Ф КГМУ 4/3-06/01

ИП №6 УМС при КазГМА

от 14 июня 2007г.

Қарағанды Мемлекеттік Медицина Университеті

Медициналық биофизика және информатика кафедрасы

Практикалық сабақтар үшін әдістемелік нұсқаулар

Тақырыбы: Дыбыстың физикалық сипаттамалары. Дыбысты есту сипаттамалары және олардың дыбыстың физикалық сипаттамаларымен байланысы.Дыбыстық өлшеулер.Аудиометрия.

Мамандығы: 5В110300 «Фармация»

Пәні: OOДO13 Fis1113ФИЗИКА

Курс: I

Құрастырушы: оқытушы Айткенова А.А.





Қарағанды 2012


Кафедра отырысында талқыланып бекітілген

Хаттама № _1_ «31»08 2012

Каф.меңгерушісімен бекітілген ____________________ Койчубеков Б.К.


Тақырыбы:Дыбыстың физикалық сипаттамалары. Дыбысты есту сипаттамалары және олардың дыбыстың физикалық сипаттамаларымен байланысы.Дыбыстық өлшеулер.Аудиометрия.

Мақсаты:Дыбыстың физикалық сипаттамалары. Дыбысты есту сипаттамалары және олардың дыбыстың физикалық сипаттамаларымен байланысы. физикалық негізі туралы түсінік беру және әдістердің фармацияда қолданылуы.

Оқыту тапсырмасы:

Тақырыпты оқу нәтижесінде студент білуі тиіс:

• 
  Дыбыстың физикалық сипаттамалары.
  
• 
  Дыбысты есту сипаттамалары және олардың дыбыстың физикалық сипаттамаларымен байланысы физикалық негізі.
  
• 
  Фармацияда әдістерді қолдану.
  

Тақырыптың негізгі сұрақтары:

1. 
   Акустика туралы ұғым.
   
2. 
   Дыбыс және оның сипаттамалары.
   
3. 
   Дыбыс өлшеулері.
   
4. 
   Ультрадыбыс, оның медицинада қолдануы.
   

Инфрадыбыс, оның заттарға әсер етуі.

Оқыту әдістемесі мен білім беру:аз топпен жұмыс жасау, жеке тапсырмаларды орындау.

Әдебиеттер

Негізгі

1. 
   Ремизов А.Н. «Медицинская и биологическая физика.», Высшая школа, 2004. стр. 365-375.
   
2. 
   Рубин А.Е. «Биофизика.» Т1, М.: Университет «Книжный дом» 2000, стр. 367-371
   

Қосымша

1. 
   «Биофизическая химия» том 2. Ч.Р. Кантор, П.Р. Шиммел М. МИР 1984, стр.63-84
   
2. 
   «Физическая биохимия» Д.Фрайфелдер М. МИР 1980. стр.450-479.
   

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Дыбыстың физикалық сипаттамалары.
   
2. 
   Механикалық толқындар. Толқын энергиясының ағыны.
   
3. 
   Акустика туралы ұғым. Дыбыс және оның сипаттамалары. Дыбыс өлшеулері.
   
4. 
   Ультрадыбыс, оның медицинада қолдануы.
   
5. 
   Инфрадыбыс, оның заттарға әсер етуі.
   

Ақпараттық - дидактикалық блок

Табиғатта өте жиі кездесетін қозғалыстардың бір түріне тербелістер жатады. Су бетінің толқындауы, сағат тілінің әрлі-берлі шайқалуы, домбыра шегінің дірілдеуі, жер бетінің, үйлердің тітіркенуі – бәрі де тербелмелі құбылыстарға мысалдар. Ағзадағы өтетін көп процестер тербелмелі процестерге жатады. Мысалы, дем алған кезде кеуденің тербелісі, биоритмдер, тамыр қабырғыларының тербелісі.

Уақыт өтуімен дәлме-дәл немесе жуықтап қайталанып келетін процестерді тербелістер деп атайды.

