดลงเนื่องจากการหลั่งของของเหลวพิเศษออกจากถุงที่อยู่ จำนวนตัวอย่างดังกล่าวสามารถดำเนินการต่อได้
การเสียดสีที่มีนัยสำคัญเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับพื้นผิวการทำงานของอวัยวะที่เคลื่อนไหว เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวคือ "ข้อต่อ" ที่เชื่อถือได้ระหว่างร่างกายที่เคลื่อนไหวและ "ส่วนรองรับ" การยึดเกาะทำได้โดยจุดบนแขนขา (กรงเล็บ ขอบกีบแหลม หนามแหลมเกือกม้า) หรือสิ่งผิดปกติเล็กน้อย เช่น ขนแปรง เกล็ด ตุ่ม เป็นต้น การเสียดสีที่สำคัญยังจำเป็นสำหรับการจับอวัยวะ รูปร่างของพวกเขาน่าสนใจ: คีบเหล่านี้น่าตื่นเต้น
วัตถุจากสองด้านหรือเกลียวที่ห่อหุ้มไว้ (ถ้าเป็นไปได้หลาย ๆ ครั้ง) มือผสมผสานการกระทำของคีมและการปกปิดจากทุกด้าน ผิวที่อ่อนนุ่มของฝ่ามือเกาะติดกับความหยาบของวัตถุที่ต้องจับได้เป็นอย่างดี
พืชและสัตว์หลายชนิดมีอวัยวะต่าง ๆ ที่ใช้จับ (หนวดของพืช งวงช้าง หางที่เหนียวแน่นของสัตว์ปีนเขา ฯลฯ) ทั้งหมดมีรูปร่างที่สะดวกต่อการไขลานและพื้นผิวขรุขระเพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (รูปที่ 1)
ในบรรดาสิ่งมีชีวิต การดัดแปลงเป็นเรื่องปกติ (ขน, ขนแปรง, เกล็ด, หนามแหลมที่อยู่เอียงไปทางพื้นผิว) เนื่องจากแรงเสียดทานมีขนาดเล็กเมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวและมีขนาดใหญ่เมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม การเคลื่อนที่ของไส้เดือนอยู่บนพื้นฐานของหลักการนี้ ขนแปรงหันหลังอย่างอิสระผ่านร่างของหนอนไปข้างหน้าอย่างอิสระ แต่ยับยั้งการเคลื่อนไหวย้อนกลับ เมื่อลำตัวยาวขึ้น ส่วนหัวจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ส่วนส่วนหางยังคงอยู่กับที่ ขณะที่หดตัว ส่วนหัวจะสั่น และส่วนหางจะถูกดึงขึ้นไป
นกน้ำจำนวนมากยังสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานเมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางต่างๆ ตัวอย่างเช่น ใช้เมมเบรนว่ายน้ำที่ขาของเป็ดหรือห่านเหมือนพาย เมื่อขยับเท้ากลับเป็ดจะคายน้ำด้วยเมมเบรนที่ยืดออกและเมื่อก้าวไปข้างหน้าเป็ดจะขยับนิ้ว - ความต้านทานลดลงอันเป็นผลมาจากการที่เป็ดเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
นักว่ายน้ำที่ดีที่สุดคือปลาและปลาโลมา ความเร็วของปลาจำนวนมากถึงหลายสิบกิโลเมตรต่อชั่วโมง ตัวอย่างเช่น ความเร็วของฉลามสีน้ำเงินอยู่ที่ประมาณ 36 กม./ชม. ปลาสามารถพัฒนาความเร็วดังกล่าวได้เนื่องจากรูปร่างที่เพรียวบาง การกำหนดค่าของหัว ซึ่งทำให้เกิดการลากต่ำ1
1 การลดความต้านทานเนื่องจากรูปร่างที่เพรียวบางของลำตัวของปลาสามารถแสดงให้เห็นได้บนคอนยัดหอก; คุณยังสามารถแสดงตาราง "ฉลาม" จากซีรี่ส์ "The World of Animals" ของ A. A. Yakhontov
ความสนใจของผู้เชี่ยวชาญถูกดึงดูดโดยความสามารถของโลมาในการเคลื่อนตัวในน้ำโดยไม่ต้องใช้ความพยายามมากด้วยความเร็วสูง (ใกล้หัวเรือ 55 - 60 กม. / ชม. ว่ายน้ำได้อย่างอิสระ - 30 - 40 กม. / ชม.) สังเกตได้ว่ารอบๆ โลมาที่กำลังเคลื่อนไหว มีเพียงเจ็ตเล็กๆ (ลามินาร์) เกิดขึ้น ซึ่งไม่กลายเป็นกระแสน้ำวน (ปั่นป่วน)
งานวิจัยเผยเคล็ดลับ “ต้านความปั่นป่วน” ของโลมา
ที่ซ่อนอยู่ในผิวหนังของเขา ประกอบด้วยสองชั้น - ชั้นนอกยืดหยุ่นสูงหนา 1.5 มม. และชั้นในหนา 4 มม.
ระหว่างชั้นเหล่านี้มีผลพลอยได้หรือแหลม ด้านล่างเป็นเส้นใยทอหนาแน่น ช่องว่างระหว่างที่เต็มไปด้วยไขมันหลายเซนติเมตร
ผิวนี้ทำหน้าที่เป็นตัวกันกระแทกที่ดีเยี่ยม นอกจากนี้ ผิวของโลมายังมีชั้นบางๆ ของ "สารหล่อลื่น" พิเศษที่ผลิตโดยต่อมพิเศษ ซึ่งจะช่วยลดแรงเสียดทาน
ตั้งแต่ปี 1960 มีการผลิตสารเคลือบกันซึมแบบเทียมซึ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับ "ผิวของปลาโลมา" และการทดลองครั้งแรกกับตอร์ปิโดและปลอกหุ้มเรือในหนังดังกล่าวได้ยืนยันถึงความเป็นไปได้ในการลดความต้านทานน้ำลง 40 - 60%
ปลาเป็นที่รู้จักในการย้ายถิ่นฐานในโรงเรียน ปลาทะเลตัวเล็กเดินเป็นฝูง มีรูปร่างคล้ายหยดน้ำ ขณะที่น้ำต้านทานการเคลื่อนที่ของฝูงน้อยที่สุด
นกจำนวนมากรวมตัวกันเป็นลูกโซ่หรือโรงเรียนในระหว่างเที่ยวบินทางไกล ในกรณีหลัง นกที่แข็งแรงกว่าจะบินไปข้างหน้า ลำตัวของมันตัดไปในอากาศเหมือนกระดูกงูของเรือที่ฟันผ่านน้ำ นกที่เหลือบินในลักษณะที่รักษามุมแหลมของโรงเรียน พวกเขารักษาตำแหน่งที่ถูกต้องเมื่อเทียบกับนกนำโดยสัญชาตญาณเนื่องจากสอดคล้องกับกองกำลังต้านทานขั้นต่ำ
การวางแผนการบิน การร่อนมักพบเห็นได้บ่อยทั้งในอาณาจักรพืชและสัตว์ ผลไม้และเมล็ดพืชจำนวนมากมีขนมัดเป็นมัด (ดอกแดนดิไลออน ฝ้าย ฯลฯ) ซึ่งทำหน้าที่เหมือนร่มชูชีพ หรือเครื่องบินรองรับในรูปแบบของกระบวนการและส่วนที่ยื่นออกมา (ต้นสน เมเปิ้ล ต้นเบิร์ช ต้นไม้ดอกเหลือง และร่มจำนวนมาก) ผลไม้และเมล็ดพืชบางชนิดที่มี "เครื่องร่อน" แสดงไว้ในรูปที่ 2, ก.
เครื่องร่อนพืชมีความก้าวหน้ามากกว่าที่มนุษย์สร้างขึ้นในหลาย ๆ ด้าน พวกเขายกของหนักกว่ามากเมื่อเทียบกับน้ำหนักของพวกเขานอกจากนี้ยังมีความเสถียรมากกว่า
โครงสร้างลำตัวของกระรอกบิน coleopterans และค้างคาวนั้นน่าสนใจ (รูปที่ 2b) พวกเขาใช้เยื่อหุ้มเพื่อกระโดดครั้งใหญ่ ดังนั้นกระรอกบินสามารถกระโดดได้ไกลถึง 20 - 30 เมตรจากยอดต้นไม้ต้นหนึ่งไปยังกิ่งล่างของอีกต้นหนึ่ง

ความดันของเหลวและก๊าซ
บทบาทของความดันบรรยากาศในชีวิตของสิ่งมีชีวิต
ร่างกายมนุษย์ซึ่งมีพื้นผิวซึ่งมีมวล 60 กก. และสูง 160 ซม. มีขนาดประมาณ 1.6 ตร.ม. ได้รับผลกระทบจากแรง 160,000 n เนื่องจากความกดอากาศ ร่างกายทนต่อภาระมหาศาลได้อย่างไร?
สิ่งนี้ทำได้เนื่องจากความดันของของเหลวที่เติมเข้าไปในหลอดเลือดของร่างกายทำให้ความดันภายนอกสมดุล
ประเด็นที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับปัญหานี้คือความเป็นไปได้ที่จะอยู่ใต้น้ำในระดับที่ลึกมาก ความจริงก็คือการถ่ายโอนร่างกายไปยังระดับสูงอื่นทำให้เกิดความล้มเหลวของหน้าที่ ด้านหนึ่งเป็นผลมาจากการเสียรูปของผนังของเรือที่ออกแบบมาสำหรับแรงกดดันจากภายในและภายนอก นอกจากนี้ เมื่อความดันเปลี่ยนแปลง อัตราของปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างก็เปลี่ยนไปด้วย ซึ่งเป็นผลมาจากความสมดุลทางเคมีของร่างกายก็เปลี่ยนไปด้วย เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ของเหลวในร่างกายจะดูดซับก๊าซเพิ่มขึ้น และเมื่อความดันลดลง ก็จะปล่อยก๊าซที่ละลายออกมา ด้วยความดันลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการปลดปล่อยก๊าซที่รุนแรงเลือดจึงเดือดตามที่เป็นอยู่ซึ่งนำไปสู่การอุดตันของหลอดเลือดซึ่งมักเป็นอันตรายถึงชีวิต สิ่งนี้กำหนดความลึกสูงสุดที่สามารถดำเนินการดำน้ำได้ (ตามกฎแล้วไม่ต่ำกว่า 50 ม.) การลดและการเพิ่มของนักดำน้ำจะต้องช้ามากเพื่อให้การปล่อยก๊าซเกิดขึ้นเฉพาะในปอดและไม่ใช่ในทันทีในระบบไหลเวียนโลหิตทั้งหมด
เป็นที่น่าสนใจที่จะวิเคราะห์รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการทำงานของอวัยวะที่กระทำโดยความดันบรรยากาศ
การทำงานของอวัยวะที่กระทำโดยความดันบรรยากาศ กลไกการดูด ความพยายามของกล้ามเนื้อ (การหดตัวของกล้ามเนื้อของลิ้นเพดาน ฯลฯ ) ทำให้เกิดแรงกดดัน (rarefaction) ในช่องปากและความดันบรรยากาศดันส่วนหนึ่งของของเหลวที่นั่น
กลไกการออกฤทธิ์ของถ้วยดูดชนิดต่างๆ ตัวดูดมีรูปแบบของชามครึ่งวงกลมที่มีขอบเหนียวและกล้ามเนื้อที่พัฒนาอย่างมาก (ขอบถูกกดกับเหยื่อจากนั้นปริมาณของตัวดูดจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างดูดของปลิงและเซฟาโลพอด) หรือประกอบด้วย แถวของคลัตช์ผิวหนังในรูปแบบของกระเป๋าแคบ ขอบถูกนำไปใช้กับพื้นผิวที่จะยึด เมื่อคุณพยายามดึงถ้วยดูด ความลึกของกระเป๋าจะเพิ่มขึ้น ความดันในถ้วยจะลดลง และความดันบรรยากาศ (สำหรับสัตว์น้ำ แรงดันน้ำ) จะกดถ้วยดูดลงบนพื้นผิวอย่างแรงขึ้น ตัวอย่างเช่น ปลาเหนียวหรือเรโมรามีตัวดูดที่กินพื้นที่เกือบตลอดความยาวของหัว ปลานี้เกาะติดกับปลาอื่น ๆ หินตลอดจนเรือและเรือ มันเกาะติดแน่นมากจนหักได้ง่ายกว่าการปลด เพราะมันสามารถใช้เป็นเบ็ดตกปลาได้
รูปที่ 3 แสดงกระบอง - ปลายหนวดปลาหมึกที่ดักจับที่ยาวที่สุดหนึ่งในสองอัน มันถูกนั่งอย่างหนาแน่นด้วยหน่อขนาดต่างๆ
ในทำนองเดียวกันจะมีการจัดเรียงตัวดูดของพยาธิตัวตืดหมูด้วยความช่วยเหลือซึ่งพยาธิตัวตืดนี้ยึดติดกับผนังลำไส้ของมนุษย์
โครงสร้างของหน่อเหล่านี้สามารถแสดงให้เห็นได้ในการเตรียมพยาธิตัวตืดแบบเปียก ซึ่งมีอยู่ในห้องชีววิทยา
เดินบนดินเหนียว อิทธิพลของความดันบรรยากาศจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนมากเมื่อเดินบนดินที่มีความหนืด (ผลการดูดของหนองน้ำ) เมื่อยกขาขึ้นจะเกิดช่องว่างที่หายากขึ้น แรงดันภายนอกที่มากเกินไปทำให้ขาไม่ขึ้น แรงกดที่ขาของผู้ใหญ่ รูปที่ 3.
สามารถเข้าถึง 1,000 k สิ่งนี้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเดินบนม้าซึ่งมีกีบเท้าแข็งเหมือนลูกสูบ
กลไกการหายใจเข้าและออก ปอดตั้งอยู่ในทรวงอกและแยกออกจากไดอะแฟรมโดยช่องสุญญากาศที่เรียกว่าช่องเยื่อหุ้มปอด ด้วยการเพิ่มปริมาตรของหน้าอกปริมาตรของช่องเยื่อหุ้มปอดจะเพิ่มขึ้นและความดันอากาศจะลดลงและในทางกลับกัน เนื่องจากปอด* มีความยืดหยุ่น ความดันในปอดจึงถูกควบคุมโดยความดันในช่องเยื่อหุ้มปอดเท่านั้น เมื่อสูดดมปริมาตรของหน้าอกจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากความดันในช่องเยื่อหุ้มปอดลดลง (รูปที่ 4.6) ทำให้ปริมาตรปอดเพิ่มขึ้นเกือบ 1,000 มล. ในเวลาเดียวกันความดันในพวกมันจะน้อยกว่าบรรยากาศและอากาศก็ไหลผ่านทางเดินหายใจเข้าสู่ปอด เมื่อหายใจออก ปริมาตรของหน้าอกจะลดลง (รูปที่ 4c) เนื่องจากความดันในช่องเยื่อหุ้มปอดเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ปริมาตรปอดลดลง ความกดอากาศในตัวพวกมันจะสูงกว่าความกดอากาศและอากาศจากปอดจะไหลเข้าสู่สิ่งแวดล้อม
เมื่อหายใจเข้าอย่างเงียบ ๆ ปกติจะสูดอากาศประมาณ 500 มล. ปริมาณที่เท่ากันจะถูกหายใจออกระหว่างการหายใจออกปกติ และปริมาตรรวมของอากาศในปอดจะอยู่ที่ประมาณ 7 ลิตร
1 เพื่ออธิบายกลไกของการหายใจเข้า - หายใจออก สามารถใช้แผนภาพแบบจำลองของช่องอกที่มีอยู่ในสำนักงาน biologin ที่นี่สามารถสาธิตเครื่องวัดสไปโรมิเตอร์น้ำ ซึ่งทำหน้าที่วัดความจุที่สำคัญของปอด ภาพยนตร์เรื่อง "The Structure and Functions of the Respiratory Organs" ซึ่งออกฉายโดย Leningrad Educational Film Studio ในปี 1964 สามารถฉายได้เมื่อศึกษาหัวข้อนี้
หัวใจเป็นเครื่องสูบน้ำ
หัวใจเป็นปั๊มที่น่าทึ่งที่ทำงานไม่หยุดตลอดชีวิตของบุคคล
สูบฉีดเลือด 0.1 ลิตรใน 1 วินาที 6 ลิตรต่อนาที 360 ลิตรใน 1 ชั่วโมง 8640 ลิตรในหนึ่งวัน มากกว่า 3 ล้านลิตรในหนึ่งปี และประมาณ 220 ล้านใน 70 ปีของชีวิต , l.
ถ้าหัวใจไม่ได้สูบฉีดเลือดผ่านระบบปิด แต่สูบเข้าไปในอ่างเก็บน้ำบางประเภท ก็เป็นไปได้ที่จะเติมสระน้ำกว้าง 100 ม. (PC) ม. และลึก 22 ม.
ปลาปักเป้าในการต่อสู้เพื่อการดำรงอยู่ "การประยุกต์ใช้" ของกฎหมายก๊าซในชีวิตของปลาชนิดหนึ่ง - ปลาปักเป้าเป็นเรื่องที่น่าสนใจ มันอาศัยอยู่ในมหาสมุทรอินเดียและทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ร่างของเธอเต็มไปด้วยหนามแหลมจำนวนมาก - เกล็ดที่ดัดแปลง เมื่อพักผ่อนจะอยู่ใกล้ร่างกายไม่มากก็น้อย เมื่อเกิดอันตรายปลาปักเป้าจะรีบไปที่ผิวน้ำทันทีและกลืนอากาศเข้าไปในลำไส้กลายเป็นลูกบวม แหลมขึ้นและยื่นออกไปทุกทิศทาง (รูปที่ 5) ปลาจะอยู่ใกล้ผิวน้ำ คว่ำท้อง และส่วนของร่างกายยื่นออกมาเหนือน้ำ ในตำแหน่งนี้ ปลาปักเป้าจะได้รับการคุ้มครองจากผู้ล่าทั้งจากด้านล่างและด้านบน เมื่อพ้นอันตรายแล้ว ปลาปักเป้าจะปล่อยอากาศและร่างกายของมันจะอยู่ในรูปทรงกลม
อุปกรณ์ไฮโดรสแตติกในสัตว์ป่า อุปกรณ์ต่อมลูกหมากที่อยากรู้อยากเห็นมีอยู่ในสัตว์ป่า ตัวอย่างเช่น ปลาหมึกในสกุลหอยโข่งอาศัยอยู่ในเปลือกหอยแยกจากกันโดยแบ่งเป็นห้องแยก (รูปที่ 6) ตัวสัตว์เองอยู่ในห้องสุดท้ายในขณะที่ส่วนที่เหลือเต็มไปด้วยก๊าซ ในการจมลงไปที่ก้นหอยจะเติมน้ำลงในเปลือกทำให้มันหนักและจมได้ง่าย หากต้องการลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ หอยโข่งจะสูบแก๊สเข้าไปในช่องต่างๆ ของเปลือกหอย แก๊สจะแทนที่น้ำและอ่างล้างจานก็ลื่น
ของเหลวและก๊าซอยู่ภายใต้แรงกดดันในเปลือก ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรือนมาเธอร์ออฟเพิร์ลไม่ระเบิดที่ระดับความลึก 4 ซม. 1 ร้อยเมตร
วิธีที่น่าสนใจในการเคลื่อนตัวของดาวทะเล เม่นทะเล โฮโลทูเรียน ซึ่งเคลื่อนที่เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันไฮโดร-ทีอิติก ขาที่บาง กลวง และยืดหยุ่นของปลาดาวจะพองตัวเมื่อเคลื่อนไหว เครื่องสูบน้ำภายใต้ dpnlsipem สูบน้ำเข้าไป น้ำเหยียดพวกเขาดึงไปข้างหน้าติดกับหิน ขาที่ดูดแล้วถูกบีบและดึงปลาดาวไปข้างหน้า จากนั้นน้ำจะถูกสูบเข้าไปในขาอีกข้างหนึ่งและรถจะเคลื่อนที่ต่อไป ความเร็วเฉลี่ยของดาวทะเลประมาณ 10 เมตรต่อชั่วโมง แต่ในทางกลับกัน ระบบกันสะเทือนแบบฟูลโมชั่นทำได้สำเร็จที่นี่!

กองกำลังอาร์คิมีดีน
ปลา. ความหนาแน่นของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำนั้นมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อยจากความหนาแน่นของน้ำ ดังนั้นน้ำหนักของพวกมันจึงเกือบจะสมดุลกันโดยแรงของอาร์คิมีดีน ด้วยเหตุนี้สัตว์น้ำจึงไม่ต้องการโครงกระดูกขนาดใหญ่เช่นบนบก (รูปที่ 7)
บทบาทของถุงน้ำในปลาเป็นเรื่องที่น่าสนใจ นี่เป็นเพียงส่วนเดียวของปลาที่มีการอัดตัวที่เห็นได้ชัดเจน โดยการบีบฟองสบู่ด้วยความพยายามของกล้ามเนื้อหน้าอกและหน้าท้อง ปลาจะเปลี่ยนปริมาตรของร่างกายและด้วยเหตุนี้ความหนาแน่นเฉลี่ยจึงสามารถควบคุมความลึกของการดำน้ำได้ภายในขอบเขตที่แน่นอน
นกน้ำ. ปัจจัยสำคัญในชีวิตของนกน้ำคือการมีชั้นขนหนาและขนด้านล่างที่ไม่ปล่อยให้น้ำไหลผ่าน ซึ่งมีอากาศอยู่เป็นจำนวนมาก เนื่องจากฟองอากาศที่แปลกประหลาดรอบๆ ตัวนก ความหนาแน่นเฉลี่ยจึงต่ำมาก สิ่งนี้อธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าเป็ดและนกน้ำอื่นๆ ไม่ได้จมอยู่ใต้น้ำมากนักเมื่อว่ายน้ำ
แมงมุมเงิน. จากมุมมองของกฎฟิสิกส์ การมีอยู่ของแมงมุมสีเงินนั้นน่าสนใจมาก แมงมุมสีเงินจัดที่อยู่อาศัยของมัน - ระฆังใต้น้ำ - จากใยที่แข็งแกร่ง ที่นี่แมงมุมนำฟองอากาศจากพื้นผิวซึ่งเกาะอยู่ระหว่างขนบาง ๆ ของช่องท้อง ในระฆังเขารวบรวมอากาศซึ่งเขาเติมเต็มเป็นครั้งคราว ด้วยเหตุนี้แมงมุมจึงสามารถอยู่ใต้น้ำได้นาน
พืชน้ำ. พืชน้ำหลายชนิดรักษาตำแหน่งตั้งตรง แม้จะมีลำต้นที่มีความยืดหยุ่นสูง เนื่องจากมีฟองอากาศขนาดใหญ่ปิดอยู่ที่ปลายกิ่งและทำหน้าที่เป็นตัวลอย
น้ำเกาลัด. พืชน้ำที่อยากรู้อยากเห็นคือพริก (water prex) มันเติบโตในเขตน้ำนิ่งของแม่น้ำโวลก้าในทะเลสาบและปากแม่น้ำ ผลของมัน (ถั่วน้ำ) มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 ซม. และมีรูปร่างคล้ายกับสมอทะเลที่มีหรือไม่มีเขาแหลมคมสองสาม "สมอ" นี้ทำหน้าที่เก็บต้นอ่อนไว้ในที่ที่เหมาะสม เมื่อพริกจางลง ผลไม้หนักๆ ก็เริ่มก่อตัวใต้น้ำ พวกเขาสามารถจมน้ำตายพืช แต่ในเวลานั้นอาการบวมบนก้านใบ - ชนิดของ "เข็มขัดกู้ภัย" สิ่งนี้จะเพิ่มปริมาตรของส่วนใต้น้ำของพืช ดังนั้นแรงลอยตัวจึงเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดความสมดุลระหว่างน้ำหนักของผลไม้กับแรงลอยตัวที่เกิดจากอาการบวม
กาลักน้ำว่ายน้ำ นักสัตววิทยาเรียก siphonophores ว่าเป็นสัตว์ในลำไส้กลุ่มพิเศษ เช่นเดียวกับแมงกะพรุน พวกมันเป็นสัตว์ทะเลที่ว่ายน้ำอย่างอิสระ อย่างไรก็ตาม ต่างจากอดีตตรงที่พวกมันก่อตัวเป็นอาณานิคมที่ซับซ้อนด้วยความหลากหลายที่เด่นชัดมาก* ที่ด้านบนสุดของอาณานิคมมักมีบุคคลด้วยความช่วยเหลือซึ่งอาณานิคมทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ในคอลัมน์น้ำและเคลื่อนที่ - นี่คือฟองอากาศที่มีก๊าซ ก๊าซผลิตโดยต่อมพิเศษ ฟองสบู่นี้บางครั้งยาวถึง 30 ซม.
เนื้อหาทางชีวฟิสิกส์ที่เข้มข้นของหัวข้อนี้ช่วยให้ทำบทเรียนกับนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 ได้ด้วยวิธีที่หลากหลายและน่าสนใจ
ให้เราอธิบายเช่นการสนทนาในกระบวนการศึกษาหัวข้อ "กำลังอาร์คิมีดีน" นักเรียนมีความคุ้นเคยกับชีวิตของปลา กับลักษณะของพืชน้ำ พวกเขาคุ้นเคยกับการกระทำของแรงลอยตัวแล้ว เราค่อยๆ ทำให้พวกเขาเข้าใจถึงบทบาทของกฎของอาร์คิมิดีสที่มีต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิดในสิ่งแวดล้อมทางน้ำ เราเริ่มบทสนทนาด้วยการถามคำถาม: ทำไมปลาถึงมีโครงกระดูกที่อ่อนแอกว่าสิ่งมีชีวิตบนบก? ทำไมสาหร่ายไม่ต้องการก้านแข็ง? ทำไมวาฬเกยตื้นตายด้วยน้ำหนักของมันเอง? คำถามที่ผิดปกติดังกล่าวในบทเรียนฟิสิกส์ทำให้นักเรียนประหลาดใจ พวกเขามีความสนใจ เรายังคงสนทนาต่อไปและเตือนพวกเขาว่าต้องใช้กำลังน้อยกว่ามากในน้ำเพื่อรองรับสหายมากกว่าบนฝั่ง (ในอากาศ) เมื่อสรุปข้อเท็จจริงทั้งหมดเหล่านี้ โดยนำนักเรียนไปสู่การตีความที่ถูกต้อง เรานำเด็กๆ ไปสู่ภาพรวมที่กว้างไกลเกี่ยวกับอิทธิพลของปัจจัยทางกายภาพ (แรงลอยตัว ซึ่งปรากฏว่าในสภาพแวดล้อมทางน้ำมากกว่าในอากาศมาก) ว่าด้วยการพัฒนาและลักษณะโครงสร้างของสัตว์น้ำและพืช

