Zamonaviy biofizika rivojlanishining asosiy yo'nalishlari. Biofizik tadqiqotlarning darajalari. Biofizika bo'yicha ma'ruzalar Bolalar, bizga mikro biofizikadan so'rashdi

KIRISH

"Tabiat mantig'i bolalar uchun eng qulay va eng foydali mantiqdir."
K. D. Uminskiy

Ish tajribasi tavsifi berilgan ushbu qo'llanmada fizika va biologiya bo'yicha maktab kurslari o'rtasidagi bog'liqlikning asosiy yo'nalishlari va xususiyatlarini ko'rib chiqishga va bu aloqani mustahkamlashning mumkin bo'lgan usullari va shakllarini ko'rsatishga harakat qilinadi.
Bu ishning asosiy yo'nalishlari quyidagilardan iborat: talabalarni biologiya va tibbiyotda keng qo'llaniladigan fizikaviy tadqiqot va ta'sir usullari, hayvonot dunyosi fizikasi, bionikaning ayrim elementlari bilan tanishtirish.
Fizika kursining deyarli barcha bo'limlari uchun ko'p sonli biofizik misollarni tanlash mumkin (biz shunday qildik, ilovaga qarang), lekin ulardan faqat qisman foydalanish tavsiya etiladi texnik misollar va jonsiz tabiatdan misollar.
Biofizikaviy misollarni jalb qilishning asosiy maqsadi fizika kursini yaxshiroq o'zlashtirishga erishishdir. Biofizikaviy material fizika va biologiya kurslarining o‘quv rejalari bilan bevosita bog‘liq bo‘lishi hamda fan va texnika taraqqiyotining eng istiqbolli yo‘nalishlarini aks ettirishi kerak.
Biofizik materialni tanlashning uchta asosiy yo'nalishini ko'rsatish mumkin.
Birinchi yo'nalishning maqsadi - talabalarga tabiat qonunlarining birligini, fizika qonunlarining tirik organizmga qo'llanilishini ko'rsatish.
Ikkinchi yo'nalish biologiya va tibbiyotda keng qo'llaniladigan ta'sir va tadqiqotning fizik usullari bilan tanishishga mos keladi. Umumta’lim maktablarining fizika kursida o‘quvchilar faqat optik asboblar (lupa, mikroskop), rentgen nurlari va “yorliqli atomlar” bilan tanishadilar. Biroq, oddiy shahar klinikasida har bir kishi o'z tanasini tekshirish uchun juda ko'p jismoniy usullarga duch keladi - qon bosimi o'lchanadi, yurakning biopotentsiallari qayd etiladi va hokazo, ular maktabda hisobga olinmaydi.
Uchinchi yo'nalish talabalarni bionika g'oyalari va ba'zi natijalari bilan tanishtirishni o'z ichiga oladi. Masalan, tebranishlarni o'rganishda talabalarga kuya eshitish organi 10 dan 100 kHz gacha bo'lgan chastota diapazonidagi tovush tebranishlarini sezishi va ko'rshapalaklar yaqinlashayotganini aniqlashga imkon berishi aytiladi (buning uchun kuya eng sevimli ovqatdir. ) 30 m masofada.. Yovvoyi tabiatning bu "yutuqlari" aks sado, ultratovushli radarlar, defekt detektorlar va hatto radarlar sohasida olingan natijalardan yuqori. Bunday misollarni ko‘p keltirish mumkin. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, bionika biologik tizimlarni ko'r-ko'rona taqlid qilishni emas, balki ularni qurish tamoyillarini ochib berishga qaratilgan.

I bob
FIZIKA DARSLARIDA BIOFIZIK MATERIALDAN FOYDALANISH

Talabalarni biofizikaviy materiallar bilan tanishtirish usullari ularni texnologiya elementlari bilan tanishtirish usullaridan tubdan farq qilmaydi. Fizika - texnikaning asosi; boshqa tomondan, fizika biologiyada tadqiqotlar uchun keng qo'llaniladi va biologik ob'ektlarning tuzilishi va hayotining xususiyatlarini tushunishga yordam beradi.
Birinchi darslardayoq bolalar barcha tabiiy fanlar fizika qonunlaridan foydalanishini bilishadi. Bu fikrni aniqlashtirish va kengaytirish kerak. O'quvchilarga fan - fizika bilan birinchi tanishuvda uning qonunlarining inson va o'simliklar, qushlar, baliqlar va boshqalar hayotiga tatbiq etilishini ko'rsatish maqsadga muvofiqdir. Buning uchun siz qushlar, hasharotlar va samolyotlarning parvozini taqqoslashingiz mumkin. , eshitilmaydigan tovushlar sohasida hayvonot olamidagi joylashuvi haqida gapiring. Siz, masalan, mol tanasining tuzilishini o'rganish muhandislarga yer ko'chirish mashinasini yaratishga yordam bergani va delfinlar va baliqlarni kuzatish suv osti kemalarini yaxshilashga yordam bergani haqida gapirishingiz mumkin. Leonardo da Vinchining qushlarning parvozi va qanotlarining dizayni haqidagi klassik kuzatishlari va bu g'oyalardan zamonaviy muhandislar tomonidan samolyotlar, volan va raketalarni loyihalashda foydalanish ma'lum. Fizika fani ham jonsiz, ham tirik tabiat hodisalarini idrok etishning kalitidir, degan fikr o‘quvchilar ongiga birinchi darslardanoq singdirilishi muhim.
Fizikadan yangi materialni taqdim etishda o'qituvchining o'ziga illyustrativ biofizik ma'lumotlarni taqdim etish yaxshidir. Bu tirik organizmlarni tavsiflovchi raqamli ma'lumotlar, biologiyada qo'llaniladigan tadqiqot usullarining tavsifi va tibbiy yoki biologik asbob-uskunalar haqida qisqacha ma'lumotlar bo'lishi mumkin.
Yangi materialning taqdimoti, ayniqsa, quyi sinflarda suhbat bilan almashtirilishi mumkin. O'qituvchi o'quvchilarning hayotiy tajribasiga, ular boshlang'ich sinfda o'qiyotganda, botanika, geografiya va boshqa tegishli fanlar darslarida olgan ma'lumotlariga murojaat qiladi. Tirik tabiat fizikasiga oid masalalarni yechish biofizika elementlari bilan tanishishda muhim rol o‘ynashi mumkin. Masalan, yugurish, konkida uchish va hokazolar uchun sport rekordlari jadvalidan foydalanib, siz o'rtacha tezlikni topishingiz, tezlik birliklarini bir tizimdan ikkinchisiga o'tkazishni mashq qilishingiz mumkin.
O'tmishni takrorlashda biofizik materialni ham jalb qilish mumkin. Biz ushbu ish shaklidan ba'zi mavzularni o'rgangandan so'ng, o'quv yili oxirida va yakuniy imtihonlar oldidan takrorlashda foydalandik. Takrorlashning ba'zi mavzularini nomlaylik: yovvoyi tabiatdagi mexanika, elektr va hayvonot dunyosi, optika va hayot, elektromagnit maydonlarning hayvonlar va o'simlik organizmlariga ta'siri.
Bir qator biofizikaviy masalalarni ba'zi kino va lentalardan parchalar, chizmalar, diagrammalar va jadvallar, shuningdek, biologiya sinfida mavjud ko'rgazmali qurollar yordamida tushuntirish kerak.
Ko'pincha, fizika o'qituvchilari biologiya sinfida juda cheklangan jihozlarni olishlari mumkin (mikroskop, ko'z, quloq modellari; mos jadvallar). Ayni paytda, bu fizikani o'rganishda foydali bo'lishi mumkin bo'lgan biologiya sinflarida mavjud bo'lgan barcha jihozlardan uzoqdir. "Fizika va tibbiyot" birinchi biofizik kechamiz davomida biz biologiya xonasidan quyidagi jihozlardan foydalandik: o'pkaning hayotiy hajmini o'lchash moslamasi, qon bosimini o'lchash moslamasi, ko'z va quloq modellari, mushaklar kuchini o'lchash uchun dinamometrlar.
Keyinchalik o‘z ishimiz amaliyotida talabalarni biofizika elementlari bilan tanishtirishda biologiya kabineti jihozlaridan ham shu maqsadda foydalanishga harakat qildik: A. N. Kabanovning “Odam anatomiyasi va fiziologiyasiga oid jadvallar”, “Mnr hayvonlar” - a. ko‘p rangli jadvallar seriyasi A. A. Yaxontov, kapalaklar, ninachilar, qo‘ng‘izlar, toshbaqalar va boshqalarning gerbariylari va kolleksiyalari.Biologiyaga oid ba’zi o‘quv filmlari va diafilmlarni ko‘rsatish ham foydalidir.
Kelajakda qayerda va qanday ko‘rgazmali qurollar va texnik vositalardan foydalanish mumkinligi, shuningdek, o‘quvchilarning o‘zlari qanday ko‘rgazmali qurollar yasashlari mumkinligini ko‘rsatamiz.

§ 1. Mexanikani o'rganishda biofizika elementlari

Harakat va kuchlar
VI sinfda “Harakat va kuchlar” mavzusini o’rganishda o’quvchilarni turli tirik mavjudotlarning harakat tezligi bilan tanishtirish mumkin. Salyangoz 1 soatda 5,5 m ga yaqin emaklaydi.Toshbaqa 70 m/soatga yaqin tezlikda harakat qiladi.Pashsha 5 m/s tezlikda uchadi. O'rtacha yurish tezligi taxminan 1,5 m / s yoki taxminan 5 km / soat. Piyodalar harbiy qismi 7 km/soat tezlikda harakatlana oladi. Ot soatiga 6 dan 30 km gacha va undan yuqori tezlikda harakatlana oladi.
O'rta bo'lakdagi hayvonlardan quyon eng tez yuguradi, tezligi soatiga 50-60 km ga etadi. Undan bir oz pastroq bo'ri, u soatiga 45 km tezlikda yugura oladi. ;
Ko'pgina baliqlar o'rtacha 4 km / soat tezlikda harakat qilishadi, lekin ularning ba'zilari ancha yuqori tezlikka erishishga qodir: masalan, qilichbaliqlar soatiga 90 km tezlikka erisha oladi.
Baliq harakati tezligi jadvalida keltirilgan raqamlarni ko'rib chiqish ham qiziq.
Bu erda baliq tezligini soniyada santimetrda, shuningdek, soniyada tana uzunligida baholashga e'tibor berish juda muhimdir. Ushbu ma'lumotlarga ko'ra, alabalık eng tezkor bo'lib chiqadi, garchi uning tezligining mutlaq qiymati nisbatan kichik.
Hayvonot dunyosining turli vakillarining tezkor ma'lumotlaridan foydalanib, turli xil muammolarni hal qilish mumkin. Keling, ulardan ba'zilarini ko'rib chiqaylik.
Kokleaning harakat tezligi 0,9 mm/sek. Bu tezlikni sm/min, m/soat bilan ifodalang.
O'ljani quvib kelayotgan qora lochin soatiga 300 km tezlikda sho'ng'iydi. U 5 soniyada qancha masofani bosib o'tadi?
1 Ko'pgina tirik mavjudotlarning tezligi ularning bir soniyada harakat qiladigan tanasi uzunligi soniga teng maxsus qiymat bilan ifodalanadi.
Tashuvchi kaptarning parvoz tezligi 1800 m/min. Bu qiymatni km/soatda ifodalang. 3 soatlik parvozda kaptar qancha masofani bosib o‘tgan? O'rtacha tezligi soatiga 60 km bo'lgan mashinada kaptarni bosib o'tish mumkinmi?
Ma'lumki, emanning o'rtacha o'sishi yiliga taxminan 30 sm. 6,3 m balandlikdagi daraxt necha yoshda?
Sovet sportchisi Vladimir Kuts 5000 m masofani 815 soniyada bosib o'tdi. Uning tezligini km/soat bilan aniqlang.

Tel og'irligi Zichlik
"Tana massasi" tushunchasi bilan tanishishda va moddaning zichligi va tananing egallagan hajmini aniqlash uchun topshiriqlarni tuzishda biz qo'shimcha jadval ma'lumotlaridan foydalandik (2-jadval).
Misol. Agar uning hajmi 5 m3 bo'lsa, qayin yog'ochining massasini aniqlang.
Misol. 5 litr hajmni egallagan zig'ir moyining massasi qancha?
Misol. Quruq bambuk hajmini aniqlang, agar uning massasi 4800 kg bo'lsa.

Gravitatsiya. Tana vazni
Ushbu mavzuni o'rganishda siz quyidagi o'quv ishini o'tkazishingiz mumkin. Turli sutemizuvchilarning massasi berilgan: kit - /0000 kg, fil - 4000 kg, karkidon - 2000 kg, buqa - 1200 kg, ayiq - 400 kg, cho'chqa - 200 kg, odam - 70 kg, bo'ri - 10 kg, quyon - 6 kg. Ularning vaznini nyutonda toping.
Xuddi shu ma'lumotlar kuchlarni grafik tasvirlash uchun ishlatilishi mumkin.
Yo'lda yana bir nechta qiziqarli ma'lumotlarni taqdim etish mumkin.
Eng yirik hayvonlar sutemizuvchilar sinfiga kiradi, ularning orasida ko'k kit hajmi va vazni bilan ajralib turadi. Masalan, tutilgan kitlardan biri uzunligi 33 m ga yetdi va og'irligi 1500 kn bo'lib, bu 30 fil yoki 150 buqaning vazniga to'g'ri keladi. Eng katta zamonaviy qush Afrika tuyaqush bo'lib, balandligi 2,75 m, uzunligi 2 litr (tumshug'ining uchidan dumining oxirigacha) va vazni 75 kg ga etadi. Eng kichik qushlar kolibrilardir. Turlardan birining kolibrilarining massasi taxminan 2 g, qanotlari 3,5 sm.
Ishqalanish va qarshilik kuchlari.

Tirik organizmlarda ishqalanish
Ishqalanish kuchlari muammosini bayon qilishda katta miqdordagi biofizik materiallardan foydalanish mumkin. Ma'lumki, ishqalanishni kamaytirish uchun ishlatiladigan suyuqliklar (moy, smola va boshqalar) doimo sezilarli yopishqoqlikka ega. Tirik organizmda ham xuddi shunday: ishqalanishni kamaytirishga xizmat qiluvchi suyuqliklar ayni paytda juda yopishqoq.
Qon, masalan, suvdan ko'ra yopishqoqroq suyuqlikdir. Qon tomir tizimi bo'ylab harakatlanayotganda, tomirlar yuzasida ichki ishqalanish va ishqalanish tufayli qarshilik ko'rsatadi. Tomirlar qanchalik nozik bo'lsa, ishqalanish kuchayadi va qon bosimi shunchalik ko'p tushadi.
Qo'shimchalardagi kam ishqalanish ularning silliq yuzasiga, sinovial suyuqlik bilan yog'lanishiga bog'liq. Tuprik ovqatni yutishda soqol rolini o'ynaydi. Mushaklar yoki tendonlarning suyakka ishqalanishi, ular joylashgan sumkalar tomonidan maxsus suyuqlik chiqishi tufayli kamayadi. Bunday misollar sonini davom ettirish mumkin.
Harakat organlarining ishchi yuzalari uchun sezilarli ishqalanish zarur. Harakat uchun zarur shart - bu harakatlanuvchi tana va "qo'llab-quvvatlash" o'rtasidagi ishonchli "bog'lanish". Tutqichga oyoq-qo'llardagi nuqtalar (tirnoqlar, tuyoqlarning o'tkir qirralari, taqalar) yoki mayda nosimmetrikliklar, masalan, tuklar, tarozilar, tuberkullar va boshqalar orqali erishiladi. A'zolarni ushlash uchun ham sezilarli ishqalanish kerak. Ularning shakli qiziq: bu qisqichlar, hayajonli
ikki tomondan ob'ekt yoki uni o'rab turgan iplar (agar iloji bo'lsa, bir necha marta). Qo'l forseps ta'sirini va har tomondan to'liq qoplashni birlashtiradi; xurmo yumshoq terisi ushlab turish kerak bo'lgan narsalarning qo'polligiga yaxshi yopishadi.
Ko'pgina o'simliklar va hayvonlarning ushlash uchun xizmat qiladigan turli organlari (o'simliklarning antennalari, fil tanasi, toqqa chiquvchi hayvonlarning qattiq dumlari va boshqalar) mavjud. Ularning barchasi o'rash uchun qulay bo'lgan shaklga va ishqalanish koeffitsientini oshirish uchun qo'pol sirtga ega (1-rasm).
Tirik organizmlar orasida moslashuvlar keng tarqalgan (jun, tuklar, tarozilar, sirtga qiya joylashgan), buning natijasida bir yo'nalishda harakatlanayotganda ishqalanish kichik, teskari yo'nalishda harakatlanayotganda katta. Yomg'ir chuvalchangining harakati shu tamoyilga asoslanadi. Orqaga yo'naltirilgan tuklar gijja tanasini oldinga erkin o'tkazadi, lekin teskari harakatga to'sqinlik qiladi. Tana uzaytirilganda, bosh qismi oldinga siljiydi, dum qismi joyida qoladi, qisqarish paytida bosh qismi cho'zilib ketadi va dum qismi unga tortiladi.
Turli yo'nalishlarda harakatlanayotganda qarshilikning o'zgarishi ko'plab suv qushlarida ham kuzatiladi. Masalan, o'rdak yoki g'ozlarning oyoqlaridagi suzish pardalari eshkak kabi ishlatiladi. Oyoqni orqaga siljitganda, o'rdak to'g'rilangan membrana bilan suvni tortadi va oldinga siljiganida, o'rdak barmoqlarini harakatga keltiradi - qarshilik kamayadi, buning natijasida o'rdak oldinga siljiydi.
Eng yaxshi suzuvchilar baliq va delfinlardir. Ko'pgina baliqlarning tezligi soatiga o'nlab kilometrga etadi, masalan, ko'k akulaning tezligi taxminan 36 km / soat. Baliq bunday tezlikni tananing soddalashtirilgan shakli, boshning konfiguratsiyasi tufayli rivojlanishi mumkin, bu esa past tortishish1 sabab bo'ladi.
1 Baliq tanasining soddalashtirilgan shakli tufayli qarshilikning pasayishini to'ldirilgan perch, pike tasvirlash mumkin; A. A. Yaxontovning “Hayvonlar olami” turkumidagi “Shark” jadvalini ham ko‘rsatishingiz mumkin.
Mutaxassislarning qiziqishini delfinlarning yuqori tezlikda suvda ko'p harakat qilmasdan harakat qilish qobiliyati (kemaning boshi yaqinida 55 - 60 km / soat, erkin suzish - 30 - 40 km / soat) jalb qildi. Qayd etilishicha, harakatlanuvchi delfin atrofida faqat engil reaktiv (laminar) harakat sodir bo'ladi, bu esa girdobga (turbulent) aylanmaydi.
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, delfinning "anti-turbulentlik" siri
uning terisida yashiringan. U ikki qatlamdan iborat - tashqi, juda elastik, qalinligi 1,5 mm va ichki, zich, 4 mm qalinlikdagi.
Bu qatlamlar orasida o'simtalar yoki boshoqlar mavjud. Quyida zich to'qilgan tolalar mavjud bo'lib, ular orasidagi bo'shliq bir necha santimetr yog 'bilan to'ldirilgan.
Bu teri mukammal namlovchi vazifasini bajaradi. Bundan tashqari, delfin terisida doimo maxsus bezlar tomonidan ishlab chiqarilgan maxsus "moylash" ning nozik bir qatlami mavjud. Bu ishqalanish kuchini kamaytiradi.
1960 yildan beri "delfin terisi" ga o'xshash sun'iy namlovchi qoplamalar ishlab chiqarilmoqda. Va allaqachon bunday teri bilan qoplangan torpedo va qayiq bilan o'tkazilgan birinchi tajribalar suvga chidamliligini 40-60% ga kamaytirish imkoniyatini tasdiqladi.
Ma'lumki, baliqlar maktablarda harakatlanadi. Kichik dengiz baliqlari, shakli tomchiga o'xshash suruvda yurishadi, suvning suruvning harakatiga qarshiligi eng kam.
Ko'plab qushlar uzoq masofalarga parvozlar paytida zanjir yoki maktabda to'planishadi. Ikkinchi holda, kuchliroq qush oldinga uchib ketadi, uning tanasi havoni kemaning kilini suvni kesib o'tgandek kesib o'tadi. Qolgan qushlar maktabning o'tkir burchagini ushlab turadigan tarzda uchadi; ular instinktiv ravishda etakchi qushga nisbatan to'g'ri pozitsiyani saqlab turadilar, chunki u qarshilik kuchlarining minimal darajasiga to'g'ri keladi.
parvozni rejalashtirish. Parvoz uchish o'simlik va hayvonot dunyosida tez-tez kuzatiladi. Ko'pgina mevalar va urug'lar parashyut kabi harakat qiluvchi yoki jarayonlar va o'simtalar (ignabargli daraxtlar, chinor, qayin, jo'ka va ko'plab soyabonlar) ko'rinishidagi qo'llab-quvvatlovchi samolyotlar bilan jihozlangan tuklar (dandelion, paxta va boshqalar) bilan jihozlangan. Ba'zi mevalar va "planerlar" bilan jihozlangan urug'lar 2-rasmda ko'rsatilgan, a.
O'simlik planerlari ko'p jihatdan sun'iylardan ham rivojlangan. Ular o'z vazniga nisbatan ancha katta yukni ko'taradilar, bundan tashqari, ular yanada barqaror.
Uchuvchi sincaplar, koleopteranlar va yarasalar tanasining tuzilishi qiziq (2b-rasm). Ular katta sakrash uchun membranalaridan foydalanadilar. Shunday qilib, uchuvchi sincaplar bir daraxtning tepasidan ikkinchisining pastki shoxlarigacha 20-30 m masofaga sakrashlari mumkin.

