Как инерциальная система ориентации

Вестибулярный аппарат

Сложение одинаково направленных колебаний. Явление интерференции.

Явление интерференциипроисходит при взаимодействии двух и более волн одинаковой частоты, распространяющихся в различных направлениях. При этом оно наблюдается и у волн, распространяющихся в средах, и у электромагнитных волн (см. Спектр электромагнитного излучения). То есть интерференция является свойством волн как таковых и не зависит ни от свойств среды, ни от ее наличия. Чтобы понять ее механизм, проще всего вернуться к примеру волн на водной поверхности и представить себе, что каждая волна несет в себе инструкцию для элементов поверхности, например «подняться на 1 метр» или «опуститься на 30 см». В точке взаимодействия двух волн поверхность просуммирует две такие инструкции — в данном примере, она поднимется на 70 см (1 метр минус 30 см).

 

 

Вынужденные колебания. Резонанс

 

Колебания, совершающиеся под воздействием внешней периодической силы, называются вынужденными.

В этом случае внешняя сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения.

Периодическая внешняя сила может изменяться во времени по различным законам. Особый интерес представляет случай, когда внешняя сила, изменяющаяся по гармоническому закону с частотой ω, воздействует на колебательную систему, способную совершать собственные колебания на некоторой частоте ω₀.

Если свободные колебания происходят на частоте ω₀, которая определяется параметрами системы, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешней силы.

После начала воздействия внешней силы на колебательную систему необходимо некоторое время Δt для установления вынужденных колебаний. Время установления по порядку величины равно времени затухания τ свободных колебаний в колебательной системе.

В начальный момент в колебательной системе возбуждаются оба процесса – вынужденные колебания на частоте ω и свободные колебания на собственной частоте ω₀. Но свободные колебания затухают из-за неизбежного наличия сил трения. Поэтому через некоторое время в колебательной системе остаются только стационарные колебания на частоте ω внешней вынуждающей силы.

Рассмотрим в качестве примера вынужденные колебания тела на пружине (рис. 2.5.1). Внешняя сила приложена к свободному концу пружины. Она заставляет свободный (левый на рис. 2.5.1) конец пружины перемещаться по закону

y = ym cos ωt.

где y_m – амплитуда колебаний, ω – круговая частота.

Резона́нс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается величиной, называемой добротность. Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн.

 

 

Эффект Доплера

Если источник звука и наблюдатель движутся друг относительно друга, частота звука, воспринимаемого наблюдателем, не совпадает с частотой источника звука. Это явление носит название эффекта Доплера (1842 г.).Звуковые волны Распространяются в воздухе (или другой днородной среде) с постоянной скоростью, которая зависит только от свойств среды. Однако, длина волны и частота звука могут существенно изменяться при движении источника звука и наблюдателя. Рассмотрим простой случай, когда скорость источника νИ и скорость наблюдателя νН относительно среды направлены вдоль прямой, которая их соединяет. За положительное направление для νИ и νН можно принять направление от наблюдателя к источнику. Скорость звука ν всегда считается положительной.

Если наблюдатель движется в направлении источника (νН > 0), то fН > fИ, если наблюдатель движется от источника (νН < 0), то fН < fИ.

Если источник удаляется от наблюдателя, то υН > 0 и, следовательно, fН < fИ. Если источник приближается к наблюдателю, то νН < 0 и fН > fИ. В общем случае, когда и источник, и наблюдатель движутся со скоростями νИ и νН, формула для эффекта Доплера приобретает вид:

Это соотношение выражает связь между fН и fИ. Скорости νИ и νН всегда измеряются относительно воздуха или другой среды, в которой распространяются звуковые волны. Это так называемый нерелятивистский Доплер-эффект.В случае электромагнитных волн в пустоте (свет, радиоволны) также наблюдается эффект Доплера. Так как для распространения электромагнитных волн не требуется материальная среда, можно рассматривать только относительную скорость υ источника и наблюдателя. Выражение для релятивистского Доплер-эффекта имеет вид

где c – скорость света. Когда υ > 0, источник удаляется от наблюдателя и fН < fИ, в случае υ < 0 источник приближается к наблюдателю, и fН > fИ.