กฎของนิวตัน
อาการเฉื่อยบางอย่าง ฝักของพืชตระกูลถั่วที่สุกแล้วเปิดออกอย่างรวดเร็วอธิบายส่วนโค้ง ในเวลานี้ เมล็ดพืชซึ่งแตกออกจากที่ยึดโดยแรงเฉื่อยจะเคลื่อนไปด้านข้างอย่างสัมผัสกัน วิธีการกระจายเมล็ดพันธุ์นี้พบได้ทั่วไปในอาณาจักรพืช
ในเขตเขตร้อนของมหาสมุทรแอตแลนติกและมหาสมุทรอินเดียมักสังเกตเห็นการบินของปลาบินซึ่งหนีจากนักล่าทางทะเลกระโดดขึ้นจากน้ำและบินร่อนด้วยลมที่ดีครอบคลุมระยะทางถึง 200 - 300 ม. ที่ความสูง 5 - 7 ม. อากาศเนื่องจากการสั่นของครีบหางอย่างรวดเร็วและรุนแรง ในตอนแรกปลาจะวิ่งไปตามผิวน้ำจากนั้นหางอย่างแรงก็ยกขึ้นไปในอากาศ ครีบครีบอกยาวครีบลำตัวของปลาเหมือนเครื่องร่อน การบินของปลามีความเสถียรโดยครีบหาง ปลาเคลื่อนที่ด้วยความเฉื่อยเท่านั้น
ว่ายน้ำและกฎข้อที่สามของนิวตัน เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าในกระบวนการเคลื่อนไหว ปลาและปลิงดันน้ำกลับในขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ปลิงว่ายน้ำขับน้ำกลับด้วยการเคลื่อนไหวเหมือนคลื่นของร่างกาย และปลาว่ายน้ำที่มีคลื่นที่หางของมัน ดังนั้นการเคลื่อนที่ของปลาและปลิงจึงเป็นภาพประกอบของกฎข้อที่สามของนิวตัน
เที่ยวบินและกฎข้อที่สามของนิวตัน การบินของแมลงขึ้นอยู่กับการกระพือปีก (กระพือปีก) การควบคุมการบินทำได้เกือบโดยปีกเท่านั้น โดยการเปลี่ยนทิศทางของระนาบของปีกที่กระพือปีก แมลงจะเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนไหว: ไปข้างหน้า ถอยหลัง บินในที่เดียว หันหลังกลับ ฯลฯ แมลงที่ว่องไวที่สุดบางชนิดในการบินคือแมลงวัน โอมิมักจะหักเลี้ยวไปด้านข้าง สิ่งนี้ทำได้โดยการปิดปีกของด้านหนึ่งของร่างกายอย่างกะทันหัน - การเคลื่อนไหวของมันหยุดครู่หนึ่งในขณะที่ปีกของอีกด้านของร่างกายยังคงสั่นอยู่ซึ่งทำให้หันไปทางด้านข้างจากทิศทางเดิมของการบิน .
Butterflies-brazh-nnkp และ horseflies มีความเร็วในการบินสูงสุด - 14 - 15 m / s แมลงปอบินด้วยความเร็ว 10 m / s, ด้วงมูล - สูงถึง 7 m / s, ผึ้ง - สูงถึง 6 - 7 m / s ความเร็วในการบินของแมลงนั้นช้าเมื่อเทียบกับนก อย่างไรก็ตาม หากเราคำนวณความเร็วสัมพัทธ์ (ความเร็วที่บัมเบิลบี, สวิฟ, สตาร์ลิ่ง และเครื่องบินเคลื่อนที่ในระยะทางเท่ากับความยาวของตัวมันเอง) ปรากฎว่ามันจะน้อยที่สุดสำหรับ เครื่องบินและแมลงมากที่สุด
Hans Leonardo da Vinci ศึกษาการบินของนกเพื่อค้นหาวิธีการหมุนเครื่องบิน II มีความสนใจในการบินของนก V. Zhukovsky ผู้พัฒนาพื้นฐานของแอโรไดนามิก ตอนนี้หลักการของการกระพือปีกอีกครั้งดึงดูดความสนใจของผู้สร้างตัวเอง
แรงขับเจ็ทในสัตว์ป่า สัตว์บางชนิดเคลื่อนไหวตามหลักการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น เช่น ปลาหมึก หมึก (รูปที่ 8) ปลาหมึก หอยทะเล-I rsbshok ที่บีบวาล์วเปลือกอย่างรวดเร็ว สามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยการกระตุกเนื่องจากแรงปฏิกิริยาของกระแสน้ำที่พุ่งเข้าไปในเปลือก ใกล้เคียงกันและหอยบางชนิด ตัวอ่อนแมลงปอดึงน้ำเข้าที่ขาหลังแล้วโยนออกแล้วกระโดดไปข้างหน้าด้วยแรง "รีบเร่ง III"
เนื่องจากในกรณีเหล่านี้ แรงกระแทกจะถูกแยกออกจากกันตามช่วงเวลาที่มีนัยสำคัญ ทำให้ไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงได้ เพื่อเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนไหว กล่าวอีกนัยหนึ่ง จำนวนของแรงกระตุ้นปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา จำเป็นต้องมีการนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของเส้นประสาท ซึ่งกระตุ้นการหดตัวของกล้ามเนื้อที่ให้บริการเครื่องยนต์ไอพ่น การนำไฟฟ้าขนาดใหญ่ดังกล่าวเป็นไปได้ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ของเส้นประสาท เป็นที่ทราบกันว่าปลาหมึกมีเส้นใยประสาทที่ใหญ่ที่สุดในอาณาจักรสัตว์ มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. ซึ่งใหญ่กว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่ 50 เท่า และกระตุ้นด้วยความเร็ว 25 เมตร/วินาที สิ่งนี้อธิบายความเร็วของการเคลื่อนที่ของปลาหมึก (สูงถึง 70 กม. / ชม.)
การเร่งความเร็วและการบรรทุกเกินพิกัดที่สิ่งมีชีวิตสามารถต้านทานได้ เมื่อศึกษากฎของนิวตัน นักศึกษาจะได้เรียนรู้ถึงความเร่งที่บุคคลต้องเผชิญในสถานการณ์ต่างๆ ในชีวิต
การเร่งความเร็วในลิฟต์ การเร่งความเร็วสูงสุด (หรือการลดความเร็ว) ระหว่างการเคลื่อนที่ของรถลิฟต์ระหว่างการทำงานปกติไม่ควรเกิน 2 m / s2 สำหรับลิฟต์ทั้งหมด เมื่อหยุด "หยุด" ค่าความเร่งสูงสุดไม่ควรเกิน 3 m/s2
การเร่งความเร็วในการบิน เมื่อร่างกายประสบกับอัตราเร่ง ว่ากันว่าร่างกายรับภาระเกินพิกัด ขนาดของโอเวอร์โหลดมีลักษณะเป็นอัตราส่วนของความเร่งของการเคลื่อนไหว a ต่อความเร่งของการตกอย่างอิสระ g:
k = - . g
เมื่อดิ่งพสุธา การเร่งความเร็วมากและทำให้เกิดการโอเวอร์โหลด
หากคุณเปิดร่มชูชีพที่ระดับความสูง 1,000 ม. 15 วินาทีหลังจากการล่มสลาย การโอเวอร์โหลดจะอยู่ที่ประมาณ 6 การเปิดร่มชูชีพหลังจากหน่วงเวลาเดียวกันที่ 7000 ม. ทำให้เกิดการโอเวอร์โหลดเท่ากับ 12 ที่ระดับความสูง 11,000 ม. ภายใต้สภาวะเดียวกัน การบรรทุกเกินพิกัดจะมากกว่าที่ระดับความสูง 1,000 ม. เกือบสามเท่า
เมื่อลงจอดด้วยร่มชูชีพ การโอเวอร์โหลดก็เกิดขึ้นเช่นกัน ซึ่งยิ่งน้อยก็ยิ่งระยะเบรกนานขึ้น ดังนั้นแรงจีจะน้อยลงเมื่อลงบนพื้นอ่อน ด้วยอัตราการลดลง 5 ม./วินาที และการชำระคืนระหว่างทางประมาณ 0.5 ม. เนื่องจากการงอเข่าและลำตัว การบรรทุกเกินพิกัดจะอยู่ที่ประมาณ 3.5
บุคคลประสบความเร่งสูงสุดแม้ว่าจะในระยะสั้นมากเมื่อขับออกจากเครื่องบิน ในเวลาเดียวกัน ความเร็วในการออกจากห้องโดยสารจะอยู่ที่ประมาณ 20 ม./วินาที เส้นทางความเร่งอยู่ที่ -1 - 1.8 ม. ค่าความเร่งสูงสุดอยู่ที่ 180 - 190 ม./วินาที2 โอเวอร์โหลด - 18 - 20
อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีค่ามาก แต่การโอเวอร์โหลดดังกล่าวไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ เนื่องจากจะทำงานในช่วงเวลาสั้น ๆ ประมาณ 0.1 วินาที
อิทธิพลของการเร่งความเร็วต่อสิ่งมีชีวิต พิจารณาว่าความเร่งส่งผลต่อร่างกายมนุษย์อย่างไร แรงกระตุ้นของเส้นประสาทที่ส่งสัญญาณการเคลื่อนไหวเชิงพื้นที่ของ iivia รวมถึงศีรษะเข้าสู่อวัยวะพิเศษ - อุปกรณ์ขนถ่าย อุปกรณ์ขนถ่ายยังแจ้งสมองเย็บเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการเคลื่อนไหวดังนั้นจึงเรียกว่าอวัยวะของความรู้สึกเร่ง ปิยะรัตน์นี้ฝังอยู่ในหูชั้นใน
ลักษณะของค่าธรณีประตูของการระคายเคืองของอุปกรณ์ขนถ่ายการเข้าถึงจิตสำนึกของบุคคลเช่นเดียวกับเรตินาเร่งความเร็วระหว่างการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันแสดงไว้ในตารางที่ 3

การเร่งความเร็วจากด้านหลังไปที่หน้าอก จากหน้าอกไปด้านหลัง และจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง ทำได้ง่ายกว่า ดังนั้นท่าทางที่เหมาะสมของบุคคลจึงมีความสำคัญมาก ข้อกำหนดเบื้องต้นคือการฝึกกายภาพทั่วไปซึ่งนำไปสู่การพัฒนากล้ามเนื้อของร่างกายทั้งหมด
นอกจากนี้ จำเป็นต้องฝึกร่างกายเป็นพิเศษเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการเร่งความเร็ว การฝึกอบรมดังกล่าวดำเนินการกับเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นแบบพิเศษ เครื่องหมุนเหวี่ยง และการติดตั้งอื่นๆ
นอกจากนี้ยังใช้ชุดป้องกัน g แบบพิเศษซึ่งออกแบบให้มีการตรึงอวัยวะภายใน
เป็นที่น่าสนใจที่จะจำได้ว่าที่นี่ K. E. Tsiolkovsky เพื่อเพิ่มความอดทนของบุคคลต่อการเร่งความเร็วเสนอให้วางร่างกายของเขาในของเหลวที่มีความหนาแน่นเท่ากัน ควรสังเกตว่าการปกป้องร่างกายจากการเร่งความเร็วนั้นค่อนข้างแพร่หลายในธรรมชาติ นี่คือวิธีที่ตัวอ่อนได้รับการปกป้องในไข่ นี่คือวิธีที่ตัวอ่อนในครรภ์ได้รับการปกป้องในครรภ์ K. E. Tsiolkovsky วางไข่ไก่ลงในขวดที่มีสารละลายเกลือแล้วปล่อยลงจากที่สูง ไข่ก็ไม่แตก
ปัจจุบันมีข้อมูลการทดลองที่คล้ายคลึงกันกับปลาและกบ ปลาและกบที่วางอยู่ในน้ำสามารถทนต่อการเร่งกระแทกได้ตั้งแต่ 1,000 กรัมขึ้นไป
โช้คอัพ Swordfish ในธรรมชาติ มีการดัดแปลงหลายอย่างที่ช่วยให้สิ่งมีชีวิตทนต่อการรับน้ำหนักเกินที่เกิดขึ้นระหว่างการเร่งความเร็วและการชะลอตัวได้โดยไม่เจ็บปวด เป็นที่ทราบกันดีว่าการกดระหว่างการกระโดดจะอ่อนลงหากคุณลงจอดบนขาครึ่งงอ กระดูกสันหลังเล่นบทบาทของโช้คอัพซึ่งแผ่นกระดูกอ่อนเป็นบัฟเฟอร์ชนิดหนึ่ง
นากมีโช้คอัพที่น่าสนใจ ปลานากเป็นที่รู้จักในฐานะเจ้าของสถิติในหมู่นักว่ายน้ำในทะเล ความเร็วถึง 80 - 90 กม. / ชม. ดาบของเธอสามารถเจาะตัวถังไม้โอ๊คของเรือได้ เธอไม่ต้องทนทุกข์ทรมานจากการระเบิดดังกล่าว ปรากฎว่าในหัวของเธอที่ฐานของดาบมีโช้คอัพไฮดรอลิก - โพรงรูปรังผึ้งขนาดเล็กที่เต็มไปด้วยไขมัน พวกเขาทำให้ระเบิดอ่อนลง แผ่นกระดูกอ่อนระหว่างกระดูกสันหลังของนากนั้นหนามาก เหมือนบัฟเฟอร์บนเกวียน พวกมันลดแรงผลัก
กลไกง่ายๆในสัตว์ป่า
ในโครงกระดูกของสัตว์และมนุษย์ กระดูกทั้งหมดที่มีอิสระในการเคลื่อนไหวเป็นคันโยก ตัวอย่างเช่น ในมนุษย์ - กระดูกของแขนขา กรามล่าง กะโหลกศีรษะ (จุดศูนย์กลางคือกระดูกแรก) ส่วนช่วงของกระดูก นิ้ว. ในแมวกรงเล็บที่เคลื่อนย้ายได้คือคันโยก ปลาหลายชนิดมีหนามที่ครีบหลัง ในสัตว์ขาปล้อง โครงกระดูกภายนอกส่วนใหญ่ หอยสองฝามีวาล์วเปลือก
การเชื่อมโยงโครงกระดูกมักจะได้รับการออกแบบเพื่อเพิ่มความเร็วโดยสูญเสียความแข็งแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในแมลง
อัตราส่วนของความยาวของแขนขององค์ประกอบคันโยกของโครงกระดูกนั้นขึ้นอยู่กับการทำงานที่สำคัญของอวัยวะนี้อย่างใกล้ชิด ตัวอย่างเช่น ขายาวของสุนัขเกรย์ฮาวด์และกวางเป็นตัวกำหนดความสามารถในการวิ่งเร็ว อุ้งเท้าสั้นของไฝได้รับการออกแบบมาเพื่อพัฒนากองกำลังขนาดใหญ่ที่ความเร็วต่ำ ขากรรไกรยาวของสุนัขเกรย์ฮาวด์ช่วยให้คุณสามารถจับเหยื่อได้อย่างรวดเร็วและขากรรไกรสั้นของบูลด็อกปิดอย่างช้าๆ แต่แน่น (กล้ามเนื้อเคี้ยวติดกับเขี้ยวมากและความแข็งแรงของกล้ามเนื้อจะถูกถ่ายโอนไปยัง เขี้ยวแทบไม่อ่อนแรง)
องค์ประกอบของคันโยกพบได้ในส่วนต่าง ๆ ของร่างกายของสัตว์และบุคคล - เช่นแขนขาขากรรไกร
ให้เราพิจารณาสภาวะสมดุลของคันโยกในตัวอย่างกะโหลกศีรษะ (รูปที่ 9, a) ที่นี่แกนหมุนของคันโยก O ผ่านข้อต่อของกะโหลกศีรษะด้วยกระดูกแรก ด้านหน้าจุดศูนย์กลางบนไหล่ที่ค่อนข้างสั้น แรงโน้มถ่วงของศีรษะทำหน้าที่ ด้านหลังคือแรง F ของการดึงกล้ามเนื้อและเอ็นที่ติดอยู่กับกระดูกท้ายทอย
อีกตัวอย่างหนึ่งของการทำงานของคันโยกคือการกระทำของส่วนโค้งของเท้าเมื่อยกนิ้วเท้า (รูปที่ 9, b) ส่วนรองรับ O ของคันโยกซึ่งแกนหมุนผ่านคือหัวของกระดูกฝ่าเท้า แรงที่เอาชนะ R - น้ำหนักของทั้งร่างกาย - ถูกนำไปใช้กับเท้า แรงกระทำของกล้ามเนื้อ F ซึ่งยกร่างกายขึ้น จะถูกส่งผ่านเอ็นร้อยหวายและนำไปใช้กับส่วนที่ยื่นออกมาของกระดูกสะบัก
ในพืช องค์ประกอบของคันโยกนั้นพบได้น้อยกว่า ซึ่งอธิบายได้จากการเคลื่อนไหวที่ต่ำของสิ่งมีชีวิตในพืช คันโยกทั่วไปคือลำต้นของต้นไม้และรากหลักที่ต่อเนื่องกัน รากของต้นสนหรือต้นโอ๊กที่ฝังลึกลงไปในพื้นดินมีความต้านทานสูงต่อการล้มคว่ำ (ไหล่ของความต้านทานมีขนาดใหญ่) ดังนั้นต้นสนและต้นโอ๊กแทบไม่เคยพลิกคว่ำ ในทางตรงกันข้าม ไม้สปรูซซึ่งมีระบบรากเพียงผิวเผินจะพลิกคว่ำได้ง่ายมาก
กลไกการเชื่อมโยงที่น่าสนใจสามารถพบได้ในดอกไม้บางชนิด (เช่น เกสรตัวผู้ของปราชญ์) และในผลไม้แบบเลื่อนลงบางชนิด
พิจารณาโครงสร้างของปราชญ์ทุ่งหญ้า (รูปที่ 10) เกสรตัวผู้ยาวทำหน้าที่เป็นแขน A ของคันโยก ในตอนท้ายของมันคืออับละอองเกสร แขนสั้น B ของคันโยกยามทางเข้าดอกไม้ เมื่อแมลง (ส่วนใหญ่มักเป็นภมร) คลานเข้าไปในดอกไม้ มันจะกดที่แขนสั้นของคันโยก ในเวลาเดียวกัน แขนยาวชนกับหลังของภมรด้วยอับละอองเกสรและทิ้งละอองเรณูไว้ แมลงบินไปที่ดอกไม้อื่นแมลงผสมเกสรกับเกสรนี้
ในธรรมชาติ อวัยวะที่ยืดหยุ่นได้นั้นเป็นเรื่องปกติที่สามารถเปลี่ยนความโค้งได้หลากหลาย (กระดูกสันหลัง หาง นิ้ว ลำตัวของงู และปลาจำนวนมาก) ความยืดหยุ่นนั้นเกิดจากการใช้คันโยกสั้นจำนวนมากร่วมกับระบบเชื่อมโยง
หรือการรวมกันขององค์ประกอบที่ค่อนข้างไม่ยืดหยุ่นกับองค์ประกอบระดับกลางที่เปลี่ยนรูปได้ง่าย (ลำตัวช้าง ตัวหนอน ฯลฯ) การควบคุมการดัดในกรณีที่สองทำได้โดยระบบของแท่งยาวหรือแนวเฉียง
"เครื่องมือเจาะ" ของสัตว์หลายชนิด - กรงเล็บ เขา ฯลฯ มีรูปร่างเหมือนลิ่ม (ระนาบเอียงดัดแปลง) รูปร่างแหลมของหัวของปลาที่เคลื่อนไหวเร็วนั้นคล้ายกับลิ่ม ลิ่มเหล่านี้จำนวนมาก ได้แก่ ฟัน หนาม (รูปที่ 11) มีพื้นผิวแข็งที่เรียบมาก (แรงเสียดทานขั้นต่ำ) ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้คมมาก

การเสียรูป
ร่างกายมนุษย์มีภาระทางกลค่อนข้างมากจากน้ำหนักของตัวเองและจากความพยายามของกล้ามเนื้อที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน อินเตอร์
Resno ว่าตัวอย่างของบุคคลสามารถติดตามการเสียรูปทุกประเภท ความเครียดจากการกดทับเกิดขึ้นที่กระดูกสันหลัง ส่วนล่าง และผิวหนังของเท้า ความเครียด - แขนขา, เอ็น, เอ็น, กล้ามเนื้อ; การดัด - กระดูกสันหลัง, กระดูกเชิงกราน, แขนขา; แรงบิด - คอเมื่อหันศีรษะ, ลำตัวที่หลังส่วนล่างเมื่อหมุน, มือเมื่อหมุน ฯลฯ
ในการรวบรวมปัญหาการเสียรูป เราใช้ข้อมูลที่ระบุในตารางที่ 4
ตารางแสดงให้เห็นว่าโมดูลัสความยืดหยุ่นของกระดูกหรือเส้นเอ็นที่มีความตึงเครียดนั้นมีขนาดใหญ่มาก และสำหรับกล้ามเนื้อ หลอดเลือดดำ และหลอดเลือดแดงนั้นมีขนาดเล็กมาก
ความเครียดสูงสุดที่ทำลายกระดูกไหล่คือประมาณ 8-107 N/m2 ความเครียดสูงสุดที่ทำลายกระดูกต้นขาคือประมาณ 13-107 N/m2 เนื้อเยื่อเกี่ยวพันในเอ็น ในปอด ฯลฯ มีความยืดหยุ่นสูง ตัวอย่างเช่น เอ็นท้ายทอยสามารถยืดได้มากกว่าสองเท่า
โครงสร้างที่ประกอบขึ้นจากแท่งแต่ละอัน (โครงถัก) หรือแผ่นที่บรรจบกันที่มุม 120° มีความแข็งแรงสูงสุดโดยใช้วัสดุน้อยที่สุด ตัวอย่างของโครงสร้างดังกล่าวคือเซลล์รังผึ้งหกเหลี่ยม
ความต้านทานการบิดงอจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากตามความหนาที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นอวัยวะที่ออกแบบให้เคลื่อนไหวแบบบิดมักจะยาวและบาง (คอของนก ลำตัวของงู)
ในระหว่างการโก่งตัว วัสดุจะถูกยืดออกไปตามด้านนูนและบีบอัดตามด้านเว้า ขากรรไกรขนาดกลางของ de-
การก่อตัวไม่ได้รับการทดสอบ ดังนั้นในเทคโนโลยีแถบทึบจึงถูกแทนที่ด้วยท่อ, คานทำจาก T-beams หรือ I-beams; ช่วยประหยัดวัสดุและลดน้ำหนักของหน่วย อย่างที่คุณทราบ กระดูกของแขนขาและลำต้นของพืชที่เติบโตเร็ว - ซีเรียล (รูปที่ 12), ต้นร่ม ฯลฯ มีโครงสร้างเป็นท่อ ในดอกทานตะวันและพืชชนิดอื่นๆ ก้านมีแกนที่หลวม ใบอ่อนของซีเรียลจะพับเป็นหลอดเสมอ
โครงสร้างที่คล้ายกับ T-beam จะพบได้ในกระดูกอกของนก ในเปลือกหอยของหอยหลายชนิดที่อาศัยอยู่ในเขตโต้คลื่น เป็นต้น ลำแสงที่โค้งขึ้นไปและมีฐานรองรับที่ไม่ยอมให้ปลายแยกออกจากกัน (โค้ง) มีความแข็งแกร่งอย่างมากเมื่อเทียบกับความพยายามที่กระทำในด้านนูน (โค้งสถาปัตยกรรม, บาร์เรล; และในสิ่งมีชีวิต - กะโหลกศีรษะ, หน้าอก, เปลือกไข่, ถั่ว, เปลือกของแมลงเต่าทอง, กั้ง, เต่า, ฯลฯ )
การล่มสลายของสิ่งมีชีวิต กาลิเลโอ กาลิเลอี เขียนว่า: “ใครไม่รู้ว่าม้าที่ตกลงมาจากความสูงสามหรือสี่ศอก ขาหัก ในขณะที่สุนัขไม่ทรมาน และแมวยังคงไม่เป็นอันตราย ถูกโยนทิ้งตั้งแต่แปดถึงสิบศอก เช่นเดียวกับ จิ้งหรีดที่ตกลงมาจากยอดหอคอยหรือมดที่ตกลงมาที่พื้นอย่างน้อยก็มาจากดวงจันทร์
ทำไมแมลงตัวเล็ก ๆ ที่ตกลงมาบนพื้นจากที่สูงจึงไม่เป็นอันตรายในขณะที่สัตว์ใหญ่ตาย?
ความแข็งแรงของกระดูกและเนื้อเยื่อของสัตว์นั้นแปรผันตามพื้นที่หน้าตัดของพวกมัน แรงเสียดทานต่ออากาศเมื่อวัตถุตกลงมานั้นเป็นสัดส่วนกับบริเวณนี้ด้วย มวลของสัตว์ (และน้ำหนัก) เป็นสัดส่วนกับปริมาตรของสัตว์ เมื่อขนาดของร่างกายลดลง ปริมาตรจะลดลงเร็วกว่าพื้นผิวมาก ดังนั้น ด้วยการลดขนาดของสัตว์ที่ตกลงมา แรงการชะลอตัวของมันต่ออากาศ (ต่อมวลหน่วย) จะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับแรงลดความเร็วต่อหน่วยมวลของสัตว์ที่ใหญ่กว่า ในทางกลับกัน สำหรับสัตว์ที่มีขนาดเล็ก ความแข็งแรงของกระดูกและความแข็งแรงของกล้ามเนื้อจะเพิ่มขึ้น (ต่อหน่วยมวลด้วย)
การเปรียบเทียบความแข็งแกร่งของม้ากับแมวเมื่อตกลงมานั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด เนื่องจากมีโครงสร้างร่างกายที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอุปกรณ์ "ดูดซับแรงกระแทก" ที่ลดแรงกระแทกระหว่างการกระแทกจะแตกต่างกัน จะดีกว่าถ้าเปรียบเทียบเสือ ลิงซ์ และแมว แมวที่แข็งแกร่งที่สุดในบรรดาแมวเหล่านี้คือแมว!
"อุปกรณ์ก่อสร้าง" ในโลกของสัตว์ป่า หลังจากศึกษาหัวข้อ "Solid Body" แล้ว การพูดคุยเกี่ยวกับการเปรียบเทียบใน "เทคนิคการก่อสร้างของธรรมชาติ" และเทคนิคที่มนุษย์สร้างขึ้นจะมีประโยชน์
ศิลปะการก่อสร้างของธรรมชาติและผู้คนพัฒนาตามหลักการเดียวกัน - ประหยัดวัสดุและพลังงาน
ตั้งแต่สมัยโบราณ ลวดลายต่างๆ ของสัตว์ป่าได้สร้างความประหลาดใจและน่ายินดี ความแข็งแรงและความสง่างามของใยแมงมุมนั้นน่าทึ่งมาก ศิลปะการสร้างบ้านของผึ้งน้อยแสนสุข - รูปทรงที่เข้มงวดของรังผึ้งของมัน ซึ่งประกอบด้วยเซลล์หกเหลี่ยมปกติ โครงสร้างของมดและปลวกนั้นน่าทึ่งมาก เกาะปะการังและแนวปะการังที่เกิดจากโครงกระดูกปะการังปูนนั้นน่าทึ่งมาก สาหร่ายบางชนิดปกคลุมไปด้วยเปลือกแข็งที่มีรูปร่างละเอียดอ่อน ตัวอย่างเช่น เพริดิเนียสวมเปลือกหอยที่แปลกประหลาดซึ่งประกอบขึ้นจากเปลือกแข็งที่แยกจากกัน แสดงด้วยกำลังขยายสูงในรูปที่ 13
ที่มีความหลากหลายมากขึ้นคือนักรังสีวิทยุทางทะเล (สัตว์ที่ง่ายที่สุด) ซึ่งมีโครงกระดูกขนาดเล็กแสดงไว้ในรูปที่ 14 (สำหรับการเปรียบเทียบ เกล็ดหิมะจะแสดงภายใต้ตัวเลข - 3)
เมื่อเร็ว ๆ นี้ความสนใจของผู้สร้างถูกครอบครองโดยตัวอย่างของโลกพืช K.A. Timiryazev เขียนว่า: "บทบาทของลำต้นอย่างที่ทราบกันดีว่าเป็นสถาปัตยกรรมหลัก: เป็นโครงกระดูกที่มั่นคงของอาคารทั้งหลังแบกเต็นท์ใบไม้และในความหนาเช่นท่อน้ำภาชนะที่บรรทุกน้ำผลไม้ วาง ... เราได้เรียนรู้ข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งทั้งชุดที่พิสูจน์ว่าพวกเขาถูกสร้างขึ้นตามกฎทั้งหมดของศิลปะการก่อสร้าง
หากเราพิจารณาส่วนตัดขวางของก้านและปล่องไฟโรงงานที่ทันสมัยแล้วการออกแบบที่คล้ายคลึงกันก็มีความคล้ายคลึงกัน จุดประสงค์ของท่อคือเพื่อสร้างกระแสลมและกำจัดก๊าซอันตรายออกจากพื้นดิน สารอาหารทำให้ลำต้นของพืชงอกออกมาจากราก ทั้งท่อและก้านอยู่ภายใต้อิทธิพลคงที่ของโหลดแบบสถิตและไดนามิกชนิดเดียวกัน - น้ำหนักของตัวเอง ลม ฯลฯ นี่คือสาเหตุของความคล้ายคลึงกันของโครงสร้าง การออกแบบทั้งสองเป็นแบบกลวง เส้นของลำต้นรวมถึงการเสริมแรงตามยาวของท่อนั้นตั้งอยู่ตามขอบของเส้นรอบวงทั้งหมด มีช่องว่างวงรีตามผนังของโครงสร้างทั้งสอง ผิวหนังมีบทบาทในการเสริมแรงแบบเกลียวในก้าน
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าวัสดุที่เป็นของแข็งในกระดูกนั้นเป็นไปตามวิถีของความเค้นหลัก สิ่งนี้สามารถพบได้หากเราพิจารณาส่วนตามยาวของส่วนบนของกระดูกโคนขามนุษย์และคานเครนโค้งที่ทำงานในการดัดภายใต้การกระทำของโหลดแนวตั้งที่กระจายไปทั่วพื้นที่บางส่วนของพื้นผิวด้านบน ที่น่าสนใจคือ หอไอเฟลที่ทำจากเหล็กนั้นมีลักษณะคล้ายกับกระดูกท่อของบุคคล (โคนขาหรือกระดูกหน้าแข้ง) มีความคล้ายคลึงกันในรูปแบบภายนอกของโครงสร้างและในมุมระหว่าง "คาน" และ "คาน" ของกระดูกและเหล็กดัดของหอคอย
สถาปัตยกรรมสมัยใหม่และเทคโนโลยีอาคารมีลักษณะเฉพาะโดยให้ความสนใจกับ "ตัวอย่าง" ที่ดีที่สุดของสัตว์ป่า ท้ายที่สุดแล้ว ความต้องการที่ทันสมัยคือความแข็งแรงและน้ำหนักเบา ซึ่งสามารถตอบสนองได้ง่ายด้วยการใช้เหล็ก คอนกรีตเสริมเหล็ก อลูมิเนียม ซีเมนต์เสริมแรง และพลาสติกในการก่อสร้าง ระบบโครงตาข่ายเชิงพื้นที่กำลังถูกใช้อย่างแพร่หลาย ต้นแบบของพวกมันคือ "โครงกระดูก" ของลำต้นหรือลำต้นของต้นไม้ ซึ่งประกอบขึ้นจากเนื้อเยื่อที่ทนทานกว่าวัสดุที่เหลือจากพืช ซึ่งทำหน้าที่ทางชีวภาพและเป็นฉนวน นี่คือระบบของเส้นใบของต้นไม้และตาข่ายของขนราก โครงสร้างดังกล่าวชวนให้นึกถึงตะกร้า, โครงลวดของโป๊ะ, โครงตาข่ายโค้งของระเบียง ฯลฯ วิศวกรชาวอิตาลี P. Nervi ใช้หลักการของโครงสร้างของใบไม้ในห้องโถงนิทรรศการตูริน ซึ่งโครงสร้างที่เบาและบางนั้นมีความยาวถึง 98 เมตรโดยไม่มีการรองรับ หน้าปกของหนังสือของเราแสดงถึงอาคารประเภทนี้ ซึ่งดูเหมือนเปลือกหอยหรือดอกไม้ที่พลิกคว่ำ
ลักษณะเฉพาะคือการใช้โครงสร้างนิวเมติกซึ่งค่อนข้างสอดคล้องกับรูปแบบธรรมชาติ: รูปร่างของผลไม้, ฟองอากาศ, หลอดเลือด, ใบพืช ฯลฯ
เพื่อที่จะเสริมสร้างวัสดุก่อสร้าง นักเคมีกายภาพได้หันไปศึกษาโครงสร้างที่เล็กที่สุด และขณะนี้กำลังพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตวัสดุที่มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษซึ่งประกอบด้วยเส้นใยละเอียด ฟิล์ม และเมล็ดพืชจำนวนมากตามหลักการที่ธรรมชาติแนะนำ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้โครงสร้างที่ทนทาน การเสริมความแข็งแกร่งของวัสดุก่อสร้างนั้นไม่เพียงพอ เป็นที่ทราบกันดีว่าโครงสร้างกระดูกบางครั้งอาจเหนือกว่าเหล็กกล้าในหลายตัวชี้วัด แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก "การกระจาย" ของวัสดุกระดูกซึ่งมีความแข็งแรงน้อยกว่าเหล็กกล้า
โดยการสร้างโครงสร้างนี้หรือโครงสร้างนั้น ธรรมชาติสามารถแก้ปัญหาได้มากมาย โดยคำนึงถึงความต้านทานที่จำเป็นต่ออิทธิพลทางกลภายนอกและอิทธิพลทางกายภาพและเคมีของสิ่งแวดล้อม ทำให้พืชมีน้ำ อากาศ แสงแดด ทั้งหมดนี้
งานได้รับการแก้ไขอย่างครอบคลุมทุกอย่างขึ้นอยู่กับงานทั่วไปจังหวะทั่วไปของชีวิตของสิ่งมีชีวิต ในพืช คุณจะไม่เห็นเส้นเลือดฝอยแขวนลอยอย่างอิสระเหมือนในโครงสร้างของมนุษย์ นอกเหนือจากงานของการเคลื่อนที่ของน้ำที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอแล้วพวกเขายังทำหน้าที่ทางกลซึ่งต่อต้านอิทธิพลทางกลภายนอกของสิ่งแวดล้อม
และถ้าคุณจินตนาการถึงความเป็นไปได้ของการต่ออายุด้วยตนเองของวัสดุก่อสร้างในระหว่างการใช้งานซึ่งมีอยู่ในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต! เห็นได้ชัดว่าการป้องกันจากอิทธิพลของสารเคมีที่เป็นอันตรายจากอุณหภูมิต่ำและสูงสามารถพบได้ในการศึกษาเนื้อเยื่อจำนวนเต็มของพืชและสัตว์
ศิลปะแห่งการสร้างที่ติดอาวุธด้วยไบโอนิคจะสร้างโลกของโครงสร้างและอาคารที่เป็นธรรมชาติและสมบูรณ์แบบมากกว่าที่เราคุ้นเคย