Suyuqlik va gaz bosimi
Atmosfera bosimining tirik organizmlar hayotidagi roli.
Massasi 60 kg va balandligi 160 sm bo'lgan odam tanasi taxminan 1,6 m2 ga teng, atmosfera bosimi tufayli 160 ming n kuch ta'sir qiladi. Tana bunday katta yukga qanday bardosh beradi?
Bunga tananing tomirlarini to'ldiradigan suyuqliklarning bosimi tashqi bosimni muvozanatlashi tufayli erishiladi.
Bu masala bilan chambarchas bog'liq - katta chuqurlikda suv ostida bo'lish ehtimoli. Gap shundaki, tananing boshqa balandlik darajasiga o'tishi uning funktsiyalarining buzilishiga olib keladi. Bu, bir tomondan, ichki va tashqi tomondan ma'lum bir bosim uchun mo'ljallangan tomirlar devorlarining deformatsiyasiga bog'liq. Bundan tashqari, bosim o'zgarganda, ko'plab kimyoviy reaktsiyalarning tezligi ham o'zgaradi, buning natijasida tananing kimyoviy muvozanati ham o'zgaradi. Bosimning oshishi bilan tana suyuqliklari tomonidan gazlarning so'rilishi kuchayadi va bosimning pasayishi bilan erigan gazlar ajralib chiqadi. Gazlarning intensiv chiqishi tufayli bosimning tez pasayishi bilan qon qaynab ketadi, bu qon tomirlarining tiqilib qolishiga olib keladi, ko'pincha o'limga olib keladi. Bu sho'ng'in operatsiyalarini amalga oshirish mumkin bo'lgan maksimal chuqurlikni aniqlaydi (qoida tariqasida, 50 m dan kam emas). G'avvoslarni tushirish va ko'tarish juda sekin bo'lishi kerak, shunda gazlarning chiqishi butun qon aylanish tizimida darhol emas, balki faqat o'pkada sodir bo'ladi.
Atmosfera bosimi tufayli harakat qiluvchi organlarning ishlash printsipini batafsilroq tahlil qilish qiziq.
Atmosfera bosimi tufayli harakat qiluvchi organlarning ishi. emish mexanizmi. Mushaklar harakati (til, tanglay va boshqalar mushaklarining qisqarishi) og'iz bo'shlig'ida salbiy bosim (kamdan-kam uchraydi) hosil qiladi va atmosfera bosimi suyuqlikning bir qismini u erga itaradi.
Har xil turdagi so'rg'ichlarning ta'sir qilish mexanizmi. So'rg'ichlar yopishqoq qirralari va yuqori darajada rivojlangan mushaklari bo'lgan yarim sharsimon kosa shaklida bo'ladi (qirralari o'ljaga bosiladi, keyin so'rg'ichning hajmi oshadi; zuluk va sefalopodlarning so'rg'ichlari misol bo'la oladi) yoki ular quyidagilardan iborat. tor cho'ntaklar shaklida teri debriyajlari qatori. Qirralar ushlab turadigan yuzaga qo'llaniladi; so'rg'ichni tortmoqchi bo'lganingizda, cho'ntaklar chuqurligi oshadi, ulardagi bosim pasayadi va atmosfera bosimi (suv hayvonlari uchun, suv bosimi) so'rg'ichni sirtga kuchliroq bosadi. Misol uchun, yopishqoq baliq yoki remoraning boshining deyarli butun uzunligini egallagan so'rg'ich bor. Bu baliq boshqa baliqlarga, toshlarga, shuningdek, qayiq va kemalarga yopishadi. U shunchalik mahkam yopishadiki, uni ochishdan ko'ra sindirish osonroqdir, buning natijasida u baliq ovlash ilgagi bo'lib xizmat qilishi mumkin.
3-rasmda klub ko'rsatilgan - ikkita eng uzun tutqichli kalamar tentaclesdan birining uchi, u turli o'lchamdagi so'rg'ichlar bilan zich joylashgan.
Xuddi shunday, cho'chqa go'shti lentasining so'rg'ichlari joylashgan bo'lib, ular yordamida bu lenta odam ichak devoriga yopishadi.
Ushbu so'rg'ichlarning tuzilishini biologiya xonasida mavjud bo'lgan nam lenta preparatida ko'rsatish mumkin.
Yopishqoq tuproqda yurish. Atmosfera bosimining ta'siri yopishqoq tuproqda yurish paytida juda sezilarli bo'ladi (botqoqning assimilyatsiya ta'siri). Oyoq ko'tarilganda, uning ostida kamdan-kam bo'shliq hosil bo'ladi; ortiqcha tashqi bosim oyoqning ko'tarilishiga to'sqinlik qiladi. Voyaga etgan odamning oyog'iga bosim kuchi rasm. 3.
1000 k ga yetishi mumkin.Bu, ayniqsa, qattiq tuyogʻi piston kabi harakat qiladigan otda yurganda yaqqol koʻrinadi.
Nafas olish va chiqarish mexanizmi. O'pka ko'krak qafasida joylashgan bo'lib, undan va diafragmadan plevra bo'shlig'i deb ataladigan havo o'tkazmaydigan bo'shliq bilan ajralib turadi. Ko'krak qafasi hajmining oshishi bilan plevra bo'shlig'ining hajmi oshadi va undagi havo bosimi pasayadi va aksincha. O'pka* elastik bo'lgani uchun ulardagi bosim faqat plevra bo'shlig'idagi bosim bilan tartibga solinadi. Nafas olayotganda ko'krak qafasining hajmi oshadi, buning natijasida plevra bo'shlig'idagi bosim pasayadi (4.6-rasm); bu o'pka hajmining deyarli 1000 ml ga oshishiga olib keladi. Shu bilan birga, ulardagi bosim atmosferadan kamroq bo'ladi va havo havo yo'llari orqali o'pkaga tushadi. Nafas chiqarishda ko'krak qafasining hajmi kamayadi (4c-rasm), buning natijasida plevra bo'shlig'idagi bosim kuchayadi, bu esa o'pka hajmining pasayishiga olib keladi. Ulardagi havo bosimi atmosfera bosimidan yuqori bo'ladi va o'pkadan havo atrof-muhitga shoshiladi.
Oddiy sokin nafas bilan 500 ml ga yaqin havo chiqariladi, odatdagi nafas chiqarishda bir xil miqdorda chiqariladi va o'pkada havoning umumiy hajmi taxminan 7 l ni tashkil qiladi.
1 Nafas olish - nafas chiqarish mexanizmini tushuntirish uchun biologiya kabinetida mavjud bo'lgan ko'krak qafasining namunaviy diagrammasidan foydalanish mumkin. Bu erda o'pkaning hayotiy imkoniyatlarini o'lchash uchun xizmat qiluvchi suv spirometrini ko'rsatish mumkin. Ushbu mavzuni o'rganishda 1964 yilda Leningrad o'quv kinostudiyasi tomonidan chiqarilgan "Nafas olish organlarining tuzilishi va funktsiyalari" filmini ham ko'rsatish mumkin.
Yurak nasosdir.
Yurak - bu inson hayoti davomida to'xtovsiz ishlaydigan ajoyib nasos.
U 1 soniyada 0,1 litr, daqiqada 6 litr, 1 soatda 360 litr, bir kunda 8640 litr, bir yilda 3 million litrdan ortiq, 70 yillik hayotda esa 220 millionga yaqin qonni haydab chiqaradi. , l.
Agar yurak qonni yopiq tizim orqali haydamasa, balki uni qandaydir rezervuarga quygan bo'lsa, unda uzunligi 100 m (PC) m va chuqurligi 22 m bo'lgan hovuzni to'ldirish mumkin bo'lar edi.
Pufferfish mavjudlik uchun kurashda. Gaz qonunlarining bir turdagi baliq - pufferning hayotida "qo'llanilishi" qiziq. Hind okeani va O'rta er dengizida yashaydi. Uning tanasi ko'p sonli tikanlar bilan zich nuqta - o'zgartirilgan tarozilar; dam olishda ular tanaga ko'proq yoki kamroq yaqin. Xavf tug'ilganda, pufferfish darhol suv yuzasiga yuguradi va ichakka havo yutib, shishgan to'pga aylanadi; boshoqlar ko'tariladi va har tomonga yopishadi (5-rasm). Baliq qorni bilan ag'darilgan holda sirtga yaqin turadi va tananing bir qismi suv ustida chiqadi. Bu holatda, pufferfish pastdan ham, yuqoridan ham yirtqichlardan himoyalangan. Xavf o'tib ketganda, puffer havoni chiqaradi va uning tanasi har tomonlama shaklga ega bo'ladi.
Yovvoyi tabiatdagi gidrostatik qurilmalar. Yovvoyi tabiatda hayratlanarli prostata apparatlari mavjud. Misol uchun, nautilus jinsiga mansub sefalopodlar alohida kameralarga bo'linmalar bilan ajratilgan qobiqlarda yashaydi (6-rasm). Hayvonning o'zi oxirgi xonani egallaydi, qolganlari esa gaz bilan to'ldiriladi. Pastki qismga cho'kish uchun mollyuska qobiqni suv bilan to'ldiradi, u og'irlashadi va osongina cho'kadi. Yer yuzasiga suzish uchun nautilus gazni qobiqning bo'linmalariga pompalaydi; gaz suvni siqib chiqaradi va lavabo chayqaladi.
Suyuqlik va gaz qobiqda bosim ostida bo'ladi, shuning uchun marvarid uyi 4 sm1.yuz metr chuqurlikda ham yorilib ketmaydi.
Gidro-t ytik bosimlarning farqi tufayli harakatlanadigan dengiz yulduzlari, dengiz kirpilari, holoturianlarni harakatlantirishning qiziqarli usuli. Dengiz yulduzining ingichka, ichi bo'sh va elastik oyoqlari harakatlanayotganda shishiradi. Dpnlsipem ostidagi korpuslar-nasoslar ularga suv quyadi. Suv ularni cho'zadi, ular oldinga tortiladi, toshlarga yopishadi. So'rilgan oyoqlar siqiladi va dengiz yulduzini oldinga tortadi, keyin suv boshqa oyoqlarga pompalanadi va transport vositalari harakatlanadi. Dengiz yulduzlarining oʻrtacha tezligi 10 m/soat atrofida. Biroq, boshqa tomondan, bu erda harakatni to'liq susaytirishga erishiladi!

Arximed kuchi
Baliq. Suv muhitida yashovchi tirik organizmlarning zichligi suvning zichligidan juda oz farq qiladi, shuning uchun ularning vazni Arximed kuchi bilan deyarli to'liq muvozanatlangan. Buning yordamida suv hayvonlari quruqlikdagi kabi massiv skeletlarga muhtoj emas (7-rasm).
Baliqlarda suzish pufagining roli qiziq. Bu baliqning sezilarli siqilishiga ega bo'lgan yagona tana qismidir; Ko'krak va qorin mushaklarining sa'y-harakatlari bilan qabariqni siqib, baliq tanasining hajmini va shu bilan o'rtacha zichlikni o'zgartiradi, buning natijasida u ma'lum chegaralarda sho'ng'in chuqurligini tartibga solishi mumkin.
Suv qushlari. Suvda suzuvchi qushlar hayotining muhim omili - bu suvning o'tishiga yo'l qo'ymaydigan, katta miqdordagi havoni o'z ichiga olgan qalin tuklar qatlamining mavjudligi; qushning butun tanasini o'rab turgan bu o'ziga xos havo pufakchasi tufayli uning o'rtacha zichligi juda past. Bu o'rdak va boshqa suv qushlarining suzish paytida ko'p suvga tushmasligini tushuntiradi.
Kumush o'rgimchak. Fizika qonunlari nuqtai nazaridan kumush o'rgimchakning mavjudligi juda qiziq. Kumush o'rgimchak o'zining turar joyini - suv osti qo'ng'irog'ini - kuchli to'rdan tashkil qiladi. Bu erda o'rgimchak sirtdan havo pufakchalarini olib keladi, qorin bo'shlig'ining ingichka tuklari orasida qoladi. Qo'ng'iroqda u vaqti-vaqti bilan to'ldiradigan havo zaxirasini to'playdi; bu tufayli o'rgimchak uzoq vaqt suv ostida qolishi mumkin.
Suv o'simliklari. Ko'pgina suv o'simliklari, poyalarining o'ta egiluvchanligiga qaramay, tik holatini saqlab turadi, chunki katta havo pufakchalari shoxlari uchida o'ralgan bo'lib, suzuvchi rolni o'ynaydi.
Suv kashtan. Qiziqarli suv o'simligi - chilim (suv preks). U Volganing orqa suvlarida, ko'llar va estuariylarda o'sadi. Uning mevalari (suv yong'oqlari) diametri 3 sm ga etadi va bir nechta o'tkir shoxli yoki shoxsiz dengiz langariga o'xshash shaklga ega. Bu "langar" yosh unib chiqadigan o'simlikni mos joyda saqlashga xizmat qiladi. Chilim so'nib qolsa, suv ostida og'ir mevalar shakllana boshlaydi. Ular o'simlikni cho'ktirishlari mumkin edi, ammo o'sha paytda barglarning barglarida shish paydo bo'ladi - bu o'ziga xos "qutqaruvchi kamar". Bu o'simliklarning suv osti qismining hajmini oshiradi; shuning uchun suzuvchi kuch kuchayadi. Bu mevaning og'irligi va shishish natijasida hosil bo'lgan suzish kuchi o'rtasidagi muvozanatga erishadi.
Suzish uchun sifonofor. Zoologlar sifonoforlarni ichak hayvonlarining maxsus guruhi deb atashadi. Meduzalar singari ular ham erkin suzuvchi dengiz hayvonlari. Biroq, birinchisidan farqli o'laroq, ular juda aniq polimorfizm* bilan murakkab koloniyalarni hosil qiladi. Koloniyaning eng yuqori qismida odatda bir odam bor, uning yordamida butun koloniya suv ustunida saqlanadi va harakatlanadi - bu gazni o'z ichiga olgan pufakchadir. Gaz maxsus bezlar tomonidan ishlab chiqariladi. Bu qabariq ba'zan uzunligi 30 sm ga etadi.
Ushbu bo'limning boy biofizik materiali oltinchi sinf o'quvchilari bilan darslarni rang-barang va qiziqarli o'tkazish imkonini beradi.
Keling, masalan, "Arximed kuchi" mavzusini o'rganish jarayonida suhbatni tasvirlaylik. Talabalar baliqlarning hayoti, suv o'simliklarining xususiyatlari bilan tanishadilar. Ular suzuvchi kuchning harakati bilan allaqachon tanishgan. Asta-sekin biz ularni Arximed qonunining suv muhitidagi barcha mavjudotlar uchun rolini tushunishga olib boramiz. Suhbatni savollar berishdan boshlaymiz: nega baliq quruqlikda yashovchi mavjudotlarga qaraganda zaifroq skeletga ega? Nima uchun suv o'tlari qattiq poyalarga muhtoj emas? Nima uchun torli kit o'z og'irligi ostida o'ladi? Fizika darsidagi bunday noodatiy savollar talabalarni hayratda qoldiradi. Ular qiziqishadi. Biz suhbatni davom ettiramiz va yigitlarga o'rtoqni qo'llab-quvvatlash uchun suvda qirg'oqqa (havoda) qaraganda kamroq kuch sarflash kerakligini eslatamiz. Bu faktlarning barchasini umumlashtirib, o'quvchilarni ularni to'g'ri talqin qilishga yo'naltiramiz, biz bolalarni jismoniy omil ta'siri haqida keng qamrovli umumlashtirishga olib kelamiz (suv muhitida havoga qaraganda ancha katta bo'lgan suzuvchi kuch) suv jonzotlari va o'simliklarining rivojlanishi va tuzilish xususiyatlari haqida.

Nyuton qonunlari
Inertsiyaning ba'zi ko'rinishlari. Dukkakli o'simliklarning pishgan ko'zalari tez ochilib, yoylarni tasvirlaydi. Bu vaqtda urug'lar qo'shilish joylaridan ajralib, inertsiya bilan yon tomonlarga tangensial ravishda siljiydi. Urug'larni tarqatishning bu usuli o'simliklar shohligida juda keng tarqalgan.
Atlantika va Hind okeanlarining tropik zonalarida ko'pincha dengiz yirtqichlaridan qochib, suvdan sakrab, qulay shamol bilan sirpanish parvozini amalga oshiradigan uchuvchi baliq deb ataladigan uchish kuzatiladi. 5 - 7 m balandlikda 200 - 300 m havo quyruq qanotining tez va kuchli tebranishlari tufayli. Avvaliga baliq suv yuzasi bo'ylab yuguradi, keyin quyruqning kuchli zarbasi uni havoga ko'taradi. Yoyilgan uzun ko'krak qanotlari baliqning tanasini planer kabi qo'llab-quvvatlaydi. Baliqlarning parvozi dum qanotlari bilan barqarorlashadi; baliq faqat inertsiya bilan harakat qiladi.
Suzish va Nyutonning uchinchi qonuni. Harakat jarayonida baliq va zuluklar suvni orqaga itarib, o'zlari oldinga siljishlarini ko'rish oson. Suzuvchi zuluk tananing to'lqinsimon harakatlari bilan suvni, suzuvchi baliq esa dumi to'lqini bilan suvni orqaga qaytaradi. Shunday qilib, baliq va zuluklarning harakati Nyutonning uchinchi qonuniga misol bo'la oladi.
Parvoz va Nyutonning uchinchi qonuni. Hasharotlarning parvozi qanotlarini qoqishga asoslangan. Parvozni boshqarish deyarli faqat qanotlar yordamida amalga oshiriladi. Hasharotlar qanotlarini qoqish tekisligining yo'nalishini o'zgartirib, harakat yo'nalishini o'zgartiradi: oldinga, orqaga, bir joyda uchib, burilishda va hokazo. Parvozdagi eng chaqqon hasharotlardan ba'zilari pashshalardir. Omi ko'pincha yon tomonga keskin burilishlar qiladi. Bunga tananing bir tomonining qanotlarini keskin o'chirish orqali erishiladi - ularning harakati bir lahzaga to'xtaydi, tananing boshqa tomonining qanotlari esa tebranishda davom etadi, bu esa parvozning dastlabki yo'nalishidan yon tomonga burilishni keltirib chiqaradi. .
Butterflies-brazh-nnkp va otlar eng yuqori parvoz tezligiga ega - 14 - 15 m / s. Ninachilar 10 m/s tezlikda, goʻng qoʻngʻizlari 7 m/s gacha, asalarilar 6-7 m/s tezlikda uchadi. Hasharotlarning parvoz tezligi qushlarga nisbatan sekin. Biroq, agar biz nisbiy tezlikni hisoblasak (ari, chaqqon, starling va samolyotning o'z tanasining uzunligiga teng masofada harakat qilish tezligi), u holda u eng kichik bo'ladi. samolyot va hasharotlar uchun eng ko'p.
Hans Leonardo da Vinchi samolyotlarni aylantirish usullarini izlash uchun qushlarning parvozini o'rgangan. II qushlarning uchishi bilan qiziqdi. Aerodinamika asoslarini ishlab chiqqan V.Jukovskiy. Endi qanotli parvoz printsipi yana o'z-o'zini quruvchilarning e'tiborini tortadi
Yovvoyi tabiatda reaktiv harakat. Ba'zi hayvonlar reaktiv harakat tamoyiliga ko'ra harakat qiladilar, masalan, kalamar, sakkizoyoq (8-rasm), murabbo baliqlari. Dengiz mollyuskasi-I rsbshok, qobiq klapanlarini keskin siqib, qobiq ichiga tashlangan suv oqimining reaktiv kuchi tufayli silkinib oldinga siljishi mumkin. Taxminan bir xil harakat va boshqa mollyuskalar. Ninachi lichinkalari suvni orqa ichakka tortadi, so'ngra uni tashqariga tashlaydi va III "shoshilinch" kuchi tufayli oldinga sakradi.
Bunday hollarda zarbalar bir-biridan sezilarli vaqt oralig'ida ajratilganligi sababli, harakatning yuqori tezligiga erishilmaydi. Harakat tezligini, boshqacha aytganda, vaqt birligidagi reaktiv impulslar sonini oshirish uchun reaktiv dvigatelga xizmat qiluvchi mushaklarning qisqarishini qo'zg'atadigan nervlarning o'tkazuvchanligini oshirish kerak. Bunday katta o'tkazuvchanlik nervning katta diametri bilan mumkin. Ma'lumki, kalamushlar hayvonlar olamidagi eng katta nerv tolalariga ega. Ularning diametri 1 mm ga etadi - ko'pchilik sutemizuvchilarnikidan 50 marta katta - va qo'zg'alishni 25 m / sek tezlikda amalga oshiradi. Bu kalamar harakatining yuqori tezligini (soatiga 70 km gacha) tushuntiradi.
Tirik mavjudotlar bardosh bera oladigan tezlanishlar va ortiqcha yuklar. Nyuton qonunlarini o'rganishda o'quvchilarni insonning turli hayotiy vaziyatlarda duch keladigan tezlanishlari bilan tanishtirish mumkin.
Liftdagi tezlashuvlar.Lift kabinasining normal ishlashi vaqtida harakatlanish vaqtidagi maksimal tezlanish (yoki sekinlashuv) barcha liftlar uchun 2 m/s2 dan oshmasligi kerak. "To'xtash" ni to'xtatganda, maksimal tezlashuv qiymati 3 m / s2 dan oshmasligi kerak.
Aviatsiyada tezlashtirish. Tana tezlanishni boshdan kechirganda, u ortiqcha yukga duchor bo'lganligi aytiladi. Haddan tashqari yuklarning kattaligi a harakat tezlanishining erkin tushish g tezlanishiga nisbati bilan tavsiflanadi:
k = -. g
Parashyutdan sakrashda katta tezlashuvlar va natijada ortiqcha yuklar paydo bo'ladi.
Agar siz yiqilgandan keyin 15 soniyadan keyin 1000 m balandlikda parashyutni ochsangiz, unda ortiqcha yuk taxminan 6 bo'ladi; 7000 m da bir xil kechikishdan keyin parashyutni ochish 12 ga teng ortiqcha yukni keltirib chiqaradi; 11000 m balandlikda bir xil sharoitlarda ortiqcha yuk 1000 m balandlikdagidan deyarli uch baravar ko'p bo'ladi.
Parashyut bilan qo'nganda, ortiqcha yuklar ham paydo bo'ladi, ular qanchalik kichik bo'lsa, tormozlash masofasi shunchalik uzun bo'ladi. Shuning uchun yumshoq erga qo'nayotganda g-kuch kamroq bo'ladi. 5 m / s gacha tushish tezligi va tizzalar va torsoning egilishi tufayli taxminan 0,5 m yo'lda to'lanishi bilan ortiqcha yuk taxminan 3,5 ni tashkil qiladi.
Maksimal, juda qisqa muddatli bo'lsa-da, tezlashuvlar odam tomonidan samolyotdan chiqarib yuborilganda sodir bo'ladi. Shu bilan birga, o'rindiqning kabinadan chiqib ketish tezligi taxminan 20 m / s ni tashkil qiladi, tezlashuv yo'li -1 - 1,8 m.Maksimal tezlanish qiymati 180 - 190 m / s2 ga etadi, ortiqcha yuk - 18 - 20 ga etadi.
Biroq, katta qiymatga qaramay, bunday ortiqcha yuk sog'liq uchun xavfli emas, chunki u qisqa vaqt davomida, taxminan 0,1 sek.
Akseleratsiyalarning tirik organizmlarga ta'siri. Tezlashuvlar inson tanasiga qanday ta'sir qilishini ko'rib chiqing. Iiviyaning fazoviy harakatiga ishora qiluvchi nerv impulslari, shu jumladan bosh, maxsus organga - vestibulyar apparatga kiradi. Vestibulyar apparat, shuningdek, tikuv miyasiga harakat tezligining o'zgarishi haqida xabar beradi, shuning uchun u tezlanish hissi organi deb ham ataladi. Bu piyrat ichki quloqqa qo'yiladi.
Inson ongiga etib boradigan vestibulyar apparatlarning tirnash xususiyati chegara qiymatlari, shuningdek, turli harakatlar paytida retinaning tezlashishi 3-jadvalda keltirilgan.

Orqadan ko'kragiga, ko'krakdan orqaga va bir tomondan boshqasiga yo'naltirilgan tezlashuvlar osonroq toqat qilinadi. Shuning uchun insonning to'g'ri pozitsiyasi juda muhimdir. Majburiy shart - bu butun tananing mushaklarining yaxshi rivojlanishiga olib keladigan umumiy jismoniy tayyorgarlik.
Bundan tashqari, tezlashuvga chidamlilikni oshirish uchun tanani maxsus mashq qilish kerak. Bunday o'qitish maxsus chiziqli tezlatgichlarda, sentrifugalarda va boshqa qurilmalarda amalga oshiriladi.
Maxsus anti-g kostyumlar ham qo'llaniladi, ularning dizayni ichki organlarning mahkamlanishini ta'minlaydi.
Bu erda K. E. Tsiolkovskiy odamning tezlanishlar ta'siriga chidamliligini oshirish uchun o'z tanasini xuddi shunday zichlikdagi suyuqlikka joylashtirishni taklif qilganini eslash qiziq. Ta'kidlash joizki, organizmni tezlashuvdan bunday himoya qilish tabiatda juda keng tarqalgan. Embrion tuxumda shunday himoyalangan, homila bachadonda shunday himoyalangan. K. E. Tsiolkovskiy tovuq tuxumini tuz eritmasi solingan idishga solib, uni balandlikdan tashladi. Tuxum buzilmadi.
Hozirgi vaqtda baliq va qurbaqalar bilan o'xshash tajribalar haqida ma'lumotlar mavjud. Suvga joylashtirilgan baliq va qurbaqalar 1000 g va undan ko'proq darajadagi zarba tezlashishiga bardosh berdi.
Swordfish amortizatori. Tabiatda tirik organizmlarning tezlashuv va sekinlashuv vaqtida yuzaga keladigan ortiqcha yuklarni og'riqsiz dosh berishga imkon beradigan turli xil moslashuvlar mavjud. Ma'lumki, agar siz yarim egilgan oyoqlarga qo'nsangiz, sakrash paytida surish yumshaydi; amortizator rolini umurtqa pog'onasi o'ynaydi, unda xaftaga yostiqchalari o'ziga xos tamponlardir.
Qilich baliqlari qiziqarli amortizatorga ega. Qilich baliq dengizda suzuvchilar orasida rekordchi sifatida tanilgan. Uning tezligi soatiga 80-90 km ga etadi. Uning qilichi kemaning eman korpusini teshishga qodir. U bunday zarbadan aziyat chekmaydi. Ma'lum bo'lishicha, uning boshida qilich tagida gidravlik amortizator - yog' bilan to'ldirilgan chuqurchalar shaklidagi kichik bo'shliqlar mavjud. Ular zarbani yumshatadi. Qilich baliqlarining umurtqalari orasidagi xaftaga tushadigan yostiqchalar juda qalin; vagonlardagi buferlar kabi, ular surish kuchini kamaytiradi.
Yovvoyi tabiatdagi oddiy mexanizmlar
Hayvonlar va odamlar skeletida harakat erkinligiga ega bo'lgan barcha suyaklar tutqichdir, masalan, odamlarda - oyoq-qo'l suyaklari, pastki jag, bosh suyagi (tayanch nuqtasi birinchi umurtqa), falanjlar. barmoqlar. Mushuklarda harakatlanuvchi tirnoqlar tutqichdir; ko'p baliqlarning dorsal finida tikanlar bor; artropodlarda, ularning tashqi skeletining aksariyat segmentlari; ikki pallali mollyuskalarda qobiq klapanlari bor.
Skelet aloqalari odatda kuchni yo'qotish bilan tezlikni oshirish uchun mo'ljallangan. Ayniqsa, tezlikda katta yutuqlar hasharotlarda olinadi.
Skeletning tutqich elementi qo'llarining uzunligi nisbati ushbu organ tomonidan bajariladigan hayotiy funktsiyalarga chambarchas bog'liq. Masalan, tazu va kiyikning uzun oyoqlari ularning tez yugurish qobiliyatini belgilaydi; molning qisqa panjalari past tezlikda katta kuchlarni rivojlantirish uchun mo'ljallangan; bo'zning uzun jag'lari yugurishda o'ljani tezda ushlashga imkon beradi va buldogning qisqa jag'lari sekin yopiladi, lekin kuchli ushlab turadi (chaynash mushaklari tishlarga juda yaqin joylashgan va mushaklarning kuchi tishlarga o'tkaziladi. fanglar deyarli zaiflashmasdan).
Tutqich elementlari hayvon va odam tanasining turli qismlarida joylashgan - bular, masalan, oyoq-qo'llar, jag'lar.
Keling, bosh suyagi misolida tutqichning muvozanat shartlarini ko'rib chiqaylik (9-rasm, a). Bu yerda O tutqichning aylanish oʻqi bosh suyagining birinchi umurtqasi bilan artikulyatsiyasi orqali oʻtadi. Nisbatan qisqa yelkadagi tayanch nuqtasi oldida boshning tortishish kuchi, uning orqasida oksipital suyakka biriktirilgan mushaklar va ligamentlarning tortishish kuchi F harakat qiladi.
Tutqichning ishlashining yana bir misoli - barmoqlarda ko'tarilganda oyoq kamarining harakati (9-rasm, b). Aylanish o'qi o'tadigan tutqichning O tayanchi metatarsal suyaklarning boshlaridir. Yengish kuchi R - butun tananing og'irligi - talusga qo'llaniladi. Vujudni ko'taruvchi ta'sir etuvchi mushak kuchi F Axilles tendoni orqali uzatiladi va tog'ay suyagining chiqishiga qo'llaniladi.
O'simliklarda tutqich elementlari kamroq uchraydi, bu o'simlik organizmining past harakatchanligi bilan izohlanadi. Oddiy tutqich - bu daraxt tanasi va uning davomini tashkil etuvchi asosiy ildiz. Erga chuqur kirib boradigan qarag'ay yoki emanning ildizi ag'darish uchun katta qarshilikka ega (qarshilik yelkasi katta), shuning uchun qarag'ay va eman deyarli hech qachon teskari burilmaydi. Aksincha, yuzaki ildiz tizimiga ega bo'lgan archalar juda oson ag'dariladi.
Qiziqarli bog'lanish mexanizmlarini ba'zi gullarda (masalan, adaçayı stamens) va shuningdek, ba'zi ochiladigan mevalarda topish mumkin.
O'tloqli adaçayı tuzilishini ko'rib chiqing (10-rasm). Cho'zilgan stamen tutqichning uzun qo'li A bo'lib xizmat qiladi. Uning oxirida anter bor. Tutqichning qisqa qo'li B, go'yo gulga kirishni qo'riqlaydi. Bir hasharot (ko'pincha bumblebee) gul ichiga kirganda, u tutqichning qisqa qo'lini bosadi. Shu bilan birga, uzun qo'l anterning orqa tomoniga anter bilan uriladi va uning ustiga gulchanglar qoldiradi. Boshqa gulga uchib, hasharot uni shu gulchang bilan changlatadi.
Tabiatda egiluvchan organlar keng tarqalgan bo'lib, ular keng doirada (umurtqa pog'onasi, quyruq, barmoqlar, ilonlar tanasi va ko'plab baliqlar) egriligini o'zgartira oladi. Ularning moslashuvchanligi bog'lanish tizimi bilan ko'p sonli qisqa tutqichlarning kombinatsiyasi bilan bog'liq,
yoki nisbatan moslashuvchan bo'lmagan elementlarning osongina deformatsiyalanadigan oraliq elementlar bilan birikmasi (fil tanasi, tırtıl tanasi va boshqalar). Ikkinchi holatda bükme nazorati uzunlamasına yoki qiya joylashgan novdalar tizimi orqali amalga oshiriladi.
Ko'pgina hayvonlarning "teshuvchi asboblari" - tirnoqlari, shoxlari va boshqalar xanjar shaklida (o'zgartirilgan moyil tekislik); tez harakatlanuvchi baliq boshining uchli shakli xanjarga o'xshaydi. Bu takozlarning ko'pchiligi tishlar, tikanlar (11-rasm) juda silliq qattiq sirtlarga ega (minimal ishqalanish), shuning uchun ular juda o'tkir.