Доплер-эффект широко используется в технике для измерения скоростей движущихся объектов («доплеровская локация» в акустике, оптике и радио).

Эхокардиография - (echocardiography) - использование ультразвуковых волн для исследования и наблюдения функции сердца. Применяется для диагностирования и выявления врожденных и приобретенных заболеваний сердца; является совершенно безопасным, безболезненным и доступным методом исследования, устраняющим необходимость в проведении сердечной катетеризации. В М-модной эхокардиографии (M-mode echocardiography) в процессе исследования используется единичный импульс ультразвука. Получаемое изображение не является анатомическим, однако позволяет точно определить размеры сердца и диагностировать поражение клапанов сердца, а также заболевания миокарда и перикарда. Поперечная эхокардиография (cross-section echocardiography) (двухмерная эхокардиография (two-dimensional echocardiography) или Эхокардиография в реальном масштабе времени (real-time echocardiography)) использует множественные ультразвуковые импульсы для получения томографических изображений (см. Томография), с помощью которых врач может четко увидеть строение сердца. При доплеровской эхокардиографии (Dopplcr echocardiography) ультразвук отражается от движущихся эритроцитов в соответствии с доплеровским эффектом (изменение частоты ультразвуковых волн, наблюдаемое при относительном движении источника излучения и приемника); данный вид эхокардиографии используется для определения кровотока и давления внутри сердца и крупных кровеносных сосудов. Он применяется также для диагностики поражений клапанов сердца и определения места внутрисердечного шунтирования.

В медицинских приложениях скорость ултьразвука значтельно больше скорости движения объекта т ().для этих случаев имеем:

 

 

\эффект Доплера используется для определения скорости кровотогка, скорости движения клапанов и степок сердца (дплеровская кардиография) и других органов.

 

 

16. Физические основы звуковых методов исследования в клинике

Звук, как и свет, является источником информации, и в этом его главное значение. Звуки природы, речь окружающих нас людей, шум работающих машин многое сообщают нам. Чтобы представить значение звука для человека, достаточно временно лишить себя возможности воспринимать звук – закрыть уши. Естественно, что звук может быть и источником информации о состоянии внутренних органов человека.

Распространенный звуковой метод диагностики заболеваний – аускультация (выслушивание). Для ау-скультации используют стетоскоп или фонендоскоп. Фонендоскоп состоит из полой капсулы с передающей звук мембраной, прикладываемой к телу больного, от нее идут резиновые трубки к уху врача. В полой капсуле возникает резонанс столба воздуха, вследствие чего усиливается звучание и улучшается ау-скультация. При аускультации легких выслушивают дыхательные шумы, разные хрипы, характерные для заболеваний. По изменению тонов сердца и появлению шумов можно судить о состоянии сердечной деятельности. Используя аускультацию, можно установить наличие перистальтики желудка и кишечника, прослушать сердцебиение плода.

Для одновременного выслушивания больного несколькими исследователями с учебной целью или при консилиуме используют систему, в которую входят микрофон, усилитель и громкоговоритель или несколько телефонов.

Длядиагностики состояния сердечной деятельности применяется метод, подобный аускультации и называемый фонокардиографией (ФКГ). Этот метод заклю16б чается в графической регистрации тонов и шумов сердца и их диагностической интерпретации. Запись фонокардиограммы производят с помощью фонокардиографа, состоящего из микрофона, усилителя, системы частотных фильтров и регистрирующего устройства.

Принципиально отличным от двух изложенных выше звуковых методов является перкуссия. При этом методе выслушивают звучание отдельных частей тела при их простукивании. Схематично тело человека можно представить как совокупность газонаполненных (легких), жидких (внутренние органы) и твердых (кость) объемов. При ударе по поверхности тела возникают колебания, частоты которых имеют широкий диапазон. Из этого диапазона одни колебания погаснут довольно быстро, другие же, совпадающие с собственными колебаниями пустот, усилятся и вследствие резонанса будут слышимы. Опытный врач по тону перкуторных звуков определяет состояние и расположение (тонографию) внутренних органов.

 

 

11.Понятие об аудиометрии Воспринимая тоны, человек различает их по высоте.