พลังที่มนุษย์พัฒนาขึ้น
เมื่อกล่าวถึงหัวข้อ “งานและอำนาจ” เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะให้ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับพลังที่บุคคลสามารถพัฒนาได้
เป็นที่เชื่อกันว่าบุคคลในสภาพการทำงานปกติสามารถพัฒนากำลังได้ประมาณ 70 - 80 วัตต์ (หรือประมาณ 0.1 แรงม้า) อย่างไรก็ตาม การเพิ่มกำลังในระยะสั้นหลายครั้งก็เป็นไปได้
ดังนั้น คนที่มีน้ำหนัก 750 k สามารถกระโดดได้สูงถึง 1 ม. ใน 1 วินาที ซึ่งสอดคล้องกับกำลัง 750 วัตต์ ด้วยการขึ้นบันไดอย่างรวดเร็ว เช่น 7 ขั้น แต่ละขั้นสูงประมาณ 0.15 ม. พลังประมาณ 1 ลิตรจะเกิดขึ้นภายใน 1 วินาที กับ. หรือ 735 วัตต์
เมื่อเร็ว ๆ นี้ Brian Jolly นักปั่นจักรยานโอลิมปิกได้ทดสอบ 480 วัตต์เป็นเวลา 5 นาที ซึ่งเกือบ 2/3 แรงม้า กับ.
บุคคลสามารถปลดปล่อยพลังงานในทันทีหรือระเบิดได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกีฬา เช่น ช็อตพัตหรือกระโดดสูง การสังเกตพบว่าในระหว่างการกระโดดสูงพร้อมกับผลักขาทั้งสองข้างพร้อมกัน ผู้ชายบางคนจะมีกำลังเฉลี่ยประมาณ 5.2 ลิตรภายใน 0.1 วินาที s. และผู้หญิง - 3.5 ก. กับ.

อุปกรณ์เปลี่ยนแรงยก
ข้อมูลที่น่าสนใจเกี่ยวกับโครงสร้างลำตัวของฉลามและปลาสเตอร์เจียนสามารถรายงานได้จากการศึกษาปัญหาแรงยกของปีกเครื่องบิน เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อลงจอดเครื่องบิน เมื่อความเร็วและแรงยกมีขนาดเล็ก จำเป็นต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเติมเพื่อเพิ่มแรงยก เพื่อจุดประสงค์นี้ใช้เกราะพิเศษ -
แผ่นปิดอยู่บนพื้นผิวด้านล่างของปีก ทำหน้าที่เพิ่มความโค้งของโปรไฟล์ เมื่อลงจอดพวกเขาจะก้มลง
ปลากระดูก (ซึ่งรวมถึงปลาสมัยใหม่ส่วนใหญ่) ควบคุมความหนาแน่นเฉลี่ยของพวกมันและดังนั้นความลึกของการแช่ด้วยความช่วยเหลือของกระเพาะปัสสาวะ ปลากระดูกอ่อนไม่มีการปรับตัวดังกล่าว แรงยกของพวกมันเปลี่ยนไปเนื่องจากรูปร่างที่เปลี่ยนไป เช่น เครื่องบิน เช่น ฉลาม (ปลากระดูกอ่อน) เปลี่ยนแรงยกของพวกมันด้วยความช่วยเหลือของครีบอกและครีบอกท้อง

เครื่องหัวใจและปอด (APC)
เมื่อเรียนกลศาสตร์เสร็จแล้ว ควรบอกนักเรียนเกี่ยวกับอุปกรณ์ของเครื่องหัวใจและปอด
ในระหว่างการผ่าตัดหัวใจ มักจะจำเป็นต้องปิดการไหลเวียนของเลือดชั่วคราวและดำเนินการด้วยหัวใจที่แห้ง
ข้าว. สิบห้า
เครื่องหัวใจและปอดประกอบด้วยสองส่วนหลัก: ระบบปั๊มและเครื่องให้ออกซิเจน ปั๊มทำหน้าที่ของหัวใจ - รักษาความดันและการไหลเวียนโลหิตในหลอดเลือดของร่างกายระหว่างการผ่าตัด Oxygenator ทำหน้าที่ของปอดและให้ความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด
แผนภาพแบบง่ายของอุปกรณ์แสดงในรูปที่ 15 ปั๊มลูกสูบ 18 ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า 20 ผ่านตัวควบคุม 19 \ ส่วนหลังกำหนดจังหวะและจังหวะของลูกสูบปั๊ม แรงดันผ่านท่อที่เติมน้ำมันจะถูกส่งไปยังปั๊ม 4 และ 9 ซึ่งใช้ไดอะแฟรมและวาล์วยางสร้างสุญญากาศที่จำเป็นในส่วนหลอดเลือดดำ (ปั๊ม 4) และการบีบอัดในส่วนหลอดเลือดแดง (ปั๊ม 9) ของหน่วยสรีรวิทยา ของอุปกรณ์ บล็อกทางสรีรวิทยาประกอบด้วยระบบไหลเวียนโลหิตซึ่งใช้สายสวนโพลีเอทิลีนสื่อสารกับหลอดเลือดขนาดใหญ่ที่จุดออกจากหัวใจและเครื่องให้ออกซิเจน
เลือดถูกดูดผ่านกับดักอากาศ 1, แคลมป์แม่เหล็กไฟฟ้า 2, ห้องอีควอไลเซอร์ 3 ซึ่งทำหน้าที่ของเอเทรียม และถูกฉีดเข้าไปในห้องด้านบน 5 ของเครื่องให้ออกซิเจนโดยใช้ปั๊ม 4 ที่นี่เลือดกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วคอลัมน์ของโฟมเลือดที่เติมห้องกลาง 6 เป็นกระบอกที่ทำจากตาข่ายไนลอนที่ด้านล่างซึ่งมีตัวจ่ายออกซิเจน 7. ออกซิเจนอย่างสม่ำเสมอผ่าน 30 รูเข้าสู่ห้อง ชั้นอากาศเกิดขึ้นที่ด้านล่างของห้อง พื้นผิวทั้งหมดของฟองอากาศในคอลัมน์โฟมอยู่ที่ประมาณ 5,000 ซม. 2 (มีปริมาตรเลือด 150 - 250 ซม. 3) ในเครื่องให้ออกซิเจน เลือดจะอิ่มตัวด้วยออกซิเจน ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศโดยรอบและไหลเข้าสู่ห้องล่าง 8 จากนั้นเข้าสู่ระบบหลอดเลือดแดงของร่างกายผ่านปั๊ม 9 แคลมป์ 10 และกับดักอากาศ 11 ออกซิเจนเข้าสู่เครื่องสร้างออกซิเจนผ่านเครื่องวัดก๊าซ 17 และเครื่องเพิ่มความชื้น 16. ในส่วนบนของเครื่องให้ออกซิเจนมีเครื่องขจัดฟองอากาศ 12 และช่องจ่ายก๊าซ เรือ 15 ที่มีเลือดสำรองหรือของเหลวทดแทนเลือดสื่อสารกับเครื่องให้ออกซิเจนผ่านแคลมป์ 14 การไหลเวียนของเลือดจากเครื่องสร้างออกซิเจนถูกควบคุมโดยทุ่นลอย 13 ที่เชื่อมต่อแบบเหนี่ยวนำด้วยขดลวดที่อยู่ด้านนอก ซึ่งควบคุมการเปิดใช้งานแคลมป์แม่เหล็กไฟฟ้าของอุปกรณ์

คำถามและภารกิจ

ในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งในการป้องกันการตีความกระบวนการทางชีววิทยาที่ผิดพลาด
พิจารณาวิธีแก้ปัญหาต่าง ๆ ที่เราเสนอให้นักเรียน

ภารกิจที่ 1 จะอธิบายด้วยความช่วยเหลือของการแสดงทางกายภาพได้อย่างไรว่าในพายุต้นสนจะแตกออกได้ง่ายพร้อมกับรากในขณะที่ลำต้นแตกเร็วกว่าในต้นสน?
ก่อนตัดสินใจเราอ่านลักษณะของต้นไม้เหล่านี้ก่อน
“ ด้วยรากของมันที่แผ่ออกไปอย่างเผินๆ มัน (โก้เก๋ - Ts.K. ) สามารถถักเปียหินได้แน่นหนาซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมันถึงมีเสถียรภาพที่จำเป็นในภูเขาถึงแม้จะมีชั้นดินบางมาก แต่เนื่องจากไม่เป็นเช่นนั้น เหมือนต้นสนที่ทิ้งรากในแนวตั้งจากนั้นบนที่ราบต้นสนที่แยกจากกันก็ถูกพายุดึงออกมาพร้อมกับรากอย่างง่ายดาย มงกุฎของต้นไม้เป็นปิรามิดขนาดใหญ่"
“ต้นสนที่เติบโตในป่าก่อให้เกิดลำต้นสูงและยอดเสี้ยมขนาดเล็ก ในทางตรงกันข้าม เมื่อเติบโตในที่โล่งแจ้ง ถึงการเติบโตเพียงเล็กน้อย แต่มงกุฎของมันก็เติบโตอย่างกว้างขวาง
จากนั้นจึงหารือกับนักเรียนถึงความเป็นไปได้ในการใช้กฎของช่วงเวลาเพื่อแก้ปัญหา
เราสนใจที่จะวิเคราะห์เฉพาะด้านคุณภาพของปัญหาเท่านั้น นอกจากนี้เรายังสนใจคำถามเกี่ยวกับพฤติกรรมเปรียบเทียบของต้นไม้ทั้งสอง หน้าที่ของภาระในปัญหาของเราเล่นโดย FB แรงลม เป็นไปได้ที่จะเพิ่มแรงของลมที่กระทำต่อลำต้นให้กับแรงของลมที่กระทำบนกระหม่อม และอาจสมมติได้ว่าแรงของลมที่กระทำต่อต้นไม้ทั้งสองนั้นเท่ากัน เห็นได้ชัดว่าการให้เหตุผลเพิ่มเติมควร "เป็นดังนี้ ระบบรากของต้นสนจะลึกลงไปในพื้นดินมากกว่าของต้นสน ด้วยเหตุนี้ ไหล่ของแรงที่ยึดต้นสนไว้บนพื้นจึงมากกว่าของต้นสน ( มะเดื่อ 16) ดังนั้น เพื่อ ต้องใช้แรงบิดลมน้อยกว่าในการทำให้ต้นสนขึ้นโดยโคนมากกว่าการต้นสนและต้องใช้แรงบิดลมในการถอนต้นสนมากกว่าที่จะทำลายดังนั้นโก้เก๋ ถูกถอนออกบ่อยกว่าไม้สน และไม้สนหักบ่อยกว่าไม้สน

KOHETS FRAGMEHTA หนังสือ

ความรู้เกี่ยวกับหน้าที่ของมนุษย์เป็นงานที่ยากที่สุดงานหนึ่ง การพัฒนาวิทยาศาสตร์ในระยะแรกเกิดขึ้น - ความแตกต่างของสาขาวิชาที่มุ่งศึกษาปัญหาบางอย่างอย่างลึกซึ้ง ในระยะแรก เราพยายามที่จะรู้บางส่วน และเมื่อเราประสบความสำเร็จในการทำเช่นนี้ งานอื่นก็เกิดขึ้น - วิธีสร้างแนวคิดทั่วไป มีสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่จุดเชื่อมต่อของความเชี่ยวชาญพิเศษดั้งเดิม นอกจากนี้ยังใช้กับชีวฟิสิกส์ซึ่งปรากฏที่จุดตัดของสรีรวิทยา ฟิสิกส์ เคมีกายภาพ และเปิดโอกาสใหม่ในการทำความเข้าใจกระบวนการทางชีววิทยา

ชีวฟิสิกส์- วิทยาศาสตร์ที่ศึกษากระบวนการทางกายภาพและทางเคมีกายภาพในระดับต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต (โมเลกุล เซลล์ อวัยวะ สิ่งมีชีวิตทั้งหมด) ตลอดจนรูปแบบและกลไกของผลกระทบของปัจจัยสิ่งแวดล้อมทางกายภาพต่อสิ่งมีชีวิต

จัดสรร-

• ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล - จลนศาสตร์และอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการ
• ชีวฟิสิกส์ของเซลล์ - การศึกษาโครงสร้างของเซลล์และอาการทางกายภาพและเคมี - การซึมผ่าน การก่อตัวของศักยภาพทางชีวภาพ
• ชีวฟิสิกส์ของอวัยวะรับความรู้สึก - กลไกทางกายภาพและเคมีของการรับสัญญาณ, การเปลี่ยนแปลงพลังงาน, การเข้ารหัสข้อมูลในตัวรับ
• ชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อน - กระบวนการควบคุมและการควบคุมตนเองและคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการเหล่านี้
• ชีวฟิสิกส์ของผลกระทบของปัจจัยภายนอก - สำรวจผลกระทบต่อร่างกายของรังสีไอออไนซ์ อัลตราซาวนด์ การสั่นสะเทือน การสัมผัสกับแสง

งานชีวฟิสิกส์

1. สร้างแบบแผนของธรรมชาติป่าโดยศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพและเคมีในร่างกาย
2. การศึกษากลไกอิทธิพลของปัจจัยทางกายภาพที่มีต่อร่างกาย

ออยเลอร์ (1707-1783) - กฎของทฤษฎีอุทกพลศาสตร์เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวของเลือดผ่านหลอดเลือด

Lavoisier (1780) - ศึกษาการแลกเปลี่ยนพลังงานในร่างกาย

Galvani (1786) - ผู้ก่อตั้งหลักคำสอนของศักยภาพทางชีวภาพ, ไฟฟ้าจากสัตว์

เฮล์มโฮลทซ์(1821)

เอ็กซ์เรย์ - พยายามอธิบายกลไกการหดตัวของกล้ามเนื้อจากตำแหน่งของเอฟเฟกต์เพียโซ

Arrhenius - กฎของจลนศาสตร์คลาสสิกเพื่ออธิบายกระบวนการทางชีววิทยา

Lomonosov - กฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน

Sechenov - ศึกษาการขนส่งก๊าซในเลือด

Lazarev - ผู้ก่อตั้งโรงเรียนชีวฟิสิกส์แห่งชาติ

Pauling - การค้นพบโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน

Watson and Crick - การค้นพบโครงสร้างคู่ของ DNA

Hodgkin, Huxley, Katz - การค้นพบธรรมชาติไอออนิกของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าชีวภาพ

Prigogine - ทฤษฎีอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

Eigen - ทฤษฎีไฮเปอร์ไซเคิลเป็นพื้นฐานของวิวัฒนาการ

Sakman, Neher - สร้างโครงสร้างโมเลกุลของช่องไอออน

ชีวฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับการพัฒนายาเพราะ มีการใช้วิธีการมีอิทธิพลทางกายภาพต่อร่างกายที่นั่น

ชีววิทยากำลังพัฒนาและจำเป็นต้องเจาะความลับของกระบวนการทางชีววิทยาที่เกิดขึ้นในระดับโมเลกุล

ความต้องการของอุตสาหกรรมการพัฒนาซึ่งนำไปสู่การกระทำของปัจจัยทางกายภาพต่างๆในร่างกาย - กัมมันตภาพรังสี, การสั่นสะเทือน, น้ำหนักตัว, เกินพิกัด

วิธีการวิจัยทางชีวฟิสิกส์

• การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์- ศึกษาโครงสร้างอะตอมของสสารโดยใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ การกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของสสารถูกกำหนดขึ้นจากรูปแบบการเลี้ยวเบน และจากนั้นก็เป็นไปได้ที่จะระบุได้ว่าอะตอมใดมีอยู่ในสารและตำแหน่งของพวกมัน ศึกษาโครงสร้างผลึก ของเหลว และโมเลกุลโปรตีน
• โครมาโตกราฟีคอลัมน์- การกระจายและวิเคราะห์สารผสมระหว่าง 2 เฟส - เคลื่อนที่และอยู่กับที่ อาจเกี่ยวข้องกับระดับการดูดซึมสารที่แตกต่างกันหรือระดับการแลกเปลี่ยนไอออนที่แตกต่างกัน จะเป็นแก๊สหรือของเหลวก็ได้ การกระจายของสารใช้ในเส้นเลือดฝอย - เส้นเลือดฝอยหรือในหลอดที่เต็มไปด้วยตัวดูดซับ - เสา ทำได้บนกระดาษ จาน
• การวิเคราะห์สเปกตรัม- การกำหนดคุณภาพและเชิงปริมาณของสารด้วยสเปกตรัมแสง สารถูกกำหนดโดยสเปกตรัมการปล่อย - การวิเคราะห์สเปกตรัมการปล่อยหรือโดยสเปกตรัมการดูดกลืน - การดูดกลืน ปริมาณสารถูกกำหนดโดยความหนาสัมพัทธ์หรือความหนาสัมบูรณ์ของเส้นในสเปกตรัม นอกจากนี้ยังรวมถึงเรโซแนนซ์เรโซแนนซ์ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - อิเล็กตรอนพาราแมกเนติกเรโซแนนซ์และการเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์
• ไอโซโทปบ่งชี้
• กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
• กล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลต- การศึกษาวัตถุทางชีววิทยาในรังสี UV จะเพิ่มความคมชัดของภาพ โดยเฉพาะโครงสร้างภายในเซลล์ และช่วยให้คุณตรวจดูเซลล์อื่นๆ ได้ โดยไม่มีการย้อมสีเบื้องต้นและแก้ไขการเตรียมการ

เงื่อนไขที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งสำหรับการดำรงอยู่คือการปรับการทำงาน อวัยวะและเนื้อเยื่อ ระบบต่างๆ ให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมอย่างเพียงพอ มีการปรับสมดุลของร่างกายและสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง ในกระบวนการเหล่านี้ กระบวนการหลักคือการควบคุมและควบคุมการทำงานทางสรีรวิทยา

วิทยาศาสตร์ของไซเบอร์เนติกส์ศึกษากฎหมายทั่วไปสำหรับการนำไปใช้ การจัดการ และการประมวลผลข้อมูลในระบบต่างๆ (ไซเบอร์เนติกส์เป็นศิลปะของการจัดการ) กฎการจัดการเป็นเรื่องปกติสำหรับทั้งมนุษย์และอุปกรณ์ทางเทคนิค การเกิดขึ้นของไซเบอร์เนติกส์นั้นจัดทำขึ้นโดยการพัฒนาทฤษฎีการควบคุมอัตโนมัติ การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วิทยุ และการสร้างทฤษฎีสารสนเทศ

งานนี้นำเสนอโดย Shannon (1948) ใน "The Mathematical Theory of Communication"

ไซเบอร์เนติกส์เกี่ยวข้องกับการศึกษาระบบในลักษณะใด ๆ ที่สามารถรับ จัดเก็บ และประมวลผลข้อมูล และใช้สำหรับการจัดการและระเบียบข้อบังคับ ไซเบอร์เนติกส์ศึกษาสัญญาณและปัจจัยที่นำไปสู่กระบวนการควบคุมบางอย่าง

มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อยา การวิเคราะห์กระบวนการทางชีววิทยาทำให้สามารถศึกษากลไกการควบคุมทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ กระบวนการข้อมูลของการจัดการและระเบียบข้อบังคับมีความสำคัญในร่างกาย กล่าวคือ เป็นหลักบนพื้นฐานของกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้น

ระบบ- การจัดองค์ประกอบที่ซับซ้อนซึ่งเชื่อมต่อซึ่งกันและกันและทำหน้าที่บางอย่างตามโปรแกรมของระบบทั้งหมด องค์ประกอบของสมองจะเป็นเซลล์ประสาท องค์ประกอบของทีมคือคนที่สร้างมันขึ้นมา เฉพาะฝูงชนเท่านั้นที่ไม่ใช่ระบบไซเบอร์เนติก

โปรแกรม- ลำดับการเปลี่ยนแปลงของระบบในอวกาศและเวลาซึ่งสามารถรวมเข้ากับโครงสร้างของระบบหรือป้อนจากภายนอกได้

การเชื่อมต่อ- กระบวนการปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบซึ่งกันและกันซึ่งมีการแลกเปลี่ยนสสารพลังงานข้อมูล

ข้อความมีความต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่อง

ต่อเนื่องมีลักษณะของค่าที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง (ความดันโลหิต อุณหภูมิ ความตึงของกล้ามเนื้อ ท่วงทำนองดนตรี)

ไม่ต่อเนื่อง- ประกอบด้วยขั้นตอนหรือการไล่ระดับที่แยกจากกัน (ส่วนของตัวกลางไกล่เกลี่ย, เบสไนโตรเจนของ DNA, จุดและขีดกลางของรหัสมอร์ส)

ขั้นตอนการเข้ารหัสข้อมูลก็มีความสำคัญเช่นกัน มันถูกเข้ารหัสโดยแรงกระตุ้นของเส้นประสาทสำหรับการรับรู้ข้อมูลโดยศูนย์ประสาท องค์ประกอบรหัส - สัญลักษณ์และตำแหน่ง สัญลักษณ์คือปริมาณที่ไม่มีมิติซึ่งแยกแยะบางสิ่งได้ (ตัวอักษรของตัวอักษร เครื่องหมายทางคณิตศาสตร์ แรงกระตุ้นของเส้นประสาท โมเลกุลของสารที่มีกลิ่น และตำแหน่งเป็นตัวกำหนดการจัดเรียงสัญลักษณ์เชิงพื้นที่และเวลา)

รหัสข้อมูลประกอบด้วยข้อมูลเดียวกับข้อความต้นฉบับ นี่คือปรากฏการณ์ของ isomorphism สัญญาณรหัสมีค่าพลังงานต่ำมาก การมาถึงของข้อมูลจะถูกประเมินโดยการมีหรือไม่มีสัญญาณ

ข้อความและข้อมูลไม่เหมือนกัน เพราะตามทฤษฎีสารสนเทศ

ข้อมูล- การวัดปริมาณความไม่แน่นอนที่ถูกตัดออกหลังจากได้รับข้อความ

ความเป็นไปได้ของเหตุการณ์ ข้อมูลเบื้องต้น.

ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์หลังจากได้รับข้อมูลคือ ข้อมูลส่วนหลัง

ข้อมูลของข้อความจะมากขึ้นหากข้อมูลที่ได้รับเพิ่มความน่าจะเป็นภายหลัง

คุณสมบัติข้อมูล

1. ข้อมูลจะเข้าท่าก็ต่อเมื่อมีเครื่องรับ (ผู้บริโภค) - "ถ้ามีทีวีอยู่ในห้องและไม่มีใครอยู่ในนั้น"
2. การมีสัญญาณไม่จำเป็นต้องบ่งชี้ว่ามีการส่งข้อมูลเพราะ มีข้อความที่ไม่ได้นำเสนอสิ่งใหม่ ๆ ให้กับผู้บริโภค
3. ข้อมูลสามารถส่งได้ทั้งในระดับจิตสำนึกและจิตใต้สำนึก
4. หากเหตุการณ์มีความน่าเชื่อถือ (เช่น ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์คือ P=1) ข้อความที่เกิดขึ้นจะไม่มีข้อมูลใด ๆ สำหรับผู้บริโภค
5. ข้อความเกี่ยวกับเหตุการณ์ซึ่งความน่าจะเป็นคือ P< 1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которого произошло.