Deformatsiyalar
Inson tanasi o'z vaznidan va mehnat faoliyati davomida yuzaga keladigan mushaklarning harakatlaridan juda katta mexanik yukni boshdan kechiradi. Inter-
Biror kishi misolida deformatsiyaning barcha turlarini kuzatish mumkin. Siqish shtammlari umurtqa pog'onasi, pastki ekstremiteler va oyoqning butun qismi tomonidan boshdan kechiriladi. Shtammlar - yuqori oyoq-qo'llar, ligamentlar, tendonlar, mushaklar; egilish - umurtqa pog'onasi, tos suyaklari, oyoq-qo'llari; buralish - boshni aylantirganda bo'yin, burilish paytida pastki orqa torso, aylanayotganda qo'llar va boshqalar.
Deformatsiyalar bo'yicha muammolarni tuzish uchun biz 4-jadvalda keltirilgan ma'lumotlardan foydalandik.
Jadval shuni ko'rsatadiki, kuchlanishdagi suyak yoki tendon uchun elastiklik moduli juda katta, mushaklar, tomirlar, arteriyalar uchun esa u juda kichik.
Yelka suyagini yo'q qiladigan yakuniy stress taxminan 8-107 N / m2 ni tashkil qiladi, son suyagini yo'q qiladigan yakuniy stress taxminan 13-107 N / m2 ni tashkil qiladi. Bog'lar, o'pka va boshqalardagi biriktiruvchi to'qimalar juda elastik, masalan, oksipital ligament ikki martadan ko'proq cho'zilishi mumkin.
120 ° burchak ostida birlashuvchi alohida rodlar (trusslar) yoki plitalardan tashkil topgan tuzilmalar minimal materiallar sarfi bilan maksimal quvvatga ega. Bunday tuzilmalarga misol qilib olti burchakli chuqurchalar hujayralarini keltirish mumkin.
Qalinligining ortishi bilan burilish qarshiligi juda tez ortadi, shuning uchun burilish harakatlarini amalga oshirish uchun mo'ljallangan organlar odatda uzun va ingichka (qushning bo'yni, ilon tanasi).
Burilish vaqtida material konveks tomoni bo'ylab cho'ziladi va konkav tomoni bo'ylab siqiladi; o'rta jag'lari sezilarli darajada pasaygan
shakllanishlar sinovdan o'tkazilmaydi. Shuning uchun texnologiyada qattiq barlar quvurlar bilan almashtiriladi, nurlar T-nurlari yoki I-nurlari tayyorlanadi; bu materialni tejaydi va birliklarning og'irligini kamaytiradi. Maʼlumki, tez oʻsadigan oʻsimliklar - yormalar (12-rasm), soyabon oʻsimliklari va boshqalarning oyoq-qoʻllari va poya suyaklari quvursimon tuzilishga ega.Kungaboqar va boshqa oʻsimliklarda poyasi boʻshashgan oʻzak boʻladi. Yormalarning yosh, pishmagan barglari har doim naychaga o'raladi.
T-nuriga o'xshash tuzilmalar qushlarning sternumida, bemaqsad zonasida yashovchi ko'plab mollyuskalarning qobig'ida va boshqalarda uchraydi. To'sin yuqoriga qarab yoyilib, uchlari bir-biridan uzoqlashishiga yo'l qo'ymaydigan ishonchli tayanchlarga ega (ark) , uning qavariq tomonida harakat qiladigan harakatlarga nisbatan katta kuchga ega (arxitektura yoylari, bochkalar; va organizmlarda - bosh suyagi, ko'krak, tuxum qobig'i, yong'oq, qo'ng'iz qobig'i, kerevit, toshbaqa va boshqalar).
Tirik mavjudotlarning qulashi. Galiley Galiley shunday deb yozgan edi: "Kim bilmaydi, ot uch yoki to'rt tirsak balandlikdan yiqilib, oyog'ini sindiradi, it esa azob chekmaydi, mushuk esa sog'-salomat qoladi, xuddi sakkiz tirsakdan o'n tirsakgacha otilib ketadi. minora tepasidan tushgan kriket yoki hech bo'lmaganda oy sharidan erga tushgan chumoli.
Nima uchun katta balandlikdan erga tushgan mayda hasharotlar zarar ko'rmay qoladi, yirik hayvonlar esa nobud bo'ladi?
Hayvonning suyaklari va to'qimalarining mustahkamligi ularning ko'ndalang kesimi maydoniga proportsionaldir. Jismlar tushganda havoga ishqalanish kuchi ham shu sohaga mutanosib. Hayvonning massasi (va uning og'irligi) uning hajmiga proportsionaldir. Tananing kattaligi kamayishi bilan uning hajmi sirtdan ancha tezroq kamayadi. Shunday qilib, yiqilib tushgan hayvonning kattaligi kamayishi bilan uning havoga nisbatan sekinlashuv kuchi (massa birligi uchun) kattaroq hayvonning massa birligiga nisbatan sekinlashuv kuchiga nisbatan ortadi. Boshqa tomondan, kichikroq hayvon uchun suyak kuchi va mushak kuchi oshadi (shuningdek, birlik massasiga).
Ot va mushukning yiqilib tushganda kuchini solishtirish mutlaqo to'g'ri emas, chunki ular boshqa tana tuzilishiga ega, xususan, zarbalar paytida zarbalarni yumshatuvchi "zarbani yutuvchi" qurilmalar boshqacha. Yo'lbars, silovsin va mushukni solishtirish to'g'riroq bo'ladi. Bu mushuklar orasida eng kuchlisi mushuk bo'ladi!
Yovvoyi tabiat dunyosida "Qurilish texnikasi". "Qattiq jism" mavzusini o'rgangach, "tabiatning qurilish texnikasi" va inson tomonidan yaratilgan texnikadagi o'xshashliklar haqida gapirish foydalidir.
Tabiat va odamlarning qurilish san'ati xuddi shu tamoyilga muvofiq rivojlanadi - materiallar va energiyani tejash.
Qadim zamonlardan beri yovvoyi tabiatning turli xil dizaynlari hayratlanarli va yoqimli bo'lib kelgan. O'rgimchak to'rining kuchi va nafisligi hayratlanarli, asalarilar turar joyini qurish san'ati hayratlanarli - oddiy olti burchakli hujayralardan tashkil topgan chuqurchalarning qat'iy geometriyasi. Chumolilar va termitlarning tuzilishi hayratlanarli. Ohakli marjon skeletlari hosil qilgan marjon orollari va riflari hayratlanarli. Ba'zi dengiz o'tlari nozik shaklli qattiq qobiqlar bilan qoplangan. Masalan, peridiniyalar alohida qattiq qobiqlardan hosil bo'lgan g'alati qobiqlarda kiyingan. Ular 13-rasmda yuqori kattalashtirishda ko'rsatilgan.
Kichik skeletlari 14-rasmda ko'rsatilgan (taqqoslash uchun qor parchalari raqamlar ostida ko'rsatilgan - 3) dengiz radiolarianlari (eng oddiy hayvonlar) yanada xilma-xildir.
So'nggi paytlarda quruvchilarning e'tiborini o'simlik dunyosi namunalari egallaydi. K. A. Timiryazev shunday deb yozgan edi: "Ma'lumki, poyaning roli asosan me'moriydir: bu butun binoning mustahkam skeleti bo'lib, barglar chodirini ko'taradi va uning qalinligida suv quvurlari kabi, sharbat tashuvchi idishlar mavjud. yotqizilgan ... Biz ular qurilish san'atining barcha qoidalariga muvofiq qurilganligini tasdiqlovchi bir qator ajoyib faktlarni o'rgandik.
Agar biz novda va zamonaviy zavod trubasini ko'rib chiqsak, ularning dizaynlarining o'xshashligi hayratlanarli. Quvurning maqsadi qoralama hosil qilish va zararli gazlarni erdan olib tashlashdir. Oziq moddalar o'simlikning ildizidan yuqoriga ko'tariladi. Quvur ham, novda ham bir xil turdagi statik va dinamik yuklarning doimiy ta'siri ostida - o'z og'irligi, shamol va boshqalar. Ularning strukturaviy o'xshashligining sabablari. Ikkala dizayn ham ichi bo'sh. Ildiz iplari, shuningdek, trubaning uzunlamasına mustahkamlashi butun aylana bo'ylab joylashgan. Ikkala strukturaning devorlari bo'ylab oval bo'shliqlar mavjud. Poyada spiral mustahkamlash rolini teri o'ynaydi.
Ma'lumki, suyaklardagi qattiq material asosiy kuchlanishlarning traektoriyalariga mos ravishda joylashgan. Agar inson femurining yuqori qismining bo'ylama qismini va ustki yuzaning ma'lum bir maydoniga tarqalgan vertikal yuk ta'sirida egilishda ishlaydigan egri kran nurini ko'rib chiqsak, buni topish mumkin. Qizig'i shundaki, po'latdan yasalgan Eyfel minorasi o'z tuzilishida odamning quvurli suyaklariga (femur yoki tibia) o'xshaydi. Tuzilmalarning tashqi shakllarida va suyakning "nurlari" va "nurlari" va minoraning qavslari orasidagi burchaklarda o'xshashlik mavjud.
Zamonaviy arxitektura va qurilish texnologiyasi yovvoyi tabiatning eng yaxshi "namunalari" ga e'tibor berish bilan ajralib turadi. Zero, zamonaviy talablar mustahkamlik va yengillik bo‘lib, uni qurilishda po‘lat, temir-beton, alyuminiy, temir-tsement, plastmassalardan foydalanish osonlik bilan qondirish mumkin. Fazoviy panjara tizimlari keng qo'llanilmoqda. Ularning prototiplari biologik va izolyatsion funktsiyalarni bajaradigan o'simlik materialining qolgan qismiga qaraganda ancha bardoshli to'qimalardan hosil bo'lgan daraxt poyasi yoki tanasining "skeletlari" dir. Bu daraxt bargining tomirlar tizimi va ildiz tuklarining panjarasi. Bunday tuzilmalar savatni, abajurning simli romini, balkonning egri chiziqli panjarasini va hokazolarni eslatadi.Italiya muhandisi P.Nervi Turin ko'rgazma zalini qoplashda daraxt bargining tuzilishi tamoyilidan foydalangan. Bu engil va ingichka strukturasi 98 metrlik masofani tayanchlarsiz qamrab oladi. Kitobimiz muqovasida yo qobiqqa, yoki gulning ag‘darilgan kosasiga o‘xshagan shunday turdagi bino tasvirlangan.
Xarakterli xususiyat pnevmatik tuzilmalardan foydalanish bo'lib, ular tabiiy shakllarga juda mos keladi: mevalarning shakli, havo pufakchalari, qon tomirlari, o'simlik barglari va boshqalar.
Qurilish materiallarini mustahkamlash uchun fizik kimyogarlar eng kichik konstruksiyalarni o'rganishga murojaat qilishdi va hozirda tabiat tomonidan tavsiya etilgan tamoyillarga muvofiq ko'plab nozik tolalar, plyonkalar va donalardan tashkil topgan o'ta kuchli materiallarni ishlab chiqarish texnologiyasini ishlab chiqmoqdalar. Og'ir tuzilmalarni olish uchun esa, qurilish materiallarini mustahkamlash etarli emas. Ma'lumki, suyak tuzilmalari ba'zan bir qator ko'rsatkichlar bo'yicha po'latdan ustun turadi, ammo bu suyak materialining "tarqalishi" tufayli sodir bo'ladi, bu po'latdan pastdir.
Tabiat u yoki bu tuzilmani yaratish orqali ko'plab muammolarni hal qiladi - tashqi mexanik ta'sirlarga va atrof-muhitning fizik-kimyoviy ta'siriga zarur bo'lgan qarshilikni hisobga oladi, o'simliklarni suv, havo, quyosh bilan ta'minlaydi. Bularning hammasi
vazifalar har tomonlama hal qilinadi, hamma narsa umumiy vazifaga, organizm hayotining umumiy ritmiga bo'ysunadi. O'simliklarda siz inson tuzilmalarida bo'lgani kabi erkin to'xtatilgan suv kapillyarlarini ko'rmaysiz. Suvning bir xil va doimiy harakati vazifasidan tashqari, ular atrof-muhitning tashqi mexanik ta'siriga qarshilik ko'rsatib, mexanik funktsiyani ham bajaradilar.
Va agar siz tirik tabiatga xos bo'lgan konstruktiv materialning ishlashi davomida o'zini o'zi yangilash imkoniyatini tasavvur qilsangiz! Ko'rinib turibdiki, zararli kimyoviy ta'sirlardan, past va yuqori haroratlardan himoya qilishni o'simliklar va hayvonlarning to'qimalarini o'rganishda topish mumkin.
Bionika bilan qurollangan qurilish san'ati biz o'rganganimizdan ko'ra tabiiyroq va mukammalroq inshootlar va binolar dunyosini yaratadi.

Inson tomonidan ishlab chiqilgan kuch
"Mehnat va kuch" mavzusini ko'rib chiqayotganda, inson rivojlantirishga qodir bo'lgan kuch haqida ba'zi ma'lumotlarni taqdim etish qiziq.
Oddiy ish sharoitida odam taxminan 70-80 vatt (yoki taxminan 0,1 ot kuchi) quvvatga ega bo'lishi mumkin, deb ishoniladi. Biroq, qisqa muddatli quvvatni bir necha marta oshirish mumkin.
Shunday qilib, 750 k og'irlikdagi odam 1 soniyada 1 m balandlikka sakrashi mumkin, bu 750 vatt quvvatga to'g'ri keladi. Tez ko'tarilish bilan, masalan, har biri taxminan 0,15 m balandlikda bo'lgan 7 qadam, 1 soniya ichida taxminan 1 litr quvvat rivojlanadi. Bilan. yoki 735 vatt.
Yaqinda Olimpiya velosipedchisi Brayan Jolli 5 daqiqa davomida 480 vattni sinab ko'rdi, bu deyarli 2/3 ot kuchiga teng. Bilan.
Inson uchun, ayniqsa, otish yoki balandlikka sakrash kabi sport turlarida bir zumda yoki portlovchi energiya chiqishi mumkin. Kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, ikki oyog'i bilan bir vaqtning o'zida itarilish bilan balandlikka sakrash paytida, ba'zi erkaklar 0,1 soniya ichida o'rtacha 5,2 litr quvvatni rivojlantiradilar. s., va ayollar - 3,5 a. Bilan.

Yuk ko'tarish kuchini o'zgartirish uchun asboblar
Samolyot qanotining ko'tarish kuchi muammosini o'rganish bilan bog'liq holda, akula va o't baliqlarining tanasining tuzilishi haqida qiziqarli ma'lumotlarni keltirish mumkin. Ma'lumki, samolyot qo'nayotganda, uning tezligi va demak, ko'tarish kuchi kichik bo'lsa, ko'tarish kuchini oshirish uchun qo'shimcha qurilmalar kerak bo'ladi. Buning uchun maxsus qalqonlar qo'llaniladi -
qanotning pastki yuzasida joylashgan flaplar, uning profilining egriligini oshirishga xizmat qiladi. Qo'nayotganda ular pastga egiladilar.
Suyakli baliqlar (zamonaviy baliqlarning aksariyat qismini o'z ichiga oladi) suzish pufagi yordamida ularning o'rtacha zichligini va shunga mos ravishda suvga cho'mish chuqurligini tartibga soladi. Xaftaga tushadigan baliqlarda bunday moslashish yo'q. Ularning ko'tarish kuchi profilning o'zgarishi tufayli o'zgaradi, masalan, samolyotlar, masalan, akulalar (xaftaga tushadigan baliqlar) ko'krak va qorin qanotlari yordamida ko'tarish kuchini o'zgartiradilar.

Yurak-o'pka mashinasi (APC)
Mexanikani o'rganishni tugatgandan so'ng, talabalarga yurak-o'pka apparati qurilmasi haqida gapirib berish foydalidir.
Yurakdagi operatsiyalar paytida ko'pincha uni qon aylanishidan vaqtincha o'chirish va quruq yurakni operatsiya qilish kerak bo'ladi.
Guruch. o'n besh.
Yurak-o'pka mashinasi ikkita asosiy qismdan iborat: nasos tizimi va oksigenator. Nasoslar yurak funktsiyalarini bajaradi - ular operatsiya vaqtida tananing tomirlarida bosim va qon aylanishini saqlaydi. Oksigenator o'pkaning funktsiyalarini bajaradi va qonning kislorod bilan to'yinganligini ta'minlaydi.
Qurilmaning soddalashtirilgan diagrammasi 15-rasmda ko'rsatilgan. Porshenli nasoslar 18 regulyator 19 orqali elektr motor 20 tomonidan boshqariladi \ ikkinchisi nasos pistonlarining ritmini va zarbasini o'rnatadi. Yog 'bilan to'ldirilgan quvurlar orqali bosim 4 va 9-nasoslarga uzatiladi, ular rezina diafragma va klapanlar yordamida fiziologik blokning venoz qismida (nasos 4) kerakli vakuumni va arterial qismida (nasos 9) siqishni hosil qiladi. qurilmaning. Fiziologik blok qon aylanish tizimidan iborat bo'lib, u polietilen kateterlar yordamida yurakdan chiqish joyidagi katta tomirlar va oksigenator bilan aloqa qiladi.
Qon atrium funktsiyalarini bajaradigan havo tutqich 1, elektromagnit qisqich 2, tenglashtiruvchi kamera 3 orqali so'riladi va nasos 4 yordamida oksigenatorning yuqori kamerasiga 5 yuboriladi. Bu yerda qon uning o'rta kamerasini to'ldiruvchi qon ko'pikli ustun ustida bir tekis taqsimlanadi 6. Bu neylon to'rdan yasalgan silindr bo'lib, uning pastki qismida kislorod tarqatuvchi 7. Kislorod 30 teshikdan bir tekisda kameraga kiradi. kameraning pastki qismida hosil bo'lgan havo qatlami. Ko'pikli ustundagi pufakchalarning umumiy yuzasi taxminan 5000 sm2 (qon hajmi 150 - 250 sm3). Oksigenatorda qon kislorod bilan to'yingan bo'lib, atrofdagi atmosferaga karbonat angidridni chiqaradi va quyi kameraga 8 oqib o'tadi, u erdan nasos 9, qisqich 10 va havo tutqich 11 orqali tananing arterial tizimiga kiradi. Kislorod oksigenatorga gaz hisoblagich 17 va namlagich 16 orqali kiradi. Oksigenatorning yuqori qismida ko'pikni yo'qotuvchi 12 va gaz chiqarish joyi mavjud. Zaxira qon yoki qon o'rnini bosuvchi suyuqlik bo'lgan tomir 15 qisqich 14 orqali oksigenator bilan bog'lanadi. Oksigenatordan qon oqimi qurilmaning elektromagnit qisqichlarini faollashtirishni boshqaradigan tashqarida joylashgan spiral bilan induktiv ravishda bog'langan float 13 tomonidan tartibga solinadi.

Savol va topshiriqlar

Tirik ob'ektlar bilan bog'liq muammolarni hal qilishda, biologik jarayonlarni noto'g'ri talqin qilishning oldini olishga katta e'tibor berish kerak.
Biz talabalarga taklif qilgan bir nechta muammolarni hal qilishni ko'rib chiqing.

1-topshiriq. Bo'ronda archa daraxtining ildizi bilan birga osongina chiqib ketishi, qarag'ayda esa tanasi tezroq sinishini jismoniy tasvirlar yordamida qanday tushuntirish mumkin?
Qaror qabul qilishdan oldin, biz bu daraxtlarning xususiyatlarini o'qiymiz.
“U (qoraqarag‘ay. - Ts.K.) o‘zining ildizlari bilan yuzaki tarqalib, toshlarni mahkam bog‘lashi mumkin, shuning uchun u tog‘larda, hatto juda yupqa tuproq qatlamida ham zarur barqarorlikka ega, lekin bunday bo‘lmagani uchun, qarag'ay kabi, vertikal ravishda ildizni qoldirib, keyin tekisliklarda alohida archa ildiz bilan birga bo'ron tomonidan osongina tortib olinadi. Daraxtning toji ulkan piramidani tashkil qiladi."
“O'rmonda o'sadigan qarag'ay baland ustunli magistral va kichik piramidal tojni hosil qiladi. Aksincha, toza ochiq joyda o'sadi, u faqat kichik o'sishga erishadi, lekin uning toji keng o'sadi.
So‘ngra ular o‘quvchilar bilan masalani yechishda momentlar qoidasini qo‘llash imkoniyatlarini muhokama qildilar.
Biz masalaning faqat sifat tomonini tahlil qilishdan manfaatdormiz. Bundan tashqari, biz ikkala daraxtning qiyosiy xatti-harakatlari haqidagi savolga qiziqamiz. Bizning muammomizdagi yukning rolini shamol kuchi FB o'ynaydi. Tojga ta'sir etuvchi shamol kuchiga magistralga ta'sir qiluvchi shamol kuchini qo'shish va hatto ikkala daraxtga ta'sir qiluvchi shamol kuchlarini ham bir xil deb hisoblash mumkin. Keyin, aftidan, keyingi fikrlash "quyidagicha bo'lishi kerak. Qarag'ayning ildiz tizimi qoraqarag'aydan ko'ra erga chuqurroq kiradi. Shu sababli, qarag'ayni erda ushlab turgan kuchning yelkasi archadan kattaroqdir ( 16-rasm).Shuning uchun archa daraxtini ildizidan yuqoriga burish uchun qarag'ayga qaraganda kamroq shamol momenti kerak, qarag'ayni ildizi bilan sug'urib olish uchun esa uni sindirishdan ko'ra ko'proq shamol momenti kerak bo'ladi. qarag'ayga qaraganda tez-tez ildizi bilan sug'oriladi va qarag'ay archaga qaraganda tez-tez buziladi.

KOHETS FRAGMEHTA KITOBLARI

Inson funktsiyalarini bilish eng qiyin vazifalardan biridir. Ilm-fanning rivojlanishining dastlabki bosqichlarida - muayyan muammolarni chuqur o'rganishga qaratilgan fanlarning tabaqalanishi sodir bo'ladi. Birinchi bosqichda biz ma'lum bir qismni bilishga harakat qilamiz va buni amalga oshirishga muvaffaq bo'lganimizda, yana bir vazifa paydo bo'ladi - umumiy fikrni qanday qilish kerak. Asl ixtisosliklar chorrahasida ilmiy fanlar mavjud. Bu fiziologiya, fizika, fizik kimyo chorrahasida paydo bo'lgan va biologik jarayonlarni tushunishda yangi imkoniyatlar ochgan biofizikaga ham tegishli.

Biofizika- tirik materiyaning turli darajadagi (molekulyar, hujayrali, organ, butun organizm) fizik va fizik-kimyoviy jarayonlarini, shuningdek, fizik muhit omillarining tirik materiyaga ta'sir qilish qonuniyatlari va mexanizmlarini o'rganadigan fan.

Ajratish -

• molekulyar biofizika - jarayonlar kinetikasi va termodinamiği
• hujayra biofizikasi - hujayra tuzilishi va fizik-kimyoviy ko'rinishlarini o'rganish - o'tkazuvchanlik, biopotentsiallarning shakllanishi
• sezgi organlari biofizikasi - qabul qilishning fizik-kimyoviy mexanizmlari, energiya o'zgarishi, retseptorlarda ma'lumotlarni kodlash.
• Murakkab tizimlarning biofizikasi - tartibga solish va o'zini o'zi boshqarish jarayonlari va bu jarayonlarning termodinamik xususiyatlari
• Tashqi omillar ta'sirining biofizikasi - ionlashtiruvchi nurlanish, ultratovush, tebranish, yorug'lik ta'sirining organizmga ta'sirini o'rganadi.

Biofizika vazifalari

1. Tanadagi fizik va kimyoviy hodisalarni o'rganish orqali yovvoyi tabiatning naqshlarini o'rnating
2. Jismoniy omillarning organizmga ta'sir qilish mexanizmlarini o'rganish

Eyler (1707-1783) - gidrodinamika nazariyasi qonunlari, qonning tomirlar orqali harakatini tushuntirish.

Lavuazye (1780) - organizmdagi energiya almashinuvini o'rgangan

Galvani (1786) - biopotensiallar, hayvonlarning elektr energiyasi haqidagi ta'limotning asoschisi

Helmholtz (1821)

Rentgen - mushaklarning qisqarish mexanizmlarini piezo effektlari pozitsiyasidan tushuntirishga harakat qildi

Arrhenius - biologik jarayonlarni tushuntirish uchun klassik kinetika qonunlari

Lomonosov - energiyaning saqlanish va o'zgarishi qonuni

Sechenov - gazning qonda tashilishini o'rgangan

Lazarev - milliy biofizika maktabining asoschisi

Pauling - oqsilning fazoviy tuzilishini kashf qilish

Uotson va Krik - DNKning qo'sh tuzilishini kashf qilish

Xojkin, Xaksli, Kats - bioelektrik hodisalarning ion tabiatini kashf qilish

Prigojin - qaytmas jarayonlar termodinamiği nazariyasi

Eigen - evolyutsiyaning asosi sifatida gipertsikllar nazariyasi

Sakman, Neher - ion kanallarining molekulyar tuzilishini o'rnatdi

Biofizika tibbiyotning rivojlanishi bilan bog'liq bo'ldi, chunki. u erda tanaga jismoniy ta'sir qilish usullari qo'llanilgan.