Высота тона — субъективная характеристика, обусловлен­ная прежде всего частотой основного тона.

В значительно меньшей степени высота зависит от сложности тона и его интенсивности: звук большей интенсивности восприни­мается как звук более низкого тона.

Тембр звука почти исключительно определяется спектраль­ным составом.

. Громкость — еще одна субъективная оценка звука, которая характеризует уровень слухового ощущения.

Несмотря на субъективность, громкость может быть оценена количественно путем сравнения слухового ощущения от двух ис­точников.

В основе создания шкалы уровней громкости лежит важный психофизический закон Вебера—Фехнера: если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии (т. е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в ариф­метической прогрессии

Математически это означает, что громкость звука пропорци­ональна логарифму интенсивности звука. Если действуют два зву­ковых раздражения с интенсивностями / и /₀, причем /₀ — порог слышимости, то на основании закона Вебера—Фехнера громкость относительно /₀ связана с интенсивностью следующим образом:

Е= klg(I/I₀), (6.3)

где k — некоторый коэффициент пропорциональности, завися­щий от частоты и интенсивности.

Если бы коэффициент k был постоянным, то сле­довало бы, что логарифмическая шкала интенсивностей звука соответствует шкале громкостей.

Метод измерения остроты слуха называют аудиометрией.

При аудиометрии на специальном приборе (аудиометре) опре­деляют порог слухового ощущения на разных частотах; получен­ная кривая называется аудиограммой. Сравнение аудиограммы больного человека с нормальной кривой порога слухового ощуще­ния помогает диагностировать заболевание органов слуха.

Для объективного измерения уровня громкости шума исполь­зуется шумомер. Структурно он соответствует схеме, изображен­ной на рис. 6.3. Свойства шумомера приближаются к свойствам человеческого уха, для этого для разных диапазонов уровней громкости используются корректирующие электрические фильтры.

 

Высота.

Как Вы знаете, источником звучания инструмента является колебание струн, переходящее в колебание воздуха. Таким образом, толстые и длинные струны издают низкий (мягкий) звук, а вот тонкие и короткие - высокий. То есть получается, что звук будет выше, при меньшей массе музыкального тела.

При этом соотношение частоты колебания звуков между звуками отстоящих друг от друга на октаву равно 2 к 1. То есть Соль первой октавы имеет частоту 392 Гц, а второй октавы - в два раза больше - 784 Гц

Тут приведем таблицу звуков частот каждой из нот!!!

Громкость звука

Так же может называться динамикой и силой звука. Идиница измерения - децибелы (обозначается дБ). При этом если звук увеличивается в 2-а раза, это значит увеличение громкости звука на 10 дБ. Чрезмерная громкость звука вредна для человеческого здоровься, так вредный порог начинается с 90 дБ, а болезненный со 130 дБ, при этом звук более 180 дБ уже смертельно опасен.

Исли мы приведем таблицу громкости, то будет видно, что рок-концерты обладают весьма существенной динамикой.

Фортепьяно	60 дБ
Идущий поезд	100 дБ
Реактиыный самолёт	110 дБ
Артелирийский обстрел	130 дБ
Рок-концерт	110-120 дБ

От сюда видно, что рок-концерты находятся во вредном диапазоне звучания. Именно поэтому во многих странах действую ограничения на громкость звука. В принципе на концерты мы ходим не каждый день, поэтому организм успешно справляется с таким стрессом.

Тембр

Понятие тембра можно рассмотреть на примере певцов. Вспомните - каждый певец имеет неповторимое звучание своего голаса, а всё благодаря чему? Благодаря уникальному строению своих голосовых связок и различных резонаторов внутренних органов (легкие, горло, зубы и так далее), которые добавляют к "основному" звучанию (к основному тону) различные призвуки. Именно голоса с одинаковой частотой звучат совершенно по-разному.

Так и у гитары (да и у любого струнного инструмента). Во время игры струны звучат не только целиком, но к их звучанию добаляются коллебания половины струны, четверти и так далее. Да, эти звуки называются обертонами. Об обертонах мы говорим в статье о Флажолетах в нашем самоучителе.