บิดเบือนข้อมูล- ค่าลบของข้อมูล

การวัดความไม่แน่นอนของเหตุการณ์ - เอนโทรปี(ชม)

ถ้า log2 N=1 แล้ว N=2

หน่วยข้อมูล - นิดหน่อย(ข้อมูลหน่วยคู่)

H=lg N (ฮาร์ทลี่ย์)

1 hartleyคือจำนวนข้อมูลที่จำเป็นในการเลือกหนึ่งในสิบความเป็นไปได้ที่เป็นไปได้ 1 hartley = 3.3 บิต

ตัวควบคุมสามารถทำงานเกี่ยวกับการชดเชยได้เมื่อผลกระทบต่อร่างกายเป็นการชดเชยของผู้ควบคุมซึ่งนำไปสู่การทำให้ฟังก์ชันปกติ

การจัดการมีจุดมุ่งหมายเพื่อเริ่มต้นการทำงานทางสรีรวิทยาการแก้ไขและการประสานงานของกระบวนการ

ที่เก่าแก่ที่สุดคือกลไกการควบคุมอารมณ์ขัน

กลไกประสาท

กลไกทางระบบประสาท

การพัฒนากลไกการกำกับดูแลนำไปสู่ความจริงที่ว่าสัตว์สามารถเคลื่อนไหวและสามารถออกจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยซึ่งแตกต่างจากพืช

กลไกด่านหน้า (ในมนุษย์) - ในรูปแบบของการตอบสนองแบบมีเงื่อนไข ในการส่งสัญญาณสิ่งเร้า เราสามารถดำเนินมาตรการเพื่อโน้มน้าวสิ่งแวดล้อมได้

ชีวฟิสิกส์ (ฟิสิกส์ชีวภาพ) -วิทยาศาสตร์ของปฏิสัมพันธ์ที่เรียบง่ายและพื้นฐานที่สุดซึ่งอยู่ภายใต้กระบวนการทางชีววิทยาที่เกิดขึ้นในระดับต่าง ๆ ของการจัดระเบียบของสิ่งมีชีวิต - โมเลกุล เซลล์ สิ่งมีชีวิตและประชากร

บทนำ

โครงสร้างทางทฤษฎีและแบบจำลองทางชีวฟิสิกส์ขึ้นอยู่กับแนวคิดของพลังงาน แรง ประเภทของปฏิสัมพันธ์ บนแนวคิดทั่วไปของจลนพลศาสตร์ทางกายภาพและทางการ อุณหพลศาสตร์ และทฤษฎีสารสนเทศ แนวความคิดเหล่านี้สะท้อนถึงธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์พื้นฐานและกฎการเคลื่อนที่ของสสาร ซึ่งอย่างที่คุณทราบ เป็นเรื่องของฟิสิกส์ ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์ธรรมชาติขั้นพื้นฐาน ชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ชีวภาพมุ่งเน้นไปที่กระบวนการและปรากฏการณ์ทางชีววิทยา แนวโน้มหลักของชีวฟิสิกส์สมัยใหม่คือการเข้าสู่ระดับพื้นฐานที่ลึกที่สุดซึ่งเป็นพื้นฐานของการจัดโครงสร้างสิ่งมีชีวิต

การก่อตัวและการพัฒนาของชีวฟิสิกส์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการผสมผสานความคิด แนวทางเชิงทฤษฎี และวิธีการทางชีววิทยา ฟิสิกส์ เคมี และคณิตศาสตร์สมัยใหม่

การจำแนกประเภทชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ที่นำมาใช้โดยIUPAB

การจำแนกประเภทที่รับรองโดย International Union of Pure and Applied Biophysics (1961) ซึ่งสะท้อนถึงวัตถุทางชีววิทยาหลักในด้านการวิจัยทางชีวฟิสิกส์รวมถึงส่วนต่อไปนี้: ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลซึ่งมีหน้าที่ศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีกายภาพของ โมเลกุลขนาดใหญ่และสารเชิงซ้อนของโมเลกุล ชีวฟิสิกส์ของเซลล์ซึ่งศึกษาพื้นฐานทางเคมีกายภาพของชีวิตเซลล์ ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างโมเลกุลของเยื่อหุ้มเซลล์และออร์แกเนลล์ของเซลล์และหน้าที่ของพวกมัน รูปแบบของการประสานงานของกระบวนการในเซลล์ คุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าของพวกมัน พลังงานและอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการในเซลล์ ชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อน ซึ่งรวมถึงออร์แกเนลล์เดี่ยว สิ่งมีชีวิตทั้งหมด และประชากร ชีวฟิสิกส์ของกระบวนการควบคุมและควบคุม ซึ่งเกี่ยวข้องกับการศึกษาและสร้างแบบจำลองของหลักการควบคุมในระบบชีวภาพ นอกจากนี้ยังมีส่วนของชีวฟิสิกส์: โครงสร้างของไบโอโพลีเมอร์ (โปรตีน, DNA, ลิปิด), ชีวกลศาสตร์, ทัศนศาสตร์ชีวภาพ, ชีวแม่เหล็ก, อุณหพลศาสตร์ทางชีวภาพ ชีวฟิสิกส์ยังรวมถึงสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษากลไกการมีอิทธิพลต่อระบบชีวภาพของปัจจัยทางกายภาพต่างๆ (แสง รังสีไอออไนซ์ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ)

ประวัติความเป็นมาของการแทรกซึมของหลักการของฟิสิกส์และคณิตศาสตร์สู่ชีววิทยา

จุดเริ่มต้นของการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุทางชีววิทยาเกี่ยวข้องกับงานของ G. Galileo และ R. Descartes (ศตวรรษที่ 17) ซึ่งเป็นผู้วางรากฐานของกลศาสตร์ตามหลักการที่พยายามอธิบายบางอย่างในครั้งแรก กระบวนการชีวิต ยกตัวอย่างเช่น เดส์การต เชื่อว่าร่างกายมนุษย์เป็นเหมือนเครื่องจักรที่ซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบเดียวกันกับร่างกายอนินทรีย์ นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี G. Borelli ได้ใช้หลักการของกลศาสตร์ในการอธิบายกลไกการเคลื่อนที่ของสัตว์ ในปี ค.ศ. 1628 ดับเบิลยู. ฮาร์วีย์อธิบายกลไกการไหลเวียนโลหิตโดยอาศัยกฎของไฮโดรลิก ในศตวรรษที่ 18 การค้นพบในสาขาฟิสิกส์และการพัฒนาเครื่องมือทางคณิตศาสตร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจกระบวนการทางเคมีกายภาพที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต การใช้วิธีการทางกายภาพทำให้เกิดการแนะนำวิธีการทดลองและแนวคิดของวิทยาศาสตร์ที่แน่นอนในชีววิทยา L. ออยเลอร์อธิบายการเคลื่อนไหวของเลือดผ่านหลอดเลือดในทางคณิตศาสตร์ เอ็มวี Lomonosov ได้ทำการตัดสินทั่วไปจำนวนหนึ่งเกี่ยวกับธรรมชาติของรสชาติและความรู้สึกทางสายตา หยิบยกหนึ่งในทฤษฎีแรกๆ ของการมองเห็นสี A. Lavoisier และ P. Laplace แสดงให้เห็นถึงความเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันของกฎเคมีสำหรับวัตถุอนินทรีย์และอินทรีย์ โดยกำหนดว่ากระบวนการหายใจคล้ายกับการเผาไหม้ช้าและเป็นแหล่งความร้อนสำหรับสิ่งมีชีวิต การอภิปรายอย่างสร้างสรรค์ระหว่าง A. Voltai และ L. Galvani เกี่ยวกับปัญหาของการค้นพบโดย "ไฟฟ้าที่มีชีวิต" แบบหลัง ทำให้เกิดพื้นฐานของ electrophysiology และมีบทบาทสำคัญในการศึกษาไฟฟ้าโดยทั่วไป

การพัฒนาชีวฟิสิกส์ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20

ในศตวรรษที่ 19 การพัฒนาทางชีววิทยามาพร้อมกับการเพิ่มพูนความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของโครงสร้างและกระบวนการทางชีววิทยา สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งคือการสร้างทฤษฎีอิเล็กโทรไลต์ของการแก้ปัญหาโดย S. Arrhenius ทฤษฎีไอออนิกของปรากฏการณ์ไฟฟ้าชีวภาพโดย V. Nernst ได้รับแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับธรรมชาติและบทบาทของศักยภาพในการดำเนินการในกลไกการเกิดขึ้นและการแพร่กระจายของการกระตุ้นตามเส้นประสาท ( G. Helmholtz, E. Dubois-Reymond, J. Bernstein, เยอรมนี); ความสำคัญของปรากฏการณ์ออสโมติกและไฟฟ้าในชีวิตของเซลล์และเนื้อเยื่อได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนด้วยผลงานของ J. Loeb (USA), W. Nernst และ R. Gerber (เยอรมนี) ทั้งหมดนี้ทำให้ Dubois-Reymond สามารถสรุปได้ว่าไม่พบกองกำลังใหม่ในอนุภาควัตถุของสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถกระทำการภายนอกได้ ตำแหน่งที่เป็นหลักการดังกล่าวได้ยุติการอธิบายกระบวนการชีวิตโดยการกระทำของ "ปัจจัยที่มีชีวิตพิเศษบางอย่างที่ไม่คล้อยตามการวัดทางกายภาพ"

นักวิทยาศาสตร์ในประเทศมีส่วนสำคัญในการพัฒนาชีวฟิสิกส์ พวกเขา. เซเชนอฟศึกษารูปแบบการละลายของก๊าซในเลือด ชีวกลศาสตร์ของการเคลื่อนไหว V.Yu เสนอทฤษฎีตัวเก็บประจุของการกระตุ้นเนื้อเยื่อประสาทตามการเคลื่อนที่ของไอออนที่ไม่เท่ากัน ชาโกเวตส์. เค.เอ. Timiryazev กำหนดกิจกรรมการสังเคราะห์แสงของแต่ละส่วนของสเปกตรัมสุริยะสร้างรูปแบบเชิงปริมาณที่เกี่ยวข้องกับอัตราของกระบวนการสังเคราะห์แสงและการดูดซับแสงโดยคลอโรฟิลล์ในใบที่มีองค์ประกอบสเปกตรัมต่างกัน แนวคิดและวิธีการของฟิสิกส์และเคมีกายภาพถูกนำมาใช้ในการศึกษาการเคลื่อนไหว อวัยวะของการได้ยินและการมองเห็น การสังเคราะห์ด้วยแสง กลไกการสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าในเส้นประสาทและกล้ามเนื้อ ความสำคัญของสภาพแวดล้อมไอออนิกต่อกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์ และเนื้อเยื่อ ในปี ค.ศ. 1905-15. เอ็น.เค. Koltsov ศึกษาบทบาทของปัจจัยทางเคมีกายภาพ (แรงตึงผิว ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน ไอออนบวก) ในชีวิตเซลล์ พีพี Lazarev ให้เครดิตกับการพัฒนาทฤษฎีอิออนของการกระตุ้น (1916) และการศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีแสง เขาสร้างโรงเรียนชีวฟิสิกส์แห่งแรกของสหภาพโซเวียต รวมตัวกันเป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงจำนวนมาก (รวมถึง S.I. Vavilov, S.V. Kravkov, V.V. Shuleikin, S.V. Deryagin และอื่น ๆ ) ในปี ค.ศ. 1919 เขาได้ก่อตั้งสถาบันฟิสิกส์ชีวภาพของคณะกรรมการสุขภาพประชาชนในกรุงมอสโก ซึ่งทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีไอออนของการกระตุ้น การศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแสง การดูดกลืนแสง และสเปกตรัมการเรืองแสง ของวัตถุทางชีวภาพตลอดจนกระบวนการของผลกระทบเบื้องต้นต่อร่างกายของปัจจัยแวดล้อมต่างๆ หนังสือของ V.I. Vernadsky (“Biosphere”, 1926), E.S. บาวเออร์ (“Theoretical Biology”, 1935), D.L. Rubinshtein (“ รากฐานทางเคมีฟิสิกส์ของชีววิทยา”, 1932), N.K. Koltsov (“ การจัดระเบียบเซลล์”, 1936), D.N. Nasonov และ V.Ya. Alexandrova (“ปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตต่ออิทธิพลภายนอก”, 1940) เป็นต้น

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ความก้าวหน้าทางชีวฟิสิกส์มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความก้าวหน้าทางฟิสิกส์และเคมี การพัฒนาและปรับปรุงวิธีการวิจัยและแนวทางทฤษฎี และการใช้คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ ด้วยการพัฒนาทางชีวฟิสิกส์ วิธีการทดลองที่แม่นยำ เช่น สเปกตรัม ไอโซโทป การเลี้ยวเบน และเรดิโอสเปกโตรสโกปีได้แทรกซึมเข้าไปในชีววิทยา การพัฒนาพลังงานปรมาณูในวงกว้างกระตุ้นความสนใจในการวิจัยด้านรังสีชีววิทยาและชีวฟิสิกส์ของการแผ่รังสี

ผลลัพธ์หลักของช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาชีวฟิสิกส์คือข้อสรุปเกี่ยวกับการบังคับใช้พื้นฐานในด้านชีววิทยาของกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ในฐานะวิทยาศาสตร์ธรรมชาติขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ของสสาร หลักการทั่วไปที่สำคัญสำหรับการพัฒนาสาขาวิชาชีววิทยาต่างๆ คือการพิสูจน์กฎการอนุรักษ์พลังงานที่ได้รับในช่วงเวลานี้ (กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์) การอนุมัติหลักการของจลนพลศาสตร์เคมีเป็นพื้นฐานสำหรับพฤติกรรมพลวัต ของระบบชีวภาพ แนวคิดของระบบเปิดและกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ในระบบชีวภาพ และสุดท้าย บทสรุปเกี่ยวกับการไม่มีพลังงานรูปแบบ "ที่มีชีวิต" พิเศษใดๆ ทั้งหมดนี้มีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาทางชีววิทยา ควบคู่ไปกับความสำเร็จของชีวเคมีและความก้าวหน้าในการศึกษาโครงสร้างของพอลิเมอร์ชีวภาพ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดทิศทางที่ทันสมัยในด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพ - ชีววิทยาทางกายภาพและเคมี ซึ่งชีวฟิสิกส์มีความสำคัญ สถานที่.

ทิศทางหลักของการวิจัยและความสำเร็จของชีวฟิสิกส์สมัยใหม่

ในชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ มี 2 ส่วนหลักๆ ที่ประกอบกันเป็นวิชาชีวฟิสิกส์คือ ชีวฟิสิกส์เชิงทฤษฎีแก้ปัญหาทั่วไปของอุณหพลศาสตร์ของระบบชีวภาพ, การจัดระเบียบแบบไดนามิกและการควบคุมกระบวนการทางชีววิทยา, พิจารณาธรรมชาติทางกายภาพของปฏิสัมพันธ์ที่กำหนดโครงสร้าง, เสถียรภาพและการเคลื่อนที่แบบไดนามิกภายในโมเลกุลของโมเลกุลขนาดใหญ่และเชิงซ้อน, กลไกของการเปลี่ยนแปลงพลังงานในตัว; และชีวฟิสิกส์ของกระบวนการทางชีววิทยาจำเพาะ ( ชีวฟิสิกส์ของเซลล์) การวิเคราะห์ดำเนินการบนพื้นฐานของแนวคิดทางทฤษฎีทั่วไป แนวโน้มหลักในการพัฒนาชีวฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับการเจาะเข้าไปในกลไกระดับโมเลกุลที่รองรับปรากฏการณ์ทางชีววิทยาในระดับต่าง ๆ ขององค์กรของสิ่งมีชีวิต

ในขั้นตอนปัจจุบันของการพัฒนาชีวฟิสิกส์ มีการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของส่วนทางทฤษฎีของชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อนและชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล มันอยู่ในพื้นที่เหล่านี้ซึ่งเกี่ยวข้องกับความสม่ำเสมอของพฤติกรรมพลวัตของระบบทางชีววิทยาและกลไกของปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลในโครงสร้างชีวภาพซึ่งได้รับผลลัพธ์ทั่วไปบนพื้นฐานของการที่ชีวฟิสิกส์ได้สร้างฐานทางทฤษฎีของตัวเอง แบบจำลองทางทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นในส่วนต่างๆ เช่น จลนศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ ทฤษฎีการควบคุมระบบชีวภาพ โครงสร้างของพอลิเมอร์ชีวภาพและคุณสมบัติเชิงโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์เป็นพื้นฐานในชีวฟิสิกส์สำหรับการวิเคราะห์กระบวนการทางชีววิทยาจำเพาะ การสร้างแบบจำลองดังกล่าวมีความจำเป็นในการระบุหลักการทั่วไปของปฏิสัมพันธ์ที่มีนัยสำคัญทางชีววิทยาขั้นพื้นฐานในระดับโมเลกุลและเซลล์ เพื่อเปิดเผยธรรมชาติของแบบจำลองดังกล่าวตามกฎหมายของฟิสิกส์และเคมีสมัยใหม่โดยใช้ความก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์ล่าสุดและพัฒนาบนพื้นฐาน ของแนวคิดทั่วไปเบื้องต้นนี้ซึ่งเพียงพอต่อปรากฏการณ์ทางชีววิทยาที่อธิบายไว้

คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดคือ การสร้างแบบจำลองทางชีวฟิสิกส์จำเป็นต้องมีการดัดแปลงแนวคิดของวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเทียบเท่ากับการพัฒนาแนวคิดใหม่ในวิทยาศาสตร์เหล่านี้ซึ่งนำไปใช้กับการวิเคราะห์กระบวนการทางชีววิทยา ระบบชีวภาพเองเป็นแหล่งข้อมูลที่ช่วยกระตุ้นการพัฒนาด้านฟิสิกส์ เคมี และคณิตศาสตร์บางสาขา

ในสาขาชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อน การใช้หลักการของจลนพลศาสตร์เคมีในการวิเคราะห์กระบวนการเมแทบอลิซึมได้เปิดโอกาสกว้างสำหรับการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์โดยใช้สมการเชิงอนุพันธ์สามัญ ในขั้นตอนนี้ ได้ผลลัพธ์ที่สำคัญมากมาย โดยหลักแล้วในด้านการสร้างแบบจำลองกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมี พลวัตของการเติบโตของเซลล์ และขนาดประชากรในระบบนิเวศ ความสำคัญพื้นฐานในการพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการทางชีววิทยาที่ซับซ้อนคือการปฏิเสธแนวคิดของการค้นหาที่จำเป็นของการแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์ที่แน่นอนของสมการที่สอดคล้องกันและการใช้วิธีการเชิงคุณภาพสำหรับการวิเคราะห์สมการเชิงอนุพันธ์ซึ่งทำให้สามารถ เปิดเผยคุณสมบัติไดนามิกทั่วไปของระบบชีวภาพ คุณสมบัติเหล่านี้รวมถึงคุณสมบัติของสถานะนิ่ง จำนวน ความเสถียร ความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนจากโหมดหนึ่งไปยังอีกโหมดหนึ่ง การมีอยู่ของโหมดการสั่นในตัวเอง และความสับสนของโหมดไดนามิก

บนพื้นฐานนี้ แนวคิดได้รับการพัฒนาเกี่ยวกับลำดับชั้นของเวลาและแบบจำลองที่ "น้อยที่สุด" และเพียงพอซึ่งสะท้อนคุณสมบัติหลักของวัตถุได้ค่อนข้างครบถ้วน นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาการวิเคราะห์เชิงพาราเมทริกของพฤติกรรมพลวัตของระบบ รวมถึงการวิเคราะห์แบบจำลองพื้นฐานที่สะท้อนถึงแง่มุมบางประการของการจัดระเบียบตนเองของระบบชีวภาพในเวลาและพื้นที่ นอกจากนี้ การใช้แบบจำลองความน่าจะเป็นซึ่งสะท้อนถึงอิทธิพลของปัจจัยสุ่มต่อกระบวนการที่กำหนดขึ้นเองในระบบทางชีววิทยา กำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ การพึ่งพาการแยกสองทางของพฤติกรรมแบบไดนามิกของระบบกับค่าวิกฤตของพารามิเตอร์สะท้อนให้เห็นถึงการเกิดขึ้นของข้อมูลไดนามิกในระบบซึ่งจะรับรู้เมื่อโหมดการทำงานเปลี่ยนไป

ความสำเร็จของชีวฟิสิกส์ที่มีนัยสำคัญทางชีววิทยาโดยทั่วไป ได้แก่ ความเข้าใจเกี่ยวกับคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตและเซลล์ในฐานะระบบเปิด การกำหนดสูตรตามกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ของเกณฑ์การวิวัฒนาการของระบบเปิดสู่สภาวะที่เสถียร ( I. Prigogine); การเปิดเผยกลไกของกระบวนการสั่นในระดับประชากรปฏิกิริยาของเอนไซม์ ตามทฤษฎีของกระบวนการคลื่นอัตโนมัติในตัวกลางที่ใช้งานอยู่ เงื่อนไขสำหรับลักษณะที่ปรากฏตามธรรมชาติของโครงสร้างแบบกระจายในระบบเปิดที่เป็นเนื้อเดียวกันจะถูกสร้างขึ้น บนพื้นฐานนี้แบบจำลองของกระบวนการของ morphogenesis การก่อตัวของโครงสร้างปกติในระหว่างการเจริญเติบโตของวัฒนธรรมแบคทีเรียการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นเส้นประสาทและการกระตุ้นประสาทในโครงข่ายประสาท สาขาที่กำลังพัฒนาของชีวฟิสิกส์เชิงทฤษฎีคือการศึกษาที่มาและธรรมชาติของข้อมูลทางชีววิทยาและการเชื่อมโยงกับเอนโทรปี สภาวะของความโกลาหล และการก่อตัวของโครงสร้างที่คล้ายกันในตัวเองเศษส่วนในระบบทางชีววิทยาที่ซับซ้อน

โดยทั่วไป การพัฒนาคำอธิบายเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลเป็นปัญหาเร่งด่วนในชีวฟิสิกส์ ซึ่งต้องมีการพัฒนาแนวคิดพื้นฐานเบื้องต้น ดังนั้น ในสาขาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ แนวคิดของศักย์เคมีขึ้นอยู่กับความเข้มข้นรวมของส่วนประกอบใดๆ และที่พูดอย่างเคร่งครัด แนวคิดของเอนโทรปีไม่มีผลบังคับใช้อีกต่อไปสำหรับระบบที่ต่างกันซึ่งอยู่ไกลจากสมดุล ในสารเชิงซ้อนระดับโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ออกฤทธิ์ การเปลี่ยนแปลงภายในโมเลกุลนั้นขึ้นอยู่กับธรรมชาติขององค์กรเป็นหลัก และไม่ขึ้นกับความเข้มข้นรวมของส่วนประกอบแต่ละองค์ประกอบ สิ่งนี้ต้องการการพัฒนาเกณฑ์ใหม่สำหรับความเสถียรและทิศทางของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในระบบที่ไม่สมดุลที่ต่างกัน

ในชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล การศึกษากระบวนการทางชีววิทยาจำเพาะนั้นอิงจากข้อมูลจากการศึกษาคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของพอลิเมอร์ชีวภาพ (โปรตีนและกรดนิวคลีอิก) โครงสร้าง กลไกการประกอบตัวเอง การเคลื่อนย้ายภายในโมเลกุล ฯลฯ สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในชีวฟิสิกส์คือการใช้วิธีการทดลองสมัยใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Radio spectroscopy (NMR, EPR), spectrophotometry, การวิเคราะห์ X-ray diffraction, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบอุโมงค์, กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม, เลเซอร์สเปกโทรสโกปี, วิธีการทางไฟฟ้าแบบต่างๆ รวมถึงการใช้เทคโนโลยีไมโครอิเล็กโทรด ทำให้สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับกลไกของการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุลได้โดยไม่ละเมิดความสมบูรณ์ของวัตถุทางชีววิทยา ปัจจุบันมีการสร้างโครงสร้างของโปรตีนประมาณ 1,000 ชนิด การถอดรหัสโครงสร้างเชิงพื้นที่ของเอ็นไซม์และจุดศูนย์กลางของเอนไซม์ทำให้สามารถเข้าใจธรรมชาติของกลไกระดับโมเลกุลของการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์และวางแผนการสร้างยาใหม่บนพื้นฐานนี้ ความเป็นไปได้ของการสังเคราะห์เป้าหมายของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ รวมถึงยา ยังอิงจากการศึกษาพื้นฐานของความสัมพันธ์ระหว่างการเคลื่อนที่ของโมเลกุลกับกิจกรรมทางชีวภาพของโมเลกุลดังกล่าว

ในด้านทฤษฎีชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลความคิดเกี่ยวกับ ปฏิสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์และโครงสร้าง - EKV(เอ็มวี Wolkenstein) คุณสมบัติสุ่มของโปรตีน ( เกี่ยวกับ. Ptitsyn) สร้างพื้นฐานในการทำความเข้าใจหลักการทำงานของสารชีวโมเลกุล ความจำเพาะของรูปแบบทางชีวภาพซึ่งถูกเปิดเผยอย่างเต็มที่ในระดับสูงสุดของการจัดระบบทางชีววิทยาที่พัฒนาแล้ว อย่างไรก็ตาม ปรากฏให้เห็นแล้วในระดับโมเลกุลที่ต่ำกว่าของสิ่งมีชีวิต การเปลี่ยนแปลงพลังงานและการปรากฏตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในสารเชิงซ้อนนั้นเกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาภายในโมเลกุลของแต่ละส่วนของโมเลกุลขนาดใหญ่ จากสิ่งนี้ แนวคิดเกี่ยวกับความเป็นเอกลักษณ์ของโมเลกุลขนาดใหญ่ในฐานะวัตถุทางกายภาพที่รวมการโต้ตอบในระดับอิสระทางสถิติและทางกลเป็นไปตามหลักเหตุผล เป็นแนวคิดเกี่ยวกับโมเลกุลขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่เป็นโปรตีน เป็นเครื่องจักรโมเลกุลชนิดหนึ่ง ( แอลเอ บลูเมนเฟลด์, ดี.เอส. เชอร์นาฟสกี) ทำให้สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงของพลังงานประเภทต่างๆ อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ภายในโมเลกุลขนาดใหญ่เพียงตัวเดียวได้ ความสมบูรณ์ของวิธีการวิเคราะห์ทางชีวฟิสิกส์และการสร้างแบบจำลองทั่วไปของปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพนั้นสะท้อนให้เห็นในข้อเท็จจริงที่ว่าหลักการ EQI ช่วยให้เราสามารถพิจารณาการทำงานของเครื่องจักรระดับโมเลกุลซึ่งดูเหมือนจะห่างไกลจากกันในบทบาททางชีววิทยาของพวกเขาจากวิทยาศาสตร์ทั่วไปที่เป็นปึกแผ่น ตำแหน่ง - ตัวอย่างเช่นคอมเพล็กซ์โมเลกุลที่เกี่ยวข้องในกระบวนการหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสงและการมองเห็น, คอมเพล็กซ์ของเอนไซม์ - สารตั้งต้นของปฏิกิริยาของเอนไซม์, กลไกระดับโมเลกุลของ ATP synthetase เช่นเดียวกับการถ่ายโอนไอออนผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพ

คุณสมบัติการศึกษาชีวฟิสิกส์ เยื่อหุ้มชีวภาพการจัดระเบียบระดับโมเลกุล การเคลื่อนที่ตามโครงสร้างของโปรตีนและส่วนประกอบไขมัน ความต้านทานต่ออุณหภูมิ ลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน ความสามารถในการซึมผ่านของสารที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์และไอออนต่างๆ โครงสร้างโมเลกุลและกลไกการทำงานของช่องไอออน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์ มีการให้ความสนใจอย่างมากกับกลไกการแปลงพลังงานในโครงสร้างชีวภาพ (ดูศิลปะ พลังงานชีวภาพ) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานของการกระตุ้นทางอิเล็กทรอนิกส์ บทบาทของอนุมูลอิสระในระบบสิ่งมีชีวิตและความสำคัญในผลเสียหายของรังสีไอออไนซ์ ตลอดจนในการพัฒนากระบวนการทางพยาธิวิทยาอื่นๆ จำนวนหนึ่ง ( น.ม. เอ็มมานูเอล, บี.เอ็น. ทารูซอฟ) สาขาชีวฟิสิกส์แขนงหนึ่งที่มีพรมแดนติดกับชีวเคมีคือวิชาเคมี ซึ่งศึกษากลไกของการเปลี่ยนแปลงระหว่างพลังงานเคมีและกลที่เกี่ยวข้องกับการหดตัวของกล้ามเนื้อ การเคลื่อนไหวของตาและแฟลเจลลา การเคลื่อนไหวของออร์แกเนลล์และโปรโตพลาสซึมในเซลล์ สถานที่สำคัญถูกครอบครองโดยชีวฟิสิกส์ "ควอนตัม" ซึ่งศึกษากระบวนการหลักของปฏิสัมพันธ์ของโครงสร้างทางชีววิทยากับควอนตัมแสง (การสังเคราะห์ด้วยแสงการมองเห็นผลกระทบต่อผิวหนัง ฯลฯ ) กลไกของการเรืองแสงและปฏิกิริยา phototropic การกระทำของรังสีอัลตราไวโอเลต และแสงที่มองเห็นได้ ( เอฟเฟกต์ไดนามิก) บนวัตถุชีวภาพ ย้อนกลับไปในยุค 40 20 นิ้ว . หนึ่ง. Tereninเปิดเผยบทบาทของสถานะแฝดในเคมีแสงและกระบวนการทางแสงชีวภาพจำนวนหนึ่ง เอเอ Krasnovskyแสดงให้เห็นความสามารถของคลอโรฟิลล์ที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงเพื่อผ่านการเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์ ซึ่งรองรับกระบวนการหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสง วิธีการสมัยใหม่ของเลเซอร์สเปกโตรสโคปีให้ข้อมูลโดยตรงเกี่ยวกับจลนศาสตร์ของการเปลี่ยนภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เหนี่ยวนำด้วยแสงที่สอดคล้องกัน การสั่นสะเทือนของกลุ่มอะตอมในช่วง 50-100 เฟมโตวินาทีถึง 10 -12 -10 -6 วินาทีและอื่น ๆ

แนวคิดและวิธีการทางชีวฟิสิกส์ไม่เพียงแต่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษากระบวนการทางชีววิทยาในระดับโมเลกุลและระดับเซลล์เท่านั้น แต่ยังแพร่กระจายไปยังระดับประชากรและระบบนิเวศของธรรมชาติที่มีชีวิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

ความก้าวหน้าทางชีวฟิสิกส์ส่วนใหญ่จะใช้ในทางการแพทย์และนิเวศวิทยา ชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์เกี่ยวข้องกับการระบุตัวตนในร่างกาย (เซลล์) ที่ระดับโมเลกุลของระยะเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยา การวินิจฉัยโรคในระยะแรกขึ้นอยู่กับการลงทะเบียนของการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัม การเรืองแสง การนำไฟฟ้าของตัวอย่างเลือดและเนื้อเยื่อที่มากับโรค (ตัวอย่างเช่น ระดับของเคมีลูมิเนสเซนส์สามารถใช้ตัดสินธรรมชาติของลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน) วิเคราะห์กลไกระดับโมเลกุลของการกระทำของปัจจัยที่ไม่มีชีวิต (อุณหภูมิ แสง สนามแม่เหล็กไฟฟ้า มลภาวะต่อมนุษย์ ฯลฯ) เกี่ยวกับโครงสร้างทางชีววิทยา ความมีชีวิต และความเสถียรของสิ่งมีชีวิต งานที่สำคัญที่สุดของชีวฟิสิกส์ของระบบนิเวศคือการพัฒนาวิธีการด่วนเพื่อประเมินสถานะของระบบนิเวศ ในพื้นที่นี้ งานที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งคือการประเมินความเป็นพิษของวัสดุใหม่ที่เป็นพื้นฐาน - วัสดุนาโนตลอดจนกลไกของการมีปฏิสัมพันธ์กับระบบทางชีววิทยา

ในรัสเซีย การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ดำเนินการในสถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยหลายแห่ง หนึ่งในสถานที่ชั้นนำเป็นของศูนย์วิทยาศาสตร์ในพุชชิโนซึ่งในปี 2505 สถาบันฟิสิกส์ชีวภาพของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียตได้จัดตั้งขึ้นซึ่งต่อมาแบ่งออกเป็น สถาบันเซลล์ชีวฟิสิกส์ RAS(ผู้อำนวยการ - สมาชิกที่สอดคล้องกันของ Russian Academy of Sciences E.E. Fesenko) และ สถาบันชีวฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและทดลอง RAS(กรรมการ - สมาชิกที่สอดคล้องกันของ RAS จีอาร์ Ivanitsky. ชีวฟิสิกส์กำลังพัฒนาอย่างแข็งขันใน สถาบันชีวฟิสิกส์ของกระทรวงสาธารณสุขของสหพันธรัฐรัสเซีย, สถาบันอณูชีววิทยา RASและ สถาบันโปรตีน RAS, สถาบันชีวฟิสิกส์ SB RAS(ผู้อำนวยการ - สมาชิกที่สอดคล้องกันของ Russian Academy of Sciences Degermedzhi A.G. ) ที่มหาวิทยาลัยมอสโก เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กและโวโรเนซ, ใน, ใน, ฯลฯ

การพัฒนาการศึกษาชีวฟิสิกส์ในรัสเซีย

ควบคู่ไปกับการพัฒนางานวิจัย การสร้างฐานสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านการฝึกอบรมด้านชีวฟิสิกส์กำลังดำเนินไป ครั้งแรกในภาควิชาชีวฟิสิกส์ของสหภาพโซเวียตที่คณะชีววิทยาและดินศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก จัดขึ้นในปี 1953 (B.N. Tarusov) และในปี 1959 ภาควิชาชีวฟิสิกส์ได้เปิดขึ้นที่คณะฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก (L.A. Blumenfeld) แผนกทั้งสองนี้ไม่ได้เป็นเพียงศูนย์การศึกษาที่ฝึกอบรมนักชีวฟิสิกส์ที่มีคุณสมบัติเท่านั้น แต่ยังเป็นศูนย์วิจัยที่สำคัญด้วย จากนั้นจึงจัดตั้งแผนกชีวฟิสิกส์ในมหาวิทยาลัยอื่นๆ ในประเทศ รวมทั้ง มหาวิทยาลัยแห่งรัฐ "สถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีมอสโก", ใน มหาวิทยาลัยวิจัยนิวเคลียร์แห่งชาติ "สพป.."เช่นเดียวกับมหาวิทยาลัยแพทย์ชั้นนำ หลักสูตรชีวฟิสิกส์สอนในมหาวิทยาลัยทุกแห่งของประเทศ การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ดำเนินการในสถาบันและมหาวิทยาลัยในหลายประเทศทั่วโลก การประชุมระหว่างประเทศเกี่ยวกับชีวฟิสิกส์จะจัดขึ้นเป็นประจำทุกๆ 3 ปี สมาคมนักชีวฟิสิกส์มีอยู่ในสหรัฐอเมริกา บริเตนใหญ่ และอีกหลายประเทศ ในรัสเซีย สภาวิทยาศาสตร์ชีวฟิสิกส์ที่ Russian Academy of Sciences ประสานงานทางวิทยาศาสตร์และดำเนินความสัมพันธ์ระหว่างประเทศ ส่วนชีวฟิสิกส์สามารถดูได้ที่ สมาคมนักธรรมชาติวิทยาแห่งมอสโก

ในบรรดาวารสารที่ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับชีวฟิสิกส์ ได้แก่ "Biophysics" (M. , 1956 -); "อณูชีววิทยา" (M. , 1967 -); "รังสีชีววิทยา" (M. , 1961 - ปัจจุบัน "ชีววิทยาการแผ่รังสีรังสีวิทยา"); "เยื่อหุ้มชีวภาพ" (ม., 19 -) "ความก้าวหน้าทางฟิสิกส์ชีวภาพและการแพทย์" (N.Y. , 1948 -); "Biochimica et Biophysica Acta" (นิวยอร์ก - Amst., 1947 -); "วารสารชีวฟิสิกส์" (N.Y. , I960 -); "แถลงการณ์ทางชีวฟิสิกส์ทางคณิตศาสตร์" (Chi, 1939 -); "Journal of Cell Biology" (N.Y. , 1962 -. ในปี 1955 - 1961 "Journal of Biophysical and Biochemical Cytology"); "วารสารอณูชีววิทยา" (N.Y. - L. , 1959 -); "Journal of Ultrastructure Research" (N.Y. - L. , 2500 -) "ความก้าวหน้าทางชีวฟิสิกส์และเคมีชีวฟิสิกส์" (L., 1950 -); วารสารชีวฟิสิกส์แห่งยุโรป (); วารสารชีววิทยาเชิงทฤษฎี (1961).