Biologiya rivojlanib bordi va molekulyar darajada sodir bo'ladigan biologik jarayonlar sirlariga kirib borish kerak edi.

Rivojlanishi organizmga turli xil jismoniy omillar ta'siriga olib kelgan sanoatga bo'lgan ehtiyoj - radioaktiv nurlanish, tebranishlar, vaznsizlik, ortiqcha yuklar.

Biofizik tadqiqot usullari

• X-nurlarining diffraksion tahlili- rentgen nurlari diffraktsiyasidan foydalanib, moddaning atom tuzilishini o'rganish. Moddaning elektron zichligi taqsimoti diffraktsiya naqshidan belgilanadi va allaqachon undan moddada qaysi atomlar borligini va ular qanday joylashganligini aniqlash mumkin. Kristal tuzilmalari, suyuqliklar va oqsil molekulalarini o'rganish.
• Ustunli xromatografiya- 2 faza - ko'chma va statsionar o'rtasidagi aralashmalarni turlicha taqsimlash va tahlil qilish. Bu moddaning turli darajadagi singishi yoki turli darajadagi ion almashinuvi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Gaz yoki suyuq bo'lishi mumkin. Moddalarning taqsimlanishi kapillyarlarda - kapillyarlarda yoki sorbent bilan to'ldirilgan naychalarda - ustunli ishlatiladi. Qog'ozda, plitalarda bajarilishi mumkin
• Spektral tahlil- optik spektrlar yordamida moddani sifat va miqdor jihatdan aniqlash. Modda emissiya spektri - emissiya spektral tahlili yoki yutilish spektri - yutilish bilan aniqlanadi. Moddaning tarkibi spektrdagi chiziqlarning nisbiy yoki mutlaq qalinligi bilan belgilanadi. Shuningdek, radiospektroskopiya - elektron paramagnit rezonans va yadro magnit aks sadolari kiradi.
• Izotop ko'rsatkichi
• elektron mikroskop
• ultrabinafsha mikroskop- UV nurlaridagi biologik ob'ektlarni o'rganish tasvirning kontrastini, ayniqsa hujayra ichidagi tuzilmalarni oshiradi va preparatni oldindan bo'yash va mahkamlashsiz boshqa hujayralarni tekshirishga imkon beradi.

Funktsiyalar, organlar va to'qimalar, tizimlarning atrof-muhitga mos ravishda moslashishi mavjud bo'lishning eng muhim shartlaridan biridir. Organizm va atrof-muhitning doimiy muvozanati mavjud. Bu jarayonlarda asosiy jarayon fiziologik funktsiyalarni tartibga solish va nazorat qilishdir.

Turli tizimlarda axborotni amalga oshirish, boshqarish va qayta ishlashning umumiy qonuniyatlarini kibernetika fani o‘rganadi (kibernetika – boshqaruv san’ati).Boshqarish qonunlari inson uchun ham, texnik qurilmalar uchun ham umumiydir. Kibernetikaning paydo bo'lishiga avtomatik boshqaruv nazariyasining rivojlanishi, radioelektronikaning rivojlanishi va axborot nazariyasining yaratilishi tayyorlandi.

Ushbu ish Shennon (1948) tomonidan "Muloqotning matematik nazariyasi" da taqdim etilgan.

Kibernetika axborotni qabul qilish, saqlash va qayta ishlash hamda ularni boshqarish va tartibga solish uchun foydalanishga qodir bo‘lgan har qanday xarakterdagi tizimlarni o‘rganish bilan shug‘ullanadi. Kibernetika ma'lum boshqaruv jarayonlariga olib keladigan signal va omillarni o'rganadi.

Bu tibbiyot uchun katta ahamiyatga ega. Biologik jarayonlarni tahlil qilish tartibga solish mexanizmlarini sifat va miqdor jihatdan o'rganish imkonini beradi. Boshqarish va tartibga solishning axborot jarayonlari tanada hal qiluvchi ahamiyatga ega, ya'ni. birlamchi bo'lib, ular asosida barcha jarayonlar sodir bo'ladi.

Tizimlar- bir-biri bilan bog'langan va butun tizim dasturiga muvofiq ma'lum funktsiyalarni bajaradigan uyushgan elementlar majmuasi. Miyaning elementlari neyronlar bo'ladi. Jamoaning elementlari uni tashkil etuvchi odamlardir. Faqat olomon kibernetik tizim emas.

Dastur- tizimning makon va vaqtdagi o'zgarishlar ketma-ketligi, tizim tuzilishiga kiritilishi yoki unga tashqaridan kirishi mumkin.

Ulanish- elementlarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri jarayoni, bunda materiya, energiya, ma'lumotlar almashinuvi mavjud.

Xabarlar uzluksiz va diskretdir.

Davomiy doimiy o'zgaruvchan qiymat xarakteriga ega (qon bosimi, harorat, mushaklarning kuchlanishi, musiqiy ohanglar).

Diskret- bir-biridan farq qiluvchi alohida bosqichlar yoki gradatsiyalardan iborat (mediatorlarning qismlari, DNKning azotli asoslari, Morze alifbosining nuqta va chiziqlari)

Axborotni kodlash jarayoni ham muhimdir. U nerv markazlari tomonidan ma'lumotni qabul qilish uchun nerv impulslari bilan kodlangan. Kod elementlari - belgilar va pozitsiyalar. Belgilar - biror narsani ajratib turadigan o'lchovsiz kattaliklar (alifbo harflari, matematik belgilar, nerv impulslari, hidli moddalar molekulalari va pozitsiyalar belgilarning fazoviy va vaqtinchalik joylashishini belgilaydi).

Axborot kodi dastlabki xabar bilan bir xil ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Bu izomorfizm hodisasi. Kod signali juda past energiya qiymatiga ega. Axborotning kelishi signalning mavjudligi yoki yo'qligi bilan baholanadi.

Xabar va axborot bir xil narsa emas, chunki axborot nazariyasiga ko'ra

Ma `lumot- xabarni olgandan keyin bartaraf etilgan noaniqlik miqdorining o'lchovi.

Hodisa ehtimoli a priori ma'lumotlar.

Ma'lumotni olgandan keyin sodir bo'lish ehtimoli posteriori ma'lumot.

Qabul qilingan ma'lumot posterior ehtimollikni oshirsa, xabarning informativligi kattaroq bo'ladi.

Axborot xususiyatlari.

1. Ma'lumot faqat uning qabul qiluvchilari (iste'molchisi) bo'lsa - "xonada televizor bo'lsa va unda hech kim bo'lmasa" mantiqiy bo'ladi.
2. Signalning mavjudligi ma'lumot uzatilayotganligini ko'rsatmaydi, chunki iste'molchi uchun yangi hech narsa olib kelmaydigan xabarlar mavjud.
3. Ma'lumot ham ongli, ham ongsiz darajada uzatilishi mumkin.
4. Agar voqea ishonchli bo'lsa (ya'ni, uning ehtimoli P = 1 bo'lsa), u sodir bo'lganligi haqidagi xabar iste'molchi uchun hech qanday ma'lumotga ega emas.
5. Hodisa haqidagi xabar, ehtimolligi P< 1, содержит в себе информацию, и тем большую, чем меньше вероятность события, которого произошло.

Dezinformatsiya- axborotning salbiy qiymati.

Voqealarning noaniqligi o'lchovi - entropiya(H)

Agar log2 N=1 boʻlsa, N=2

Axborot birligi - bit(ma'lumotning ikki birligi)

H=lg N (hartli)

1 Hartli o'nta teng ehtimolli imkoniyatlardan birini tanlash uchun zarur bo'lgan ma'lumotlar miqdori. 1 hartley = 3,3 bit

Organizmga ta'siri regulyatorning kompensatsion harakati bo'lsa, regulyator kompensatsiya ustida ishlashi mumkin, bu esa funktsiyani normallashishiga olib keladi.

Boshqaruv fiziologik funktsiyalarni ishga tushirish, ularni tuzatish va jarayonlarni muvofiqlashtirishga qaratilgan.

Eng qadimiy tartibga solishning gumoral mexanizmi hisoblanadi.

asab mexanizmi.

neyrohumoral mexanizm.

Tartibga solish mexanizmlarining rivojlanishi hayvonlarning harakatlana olishiga va o'simliklardan farqli o'laroq, noqulay muhitni tark etishiga olib keladi.

Outpost mexanizmi (odamlarda) - shartli reflekslar shaklida. Signal stimullari bo'yicha biz atrof-muhitga ta'sir qilish choralarini ko'rishimiz mumkin.

Biofizika (biologik fizika) - tirik materiyaning turli darajalarida - molekulyar, hujayrali, organizm va populyatsiyada sodir bo'ladigan biologik jarayonlarning eng oddiy va fundamental o'zaro ta'siri haqidagi fan.

Kirish

Biofizikaning nazariy konstruksiyalari va modellari energiya, kuch, oʻzaro taʼsir turlari tushunchalariga, fizik va formal kinetika, termodinamika va axborot nazariyasining umumiy tushunchalariga asoslanadi. Bu tushunchalar materiyaning asosiy oʻzaro taʼsirlari va harakat qonuniyatlarining tabiatini aks ettiradi, siz bilganingizdek, fizika – fundamental tabiiy fanning predmeti hisoblanadi. Biofizika biologik fan sifatida biologik jarayonlar va hodisalarga e'tibor qaratadi. Zamonaviy biofizikaning asosiy tendentsiyasi tirik mavjudotning tizimli tashkil etilishining asosini tashkil etuvchi eng chuqur, elementar darajalarga kirishdir.

Biofizikaning shakllanishi va rivojlanishi zamonaviy biologiya, fizika, kimyo va matematika g'oyalari, nazariy yondashuvlari va usullarining intensiv o'zaro bog'liqligi bilan chambarchas bog'liq.

IUPAB tomonidan qabul qilingan biofizikaning zamonaviy tasnifi

Xalqaro toza va amaliy biofizika ittifoqi (1961) tomonidan qabul qilingan, biofizik tadqiqotlar sohasidagi asosiy biologik ob'ektlarni aks ettiruvchi tasnifi quyidagi bo'limlarni o'z ichiga oladi: molekulyar biofizika, uning vazifasi fizik va fizik-kimyoviy xususiyatlarini o'rganishdir. makromolekulalar va molekulyar komplekslar; hujayra hayotining fizik-kimyoviy asoslarini, membranalarning molekulyar tuzilishi va hujayra organellalari va ularning funktsiyalari o'rtasidagi bog'liqlikni, hujayra jarayonlarini muvofiqlashtirish qonuniyatlarini, ularning mexanik va elektr xossalarini, hujayra jarayonlarining energiyasi va termodinamikasini o'rganadigan hujayra biofizikasi; alohida organellalar, butun organizmlar va populyatsiyalarni o'z ichiga olgan murakkab tizimlarning biofizikasi; biologik tizimlarda boshqarish tamoyillarini o'rganish va modellashtirish bilan shug'ullanadigan nazorat va tartibga solish jarayonlarining biofizikasi. Shuningdek, biofizikaning: biopolimerlarning tuzilishi (oqsillar, DNK, lipidlar), biomexanika, biologik optika, biomagnetizm, biologik termodinamika bo'limlari mavjud. Biofizika turli fizik omillarning (yorug'lik, ionlashtiruvchi nurlanish, elektromagnit maydonlar va boshqalar) biologik tizimlarga ta'sir qilish mexanizmlarini o'rganadigan fan sohalarini ham o'z ichiga oladi.

Fizika va matematika tamoyillarining biologiyaga kirib borish tarixi

Biologik ob'ektlarning fizik xususiyatlarini o'rganishning boshlanishi G. Galiley va R. Dekartning (17-asr) asarlari bilan bog'liq bo'lib, ular mexanika asoslarini qo'ydilar, ularning printsiplari asosida ba'zi narsalarni tushuntirishga birinchi urinishlar qilingan. hayotiy jarayonlar. Masalan, Dekart inson tanasi noorganik jismlar bilan bir xil elementlardan tashkil topgan murakkab mashinaga o'xshaydi, deb hisoblagan. Italiyalik fizigi G.Borelli hayvonlar harakati mexanizmlarini tavsiflashda mexanika tamoyillarini qo‘llagan. 1628 yilda V.Garvi gidravlika qonunlari asosida qon aylanish mexanizmini tasvirlab berdi. 18-asrda fizika sohasidagi kashfiyotlar va uning matematik apparatini takomillashtirish tirik organizmlarda sodir bo'ladigan fizik-kimyoviy jarayonlarni tushunish uchun katta ahamiyatga ega edi. Fizik yondashuvlardan foydalanish biologiyaga aniq fanlarning eksperimental usullari va g'oyalarini joriy etishga turtki berdi. L. Eyler qonning tomirlar orqali harakatini matematik tarzda tasvirlab berdi. M.V. Lomonosov ta'm va vizual tuyg'ularning tabiati haqida bir qator umumiy xulosalar chiqardi, ranglarni ko'rishning birinchi nazariyalaridan birini ilgari surdi. A.Lavuazye va P.Laplas noorganik va organik jismlar uchun kimyo qonunlarining birligini ko‘rsatib, nafas olish jarayoni sekin yonish jarayoniga o‘xshashligini va tirik organizmlar uchun issiqlik manbai ekanligini aniqladilar. A.Voltay va L.Galvani o'rtasida so'nggining "tirik elektr" ni kashf etishi muammosi bo'yicha ijodiy munozara elektrofiziologiyaning asosini tashkil etdi va umuman elektrni o'rganishda muhim rol o'ynadi.

19-asr - 20-asr boshlarida biofizikaning rivojlanishi

19-asrda biologiyaning rivojlanishi biologik tuzilmalar va jarayonlarning fizik-kimyoviy xossalari haqidagi bilimlarni boyitish bilan birga kechdi. S. Arrenius tomonidan eritmalarning elektrolitik nazariyasi, V. Nernst tomonidan bioelektrik hodisalarning ion nazariyasi yaratilishi katta ahamiyatga ega edi. Nerv bo'ylab qo'zg'alishning paydo bo'lishi va tarqalish mexanizmidagi harakat potentsiallarining tabiati va roli haqida asosiy g'oyalar olindi ( G. Helmgolts, E. Dubois-Reymond, J. Bernstein, Germaniya); hujayra va toʻqimalar hayotidagi osmotik va elektr hodisalarining ahamiyati J. Loeb (AQSh), V. Nernst va R. Gerber (Germaniya) ishlari tufayli yoritib berildi. Bularning barchasi Dyubois-Reymondga organizmlarning moddiy zarralarida ulardan tashqarida harakat qila olmaydigan yangi kuchlar topilmaydi, degan xulosaga kelish imkonini berdi. Bunday printsipial pozitsiya hayot jarayonlarini ba'zi maxsus "jismoniy o'lchovlarga mos kelmaydigan tirik omillar" harakatlari bilan tushuntirishga chek qo'yadi.

Mahalliy olimlar biofizikaning rivojlanishiga katta hissa qo'shdilar. ULAR. Sechenov qondagi gazlarning erishi qonuniyatlarini, harakatlarning biomexanikasini o‘rgangan. Nerv to'qimalarining qo'zg'alish kondensator nazariyasi, ionlarning teng bo'lmagan harakatchanligiga asoslangan, V.Yu. Chagovets. K.A. Timiryazev quyosh spektrining alohida bo'limlarining fotosintetik faolligini aniqladi, fotosintez jarayonining tezligi va yorug'likning turli spektrli tarkibdagi barglardagi xlorofill tomonidan yutilishi bilan bog'liq bo'lgan miqdoriy naqshlarni o'rnatdi. Harakatni, eshitish va ko'rish organlarini, fotosintezni, asab va mushakda elektromotor kuchning paydo bo'lish mexanizmini, hujayralarning hayotiy faoliyati uchun ion muhitining ahamiyatini o'rganishda fizika va fizik kimyoning g'oyalari va usullaridan foydalanilgan. va to'qimalar. 1905-15 yillarda. N.K. Koltsov fizik-kimyoviy omillarning (sirt tarangligi, vodorod ionlari konsentratsiyasi, kationlar) hujayra hayotidagi rolini o'rgandi. P.P. Lazarev qo'zg'alishning ion nazariyasi (1916) va fotokimyoviy reaksiyalar kinetikasini o'rganish bilan shug'ullangan. U birinchi sovet biofiziklar maktabini yaratdi, oʻz atrofida koʻzga koʻringan olimlarning katta guruhini birlashtirdi (ular S.I.Vavilov, S.V.Kravkov, V.V.Shuleykin, S.V.Deryagin va boshqalar edi). 1919 yilda u Moskvada Sog'liqni saqlash Xalq Komissarligining Biologik fizika institutini tashkil etdi, bu erda qo'zg'alishning ion nazariyasi, yorug'lik ta'sirida sodir bo'ladigan reaktsiyalar kinetikasini, yutilish va floresans spektrlarini o'rganish bo'yicha ishlar olib borildi. biologik ob'ektlar, shuningdek, turli xil ekologik omillarning organizmga birlamchi ta'sir qilish jarayonlari. V.I.ning kitoblari. Vernadskiy (“Biosfera”, 1926), E.S. Bauer (“Nazariy biologiya”, 1935), D.L. Rubinshteyn (“Biologiyaning fizik-kimyoviy asoslari”, 1932), N.K. Koltsov ("Hujayraning tashkil etilishi", 1936), D.N. Nasonov va V.Ya. Aleksandrova ("Tirik materiyaning tashqi ta'sirlarga reaktsiyasi", 1940) va boshqalar.

20-asrning ikkinchi yarmida biofizika yutuqlari fizika va kimyo yutuqlari, tadqiqot usullari va nazariy yondashuvlarni ishlab chiqish va takomillashtirish, elektron hisoblash mashinalaridan foydalanish bilan bevosita bogʻliq edi. Biofizikaning rivojlanishi bilan biologiyaga spektral, izotop, difraksion, radiospektroskopik kabi aniq eksperimental tadqiqot usullari kirib keldi. Atom energiyasining keng rivojlanishi radiobiologiya va radiatsiya biofizikasi sohasidagi tadqiqotlarga qiziqish uyg'otdi.

Biofizika rivojlanishining dastlabki davrining asosiy natijasi materiyaning harakat qonunlari haqidagi fundamental tabiiy fan sifatida fizikaning asosiy qonunlarining biologiya sohasida fundamental qoʻllanilishi toʻgʻrisidagi xulosadir. Ushbu davrda olingan energiyaning saqlanish qonuni (termodinamikaning birinchi qonuni), kimyoviy kinetika tamoyillarining dinamik xatti-harakatlarning asosi sifatida tasdiqlanishi biologiyaning turli sohalarini rivojlantirish uchun katta umumiy uslubiy ahamiyatga ega. biologik tizimlar, ochiq tizimlar tushunchasi va biologik tizimlarda termodinamikaning ikkinchi qonuni va nihoyat, energiyaning maxsus "tirik" shakllari yo'qligi haqidagi xulosa. Bularning barchasi biologiyaning rivojlanishiga katta ta'sir ko'rsatdi, biokimyo yutuqlari va biopolimerlar tuzilishini o'rganishdagi yutuqlar bilan bir qatorda biologiya fanining etakchi zamonaviy yo'nalishi - fizikaviy va kimyoviy biologiyaning shakllanishiga yordam berdi, bunda biofizika muhim o'rinni egallaydi. joy.

Zamonaviy biofizikaning asosiy tadqiqot yo'nalishlari va yutuqlari

Zamonaviy biofizikada biofizika predmetini tashkil etuvchi ikkita asosiy yo'nalish mavjud - nazariy biofizika biologik tizimlar termodinamikasining umumiy masalalarini hal qiladi, biologik jarayonlarni dinamik tashkil etish va tartibga solish, makromolekulalar va ularning komplekslarining tuzilishi, barqarorligi va molekulyar ichidagi dinamik harakatchanligini, ulardagi energiyaning o‘zgarishi mexanizmlarini belgilovchi o‘zaro ta’sirlarning fizik mohiyatini ko‘rib chiqadi; va maxsus biologik jarayonlarning biofizikasi ( hujayra biofizikasi), tahlili umumiy nazariy tushunchalar asosida olib boriladi. Biofizika rivojlanishining asosiy tendentsiyasi tirik mavjudotning turli darajalarida biologik hodisalarning asosini tashkil etuvchi molekulyar mexanizmlarga kirib borish bilan bog'liq.

Biofizika rivojlanishining hozirgi bosqichida, birinchi navbatda, murakkab tizimlar biofizikasi va molekulyar biofizikaning nazariy bo'limlarining jadal rivojlanishi bilan bog'liq tub o'zgarishlar ro'y berdi. Aynan shu sohalarda biologik tizimlarning dinamik harakati qonuniyatlari va biotuzilmalardagi molekulyar oʻzaro taʼsir mexanizmlari bilan shugʻullanib, umumiy natijalarga erishildi, ular asosida biofizika oʻzining nazariy asosini shakllantirdi. Kinetika, termodinamika, biologik tizimlarni tartibga solish nazariyasi, biopolimerlarning tuzilishi va ularning elektron konformatsion xossalari kabi bo'limlarda ishlab chiqilgan nazariy modellar biofizikada aniq biologik jarayonlarni tahlil qilish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Bunday modellarni yaratish molekulyar va hujayra darajasidagi fundamental biologik ahamiyatga ega oʻzaro taʼsirlarning umumiy tamoyillarini aniqlash, matematikaning soʻnggi yutuqlaridan foydalangan holda ularning tabiatini zamonaviy fizika va kimyo qonunlariga muvofiq ochib berish va shu asosda ishlab chiqish uchun zarurdir. tasvirlangan biologik hodisalarga adekvat bo'lgan bu dastlabki umumlashtirilgan tushunchalar.

Eng muhim jihati shundaki, biofizikada modellarni qurish o‘zaro bog‘liq aniq fanlar g‘oyalarini shunday o‘zgartirishni taqozo etadi, bu esa ushbu fanlarda biologik jarayonlarni tahlil qilishda qo‘llaniladigan yangi tushunchalarni ishlab chiqishga tengdir. Biologik tizimlarning o'zi fizika, kimyo va matematikaning ma'lum sohalarini rivojlantirishni rag'batlantiradigan ma'lumot manbai hisoblanadi.

Murakkab tizimlar biofizikasi sohasida metabolik jarayonlarni tahlil qilish uchun kimyoviy kinetika tamoyillaridan foydalanish ularni oddiy differensial tenglamalar yordamida matematik modellashtirish uchun keng imkoniyatlar ochdi. Bu bosqichda, asosan, fiziologik va biokimyoviy jarayonlarni, hujayra o'sish dinamikasini va ekologik tizimlarda populyatsiya miqdorini modellashtirish sohasida ko'plab muhim natijalarga erishildi. Murakkab biologik jarayonlarni matematik modellashtirishni ishlab chiqishda tegishli tenglamalarning aniq analitik yechimlarini majburiy topish g'oyasini rad etish va differentsial tenglamalarni tahlil qilish uchun sifatli usullardan foydalanish muhim ahamiyatga ega edi. biologik tizimlarning umumiy dinamik xususiyatlarini ochib berish. Bu xususiyatlar statsionar holatlarning xossalari, ularning soni, barqarorligi, bir rejimdan ikkinchisiga o'tish imkoniyati, o'z-o'zidan tebranuvchi rejimlarning mavjudligi va dinamik rejimlarning xaotizatsiyasini o'z ichiga oladi.

Shu asosda vaqtlar ierarxiyasi va ob'ektning asosiy xususiyatlarini to'liq aks ettiruvchi "minimal" va adekvat modellar haqida g'oyalar ishlab chiqildi. Tizimlarning dinamik xatti-harakatlarining parametrik tahlili ham ishlab chiqildi, jumladan, vaqt va makonda biologik tizimlarning o'zini o'zi tashkil qilishning ayrim jihatlarini aks ettiruvchi asosiy modellarni tahlil qilish. Bundan tashqari, biologik tizimlardagi deterministik jarayonlarga stoxastik omillarning ta'sirini aks ettiruvchi ehtimollik modellaridan foydalanish tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda. Tizimning dinamik harakatining parametrlarning kritik qiymatlariga bifurkatsiya bog'liqligi tizimda dinamik ma'lumotlarning paydo bo'lishini aks ettiradi, bu ish rejimi o'zgarganda amalga oshiriladi.

Umumiy biologik ahamiyatga ega bo'lgan biofizikaning yutuqlari orasida organizmlar va hujayralarning termodinamik xususiyatlarini ochiq tizimlar sifatida tushunish, termodinamikaning 2-qonuniga asoslanib, ochiq tizimning barqaror holatga o'tish mezonlarini shakllantirish kiradi. ( I. Prigojin); populyatsiyalar darajasida tebranish jarayonlarining mexanizmlarini ochib berish, fermentativ reaktsiyalar. Faol muhitdagi avtoto'lqinli jarayonlar nazariyasiga asoslanib, bir hil ochiq tizimlarda dissipativ tuzilmalarning o'z-o'zidan paydo bo'lishi uchun shartlar o'rnatiladi. Shu asosda morfogenez jarayonlarining modellari, bakterial kulturalar o'sishi davrida muntazam tuzilmalar hosil bo'lishi, nerv impulsining tarqalishi va neyron tarmoqlarda asab qo'zg'alishi. Nazariy biofizikaning rivojlanayotgan sohasi biologik axborotning kelib chiqishi va tabiatini hamda uning entropiya bilan bog‘liqligini, tartibsizlik sharoitlarini va murakkab biologik tizimlarda fraktal o‘ziga o‘xshash tuzilmalarning shakllanishini o‘rganadi.

Umuman olganda, yagona molekulyar-kinetik tavsifni ishlab chiqish biofizikaning dolzarb muammosi bo'lib, bu dastlabki asosiy tushunchalarni ishlab chiqishni talab qiladi. Shunday qilib, qaytarilmas jarayonlar termodinamiği sohasida har qanday komponentning umumiy konsentratsiyasiga bog'liq bo'lgan kimyoviy potentsial tushunchasi va qat'iy aytganda, entropiya tushunchasi muvozanatdan uzoqda bo'lgan geterogen tizimlar uchun o'z kuchini yo'qotadi. Faol makromolekulyar komplekslarda molekula ichidagi transformatsiyalar, birinchi navbatda, alohida tarkibiy qismlarning umumiy kontsentratsiyasiga emas, balki ularning tashkil etilishining tabiatiga bog'liq. Bu geterogen muvozanatsiz tizimlarda qaytarilmas jarayonlarning barqarorligi va yo'nalishining yangi mezonlarini ishlab chiqishni talab qiladi.