Ну и осталось сказать только о человеческом слухе. Слух делится на три типа - тембровый, звуковысотный, динамический. То есть некоторые люди воспринимают звуки по-разному. Одни люди больше обращают внимание на громкость звука, другие на его чувсвительность и интонацию. Одним из самых полезных для музыканта является - звуковысотный слух. Именно он позволяет улавливать различие между тонами (по сути слышать каждую ноту), тем самым помагая уловить эмоциональную окраску произведения.

Чем больше человек занимается музыкой, тем больше у него начинает развиваться музыкальный слух во всех его проявлениях.

 

Физика слуха

Ушная раковина у человека играет существенной роли для слуха. Она способствует определению локализации источника звука при его расположении в переднезаднем направлении. Звук от источника попадает в ушную раковину. В за­висимости от положения источника в вертикальной плоскости звуковые волны будут по-разному дифрагировать на уш­ной раковине из-за ее специфической формы. Это приведет и к из­менению спектрального состава звуковой волны, попадающей в слуховой проход.

Обладая двумя звукоприемниками (ушами), человек и живот­ные способны установить направление на источник звука и в гори­зонтальной плоскости (бинауральный эффект). Это объ­ясняется тем, что звук от источника до разных ушей проходит раз­ное расстояние и возникает разность фаз для волн, попадающих в правую и левую ушные раковины.

 

Кроме фазового различия бинауральному эффекту способству­ет неодинаковость интенсивностей звука у разных ушей, а также и «акустическая тень» от головы для одного уха. Звуковая волна проходит через слуховой проход и частично от­ражается от барабанной перепонки. В результате интерференции падающей и отраженной волн может возникнуть акустический резонанс. В этом случае длина волны в четыре раза больше длины наружного слухового прохода. Длина слухового прохода у человека приблизительно равна 2,3 см; следовательно, акустический резонанс возникает при частоте

 

Наиболее существенной частью среднего уха являются барабан­ная с соответствующими мышцами, сухожилиями и связ­ками. Косточки осуществляют передачу механических колебаний от воздушной среды наружного уха к жидкой среде внутреннего. Жидкая среда внутреннего уха имеет волновое сопротивление, при­близительно равное волновому сопротивлению воды, при прямом переходе звуковой волны из воздуха в воду передается лишь 0,123% падающей интенсивности. Это слиш­ком мало. Поэтому основное назначение среднего уха — способство­вать передаче

внутреннему уху большей интенсивности звука. Ис­пользуя технический язык, можно сказать, что среднее ухо согласу­ет волновые сопротивления воздуха и жидкости внутреннего уха.

Еще одна из функций среднего уха — ослабление передачи ко­лебаний в случае звука большой интенсивности. Это осуществля­ется рефлекторным расслаблением мышц косточек среднего уха.

Среднее ухо соединяется с атмосферой через слуховую (евста­хиеву) трубу.

Наружное и среднее ухо относятся к звукопроводящей систе­ме. Звуковоспринимающей системой является внутреннее ухо.

Главной частью внутреннего уха является улитка, преобразую­щая механические колебания в электрический сигнал. Кроме улитки к внутреннему уху относится вестибулярный аппарат, который к слуховой функции отношения не имеет.

 

На основании этих наблюдений были разработаны теории, со­гласно которым восприятие высоты тона определяется положени­ем максимума колебания основной мембраны. Таким образом, во внутреннем ухе прослеживается определенная функциональная цепь: колебание мембраны овального окна — колебание перилим-фы — сложные колебания основной мембра­ны — раздражение волосковых клеток (ре­цепторы кортиева органа) — генерация элек­трического сигнала.

 

Некоторые формы глухоты связаны с пора­жжение рецепторного аппарата улитки. В этом случае улитка не генерирует электрические сигналы при воздействии механических ко­лебаний. Можно помочь таким глухим, для этого необходимо имплантировать электроды в улитку и подавать на них электрические сиг­налы, соответствующие тем, которые возника­ют при воздействии механического стимула

Такое протезирование основной функции улитки (кохлеарное протезирование) разра­батывается в ряде стран. В России кохлеар­ное протезирование разработано и осуществ­лено в Российском медицинском университе­те.

