Биофизика

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: сочинение, дипломная работа на тему
| Добавил(а) на сайт: Бузинский.

Ьlesanne: Selgitada, mis ьhist on lennuki reaktiivmootoril, propellermootoril, lendamisel tiivalehvitamisega ja planeerimisel.

Ьks tдhtsamaid kiirendusest tulenevaid jхude on kesktхmbejхud ja kesktхukejхud ringlikumisel, mis on vхrdsed javastassuunalised. Keha liigub ringikujulist trajektoori mццda tдnu jхule, mis tхmbab teda keskpunkti suunas. Kesktхmbejхud vхib olla gravitatsioon (Maa tiirlemine ьkber
Pдikese), elektromagnetiline (elektroni tiirlemine ьmber tuuma) vхi mehaaniline (nццr mis ьhendab lingukivi kдega, tsentrifugaalpumba korpus, mis suunab vedeliku ringtrajektoorile, aga ega nedes kehadeski esine lхppkokkuvхttes muud kui elektromagnetilised jхud). Kesktхukejхud tekib keha inersti tхttu, tema pььdest likuda sirgjooneliselt puutujat mццda.
Kesktхukejхud ringliikumisel avaldub jдrgmiselt

[pic]. kus ? on nurkkiirus. Nurkkiirus seostub lineaarkiirusega jдrgmiselt:
[pic] ehk [pic], seega

[pic]
Kui suur on 100 kg-se mehe kaaluvahe poolusel ja ekvaatoril? Maakera raadius on 6000 km. Nurkkiirus on 2?/(24x3600) = 7.27x10-5 radiaani sekundis. Asendades need vдrtused valemisse (??) saame f=100x(7.27x10-
5)2x6x106 = 100x52.8x10-10x6x106= 3.168 N. Poolusel kaalub 100 kg 981 N.
Suhteline kaalu kahanemine on 3.17/981=0.0032 ehk 0.32%. Meie laiuskraadil ja ekvaatoril on see suhe veel umbes poole vдiksem.

Tsentrifugaaljхu praktilisi rakendusi: tsentrifugaalpumbad ja ventilaatorid. Kuidas muutub ventilaatori ja tsentrifugaalpumba arendatav rхhk mootori pццretest?

Liikumise hulk ehk impulss.
Kui pььate vдga massiivset keha, nдiteks autot, liikuma lьkata, siis tuleb jхudu rakendada kьllalt kaua, enne kui saavutate vajaliku kiiruse, nдiteks kьllaldase mootori kдivitamiseks ilma starteri abita. See tдhendab, et keha poolt saavutatud kiirus sхltub jхu mхjumise ajast. Kasutame kiiruse arvutamiseks kahte seost: [pic], kust [pic]
Suurust mv nimetatakse liikumise hulgaks ehk impulsiks. Impulsi muutus on vхrdeline jхuga ja selle mхjumise ajaga ning toimub jхu suunas.
Impulsi jддvus liikuvate kehade vastasmхjudes on energia jддvuse kхrval ьks looduse pхhiseadusi. Nдiteks kahe piljardikuuli pхrkel vхi kahe gaasimolekuli pхrkel
[pic]
Impulsi muutus kehade vastasmхjul on vхrdne ja vastassuunaline, sьsteemi summaarne impulss on konstantne. Impulsi mхistet kasutame allpool gaaside rхhu arvutamisel.

Tцц ja energia.

Tцц on fььsikaline suurus, mida mххdetakse jхu ja jхu suunas lдbitud teepikkuse korrutisega

[pic]
Tцц ьhik on Dzhaul (Joule), [J] = [N]x[m]. Dzhaul on tцц, mida teeb jхud ьks njuuton ьhe meetri pikkusel teel. Tццd tehakse siis, kui liigutatakse mingit keha avaldades sellele jхudu. Nдiteks, tхstes 50 kg viljakotti maast
1m kхrgusele vankrile tehakse tцц mis vхrdub koti kaal (njuutonites !) korda vankri kхrgus, 50x9.8x1=490 J. Kui vesi langeb 20 m kхrguses joas kдivitades turbiini, siis iga kg vett teeb tццd 20x9.8=295 J.
Kui jхud on teepikkuse (koordinaadi) funktsioon (on muutuv sхltuvalt asukohast), siis tuleb rakendada integreerimist. Integreerida vхib liikumise ja jхu kui vektori komponente kolme koordinaadi suunas eraldi

[pic]
Tььpiline muutuva jхu poolt tehtud tцц arvutus on seotud keha asukoha muutusega teise keha gravitatsiooni- vхi elektrivдljas. Nдiteks, Newtoni gravitatsiooniseadus vдidab, et kahe keha vahel mхjub gravitatsioonijхud, mis on vхrdeline nende kehade masside korrutisega ja pццrdvхrdeline nedevahelise kauguse ruuduga:

[pic]
Elementaartцц, mida tehakse selleks, et suurendada kehade vahelist kaugust dx vхrra oleks
[pic] ja liikumisel ьle mingi pikema vahemiku tehtud tцц oleks
[pic] [pic]