Molekulyar biofizikada oʻziga xos biologik jarayonlarni oʻrganish biopolimerlarning (oqsillar va nuklein kislotalar) fizik-kimyoviy xossalari, ularning tuzilishi, oʻz-oʻzini yigʻish mexanizmlari, molekula ichidagi harakatchanligi va boshqalarni oʻrganish maʼlumotlariga asoslanadi. Biofizikada zamonaviy eksperimental usullar, birinchi navbatda, radiospektroskopiya (NMR, EPR), spektrofotometriya, rentgen difraksion tahlili, elektron tunnel mikroskopiyasi, atom kuch mikroskopiyasi, lazer spektroskopiyasi, turli elektrometrik usullar, shu jumladan mikroelektrod texnologiyasidan foydalanish katta ahamiyatga ega. Ular biologik ob'ektlarning yaxlitligini buzmasdan molekulyar o'zgarishlar mexanizmlari haqida ma'lumot olish imkonini beradi. Hozirgi vaqtda 1000 ga yaqin oqsillarning tuzilishi aniqlangan. Fermentlarning fazoviy tuzilishini va ularning faol markazini dekodlash fermentativ katalizning molekulyar mexanizmlarining mohiyatini tushunish va shu asosda yangi dori vositalarini yaratishni rejalashtirish imkonini beradi. Biologik faol moddalarni, shu jumladan dori vositalarini maqsadli sintez qilish imkoniyatlari, shuningdek, molekulyar harakatchanlik va bunday molekulalarning biologik faolligi o'rtasidagi munosabatlarning fundamental tadqiqotlariga asoslanadi.

Nazariy molekulyar biofizika sohasida, haqidagi fikrlar elektron-konformatsion o'zaro ta'sirlar - EKV(M.V. Volkenshteyn), oqsilning stokastik xususiyatlari ( HAQIDA. Ptitsyn) biomakromolekulalarning ishlash tamoyillarini tushunish uchun asos yaratadi. Rivojlangan biologik tizimni tashkil etishning eng yuqori darajalarida to'liq namoyon bo'lgan biologik naqshlarning o'ziga xosligi, shunga qaramay, tiriklarning quyi molekulyar darajalarida allaqachon o'zini namoyon qiladi. Energiyaning o'zgarishi va reaktsiya mahsulotlarining komplekslarda paydo bo'lishiga makromolekulaning alohida qismlarining molekula ichidagi o'zaro ta'siri natijasida erishiladi. Bundan statistik va mexanik erkinlik darajalarida o'zaro ta'sirlarni birlashtirgan fizik ob'ekt sifatida makromolekulaning o'ziga xosligi haqidagi g'oyalar mantiqan kelib chiqadi. Bu molekulyar mashinalarning bir turi sifatida makromolekulalar, birinchi navbatda oqsillar haqidagi g'oyalar ( L.A. Blumenfeld, D.S. Chernavskiy) bitta makromolekulada o'zaro ta'sir natijasida har xil turdagi energiyaning aylanishini tushuntirishga imkon beradi. Jismoniy o'zaro ta'sirning umumlashtirilgan modellarini tahlil qilish va qurishning biofizik usulining samarasi shundan iboratki, EQI printsipi bizga biologik roli bo'yicha bir-biridan uzoq bo'lib ko'rinadigan molekulyar mashinalarning ishlashini yagona umumiy ilmiy tizimdan ko'rib chiqishga imkon beradi. pozitsiyasi - masalan, fotosintez va ko'rishning birlamchi jarayonlarida ishtirok etadigan molekulyar komplekslar, fermentativ reaktsiyalarning ferment-substrat komplekslari, ATP sintetazasining molekulyar mexanizmlari, shuningdek, ionlarni biologik membranalar orqali o'tkazish.

Biofizika xususiyatlarni o'rganadi biologik membranalar, ularning molekulyar tashkil etilishi, oqsil va lipid komponentlarining konformatsion harakatchanligi, haroratga chidamliligi, lipidlarning peroksidlanishi, elektrolit bo'lmaganlar va turli ionlar o'tkazuvchanligi, molekulyar tuzilishi va ion kanallarining ishlash mexanizmlari, hujayralararo o'zaro ta'siri. Biotuzilmalarda energiya konvertatsiya qilish mexanizmlariga katta e'tibor beriladi (qarang. San'at. Bioenergetika), bu erda ular elektronlarni uzatish va elektron qo'zg'alish energiyasini o'zgartirish bilan bog'liq. Erkin radikallarning tirik tizimlardagi roli va ularning ionlashtiruvchi nurlanishning zararli ta'sirida, shuningdek, bir qator boshqa patologik jarayonlarning rivojlanishidagi ahamiyati ( N.M. Emanuel, B.N. Tarusov). Biofizikaning biokimyo bilan chegaradosh boʻlimlaridan biri mexanikkimyo boʻlib, mushaklarning qisqarishi, kiprikchalar va flagellalar harakati, hujayralardagi organellalar va protoplazma harakati bilan bogʻliq kimyoviy va mexanik energiyaning oʻzaro aylanish mexanizmlarini oʻrganadi. Biologik tuzilmalarning yorug'lik kvantlari bilan o'zaro ta'sirining birlamchi jarayonlarini (fotosintez, ko'rish, teriga ta'sir va boshqalar), bioluminesans va fototropik reaktsiyalar mexanizmlarini, ultrabinafsha ta'sirini o'rganadigan "kvant" biofizikasi muhim o'rinni egallaydi. va ko'rinadigan yorug'lik ( fotodinamik effektlar) biologik ob'ektlarda. 40-yillarda. 20 dyuym . A.N. Terenin fotokimyoviy va bir qator fotobiologik jarayonlarda triplet holatlarning rolini ochib berdi. A.A. Krasnovskiy yorug'lik bilan qo'zg'atilgan xlorofillning fotosintezning birlamchi jarayonlari asosidagi oksidlanish-qaytarilish o'zgarishlariga kirishish qobiliyatini ko'rsatdi. Lazer spektroskopiyasining zamonaviy usullari tegishli fotoinduktsiyalangan elektron o'tishlarning kinetikasi, 50-100 femtosekunddan 10 -12 -10 -6 s gacha va undan ko'p diapazondagi atom guruhlari tebranishlari haqida to'g'ridan-to'g'ri ma'lumot beradi.

Biofizika g’oyalari va usullari nafaqat biologik jarayonlarni makromolekulyar va hujayra darajasida o’rganishda keng qo’llanilibgina qolmay, balki, ayniqsa, keyingi yillarda tirik tabiatni tashkil etishning populyatsiya va ekotizim darajalariga tarqaldi.

Biofizika yutuqlaridan asosan tibbiyot va ekologiyada foydalaniladi. Tibbiy biofizika organizmda (hujayrada) patologik o'zgarishlarning dastlabki bosqichlarini molekulyar darajada aniqlash bilan shug'ullanadi. Kasalliklarni erta tashxislash spektral o'zgarishlarni, lyuminesansni, kasallik bilan birga keladigan qon va to'qimalar namunalarining elektr o'tkazuvchanligini qayd etishga asoslanadi (masalan, lipid peroksidatsiyasining tabiatini baholash uchun xemiluminesans darajasidan foydalanish mumkin). abiotik omillarning (harorat, yorug'lik, elektromagnit maydonlar, antropogen ifloslanish va boshqalar) organizmlarning biologik tuzilishiga, hayotiyligi va barqarorligiga ta'sirining molekulyar mexanizmlarini tahlil qiladi. Ekologik biofizikaning eng muhim vazifasi ekotizimlar holatini baholashning ekspress usullarini ishlab chiqishdir. Bu sohada fundamental yangi materiallar – nanomateriallarning zaharliligini, shuningdek, ularning biologik tizimlar bilan oʻzaro taʼsir qilish mexanizmlarini baholash eng muhim vazifalardan biridir.

Rossiyada biofizika bo'yicha tadqiqotlar bir qator ilmiy-tadqiqot institutlari va universitetlarda olib boriladi. Etakchi o'rinlardan biri Pushchinodagi ilmiy markazga tegishli bo'lib, u erda 1962 yilda SSSR Fanlar akademiyasining Biologik fizika instituti tashkil etilgan bo'lib, u keyinchalik bo'lingan. Hujayra biofizikasi instituti RAS(direktor - Rossiya Fanlar akademiyasining muxbir a'zosi E. E. Fesenko) va RAS nazariy va eksperimental biofizika instituti(Direktor - RAS muxbir a'zosi GR. Ivanitskiy. Biofizika faol rivojlanmoqda Rossiya Federatsiyasi Sog'liqni saqlash vazirligining Biofizika instituti, RAS molekulyar biologiya instituti va Protein RAS instituti, RAS SB Biofizika instituti(direktor - Rossiya Fanlar akademiyasining muxbir a'zosi Degermedji A.G.), Moskva universitetlarida. Sankt-Peterburg va Voronej, in, in va boshqalar.

Rossiyada biofizik ta'limning rivojlanishi

Ilmiy-tadqiqot ishlarining rivojlanishi bilan bir qatorda biofizika sohasida mutaxassislar tayyorlash uchun bazani shakllantirish ishlari olib borildi. SSSRda birinchi bo'lib Moskva davlat universitetining biologiya va tuproqshunoslik fakultetida biofizika kafedrasi 1953 yilda tashkil etilgan (B.N. Tarusov), 1959 yilda MDU fizika fakultetida biofizika kafedrasi ochilgan (L.A. Blumenfeld). Bu ikkala kafedra ham nafaqat malakali biofiziklarni tayyorlaydigan o‘quv markazlari, balki yirik ilmiy markazlardir. Keyin biofizika kafedralari respublikaning bir qator boshqa universitetlarida, jumladan, tashkil etildi "Moskva fizika-texnika instituti" davlat universiteti, ichida Milliy tadqiqot yadro universiteti "MEPhI" shuningdek, yetakchi tibbiyot universitetlarida. Biofizika kursi mamlakatimizning barcha oliy o‘quv yurtlarida o‘qitiladi. Biofizikaviy tadqiqotlar dunyoning ko'plab mamlakatlaridagi institut va universitetlarda olib boriladi. Biofizika bo'yicha xalqaro kongresslar muntazam ravishda har 3 yilda bir marta o'tkaziladi. Biofiziklar jamiyatlari AQSh, Buyuk Britaniya va boshqa bir qator mamlakatlarda mavjud. Rossiyada Rossiya Fanlar akademiyasining biofizika ilmiy kengashi ilmiy ishlarni muvofiqlashtiradi va xalqaro aloqalarni amalga oshiradi. Biofizika bo'limida mavjud Moskva tabiatshunoslar jamiyati.

Biofizikaga oid maqolalar chop etiladigan davriy nashrlar orasida: «Biofizika» (M., 1956 -); "Molekulyar biologiya" (M., 1967 -); «Radiobiologiya» (M., 1961 - hozirda «Radiatsion biologiya. Radioekologiya»); "Biologik membranalar" (M., 19 -)."Biologik va tibbiy fizikaning yutuqlari" (N.Y., 1948 -); "Biochimica et Biophysica Acta" (N.Y. - Amst., 1947 -); "Biofizika jurnali" (N.Y., I960 -); "Matematik biofizika byulleteni" (Chi, 1939 -); "Hujayra biologiyasi jurnali" (N.Y., 1962 -. 1955 yilda - 1961 "Biofizik va biokimyoviy sitologiya jurnali"); "Molekulyar biologiya jurnali" (N.Y. - L., 1959 -); "Ultrastruktura tadqiqotlari jurnali" (N.Y. - L., 1957 -) "Biofizika va biofizik kimyodagi taraqqiyot" (L., 1950 -); Yevropa biofizika jurnali (); Nazariy biologiya jurnali (1961).

Tavsiya etilgan o'qish

Blumenfeld L.A. Biologik fizikaning muammolari. M., 1977 yil

Volkenshteyn M.V. Biofizika. M., 1981 yil

M. Jekson. Molekulyar va hujayra biofizikasi. M., Mir. 2009 yil

Nikolis G., Prigojin I. Muvozanatsiz tuzilmalarda o'z-o'zini tashkil qilish. boshiga. ingliz tilidan. M., 1979;

Rubin A.B. Biofizika. T. I. M., 2004. T. 2. M., 2004 (3-nashr)

A.V., Ptitsyn O.B. Proteinlar fizikasi. M., 2002 yil.

FEDERAL TA'LIM AGENTLIGI

DAVLAT TA'LIM MASSASI

OLIY KASB-TA'LIM

"IRKUTSK DAVLAT PEDAGOGIKA UNIVERSITETI"

Fizika kafedrasi

Matematika, Fizika fakulteti va

informatika

mutaxassisligi "540200 - jismoniy

matematik ta'lim"

fizika profili

Jismoniy-matematika ta'limi bakalavri malakasi

Ta'limning sirtqi shakli

KURS ISHI

7-9-sinflarda fizika darslarida biofizika

To'ldiruvchi: Rudyx Tatyana Valerievna

Ilmiy maslahatchi: nomzod

fizika va matematika bo'yicha Lyubushkina Lyudmila Mixaylovna

Himoya sanasi ______________________

Mark _________________________

Irkutsk 2009 yil

Kirish 3

BOBI . BIOFIZIKANING SHAKLLANISHI

1.1. Olimlarning biofizika rivojiga qo'shgan hissasi 5

1.2. Biofizika asoschisi 10

1.3. Kvant nazariyasini yaratish 11

1.4. Amaliy biofizika 14

1.5. Biofizikadagi o'zgarishlar 16

1.6. Biofizika nazariy biologiya sifatida 18

1.7. Fizikadagi biofizik tadqiqotlar 21

1.8. Biologiyada biofizik tadqiqotlar 23

BOBII. FİZİKA DARSLARIDA BİOFİZIKA

2.1. 7-9-sinflarda fizika darslarida biofizika elementlari 24

2.2. 25-maktabda biofizikani darslarda qo'llash

2.3. "Yovvoyi tabiatda fizika" blits-turniri 33

Xulosa 35

Adabiyotlar 36

Kirish

Tadqiqotning dolzarbligi:

Dunyoqarash shaxs tuzilishining eng muhim tarkibiy qismidir. U dunyo haqidagi, insonning undagi o'rni haqidagi umumlashtirilgan qarashlar tizimini, shuningdek, ma'lum bir dunyoqarashga mos keladigan qarashlar, e'tiqodlar, ideallar, tamoyillar tizimini o'z ichiga oladi. Dunyoqarashni shakllantirish jarayoni maktab yoshida jadal sodir bo'ladi. Asosiy maktabda (7-9-sinflar) o'quvchilar fizik hodisalar va qonunlarni o'rganish ularga atrofdagi dunyoni tushunishda yordam berishini tushunishlari kerak.

Biroq, yangi fizika darsliklarining ko'pchiligi, ayniqsa, o'rta maktablar uchun asosiy va ixtisoslashtirilgan maktablar uchun, o'rganilayotgan materialni yaxlit idrok etishga yordam bermaydi. Bolalarning fanga bo'lgan qiziqishi asta-sekin so'nadi. Demak, o`quvchilar ongida jonsiz va tirik tabiat xususiyatlarining birligi va xilma-xilligi bilan dunyoning umumiy manzarasini yaratish umumta`lim maktabining muhim vazifasidir. Dunyo rasmining yaxlitligiga boshqa texnikalar va fanlararo aloqalar bilan erishiladi.

Maktab fizikasi kursining har qanday mavzusi dunyoqarashni shakllantirish va maktab o'quvchilari tomonidan o'rganilayotgan fanning fundamental tushunchalarini o'zlashtirish uchun zarur bo'lgan ilmiy bilim elementlarini o'z ichiga oladi. Ta'lim standartlari va dasturlarida tabiiy fanlar mazmuni qat'iy tuzilmaganligi sababli, ko'pincha maktab o'quvchilarining bilimlari tizimlashtirilmagan, rasmiylashtirilmagan.

Tadqiqot muammosi dunyoning jismoniy rasmini yaxlit idrok etishni shakllantirish zarurati va o'qitiladigan fan, fizika o'quv materialini tegishli tizimlashtirish va umumlashtirishning yo'qligidan iborat.

Tadqiqot maqsadi: Tabiiy fanlar siklining ikkita predmeti - fizika va biologiyaning integratsiyalashuvini kuzatish.

O'rganish ob'ekti: Biofizika va uning boshqa fanlar bilan aloqasi.

O'rganish mavzusi: 7-9-sinflarda fizika darslarida biofizikaasosiy maktab.

Belgilangan maqsadni amalga oshirish bir qator masalalarni hal qilishni talab qildi aniq vazifalar:

Tadqiqot mavzusi bo'yicha o'quv va uslubiy adabiyotlarni o'rganish va tahlil qilish.

Turli biofizik hodisalarni tahlil qilish.

Eksperimental topshiriqlarni, har xil turdagi vazifalarni tanlang, ularni hal qilish fizika va biologiyani bilishni talab qiladi.

Tadqiqotning amaliy ahamiyati: ish natijalari amaliy foydalanish uchun tavsiya etilishi mumkin barcha ta’lim muassasalarida fizika fanidan dars berish bo‘yicha o‘qituvchilar.

Tadqiqot mantig'i kirish, ikki bob, xulosa, foydalanilgan adabiyotlar ro'yxatidan iborat ishning tuzilishini aniqladi. Birinchi bob “Biofizika va uning boshqa fanlar bilan aloqasi” mavzusidagi o‘quv adabiyotlarini tahlil qilishga bag‘ishlangan bo‘lsa, ikkinchi bobda fizika va biologiya o‘rtasidagi bog‘liqlik aniq topshiriqlar misolida ko‘rib chiqiladi.

Xulosa qilib, tadqiqot natijalari umumlashtirilib, maktab fizikasi kursini o'rganishda biofizik hodisalarni qo'llashni takomillashtirish bo'yicha tavsiyalar berilgan.

Bob I. BIOFIZIKANING SHAKLLANISHI

1.1. Olimlarning biofizika rivojiga qo'shgan hissasi.

Biofizika- barcha darajadagi (submolekulyardan biosferagacha) biologik tizimlarning tashkil etilishi va faoliyatining fizik va fizik-kimyoviy tamoyillari, shu jumladan ularning matematik tavsifi bilan shug'ullanadigan tabiatshunoslik sohasi. Biofizika asosan tirik tizimlarning mexanizmlari va xususiyatlari bilan shug'ullanadi. Yashash - bu o'z-o'zini saqlash va o'z-o'zini ko'paytirishga qodir ochiq tizim.

Ko'p tarmoqli fan sifatida biofizika 20-asrda shakllangan, ammo uning tarixdan oldingi tarixi bir asrdan ko'proq vaqtni oladi. Uning paydo bo'lishiga sabab bo'lgan fanlar (fizika, biologiya, tibbiyot, kimyo, matematika) kabi biofizika ham o'tgan asrning o'rtalariga kelib bir qator inqilobiy o'zgarishlarni boshdan kechirdi. Ma'lumki, fizika, biologiya, kimyo va tibbiyot bir-biri bilan chambarchas bog'liq bo'lgan fanlardir, lekin biz ularni alohida va mustaqil o'rganishga o'rganib qolganmiz. Aslida, bu fanlarni mustaqil ravishda alohida o'rganish noto'g'ri. Tabiatshunos jonsiz tabiatga faqat ikkita savol berishi mumkin: "Nima?" Xo'sh qanday?". "Nima" tadqiqot predmeti, "qanday" - bu mavzu qanday tartibga solingan. Biologik evolyutsiya yovvoyi tabiatni noyob maqsadga muvofiqlikka olib keldi. Shuning uchun biolog, shifokor, gumanist ham uchinchi savolni berishi mumkin: "Nima uchun?" yoki "Nima uchun?". "Nega Oy?" Deb so'rang. balki shoirdir, lekin olim emas.

Olimlar tabiatga qanday qilib to'g'ri savollar berishni bilishgan. Ular fizika, biologiya, kimyo va tibbiyot – matematika bilan birga biofizikani tashkil etgan fanlar rivojiga beqiyos hissa qo‘shdilar.

Vaqtidan boshlab Aristotel (miloddan avvalgi 384-322) fizika jonsiz va jonli tabiat haqidagi ma'lumotlar yig'indisini o'z ichiga olgan (yunoncha. «Fizis» - «Tabiat»). Uning nuqtai nazarida tabiatning qadamlari: noorganik dunyo, o'simliklar, hayvonlar, odam. Moddaning birlamchi sifatlari ikki juft qarama-qarshilik "issiq - sovuq", "quruq - nam". Elementlarning asosiy elementlari tuproq, havo, suv, olovdir. Eng yuqori, eng mukammal element efirdir. Elementlarning o'zlari birlamchi sifatlarning turli xil birikmalaridir: sovuq va quruqning kombinatsiyasi erga, sovuqdan namga - suvga, issiqdan namga - havoga, issiqdan quruqga - olovga mos keladi. Eter tushunchasi keyinchalik ko'plab fizik va biologik nazariyalar uchun asos bo'lib xizmat qildi. Zamonaviy tilda Aristotel g‘oyalari tabiiy omillar qo‘shilishining noadditivligi (sinergizm) va tabiiy tizimlar ierarxiyasiga asoslanadi.

Aniq tabiiy fan sifatida, zamonaviy tushunchadagi fan sifatida fizika shundan kelib chiqadi Galileo Galiley (1564 - 1642) Dastlab Piza universitetida tibbiyot fakultetida tahsil olgan va shundan keyingina geometriya, mexanika va astronomiya, yozuvlar bilan qiziqib qolgan. Arximed (miloddan avvalgi 287 - 212 yillar) va Evklid (miloddan avvalgi III asr).

Universitetlar fanlarning, xususan, fizika, tibbiyot va biologiyaning vaqtinchalik aloqasini boshdan kechirish uchun noyob imkoniyat yaratadi. Shunday qilib, 16-18 asrlarda tibbiyot yo'nalishi "iatrofizika" yoki "iatromexanika" (yunoncha "iatros" dan - "shifokor") deb nomlangan. Shifokorlar sog'lom va kasal odam va hayvon organizmidagi barcha hodisalarni fizika yoki kimyo qonunlari asosida tushuntirishga harakat qildilar. Va keyin va keyingi davrlarda fizika va tibbiyot, fiziklar va biologlar o'rtasidagi bog'liqlik eng yaqin edi, yatrofikadan keyin yatrokimyo paydo bo'ldi. "Tirik va jonsiz" fanining bo'linishi nisbatan yaqinda sodir bo'ldi. Fizikaning kuchli va chuqur ishlab chiqilgan nazariy, eksperimental va uslubiy yondashuvlari bilan biologiya va tibbiyotning fundamental muammolarini hal qilishda ishtiroki shubhasizdir, ammo shuni tan olish kerakki, fizikaning tarixiy jihati bo'yicha u shifokorlar oldida katta qarzdir. o‘z davrining eng bilimdon kishilari bo‘lgan va klassik fizika asoslarini yaratishdagi xizmatlari beqiyosdir. Albatta, biz klassik fizika haqida gapiramiz.

Biofizika tadqiqotining eng qadimgi mavzulari orasida, bir qarashda, qanchalik g'alati tuyulmasin, bioluminesansni eslatib o'tish kerak, chunki tirik organizmlar tomonidan yorug'lik chiqishi uzoq vaqtdan beri tabiat faylasuflarini qiziqtirgan. Aristotel birinchi marta shogirdi Iskandar Zulqarnayn bilan bu ta'sirga e'tibor qaratdi, unga qirg'oqning yorqinligini ko'rsatdi va buning sababini dengiz organizmlarining lyuminestsensiyasida ko'rdi. "Hayvon" nurini birinchi ilmiy tadqiq qilgan Afanasis Kircher (1601-1680), nemis ruhoniysi, ensiklopedisti, geograf, astronom, matematik, tilshunos, musiqachi va shifokor sifatida tanilgan, birinchi tabiiy fanlar to'plamlari va muzeylarini yaratuvchisi, kitobining ikki bobi "Buyuk yorug'lik va soyaning san'ati" ("Ars magna Lucis va boshqalar Umbrae ») u bioluminesansga bag'ishladi.

Ilmiy qiziqishlarining tabiatiga ko'ra, eng buyuk fizikni biofiziklarga bog'lash mumkin. Isaak Nyuton (1643-1727), u organizmlardagi jismoniy va fiziologik jarayonlar o'rtasidagi bog'liqlik muammolari bilan qiziqdi va, xususan, ranglarni ko'rish masalalari bilan shug'ullangan. 1687 yilda Nyuton o'zining "Prinsipia" asarini tugatib, shunday yozgan edi: "Endi barcha qattiq jismlarga o'tadigan va ularda mavjud bo'lgan juda nozik bir efir haqida bir narsa qo'shish kerak, uning kuchi va harakatlari bilan juda kichik masofadagi jismlarning zarralari o'zaro tortiladi va qachon. ular birikkan aloqaga kirishadi, elektrlangan jismlar uzoq masofalarda harakat qiladi, yaqin jismlarni ham qaytaradi, ham tortadi, yorug'lik chiqadi, aks etadi, sinadi, og'adi va jismlarni isitadi, har qanday tuyg'u hayajonlanadi, hayvonlarning oyoq-qo'llarini o'z xohishiga ko'ra harakatga keltiradi, bo'ladi. bu efirning tebranishlari bilan tashqi sezgi organlaridan miyaga va miyadan mushaklarga uzatiladi.

Zamonaviy kimyo asoschilaridan biri frantsuz Antuan Loran Lavuazye (1743 - 1794) vatandoshi astronom, matematik va fizik bilan birga Per Simon Laplas (1749-1827) hozir biofizik termodinamika deb ataladigan biofizikaning bir bo'limi bo'lgan kalorimetriya bilan shug'ullangan. Lavuazye termokimyo, oksidlanish jarayonlari bilan shug'ullanadigan miqdoriy usullarni qo'llagan. Lavuazye va Laplas noorganik va organik jismlar uchun ikkita kimyo - "tirik" va "jonsiz" yo'qligi haqidagi g'oyalarini asosladilar.