 

Кохлеарный протез показан на рис. 6.12, здесь 1 — основной корпус,, 2 — заушина с микрофоном3 — вилка электрического разъема для подсоединения к имплантируе­мым электродам.

 

15.Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц. Звуковые колебания с более высокой частотой называют гиперзвуком. В жидкостях и твердых телах звуковые колебания могут достигать 1000 ГГц.

Закон Ампера

Одним из главных проявлений магнитного поля является его

силовое действие на движущиеся электрические заряды и токи

В результате обобщение многочисленных опытных данных

А.М.Ампером был установлен закон, определяющий это силовое

воздействие.

Приведем его в дифференциальной форме, что позволит вычислять силу, действующую на различные контуры с током, расположенные в магнитном поле.

Произведение Idi называют элементом тока. Сила, действующая со стороны магнитного поля на элемент тока,

Доделать!!!!!!!!!

 

 

Начало термодинамики

Состояние термодинамической системы характеризуется физическими величинами, называемыми nараметрами сисмемы (давление, температура,плотность и т. д.).еслили параметры Системы при Взаимодействии

ее с окружающими телами не изменяются с течение Времени, то СОСТОЯНие системы называют стационарным. Пример, в течение небольшого отрезка Времени: Состояние Внутренней части работающего дОмашнего холодильника, состояние тела человека, Состояние Воздуха В Отапливаемом помещении и т. д.Стационарное состояние поддерживается за счет потоков энергии, и вещества, проходящих через систему. Ясно, что в стационарном в состояниии могут находиться такие системы, которые либо обмениваются и энергией, и веществом с окружающими системами (открытые системы), либо обмениваются только энергией (закрытые

системы).Термодинамичесская система, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом, называется изолированной. Изолированная система со временем переходит в состояние термодинамического равновесия. В этом состонии, как и в стационарном, параметры системы сохраняются не

изменными во времени.

системы. Рассмотрим подробнее взаимодействие закрытой системы с окружающими телами. Обмен энергией между ними может осуществляться в двух различных процессах при совершении работы

и при теплообмене.Мерой передачи энергии в процессе теплообмена является количество теплоты, а мерой передачи энергии в процессе совершения работы является работа.

Закон сохранения энергии для тепловых процессов формулируется как первое начало термодинамики. Количесмво теплоты, переданное системе, идем на изменение внутренней энергии системы и совершение системой работы:

 

 

Под внутренней энергией системы понимают сумму кинетической и потенциальной энергий частиц, из которых состоит система. Внутренняя энергия U является функцией состояния системы и для данного состояния имеет вполне определенное значение; dU есть разность двух значений внутренней энергии, соответствую-

щих конечному и начальному состояниям системы: dU = U2 — U1.

Количество теплоты Q, как и работа, является функцией процесса, а не состояния. И количество теплоты, и работу нельзя выранить в виде разности двух значений какого-либо параметра в конечном и начальном состояниях. В связи с этим Q u А в формуле записаны без знака приращения d.

 

Начала термодинамики

второе начало термодинамики, так же как и первое, является

обобщием данных опыта.

существует несколько формулировок второго закона термодинамики: теплота Самопроизвольно не Может nepexoдить от

тела с меньшей темnературой к телу с большей температурой

(формулировка Клаузиуса), или невозможен вечный двигатель второго рода (формулировка Томсона), т. е. невозможен

такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в в работу вследствие охлаждекия тела.

тепловой машине.

Рассмотрим некоторые термодинамические понятия, которые

позволяют количественно выразить второе начало термодинамики. Процесс 1—2 называют обратимым’ если можно совершить

обратный процесс 2—1 через все промежуточные состояния так чтобы после возвращения системы в исходное состояние в

окружающих телах не произошло каких-либо изменений. Обратимый процесс является физической абстракцией. Все реальные процессы необратимы хотя бы из-за наличия силы тр

ния, которая вызывает нагревание окружающих тел. Для возвращения

системы в начальное состояние во всех этих случаях необходимо

шение работы внешними телами.

Циклом или круговым процессом называют процесс, при котором система

возвращается в исходное состояние.

