Определение энергозатрат по частоте сердечных сокращений

Наше сердце – это насос, работающий в импульсном режиме с частотой около 1 Гц. Во время каждого импульса, длящегося примерно 0,25 с, сердце взрослого человека успевает вытолкнуть из себя в аорту около 0,1л крови. Околосердечная жидкость увлажняет, сердце и уменьшает трение при сокращениях сердца.

После каждого сокращения сердца вдоль артерии пробегает волна деформации, подобно тому, как распространяется волна по натянутой струне или на поверхности воды от брошенного камня. Способность сердца сокращаться обусловлена тем, что сердечная мышца активируется электрическими импульсами, возникающими в самом сердце.

Давление, создаваемое сокращением сердца, в разных его участках, неодинаково, благодаря тому, что сосуды имеют различную толщину. Кровь течёт по сосудам из области высокого давления в область низкого давления.

Кровь, возвращающаяся в правое предсердие по венам, находится под относительно малым давлением – около 1-2 мм рт. ст. Правый желудочек, посылающий кровь в легкие, во время систолы (фазы сокращения) доводит это давление примерно до 20мм рт. ст. Возвращающаяся в левое предсердие кровь опять-таки находится под низким давлением, которое при сокращении предсердия повышается до 3-4 мм рт. ст. Левый желудочек выталкивает кровь с большой силой. При его сокращении давление достигает примерно 120 мм рт. ст. , и данный уровень поддерживается в артериях всего тела. Отток крови в капилляры в промежутке между сокращениями сердца снижает артериальное давление примерно до 80 мм рт. ст. Эти два уровня давления, а именно систолическое давление (возникающее в момент сокращения) и диастолическое (во время расслабления), вместе взятые, и называют кровяным или, точнее, артериальным давлением. Таким образом, типичное «нормальное» давление-120/80 мм рт. ст.

ФИЗИКА СЛУХА.

Ухо человека состоит из наружного уха (ушной раковины и слухового прохода), среднего и внутреннего уха.

Среднее ухо представляет собой замкнутую полость объемом около 1 кубического сантиметра, расположенную в толще височной кости. От слухового прохода ее отделяет тоненькая барабанная перепонка из трех слоев: наружного, похожего по строению на кожу, внутреннего – слизистой оболочки и находящегося между ними соединительнотканного, состоящего из эластичных волокон, расположенных циркулярно и радиально. Таким образом, барабанная перепонка представляет собой гибкое и в то же время достаточно прочное образование. Звуковые волны вызывают колебания этой туго натянутой, как кожа барабана, перепонки. В то же время она служит надежной преградой против попадания в среднее ухо пылевых частиц, воды, микроорганизмов.

Барабанная полость среднего уха содержит три маленькие косточки, самые маленькие косточки нашего организма. Одна из них напоминает молоток и поэтому названа молоточком. В ней различают рукоятку, головку, шейку. Другая похожа на кузнечную наковальню и названа наковальней. Отдаленно она напоминает зуб с двумя корнями – длинным и более коротким. В этой косточке различают длинный и короткий отростки и тело наковальни. И, наконец, третья косточка называется стремечком, так как похожа на настоящее стремя. Рукоятка молоточка вплетена в барабанную перепонку, головка его соединяется с наковальней, а длинный отросток наковальни – со стремечком. Подножная пластинка (часть стремени, куда всадник ставит ногу) стремечка помещается в овальном окне лабиринта. Но лабиринт – это уже система внутреннего уха. К этим косточкам присоединяются две маленькие мышцы, меньше которых трудно найти в организме. Одна из них – стремянная, прикрепляется к стремечку, а другая – к рукоятке молоточка и называется «мышца, натягивающая барабанную перепонку», так как при ее сокращении барабанная перепонка действительно натягивается и воспринимает более слабые колебания.

Мы прислушиваемся, натягиваются мышцы, и мы различаем звуки, не слышимые раньше. Иногда даже говорят: он напряг слух. Но далеко не всегда надо «напрягать слух». На концертах современных рок-ансамблей это совсем излишне. Даже, наоборот, хочется закрыть уши, спрятаться от чрезмерно громких звуков. И тут снова приходят на выручку мышцы: они сильно-сильно сокращаются, и косточки перестают колебаться совсем. Сработала защитная реакция. Звуковая волна, пройдя систему среднего уха усиливается в 40 раз.