การอ่านที่แนะนำ

บลูเมนเฟลด์ แอล.เอ. ปัญหาของฟิสิกส์ชีวภาพ ม., 1977

Volkenstein M.V.ชีวฟิสิกส์ ม., 1981

เอ็ม. แจ็คสัน. ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลและเซลล์ ม., มีร์. 2552

Nicolis G., Prigogine I. การจัดระเบียบตนเองในโครงสร้างที่ไม่สมดุล ต่อ. จากอังกฤษ. ม., 1979;

รูบิน เอบีชีวฟิสิกส์ ต.ไอ.ม., 2547. ต. 2. ม., 2547 (พิมพ์ครั้งที่ 3)

A.V. , Ptitsyn O.B. ฟิสิกส์ของโปรตีน ม., 2545.

หน่วยงานของรัฐบาลกลางเพื่อการศึกษา

สถาบันการศึกษาของรัฐ

อาชีวศึกษาที่สูงขึ้น

"มหาวิทยาลัยครุศาสตร์รัฐอีร์คุตสค์"

ภาควิชาฟิสิกส์

คณะคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ และ

สารสนเทศ

พิเศษ "540200 - ทางกายภาพ

วิชาคณิตศาสตร์"

โปรไฟล์ฟิสิกส์

คุณสมบัติ ปริญญาตรี พลศึกษาและคณิตศาสตร์

รูปแบบการโต้ตอบของการศึกษา

หลักสูตรการทำงาน

ชีวฟิสิกส์ที่บทเรียนฟิสิกส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7-9

เสร็จสมบูรณ์โดย: Rudykh Tatyana Valerievna

ที่ปรึกษาวิทยาศาสตร์: ผู้สมัคร

ในสาขาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ Lyubushkina Lyudmila Mikhailovna

วันที่คุ้มครอง ______________________

เครื่องหมาย _________________________

อีร์คุตสค์ 2009

บทนำ 3

บทฉัน . การก่อตัวของชีวฟิสิกส์

1.1. การมีส่วนร่วมของนักวิทยาศาสตร์ในการพัฒนาชีวฟิสิกส์5

1.2. ผู้ก่อตั้งชีวฟิสิกส์10

1.3. การสร้างทฤษฎีควอนตัม11

1.4. ชีวฟิสิกส์ประยุกต์ 14

1.5. การเปลี่ยนแปลงทางชีวฟิสิกส์ 16

1.6. ชีวฟิสิกส์เป็นชีววิทยาเชิงทฤษฎี 18

1.7. การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ในวิชาฟิสิกส์ 21

1.8. การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ทางชีววิทยา 23

บทII. ชีวฟิสิกส์ในบทเรียนฟิสิกส์

2.1. องค์ประกอบของชีวฟิสิกส์ในบทเรียนฟิสิกส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7-9 24

2.2. การประยุกต์ใช้ชีวฟิสิกส์ในบทเรียนที่โรงเรียนขั้นพื้นฐาน 25

2.3. การแข่งขันสายฟ้าแลบ "ฟิสิกส์ในสัตว์ป่า" 33

บทสรุป 35

ข้อมูลอ้างอิง 36

บทนำ

ความเกี่ยวข้องของการวิจัย:

โลกทัศน์เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของโครงสร้างบุคลิกภาพ ประกอบด้วยระบบมุมมองทั่วไปเกี่ยวกับโลก เกี่ยวกับสถานที่ของบุคคลในนั้น ตลอดจนระบบมุมมอง ความเชื่อ อุดมคติ หลักการที่สอดคล้องกับโลกทัศน์บางอย่าง กระบวนการสร้างโลกทัศน์เกิดขึ้นอย่างเข้มข้นในวัยเรียน ในโรงเรียนขั้นพื้นฐาน (ป.7-9) แล้ว นักเรียนควรตระหนักว่าการศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพและกฎหมายจะช่วยให้พวกเขาเข้าใจโลกรอบตัว

อย่างไรก็ตาม หนังสือเรียนฟิสิกส์ใหม่ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโรงเรียนพื้นฐานและโรงเรียนเฉพาะทางระดับสูง ไม่ได้มีส่วนทำให้เกิดการรับรู้แบบองค์รวมของเนื้อหาที่กำลังศึกษา ความสนใจของเด็กในเรื่องนั้นค่อยๆ หายไป ดังนั้นงานสำคัญของโรงเรียนมัธยมศึกษาคือการสร้างภาพทั่วไปของโลกในจิตใจของนักเรียนด้วยความสามัคคีและความหลากหลายของคุณสมบัติของธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตและสิ่งมีชีวิต ความสมบูรณ์ของภาพของโลกเกิดขึ้นพร้อมกับเทคนิคอื่นๆ และการเชื่อมโยงแบบสหวิทยาการ

หัวข้อใด ๆ ของหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนรวมถึงองค์ประกอบของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของโลกทัศน์และการดูดซึมโดยเด็กนักเรียนของแนวคิดพื้นฐานของวินัยที่กำลังศึกษา เนื่องจากเนื้อหาของสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติในมาตรฐานและโปรแกรมการศึกษาไม่ได้มีโครงสร้างที่เข้มงวด บ่อยครั้งความรู้ของเด็กนักเรียนจึงไม่ได้รับการจัดระบบและเป็นทางการ

ปัญหาการวิจัยประกอบด้วยความต้องการในการสร้างการรับรู้แบบองค์รวมของภาพทางกายภาพของโลกและการขาดการจัดระบบที่เหมาะสมและลักษณะทั่วไปของสื่อการศึกษาของวินัยการสอนฟิสิกส์

วัตถุประสงค์ของการศึกษา:เพื่อติดตามการรวมตัวของสองวิชาของวัฏจักรวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ - ฟิสิกส์และชีววิทยา

วัตถุประสงค์ของการศึกษา:ชีวฟิสิกส์และความสัมพันธ์กับวิชาอื่นๆ

หัวข้อการศึกษา: ชีวฟิสิกส์ที่บทเรียนฟิสิกส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7-9โรงเรียนหลัก

การบรรลุเป้าหมายที่ตั้งไว้นั้นจำเป็นต้องแก้ไขจำนวน งานเฉพาะ:

เพื่อศึกษาและวิเคราะห์วรรณกรรมทางการศึกษาและระเบียบวิธีในหัวข้อวิจัย

วิเคราะห์ปรากฏการณ์ทางชีวฟิสิกส์ต่างๆ

คัดเลือกงานทดลอง งานประเภทต่างๆ การแก้ปัญหาต้องใช้ความรู้ทั้งฟิสิกส์และชีววิทยา

ความสำคัญเชิงปฏิบัติของการศึกษา:ผลงานสามารถแนะนำการใช้งานได้จริง ครูสอนฟิสิกส์ในสถานศึกษาทุกแห่ง.

ตรรกะของการศึกษากำหนดโครงสร้างของงาน ประกอบด้วย บทนำ สองบท บทสรุป รายการอ้างอิง บทแรกทุ่มเทให้กับการวิเคราะห์วรรณกรรมเพื่อการศึกษาในหัวข้อ "ชีวฟิสิกส์และความสัมพันธ์กับวิชาอื่น ๆ " ส่วนที่สองตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์และชีววิทยาในตัวอย่างของงานเฉพาะ

สรุปผลการศึกษาและให้คำแนะนำในการปรับปรุงการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ทางชีวฟิสิกส์ในการศึกษาหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน

บท ฉัน. การก่อตัวของชีวฟิสิกส์

1.1. การมีส่วนร่วมของนักวิทยาศาสตร์ในการพัฒนาชีวฟิสิกส์

ชีวฟิสิกส์- สาขาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับหลักการทางกายภาพและเคมีฟิสิกส์ขององค์กรและการทำงานของระบบชีวภาพในทุกระดับ (ตั้งแต่โมเลกุลย่อยไปจนถึงชีวทรงกลม) รวมถึงคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ ชีวฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับกลไกและคุณสมบัติของระบบสิ่งมีชีวิตโดยพื้นฐาน การดำรงชีวิตเป็นระบบเปิดที่สามารถบำรุงรักษาตนเองและสืบพันธุ์ได้ด้วยตนเอง

ในฐานะที่เป็นสหสาขาวิชาชีพ ชีวฟิสิกส์ก่อตั้งขึ้นในศตวรรษที่ 20 แต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ย้อนไปมากกว่าหนึ่งศตวรรษ เช่นเดียวกับวิทยาศาสตร์ที่นำไปสู่การเกิดขึ้น (ฟิสิกส์ ชีววิทยา การแพทย์ เคมี คณิตศาสตร์) ชีวฟิสิกส์ได้รับการเปลี่ยนแปลงหลายครั้งในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าฟิสิกส์ ชีววิทยา เคมีและการแพทย์เป็นศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด แต่เราเคยชินกับความจริงที่ว่ามีการศึกษาแยกกันและเป็นอิสระ โดยพื้นฐานแล้วการศึกษาวิทยาศาสตร์เหล่านี้แยกจากกันโดยอิสระนั้นผิด นักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสามารถถามธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตได้เพียงสองคำถามเท่านั้น: "อะไรนะ" แล้วยังไง?". "อะไร" เป็นเรื่องของการวิจัย "อย่างไร" - วิธีการจัดเรียงหัวข้อนี้ วิวัฒนาการทางชีวภาพได้นำสัตว์ป่าไปสู่ความได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร ดังนั้น นักชีววิทยา แพทย์ นักมานุษยวิทยาสามารถถามคำถามที่สามได้: "ทำไม" หรือ “เพื่ออะไร” ถาม "ทำไมต้องพระจันทร์" อาจจะเป็นกวี แต่ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์

นักวิทยาศาสตร์รู้วิธีถามคำถามที่ถูกต้องกับธรรมชาติ พวกเขามีส่วนสนับสนุนอันล้ำค่าในการพัฒนาฟิสิกส์ ชีววิทยา เคมีและการแพทย์ ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์ที่ประกอบกับคณิตศาสตร์ขึ้นเป็นชีวฟิสิกส์

ตั้งแต่สมัย อริสโตเติล (384 - 322 ปีก่อนคริสตกาล)ฟิสิกส์รวมถึงข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตและสิ่งมีชีวิต (จากภาษากรีก "Physis" - "Nature") ขั้นตอนของธรรมชาติในมุมมองของเขา: โลกอนินทรีย์ พืช สัตว์ มนุษย์ คุณสมบัติหลักของสสารมีสองคู่คือ "อุ่น - เย็น", "แห้ง - เปียก" ธาตุพื้นฐาน คือ ดิน อากาศ น้ำ ไฟ องค์ประกอบที่สูงที่สุดและสมบูรณ์แบบที่สุดคืออีเธอร์ องค์ประกอบเองเป็นการผสมผสานของคุณสมบัติหลักต่างๆ: การรวมกันของความเย็นและแห้งสอดคล้องกับโลก, น้ำเย็นถึงเปียก - น้ำ, อุ่นถึงเปียก - อากาศ, อุ่นถึงแห้ง - ไฟ แนวคิดของอีเธอร์ในเวลาต่อมาเป็นพื้นฐานสำหรับทฤษฎีทางกายภาพและทางชีววิทยามากมาย ในแง่สมัยใหม่ ความคิดของอริสโตเติลอยู่บนพื้นฐานของการไม่เติมแต่งของปัจจัยทางธรรมชาติ (การทำงานร่วมกัน) และลำดับชั้นของระบบธรรมชาติ

ในฐานะที่เป็นวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่แน่นอน เป็นวิทยาศาสตร์ในแนวคิดสมัยใหม่ ฟิสิกส์มีต้นกำเนิดมาจาก กาลิเลโอ กาลิเลอี (1564 - 1642)ซึ่งเริ่มแรกเรียนแพทย์ที่มหาวิทยาลัยปิซาและต่อมาเริ่มสนใจในเรขาคณิต กลศาสตร์และดาราศาสตร์ งานเขียน อาร์คิมิดีส (ค. 287 - 212 ปีก่อนคริสตกาล) และยุคลิด (ศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสตกาล).

มหาวิทยาลัยให้โอกาสพิเศษในการสัมผัสกับความเชื่อมโยงทางโลกของวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฟิสิกส์ การแพทย์ และชีววิทยา ดังนั้นในศตวรรษที่ 16-18 ทิศทางของยาที่เรียกว่า "ไออาฟิสิกส์" หรือ "ไออาโทรเมคานิกส์" (จากภาษากรีก "iatros" - "หมอ") แพทย์พยายามอธิบายปรากฏการณ์ทั้งหมดในร่างกายมนุษย์และสัตว์ที่แข็งแรงและเป็นโรคตามกฎของฟิสิกส์หรือเคมี จากนั้นและในเวลาต่อมาความสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์กับการแพทย์นักฟิสิกส์และนักชีววิทยาก็ใกล้เคียงที่สุดหลังจาก iaphysics iatrochemistry ปรากฏขึ้น การแบ่งสาขาวิทยาศาสตร์ของ "สิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต" เกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว การมีส่วนร่วมของฟิสิกส์ด้วยวิธีการเชิงทฤษฎี การทดลอง และระเบียบวิธีที่มีประสิทธิภาพและได้รับการพัฒนาอย่างล้ำลึกในการแก้ปัญหาพื้นฐานของชีววิทยาและการแพทย์นั้นไม่อาจปฏิเสธได้ อย่างไรก็ตาม ควรตระหนักว่าในแง่ประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์ ถือเป็นหนี้ก้อนใหญ่สำหรับแพทย์ เป็นคนที่มีการศึกษามากที่สุดในยุคนั้น และมีส่วนสำคัญในการสร้างรากฐานของฟิสิกส์คลาสสิกที่ประเมินค่ามิได้ แน่นอน เรากำลังพูดถึงฟิสิกส์คลาสสิก

ในบรรดาวิชาที่เก่าแก่ที่สุดของการวิจัยทางชีวฟิสิกส์ แม้แวบแรกอาจดูแปลก แต่ควรกล่าวถึงการเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิต เนื่องจากการปล่อยแสงโดยสิ่งมีชีวิตเป็นที่สนใจของนักปรัชญาธรรมชาติมาช้านานแล้ว เป็นครั้งแรกที่อริสโตเติลดึงความสนใจไปที่ผลกระทบนี้กับลูกศิษย์ของเขาอเล็กซานเดอร์มหาราช ซึ่งเขาได้แสดงแสงเรืองรองของพื้นและเห็นเหตุผลของสิ่งนี้ในการเรืองแสงของสิ่งมีชีวิตในทะเล การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรกของ "สัตว์" เรืองแสงถูกสร้างขึ้นโดย อาธานาซิส เคียร์เชอร์ (1601 - 1680), นักบวชชาวเยอรมัน, นักสารานุกรม, ที่รู้จักกันในนามนักภูมิศาสตร์, นักดาราศาสตร์, นักคณิตศาสตร์, นักภาษาศาสตร์, นักดนตรีและแพทย์, ผู้สร้างคอลเลกชันและพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ธรรมชาติชุดแรก, หนังสือสองบทของเขา "ศิลปะแห่งแสงและเงาอันยิ่งใหญ่" ("Ars แม็กนา ลูซิส et อัมเบร ») เขาอุทิศตนเพื่อการเรืองแสง

โดยธรรมชาติของความสนใจทางวิทยาศาสตร์ของเขา นักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสามารถนำมาประกอบกับนักชีวฟิสิกส์ได้ ไอแซก นิวตัน (1643 - 1727)ผู้ที่มีความสนใจในปัญหาความเชื่อมโยงระหว่างกระบวนการทางกายภาพและทางสรีรวิทยาในสิ่งมีชีวิต และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ได้จัดการกับปัญหาการมองเห็นสี เมื่อเสร็จสิ้น Principia ของเขาในปี 1687 นิวตันเขียนว่า: “ตอนนี้เราควรเพิ่มบางอย่างเกี่ยวกับอีเธอร์บางมากที่แทรกซึมเข้าไปในวัตถุที่เป็นของแข็งทั้งหมดและบรรจุอยู่ในนั้นด้วยแรงและการกระทำที่อนุภาคของร่างกายในระยะทางที่น้อยมากจะถูกดึงดูดซึ่งกันและกันและเมื่อ พวกมันสัมผัสกันเหนียวแน่น ไฟฟ้ากระทำในระยะทางไกล ทั้งขับไล่และดึงดูดวัตถุใกล้ตัว แสงถูกปล่อยออกมา สะท้อน หักเห เบี่ยงเบน และทำให้ร่างกายร้อนขึ้น ทุกความรู้สึกตื่นเต้นบังคับแขนขาของสัตว์ให้เคลื่อนที่ตามความประสงค์ ส่งผ่านการสั่นสะเทือนของอีเทอร์นี้จากอวัยวะรับความรู้สึกภายนอกไปยังสมองและจากสมองไปยังกล้ามเนื้อ

หนึ่งในผู้ก่อตั้งเคมีสมัยใหม่ภาษาฝรั่งเศส อองตวน โลรองต์ ลาวัวซิเยร์ (1743 - 1794) พร้อมด้วยนักดาราศาสตร์ นักคณิตศาสตร์ และนักฟิสิกส์ร่วมชาติ ปิแอร์ ไซมอน ลาปลาซ (1749 - 1827)เกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณความร้อน ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของชีวฟิสิกส์ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าเทอร์โมไดนามิกส์ทางชีวฟิสิกส์ Lavoisier ใช้วิธีเชิงปริมาณที่เกี่ยวข้องกับเทอร์โมเคมีกระบวนการออกซิเดชัน Lavoisier และ Laplace ยืนยันความคิดของพวกเขาว่าไม่มีเคมีสองอย่าง - "สิ่งมีชีวิต" และ "ไม่มีชีวิต" สำหรับวัตถุอนินทรีย์และอินทรีย์

ในบรรดาบรรพบุรุษผู้ยิ่งใหญ่ของเราซึ่งเป็นผู้วางรากฐานของชีวฟิสิกส์ควรมาจากนักกายวิภาคศาสตร์ชาวอิตาลี ลุยจิ กัลวานี(1737 - 1798) และฟิสิกส์ อเลสซานโดร โวลตา(1745 - 1827) ผู้สร้างหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้า กัลวานีกำลังทดลองกับเครื่องจักรไฟฟ้า และเพื่อนคนหนึ่งของเขาบังเอิญไปแตะต้นขาของกบด้วยมีด ซึ่งจะใช้ทำซุป เมื่อกล้ามเนื้อขาของกบหดตัวกะทันหัน ภรรยาของกัลวานีสังเกตเห็นว่าเครื่องไฟฟ้ากระพริบและสงสัยว่า "เหตุการณ์เหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันหรือไม่" แม้ว่าความคิดเห็นของ Galvani เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้จะแตกต่างกันในรายละเอียดจากประเด็นต่อไปนี้ แต่ก็เป็นที่แน่ชัดว่ามีการทดลองซ้ำและตรวจสอบแล้ว , ซึ่งระบุว่าขาทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจวัดความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าภายนอกเท่านั้น ผู้สนับสนุนของกัลวานีทำการทดลองโดยที่ไม่มีแรงไฟฟ้าจากภายนอกเข้ามาเกี่ยวข้อง ซึ่งพิสูจน์ได้ว่ากระแสที่เกิดจากสัตว์ดังกล่าวอาจทำให้กล้ามเนื้อหดตัวได้ แต่ก็เป็นไปได้เช่นกันที่การหดตัวเกิดจากการสัมผัสกับโลหะ โวลตาได้ทำการวิจัยที่เกี่ยวข้องกัน และนำไปสู่การค้นพบแบตเตอรี่ไฟฟ้าของเขา ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากที่การวิจัยของกัลวานีจะหลีกเลี่ยง เป็นผลให้การศึกษาศักย์ไฟฟ้าในสัตว์หายไปจากความสนใจทางวิทยาศาสตร์จนถึงปี พ.ศ. 2370 เนื่องจากเป็นเวลาหลายปีที่ขาของกบเป็นตัวตรวจจับความต่างศักย์ที่ละเอียดอ่อนที่สุด ความเข้าใจขั้นสุดท้ายว่ากระแสน้ำสามารถสร้างขึ้นโดยเนื้อเยื่อที่มีชีวิตไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่ง กัลวาโนมิเตอร์ไวพอที่จะวัดกระแสที่เกิดขึ้นในกล้ามเนื้อและความแตกต่างเล็กน้อยของศักยภาพในเยื่อหุ้มเส้นประสาท

ในการเชื่อมต่อกับผลงานของ Galvani เกี่ยวกับ "ไฟฟ้าจากสัตว์" เราจำชื่อแพทย์ชาวออสเตรีย - นักสรีรวิทยาไม่ได้ ฟรีดริช แอนตัน เมสเมอร์(1733-1815) ผู้พัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับการรักษา "แม่เหล็กดึงดูดสัตว์" ซึ่งตามข้อสันนิษฐานของเขาเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนสถานะของร่างกายรักษาโรค ควรสังเกตว่าแม้ตอนนี้ผลกระทบของการกระทำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าต่อระบบสิ่งมีชีวิตยังคงเป็นปริศนาต่อวิทยาศาสตร์พื้นฐานเป็นส่วนใหญ่ ปัญหายังคงอยู่และแน่นอนว่าความสนใจของนักฟิสิกส์สมัยใหม่ในการศึกษาอิทธิพลของปัจจัยทางกายภาพภายนอกที่มีต่อระบบทางชีววิทยาไม่จางหายไป

อย่างไรก็ตาม ก่อนที่ชีววิทยาและฟิสิกส์จะมีเวลาแยกจากกัน หนังสือที่มีชื่อเสียงเรื่อง "Grammar of Science" ก็ถูกจัดพิมพ์โดยนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ คาร์ล เพียร์สัน (1857 - 1935) ที่พระองค์ประทานให้ หนึ่งในคำจำกัดความแรกของชีวฟิสิกส์ (ในปี พ.ศ. 2435): "เราไม่สามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่าชีวิตคือกลไก จนกว่าเราจะสามารถระบุได้อย่างแม่นยำมากขึ้นว่าเราหมายถึงอะไรโดยคำว่า "กลไก" ที่ใช้กับวัตถุอินทรีย์ ตอนนี้ ดูเหมือนว่าบางภาพรวมของฟิสิกส์ ... อธิบาย ... ส่วนหนึ่งของประสบการณ์ทางประสาทสัมผัสของเราเกี่ยวกับรูปแบบชีวิต เราต้องการ ... สาขาวิทยาศาสตร์ที่มีหน้าที่ในการประยุกต์ใช้กฎของปรากฏการณ์อนินทรีย์ ฟิสิกส์ กับการพัฒนารูปแบบอินทรีย์ ... ข้อเท็จจริงของชีววิทยา - สัณฐานวิทยา คัพภวิทยา และสรีรวิทยา - เป็นกรณีพิเศษของการประยุกต์ใช้กฎทางกายภาพทั่วไป ... จะดีกว่าถ้าเรียกว่าชีวฟิสิกส์”

1.2. ผู้ก่อตั้งชีวฟิสิกส์

ควรพิจารณาผู้ก่อตั้งชีวฟิสิกส์สมัยใหม่แฮร์มันน์ แอล. เฟอร์ดินานด์ ฟอน เฮล์มโฮลทซ์ (1821-1894) ซึ่งกลายเป็นนักฟิสิกส์ดีเด่นคนหนึ่งฉัน กฎของอุณหพลศาสตร์ ในขณะที่ยังเป็นศัลยแพทย์ทหารหนุ่ม เขาแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงการเผาผลาญในกล้ามเนื้อมีความเกี่ยวข้องอย่างเคร่งครัดกับงานกลไกที่พวกเขาทำและการสร้างความร้อน ในช่วงวัยผู้ใหญ่ของเขา เขาจัดการกับปัญหามากมายเกี่ยวกับไฟฟ้าไดนามิก ในปี ค.ศ. 1858 เขาได้วางรากฐานสำหรับทฤษฎีการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนของของเหลว นอกจากนี้เขายังทำการทดลองที่ยอดเยี่ยมในด้านชีวฟิสิกส์ของแรงกระตุ้นเส้นประสาท, ชีวฟิสิกส์ของการมองเห็น, ชีวอะคูสติก, พัฒนาแนวคิดของจุงเกี่ยวกับตัวรับภาพสามประเภท, การคายประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้ามีลักษณะการสั่น ความสนใจในกระบวนการสั่นในระบบเสียง ของเหลว ระบบแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษากระบวนการคลื่นของการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นเส้นประสาท Helmholtz เป็นผู้เริ่มศึกษาปัญหาของสื่อที่ใช้งานเป็นครั้งแรกโดยวัดด้วยความแม่นยำสูงในความเร็วของการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นเส้นประสาทในซอนซึ่งจากมุมมองสมัยใหม่เป็นสื่อแบบมิติเดียวที่ใช้งานอยู่ ในปี 1868 Helmholtz ได้รับเลือกเป็นสมาชิกกิตติมศักดิ์ของ St. Petersburg Academy of Sciences

ชะตากรรมของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย นักสรีรวิทยา และนักชีวฟิสิกส์ของรัสเซียเชื่อมโยงกันอย่างน่าอัศจรรย์ Ivan Mikhailovich Sechenov(1829 - 1905) และเฮล์มโฮลทซ์ หลังจากสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยมอสโกในปี พ.ศ. 2399 ถึง พ.ศ. 2403 เขาศึกษาและทำงานร่วมกับเฮล์มโฮลทซ์ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2414 ถึง พ.ศ. 2419 Sechenov ทำงานที่มหาวิทยาลัย Novorossiysk ในโอเดสซาจากนั้นที่มหาวิทยาลัยเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กและมอสโกศึกษาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในเนื้อเยื่อประสาทและกลไกการขนส่งก๊าซในเลือด