Коэффициентом

полезного действия тепловой машины

или прямого цикла называют отношение совершённой работы

к количеству теплоты, полученному рабочим веществов от нагревания:

 

 

сумму приведенных количеств теплоты для обратимого процесса можно представить как разность двух значений

некоторой функции состояния системы, которую называют энтропией:

 

 

где s2 и — энтропия соответственно в конечном 2 и начальном

1 состояниях. Итак, энтропия есть функция состояния системы, разность значений которой для двух состояний равна сумме приведенных количеств теплоты при обратимом переходе систе

мы из одного состояния в другое. Установим физический смысл энтропии.

формула дает только разность энтропий, сама же энтропия определяется с точностью до произвольной постоянной:

 

 

Полное uзменение энтро

пии системы положительно:

 

следовательно, энтропия изолированной системы возрастает. Если бы в этой системе происходил самопроизвольньтй переход теплоты от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой, то энтропия системы при этом уменьшилась бы:

 

а это противоречит

 

 

Таким образом, в uзолированной системе не могут протекать такие процессы, которые приводят к уменьшению энтропии системы (еще одна формулировка второго Начала термодинамики).

Увеличение энтропии в изолированной системе не будет происходить беспредельно. В рассмотренном выше примере температ

ры тел со временем выравняются, теплопередача между ним

прекратится и наступит равновесное состояние.

В этом состоянии параметры системы будут оставаться Неизменными,

энтропия достигнет максимума.

Согласно молекулярно кинетической теории, энтропию наиболее удачно можно охарактеризовать как меру непорядоченност~

расположения частиц системы. Так, например, при уМеньшении объема газа его молекулы вынуждены занимать все более определенные положения одна относительно другой, что соответствует большему порядку в системе, при этом Энтропия убывает. Когда газ конденсируется или жидкость кристаллизуется при постоянной температуре, то выделяется теплота, энтропия Убывает. в

Этом Случае ПРОИСХОДИТ увеличение Порядка в расположении

частиц.

Неупорядоченность СОСТОЯНИЯ системы количественно характеризуется термодинамической вероятностью Wтер.

Термодинамической вероятностью называют число способов размещения частиц или число миросостояний, реализующих данное макросостояние.

 

Стационарное состаяние.

Реальные процессы и состояния в природе и технике явля-

ются неравновесными, а многие системы — открытыми.

Эти процессы и системы рассматриваюмся в неравновесной

термо динамике. В

неравновесной термодинамике особую роль играют стационарные состояния.

В равновесном состоянии, как уже отмечалось, энтропия мак-

имальна. для стационарных состояний И. Пригожин также указал экстремальное значение некоторой функции, сформулировав

ринцип минимума производства энтропии: в стационарном со-

состоянии системы скорость возникновения энтропии вслед-

мние необратимых процессов имеет минимальное значение

при данных внешних условиях,

nрепятствующих достижению системой равновесного состояния (ds~/dt> О и минимальна).

Согласно принципу Пригожина, в системе при стационарном состоянии внутренние неравновесные процессы (диффузия, Ten-

лопроводность, химические реакции и др.) протекают так, что

ежесекундный прирост энтропии минимален. Это означает, что

система за счет внутренних необратимых процессов не способна выйти из стационарного состояния. Так, если за счет небольших отклонений (флуктуаций) система несколько и отклонилась бы от стационарного состояния, то стремление внутренних процессов

уменьшить ds/dt вернет систему вновь к этому состоянию.

Отметим, что все изложенное, в том числе и принцип Пригожкина, справедливо при заданных и неизменных внешних условиях. При изменении внешнего воздействия (потоков, входящих и

исходящих из системы) система уходит из одного стационарного

состояния и переходит в другое в том случае, если новые внешние

словия будут сохраняться во времени.

Примерами переходных процессов Между стационарными состояниями В биологических Системах ЯВЛЯЮТСЯ

генерация нервого Импульса, мьшечНое Сокращение и др.

 

 

Работа сил эл поля

Графческое описание

Силовой характеристикой злектрического поля является

напряженность, равяая отношению силы, действующей в

данной точке поля на точечный заряд, к этому заряду

 

 

Напряженность — вектор, направление которого совпадает с направлением силы, действующей в даиной точке поля на положительный точечный заряд.