Kui teepikkus on mддratud, tuleb integraal vхtta radades liikumise algpunktist lхpp-punkti. Valem ??? nдitab, et kui kahe keha vaheline jхud kahaneb kauguse suurenedes pццrdvхrdeliselt kauguse ruuduga, siis tehtud tцц kasvab kauguse kasvades pццrdvхrdeliselt kaugusega. Tхmbuvate kehade vahelise kauguse suurendamiseks tuleb teha vдlist tццd, kui kehad lдhenevad, siis nad teevad ise tццd. Tхukuvate kehade, nдiteks samanimeliste laengute vahel, on olukord vastupidine: tхukuvate kehade lдhendamiseks tuleb teha vдlist tццd, kui need kehad eemalduvad teineteisest, siis nad teevad ise tццd. Viimase juhu nдiteks oleks aatomite lдhenemine, kus vдlise elektronkihi elektronid tхukuvad ьksteise elektrivдljas. Tahkete kehade kokkupuude ja hххrdumine ongi vдliste elektronkihtide tхukumine, tegelikku fььsilist kokkupuudet ei esine kunagi.
Vхimsus on fььsikaline suurus, mida mххdetakse ajaьhikus tehtud tцц hulgaga.

[pic]
Vхimsust kasutatakse nдit. mootorite ja kьttekehade hindamisel, teadmaks kui palju tццd need suudavad ajaьhikus teha. Vхimsuse ьhik on Watt [W] =
[J] [s]-1 ьks Dzhaul sekundis. Elektripirnide tarbitav vхimsus on nдiteks
40 – 100 W, elektripliit 600 – 2000W, automootor 50 – 100 kW.
Elektrienergia hulga mххtmiseks kasutatakse ьhikut kilovatt-tund (kWh), see on tцц, mida teeb vхimsus 1 kW ьhe tunni = 3600 s jooksul. Ьks kWh = 1000 J s-1 x 3600 s = 3600000 J = 3600 kJ.

Energia on keha vхime teha tццd.

Energiat on kahte liiki, liikuva keha kineetiline energia ja jхuvдljas asuva keha potentsiaalne energia. Energia jддvuse seadus on looduse pхhiseadus: Energia ei teki ega kao, vaid muundub ьhest vormist teise.
Seega, looduses toimub kineetilise energia muundumine potentsiaalseks ja potentsiaalse energia muundumine kineetiliseks.
Liikuva keha kineetiline energia. Arvutame, kui palju tццd tuleb teha, et keha (massiga m) kiirust suurendada paigalseisust kuni vддrtuseni v. See tцц moodustabki likuva keha kineetilise energia.
Tцц=energia: [pic]
Kui suur aga on teepikkus s mille lхpuks saavutatakse kiirus v? Kasutame seost (1.7)

[pic], kust [pic]

Teades, et [pic], asendame selle ja saame

[pic]
Nььd on selge, et

[pic]

Kineetiline energia on vхime teha tццd. Liikuva keha peatumisel vхib ta enese ees lьkata teist keha mхjudes sellele jхuga ja tehes tццd. Kui auto sхidab vastu puud, siis auto kineetiline energia liigutab plekke paigast ja murrab sхitjate luid. Tдhelepanu, et auto kiiruse suurenemisel kaks korda suureneb kineetiline energia neli korda! Niisugustel deformeerivatel pхrgetel muutub kineetiline energia peamiselt molekulide soojusenergiaks.
Kineetiline energia muutub potentsiaalseks energiaks kui liikuvat keha peatab jхuvдli, nдiteks kui viskame kivi ьlespoole. Gravitatsioonivдlja jхud peatab lхpuks kivi liikumise, kuid kivi kineetiline energia on muundunud tema potentsiaalseks energiaks. Sama juhtub elektronidega, kui nad saavad lisaks kineetilist energiat (nдiteks aatomite pхrgetel vхi valguse neeldumisel): nad liiguvad tuumast kaugemale.

Jхuvдljas asetseva keha potentsiaalne energia.Vaatleme esialgu gravitatsioonivдlja maapinna lдhedal. Arvutame, kui palju tццd tuleb teha keha (massiga m) tхstmiseks kхrgusele h.

[pic]
Gravitatsioonivдli ja elektrivдli on nn. potentsiaalsed vдljad, kus keha potentsiaalse energia muutus sхltub ainult alg-ja lхppasukohast, mitte aga vahepealse liikumise trajektoorist. Tehtud tцц on sama, ьkskхik millist rada mццda liigutakse samade alg- ja lхpp-punktide vahel. Vabal inertsel liikumisel jхuvдljas (ilma vдlismхjudeta) potentsiaalne ja kineetiline energia pidevalt muunduvad teineteiseks, nii et summaarne energia on kogu aeg sama:

[pic]
Nдiteks kхrguselt h kukkuva keha kiiruse leiame teades et kukkumise lхpuks

[pic], kust [pic]
Ьlesvisatava kivi maksimaalkхrguse vхime samuti leida tema algenergia
(algkiiruse) kaudu.

Kineetilise ja potentsiaalse energia muundumine toimub ka lihastetццs. Nдiteks vхib teoreetiliselt arvutada, kui kхrgele saab hьpata kirp, kelle kehas keskmine ATP kontsentratsioon on 0.1 mM, eeldades, et ATP keemiline energia kхik muutub hьppel kineetiliseks energiaks.