Өзіннің табиғаты бойынша тербелістер ..... болуы мүмкін:

• 
  Механикалық (математикалық және серіппелік маятниктер, құлақтың дабыл жарғағы,)
  
• 
  Электрлік (айнымалы токтың тербелісі)
  
• 
  Электромагниттік (оптикалық сәуле шығарулар, радиотолқындар)
  
• 
  Физиологиялық (қанның рН, дененің температурасы, қандағы қант мөлшері, қан қысымның шамасы)
  
• 
  Биохимиялық (жасушадағы иондардың концентрациясы, биохимиялық тұрақтылар)
  
• 
  Биологиялық (биоритмдер, тамыр қабырғаларының тербелісі)

• Экономикалық (экономикада өнеркасіптың басылуы мен өркендеуі)
  

Тербелмелі емес қозғалысқа мысал келтіру өте қиын. Тербелісті қарастыру кезінде екі негізгі ескерту қабылдау керек:

1. 
   кез келген күрделі тербелісті қарапайым жекеленген гармониялық тербелістердің жиыны деп қарастыруға болады. Сондықтан да тербелістерге тән ұғымдарды, анықтамаларды енгізу үшін ең алдымен қарапайым механикалық (гармониялық) тербелістің бірін қарастырған тиімді.
   
2. 
   тербелістің түрі сан алуан болғанымен, олардың барлығында да жүретін құбылыстар ортақ заңдарға бағынады және бірдей математикалық теңдеулермен сипатталады. Сондықтан да механикалық тербелістерге қарай алынған заңдылықтарды тербелістердің басқа түрлеріне келтіруге болады.
   

Косинус (не синус) заңдарымен өрнектелетін еркін тербеліс қозғалыстарын гармониялық тербелістер деп атайды.

Дененің тербелмелі қозғалысының схемасы

Үйкеліс күшін еске алмай горизонталь орналасқан серіппелік маятникті мысал реттінде пайдаланып, гармониялық тербелістердің теңдеуін қарастыруға болады (1 сурет). Серпімді серіппеге бекітілген массасы m жүк беттің кедергісі өте аз болғанда ғана солға қозғалады. Маятниктің тербелісі серпімді күштің әсерінен пайда болады.




Серпімділік күші Гук заңы бойынша анықталады:

Мұнда k – серіппенің қатандығы, х-серіппенің ығысуы. Осы күштің әсерінен дене үдеу қозғалады. Ньютонның екінші заңынан ;

дифференциалдық теңдеу түрінде жазсақ:

теңдеудің екі жағын массаға бөлеміз:

Және деп белгілесек, тербелмелі қозғалыстың екінші дәрежелі дифференциалдық теңдеуін аламыз.



ІІ дәрежелі дифференциалдық теңдеу (ығысу үшін дифференциалдық теңдеу)

Теңдеудің шешемі: -ығысу теңдеуі

- амплитуда (максималдық ығысуы)

- тербеліс фазасы

ω- циклдік жиілік

- тербелістің бастапқы фазасы

Серіппелік маятниктің тербеліс периоды

Тербелістегі дененің уақытқа байланысты ығысуының өзгерісі синусоидалық заңдылықпен анықталады.

Х


t

Материялық нүктенің жылдамдығы мен үдеуі гармоникалық тербелістер заңымен өзгереді.





Жылдамдықтың амплитудасы:

Үдеудің амплитудасы:

Тербелмелі қозғалыстың параметрлері

1. Амплитуда

Тепе-теңдік күйден ең үлкен ауытқу қашықтығын гармоникалық тербелістердің амплитудасы деп атайды.

2. Период

Толық бір тербелі жасауға кететін уақытты период Т деп атайды. Немесе процесс толығымен қайталанатын ең аз уақыт аралығы Т тербелістің периоды деп аталады.

3. Жиілік

Егерде жүйе t уақыты ішінде n рет тербелсе, онда 1 с ішінде тербеліс жасайды, ал мұны тербеліс жиілігі деп атайды. Керісінше t уақыты бойынша периодты табу онай: .

;

4. Циклдік жиілік

Дененің с. Ішіндегі тербелістер саны.

5. Тербеліс фазасы

Косинус не синус таңбасының қасында тұратын шаманы осы функциялармен сипатталатын тербелістер фазасы деп атайды№ фаза бұрыштық бірлік – радиамен өлшенеді.