1.3. การสร้างทฤษฎีควอนตัม

อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาของฟิสิกส์คลาสสิกของศตวรรษที่ 17-19 สิ้นสุดลงเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ด้วยการปฏิวัติครั้งใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์ - การสร้างทฤษฎีควอนตัม สิ่งนี้และสาขาฟิสิกส์ใหม่ ๆ อีกจำนวนหนึ่งทำให้แตกต่างจากวงกลมของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ในขั้นตอนนี้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์และการแพทย์ได้เปลี่ยนลักษณะของมันอย่างมีนัยสำคัญ: วิธีการวินิจฉัยทางการแพทย์ การบำบัด เภสัชวิทยา ฯลฯ ที่ทันสมัยในทางปฏิบัติทั้งหมดเริ่มขึ้นอยู่กับวิธีการและวิธีการทางกายภาพ สิ่งนี้ไม่ได้ลดบทบาทที่โดดเด่นของชีวเคมีในการพัฒนายา . ดังนั้น เราควรพูดถึงนักวิทยาศาสตร์ดีเด่นที่มีชื่อเกี่ยวข้องกับการรวมกันของวิทยาศาสตร์และการก่อตัวของชีวฟิสิกส์ เรากำลังพูดถึงนักฟิสิกส์ที่เข้าสู่ประวัติศาสตร์ของชีววิทยาและการแพทย์ เกี่ยวกับแพทย์ที่มีคุณูปการสำคัญในฟิสิกส์ แม้ว่าจะดูเหมือนยากสำหรับนักฟิสิกส์ที่จะเข้าสู่ปัญหาเฉพาะของการแพทย์ ที่แทรกซึมลึกเข้าไปในแนวคิด ความรู้ และแนวทางของเคมี , ชีวเคมี, อณูชีววิทยา และอื่นๆ ในขณะเดียวกัน แพทย์ยังประสบปัญหาพื้นฐานในการพยายามกำหนดความต้องการและงานที่สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการทางกายภาพและทางเคมีกายภาพที่เหมาะสม มีทางเดียวที่ได้ผลจากสถานการณ์นี้ และมันถูกค้นพบแล้ว นี่คือการศึกษาระดับมหาวิทยาลัยแบบสากล เมื่อนักศึกษา นักวิทยาศาสตร์ในอนาคต สามารถและควรได้รับการศึกษาขั้นพื้นฐานสอง สามและสี่ครั้ง - ในสาขาฟิสิกส์ เคมี การแพทย์ คณิตศาสตร์และชีววิทยา

Niels Bohr แย้งว่า "ไม่มีผลการวิจัยทางชีววิทยาใดที่สามารถอธิบายได้อย่างชัดเจนเป็นอย่างอื่นนอกจากบนพื้นฐานของแนวคิดทางฟิสิกส์และเคมี" นี่หมายความว่าชีววิทยา การแพทย์ คณิตศาสตร์ เคมี และฟิสิกส์ อีกครั้งหลังจากผ่านไปเกือบหนึ่งศตวรรษครึ่ง เริ่มมาบรรจบกัน ส่งผลให้เกิดวิทยาศาสตร์ที่ครบถ้วนสมบูรณ์ เช่น ชีวเคมี เคมีกายภาพ และชีวฟิสิกส์

นักสรีรวิทยาและนักชีวฟิสิกส์ชาวอังกฤษ อาร์ชิบอลด์ วิเวียน ฮิลล์ (บี. 2429)ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยา (1922) เป็นผู้สร้างรากฐานพื้นฐานที่ทฤษฎีการหดตัวของกล้ามเนื้อยังคงพัฒนาอยู่ในปัจจุบัน แต่อยู่ในระดับโมเลกุลแล้ว ฮิลล์อธิบายชีวฟิสิกส์ในลักษณะนี้: “มีคนที่สามารถกำหนดปัญหาในแง่กายภาพ ... ที่สามารถแสดงผลในแง่ของฟิสิกส์ คุณสมบัติทางปัญญาเหล่านี้ มากกว่าเงื่อนไขพิเศษ เครื่องมือ และวิธีการทางกายภาพที่จำเป็นที่จะเป็นนักชีวฟิสิกส์ ... อย่างไรก็ตาม ... นักฟิสิกส์ที่ไม่สามารถพัฒนาแนวทางทางชีวภาพซึ่งไม่สนใจกระบวนการและหน้าที่การดำรงชีวิต ... ซึ่งถือว่าชีววิทยาเป็นเพียงสาขาหนึ่งของฟิสิกส์เท่านั้นไม่มีอนาคตทางชีวฟิสิกส์

ไม่เพียงแต่ในยุคกลางเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในช่วงเวลาที่ผ่านมาด้วย แพทย์ นักชีววิทยา และนักฟิสิกส์ได้มีส่วนร่วมอย่างเท่าเทียมในการพัฒนาความซับซ้อนของวิทยาศาสตร์เหล่านี้ อเล็กซานเดอร์ เลโอนิโดวิช ชิเจฟสกี (2440-2507)ผู้ซึ่งได้รับการศึกษาด้านการแพทย์ที่มหาวิทยาลัยมอสโกเป็นเวลาหลายปีเขามีส่วนร่วมในการวิจัยเกี่ยวกับ heliochronobiology ผลกระทบของไอออนในอากาศต่อสิ่งมีชีวิตและชีวฟิสิกส์ของเม็ดเลือดแดง หนังสือของเขา "ปัจจัยทางกายภาพของกระบวนการทางประวัติศาสตร์" ไม่เคยได้รับการตีพิมพ์แม้จะมีความพยายามของ P.P. Lazarev, N.K. Koltsov, People's Commissar of Education Lunacharsky และคนอื่น ๆ

ควรสังเกตนักวิทยาศาสตร์ดีเด่นด้วย Gleb Mikhailovich Frank(1904-1976) ผู้ก่อตั้งสถาบันชีวฟิสิกส์ของ Academy of Sciences of the USSR (1957) ได้รับรางวัลโนเบลร่วมกับ I.E. Tamm และ P.A. Cherenkov สำหรับการสร้างทฤษฎี "รังสี Cherenkov" พฤติกรรมการสั่นของระบบชีวภาพทุกระดับ ซึ่งรู้จักกันแต่โบราณกาล ไม่เพียงแต่ครอบครองนักชีววิทยาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักเคมีกายภาพและนักฟิสิกส์ด้วย การค้นพบความผันผวนของปฏิกิริยาเคมีในช่วงศตวรรษที่ 19 ได้นำไปสู่การเกิดขึ้นของแบบจำลองแอนะล็อกรุ่นแรก เช่น "เส้นประสาทเหล็ก" "หัวใจปรอท"

สายเทอร์โมไดนามิก การพัฒนาชีวฟิสิกส์นั้นสัมพันธ์กับวิวัฒนาการของอุณหพลศาสตร์เองตามธรรมชาติ นอกจากนี้ ธรรมชาติที่ไม่สมดุลของระบบชีวภาพแบบเปิดซึ่งนักธรรมชาติวิทยายอมรับโดยสัญชาตญาณมีส่วนทำให้เกิดอุณหพลศาสตร์ของระบบที่ไม่สมดุล อุณหพลศาสตร์ของระบบสมดุลซึ่งเดิมเกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณความร้อนเป็นหลัก ต่อมามีส่วนสำคัญในการอธิบายการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในเซลล์ เมแทบอลิซึม และการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์

รายชื่อนักฟิสิกส์การแพทย์ที่โดดเด่นสามารถขยายได้อย่างมาก แต่เป้าหมายคือการเปิดเผยความเชื่อมโยงอย่างลึกซึ้งระหว่างชีววิทยา เคมี ยาและฟิสิกส์ ความเป็นไปไม่ได้ของการดำรงอยู่ที่แตกต่างของวิทยาศาสตร์เหล่านี้ การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ส่วนใหญ่ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ที่สนใจเรื่องชีววิทยา ดังนั้นจึงต้องมีวิธีสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการฝึกฝนด้านฟิสิกส์และเคมีกายภาพเพื่อหาทางเข้าสู่ชีววิทยาและทำความคุ้นเคยกับปัญหาที่เปิดกว้างต่อการตีความทางกายภาพ แม้ว่าแผนกชีววิทยาเชิงคลาสสิกมักจะเสนอตำแหน่งให้กับนักชีวฟิสิกส์ แต่ก็ไม่สามารถทดแทนศูนย์ที่การวิจัยทางชีวฟิสิกส์เป็นศูนย์กลางได้

นักชีวฟิสิกส์มีความสามารถในการแบ่งปัญหาทางชีววิทยาออกเป็นส่วนๆ ที่เอื้อต่อการตีความทางกายภาพโดยตรง และกำหนดสมมติฐานที่สามารถทดสอบได้ในการทดลอง เครื่องมือหลักของชีวฟิสิกส์คือความสัมพันธ์ นอกจากนี้ ยังมีความสามารถในการใช้ทฤษฎีทางกายภาพที่ซับซ้อนเพื่อศึกษาสิ่งมีชีวิต เช่น จำเป็นต้องมีเทคโนโลยีการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เพื่อสร้างโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น โปรตีน นักชีวฟิสิกส์มักรู้จักการใช้เครื่องมือทางกายภาพใหม่ๆ เช่น atomic magnetic resonance และ electron spin resonance ในการศึกษาปัญหาบางอย่างทางชีววิทยา

1.4. ชีวฟิสิกส์ประยุกต์

การพัฒนาเครื่องมือเพื่อวัตถุประสงค์ทางชีววิทยาถือเป็นส่วนสำคัญของชีวฟิสิกส์ประยุกต์สาขาใหม่ เครื่องมือชีวการแพทย์น่าจะใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานพยาบาล ชีวฟิสิกส์ประยุกต์มีความสำคัญในด้านรังสีวิทยาบำบัด ซึ่งการวัดขนาดยามีความสำคัญมากสำหรับการรักษา และรังสีวิทยาในการวินิจฉัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการแปลไอโซโทปและการสแกนทั่วร่างกาย เพื่อช่วยในการวินิจฉัยเนื้องอก ความสำคัญของคอมพิวเตอร์ในการวินิจฉัยและรักษาผู้ป่วยมีเพิ่มมากขึ้น ความเป็นไปได้สำหรับการประยุกต์ใช้ชีวฟิสิกส์ประยุกต์นั้นดูไม่มีสิ้นสุด เนื่องจากการพัฒนาเครื่องมือวิจัยและการประยุกต์ใช้นั้นล่าช้าไปนาน หมายความว่าเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่อยู่บนพื้นฐานของหลักการทางกายภาพที่ทราบกันดีอยู่แล้วจะกลายเป็นสิ่งจำเป็นต่อการแพทย์ในไม่ช้า

ชีวฟิสิกส์ของรัสเซียเป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในหมู่นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่มีผลงานโดดเด่นในยุคอดีต ต้นศตวรรษนี้ นักฟิสิกส์ นักชีววิทยา แพทย์ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับมหาวิทยาลัยมอสโก ในหมู่พวกเขามี N.K.Koltsov, V.I.Vernadsky, P.N. Lebedev, P.P. Lazarev, ภายหลัง - S.I. Vavilov, A.L. Chizhevskyและอื่น ๆ อีกมากมาย.

เจมส์ ดี. วัตสัน(1928) ร่วมกับนักชีวฟิสิกส์และนักพันธุศาสตร์ชาวอังกฤษ ฟรานซิส เอช.เค. ร้องไห้(1916) และนักชีวฟิสิกส์ มอริซ วิลกินส์(1916) (ผู้ที่ได้รับรังสีเอกซ์คุณภาพสูงของ DNA ร่วมกับโรซาลินด์ แฟรงคลินเป็นครั้งแรก) ได้สร้างแบบจำลองสามมิติของดีเอ็นเอในปี 1953 ซึ่งทำให้สามารถอธิบายหน้าที่ทางชีววิทยาและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของมันได้ ในปีพ.ศ. 2505 วัตสัน คริก และวิลกินส์ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานชิ้นนี้

หลักสูตรการบรรยายครั้งแรกในรัสเซียชื่อ "ชีวฟิสิกส์" ถูกอ่านสำหรับแพทย์ที่คลินิกของมหาวิทยาลัยมอสโกในปี 1922 ปีเตอร์ เปโตรวิช ลาซาเรฟ(พ.ศ. 2421 - พ.ศ. 2485) ได้รับเลือกในปี พ.ศ. 2460 ในการเสนอชื่อ Ivan Petrovich Pavlov(พ.ศ. 2492 - 2479) นักวิชาการ ป.ล. Lazarev สำเร็จการศึกษาจากคณะแพทย์ของมหาวิทยาลัยมอสโกในปี 2444 จากนั้นเขาก็สำเร็จวิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์เต็มรูปแบบและทำงานในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ที่ดำเนินการโดย ปีเตอร์ นิโคเลวิช เลเบเดฟ(พ.ศ. 2409-2455) หนึ่งในผู้ก่อตั้งฟิสิกส์ทดลองในรัสเซียผู้สร้างโรงเรียนฟิสิกส์วิทยาศาสตร์แห่งแรกของรัสเซียซึ่งในปี 2528 ได้รับและศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามิลลิเมตรค้นพบและวัดความดันแสงบนของแข็งและก๊าซ (2542-2450) ซึ่งยืนยันทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง ในปี 1912 Lazarev เป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการของครูของเขา นักชีวฟิสิกส์คนแรกคือ Academician Lazarev เป็นหัวหน้าสถาบันฟิสิกส์และชีวฟิสิกส์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะ ซึ่งสร้างขึ้นในช่วงชีวิตของ Lebedev ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2463 ถึง พ.ศ. 2474 ป.ล. Lazarev เป็นหัวหน้าสถาบันชีวฟิสิกส์แห่งรัฐซึ่งสร้างขึ้นจากความคิดริเริ่มของเขา Lazarev เป็นผู้ก่อตั้งรังสีวิทยาทางการแพทย์สถาบันของเขามีหน่วยเอ็กซ์เรย์หน่วยแรกและแห่งเดียวที่เลนินถูกถ่ายภาพหลังจากการลอบสังหารในปี 2461 หลังจากนั้น Lazarev ก็กลายเป็นผู้ริเริ่มและผู้อำนวยการคนแรกของสถาบันรังสีวิทยาทางการแพทย์ Lazarev ยังจัดงานเกี่ยวกับการทำแผนที่แม่เหล็กของความผิดปกติทางแม่เหล็กของ Kursk ซึ่งต้องขอบคุณเจ้าหน้าที่ของสถาบันฟิสิกส์ของโลกที่ก่อตั้งขึ้น อย่างไรก็ตาม สถาบันชีวฟิสิกส์และฟิสิกส์ถูกทำลายหลังจากการจับกุม Lazarev ในปี 1931 และในปี 1934 Lebedev FIAN ได้ก่อตั้งขึ้นในอาคารหลังนี้

1.5. การเปลี่ยนแปลงทางชีวฟิสิกส์

นับตั้งแต่ทศวรรษที่ 1940 การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในชีวฟิสิกส์ได้เริ่มต้นขึ้น และนั่นคือช่วงเวลา - กลางศตวรรษของเรา ฟิสิกส์ ซึ่งก้าวกระโดดอย่างมหัศจรรย์ กำลังเข้าสู่ชีววิทยาอย่างแข็งขัน อย่างไรก็ตาม ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 ความรู้สึกสบายจากความคาดหวังในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนของชีวิตได้ผ่านไปอย่างรวดเร็ว: เป็นเรื่องยากสำหรับนักฟิสิกส์ที่ไม่มีการศึกษาทางชีววิทยาและเคมีขั้นพื้นฐานที่จะแยกแยะฟิสิกส์ที่เข้าถึงได้ แต่ "มีความสำคัญทางชีวภาพ" แง่มุมของการทำงานของระบบสิ่งมีชีวิตและนักชีววิทยาและนักชีวเคมีที่แท้จริงเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของปัญหาทางกายภาพและวิธีการที่เฉพาะเจาะจงตามกฎแล้วไม่สงสัย ความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นและในวันต่อๆ มาคือการฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญที่มีรูปแบบพื้นฐานสามประการ: ทางกายภาพ ชีวภาพ และเคมี

ในประเทศของเรามีเหตุผลสำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับการเกิดขึ้นในปี 1940 ของพันธมิตรที่ใกล้ชิดระหว่างชีววิทยาและฟิสิกส์ หลังจากการแทรกแซงอย่างไม่เป็นมืออาชีพและทำลายล้างของนักการเมืองในสมัยนั้นในด้านพื้นฐานของพันธุศาสตร์ ชีววิทยาระดับโมเลกุล ทฤษฎีและแนวปฏิบัติของการจัดการธรรมชาติ นักชีววิทยาบางคนสามารถดำเนินการวิจัยต่อไปได้เฉพาะในสถาบันทางวิทยาศาสตร์ที่มีรายละเอียดทางกายภาพเท่านั้น

เช่นเดียวกับขอบเขตความรู้ใด ๆ ตามวิทยาศาสตร์พื้นฐานของฟิสิกส์ ชีววิทยา เคมี คณิตศาสตร์ บนความสำเร็จของการแพทย์ ธรณีฟิสิกส์และธรณีเคมี ดาราศาสตร์ และฟิสิกส์อวกาศ ฯลฯ ชีวฟิสิกส์ในขั้นต้นต้องการแนวทางสารานุกรมแบบบูรณาการสำหรับตัวเองจากพาหะเนื่องจากมีวัตถุประสงค์เพื่อชี้แจงกลไกการทำงานของระบบสิ่งมีชีวิตในทุกระดับขององค์กรของสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ สิ่งนี้ยังเป็นตัวกำหนดความเข้าใจผิดบ่อยครั้งเกี่ยวกับนักชีวฟิสิกส์และนักชีวฟิสิกส์จากเพื่อนร่วมงาน ตัวแทนของสาขาวิชาที่เกี่ยวข้อง เป็นเรื่องยาก และแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะแยกแยะระหว่างชีวฟิสิกส์และสรีรวิทยา ชีวฟิสิกส์และชีววิทยาของเซลล์ ชีวฟิสิกส์และชีวเคมี ชีวฟิสิกส์และนิเวศวิทยา ชีวฟิสิกส์และลำดับเหตุการณ์ ชีวฟิสิกส์และแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการทางชีววิทยา ฯลฯ ดังนั้น ชีวฟิสิกส์จึงมุ่งเป้าไปที่การอธิบายกลไกการทำงานของระบบชีวภาพในทุกระดับและบนพื้นฐานของแนวทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติทั้งหมด

1.6. ชีวฟิสิกส์ - เป็นชีววิทยาเชิงทฤษฎี

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่านักชีววิทยา นักเคมี แพทย์ วิศวกร และกองทัพก็มีส่วนร่วมในชีวฟิสิกส์ด้วยเช่นกัน แต่ระบบสำหรับการฝึกอบรมนักชีวฟิสิกส์กลับกลายเป็นว่าเหมาะสมที่สุดโดยอิงจากการศึกษาระดับมหาวิทยาลัยทั่วไปในสาขาฟิสิกส์ ในเวลาเดียวกัน ชีวฟิสิกส์ได้รับการปฏิบัติเหมือนเป็นชีววิทยาเชิงทฤษฎี กล่าวคือ วิทยาศาสตร์ของพื้นฐานทางกายภาพและเคมี - เคมีของโครงสร้างและการทำงานของระบบสิ่งมีชีวิตในทุกระดับขององค์กร - จากระดับโมเลกุลไปจนถึงระดับของชีวมณฑล วิชาชีวฟิสิกส์คือระบบสิ่งมีชีวิต วิธีการคือฟิสิกส์ เคมีกายภาพ ชีวเคมีและคณิตศาสตร์

ในยุค 50 ของศตวรรษที่ 20 นักศึกษาคณะฟิสิกส์ตามอาจารย์ของพวกเขาก็แสดงความสนใจในปัญหาด้านการแพทย์และชีววิทยาด้วยเช่นกัน ยิ่งไปกว่านั้น ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะให้การวิเคราะห์ทางกายภาพอย่างเข้มงวดเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งที่สุดในจักรวาล - ปรากฏการณ์แห่งชีวิต หนังสือแปลในปี พ.ศ. 2490 E. Schrödinger"ชีวิตคืออะไร? จากมุมมองของฟิสิกส์ ลักษณะเซลล์วิทยาของสิ่งมีชีวิต” การบรรยาย อ.ต.ท, N.V. Timofeev-Resovskyการค้นพบล่าสุดทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์กระตุ้นให้กลุ่มนักศึกษาสมัครเป็นอธิการบดีมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก I.G. เปตรอฟสกีพร้อมขอเสนอแนะการสอนชีวฟิสิกส์ที่คณะฟิสิกส์ อธิการบดีให้ความสำคัญกับความคิดริเริ่มของนักเรียนเป็นอย่างมาก มีการบรรยายและสัมมนาซึ่งเข้าร่วมอย่างกระตือรือร้นไม่เพียง แต่โดยผู้ริเริ่มเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเพื่อนร่วมชั้นที่เข้าร่วมซึ่งต่อมาได้ก่อตั้งกลุ่มผู้เชี่ยวชาญกลุ่มแรก "ชีวฟิสิกส์" ของคณะฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกและตอนนี้เป็นความภาคภูมิใจของรัสเซีย ชีวฟิสิกส์

ภาควิชาชีวฟิสิกส์ของคณะชีววิทยาก่อตั้งขึ้นในปี 2496 หัวแรกของมันคือ บีเอ็น ทารูซอฟ. ปัจจุบันเป็นหัวหน้าภาควิชาชีวฟิสิกส์ คณะชีววิทยา เอบี ทับทิม. และในฤดูใบไม้ร่วงปี 2502 ครั้งแรกของโลก ภาควิชาชีวฟิสิกส์ซึ่งเริ่มฝึกนักชีวฟิสิกส์จากนักฟิสิกส์ (ก่อนหน้านั้นนักชีวฟิสิกส์ได้รับการฝึกอบรมจากนักชีววิทยาหรือแพทย์) นักวิชาการ I.G. Petrovsky, I.E. Tamm, N.N. -นักเคมี) ในส่วนของการบริหารงานสร้างความชำนาญเฉพาะทาง” ชีวฟิสิกส์» คณบดีศาสตราจารย์เป็นร่างที่คณะฟิสิกส์ ปะทะ Fursovที่สนับสนุนการพัฒนามาโดยตลอด และรอง V.G. Zubov. พนักงานคนแรกของแผนกเป็นนักฟิสิกส์เคมี L.A. Blumenfeldซึ่งเป็นหัวหน้าภาควิชามาเกือบ 30 ปี และปัจจุบันเป็นอาจารย์ประจำภาควิชาชีวเคมี ส.อ. ชโนล, อาจารย์ประจำภาควิชา และ นักสรีรวิทยา I.A. Kornienko.

ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2502 ภาควิชาชีวฟิสิกส์แห่งแรกของโลกได้ก่อตั้งขึ้นที่คณะฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยมอสโก ซึ่งเริ่มฝึกผู้เชี่ยวชาญด้านชีวฟิสิกส์จากนักฟิสิกส์ ในระหว่างการดำรงอยู่ของแผนกนี้ มีนักชีวฟิสิกส์ประมาณ 700 คนได้รับการฝึกอบรม

พนักงานคนแรกของแผนกคือนักฟิสิกส์และเคมี L.A. Blumenfeld (1921 - 2002) ซึ่งเป็นหัวหน้าแผนกเป็นเวลา 30 ปี นักชีวเคมี S.E. Shnol ศาสตราจารย์ของภาควิชา และนักสรีรวิทยา I.A. Kornienko พวกเขากำหนดหลักการของการสร้างระบบการศึกษาทางชีวฟิสิกส์สำหรับนักฟิสิกส์ วางทิศทางหลักของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่แผนก

ที่ภาควิชาชีวฟิสิกส์ L.A. เป็นเวลาหลายปีที่ Blumenfeld บรรยายหลักสูตร "Physical Chemistry", "Quantum Chemistry and the Structure of Molecules", "Selected Chapters of Biophysics" ผู้แต่งมากกว่า 200 ผลงาน 6 เอกสาร

ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ของ V.A. Tverdislov เชื่อมโยงกับชีวฟิสิกส์ของเยื่อหุ้มด้วยการศึกษาบทบาทของไอออนอนินทรีย์ในระบบชีวภาพกลไกของการถ่ายโอนไอออนผ่านเซลล์และเยื่อหุ้มแบบจำลองโดยใช้ปั๊มไอออน เขาเสนอและทดลองพัฒนาแบบจำลองสำหรับการแยกพาราเมตริกของของผสมของเหลวในเขตข้อมูลเป็นระยะในระบบที่ต่างกัน

ในแง่ของขนาดของคณะฟิสิกส์ ภาควิชาชีวฟิสิกส์มีขนาดเล็ก แต่ในอดีตปรากฏว่าการวิจัยของพนักงานมีความคาบเกี่ยวพื้นที่สำคัญของชีวฟิสิกส์พื้นฐานและประยุกต์ มีความสำเร็จที่สำคัญในด้านการศึกษากลไกทางกายภาพของการแปลงพลังงานในระบบชีวภาพ, วิทยุสเปกโตรสโคปีของวัตถุทางชีววิทยา, ฟิสิกส์ของการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์, ชีวฟิสิกส์ของเยื่อหุ้ม, การศึกษาสารละลายน้ำของสารชีวโมเลกุล, การศึกษากระบวนการจัดระเบียบตนเอง ในระบบชีวภาพและแบบจำลอง การควบคุมกระบวนการทางชีววิทยาขั้นพื้นฐาน ในสาขาชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์ นาโนและอิเล็กทรอนิกส์ชีวภาพ เป็นต้น หลายปีที่ผ่านมา ภาควิชาชีวฟิสิกส์ได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ชั้นนำในเยอรมนี ฝรั่งเศส อังกฤษ สหรัฐอเมริกา โปแลนด์ สาธารณรัฐเช็กและสโลวาเกีย สวีเดน เดนมาร์ก จีน และอียิปต์

1.7. การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ในวิชาฟิสิกส์

ความสนใจของนักฟิสิกส์ในวิชาชีววิทยาในศตวรรษที่ 19 เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน ในสาขาวิชาชีววิทยา การดึงดูดวิธีการวิจัยทางกายภาพได้ทวีความรุนแรงมากขึ้น พวกมันก็แทรกซึมเข้าไปในพื้นที่ที่หลากหลายที่สุดของชีววิทยามากขึ้น ด้วยความช่วยเหลือของฟิสิกส์ ความสามารถด้านข้อมูลของกล้องจุลทรรศน์จะขยายออกไป ในช่วงต้นยุค 30 ของศตวรรษที่ XX กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนปรากฏขึ้น ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เทคนิคสเปกตรัมที่พัฒนาขึ้นเรื่อยๆ และการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์กำลังกลายเป็นเครื่องมือทางเลือกสำหรับการวิจัยทางชีววิทยา ขอบเขตของรังสีเอกซ์และรังสีอัลตราไวโอเลตกำลังขยายตัว การสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เพียงถูกใช้เป็นเครื่องมือในการวิจัยเท่านั้น แต่ยังใช้เป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อร่างกายด้วย แทรกซึมเข้าไปในชีววิทยาและโดยเฉพาะอย่างยิ่งสรีรวิทยาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์

นอกเหนือจากการแนะนำวิธีการทางกายภาพใหม่ ๆ ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลก็กำลังพัฒนาเช่นกัน หลังจากประสบความสำเร็จอย่างมากในการทำความเข้าใจแก่นแท้ของสสารที่ไม่มีชีวิต ฟิสิกส์เริ่มเรียกร้องโดยใช้วิธีการดั้งเดิมเพื่อถอดรหัสธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ในชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล การวางนัยทั่วไปเชิงทฤษฎีที่กว้างมากจะถูกสร้างขึ้นด้วยการมีส่วนร่วมของอุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน ตามประเพณี นักชีวฟิสิกส์พยายามที่จะหลีกหนีจากวัตถุทางชีววิทยาที่ซับซ้อนมาก ("สกปรก") ในการทดลอง และชอบที่จะศึกษาพฤติกรรมของสารที่แยกได้จากสิ่งมีชีวิตในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด การพัฒนาแบบจำลองต่างๆ ของโครงสร้างและกระบวนการทางชีววิทยา - ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ คณิตศาสตร์ ฯลฯ - กำลังพัฒนาอย่างมาก กำลังสร้างและศึกษาแบบจำลองการเคลื่อนที่ของเซลล์ (เช่น ปรอทที่หยดลงในสารละลายกรดทำให้เกิดการเคลื่อนไหวเป็นจังหวะ เช่น อะมีบา) การซึมผ่าน และการนำเส้นประสาท โดยเฉพาะอย่างยิ่งรูปแบบการนำกระแสประสาทที่สร้างโดย F. Lilly ได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก นี่คือวงแหวนลวดเหล็กที่วางอยู่ในสารละลายของกรดไฮโดรคลอริก เมื่อมีการขีดข่วน ทำลายชั้นผิวของออกไซด์ คลื่นศักย์ไฟฟ้าจะเกิดขึ้น ซึ่งคล้ายกับคลื่นที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นประสาทเมื่อตื่นเต้น การศึกษาจำนวนมาก (เริ่มตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1930) ได้ทุ่มเทให้กับการศึกษาแบบจำลองนี้ โดยใช้วิธีการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ ในอนาคตจะมีการสร้างแบบจำลองขั้นสูงขึ้นโดยใช้ทฤษฎีเคเบิล พื้นฐานของการก่อสร้างคือการเปรียบเทียบทางกายภาพระหว่างการกระจายศักย์ไฟฟ้าในสายไฟฟ้าและเส้นใยประสาท