Наличие у человека парного слухового органа создает возможность устанавливать направление, в котором находится от него источник звука, т. п. создает бинауральный (двуушный) эффект.

Положение источника звука по отношению к голове наблюдателя достаточно объективно определяется расстоянием и углами в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Человек способен довольно хорошо различать угол в горизонтальной плоскости до 3 градусов. Угол в вертикальной плоскости и расстояние определяются на слух весьма грубо.

Амплитуда периодических колебаний давления называется звуковым давлением; его можно измерять при помощи микрофона и применять для описания звука. Как и любое другое, звуковое давление измеряется в ньютонах на квадратный метр.

На практике громкость измеряют в децибелах (дБ): 1 дБ = 0,1Б.

10 дБ — шепот;

20—30 дБ — норма шума в жилых помещениях;

40 дБ — тихий разговор;

50 дБ — разговор средней громкости;

70 дБ — шум пишущей машинки;

80 дБ — шум работающего двигателя грузового автомобиля;

100 дБ — громкий автомобильный сигнал на расстоянии 5—7 м;

120 дБ — шум работающего трактора на расстоянии 1 м;

130 дБ — порог болевого ощущения.

Порогом болевого ощущения называется интенсивность звука, вызывающего болевые ощущения. Он практически не зависит от частоты и составляет примерно 1 Вт/м2. Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.

Звук, характеризующийся только одной частотой (например, 2000Гц), называется тоном. Но в повседневной жизни чистых тонов практически не бывает. Обычные звуки, от самых музыкальных до самых шумных, почти всегда содержат много частот. Звуки, которые мы считаем музыкальными, состоят из ограниченного числа частот, обычно из основного тона с несколькими гармониками. Основной тон определяет «период повторения» сложных флуктуаций (изменение в определенных пределах) звукового давления. С помощью различных приборов можно получить почти чистые тоны, но «тоны», производимые музыкальными инструментами, содержат гармоники. Разные инструменты различаются по числу и относительной интенсивности обертонов, сопутствующих основному тону.

Если звук включает очень много частот, то тогда это «шум», а если все частоты в таком звуке обладают равными интенсивностями, то он называется белым шумом. У других шумов иные частотные спектры, но для всех таких звуков характерно, что в записях изменений во времени их уровня звукового давления отсутствует очевидная периодичность.

Физика опорно-двигательного аппарата человека.

Опорно-двигательная система человека представляет собой, с точки зрения механики, совокупность рычагов, удерживающих человека в равновесии. Но это равновесие достигается путем постоянного напряжения поддерживающих систему мышц, так как без них вся совокупность звеньев и сочленений скелета человека крайне неустойчивой.

Основу опорно-двигательного аппарата человека составляют элементы-звенья (суставы), совершающие вращательное движение вокруг неподвижных осей. Активную часть составляют мышцы. Кости скелета действуют как рычаги, которые имеют опоры в сочленениях и приводятся в движение силой тяги, развиваемой при сокращении мышц.

Движение сустава определяется числом степеней свободы в нем, которое соответствует числу осей, вокруг которых возможно вращение.

Плечевой сустав Лучезапястный сустав

В локтевом суставе руку сгибает мышца, которая называется бицепсом, а разгибает трицепс.

Мышцы - антагонисты. Приводя в движение кость, мышцы действуют как рычаг. Мышцы только тянут, а не толкают.

Рассмотрим условие равновесия рычага на примере черепа.

Ось вращения рычага (точка О) проходит через сочленения черепа с первым позвонком. Спереди от точки опоры на относительно коротком плече действует сила тяжести головы R, позади – сила F тяги мышц и связок, прикрепленной к затылочной кости.

Примером работы рычага является также действие свода стопы при подъеме на полупальцы. Опорой О рычага, через которую проходит ось вращения, служат головки плюсневых костей.

Преодолеваемая сила R-вес всего тела - приложена к таранной кости. Действующая мышечная сила F, осуществляющая подъем тела, передается через ахиллово сухожилие и приложена к выступу пяточной кости.

Соотношение длины плеч рычажного элемента скелета находится в тесной зависимости от выполняемых данным органом жизненных функций.