Гармоникалық тербеліс кезінде энергия

Гармоникалық тербелістерді жасай алатын түрлі жүйелерді осциллятор деп атайды. Идеал осцилляторда үйкеліске энергия шығындалмайды. Сондықтан осындай жүйенің толық энергиясы тұрақты болады.

Тербелмелі дененің кинетикалық және потенциалдық энергиясын анықтайық.

;

- А О А

Толық энергия:



Бұдан шығатын қорытынды: гармоникалық тербелістің толық энергиясы тербеліс амплитудасынының квадратына тура пропорционал. Дененің тұрақты жиілікпен тербелген жағдайында массасы өзгермейді деп қарастырылады.

Реал жүйеде еркін тербеліс кезінде үйкеліс күші әсер етеді. Егер уақыт өтуімен энергия азаятын болса, тербеліс өшетін деп аталады. Өшетін (сөнетін) тербелітердің амплитудасы уақыт өтуімен экспоненциалды кемиді: .


Өшетін тербелістің ығысуының теңдеуі:

- сөну коэффициенті, тербелмелі дененің массасы мен үйкеліс күштерден тәуелді. Биологиялық жүйелердің сөну коэффициенті жеткілікті үлкен. Сондықтан адамның ішкі ағзаларында резонанс құбылысы байқалмайды. Осының салдарынан мүшелердің үзілуі, олардың арасындағы байланыстың бұзылуы, т.б. құбылыстар өз бетімен кездейспейді.

2. Толқын деп уақыт бойынша кеңістікте таралатын тербелістерді атайды. Толқындар механикалық және электромагниттік толқындарға бөлінеді. Механикалық толқындардың турлері:

• 
  серпімді толқындар (серпімді деформациялардың таралуы)
  
• 
  сұйық беттінде таралатын толқындар
  

Ауада, қатты денелерде және сұйық ішінде механикалық (серпімді) толқындар серпінділік күштері арқасында пайда болады. Осы күштер дененің жеке бөліктерінің арасын байланыстырып тұрады. Электромагниттік толқындар қатарына жататыны: радиотолқындар, жарық рентген сәуле шығаруы және т.б.

Тірі ағзада толқындық процестерге жататыны - қозу толқының таралуы.

Серпінді толқындар: газда, сұйықта немесе қатты денеде таралады. Вакуумда серпімді толқындар таралмайды. Толқының аса маңызды сипаттамасы – оның таралу жылдамдығы. Қандай толқын болса да кеңістікте лезде таралмайды. Олардың жылдамдығы шектелуі.

Көлденең және қума толқындар

Егер тербеліс таралатын материалдық орта бөлшектерінің тербеліс бағыты толқынның таралу бағытымен бағыттас болса, ондай толқындарды қума толқындар деп атайды.

Тербеліс бағыты Толқынның таралу


бағыты


Егер материалдық орта бөлшектерінің тербелісі толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытталған болса, ондай толқындарды көлденең толқындар деп атайды. Тербеліс бағыты

Толқынның таралу

бағыты


Толқындық қозғалыстың сипаттамалары

Толқын ұзындығы


Бірдей фазада тербелетін іргелес екі нүктенің ара қашықтығы толқын ұзындығы деп аталады.

Толқынның таралу жылдамдығы

,

, онда

Толқынның таралу жылдамдығы заттың туріне және оның күйіне тәуелді, жиілік пен толқын ұзындығына тәуелсіз.

Толқын энергиясы

Барлық толқындардың, табиғатына байланыссыз, ең негізгі қасиеті – олардың затты тасымалдамай, энергияны тасымалдау.

Тасымалданған энергияның сапалық сипаттамасы – толқынның энергия ағынының тағыздық векторы немесе толқын интенсивтігі немесе Умов векторы.

Умов векторының белгіленуі:

, мұнда - энергияның көлемдік тығыздығы



- толқын таралатын ортаның тығыздығы

- циклдік жиілік

- орта бөлшектерінің тербеліс жиілігі

- толқының жылдамдығы



Умов векторының бағытты жылдамдықтың бағытымен бағыттас

3. 
   Акустика - дыбыс туралы ғылым.
   