Пусть заряд перемещается в эл. поле по траектории 1-а-2.Силы поля при этом совершаю

работу, которую можно выразить через напряженность.

 

Из этого видно:

что работа сил электростатическог

поля (электрического поля неподвижных зарядов) не зависит от траектории, по которой перемещаетёя заряд в этом поле, а опрделяется нач. и кон.положениями заряда

что если нач. и кон. Точки совпадают, то работа = 0. Поля, обла даюищие таким свойством, называют потенциальными.

работа сил поля при перемещении заряда по одной и той же траектории в противоположных

правлениях отличаются только знаком.

 

 

понятие потенциала. Однако для данной точки поля оно имеет однозначный смысл только в том случае, если задан потенциал какой-либо произвольной точки

поля. На практике принято считать, что потенциал проводников, соединенных с землей, или потенциал шасси, на котором смонтировано радиоустройство (и в том и в другом случаях говорят о заземлении), равны нулю. В теоретических задачах обычно считают равным нулю потенциал бесконечно удаленных точек.

Потенциалы электрического

поля в различных точках

наглядно можно представить в виде поверхностей одинакового потенциала (эквипотенциальных поверхностей). Обычно

проводят эквипотенциальные поверхности, отличающиеся от соседних на одно то же

значение потенциала.

Электрическое поле графически удобно представлять силовыми линиями, они проводятмя так, чтобы вектор напряженности в каждой точке поля был касателен к ним, а густота силовых линий была бы пропорциональна модулю вектора напряженности. При этом условились, что линии нач. на + заряде и зак. На – или уходят на бесконечность.

 

На рис. изображены экв. поверхности (штриховые) и силовые линии (сплошные) поля двух разноименных одинаковых точечных зарядов.

В направлении, перпендикулярном силовой линии, имеем

Из этого следует, что силовые линии и эквип. Порхности взаимноперпендиулярны.

 

Элементарная работа, совершаемая силой F при перемещении точечного электрического заряда из одной точки электростатического поля в другую на отрезке пути , по определению равна

где - угол между вектором силы F и направлением движения . Если работа совершается внешними силами, то dA0. Интегрируя последнее выражение, получим, что работа против сил поля при перемещении пробного заряда из точки “а” в точку “b” будет равна

где - кулоновская сила, действующая на пробный заряд в каждой точке поля с напряженностью Е. Тогда работа

Пусть заряд перемещается в поле заряда q из точки “а”, удалённой от q на расстоянии в точку “b”, удаленную от q на расстоянии (рис 1.12).

Как видно из рисунка тогда получим

Как было сказано выше, работа сил электростатического поля, совершаемая против внешних сил, равна по величине и противоположна по знаку работе внешних сил, следовательно

 

Эквипотенциальные поверхности

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью.

Между двумя любыми точками на эквипотзенциальной поверхности разность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю. Это означает, что вектор силы в любой точке траектории движения заряда по эквипотенциальной поверхности перпендикулярен вектору скорости. Следовательно, линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности.

Эквипотенциальными поверхностями поля точечного электрического заряда являются сферы, в центре которых расположен заряд (рис. 112).

Эквипотенциальные поверхности однородного электрического поля представляют собой плоскости, перпендикулярные линиям напряженности (рис. 113).

Линии напряжённости электрического поля

Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности

Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и кончаются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность.

Распределение линий напряженности вокруг точечного заряда показано на рис. 106 а, б.

Определяя направление вектора в различных точках пространства, можно представить картину распределения линий напряженности электрического поля.

Для двух одноименных зарядов эта картина имеет вид, показанный на рис. 107, для разноименных — на рис. 108.

 

 

Электрический диполь

Электрическим диполем называют систему, состоящую

из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических

зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя).

Основной характеристикой диполя является его

электрический момент (дипольный момент) — вектор, равный произведению заряда

на плечо диполя, направленный от отрицательного заряда к положительному:

 

 

Единицей электрического момента диполя является

кулон-мемр.

Поместим диполь в однородное электрическое поле напряжен

ностью Е..

На каждый из зарядов диполя действуют силы и