ส่วนอื่น ๆ ของชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลไม่เป็นที่นิยม ในหมู่พวกเขาควรสังเกตชีวฟิสิกส์ทางคณิตศาสตร์ซึ่งผู้นำคือ N. Rashevsky ในสหรัฐอเมริกา โรงเรียน Rashevsky ตีพิมพ์วารสาร Mathematical Biophysics ชีวฟิสิกส์ทางคณิตศาสตร์เกี่ยวข้องกับชีววิทยาหลายด้าน มันไม่เพียงอธิบายในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ของรูปแบบเชิงปริมาณของปรากฏการณ์เช่นการเจริญเติบโต การแบ่งเซลล์ การกระตุ้น แต่ยังพยายามวิเคราะห์กระบวนการทางสรีรวิทยาที่ซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น

1.8. การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ทางชีววิทยา

แรงผลักดันที่แข็งแกร่งสำหรับการก่อตัวของชีวฟิสิกส์คือการเกิดขึ้นในช่วงปลาย XIX - ต้นศตวรรษที่ XX เคมีกายภาพ กำหนดโดยความจำเป็นในการระบุกลไกที่เป็นสาเหตุของปฏิกิริยาเคมี ระเบียบวินัยใหม่นี้ดึงดูดความสนใจของนักชีววิทยาในทันทีด้วยข้อเท็จจริงที่ว่ามันเปิดโอกาสให้เข้าใจกระบวนการทางเคมีกายภาพในระบบสิ่งมีชีวิตที่ "สกปรก" จากมุมมองของนักฟิสิกส์ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับพวกเขาที่จะทำงาน แนวโน้มหลายประการที่เกิดขึ้นในวิชาเคมีกายภาพทำให้เกิดแนวโน้มที่คล้ายกันในชีวฟิสิกส์

หนึ่งในพัฒนาการที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์เคมีเชิงฟิสิกส์คือการพัฒนา เอส. อาร์เรเนียส (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2446)ทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าของเกลือในสารละลายที่เป็นน้ำ (1887) ซึ่งเปิดเผยสาเหตุของกิจกรรม ทฤษฎีนี้กระตุ้นความสนใจของนักสรีรวิทยา ซึ่งตระหนักดีถึงบทบาทของเกลือในปรากฏการณ์ของการกระตุ้น การนำกระแสประสาท การไหลเวียนโลหิต และอื่นๆ ในปี 1890 นักสรีรวิทยาหนุ่ม V.Yu Chagovets นำเสนอการศึกษา "ในการประยุกต์ใช้ทฤษฎีการแยกตัวของ Arrhenius กับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในเนื้อเยื่อที่มีชีวิต" ซึ่งเขาพยายามเชื่อมโยงการเกิดศักย์ไฟฟ้าชีวภาพกับการกระจายไอออนที่ไม่สม่ำเสมอ

ผู้ก่อตั้งเคมีฟิสิกส์จำนวนหนึ่งมีส่วนร่วมในการถ่ายทอดแนวคิดทางเคมีกายภาพไปสู่ปรากฏการณ์ทางชีววิทยา จากปรากฏการณ์การเคลื่อนที่ของเกลือไอออน ว. เนิร์นสท์ (1908)กำหนดกฎการกระตุ้นเชิงปริมาณที่รู้จักกันดีของเขา: ธรณีประตูของการกระตุ้นทางสรีรวิทยาถูกกำหนดโดยจำนวนของไอออนที่ถ่ายโอน นักฟิสิกส์และนักเคมี W. Ostwald ได้พัฒนาทฤษฎีการเกิดขึ้นของศักย์ไฟฟ้าชีวภาพโดยอาศัยสมมติฐานที่ว่าเมมเบรนที่ซึมผ่านได้กึ่งไอออนและสามารถแยกไอออนที่มีประจุตรงข้ามกันปรากฏอยู่บนผิวเซลล์ ดังนั้นจึงวางรากฐานของทิศทางชีวฟิสิกส์ในการตีความการซึมผ่านและโครงสร้างของเยื่อหุ้มชีวภาพในความหมายกว้าง

บท ครั้งที่สอง ชีวฟิสิกส์ในบทเรียนฟิสิกส์

2.1. องค์ประกอบของชีวฟิสิกส์ในบทเรียนฟิสิกส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7-9

ลักษณะเฉพาะของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่คือการสอดแทรกความคิด แนวทางเชิงทฤษฎี และวิธีการที่มีอยู่ในสาขาวิชาต่างๆ อย่างเข้มข้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และคณิตศาสตร์ ดังนั้น วิธีการวิจัยทางกายภาพจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต และความเป็นเอกลักษณ์ของวัตถุนี้ทำให้วิธีการวิจัยทางกายภาพแบบใหม่และขั้นสูงขึ้นมีชีวิตชีวาขึ้น

เมื่อพิจารณาถึงความเชื่อมโยงระหว่างฟิสิกส์และชีววิทยา จำเป็นต้องแสดงให้นักเรียนเห็นถึงความธรรมดาของกฎจำนวนหนึ่งที่มีลักษณะเคลื่อนไหวและไม่มีชีวิต เพื่อให้เข้าใจถึงความเป็นหนึ่งเดียวกันของโลกวัตถุ ความสัมพันธ์และเงื่อนไขของปรากฏการณ์ ทำความคุ้นเคยกับการใช้วิธีการทางกายภาพในการศึกษากระบวนการทางชีววิทยา

ในบทเรียนฟิสิกส์ จำเป็นต้องเน้นว่าสัญญาณที่เป็นลักษณะเฉพาะของเวลาของเราคือวิวัฒนาการของวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนจำนวนหนึ่ง ชีวฟิสิกส์ได้พัฒนาขึ้น - วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาผลกระทบของปัจจัยทางกายภาพต่อสิ่งมีชีวิต

การดึงดูดตัวอย่างทางชีวฟิสิกส์ช่วยให้ซึมซับหลักสูตรฟิสิกส์ได้ดีขึ้น วัสดุชีวฟิสิกส์ควรเกี่ยวข้องโดยตรงกับหลักสูตรของหลักสูตรฟิสิกส์และชีววิทยา และสะท้อนถึงทิศทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ตัวอย่างทางชีวฟิสิกส์จำนวนมากสามารถเลือกได้ในเกือบทุกส่วนของหลักสูตรฟิสิกส์ ขอแนะนำให้ใช้ตัวอย่างเหล่านี้ร่วมกับตัวอย่างจากธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตและเทคโนโลยี

2.2. การใช้ชีวฟิสิกส์ในห้องเรียนระดับประถมศึกษา

กลศาสตร์

การเคลื่อนไหวและกองกำลัง

เมื่อศึกษาหัวข้อ "การเคลื่อนไหวและแรง" ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 คุณสามารถแนะนำนักเรียนเกี่ยวกับความเร็วของการเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ หอยทากคลานได้ประมาณ 5.5 ม. ใน 1 ชั่วโมง เต่าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 70 ม./ชม. แมลงวันบินด้วยความเร็ว 5 เมตร/วินาที ความเร็วในการเดินเฉลี่ยประมาณ 1.5 ม./วินาที หรือประมาณ 5 กม./ชม. ม้าสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 30 กม. / ชม. ขึ้นไป

ความเร็วสูงสุดของสัตว์บางชนิด: สุนัขล่าเนื้อ - 90 กม. / ชม. นกกระจอกเทศ - 120 กม. / ชม. เสือชีตาห์ - 110 กม. / ชม. ละมั่ง - 95 กม. / ชม.

การใช้ข้อมูลความเร็วของตัวแทนต่าง ๆ ของสัตว์โลก มันเป็นไปได้ที่จะแก้ปัญหาประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น:

ความเร็วของคอเคลียคือ 0.9 มม./วินาที แสดงความเร็วนี้เป็น cm/min, m/h

เหยี่ยวเพเรกริน ไล่เหยื่อ ดำน้ำด้วยความเร็ว 300 กม./ชม. มันเดินทางได้ไกลแค่ไหนใน 5 วินาที?

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าอัตราการเติบโตเฉลี่ยของต้นโอ๊กอยู่ที่ประมาณ 0.3 เมตรต่อปี ต้นโอ๊คสูง 6.3 ม. อายุเท่าไหร่?

น้ำหนักโทรศัพท์ ความหนาแน่น.

น้ำหนักและปริมาตรของร่างกายเกี่ยวข้องโดยตรงกับตัวแทนของพืชตัวอย่างเช่นมีงานต่อไปนี้:

กำหนดมวลของไม้เบิร์ชหากมีปริมาตร 5 ม. 3

หาปริมาตรของไผ่แห้งที่มีมวล 4800 กก.

กำหนดความหนาแน่นของต้นบัลซาหากมีมวล 50 ตันและมีปริมาตร 500 ม. 3

แรงโน้มถ่วง.

เมื่อศึกษาหัวข้อนี้ คุณสามารถดำเนินการฝึกอบรมดังต่อไปนี้ ให้ฝูงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่แตกต่างกัน: ปลาวาฬ - 70000 กก. ช้าง - 4000 กก. แรด - 2,000 กก. วัว - 1200 กก. หมี - 400 กก. หมู 200 กก. มนุษย์ - 70 กก. หมาป่า - 40 กก. กระต่าย - 6 กิโลกรัม. หาน้ำหนักเป็นนิวตัน

ข้อมูลเดียวกันนี้สามารถใช้เพื่อแสดงพลังแบบกราฟิกได้

แรงดันของเหลวและก๊าซ

ร่างกายมนุษย์ซึ่งมีพื้นผิวที่มีมวล 60 กก. และสูง 160 ซม. เท่ากับ 1.6 ม. 2 โดยประมาณ อยู่ภายใต้แรง 160,000 N เนื่องจากความดันบรรยากาศ ร่างกายทนต่อภาระมหาศาลได้อย่างไร?

สิ่งนี้ทำได้เนื่องจากความดันของของเหลวที่เติมเข้าไปในหลอดเลือดของร่างกายทำให้ความดันภายนอกสมดุล

ประเด็นที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับปัญหานี้คือความเป็นไปได้ที่จะอยู่ใต้น้ำในระดับที่ลึกมาก ความจริงก็คือการถ่ายโอนร่างกายไปสู่อีกระดับหนึ่งทำให้เกิดการสลายตัวของหน้าที่ นี่เป็นเพราะการเสียรูปของผนังของเรือที่ออกแบบมาสำหรับแรงกดดันจากภายในและภายนอก นอกจากนี้ เมื่อความดันเปลี่ยนแปลง อัตราของปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างก็เปลี่ยนไปด้วย ซึ่งเป็นผลมาจากความสมดุลทางเคมีของร่างกายก็เปลี่ยนไปด้วย เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ของเหลวในร่างกายจะดูดซับก๊าซเพิ่มขึ้น และเมื่อลดลง จะเกิดการปล่อยก๊าซที่ละลายน้ำออกมา ด้วยความดันลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการปลดปล่อยก๊าซที่รุนแรงเลือดจึงเดือดตามที่เป็นอยู่ซึ่งนำไปสู่การอุดตันของหลอดเลือดซึ่งมักเป็นอันตรายถึงชีวิต สิ่งนี้กำหนดความลึกสูงสุดที่สามารถดำเนินการดำน้ำได้ (ตามกฎแล้วไม่ต่ำกว่า 50 เมตร) การขึ้นและลงจะต้องดำเนินการอย่างช้าๆ เพื่อให้ก๊าซมีพิษเกิดขึ้นเฉพาะในปอดเท่านั้น และไม่ใช่ในทันทีในระบบไหลเวียนโลหิตทั้งหมด

ตัวอย่างอำนาจบางอย่างในสัตว์ป่า

พลังของการบินในเที่ยวบินคือ 10 -5 วัตต์

นากตี 10 5 -10 6 W.

เป็นที่เชื่อกันว่าบุคคลในสภาพการทำงานปกติสามารถพัฒนากำลังไฟฟ้าได้ประมาณ 70-80 วัตต์ แต่อาจเพิ่มกำลังในระยะสั้นได้หลายครั้ง ดังนั้น คน 750 N สามารถกระโดดได้สูง 1 ม. ใน 1 วินาที ซึ่งสอดคล้องกับกำลัง 750 W นักวิ่งพัฒนากำลังประมาณ 1,000 วัตต์

สามารถปลดปล่อยพลังงานได้ในทันทีหรือระเบิดในกีฬา เช่น ช็อตพัตหรือกระโดดสูง การสังเกตพบว่าในระหว่างการกระโดดสูงพร้อมกับผลักขาทั้งสองข้างพร้อมกัน ผู้ชายบางคนมีกำลังเฉลี่ยประมาณ 3700 W เป็นเวลา 0.1 วินาที และผู้หญิง - 2600 W

เครื่องหัวใจและปอด (AIC)

เมื่อเรียนกลศาสตร์เสร็จแล้ว ควรบอกนักเรียนเกี่ยวกับอุปกรณ์ของเครื่องหัวใจและปอด

ในระหว่างการผ่าตัดหัวใจ มักจะจำเป็นต้องปิดการไหลเวียนของเลือดในร่างกายชั่วคราว (ประมาณ 4-5 ลิตรสำหรับผู้ป่วยผู้ใหญ่) อุณหภูมิที่กำหนดของเลือดหมุนเวียน

เครื่องหัวใจและปอดประกอบด้วยสองส่วนหลัก: ชิ้นส่วนของปั๊มและเครื่องกำเนิดออกซิเจน ปั๊มทำหน้าที่ของหัวใจ - รักษาความดันและการไหลเวียนโลหิตในหลอดเลือดของร่างกายระหว่างการผ่าตัด เครื่องกำเนิดออกซิเจนทำหน้าที่ของปอดและรับรองความอิ่มตัวของเลือดอย่างน้อย 95% และรักษาความดันบางส่วนของ CO 2 ที่ระดับ 35-45 มม. ปรอท ศิลปะ. เลือดดำจากหลอดเลือดของผู้ป่วยไหลโดยแรงโน้มถ่วงเข้าไปในเครื่องกำเนิดออกซิเจน ซึ่งอยู่ต่ำกว่าระดับของตารางปฏิบัติการ ซึ่งจะมีออกซิเจนอิ่มตัว ปราศจากคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกิน จากนั้นปั๊มหลอดเลือดแดงสูบเข้าสู่กระแสเลือดของผู้ป่วย AIK มาเป็นเวลานานสามารถแทนที่การทำงานของหัวใจและปอดได้

ในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่งในการป้องกันการตีความกระบวนการทางชีววิทยาที่ผิดพลาด

งาน.จะอธิบายได้อย่างไรด้วยความช่วยเหลือของการแสดงทางกายภาพว่าในพายุต้นสนจะถูกถอนออกอย่างง่ายดายในขณะที่ลำต้นของต้นสนมีแนวโน้มที่จะแตก?

เราสนใจที่จะวิเคราะห์เฉพาะด้านคุณภาพของปัญหาเท่านั้น นอกจากนี้เรายังสนใจคำถามเกี่ยวกับพฤติกรรมเปรียบเทียบของต้นไม้ทั้งสอง บทบาทของภาระในปัญหาของเราเล่นโดยแรงลม FB. คุณสามารถเพิ่มแรงลมที่กระทำต่อลำต้นให้กับแรงลมที่กระทำต่อกระหม่อมได้ และถึงกับสมมติได้ว่าแรงลมที่กระทำต่อต้นไม้ทั้งสองนั้นเหมือนกัน . เห็นได้ชัดว่าการให้เหตุผลเพิ่มเติมควรเป็นดังนี้ ระบบรากของต้นสนจะลึกลงไปในพื้นดินมากกว่าระบบรากของต้นสน ด้วยเหตุนี้ไหล่ของแรงที่ยึดต้นสนไว้บนพื้นจึงมากกว่าของต้นสน ดังนั้นในการเปลี่ยนต้นสนที่มีรากต้องใช้แรงและลมน้อยกว่าการทำลาย ดังนั้นสปรูซจึงมีรากบ่อยกว่าต้นสนและต้นสนแตกบ่อยกว่าสปรูซ

การศึกษาปรากฏการณ์ความร้อนและโมเลกุล

อุปกรณ์ "ไตเทียม"

อุปกรณ์นี้ใช้สำหรับการรักษาพยาบาลฉุกเฉินสำหรับอาการมึนเมาเฉียบพลัน เพื่อเตรียมผู้ป่วยไตวายเรื้อรังเพื่อการปลูกถ่ายไต สำหรับการรักษาความผิดปกติบางอย่างของระบบประสาท (โรคจิตเภท, ซึมเศร้า)

AIP คือเครื่องฟอกเลือดที่เลือดสัมผัสกับสารละลายน้ำเกลือผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันออสโมติก ไอออน และโมเลกุลของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม (กรดยูเรียและกรดยูริก) ตลอดจนสารพิษต่างๆ ที่จะขับออกจากร่างกาย จึงผ่านเมมเบรนจากเลือดไปยังสารละลายน้ำเกลือ

ปรากฏการณ์เส้นเลือดฝอย

เมื่อพิจารณาถึงปรากฏการณ์ของเส้นเลือดฝอย บทบาทของพวกเขาในชีววิทยาควรได้รับการเน้น เนื่องจากเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ส่วนใหญ่เต็มไปด้วยเส้นเลือดฝอยจำนวนมหาศาล มันอยู่ในเส้นเลือดฝอยที่กระบวนการหลักที่เกี่ยวข้องกับการหายใจและโภชนาการของร่างกายเกิดขึ้น เคมีที่ซับซ้อนที่สุดของชีวิตทั้งหมด ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับปรากฏการณ์กระจาย

แบบจำลองทางกายภาพของระบบหัวใจและหลอดเลือดอาจเป็นระบบของท่อหลายแขนงที่มีผนังยืดหยุ่นได้ เมื่อการแตกแขนงเพิ่มขึ้น ภาพตัดขวางทั้งหมดของท่อจะเพิ่มขึ้น และความเร็วของของไหลจะลดลงตามไปด้วย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการแยกทางแยกประกอบด้วยช่องแคบจำนวนมาก การสูญเสียความเสียดทานภายในจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก และความต้านทานรวมต่อการเคลื่อนที่ของของไหล (แม้ว่าความเร็วจะลดลง) เพิ่มขึ้นอย่างมาก

บทบาทของปรากฏการณ์พื้นผิวในชีวิตของธรรมชาติที่มีชีวิตนั้นมีความหลากหลายมาก ตัวอย่างเช่น ฟิล์มพื้นผิวของน้ำเป็นตัวรองรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิดเมื่อเคลื่อนที่ รูปแบบการเคลื่อนไหวนี้พบในแมลงขนาดเล็กและแมง สัตว์บางชนิดที่อาศัยอยู่ในน้ำ แต่ไม่มีเหงือก จะถูกห้อยลงมาจากด้านล่างใกล้กับแผ่นฟิล์มผิวน้ำ โดยใช้ขนแปรงพิเศษที่ไม่เปียกน้ำซึ่งล้อมรอบอวัยวะระบบทางเดินหายใจของพวกมัน เทคนิคนี้ใช้โดยตัวอ่อนของยุง (รวมถึงมาลาเรีย)

สำหรับงานอิสระ คุณสามารถเสนองานต่างๆ เช่น:

ความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลสามารถอธิบายกลไกที่ขนรากพืชดูดซับสารอาหารจากดินได้อย่างไร

จะอธิบายการต้านทานน้ำของหลังคามุงจาก หญ้าแห้งเป็นกองได้อย่างไร?

กำหนดความสูงซึ่งภายใต้การกระทำของแรงตึงผิวน้ำจะเพิ่มขึ้นในลำต้นของพืชที่มีเส้นเลือดฝอยที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.4 มม. ภาวะเส้นเลือดฝอยสามารถถือเป็นเหตุผลเดียวที่ทำให้น้ำเพิ่มขึ้นตามลำต้นของพืชได้หรือไม่?

จริงหรือไม่ที่นกนางแอ่นบินต่ำเหนือพื้นดินประกาศถึงฝน?

การศึกษาการสั่นสะเทือนและเสียง

ตัวอย่างของกระบวนการทางชีววิทยาเป็นระยะ: ดอกไม้จำนวนมากปิดกลีบในเวลาพลบค่ำ ในสัตว์ส่วนใหญ่มีลักษณะเป็นระยะในการปรากฏตัวของลูกหลาน การเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในความเข้มของการสังเคราะห์แสงในพืชเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ความผันผวนเกิดขึ้นกับขนาดของนิวเคลียสในเซลล์ ฯลฯ

เสียงป่า.

เสียงของป่า (เสียงกรอบแกรบ) เกิดขึ้นเนื่องจากการสั่นสะเทือนของใบไม้ภายใต้อิทธิพลของลมและการเสียดสีซึ่งกันและกัน สิ่งนี้สามารถสังเกตได้ชัดเจนโดยเฉพาะบนใบแอสเพนเนื่องจากติดอยู่กับก้านใบที่ยาวและบาง ดังนั้นจึงเคลื่อนที่ได้มากและแกว่งไปแกว่งมาแม้ในกระแสลมที่อ่อนที่สุด

กบมีเสียงที่ดังมากและค่อนข้างหลากหลาย กบบางชนิดมีอุปกรณ์ขยายเสียงที่น่าสนใจในรูปแบบของฟองอากาศทรงกลมขนาดใหญ่ที่ด้านข้างของศีรษะ ซึ่งจะพองตัวเมื่อพวกมันร้องไห้และทำหน้าที่เป็นเสียงสะท้อนที่แรง

เสียงแมลงส่วนใหญ่มักเกิดจากการสั่นของปีกอย่างรวดเร็วระหว่างการบิน (ยุง แมลงวัน ผึ้ง) การบินของแมลงที่กระพือปีกบ่อยขึ้นนั้นเรามองว่าเป็นเสียงที่มีความถี่สูงและสูงกว่า แมลงบางชนิด เช่น ตั๊กแตน มีอวัยวะเสียงพิเศษ - แถวของกานพลูบนขาหลังที่แตะขอบปีกและทำให้สั่นสะเทือน

ผึ้งงานบินออกจากรังเพื่อรับสินบนทำให้ปีกเต้นเฉลี่ย 180 ครั้งต่อวินาที เมื่อเธอกลับมาพร้อมสัมภาระ จำนวนครั้งเพิ่มขึ้นเป็น 280 ครั้ง สิ่งนี้ส่งผลต่อเสียงที่เราได้ยินอย่างไร

ทำไมการบินของผีเสื้อจึงเงียบ?

กบหลายตัวมีแผลพุพองทรงกลมขนาดใหญ่ที่ด้านข้างของหัว ซึ่งจะบวมเมื่อร้อง จุดประสงค์ของพวกเขาคืออะไร?

อะไรเป็นตัวกำหนดความถี่ของเสียงที่แมลงปล่อยออกมาระหว่างการบิน?

การศึกษาทัศนศาสตร์และโครงสร้างของอะตอม

แสงสว่าง.

แสงมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต เพราะมันทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับมัน พืชที่มีคลอโรฟิลล์ ยกเว้นแบคทีเรียบางชนิด เป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวที่สามารถสังเคราะห์สารของพวกมันเองจากน้ำ เกลือแร่ และคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้พลังงานการแผ่รังสี ซึ่งพวกมันแปลงเป็นพลังงานเคมีในกระบวนการดูดซึม สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ทั้งหมดที่อาศัยอยู่ในโลกของเรา - พืชและสัตว์ - ทั้งทางตรงและทางอ้อมขึ้นอยู่กับพืชที่มีคลอโรฟิลล์ พวกมันดูดซับรังสีที่สัมพันธ์กับแถบดูดกลืนในสเปกตรัมของคลอโรฟิลล์ได้ดีที่สุด มีอยู่ 2 แบบ อันแรกอยู่ในส่วนสีแดงของสเปกตรัม อีกอันอยู่ในสีน้ำเงิน-ม่วง รังสีที่เหลือของพืชสะท้อนกลับ พวกเขาเป็นผู้ให้สีเขียวแก่พืชที่มีคลอโรฟิลล์ พืชที่มีคลอโรฟิลล์นั้นมีพืชมอสและสาหร่ายที่สูงขึ้น

ดวงตาของตัวแทนต่าง ๆ ของสัตว์โลก

ในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำกระจกตานูนมาก ที่พักของดวงตาจะดำเนินการเช่นเดียวกับในปลาโดยการเคลื่อนไหวของเลนส์

นกมีสายตาที่เฉียบคมมาก เหนือกว่าสัตว์อื่นๆ ลูกตาของพวกเขามีขนาดใหญ่มากและมีโครงสร้างแปลก ๆ เนื่องจากมุมมองเพิ่มขึ้น นกที่มีสายตาแหลมคมเป็นพิเศษ (นกแร้ง นกอินทรี) มีลูกตา "ยืดไสลด์" ยาว ดวงตาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อาศัยอยู่ในน้ำ (เช่น ปลาวาฬ) คล้ายกับดวงตาของปลาทะเลลึกในแง่ของส่วนนูนของกระจกตาและดัชนีการหักเหของแสงขนาดใหญ่

ผึ้งมองเห็นสีได้อย่างไร

การมองเห็นของผึ้งนั้นแตกต่างจากการมองเห็นของมนุษย์ บุคคลแยกแยะสเปกตรัมที่มองเห็นได้ประมาณ 60 สี ผึ้งแยกแยะได้เพียง 6 สี: เหลือง น้ำเงิน-เขียว น้ำเงิน "ม่วง" ม่วง และอัลตราไวโอเลตที่มนุษย์มองไม่เห็น ผึ้ง "สีม่วงแดง" เป็นส่วนผสมของสีเหลืองและรังสีอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมที่ผึ้งมองเห็นได้

สำหรับงานอิสระในส่วนนี้ คุณสามารถเสนองานต่อไปนี้:

สองตามีไว้เพื่ออะไร?

เรตินาของมนุษย์และตานกอินทรีนั้นใกล้เคียงกัน แต่เส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์ประสาท (กรวย) ในตาของนกอินทรีในส่วนกลางนั้นเล็กกว่า - เพียง 0.3 - 0.4 ไมครอน (ไมครอน = 10 -3 มม.) โครงสร้างของเรตินาของดวงตาของนกอินทรีมีความสำคัญอย่างไร?

เมื่อความมืดตกลงมา รูม่านตาจะขยายออก สิ่งนี้ส่งผลต่อความคมชัดของภาพของวัตถุรอบข้างอย่างไร ทำไม

เลนส์ของตาปลาเป็นทรงกลม ลักษณะเฉพาะของแหล่งที่อยู่อาศัยของปลาที่ทำให้เลนส์รูปแบบนี้มีความเหมาะสมอย่างไร ลองนึกถึงกลไกที่พักของดวงตาในปลาหากความโค้งของเลนส์ไม่เปลี่ยนแปลง

2.3. การแข่งขันแบบสายฟ้าแลบ "ฟิสิกส์ในสัตว์ป่า"

ในการจัดกิจกรรมภาคปฏิบัติอิสระสำหรับนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 สามารถเสนอการแข่งขันแบบสายฟ้าแลบ "ฟิสิกส์ในสัตว์ป่า"

จุดประสงค์ของบทเรียน: การซ้ำซ้อนของเนื้อหาในหัวข้อ "บทเรียนทั่วไปสำหรับทั้งหลักสูตร"; แบบทดสอบความรู้ ความเฉลียวฉลาด ความสามารถในการคิดอย่างมีเหตุมีผล

กฎของเกม

คำถามจะถูกเลือกตลอดหลักสูตรชั้นประถมศึกษาปีที่ 7

บทเรียนดำเนินไปอย่างรวดเร็ว

ระหว่างบทเรียน คุณสามารถใช้วรรณกรรมอ้างอิง รวมถึงหนังสือเรียน

ระหว่างเรียน

ครูอ่านคำถาม ผู้เล่นพร้อมที่จะตอบยกมือขึ้น คนแรกที่ยกมือขึ้นจะได้รับพื้น คำตอบที่ถูกต้องมีค่า 1 คะแนน ผู้เข้าร่วมที่มีคะแนนน้อยที่สุดจะถูกคัดออกจากเกม

คำถาม:

เมื่อออกจากน้ำสัตว์จะสั่นสะเทือน ในกรณีนี้ใช้กฎหมายทางกายภาพแบบใด? (กฎความเฉื่อย).

ขนยางยืดบนฝ่าเท้ากระต่ายมีความสำคัญอย่างไร? (ขนยางยืดที่ฝ่าเท้าของกระต่ายจะยืดเวลาเบรกเมื่อกระโดด และทำให้แรงกระแทกลดลง)

ทำไมปลาบางตัวจึงถือครีบไว้ใกล้ ๆ เมื่อเคลื่อนที่เร็ว? (เพื่อลดแรงต้านการเคลื่อนไหว)

ในฤดูใบไม้ร่วง บางครั้งโปสเตอร์จะถูกแขวนไว้ใกล้รางรถรางที่วิ่งผ่านใกล้สวนและสวนสาธารณะ: “ข้อควรระวัง! ใบไม้ร่วง. คำเตือนนี้หมายความว่าอย่างไร (ใบไม้ที่ตกลงมาบนรางช่วยลดการเสียดสี ทำให้รถสามารถเบรกได้ไกล)

กำลังรับแรงอัดของกระดูกมนุษย์คืออะไร? (ตัวอย่างเช่น กระดูกโคนขาที่วางในแนวตั้ง สามารถทนต่อแรงกดของน้ำหนักได้หนึ่งตันครึ่ง)

ทำไมรองเท้าดำน้ำถึงทำด้วยตะกั่วหนัก? (พื้นรองเท้าตะกั่วที่มีน้ำหนักมากช่วยให้นักประดาน้ำเอาชนะการลอยตัวของน้ำ)

ทำไมคนถึงลื่นเมื่อเหยียบถั่วที่แข็งและแห้ง? (แรงเสียดทานมีส่วนในการเคลื่อนไหวของบุคคล ถั่วแห้งเป็นเหมือนแบริ่งช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างขาของบุคคลกับการพยุง)

ทำไมในแม่น้ำที่มีก้นเป็นโคลน เราจึงติดอยู่ในที่ตื้นมากกว่าในที่ลึก? (เมื่อดิ่งลงไปที่ระดับความลึกมากขึ้น เราจะแทนที่ปริมาณน้ำที่มากขึ้น ตามกฎของอาร์คิมิดีส แรงลอยตัวขนาดใหญ่จะกระทำต่อเราในกรณีนี้)

สรุป.