Biofizikaga asos solgan buyuk salaflarimiz qatoriga italyan anatomi ham kiradi. Luidji Galvani(1737 - 1798) va fizika Alessandro Volta(1745 - 1827), elektr ta'limotini yaratuvchilar. Galvani elektr mashinasida tajriba o‘tkazayotgan edi va uning do‘stlaridan biri sho‘rvaga qo‘yiladigan pichoq bilan tasodifan qurbaqaning soniga tegib ketgan. Qurbaqaning oyoq mushaklari to‘satdan qisqarganida, Galvanining rafiqasi elektr mashinasi miltillaganini payqab, “bu hodisalar o‘rtasida qandaydir bog‘liqlik bormi?” deb hayron bo‘ldi. Bu hodisa haqidagi Galvanining o'z fikri quyidagi fikrlardan batafsil farq qilgan bo'lsa-da, tajriba takrorlanganligi va tasdiqlanganligi aniq. , Oyoq faqat tashqi elektr potentsialidagi farqlarning detektori bo'lib xizmat qilganini aytdi. Galvanining tarafdorlari tashqi elektr kuchlari ishtirok etmagan tajriba o'tkazdilar va shu bilan hayvon tomonidan ishlab chiqarilgan oqim mushaklarning qisqarishiga olib kelishi mumkinligini isbotladilar. Ammo qisqarish metallar bilan aloqa qilishdan kelib chiqqan bo'lishi ham mumkin edi; Volta tegishli tadqiqotlarni o'tkazdi va bu uning elektr batareyasini kashf etishiga olib keldi, bu juda muhim ediki, Galvanining tadqiqotlari chetga chiqdi. Natijada hayvonlarning elektr potensialini oʻrganish 1827-yilgacha ilmiy eʼtibordan gʻoyib boʻldi. Koʻp yillar davomida qurbaqa oyogʻi potentsial farqlarning eng sezgir detektori boʻlganligi sababli, toklar tirik toʻqimalar tomonidan hosil boʻlishi mumkinligi toʻgʻrisidagi yakuniy tushuncha shu paytgacha paydo boʻldi. mushaklarda hosil bo'ladigan oqimlarni va nerv membranasidagi potentsialdagi kichik farqlarni o'lchash uchun etarlicha sezgir galvanometrlar.

Galvanining "hayvon elektr energiyasi" haqidagi ishlari bilan bog'liq holda, avstriyalik shifokor - fiziologning ismini eslab bo'lmaydi. Fridrix Anton Mesmer(1733-1815) shifobaxsh "hayvon magnitlanishi" haqidagi g'oyalarni ishlab chiqdi, bu orqali uning taxminiga ko'ra tananing holatini o'zgartirish, kasalliklarni davolash mumkin edi. Shuni ta'kidlash kerakki, hozir ham elektr magnit va elektromagnit maydonlarining tirik tizimlarga ta'siri fundamental fan uchun sir bo'lib qolmoqda. Muammolar saqlanib qolmoqda va haqiqatan ham zamonaviy fiziklarning tashqi fizik omillarning biologik tizimlarga ta'sirini o'rganishga bo'lgan qiziqishi so'nmaydi.

Biroq, biologiya va fizikani ajratishga ulgurmasdanoq, ingliz matematigi tomonidan yozilgan mashhur "Fan grammatikasi" kitobi nashr etildi. Karl Pearson (1857 - 1935) unda u berdi biofizikaning birinchi ta'riflaridan biri (1892 yilda): "Organik jismlarga nisbatan qo'llaniladigan "mexanizm" atamasi bilan aynan nimani nazarda tutayotganimizni aniqroq aniqlay olmagunimizcha, hayot - bu mexanizm deb to'liq ishonch bilan ayta olmaymiz. Fizikaning ba'zi umumlashmalari hayot shakllari haqidagi hissiy tajribamizning bir qismini tasvirlashi allaqachon aniq ko'rinadi. Bizga ... noorganik hodisalar qonunlarini, fizikani organik shakllarning rivojlanishiga tatbiq qilishni o'z oldiga vazifa qilib qo'ygan fan sohasi kerak. ...Biologiya faktlari - morfologiya, embriologiya va fiziologiya umumiy fizik qonuniyatlarni qo'llashning alohida holatlarini tashkil qiladi. ...Uni biofizika deb atash yaxshiroq bo‘lardi”.

1.2. Biofizika asoschisi

Zamonaviy biofizikaning asoschisini hisobga olish kerakHermann L. Ferdinand fon Helmgolts (1821-1894), taniqli fizik, mualliflardan biri bo'lgan. I termodinamika qonuni. Hali yosh harbiy jarroh bo'lganida, u mushaklardagi metabolik o'zgarishlar ular bajaradigan mexanik ish va issiqlik hosil qilish bilan qattiq bog'liqligini ko'rsatdi. Yetuklik davrida u elektrodinamika muammolari bilan ko'p shug'ullangan. 1858 yilda u suyuqlikning girdobli harakati nazariyasiga asos soldi. Shuningdek, u nerv impulsi biofizikasi, ko'rish biofizikasi, bioakustika sohasida ajoyib tajribalar o'tkazdi, Jungning uch turdagi vizual retseptorlari haqidagi g'oyasini ishlab chiqdi, elektr zanjirida paydo bo'ladigan elektr razryadlari tebranish xususiyatiga ega. Akustika, suyuqliklar, elektromagnit tizimlardagi tebranish jarayonlariga qiziqish olimni nerv impulslari tarqalishining to'lqin jarayonini o'rganishga olib keldi. Aynan Helmgolts birinchi marta faol muhit muammolarini o'rganishni boshlagan, zamonaviy nuqtai nazardan, faol bir o'lchovli vosita bo'lgan aksonlarda nerv impulsining tarqalish tezligini yuqori aniqlik bilan o'lchagan. 1868 yilda Helmgolts Sankt-Peterburg Fanlar akademiyasining faxriy a'zosi etib saylandi.

Rus olimi, fiziologi va biofizikining taqdiri hayratlanarli tarzda bog'langan. Ivan Mixaylovich Sechenov(1829 - 1905) va Helmgolts. 1856 yilda Moskva universitetini tugatgandan so'ng, 1860 yilgacha u Helmgolts bilan birga o'qigan va ishlagan. 1871—1876 yillarda Sechenov Odessadagi Novorossiysk universitetida, soʻngra Peterburg va Moskva universitetlarida ishladi, nerv toʻqimalaridagi elektr hodisalarini, qonda gaz tashish mexanizmlarini oʻrgandi.

1.3. Kvant nazariyasini yaratish

Biroq 17-19-asrlar klassik fizikasi davri 20-asr boshlarida fizikadagi eng katta inqilob - kvant nazariyasi yaratilishi bilan yakunlandi. Bu va fizikaning boshqa bir qator yangi sohalari uni tabiiy fanlar doirasidan ajratib turdi. Ushbu bosqichda fizika va tibbiyotning o'zaro ta'siri o'z xarakterini sezilarli darajada o'zgartirdi: tibbiy diagnostika, terapiya, farmakologiya va boshqalarning deyarli barcha zamonaviy usullari jismoniy yondashuvlar va usullarga asoslana boshladi. Bu biokimyoning tibbiyot rivojidagi beqiyos rolini kamaytirmaydi. . Shu sababli, nomlari fanlarning birlashishi va biofizikaning shakllanishi bilan bog'liq bo'lgan taniqli olimlar haqida gapirishimiz kerak. Gap biologiya va tibbiyot tarixiga kirgan fiziklar, fizikaga katta hissa qo'shgan shifokorlar haqida ketmoqda, garchi fiziklar uchun kimyoning g'oyalari, bilimlari va yondashuvlari bilan chuqur singib ketgan tibbiyotning o'ziga xos muammolariga kirishi qiyin bo'lib tuyulsa ham. , biokimyo, molekulyar biologiya va boshqalar. Shu bilan birga, shifokorlar tegishli fizik va fizik-kimyoviy usullar bilan hal qilinishi mumkin bo'lgan o'z ehtiyojlari va vazifalarini shakllantirishda asosiy qiyinchiliklarga duch kelishadi. Vaziyatdan chiqishning yagona samarali yo'li bor va u topilgan. Bu universal universitet ta'limi bo'lib, unda talabalar, bo'lajak olimlar ikki, uch va hatto to'rtta fundamental ta'lim olishlari mumkin va olishlari kerak - fizika, kimyo, tibbiyot, matematika va biologiya.

Nils Bor ta'kidlaganidek, "biologik tadqiqotlarning hech qanday natijasini fizika va kimyo tushunchalari asosida aniqlab bo'lmaydi". Demak, biologiya, tibbiyot, matematika, kimyo va fizika, qariyb bir yarim asrlik ajralishdan keyin yana birlasha boshladi, natijada biokimyo, fizik kimyo, biofizika kabi yangi integral fanlar paydo bo'ldi.

Britaniyalik fiziolog va biofizik Archibald Vivien Hill (1886 y.da tug'ilgan), Fiziologiya bo'yicha Nobel mukofoti laureati (1922) mushaklarning qisqarishi nazariyasi bugungi kunda ham rivojlanayotgan, ammo molekulyar darajada bo'lgan fundamental asoslarning yaratuvchisi. Xill biofizikani shunday ta’riflagan: “Shunday odamlar borki, masalani fizikaviy tilda tuza oladilar... natijani fizika nuqtai nazaridan ifodalay oladilar. Bu intellektual fazilatlar har qanday maxsus sharoitlar, jismoniy apparatlar va usullardan ko'ra ko'proq zarur, biofizik bo'lish ... Biroq ... biologik yondashuvni ishlab chiqa olmaydigan, tirik jarayonlar va funktsiyalarga qiziqmaydigan ... biologiyani faqat fizikaning bir tarmog'i deb hisoblaydigan fizikning biofizikada kelajagi yo'q.

Bu fanlar majmuasini rivojlantirishda nafaqat oʻrta asrlarda, balki keyingi davrlarda ham shifokorlar, biologlar, fiziklar teng huquqli ishtirok etganlar. Aleksandr Leonidovich Chizhevskiy (1897-1964), boshqalar qatori, Moskva universitetida tibbiy ta'lim olgan, u ko'p yillar davomida gelioxronobiologiya, havo ionlarining tirik organizmlarga ta'siri va eritrotsitlar biofizikasi bo'yicha tadqiqotlar bilan shug'ullangan. Uning “Tarixiy jarayonning fizik omillari” kitobi P.P.Lazarev, N.K.Koltsov, Xalq maorif komissari Lunacharskiy va boshqalarning sa’y-harakatlariga qaramay nashr etilmagan.

Buyuk olimni ham ta'kidlash lozim Gleb Mixaylovich Frank(1904-1976), SSSR FA Biofizika institutini yaratgan (1957) "Cherenkov nurlanishi" nazariyasini yaratgani uchun I.E.Tamm va P.A.Cherenkovlar bilan birgalikda Nobel mukofotini olgan. Qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lgan barcha darajadagi biologik tizimlarning tebranish harakati nafaqat biologlarni, balki fizik kimyogarlarni va fiziklarni ham egallagan. 19-asrda kimyoviy reaktsiyalar jarayonida tebranishlarning kashf etilishi keyinchalik "temir asab", "simob yurak" kabi birinchi analog modellarning paydo bo'lishiga olib keldi.

Termodinamik chiziq biofizikaning rivojlanishi tabiiy ravishda termodinamikaning o'zi evolyutsiyasi bilan bog'liq edi. Bundan tashqari, tabiatshunoslar tomonidan intuitiv ravishda qabul qilingan ochiq biologik tizimlarning nomutanosibligi muvozanatsiz tizimlar termodinamikasining shakllanishiga yordam berdi. Muvozanat tizimlarining termodinamiği dastlab asosan kaloriyametriya bilan bog'liq bo'lsa, keyinchalik hujayralardagi tarkibiy o'zgarishlarni, metabolizmni va fermentativ katalizni tavsiflashga katta hissa qo'shdi.

Ko'zga ko'ringan tibbiy fiziklar ro'yxatini sezilarli darajada kengaytirish mumkin edi, ammo maqsad biologiya, kimyo, tibbiyot va fizika o'rtasidagi chuqur aloqalarni, bu fanlarning tabaqalashtirilgan mavjudligini imkonsizligini ochib berishdir. Biofizikaviy tadqiqotlarning katta qismi biologiyaga qiziqqan fiziklar tomonidan amalga oshirilgan; shuning uchun fizika va fizik kimyo bo'yicha o'qitilgan olimlar biologiyaga yo'l topishlari va fizik talqin qilinishi mumkin bo'lgan muammolar bilan tanishishlari uchun yo'l bo'lishi kerak. Klassik yo'naltirilgan biologiya bo'limlari ko'pincha biofiziklarga lavozimlarni taklif qilsalar ham, ular biofizik tadqiqotlar markaziy bo'lgan markazlarning o'rnini bosa olmaydi.

Biofiziklar biologik muammolarni to'g'ridan-to'g'ri jismoniy talqin qilishga imkon beradigan segmentlarga bo'lish va eksperimental tarzda tekshirilishi mumkin bo'lgan farazlarni shakllantirish qobiliyatiga ega. Biofizikaning asosiy quroli bu munosabatdir. Bunga tirik mavjudotlarni o'rganish uchun murakkab fizik nazariyadan foydalanish qobiliyati qo'shiladi, masalan: oqsillar kabi yirik molekulalarning tuzilishini o'rnatish uchun rentgen nurlari diffraktsiya texnologiyasi kerak edi. Biofiziklar, odatda, biologiyaning muayyan muammolarini o'rganishda atom magnit rezonansi va elektron spin rezonansi kabi yangi fizik vositalardan foydalanishni tan oladilar.

1.4. Amaliy biofizika

Biologik maqsadlar uchun asboblarni ishlab chiqish amaliy biofizikaning yangi sohasining muhim jihati hisoblanadi. Biotibbiyot asboblari, ehtimol, tibbiyotda eng ko'p qo'llaniladi. Amaliy biofizika davolash uchun dozani o'lchash juda muhim bo'lgan terapevtik radiologiya sohasida muhim ahamiyatga ega va diagnostik radiologiya, ayniqsa izotoplarni lokalizatsiya qilish va butun tanani skanerlashni o'z ichiga olgan texnologiyalar bilan o'smalarni tashxislashda yordam beradi. Bemorga tashxis qo‘yish va davolashni aniqlashda kompyuterlarning ahamiyati ortib bormoqda. Amaliy biofizikani qo'llash imkoniyatlari cheksiz ko'rinadi, chunki tadqiqot vositalarini ishlab chiqish va ularni qo'llash o'rtasidagi uzoq kechikish allaqachon ma'lum bo'lgan jismoniy printsiplarga asoslangan ko'plab ilmiy vositalar tez orada tibbiyot uchun zarur bo'lishini anglatadi.

Rossiya biofizikasi fan sohasi sifatida asosan o'tmish oxiri, bu asrning boshlarida Moskva universiteti bilan chambarchas bog'liq bo'lgan taniqli rus olimlari - fiziklar, biologlar, shifokorlar orasida shakllangan. Ular orasida bor edi N.K.Koltsov, V.I.Vernadskiy, P.N.Lebedev, P.P.Lazarev, keyinroq - S.I.Vavilov, A.L.Chijevskiy va boshqalar.

Jeyms D. Uotson(1928) ingliz biofiziki va genetiki bilan birgalikda Frensis H.K. yig'lamoq(1916) va biofizik Moris Uilkins(1916) (birinchi marta Rozalind Franklin bilan birgalikda DNKning yuqori sifatli rentgen nurlarini olgan) 1953 yilda DNKning uch o'lchovli modelini yaratdi, bu uning biologik funktsiyalari va fizik-kimyoviy xususiyatlarini tushuntirish imkonini berdi. 1962 yilda Uotson, Krik va Uilkinslar ushbu ish uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.

Rossiyadagi birinchi ma'ruza kursi 1922 yilda Moskva universiteti klinikasida shifokorlar uchun "Biofizika" deb nomlangan. Petr Petrovich Lazarev(1878 - 1942), 1917 yilda nomzodlik bo'yicha saylangan Ivan Petrovich Pavlov(1849 - 1936) akademik. P.P.Lazarev 1901 yilda Moskva universitetining tibbiyot fakultetini tamomlagan. Keyin u fizika va matematika bo'yicha to'liq kursni tugatdi va fizika laboratoriyasida ishladi. Petr Nikolaevich Lebedev(1866-1912), Rossiyada eksperimental fizikaning asoschilaridan biri, birinchi rus ilmiy fizik maktabining yaratuvchisi, 1985 yilda millimetrli elektromagnit to'lqinlarni qabul qilgan va o'rgangan, qattiq va gazlardagi yorug'lik bosimini kashf etgan va o'lchagan (1999-1907). , bu yorug'likning elektromagnit nazariyasini tasdiqladi. 1912 yilda Lazarev o'qituvchisining laboratoriyasini boshqargan. Birinchi biofizik, akademik Lazarev Lebedevning hayoti davomida yaratilgan noyob Fizika va biofizika institutiga rahbarlik qilgan. 1920 yildan 1931 yilgacha P.P. Lazarev uning tashabbusi bilan yaratilgan ushbu Davlat biofizika institutini boshqargan, Lazarev tibbiy radiologiya asoschisi, uning institutida 1918 yildagi suiqasddan keyin Lenin suratga olingan birinchi va yagona rentgen apparati mavjud edi. shundan so'ng Lazarev Tibbiy radiologiya institutining tashabbuskori va birinchi direktori bo'ldi. Lazarev, shuningdek, Kursk magnit anomaliyasini magnit xaritalash bo'yicha ishlarni tashkil etdi, buning natijasida Yer fizikasi instituti xodimlari shakllantirildi. Biroq, 1931 yilda Lazarev hibsga olinganidan keyin Biofizika va Fizika instituti vayron qilingan va 1934 yilda ushbu binoda Lebedev FIAN tashkil etilgan.

1.5. Biofizikadagi o'zgarishlar

1940-yillardan boshlab biofizikada keskin oʻzgarishlar boshlandi. Va bu davrning chaqirig'i edi - asrimizning o'rtalariga kelib, ajoyib sakrashni amalga oshirgan fizika biologiyaga faol kirib bordi. Biroq, 1950-yillarning oxiriga kelib, tiriklarning murakkab muammolarini tezda hal qilishni kutishdan eyforiya tezda o'tib ketdi: fundamental biologik va kimyoviy ma'lumotga ega bo'lmagan fiziklar uchun fizika uchun ochiq bo'lgan, ammo "biologik ahamiyatga ega" bilimlarni ajratib ko'rsatish qiyin edi. tirik tizimlar faoliyatining jihatlari va haqiqiy biologlar va biokimyogarlar o'ziga xos jismoniy muammolar va yondashuvlarning mavjudligi haqida, qoida tariqasida, shubhalanmagan. O'sha va undan keyingi kunlar fanining favqulodda ehtiyoji uchta asosiy shaklga ega bo'lgan mutaxassislarni tayyorlash edi: fizik, biologik va kimyoviy.

Mamlakatimizda 1940-yillarda biologiya va fizika o'rtasidagi yaqin ittifoqning paydo bo'lishining yana bir muhim sababi bor edi. O'sha davr siyosatchilarining genetika, molekulyar biologiya, tabiatdan foydalanish nazariyasi va amaliyotining fundamental sohalariga noprofessional, buzg'unchi aralashuvidan so'ng, biologlarning bir qismi o'z tadqiqotlarini faqat jismoniy profildagi ilmiy muassasalarda davom ettirishga muvaffaq bo'lishdi.

Fizika, biologiya, kimyo, matematikaning fundamental fanlariga, tibbiyot, geofizika va geokimyo, astronomiya va kosmik fizika yutuqlariga va boshqalarga asoslangan har qanday chegaraviy bilim sohasi kabi. Biofizika dastlab o'z tashuvchilardan o'ziga yaxlit, ensiklopedik yondashuvni talab qiladi, chunki u tirik materiyani tashkil qilishning barcha darajalarida tirik tizimlarning ishlash mexanizmlarini yoritishga qaratilgan. Bundan tashqari, bu hamkasblar, tegishli fanlar vakillari tomonidan biofizika va biofiziklarga nisbatan tez-tez tushunmovchiliklarni aniqlaydi. Biofizika va fiziologiya, biofizika va hujayra biologiyasi, biofizika va biokimyo, biofizika va ekologiya, biofizika va xronobiologiya, biofizika va biologik jarayonlarni matematik modellashtirish va boshqalarni farqlash qiyin, ba'zan deyarli imkonsizdir. Shunday qilib, biofizika barcha darajadagi va barcha tabiatshunoslik yondashuvlari asosida biologik tizimlarning ishlash mexanizmlarini yoritishga qaratilgan.

1.6. Biofizika - nazariy biologiya sifatida

Ma'lumki, biofizika bilan biologlar, kimyogarlar, shifokorlar, muhandislar va harbiylar ham shug'ullanadi, ammo biofiziklarni tayyorlash tizimi fizika bo'yicha umumiy universitet ta'limi asosida optimal bo'lib chiqdi. Shu bilan birga, biofizika nazariy biologiya sifatida ko'rib chiqilgan va ko'rib chiqilmoqda, ya'ni. Organizmning barcha darajalarida - submolekulyar darajadan biosfera darajasigacha bo'lgan tirik tizimlarning tuzilishi va faoliyatining fundamental fizik va fizik-kimyoviy asoslari haqidagi fan. Biofizikaning predmeti tirik sistemalar, metodi fizika, fizik kimyo, biokimyo va matematikadir.

20-asrning 50-yillarida fizika fakulteti talabalari oʻz oʻqituvchilariga ergashib, tibbiyot va biologiya muammolariga ham qiziqish bildirishgan. Bundan tashqari, koinotdagi eng ajoyib hodisa - Hayot fenomenining jiddiy jismoniy tahlilini berish mumkin edi. Kitob 1947 yilda tarjima qilingan E. Shredinger“Hayot nima? Fizika nuqtai nazaridan. Tirikning sitologik jihati”, ma’ruzalar I.E.Tamma, N.V.Timofeev-Resovskiy, biokimyo va biofizikadagi so'nggi kashfiyotlar bir guruh talabalarni Moskva davlat universiteti rektoriga ariza berishga undadi. I.G. Petrovskiy fizika fakultetida biofizika fanini o‘qitishni joriy etish iltimosi bilan. Talabalarning tashabbuskorligiga rektor katta e’tibor qaratdi. Ma’ruzalar va seminarlar tashkil etilib, ularda nafaqat tashabbuskorlar, balki ularga qo‘shilgan, keyinchalik Moskva davlat universitetining fizika fakultetining “Biofizika” birinchi ixtisoslik guruhini tashkil etgan va hozirda rus tili faxri bo‘lmish sinfdoshlar ham ishtiyoq bilan qatnashdilar. biofizika.

Biologiya fakultetining biofizika kafedrasi 1953 yilda tashkil topgan. Uning birinchi boshi edi B.N. Tarusov. Hozirda biologiya fakulteti biofizika kafedrasiga mudirlik qiladi A.B. Ruby. Va 1959 yilning kuzida dunyoda birinchi Biofizika kafedrasi, fiziklardan biofiziklarni tayyorlashni boshlagan (bundan oldin biofiziklar biologlar yoki shifokorlardan tayyorlangan). Akademiklar I.G.Petrovskiy, I.E.Tamm, N.N.-kimyogar). Ma'muriyat tomonidan ixtisoslikni yaratish " biofizika» Fizika fakultetida dekan professori faoliyat yuritdi V.S. Fursov, uning rivojlanishini yillar davomida qo'llab-quvvatlagan va uning o'rinbosari V.G.Zubov. Kafedraning birinchi xodimlari fizik-kimyogar edi L.A. Blumenfeld, u kafedraga qariyb 30 yil rahbarlik qilgan va hozir uning professori, biokimyogar S.E.Shnol, kafedra professori va fiziolog I.A. Kornienko.

1959 yilning kuzida Moskva universitetining fizika fakultetida dunyodagi birinchi biofizika kafedrasi tashkil etilib, u fiziklardan biofizika bo‘yicha mutaxassislar tayyorlay boshladi. Kafedra faoliyati davomida 700 ga yaqin biofizik mutaxassislar tayyorlandi.

Kafedraning birinchi xodimlari fizik-kimyogar L.A.Blumenfeld (1921 - 2002), kafedrani 30 yil boshqargan biokimyogar S.E.Shnol, kafedra professori, fiziolog I.A.Kornienkolar edi. Ular fiziklar uchun biofizikaviy ta'lim tizimini qurish tamoyillarini ishlab chiqdilar, kafedradagi ilmiy tadqiqotlarning asosiy yo'nalishlarini belgilab berdilar.

Biofizika kafedrasida L.A. Blumenfeld koʻp yillar davomida “Fizik kimyo”, “Kvant kimyosi va molekulalarning tuzilishi”, “Biofizikaning tanlangan boʻlimlari” maʼruza kurslarini oʻqidi. 200 dan ortiq asarlar, 6 ta monografiyalar muallifi.

V.A.ning ilmiy qiziqishlari. Tverdislov membranalar biofizikasi bilan, biologik tizimlardagi noorganik ionlarning rolini, ion nasoslari yordamida hujayra va model membranalari orqali ionlarni uzatish mexanizmlarini o'rganish bilan bog'liq. U geterogen sistemalarda davriy maydonlarda suyuq aralashmalarni parametrik ajratish modelini taklif qildi va eksperimental ravishda ishlab chiqdi.

Fizika fakulteti miqyosi jihatidan biofizika kafedrasi kichik, ammo tarixan ma'lum bo'lishicha, uning xodimlarining tadqiqotlari fundamental va amaliy biofizikaning muhim sohasini qamrab oladi. Biologik tizimlarda energiya aylanishining fizik mexanizmlarini oʻrganish, biologik obyektlarning radiospektroskopiyasi, fermentativ kataliz fizikasi, membranalar biofizikasi, biomakromolekulalarning suvdagi eritmalarini oʻrganish, oʻz-oʻzini tashkil etish jarayonlarini oʻrganish sohasida salmoqli yutuqlar mavjud. biologik va model tizimlarida, asosiy biologik jarayonlarni tartibga solish, tibbiy biofizika sohasida, nano- va bioelektronika va boshqalar. Biofizika kafedrasi uzoq yillar davomida Germaniya, Fransiya, Angliya, AQSH, Polsha, Chexiya va Slovakiya, Shvetsiya, Daniya, Xitoy, Misr kabi davlatlarning oliy o‘quv yurtlari va yetakchi ilmiy laboratoriyalari bilan hamkorlik qilib kelmoqda.