Газда, сұйықта не қатты денеде толқын түрінде таралатын, серпінді орта бөлшегінің тербелмелі қозғалысын дыбыстық немесе акустикалық толқындар дейді. Дыбыс сұйықта және газда тек қана қума толқын түрінде болады және орта бөлшектерінің сығу және сиреу алмасқан бөліктерден құрылған.


Тұтқыр сұйықтарда, биологиялық ұлпаларда және қатты денелерде қума толқыннан басқа көлденең толқын ретінде тарайды.

Дыбыс толқындарының таралу жылдамдығы тәуелді:

А) ортаның серпімділік қасиеттеріне

Б) ортаның тығыздығына

В) ортаның температурасына

Әр түрлі орталарда дыбыстық толқындардың таралу жылдамдығы

_{ауадағы} – 330 м/с

_{миыдағы} -1500 м/с

_судағы -1490 м/с

_{сүйекте} - 3500 м/с

Механикалық толқындардың шкаласы

Еститін

ИД дыбыс УД ГД

0 16 Гц 20 000 Гц 10⁹ Гц 10¹² -10¹³Гц

Дыбыс сипаттамалары

Физикалық (объективті сипаттамалар)	Физиологиялық (субъективтілік сипаттамалар)
жиілік дыбыс интенсивтігі гармониялық спектр	биіктік қаттылық - өлшем бірлігі – бел. 1Б=10дБ тембр

Біздің ағзамызға қатты дыбыстар зиянды. Қаттылықтың санитарлық нормасы – 30-40 дБ. Шу аурулары: қанның жоғары артериалды қысым, жүйке қозғыштығы (нервная возбудимость), нәшар ұйқы, тез шаршағыштығы


Әртүрлі көздерінен дыбыс қаттылығы мен интенсивтігі

• 
  Реактивті ұшақ – 140 дБ, 100 вт/м²
  
• 
  Жабық бөлме ішіндегі рок-музыка – 120 дБ, 1 Вт/м²
  
• 
  Жай сөйлесіп отырғандағы дыбыс – 65 дБ, 3,2·10^-6 Вт/м²
  
• 
  Үзіліс кезіндегі оқу бөлмесіндегі шу – 70 дБ
  

Медицинадағы зерттеудің дыбыс әдістері

1. 
   аудиометрия – құлақтың естігіштігін (немесе құлақтың есту қабілетінен айырлуын) анықтау әдісі
   
2. 
   аускультация – ағза ішінде пайда болатын дыбыстарды тындау әдісі
   
3. 
   фонокардиография – жүрек жұмысымен еріп жүретін дыбыстарды жазу әдісі
   

4. перкуссия - адамның денесін жеңіл соққылау (арнайы балғашықпен) кезінде пайда болатын дыбыстардың анализін жасау

4. 20000 Гц жоғары дыбыстарды ультрадыбыстар деп атайды.

Ішкі мүшелер мен ұлпалардың эхолокацияның жалпы схемасы


Ультрадыбысты аурулар диагностикасында қолдануы:

• 
  Бас миыдың ісіктерін анықтау
  
• 
  Көз орталардың өлшемін анықтау
  
• 
  Бүйректе тастарды көрсету
  
• 
  Қан тамырларда тромбтың оқшаулаун анықтау
  

Ультрадыбысты терапияда қолдануы:

• 
  Радикулит, артрит ауруларын емдеу
  
• 
  Жарақаттарды, соғылған жерлерді, буын аралығының созылуын емдеу
  
• 
  Асқазан жараларды, гастрит, ішектегі қабыну процесстерін емдеу
  
• 
  УД-массаж
  

Ультрадыбысты хирургияда қолдануы:

• 
  УД-скальпель, жұмсақ және сүйек ұлпаларды кесу үшін
  
• 
  Стерилизация кезінде микроорганизмдерге жоятын қабілеттілігін қолдану
  

Ағза жасушасы мен ұлпаларына тигізетін ультрадыбыс әсерінің физикалық негіздері

Ультрадыбыстың әсер ету механизмінде үш түрлі әсері есепке алынады:

1. 
   механикалық
   
2. 
   физика-химиялық
   
3. 
   жылулық