ครูให้เกรด.

บทสรุป

K.D. Ushinsky เขียนว่าครูบางคนดูเหมือนจะทำเฉพาะสิ่งที่พวกเขาทำซ้ำ แต่อันที่จริงพวกเขากำลังก้าวไปข้างหน้าอย่างรวดเร็วในการเรียนรู้สิ่งใหม่ การทำซ้ำโดยมีส่วนร่วมของสิ่งใหม่นำไปสู่ความเข้าใจและการท่องจำของเนื้อหาที่ครอบคลุม เป็นที่ทราบกันดีว่าวิธีที่ดีที่สุดในการสร้างความสนใจในเรื่องใดเรื่องหนึ่งคือการใช้ความรู้ที่ได้รับในด้านอื่นนอกเหนือจากที่ได้รับ การจัดระเบียบของการทำซ้ำโดยมีส่วนร่วมของวัสดุทางชีวฟิสิกส์เป็นเพียงประเภทของการทำซ้ำเมื่อเกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมของสิ่งใหม่ซึ่งเป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับนักเรียนและช่วยให้พวกเขานำกฎฟิสิกส์มาใช้กับสัตว์ป่าได้

การดึงดูดตัวอย่างทางชีวฟิสิกส์ช่วยให้ซึมซับหลักสูตรฟิสิกส์ได้ดีขึ้น วัสดุชีวฟิสิกส์ควรเกี่ยวข้องโดยตรงกับหลักสูตรของหลักสูตรฟิสิกส์และชีววิทยา และสะท้อนถึงทิศทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

การสร้างความเชื่อมโยงแบบสหวิทยาการระหว่างฟิสิกส์และชีววิทยาทำให้เกิดโอกาสที่ดีในการสร้างความเชื่อทางวัตถุ เด็กนักเรียนเรียนรู้ที่จะแสดงกฎของฟิสิกส์ไม่เพียงด้วยตัวอย่างจากเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวอย่างจากสัตว์ป่าด้วย ในทางกลับกัน เมื่อพิจารณาถึงกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตพืชและสัตว์ พวกเขาใช้กฎทางกายภาพ การเปรียบเทียบทางกายภาพ

การทำซ้ำและการรวมเนื้อหาที่ครอบคลุมด้วยการมีส่วนร่วมของวัสดุทางชีวฟิสิกส์ช่วยให้ครูทำความคุ้นเคยกับนักเรียนเกี่ยวกับความสำเร็จล่าสุดในด้านชีวฟิสิกส์และไบโอนิค เพื่อกระตุ้นให้พวกเขาอ่านวรรณกรรมเพิ่มเติม

ในองค์กร บทเรียนสามารถสร้างได้หลายวิธี: ในรูปแบบของการบรรยายโดยครู ในรูปแบบของรายงานที่จัดทำโดยนักเรียนภายใต้การแนะนำของครูผู้สอนวิชาฟิสิกส์และชีววิทยา

บรรณานุกรม

Trofimova T.I. รวบรวมงานหลักสูตรฟิสิกส์สำหรับมหาวิทยาลัยเทคนิค - ครั้งที่ 3 - M.: LLC Publishing House Onyx 21st Century: LLC Publishing House Mir and Education, 2003 - 384 p.: ill.

Zorin N.I. วิชาเลือก "องค์ประกอบของชีวฟิสิกส์": เกรด 9 - M.: VAKO, 2550. - 160 หน้า - (เวิร์คช็อปของครู).

วิชาเลือก 9: ฟิสิกส์ เคมี. ชีววิทยา : ผู้สร้างหลักสูตรวิชาเลือก (Intersubject and subject-oriented): สำหรับการจัดอบรมเตรียมโปรไฟล์สำหรับนักเรียนชั้น ป.9 : จำนวน 2 เล่ม หนังสือ. 1 / Dendeber S.V. , Zueva L.V. , Ivannikova T.V. และอื่น ๆ - ม.: 5 เพื่อความรู้, 2549. - 304 หน้า - (วิชาเลือก).

วิชาเลือก 9: ฟิสิกส์ เคมี. ชีววิทยา : ผู้สร้างหลักสูตรวิชาเลือก (Intersubject and subject-oriented): สำหรับการจัดอบรมเตรียมโปรไฟล์สำหรับนักเรียนชั้น ป.9 : จำนวน 2 เล่ม หนังสือ. 2 / Dendeber S.V. , Zueva L.V. , Ivannikova T.V. และอื่น ๆ - ม.: 5 เพื่อความรู้, 2549. - 176 หน้า - (วิชาเลือก).

มารอน เอ.อี. รวบรวมโจทย์เชิงคุณภาพทางฟิสิกส์ สำหรับ 7-9 เซลล์ การศึกษาทั่วไป สถาบัน / A.E. มารอน อี.เอ. สีน้ำตาลแดง - ม.: การศึกษา, 2549. - 239 น.: ป่วย.

ลูกาชิก V.I. รวบรวมโจทย์ฟิสิกส์ ม.7-9 ของสถานศึกษา / V.I. ลูกาชิก E.V. อิวาโนว่า – ครั้งที่ 22 – ม.: ตรัสรู้, 2551. – 240 น.: ป่วย.

แคทซ์ ทีเอสบี ชีวฟิสิกส์ที่บทเรียนฟิสิกส์ / หนังสือ สำหรับอาจารย์ : จากประสบการณ์การทำงาน - ครั้งที่ 2, แก้ไข. – ม.: ตรัสรู้, 2531. – 159 น.: ป่วย.

Volkov V.A. , Polyansky S.E. พัฒนาการของ Pourochnye ในวิชาฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 - ครั้งที่ 2 - M.: VAKO, 2550. - 304 หน้า - (เพื่อช่วยครูโรงเรียน: ไปที่ชุดฝึกอบรมของ A.V. Peryshkin, S.V. Gromov, N.A. Rodina)

วิทยาศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุดอย่างหนึ่งคือ ชีววิทยา แน่นอน ความสนใจของผู้คนในกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในตัวเองและสิ่งมีชีวิตรอบข้างเกิดขึ้นหลายพันปีก่อนยุคของเรา

การสังเกตสัตว์ พืช กระบวนการทางธรรมชาติเป็นส่วนสำคัญในชีวิตของผู้คน เมื่อเวลาผ่านไป ความรู้มากมายได้สะสม วิธีการศึกษาสัตว์ป่าและกลไกที่เกิดขึ้นในนั้นได้รับการปรับปรุงและพัฒนา สิ่งนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของหลายส่วนที่ประกอบขึ้นเป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนโดยรวม

การวิจัยทางชีววิทยาในด้านต่าง ๆ ของชีวิตทำให้สามารถรับข้อมูลอันมีค่าใหม่ที่มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ของดาวเคราะห์ ใช้ความรู้นี้เพื่อจุดประสงค์ของมนุษย์ในทางปฏิบัติ (การสำรวจอวกาศ การแพทย์ เกษตรกรรม อุตสาหกรรมเคมี และอื่นๆ)

การค้นพบหลายอย่างทำให้การวิจัยทางชีววิทยาเป็นไปได้ในด้านโครงสร้างภายในและการทำงานของระบบสิ่งมีชีวิตทั้งหมด มีการศึกษาองค์ประกอบโมเลกุลของสิ่งมีชีวิต โครงสร้างจุลภาคของพวกมัน ยีนจำนวนมากถูกแยกและศึกษาจากจีโนมของมนุษย์และสัตว์ พืช ข้อดีของเทคโนโลยีชีวภาพ เซลล์ และช่วยให้คุณได้รับพืชหลายชนิดต่อฤดูกาล รวมถึงการเพาะพันธุ์สัตว์ที่ให้เนื้อ นม และไข่มากขึ้น

การศึกษาจุลชีพทำให้สามารถรับยาปฏิชีวนะและสร้างวัคซีนได้หลายสิบชนิดที่สามารถเอาชนะโรคต่างๆ ได้ แม้กระทั่งโรคที่เคยคร่าชีวิตผู้คนหลายพันคนจากโรคระบาดของคนและสัตว์

ดังนั้น วิทยาศาสตร์ทางชีววิทยาสมัยใหม่จึงเป็นความเป็นไปได้อันไร้ขอบเขตของมนุษยชาติในสาขาวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม และการรักษาสุขภาพมากมาย

การจำแนกวิทยาศาสตร์ชีวภาพ

หนึ่งในส่วนส่วนตัวของวิทยาศาสตร์ชีววิทยาปรากฏขึ้นครั้งแรก เช่น พฤกษศาสตร์ สัตววิทยา กายวิภาคศาสตร์ และอนุกรมวิธาน ต่อมา สาขาวิชาที่ต้องพึ่งพาอุปกรณ์ทางเทคนิคเริ่มก่อตัวขึ้น เช่น จุลชีววิทยา ไวรัสวิทยา สรีรวิทยา และอื่นๆ

มีวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์และก้าวหน้าจำนวนหนึ่งที่เกิดขึ้นเฉพาะในศตวรรษที่ 20-21 และมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาชีววิทยาสมัยใหม่

ไม่มีการจำแนกประเภทเดียว แต่มีหลายประเภทที่สามารถจัดอันดับวิทยาศาสตร์ชีวภาพได้ รายการของพวกเขาค่อนข้างน่าประทับใจในทุกกรณี พิจารณาหนึ่งในนั้น

ชีววิทยา	วิทยาศาสตร์เอกชน	พฤกษศาสตร์	เกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างภายนอกและภายใน กระบวนการทางสรีรวิทยา วิวัฒนาการและการกระจายตามธรรมชาติของพืชทั้งหมดที่มีอยู่ในโลก (พืช)	รวมถึงส่วนต่อไปนี้: อัลกอริธึม; ทันตกรรมวิทยา; อนุกรมวิธาน; กายวิภาคศาสตร์; สัณฐานวิทยา; สรีรวิทยา; วิทยา; ซากดึกดำบรรพ์; นิเวศวิทยา; ภูมิพฤกษศาสตร์; ชาติพันธุ์วิทยา; การสืบพันธุ์ของพืช
		สัตววิทยา	เกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างภายนอกและภายใน กระบวนการทางสรีรวิทยา วิวัฒนาการ และการกระจายในธรรมชาติของสัตว์ทั้งหมดที่มีอยู่ในโลก (สัตว์)	วินัยรวมอยู่ใน: สาขาวิชา: กายวิภาคศาสตร์ภูมิประเทศ เปรียบเทียบ; เป็นระบบ อายุ; พลาสติก; การทำงาน; ทดลอง
		มานุษยวิทยา	หลายสาขาวิชาที่ศึกษาการพัฒนาและการก่อตัวของบุคคลในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพและสังคมที่ซับซ้อน	ส่วน: ปรัชญา, ตุลาการ, ศาสนา, กายภาพ, สังคม, วัฒนธรรม, ภาพ
		จุลชีววิทยา	ศึกษาสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุด ตั้งแต่แบคทีเรียจนถึงไวรัส	สาขา: ไวรัสวิทยา, แบคทีเรียวิทยา, จุลชีววิทยาทางการแพทย์, เห็ดรา, อุตสาหกรรม, เทคนิค, เกษตรกรรม, จุลชีววิทยาอวกาศ
		วิทยาศาสตร์ทั่วไป	ซิสเต็มศาสตร์	งานรวมถึงการพัฒนาพื้นฐานสำหรับการจำแนกสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกของเราโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสั่งซื้อและระบุตัวแทนของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่อย่างเข้มงวด
	สัณฐานวิทยา		คำอธิบายสัญญาณภายนอก โครงสร้างภายใน และภูมิประเทศของอวัยวะของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด	ส่วน: พืช สัตว์ จุลินทรีย์ เชื้อรา
	สรีรวิทยา		ศึกษาลักษณะการทำงานของระบบ อวัยวะ หรือส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกาย กลไกของกระบวนการทั้งหมดที่รับรองกิจกรรมที่สำคัญ	พืช สัตว์ มนุษย์ จุลินทรีย์
	นิเวศวิทยา		ศาสตร์แห่งความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตต่อกัน สิ่งแวดล้อมและมนุษย์	ธรณีวิทยา ทั่วไป สังคม อุตสาหกรรม
	พันธุศาสตร์		ศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิต กลไกการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและความแปรปรวนของลักษณะภายใต้อิทธิพลของสภาวะต่างๆ ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงทางประวัติศาสตร์ของจีโนไทป์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการ
	ชีวภูมิศาสตร์		พิจารณาการตั้งถิ่นฐานใหม่และการกระจายของสิ่งมีชีวิตบางชนิดบนโลกใบนี้
	ลัทธิวิวัฒนาการ		เผยให้เห็นกลไกของการพัฒนาทางประวัติศาสตร์ของมนุษย์และระบบสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ บนโลกใบนี้ ที่มาและการพัฒนา
	ศาสตร์ซับซ้อนที่เกิดขึ้นที่ทางแยกกัน	ชีวเคมี	ศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจากมุมมองทางเคมี
		เทคโนโลยีชีวภาพ	คำนึงถึงการใช้สิ่งมีชีวิต ผลิตภัณฑ์ และหรือชิ้นส่วนสำหรับความต้องการของมนุษย์
		อณูชีววิทยา	ศึกษากลไกการถ่ายทอด การจัดเก็บ และการใช้ข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ตลอดจนการทำงานและโครงสร้างที่ดีของโปรตีน ดีเอ็นเอ และอาร์เอ็นเอ	วิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง: พันธุศาสตร์และวิศวกรรมเซลล์, อณูพันธุศาสตร์, ชีวสารสนเทศ, โปรตีโอมิกส์, จีโนม
		ชีวฟิสิกส์	เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษากระบวนการทางกายภาพที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่ไวรัสไปจนถึงมนุษย์	ส่วนของวินัยนี้จะกล่าวถึงด้านล่าง

ดังนั้นเราจึงพยายามจับความหลากหลายหลักที่เป็นวิทยาศาสตร์ชีวภาพ รายการที่มีการพัฒนาเทคโนโลยีและวิธีการศึกษานี้มีการขยายและเติมเต็ม ดังนั้นการจำแนกชีววิทยาแบบครบวงจรจึงไม่มีอยู่ในปัจจุบัน

ความก้าวหน้าทางชีววิทยาศาสตร์และความสำคัญของมัน

วิทยาศาสตร์ชีววิทยาที่อายุน้อยที่สุด ทันสมัย ​​และก้าวหน้า ได้แก่:

• เทคโนโลยีชีวภาพ
• อณูชีววิทยา
• ชีววิทยาอวกาศ
• ชีวฟิสิกส์;
• ชีวเคมี.

วิทยาศาสตร์แต่ละศาสตร์เหล่านี้ก่อตั้งขึ้นไม่ช้ากว่าศตวรรษที่ 20 ดังนั้นจึงถือว่ายังเด็ก มีการพัฒนาอย่างเข้มข้น และสำคัญที่สุดสำหรับกิจกรรมของมนุษย์ในทางปฏิบัติ

ให้เราอาศัยสิ่งเหล่านี้เป็นชีวฟิสิกส์ นี่เป็นวิทยาศาสตร์ที่ปรากฏขึ้นเมื่อราวปี พ.ศ. 2488 และกลายเป็นส่วนสำคัญของระบบชีวภาพทั้งหมด

ชีวฟิสิกส์คืออะไร?

เพื่อตอบคำถามนี้ ก่อนอื่น จำเป็นต้องชี้ให้เห็นถึงการติดต่ออย่างใกล้ชิดกับเคมีและชีววิทยา ในบางประเด็น ขอบเขตระหว่างวิทยาศาสตร์เหล่านี้อยู่ใกล้กันมากจนยากที่จะระบุว่าข้อใดที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะและมีความสำคัญ ดังนั้นจึงควรพิจารณาชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งศึกษากระบวนการทางกายภาพและเคมีเชิงลึกที่เกิดขึ้นในระบบสิ่งมีชีวิตทั้งในระดับโมเลกุล เซลล์ อวัยวะ และในระดับชีวมณฑลโดยรวม

เช่นเดียวกับอย่างอื่น ชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่มีเป้าหมายของการศึกษา เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของตนเอง ตลอดจนผลลัพธ์ที่คุ้มค่าและสำคัญ นอกจากนี้ ระเบียบวินัยนี้มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับทิศทางใหม่หลายประการ

วัตถุประสงค์ของการศึกษา

สำหรับชีวฟิสิกส์คือระบบชีวภาพในระดับองค์กรที่แตกต่างกัน

1. ไวรัส เชื้อราเซลล์เดียว และสาหร่าย)
2. สัตว์ที่ง่ายที่สุด
3. เซลล์แต่ละเซลล์และส่วนโครงสร้าง (ออร์แกเนลล์)
4. พืช.
5. สัตว์ (รวมทั้งมนุษย์)
6. ชุมชนระบบนิเวศ

นั่นคือชีวฟิสิกส์คือการศึกษาสิ่งมีชีวิตจากมุมมองของกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้น

งานของวิทยาศาสตร์

ในขั้นต้น งานของนักชีวฟิสิกส์คือการพิสูจน์การมีอยู่ของกระบวนการทางกายภาพและปรากฏการณ์ในชีวิตของสิ่งมีชีวิต และเพื่อศึกษาพวกมัน เพื่อค้นหาธรรมชาติและความสำคัญของพวกมัน

งานสมัยใหม่ของวิทยาศาสตร์นี้สามารถกำหนดได้ดังนี้:

1. เพื่อศึกษาโครงสร้างของยีนและกลไกที่มาพร้อมกับการถ่ายทอดและการจัดเก็บ การดัดแปลง (การกลายพันธุ์)
2. พิจารณาหลายแง่มุมของชีววิทยาของเซลล์ (ปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ระหว่างกัน โครโมโซมและปฏิสัมพันธ์ทางพันธุกรรม และกระบวนการอื่นๆ)
3. เพื่อศึกษาโมเลกุลพอลิเมอร์ (โปรตีน กรดนิวคลีอิก พอลิแซ็กคาไรด์) ร่วมกับชีววิทยาระดับโมเลกุล
4. เพื่อเปิดเผยอิทธิพลของปัจจัยจักรวาลฟิสิกส์ต่อกระบวนการทางกายภาพและเคมีทั้งหมดในสิ่งมีชีวิต
5. เผยให้เห็นกลไกของโฟโตชีววิทยาอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น (การสังเคราะห์ด้วยแสง ช่วงแสง และอื่นๆ)
6. ดำเนินการและพัฒนาวิธีการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์
7. นำผลนาโนเทคโนโลยีไปศึกษาระบบสิ่งมีชีวิต

จากรายการนี้ เห็นได้ชัดว่าชีวฟิสิกส์ศึกษาปัญหาที่สำคัญและร้ายแรงมากมายในสังคมสมัยใหม่ และผลของวิทยาศาสตร์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบุคคลและชีวิตของเขา

ประวัติความเป็นมาของการก่อตัว

ในฐานะที่เป็นวิทยาศาสตร์ ชีวฟิสิกส์เกิดค่อนข้างเร็ว - ในปี 1945 เมื่อเขาตีพิมพ์ผลงานของเขา "ชีวิตคืออะไรจากมุมมองของฟิสิกส์" เขาเป็นคนแรกที่สังเกตเห็นและระบุว่ากฎฟิสิกส์จำนวนมาก (เทอร์โมไดนามิก, กฎของกลศาสตร์ควอนตัม) เกิดขึ้นอย่างแม่นยำในชีวิตและการทำงานของสิ่งมีชีวิต

ด้วยผลงานของชายผู้นี้ วิทยาศาสตร์ชีวฟิสิกส์จึงเริ่มมีการพัฒนาอย่างเข้มข้น อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านี้ในปี 1922 สถาบันชีวฟิสิกส์ได้ก่อตั้งขึ้นในรัสเซีย นำโดย P.P. Lazarev มีบทบาทหลักในการศึกษาธรรมชาติของการกระตุ้นในเนื้อเยื่อและอวัยวะ ผลที่ได้คือการระบุถึงความสำคัญของไอออนในกระบวนการนี้

1. Galvani ค้นพบกระแสไฟฟ้าและความสำคัญของเนื้อเยื่อที่มีชีวิต (bioelectricity)
2. A. L. Chizhevsky เป็นบิดาของสาขาวิชาต่างๆ ที่ศึกษาอิทธิพลของอวกาศใน Biosphere เช่นเดียวกับการแผ่รังสีไอออไนซ์และอิเล็กโตรฮีโมไดนามิกส์
3. โครงสร้างโดยละเอียดของโมเลกุลโปรตีนได้รับการศึกษาเฉพาะหลังจากการค้นพบการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์) สิ่งนี้ทำโดย Perutz และ Kendrew (1962)
4. ในปีเดียวกันนั้น ได้มีการค้นพบโครงสร้างสามมิติของ DNA (Maurice Wilkins)
5. Neher และ Zakman ในปี 1991 สามารถพัฒนาวิธีการตรึงศักย์ไฟฟ้าในท้องถิ่นได้

นอกจากนี้ การค้นพบอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งทำให้วิทยาศาสตร์ของชีวฟิสิกส์เริ่มดำเนินการบนเส้นทางของการปรับปรุงให้ทันสมัยอย่างเข้มข้นและก้าวหน้าในการพัฒนาและการก่อตัว

ส่วนของชีวฟิสิกส์

มีหลายสาขาวิชาที่ประกอบเป็นวิทยาศาสตร์นี้ ลองพิจารณาพื้นฐานที่สุดของพวกเขา

1. ชีวฟิสิกส์ของระบบที่ซับซ้อน - พิจารณากลไกที่ซับซ้อนทั้งหมดของการควบคุมตนเองของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (การสร้างระบบ, morphogenesis, synergogenesis) นอกจากนี้วินัยนี้ยังศึกษาคุณลักษณะขององค์ประกอบทางกายภาพของกระบวนการสร้างพัฒนาการและวิวัฒนาการระดับการจัดระเบียบของสิ่งมีชีวิต
2. ชีวอะคูสติกและชีวฟิสิกส์ของระบบประสาทสัมผัส - ศึกษาระบบประสาทสัมผัสของสิ่งมีชีวิต (การมองเห็น การได้ยิน การรับสัญญาณ การพูด และอื่นๆ) วิธีการส่งสัญญาณต่างๆ เผยกลไกการแปลงพลังงานเมื่อสิ่งมีชีวิตรับรู้อิทธิพลภายนอก (ระคายเคือง)
3. ชีวฟิสิกส์เชิงทฤษฎี - รวมถึงศาสตร์ย่อยจำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการทางชีววิทยา การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของส่วนโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต พิจารณากระบวนการจลนศาสตร์ด้วย
4. ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุล - พิจารณากลไกเชิงลึกของการจัดระเบียบโครงสร้างและการทำงานของพอลิเมอร์ชีวภาพเช่น DNA, RNA, โปรตีน, โพลีแซคคาไรด์ เขามีส่วนร่วมในการสร้างแบบจำลองและภาพกราฟิกของโมเลกุลเหล่านี้ ทำนายพฤติกรรมและการก่อตัวของพวกมันในระบบสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ วินัยนี้ยังสร้างระบบซูเปอร์โมเลกุลและโมเลกุลย่อยเพื่อกำหนดกลไกการสร้างและการทำงานของพอลิเมอร์ชีวภาพในระบบสิ่งมีชีวิต
5. ชีวฟิสิกส์ของเซลล์ เขาศึกษากระบวนการของเซลล์ที่สำคัญที่สุด: ความแตกต่าง การแบ่งตัว การกระตุ้น และศักยภาพทางชีวภาพของโครงสร้างเมมเบรน ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับกลไกการขนส่งสารผ่านเมมเบรน ความต่างศักย์ คุณสมบัติและโครงสร้างของเมมเบรนและส่วนรอบๆ
6. ชีวฟิสิกส์ของการเผาผลาญ สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาคือโซลาไรเซชันและการปรับตัวของสิ่งมีชีวิต การไหลเวียนโลหิต การควบคุมอุณหภูมิ เมแทบอลิซึม และอิทธิพลของรังสีไอออไนเซชัน
7. ชีวฟิสิกส์ประยุกต์ ประกอบด้วยหลายสาขาวิชา: ชีวสารสนเทศศาสตร์ ชีวมิติ ชีวกลศาสตร์ การศึกษากระบวนการวิวัฒนาการและการสร้างยีน ชีวฟิสิกส์ทางพยาธิวิทยา (ทางการแพทย์) วัตถุประสงค์ของการศึกษาชีวฟิสิกส์ประยุกต์คือระบบกล้ามเนื้อและกระดูก วิธีการเคลื่อนไหว วิธีการรับรู้บุคคลตามลักษณะทางกายภาพ ชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์สมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ พิจารณากระบวนการทางพยาธิวิทยาในสิ่งมีชีวิตวิธีการสร้างส่วนที่เสียหายของโมเลกุลหรือโครงสร้างใหม่หรือการชดเชย ให้วัสดุสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพ มีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการเกิดโรคโดยเฉพาะอย่างยิ่งลักษณะทางพันธุกรรมการกำจัดและการอธิบายกลไกการออกฤทธิ์
8. ชีวฟิสิกส์ที่อยู่อาศัย - ศึกษาผลกระทบทางกายภาพของทั้งที่อยู่อาศัยในท้องถิ่นของสิ่งมีชีวิตและผลกระทบของเอนทิตีในอวกาศใกล้และไกล ยังพิจารณา biorhythms อิทธิพลของสภาพอากาศและ biofields ต่อสิ่งมีชีวิต พัฒนามาตรการป้องกันผลกระทบ

สาขาวิชาทั้งหมดเหล่านี้มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการพัฒนาการทำความเข้าใจกลไกของชีวิตของระบบสิ่งมีชีวิต อิทธิพลของชีวมณฑล และเงื่อนไขต่างๆ ที่มีต่อพวกมัน

ความสำเร็จที่ทันสมัย

เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับความสำเร็จของชีวฟิสิกส์สามารถระบุได้:

• เปิดเผยกลไกการโคลนนิ่งสิ่งมีชีวิต
• มีการศึกษาคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงและบทบาทของไนตริกออกไซด์ในระบบสิ่งมีชีวิต
• มีการสร้างความสัมพันธ์ระหว่าง RNA ขนาดเล็กและผู้ส่งสารซึ่งในอนาคตจะทำให้สามารถหาวิธีแก้ไขปัญหาทางการแพทย์จำนวนมาก (การกำจัดโรค)
• ค้นพบลักษณะทางกายภาพของคลื่นอัตโนมัติ
• ต้องขอบคุณการทำงานของนักชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลทำให้มีการศึกษาลักษณะการสังเคราะห์และการจำลองดีเอ็นเอของ DNA ซึ่งนำไปสู่ความเป็นไปได้ในการสร้างยาใหม่จำนวนหนึ่งสำหรับโรคร้ายแรงและซับซ้อน
• แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของปฏิกิริยาทั้งหมดที่มาพร้อมกับกระบวนการสังเคราะห์แสงได้ถูกสร้างขึ้น
• มีการพัฒนาวิธีการวิจัยอัลตราโซนิกของสิ่งมีชีวิต
• มีการสร้างความเชื่อมโยงระหว่างกระบวนการจักรวาลวิทยาและชีวเคมี
• ทำนายการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศบนโลก
• การค้นพบความสำคัญของเอนไซม์ urokenase ในการป้องกันการเกิดลิ่มเลือดอุดตันและการกำจัดผลที่ตามมาภายหลังจังหวะ
• ยังได้ค้นพบโครงสร้างของโปรตีน ระบบไหลเวียนโลหิต และส่วนอื่นๆ ของร่างกายอีกด้วย

สถาบันชีวฟิสิกส์ในรัสเซีย

ในประเทศของเราพวกเขามีอยู่ เอ็ม วี โลโมโนซอฟ คณะชีวฟิสิกส์ดำเนินการบนพื้นฐานของสถาบันการศึกษาแห่งนี้ เป็นผู้ฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเพื่อทำงานในพื้นที่นี้

การเริ่มต้นที่ดีให้กับมืออาชีพในอนาคตเป็นสิ่งสำคัญมาก พวกเขามีงานหนักรออยู่ข้างหน้า นักชีวฟิสิกส์จำเป็นต้องเข้าใจความซับซ้อนทั้งหมดของกระบวนการที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้นักเรียนต้องเข้าใจฟิสิกส์ เพราะนี่คือวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน - ชีวฟิสิกส์ การบรรยายมีโครงสร้างในลักษณะที่ครอบคลุมทุกสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องและประกอบเป็นชีวฟิสิกส์ และครอบคลุมการพิจารณาประเด็นทางชีววิทยาและทางกายภาพ