1.7. Fizikadagi biofizik tadqiqotlar

19-asrda fiziklarning biologiyaga qiziqishi. doimiy ravishda ortdi. Shu bilan birga, biologik fanlarda tadqiqotning fizik usullariga qiziqish kuchayib, ular biologiyaning eng xilma-xil sohalariga tobora ko'proq kirib bordi. Fizika yordamida mikroskopning axborot imkoniyatlari kengaytiriladi. XX asrning 30-yillari boshlarida. elektron mikroskop paydo bo'ladi. Radioaktiv izotoplar, tobora takomillashib borayotgan spektr texnikasi va rentgen nurlari difraksion tahlili biologik tadqiqotlar uchun tanlangan vositaga aylanmoqda. Rentgen va ultrabinafsha nurlarining ko'lami kengaymoqda; elektromagnit tebranishlar nafaqat tadqiqot vositasi, balki tanaga ta'sir qiluvchi omillar sifatida ham qo'llaniladi. Biologiya va, ayniqsa fiziologiya, elektron texnologiyaga keng kirib boradi.

Yangi fizik usullarni joriy etish bilan birga molekulyar biofizika ham rivojlanmoqda. Jonsiz materiyaning mohiyatini tushunishda ulkan muvaffaqiyatlarga erishgan fizika an'anaviy usullardan foydalanib, tirik materiyaning mohiyatini ochishga da'vo qila boshlaydi. Molekulyar biofizikada murakkab matematik apparat ishtirokida juda keng nazariy umumlashtirishlar yaratiladi. An'anaga rioya qilgan holda, biofizik tajribada juda murakkab ("iflos") biologik ob'ektdan uzoqlashishga intiladi va organizmlardan ajratilgan moddalarning xatti-harakatlarini eng sof shaklda o'rganishni afzal ko'radi. Biologik tuzilmalar va jarayonlarning turli modellarini ishlab chiqish - elektr, elektron, matematik va boshqalar - juda rivojlanmoqda. Hujayra harakatining modellari yaratiladi va o'rganiladi (masalan, kislota eritmasida simob tomchisi amyoba kabi ritmik harakatlar qiladi), o'tkazuvchanlik va asab o'tkazuvchanligi. Ayniqsa, F. Lilli tomonidan yaratilgan nerv o'tkazuvchanligi modeli katta e'tiborni tortadi. Bu xlorid kislota eritmasiga joylashtirilgan temir simli halqadir. Oksidning sirt qatlamini buzadigan tirnalish qo'llanilganda, elektr potentsial to'lqin paydo bo'ladi, bu hayajonlanganda nervlar bo'ylab harakatlanadigan to'lqinlarga juda o'xshaydi. Analizning matematik usullaridan foydalangan holda ushbu modelni o'rganishga ko'plab tadqiqotlar (1930-yillardan boshlab) bag'ishlangan. Kelajakda kabel nazariyasiga asoslangan yanada rivojlangan model yaratiladi. Uning qurilishining asosi elektr kabeli va nerv tolasidagi potentsiallarning taqsimlanishi o'rtasidagi jismoniy o'xshashlik edi.

Molekulyar biofizikaning boshqa sohalari kamroq mashhur. Ularning orasida etakchisi N. Rashevskiy bo'lgan matematik biofizikani ta'kidlash kerak. AQShda Rashevskiy maktabi Matematik biofizika jurnalini nashr etadi. Matematik biofizika biologiyaning ko'plab sohalari bilan bog'liq. U nafaqat o'sish, hujayra bo'linishi, qo'zg'alish kabi hodisalarning miqdoriy qonuniyatlarini matematik shaklda tasvirlaydi, balki yuqori organizmlarning murakkab fiziologik jarayonlarini tahlil qilishga harakat qiladi.

1.8. Biologiyada biofizik tadqiqotlar

Biofizikaning shakllanishiga kuchli turtki XIX asr oxiri - XX asr boshlarida paydo bo'ldi. fizik kimyo, kimyoviy o'zaro ta'sirning asosiy mexanizmlarini aniqlash zarurati bilan belgilanadi. Ushbu yangi intizom biologlarning e'tiborini darhol o'ziga tortdi, chunki u "iflos" tirik tizimlardagi fizik-kimyoviy jarayonlarni fizik nuqtai nazaridan tushunish imkoniyatini ochdi, ular bilan ishlash qiyin edi. Fizikaviy kimyoda vujudga kelgan bir qancha yo‘nalishlar biofizikada ham xuddi shunday yo‘nalishlarni keltirib chiqardi.

Fizik kimyo tarixidagi eng katta o'zgarishlardan biri bu rivojlanish edi S. Arrenius (Nobel mukofoti, 1903) suvli eritmalardagi tuzlarning elektrolitik dissotsiatsiyasi nazariyasi (1887), bu ularning faolligi sabablarini ochib berdi. Bu nazariya fiziologlarning qiziqishini uyg'otdi, ular tuzning qo'zg'alish hodisalarida, nerv impulslarini o'tkazishda, qon aylanishida va hokazolarda rolini yaxshi bildilar. 1890 yilda allaqachon yosh fiziolog V.Yu. Chagovets "Arrenius dissotsiatsiyasi nazariyasini tirik to'qimalarda elektromotor hodisalarga qo'llash to'g'risida" gi tadqiqotini taqdim etadi, unda u bioelektrik potentsiallarning paydo bo'lishini ionlarning notekis taqsimlanishi bilan bog'lashga harakat qildi.

Bir qator fizik kimyo asoschilari fizik-kimyoviy g'oyalarni biologik hodisalarga o'tkazishda ishtirok etadilar. Tuz ionlarining harakatlanish hodisasiga asoslanib, V. Nernst (1908) o'zining mashhur qo'zg'alish miqdoriy qonunini shakllantirdi: fiziologik qo'zg'alish chegarasi uzatilgan ionlar soni bilan belgilanadi. Fizik va kimyogar V.Ostvald hujayra yuzasida ionlar uchun yarim o'tkazuvchan va qarama-qarshi zaryadli ionlarni ajratishga qodir bo'lgan membrana mavjud degan farazga asoslanib, bioelektrik potentsiallarning paydo bo'lishi nazariyasini ishlab chiqdi. Shunday qilib, biologik membranalarning o'tkazuvchanligi va tuzilishini keng ma'noda talqin qilishda biofizik yo'nalishning asoslari yaratildi.

Bob II. FİZİKA DARSLARIDA BİOFİZIKA

2.1. 7-9-sinflarda fizika darslarida biofizika elementlari

Zamonaviy fanning o'ziga xos xususiyati - turli fanlarga xos bo'lgan g'oyalar, nazariy yondashuvlar va usullarning intensiv o'zaro ta'siri. Bu, ayniqsa, fizika, kimyo, biologiya va matematikaga tegishli. Shunday qilib, tirik tabiatni o'rganishda fizik tadqiqot usullari keng qo'llaniladi va bu ob'ektning o'ziga xosligi fizik tadqiqotning yangi, ilg'or usullarini hayotga olib keladi.

Fizika va biologiya o‘rtasidagi bog‘liqlikni hisobga olib, talabalarga jonli va jonsiz tabiatning bir qator qonuniyatlarining umumiyligini ko‘rsatish, ularda moddiy olamning birligi, hodisalarning o‘zaro bog‘liqligi va shartliligi, ularni idrok etish qobiliyati haqidagi tushunchalarini chuqurlashtirish zarur. ularni biologik jarayonlarni o'rganishda fizik usullardan foydalanish bilan tanishtirish.

Fizika darslarida shuni ta'kidlash kerakki, bizning davrimizning xarakterli belgisi bir qator murakkab fanlarning paydo bo'lishidir. Biofizika rivojlandi - fizik omillarning tirik organizmlarga ta'sirini o'rganadigan fan.

Biofizik misollarni jalb qilish fizika kursini yaxshiroq o'zlashtirishga xizmat qiladi. Biofizikaviy material fizika va biologiya kurslarining o‘quv rejasiga bevosita bog‘liq bo‘lishi hamda fan va texnika taraqqiyotining eng istiqbolli yo‘nalishlarini aks ettirishi kerak. Fizika kursining deyarli barcha bo'limlari uchun ko'p sonli biofizik misollarni tanlash mumkin, ulardan jonsiz tabiatdan va texnologiyadan misollar bilan birga foydalanish tavsiya etiladi.

2.2. Boshlang'ich sinflarda biofizikadan darsda foydalanish

Mexanika

Harakat va kuchlar.

7-sinfda "Harakat va kuchlar" mavzusini o'rganishda siz o'quvchilarni turli hayvonlarning harakat tezligi bilan tanishtirishingiz mumkin. Salyangoz 1 soatda 5,5 m ga yaqin emaklaydi.Toshbaqa taxminan 70 m/soat tezlikda harakat qiladi. Pashsha 5 m/s tezlikda uchadi. O'rtacha yurish tezligi taxminan 1,5 m / s yoki taxminan 5 km / soat. Ot 30 km/soat va undan yuqori tezlikda harakatlana oladi.

Ba'zi hayvonlarning maksimal tezligi: it iti - 90 km / soat, tuyaqush - 120 km / soat, gepard - 110 km / soat, antilopa - 95 km / soat.

Hayvonot dunyosining turli vakillarining tezkor ma'lumotlaridan foydalanib, turli xil muammolarni hal qilish mumkin. Masalan:

Kokleaning tezligi 0,9 mm/s. Bu tezlikni sm/min, m/soat bilan ifodalang.

O'ljani quvib kelayotgan qora lochin soatiga 300 km tezlikda sho'ng'iydi. U 5 soniyada qancha masofani bosib o'tadi?

Ma'lumki, emanning o'rtacha o'sish tezligi yiliga taxminan 0,3 m. 6,3 m balandlikdagi eman necha yoshda?

Tel og'irligi Zichlik.

Tana vazni va hajmi flora vakillariga bevosita bog'liq, masalan, quyidagi vazifalar beriladi:

Agar uning hajmi 5 m 3 bo'lsa, qayin yog'ochining massasini aniqlang.

Quruq bambuk hajmini aniqlang, agar uning massasi 4800 kg bo'lsa.

Balza daraxtining zichligini aniqlang, agar uning massasi 50 tonna va hajmi 500 m 3 bo'lsa.

Gravitatsiya.

Ushbu mavzuni o'rganishda siz quyidagi o'quv ishini o'tkazishingiz mumkin. Turli sutemizuvchilarning massasi berilgan: kit - 70000 kg, fil - 4000 kg, karkidon - 2000 kg, buqa - 1200 kg, ayiq - 400 kg, cho'chqa - 200 kg, odam - 70 kg, bo'ri - 40 kg, quyon - 6 kg. Ularning vaznini nyutonda toping.

Xuddi shu ma'lumotlar kuchlarni grafik tasvirlash uchun ishlatilishi mumkin.

Suyuqlik va gaz bosimi.

Massasi 60 kg va balandligi 160 sm bo'lgan sirt maydoni taxminan 1,6 m 2 ga teng bo'lgan inson tanasi atmosfera bosimi tufayli 160 000 N kuchga duchor bo'ladi. Tana bunday katta yukga qanday bardosh beradi?

Bunga tananing tomirlarini to'ldiradigan suyuqliklarning bosimi tashqi bosimni muvozanatlashi tufayli erishiladi.

Bu masala bilan chambarchas bog'liq - katta chuqurlikda suv ostida bo'lish ehtimoli. Gap shundaki, tanani boshqa darajaga o'tkazish uning funktsiyalarining buzilishiga olib keladi. Bu ichki va tashqi tomondan ma'lum bir bosim uchun mo'ljallangan tomirlar devorlarining deformatsiyasiga bog'liq. Bundan tashqari, bosim o'zgarganda, ko'plab kimyoviy reaktsiyalarning tezligi ham o'zgaradi, buning natijasida tananing kimyoviy muvozanati ham o'zgaradi. Bosim oshganda, tana suyuqliklari tomonidan gazlarning so'rilishi kuchayadi va u pasayganda erigan gazlar ajralib chiqadi. Gazlarning intensiv chiqishi tufayli bosimning tez pasayishi bilan qon qaynab ketadi, bu qon tomirlarining tiqilib qolishiga olib keladi, ko'pincha o'limga olib keladi. Bu sho'ng'in operatsiyalarini amalga oshirish mumkin bo'lgan maksimal chuqurlikni aniqlaydi (qoida tariqasida, 50 metrdan kam emas). Pastga tushish va ko'tarilish juda sekin amalga oshirilishi kerak, shunda gazlarning chiqishi butun qon aylanish tizimida darhol emas, balki faqat o'pkada sodir bo'ladi.

Yovvoyi tabiatdagi ba'zi kuchlarga misollar.

Parvozdagi chivinning kuchi 10 -5 vatt.

Qilich baliqlari 10 5 -10 6 Vt.

Oddiy ish sharoitida odam taxminan 70-80 Vt quvvatga ega bo'lishi mumkin, deb ishoniladi, ammo qisqa muddatli quvvatni bir necha marta oshirish mumkin. Shunday qilib, 750 N bo'lgan odam 1 soniyada 1 m balandlikka sakrashi mumkin, bu 750 Vt quvvatga to'g'ri keladi; yuguruvchi taxminan 1000 vatt quvvatni rivojlantiradi.

O'q otish yoki balandlikka sakrash kabi sport turlarida lahzali yoki portlovchi energiya chiqishi mumkin. Kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, ikkala oyog'i bilan bir vaqtning o'zida itarish bilan balandlikka sakrashda ba'zi erkaklar 0,1 s uchun o'rtacha 3700 Vt, ayollarda esa 2600 Vt quvvatni rivojlantiradilar.

Yurak-o'pka mashinasi (AIC)

Mexanikani o'rganishni tugatgandan so'ng, talabalarga yurak-o'pka apparati qurilmasi haqida gapirib berish foydalidir.

Yurakdagi operatsiyalar paytida ko'pincha uni tanadagi aylanishdan (kattalar bemor uchun taxminan 4-5 litr), aylanma qonning belgilangan haroratidan vaqtincha o'chirish kerak bo'ladi.

Yurak-o'pka mashinasi ikkita asosiy qismdan iborat: nasosning qismlari va kislorod generatori. Nasoslar yurak funktsiyalarini bajaradi - ular operatsiya vaqtida tananing tomirlarida bosim va qon aylanishini saqlaydi. Kislorod generatori o'pka funktsiyasini bajaradi va qonning kamida 95% to'yinganligini ta'minlaydi va CO 2 ning qisman bosimini 35-45 mm Hg darajasida saqlaydi. Art. bemorning tomirlaridan venoz qon tortishish kuchi bilan operatsiya stoli darajasidan pastda joylashgan kislorod generatoriga oqadi, u erda kislorod bilan to'yingan, ortiqcha karbonat angidriddan ozod qilinadi va keyin arterial nasos yordamida bemorning qon oqimiga quyiladi. AIK uzoq vaqt davomida yurak va o'pkaning funktsiyalarini almashtirishga qodir.

Tirik ob'ektlar bilan bog'liq muammolarni hal qilishda, biologik jarayonlarni noto'g'ri talqin qilishning oldini olishga katta e'tibor berish kerak.

Vazifa. Bo'ronda archa osongina yiqilib ketishini, qarag'ay tanasi esa sinish ehtimoli ko'proq ekanligini jismoniy tasvirlar yordamida qanday tushuntirish mumkin?

Biz masalaning faqat sifat tomonini tahlil qilishdan manfaatdormiz. Bundan tashqari, biz ikkala daraxtning qiyosiy xatti-harakatlari haqidagi savolga qiziqamiz. Bizning muammomizdagi yukning rolini shamol kuchi F B o'ynaydi. Siz tojga ta'sir qiluvchi shamol kuchiga magistralga ta'sir qiluvchi shamol kuchini qo'shishingiz mumkin va hatto ikkala daraxtga ta'sir qiluvchi shamol kuchlari bir xil deb taxmin qilishingiz mumkin. . Keyin, aftidan, keyingi mulohazalar quyidagicha bo'lishi kerak. Qarag'ayning ildiz tizimi qoraqarag'ayga qaraganda erga chuqurroq kiradi. Shu sababli, qarag'ayni erga ushlab turadigan kuchning yelkasi qoraqarag'aydan kattaroqdir. Shuning uchun, qoraqarag'ayni ildiz bilan aylantirish uchun uni sindirishdan ko'ra kamroq kuch va shamol momenti talab qilinadi. Shuning uchun, archa qarag'aydan ko'ra ko'proq ildiz bilan chiqadi va qarag'ay qoraqarag'ayga qaraganda tez-tez buziladi.

Issiqlik va molekulyar hodisalarni o'rganish

"Sun'iy buyrak" qurilmasi

Ushbu qurilma o'tkir intoksikatsiya uchun shoshilinch tibbiy yordam uchun ishlatiladi; surunkali buyrak etishmovchiligi bo'lgan bemorlarni buyrak transplantatsiyasiga tayyorlash; asab tizimining ayrim kasalliklarini davolash uchun (shizofreniya, depressiya).

AIP gemodializator bo'lib, unda qon yarim o'tkazuvchan membrana orqali tuz eritmasi bilan aloqa qiladi. Osmotik bosimlarning farqi tufayli metabolik mahsulotlarning ionlari va molekulalari (karbamid va siydik kislotasi), shuningdek, organizmdan chiqariladigan turli zaharli moddalar membrana orqali qondan tuz eritmasiga o'tadi.

kapillyar hodisalar.

Kapillyar hodisalarni ko'rib chiqishda ularning biologiyadagi rolini ta'kidlash kerak, chunki ko'pchilik o'simlik va hayvonlar to'qimalariga juda ko'p sonli kapillyar tomirlar kiradi. Aynan kapillyarlarda tananing nafas olishi va ovqatlanishi bilan bog'liq asosiy jarayonlar sodir bo'ladi, hayotning barcha eng murakkab kimyosi diffuz hodisalar bilan chambarchas bog'liq.

Yurak-qon tomir tizimining jismoniy modeli elastik devorlarga ega bo'lgan ko'plab tarvaqaylab ketgan naychalar tizimi bo'lishi mumkin. Dallanish ortishi bilan quvurlarning umumiy kesimi ortadi va suyuqlikning tezligi mos ravishda kamayadi. Biroq, bifurkatsiya ko'plab tor kanallardan iborat bo'lganligi sababli, ichki ishqalanish yo'qotishlari sezilarli darajada oshadi va suyuqliklarning harakatiga umumiy qarshilik (tezlikning pasayishiga qaramay) sezilarli darajada oshadi.

Tirik tabiat hayotida yer usti hodisalarining roli juda xilma-xildir. Masalan, suvning sirt plyonkasi harakatlanayotganda ko'plab organizmlar uchun tayanchdir. Bu harakat shakli mayda hasharotlar va araxnidlarda uchraydi. Suvda yashovchi, lekin gillalari bo'lmagan ba'zi hayvonlar nafas olish a'zolarini o'rab turgan maxsus nam bo'lmagan tuklar yordamida suv yuzasi plyonkasi yaqinida pastdan osilgan. Bu usul chivin lichinkalari (shu jumladan bezgak) tomonidan qo'llaniladi.

Mustaqil ish uchun siz quyidagi vazifalarni taklif qilishingiz mumkin:

Molekulyar kinetik nazariya haqidagi bilimlarni o'simlik ildiz tuklari tuproqdan ozuqa moddalarini olish mexanizmini tushuntirish uchun qanday qo'llash mumkin?

Somonli tomning suvga chidamliligini, qoziqdagi pichanni qanday tushuntirish mumkin?

0,4 mm diametrli kapillyarlarga ega bo'lgan o'simliklarning poyalarida sirt taranglik kuchlari ta'sirida suv qanday balandlikka ko'tarilishini aniqlang. Kapillyarlikni o'simlik poyasi bo'ylab suvning ko'tarilishining yagona sababi deb hisoblash mumkinmi?

Yerdan pastda uchayotgan qaldirg‘ochlar yomg‘ir yaqinlashayotganidan xabar berishlari rostmi?

Tebranishlar va tovushlarni o'rganish

Biologiyadagi davriy jarayonlarga misollar: ko'plab gullar tungi vaqtda gul tojlarini yopadi; ko'pchilik hayvonlarda naslning paydo bo'lishida davriylik mavjud; o'simliklardagi fotosintez intensivligining davriy o'zgarishlari ma'lum; tebranishlar hujayralardagi yadrolar hajmini boshdan kechiradi va hokazo.

O'rmon tovushlari.

O'rmon tovushlari (shivirlash) shamol ta'sirida barglarning tebranishi va ularning bir-biriga ishqalanishi tufayli paydo bo'ladi. Bu, ayniqsa, aspen barglarida seziladi, chunki ular uzun va ingichka petiolelarga biriktirilgan, shuning uchun ular juda harakatchan va eng zaif havo oqimlarida ham chayqaladi.

Qurbaqalar juda baland va juda xilma-xil ovozlarga ega. Qurbaqalarning ba'zi turlari boshlarining yon tomonlarida katta sharsimon pufakchalar ko'rinishidagi qiziqarli ovoz kuchaytiruvchi qurilmalarga ega bo'lib, ular yig'laganda shishiradi va kuchli rezonans sifatida xizmat qiladi.

Hasharotlarning ovozi ko'pincha parvoz paytida qanotlarning tez tebranishidan kelib chiqadi (chivinlar, chivinlar, asalarilar). Qanotlarini tez-tez qoqib qo'yadigan hasharotlarning parvozi biz tomonidan yuqori chastotali va shuning uchun yuqoriroq tovush sifatida qabul qilinadi. Ba'zi hasharotlar, masalan, chigirtkalar, maxsus tovush organlariga ega - orqa oyoqlarida qanotlarning chetiga tegib, ularni tebranishga olib keladigan chinnigullar qatori.

Uyadan pora evaziga uchib chiqqan ishchi asalari sekundiga o‘rtacha 180 ta qanot uradi. U yuk bilan qaytganida, zarbalar soni 280 tagacha ko'payadi. Bu biz eshitadigan tovushga qanday ta'sir qiladi?

Nima uchun kapalakning parvozi jim?

Ko'pgina qurbaqalarning boshlarining yon tomonlarida katta, sharsimon pufakchalar borligi ma'lum bo'lib, ular chaqirganda shishiradi. Ularning maqsadi nima?

Parvoz paytida hasharotlar chiqaradigan tovush chastotasini nima aniqlaydi?

Optika va atom tuzilishini o'rganish.

Nur.

Yorug'lik tirik tabiat uchun juda zarur, chunki u energiya manbai bo'lib xizmat qiladi. Xlorofilli o'simliklar, ba'zi bakteriyalar bundan mustasno, nurlanish energiyasi yordamida suv, mineral tuzlar va karbonat angidriddan o'z moddalarini sintez qila oladigan yagona organizmlar bo'lib, ular assimilyatsiya jarayonida kimyoviy energiyaga aylanadi. Sayyoramizda yashaydigan barcha boshqa organizmlar - o'simliklar va hayvonlar - to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita xlorofilli o'simliklarga bog'liq. Ular xlorofill spektridagi yutilish chiziqlariga mos keladigan nurlarni eng kuchli yutadi. Ulardan ikkitasi bor: biri spektrning qizil qismida, ikkinchisi ko'k-binafsha rangda yotadi. O'simlikning qolgan nurlari aks etadi. Aynan ular xlorofillli o'simliklarga yashil rang beradi. Xlorofilli o'simliklar yuqori o'simliklar, moxlar va suv o'tlari bilan ifodalanadi.

Hayvonot dunyosining turli vakillarining ko'zlari.

Amfibiyalarda ko'zning shox pardasi juda konveksdir. Ko'zlarni joylashtirish, baliqdagi kabi, linzalarning harakati bilan amalga oshiriladi.

Qushlarning ko'rish qobiliyati boshqa hayvonlarnikidan ustundir. Ularning ko'z olmasi juda katta va o'ziga xos tuzilishga ega, buning natijasida ko'rish maydoni oshadi. Ayniqsa, o'tkir ko'rish qobiliyatiga ega qushlar (tulporlar, burgutlar) cho'zilgan "teleskop" ko'z olmasiga ega. Suvda yashovchi sutemizuvchilarning (masalan, kitlarning) ko'zlari shox pardaning bo'rtib chiqishi va katta sinishi ko'rsatkichi jihatidan chuqur dengiz baliqlarining ko'zlariga o'xshaydi.

Asalarilar ranglarni qanday ko'rishadi.

Asalarilarning ko'rish qobiliyati odamlarnikidan farq qiladi. Biror kishi ko'rinadigan spektrning 60 ga yaqin individual rangini ajratib turadi. Asalarilar faqat 6 ta rangni ajratadilar: sariq, ko'k-yashil, ko'k, "binafsha", binafsha va odamlarga ko'rinmaydigan ultrabinafsha. Ari "magenta" rangi - bu asalarilarga ko'rinadigan spektrning sariq va ultrabinafsha nurlarining aralashmasi.

Ushbu bo'limda mustaqil ishlash uchun siz quyidagi vazifalarni taklif qilishingiz mumkin:

Ikki ko'z nima uchun?

Odam va burgut ko'zining to'r pardasi taxminan bir xil, ammo uning markaziy qismidagi burgut ko'zining nerv hujayralari (konuslari) diametri kichikroq - atigi 0,3 - 0,4 mikron (mikron = 10 -3 mm). Burgut ko'zining to'r pardasining bunday tuzilishining ahamiyati nimada?

Qorong'i tushganda, ko'z qorachig'i kengayadi. Bu atrofdagi ob'ektlar tasvirining aniqligiga qanday ta'sir qiladi? Nega?

Baliq ko'zining linzalari sharsimon. Baliq yashash joyining qanday xususiyatlari linzalarning bu shaklini mos qiladi? Ob'ektivning egri chizig'i o'zgarmasa, baliqdagi ko'zlarni joylashtirish mexanizmi haqida o'ylab ko'ring.

2.3. "Yovvoyi tabiatda fizika" blits turniri

7-sinf o'quvchilarining mustaqil amaliy mashg'ulotlarini tashkil qilish uchun "Yovvoyi tabiatda fizika" blits-turniri taklif qilinishi mumkin.

Darsning maqsadi: "Butun kurs uchun darsni umumlashtirish" mavzusidagi materialni takrorlash; bilim, zukkolik, mantiqiy fikrlash qobiliyatini tekshirish.

O'yin qoidalari

Savollar 7-sinf kursi davomida tanlanadi.

Dars tez sur'atda ketmoqda.

Dars davomida siz har qanday ma'lumotnoma adabiyotidan, shu jumladan darslikdan foydalanishingiz mumkin.

Darslar davomida

O'qituvchi savolni o'qiydi. Javob berishga tayyor bo'lgan o'yinchi qo'lini ko'taradi; Birinchi bo'lib qo'l ko'targan kishiga so'z beriladi. To'g'ri javob 1 ball bilan baholanadi. Eng kam ball to'plagan ishtirokchilar o'yindan chetlashtiriladi.

Savollar:

Suvni tark etayotganda, hayvonlar chayqaladi. Bu holatda qanday fizik qonun qo'llaniladi? (Inersiya qonuni).

Quyonning oyoq tagidagi elastik tuklar qanday ahamiyatga ega? (Quyonning oyoq tagidagi elastik tuklar sakrashda tormozlanish vaqtini uzaytiradi va shuning uchun zarba kuchini zaiflashtiradi).

Nima uchun ba'zi baliqlar tez harakatlanayotganda qanotlarini o'ziga yaqin tutishadi? (Harakatga qarshilikni kamaytirish uchun).

Kuzda ba'zan bog'lar va bog'lar yonidan o'tadigan tramvay yo'llari yonida plakat osib qo'yiladi: "Diqqat! Barglarning tushishi. Ushbu ogohlantirishning ma'nosi nima? (Reylar ustiga tushgan barglar ishqalanishni kamaytiradi, shuning uchun tormozlash paytida mashina uzoq yo'lni bosib o'tishi mumkin.)

Inson suyagining siqilish kuchi qanday? (Femur, masalan, vertikal ravishda joylashtirilgan, bir yarim tonna yukning bosimiga bardosh bera oladi).

Nima uchun sho'ng'in etiklari og'ir qo'rg'oshin tagliklari bilan qilingan? (Botinkaning og‘ir qo‘rg‘oshin tagligi g‘avvosga suvning suzuvchanligini engishga yordam beradi.)

Qattiq, quruq no'xatga qadam bosganda nima uchun odam sirpanib ketishi mumkin? (Ishqalanish insonning harakatlanishiga hissa qo'shadi. Quruq no'xat podshipnik kabi bo'lib, odamning oyoqlari va tayanch o'rtasidagi ishqalanishni kamaytiradi).

Nima uchun tubi loyqa bo‘lgan daryoda chuqurroqdan ko‘ra sayoz joyda ko‘proq tiqilib qolamiz? (Kattaroq chuqurlikka cho'kib, biz katta hajmdagi suvni siqib chiqaramiz. Arximed qonuniga ko'ra, bu holda bizga katta suzuvchi kuch ta'sir qiladi).

Xulosa qilish.

O'qituvchi baholar qo'yadi.

Xulosa

K. D. Ushinskiyning yozishicha, ba'zi o'qituvchilar faqat takrorlagan narsani qiladilar, lekin aslida ular yangi narsalarni o'rganishda jadallik bilan oldinga siljiydilar. Yangilarni jalb qilgan holda takrorlash o'tilgan materialni yaxshiroq tushunishga va eslab qolishga olib keladi. Ma'lumki, fanga qiziqish uyg'otishning eng yaxshi yo'li olingan bilimlarni olgan bilimlaridan boshqa sohalarda qo'llashdir. Biofizikaviy materialni jalb qilgan holda takrorlashni tashkil etish aynan shunday takrorlash turi bo'lib, u yangisini jalb qilganda sodir bo'lsa, o'quvchilarda katta qiziqish uyg'otadi va ularga fizika qonunlarini hayvonot olami sohasiga qo'llash imkonini beradi.

Biofizik misollarni jalb qilish fizika kursini yaxshiroq o'zlashtirishga xizmat qiladi. Biofizikaviy material fizika va biologiya kurslarining o‘quv rejasiga bevosita bog‘liq bo‘lishi hamda fan va texnika taraqqiyotining eng istiqbolli yo‘nalishlarini aks ettirishi kerak.

Fizika va biologiya o‘rtasida fanlararo aloqalarning o‘rnatilishi materialistik e’tiqodlarning shakllanishi uchun katta imkoniyatlar yaratadi. Maktab o‘quvchilari fizika qonunlarini nafaqat texnikadan, balki hayvonot olamidan misollar bilan ham ko‘rsatishni o‘rganadilar. Boshqa tomondan, o'simlik va hayvon organizmlarining hayotiy faoliyatini hisobga olgan holda, ular fizik qonunlardan, fizik analogiyalardan foydalanadilar.

Biofizikaviy materialni jalb qilgan holda o‘tilgan materialni takrorlash va mustahkamlash o‘qituvchiga o‘quvchilarni biofizika va bionika fanining so‘nggi yutuqlari bilan tanishtirish, qo‘shimcha adabiyotlarni o‘qishga undash imkonini beradi.

Tashkiliy jihatdan darsni turli usullarda qurish mumkin: o'qituvchilar tomonidan ma'ruza shaklida, fizika va biologiya o'qituvchilari rahbarligida talabalar tomonidan tayyorlangan ma'ruzalar shaklida.

ADABIYOTLAR RO'YXATI

Trofimova T.I. Texnik universitetlar uchun fizika kursi bo'yicha topshiriqlar to'plami - 3-nashr. - M .: MChJ nashriyoti Oniks 21-asr: MChJ "Mir va Ta'lim" nashriyoti, 2003 - 384 b.: ill.

Zorin N.I. “Biofizika elementlari” tanlov kursi: 9-sinf. - M.: VAKO, 2007. - 160 b. - (O'qituvchilar ustaxonasi).

Tanlov 9: Fizika. Kimyo. Biologiya: Tanlov kurslari konstruktori (Fanlararo va fanga yo'naltirilgan): 9-sinf o'quvchilari uchun profildan oldingi tayyorgarlikni tashkil etish uchun: 2 ta kitobda. Kitob. 1 / Dendeber S.V., Zueva L.V., Ivannikova T.V. va boshqalar - M .: Bilim uchun 5, 2006. - 304 b. - (tanlov).

Tanlov 9: Fizika. Kimyo. Biologiya: Tanlov kurslari konstruktori (Fanlararo va fanga yo'naltirilgan): 9-sinf o'quvchilari uchun profildan oldingi tayyorgarlikni tashkil etish uchun: 2 ta kitobda. Kitob. 2 / Dendeber S.V., Zueva L.V., Ivannikova T.V. va boshqalar - M .: Bilim uchun 5, 2006. - 176 p. - (tanlov).

Maron A.E. Fizikadan sifat masalalari to'plami: 7-9 hujayrali umumiy ta'lim uchun. muassasalar / A.E. Maron, E.A. Maroon. - M.: Ta'lim, 2006. - 239 b.: kasal.

Lukashik V.I. Ta'lim muassasalarining 7-9-sinflari uchun fizikadan muammolar to'plami / V.I. Lukashik, E.V. Ivanova. - 22-nashr. – M.: Ma’rifat, 2008. – 240 b.: kasal.

Katz Ts.B. Fizika darslarida biofizika / Kitob. o'qituvchi uchun: ish tajribasidan. - 2-nashr, qayta ko'rib chiqilgan. – M.: Ma’rifat, 1988. – 159 b.: kasal.

Volkov V.A., Polyanskiy S.E. Fizikada pourochnye rivojlanishi. 7-sinf - 2-nashr. - M.: VAKO, 2007. - 304 b. - (Maktab o'qituvchisiga yordam berish uchun: A.V. Peryshkin, S.V. Gromov, N.A. Rodina o'quv to'plamlariga).

Eng qadimiy fanlardan biri, albatta, biologiyadir. Odamlarning o'zlari va atrofidagi mavjudotlarda sodir bo'layotgan jarayonlarga qiziqishi bizning eramizdan bir necha ming yil oldin paydo bo'lgan.

Hayvonlarni, o'simliklarni, tabiiy jarayonlarni kuzatish odamlar hayotining muhim qismi edi. Vaqt o'tishi bilan juda ko'p bilimlar to'plandi, yovvoyi tabiatni o'rganish usullari va unda yuzaga keladigan mexanizmlar takomillashtirildi va ishlab chiqildi. Bu jami murakkab fanni tashkil etuvchi ko'plab bo'limlarning paydo bo'lishiga olib keldi.

Hayotning turli sohalarida olib borilgan biologik tadqiqotlar sayyoramiz biomassasining tuzilishini tushunish uchun muhim bo'lgan yangi qimmatli ma'lumotlarni olish imkonini beradi. Ushbu bilimlardan amaliy insoniy maqsadlarda foydalaning (kosmik tadqiqotlar, tibbiyot, qishloq xo'jaligi, kimyo sanoati va boshqalar).

Ko'pgina kashfiyotlar barcha tirik tizimlarning ichki tuzilishi va faoliyati sohasida biologik tadqiqotlar o'tkazishga imkon berdi. Organizmlarning molekulyar tarkibi, ularning mikro tuzilishi o'rganildi, odam va hayvonlar, o'simliklar genomidan ko'plab genlar ajratildi va o'rganildi. Biotexnologiyaning afzalliklari, uyali va mavsumda o'simliklardan bir nechta hosil olish, shuningdek, ko'proq go'sht, sut va tuxum beradigan hayvonlar zotlarini ko'paytirish imkonini beradi.

Mikroorganizmlarni o'rganish antibiotiklarni olish va ko'plab kasalliklarni, hatto odamlar va hayvonlarning epidemiyalarida minglab odamlarning hayotiga zomin bo'lgan kasalliklarni engishga imkon beradigan o'nlab va yuzlab vaktsinalarni yaratishga imkon berdi.

Shuning uchun zamonaviy biologiya fani insoniyatning ko'plab fan, sanoat va sog'liqni saqlash sohalarida cheksiz imkoniyatlaridir.

Biologiya fanlarining tasnifi

Biologiya fanining birinchi shaxsiy bo'limlaridan biri paydo bo'ldi. Botanika, zoologiya, anatomiya va taksonomiya kabi. Keyinchalik texnik jihozlarga ko'proq bog'liq bo'lgan fanlar - mikrobiologiya, virusologiya, fiziologiya va boshqalar shakllana boshladi.

Faqat 20-21-asrlarda paydo bo'lgan va biologiyaning zamonaviy rivojlanishida muhim rol o'ynaydigan bir qator yosh va ilg'or fanlar mavjud.

Biologiya fanlarini tartiblash mumkin bo'lgan bir emas, balki bir nechta tasniflar mavjud. Ularning ro'yxati barcha holatlarda juda ta'sirli, ulardan birini ko'rib chiqing.

Biologiya	Xususiy fanlar	Botanika	sayyorada (florada) mavjud bo'lgan barcha o'simliklarning tashqi va ichki tuzilishini, fiziologik jarayonlarini, filogenezini va tabiatda tarqalishini o'rganish bilan shug'ullanadi.	Quyidagi bo'limlarni o'z ichiga oladi: algologiya; dendrologiya; taksonomiya; anatomiya; morfologiya; fiziologiya; briologiya; paleobotanika; ekologiya; geobotanika; etnobotanika; o'simliklarning ko'payishi.
		Zoologiya	sayyoramizda (faunada) mavjud bo'lgan barcha hayvonlarning tashqi va ichki tuzilishi, fiziologik jarayonlari, filogenezi va tabiatda tarqalishini o'rganish bilan shug'ullanadi.	O'z ichiga olgan fanlar: Fanlar: topografik anatomiya; qiyosiy; tizimli; yoshi; plastik; funktsional; eksperimental.
		Antropologiya	biologik va ijtimoiy muhitda shaxsning rivojlanishi va shakllanishini kompleksda o'rganadigan bir qator fanlar	Bo'limlar: falsafiy, sud, diniy, jismoniy, ijtimoiy, madaniy, vizual.
		Mikrobiologiya	bakteriyalardan tortib viruslargacha bo'lgan eng kichik tirik organizmlarni o'rganadi	Fanlar: virusologiya, bakteriologiya, tibbiy mikrobiologiya, mikologiya, sanoat, texnika, qishloq xo'jaligi, kosmik mikrobiologiya
		Umumiy fanlar	Sistematika	vazifalarga qat'iy tartibga solish va biomassaning har qanday vakilini aniqlash maqsadida sayyoramizdagi barcha hayotni tasniflash uchun asoslarni ishlab chiqish kiradi.
	Morfologiya		barcha tirik mavjudotlar organlarining tashqi belgilari, ichki tuzilishi va topografiyasi tavsifi	Bo'limlar: o'simliklar, hayvonlar, mikroorganizmlar, zamburug'lar
	Fiziologiya		muayyan tizim, organ yoki tananing bir qismining ishlash xususiyatlarini, uning hayotiy faoliyatini ta'minlaydigan barcha jarayonlarning mexanizmlarini o'rganadi.	O'simliklar, hayvonlar, odamlar, mikroorganizmlar
	Ekologiya		tirik mavjudotlarning bir-biri, atrof-muhit va inson bilan munosabati haqidagi fan	Geoekologiya, umumiy, ijtimoiy, sanoat
	Genetika		tirik mavjudotlar genomini, turli sharoitlar ta'sirida belgilarning irsiyat va o'zgaruvchanligi mexanizmlarini, shuningdek evolyutsion transformatsiyalar paytida genotipdagi tarixiy o'zgarishlarni o'rganadi.
	biogeografiya		sayyorada tirik mavjudotlarning ayrim turlarini ko'chirish va tarqatish masalalarini ko'rib chiqadi
	evolyutsion ta'limot		inson va sayyoradagi boshqa tirik tizimlarning tarixiy rivojlanish mexanizmlarini ochib beradi. Ularning kelib chiqishi va rivojlanishi
	Bir-biri bilan tutashuvda vujudga kelgan murakkab fanlar	Biokimyo	tirik mavjudotlar hujayralarida sodir bo'ladigan jarayonlarni kimyoviy nuqtai nazardan o'rganadi
		Biotexnologiya	organizmlar, ularning mahsulotlari va qismlaridan inson ehtiyojlari uchun foydalanishni ko'rib chiqadi
		Molekulyar biologiya	tirik mavjudotlar tomonidan irsiy axborotni uzatish, saqlash va ulardan foydalanish mexanizmlarini, shuningdek, oqsillar, DNK va RNKning funktsiyalari va nozik tuzilishini o'rganadi.	Tegishli fanlar: genetik va hujayra muhandisligi, molekulyar genetika, bioinformatika, proteomika, genomika
		Biofizika	viruslardan tortib, odamlargacha bo'lgan barcha tirik organizmlarda sodir bo'ladigan barcha mumkin bo'lgan jismoniy jarayonlarni o'rganadigan fan	Ushbu fanning bo'limlari quyida muhokama qilinadi.

Shunday qilib, biz biologiya fanlari bo'lgan asosiy xilma-xillikni qo'lga kiritishga harakat qildik. Ushbu ro'yxat texnologiya va o'rganish usullarining rivojlanishi bilan kengaymoqda va to'ldirilmoqda. Shuning uchun bugungi kunda biologiyaning yagona tasnifi mavjud emas.

Progressiv biofanlar va ularning ahamiyati

Biologiyaning eng yosh, zamonaviy va ilg'or fanlari qatoriga quyidagilar kiradi:

• biotexnologiya;
• molekulyar biologiya;
• kosmik biologiya;
• biofizika;
• biokimyo.

Ushbu fanlarning har biri 20-asrdan oldin shakllangan va shuning uchun haqli ravishda yosh, jadal rivojlanayotgan va insonning amaliy faoliyati uchun eng muhim hisoblanadi.

Keling, biofizika kabilar haqida to'xtalib o'tamiz. Bu 1945-yilda paydo bo'lgan va butun biologik tizimning muhim qismiga aylangan fan.

Biofizika nima?

Bu savolga javob berish uchun, birinchi navbatda, uning kimyo va biologiya bilan yaqin aloqasini ko'rsatish kerak. Ayrim masalalarda bu fanlar o‘rtasidagi chegaralar shu qadar yaqinki, ulardan qaysi biri alohida ishtirok etishini va ustuvorligini aniqlash qiyin. Shuning uchun biofizikani ham molekulalar, hujayralar, organlar darajasida va umuman biosfera darajasida tirik tizimlarda sodir bo'ladigan chuqur fizik va kimyoviy jarayonlarni o'rganadigan murakkab fan sifatida ko'rib chiqish maqsadga muvofiqdir.

Boshqa har qanday fan singari, biofizika ham o'zining o'rganish ob'ekti, maqsad va vazifalari, shuningdek, munosib va ​​muhim natijalarga ega bo'lgan fandir. Bundan tashqari, ushbu intizom bir nechta yangi yo'nalishlar bilan chambarchas bog'liq.

O'rganish ob'ektlari

Biofizika uchun ular turli tashkiliy darajadagi biotizimlardir.

1. viruslar, bir hujayrali zamburug'lar va suv o'tlari).
2. Eng oddiy hayvonlar.
3. Alohida hujayralar va ularning strukturaviy qismlari (organellalar).
4. O'simliklar.
5. Hayvonlar (shu jumladan odamlar).
6. ekologik jamiyatlar.

Ya'ni, biofizika tirik mavjudotni unda sodir bo'ladigan fizik jarayonlar nuqtai nazaridan o'rganadi.

Fanning vazifalari

Dastlab biofiziklarning vazifalari tirik mavjudotlar hayotida fizik jarayonlar va hodisalar mavjudligini isbotlash va ularni o'rganish, ularning mohiyati va ahamiyatini aniqlash edi.

Ushbu fanning zamonaviy vazifalarini quyidagicha shakllantirish mumkin:

1. Genlarning tuzilishi va ularning uzatilishi va saqlanishi, modifikatsiyalari (mutatsiyalari) bilan birga keladigan mexanizmlarni o'rganish.
2. Hujayra biologiyasining ko'p jihatlarini ko'rib chiqing (hujayralarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri, xromosoma va genetik o'zaro ta'sirlar va boshqa jarayonlar).
3. Polimer molekulalarini (oqsillar, nuklein kislotalar, polisaxaridlar) molekulyar biologiya bilan birgalikda o'rganish.
4. Tirik organizmlardagi barcha fizik va kimyoviy jarayonlarning borishiga kosmogeofizik omillarning ta'sirini ochib berish.
5. Fotobiologiyaning mexanizmlarini (fotosintez, fotoperiodizm va boshqalar) chuqurroq ochib beradi.
6. Matematik modellashtirish usullarini joriy etish va ishlab chiqish.
7. Nanotexnologiya natijalarini tirik tizimlarni o'rganishda qo'llash.

Ushbu ro'yxatdan ko'rinib turibdiki, biofizika zamonaviy jamiyatning ko'plab muhim va jiddiy muammolarini o'rganadi va bu fanning natijalari inson va uning hayoti uchun katta ahamiyatga ega.

Shakllanish tarixi

Fan sifatida biofizika nisbatan yaqinda - 1945 yilda u "Fizika nuqtai nazaridan hayot nima" asarini nashr etganida tug'ilgan. Aynan u fizikaning ko'plab qonunlari (termodinamik, kvant mexanikasi qonunlari) tirik mavjudotlar hayoti va faoliyatida aniq sodir bo'lishini birinchi marta payqadi va ko'rsatdi.

Bu odamning mehnati tufayli biofizika fani o'zining intensiv rivojlanishini boshladi. Biroq, bundan oldinroq, 1922 yilda Rossiyada P.P.Lazarev boshchiligidagi biofizika instituti tashkil etilgan. U erda asosiy rol to'qimalar va organlarda qo'zg'alish tabiatini o'rganishga beriladi. Natijada bu jarayonda ionlarning ahamiyati aniqlandi.

1. Galvani elektrni va uning tirik to'qimalar uchun ahamiyatini (bioelektrik) kashf etadi.
2. A. L. Chizhevskiy kosmosning biosferaga ta'sirini, shuningdek, ionlashtiruvchi nurlanish va elektrogemodinamikani o'rganuvchi bir qancha fanlarning otasi hisoblanadi.
3. Oqsil molekulalarining batafsil tuzilishi rentgen nurlari difraksion analizi (rentgen difraksion analizi) kashf etilgandan keyingina o‘rganildi. Buni Perutz va Kendrew (1962) amalga oshirgan.
4. Xuddi shu yili DNKning uch o'lchovli tuzilishi kashf qilindi (Moris Uilkins).
5. 1991 yilda Neher va Zakman elektr potentsialini mahalliy aniqlash usulini ishlab chiqishga muvaffaq bo'lishdi.

Shuningdek, bir qator boshqa kashfiyotlar biofizika fanining rivojlanish va shakllanishida jadal va progressiv modernizatsiya yo'liga kirishiga imkon berdi.

Biofizika bo'limlari

Bu fanni tashkil etuvchi bir qancha fanlar mavjud. Keling, ulardan eng asosiylarini ko'rib chiqaylik.

1. Murakkab tizimlar biofizikasi - ko'p hujayrali organizmlarning o'zini o'zi boshqarishning barcha murakkab mexanizmlarini (sistemogenez, morfogenez, sinergogenez) ko'rib chiqadi. Shuningdek, ushbu fan ontogenez va evolyutsion rivojlanish jarayonlarining fizik komponentining xususiyatlarini, organizmlarning tashkiliy darajalarini o'rganadi.
2. Bioakustika va hissiy tizimlarning biofizikasi - tirik organizmlarning hissiy tizimlarini (ko'rish, eshitish, qabul qilish, nutq va boshqalar), turli signallarni uzatish usullarini o'rganadi. Organizmlar tashqi ta'sirlarni (tirnash xususiyati) idrok etganda energiyani aylantirish mexanizmlarini ochib beradi.
3. Nazariy biofizika - biologik jarayonlarning termodinamikasini o'rganish, organizmlarning strukturaviy qismlarining matematik modellarini qurish bilan shug'ullanadigan bir qator kichik fanlarni o'z ichiga oladi. Kinetik jarayonlarni ham ko'rib chiqadi.
4. Molekulyar biofizika - DNK, RNK, oqsillar, polisaxaridlar kabi biopolimerlarning strukturaviy tashkil etilishi va faoliyatining chuqur mexanizmlarini ko'rib chiqadi. U ushbu molekulalarning modellari va grafik tasvirlarini yaratish bilan shug'ullanadi, ularning tirik tizimlardagi xatti-harakatlari va shakllanishini bashorat qiladi. Shuningdek, ushbu fan tirik tizimlarda biopolimerlarning tuzilishi va ta'sir qilish mexanizmini aniqlash uchun supramolekulyar va submolekulyar tizimlarni quradi.
5. Hujayra biofizikasi. U eng muhim hujayra jarayonlarini o'rganadi: membrana tuzilishining differentsiatsiyasi, bo'linishi, qo'zg'alish va biopotentsiallari. Moddalarni membrana orqali tashish mexanizmlariga, potentsiallar farqiga, membrana va uning atrofidagi qismlarining xossalari va tuzilishiga alohida e'tibor beriladi.
6. Metabolizm biofizikasi. Ko'rib chiqilayotgan asosiylari quyoshlanish va organizmlarning unga moslashishi, gemodinamika, termoregulyatsiya, metabolizm va ionlanish nurlarining ta'siri.
7. Amaliy biofizika. U bir nechta fanlardan iborat: bioinformatika, biometrika, biomexanika, evolyutsion jarayonlar va ontogenezni o'rganish, patologik (tibbiy) biofizika. Amaliy biofizikaning o'rganish ob'ektlari - tayanch-harakat tizimi, harakat usullari, odamlarni jismoniy xususiyatlariga ko'ra tanib olish usullari. Tibbiy biofizika alohida e'tiborga loyiqdir. U organizmlardagi patologik jarayonlarni, molekulalar yoki tuzilmalarning shikastlangan qismlarini qayta tiklash yoki ularni qoplash usullarini ko'rib chiqadi. Biotexnologiya uchun material beradi. Bu, ayniqsa, irsiy xususiyatga ega bo'lgan kasalliklarning rivojlanishining oldini olish, ularni bartaraf etish va ta'sir mexanizmlarini tushuntirishda katta ahamiyatga ega.
8. Habitat biofizikasi - mavjudotlarning mahalliy yashash joylarining jismoniy ta'sirini va yaqin va uzoq kosmik ob'ektlarning ta'sirini o'rganadi. Shuningdek, bioritmlar, ob-havo sharoiti va biomaydonlarning mavjudotlarga ta'siri ko'rib chiqiladi. Salbiy ta'sirlarning oldini olish choralarini ishlab chiqadi

Ushbu fanlarning barchasi tirik tizimlarning hayot mexanizmlarini, biosferaning ta'sirini va ularga turli xil sharoitlarni tushunishni rivojlantirishga katta hissa qo'shadi.

Zamonaviy yutuqlar

Biofizika yutuqlari bilan bog'liq eng muhim voqealardan ba'zilarini nomlash mumkin:

• organizmlarni klonlash mexanizmlarini ochib berdi;
• transformatsiyalarning xususiyatlari va azot oksidining tirik tizimlardagi roli o'rganildi;
• kichik va messenjer RNKlar o'rtasidagi munosabatlar o'rnatildi, bu kelajakda ko'plab tibbiy muammolarning echimini topishga imkon beradi (kasalliklarni bartaraf etish);
• avtoto'lqinlarning fizik tabiatini kashf etdi;
• molekulyar biofiziklarning ishi tufayli DNK sintezi va replikatsiyasining aspektlari o'rganildi, bu jiddiy va murakkab kasalliklar uchun bir qator yangi dori vositalarini yaratish imkoniyatiga olib keldi;
• fotosintez jarayoni bilan birga keladigan barcha reaksiyalarning kompyuter modellari yaratilgan;
• organizmni ultratovush yordamida tekshirish usullari ishlab chiqildi;
• kosmogeofizik va biokimyoviy jarayonlar o'rtasidagi bog'liqlik o'rnatildi;
• sayyoradagi iqlim o'zgarishini bashorat qilish;
• trombozning oldini olish va insultdan keyingi oqibatlarni bartaraf etishda urokenaz fermentining ahamiyatini aniqlash;
• oqsilning tuzilishi, qon aylanish tizimi va tananing boshqa qismlari haqida ham bir qator kashfiyotlar qildi.

Rossiyadagi Biofizika instituti

Mamlakatimizda ular mavjud. M. V. Lomonosov. Mazkur ta’lim muassasasi negizida biofizika fakulteti faoliyat yuritadi. Aynan u bu sohada ishlash uchun malakali mutaxassislarni tayyorlaydi.

Kelajakdagi mutaxassislarni yaxshi boshlash juda muhimdir. Ularni qiyin ish kutib turibdi. Biofizik tirik mavjudotlarda sodir bo'ladigan jarayonlarning barcha nozik tomonlarini tushunishi shart. Bundan tashqari, talabalar fizikani tushunishlari kerak. Axir, bu murakkab fan - biofizika. Ma'ruzalar shunday tuzilganki, biofizika bilan bog'liq va uni tashkil etuvchi barcha fanlarni qamrab oladi hamda biologik va fizik masalalarni ko'rib chiqadi.