Biofizyka 20062007 dr in Micha Wychowaski Wydzia Rehabilitacji

Biofizyka 2006/2007 dr inż. Michał Wychowański Wydział Rehabilitacji p. 13

Plan zajęć

Regulamin Zajęcia z przedmiotu BIOFIZYKA prowadzone są w formie wykładów i ćwiczeń. Udział w ćwiczeniach przewidzianych w planie zajęć jest obowiązkowy. Student ma prawo do odrobienia zajęć z inną grupą w terminie i miejscu uzgodnionym z prowadzącym. Warunkiem koniecznym zaliczenia ćwiczeń jest uzyskanie pozytywnych ocen z obydwu kolokwiów przewidzianych w planie ćwiczeń. Ocena końcowa z ćwiczeń wystawiana jest na podstawie ocen z kolokwiów, odpowiedzi ustnych i innych prac wyznaczonych przez prowadzącego. Tematyka kolokwiów dotyczy materiału omawianego na wykładach i ćwiczeniach. Student, który uzyska ocenę 4, 5 lub 5 z ćwiczeń zostanie zwolniony z egzaminu z oceną odpowiednio 4, 5 lub 5. Studenci mają prawo do uczestnictwa w konsultacjach odbywających się w terminach ogłoszonych przez prowadzącego. Wszystkie sprawy nieuwzględnione w tym regulaminie rozstrzyga kierownik Zakładu Biomechaniki zgodnie z regulaminem studiów.

Sposób oceny sprawdzianu pisemnego • Każdy sprawdzian składa się z 2 pytań dotyczących wykładów. • 3 zadań dotyczących ćwiczeń • oraz pytania dodatkowego „rozbójnika”. • Każde pytanie i zadanie oceniane jest w skali 0 -10 pkt. • 27 -32 – dst, 33 -37 -dst plus, 38 -42 db, 4347 - db plus, 47>5 lub więcej.

Literatura • • • • • • BIOFIZYKA pod red. Feliksa Jaroszyka, PZWL, Warszawa, 2001. BIOFIZYKA DLA BIOLOGÓW pod red. Marii Baryszewskiej i Wandy Leyko, PWN, 1997. FIZYKA W MEDYCYNIE Ewa Skrzypczak, Wiedza Powszechna, 1982. CYBERNETYCZNE SYSTEMY RUCHU KOŃCZYN ZWIERZĄT I ROBOTÓW Adam Morecki, Juliusz Ekiel, Kazimierz Fidelus, PWN 1979. BIONIKA RUCHU Adam Morecki, Juliusz Ekiel, Kazimierz Fidelus, PWN 1971. PODSTAWY BIOFIZYKI pod red. Andrzeja Pilawskiego, PZWL, 1981. BIOFIZYKA DLA STUDIUJĄCYCH WYCHOWANIE FIZYCZNE, Kazimierz Bogdański, AWF w Warszawie, 1971. BIOFIZYKA Walter Beier, PWN, 1968. THE BIOPHYSICAL FUNDATION OF HUMAN MOVEMENT, Bruce Aberneth i inni, Human Kinetics Publ. , 1997. WYKŁADY Z FIZYKI R. P. Feynman i inni, PWN, 2001. WYBRANE ZAGADNIENIA Z BIOFIZYKI pod red. Stanisława Miękisza, Wydawnictwo Volumed, Wrocław, 1998. WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW M. Niezgodziński i T. Niezgodziński, PWN, 1998. ŻYWE MASZYNERJE A. V. Hill, Mathesis Polska, 1934. PODRĘCZNIK METROLOGII pod red. P. H. Sydenham, WKŁ, 1988. FIZYKA DLA PRZYRODNIKÓW J. W. Kane i M. M. Sternheim, PWN, 1988. MANIPULATORY BIONICZNE Adam Morecki, PWN, 1976. BIOMECHANIKA INŻYNIERSKA R. Będziński, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 1997. FIZYKA R. Resnick i D. Halliday, PWN, 1999. WSTĘP DO BIOFIZYKI S. Przestalski, PWN, 1970. ZARYS BIOFIZYKI E. Ackerman, PWN, 1968. WSTEP DO BIOFIZYKI R. Glaser, PZWL, 1975. MECHANIKA OGÓLNA Jan Misiak, WNT, 1993. FIZYKA SPORTU Krzysztof Ernst, PWN, 1992. ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z BIOFIZYKI I FIZYKI red Józef Terlecki, PZWL, 1999.

Wykłady 1. Biofizyka – przedmiot, zakres, historia, cechy fizyczne, pomiar, błąd pomiarowy, modelowanie matematyczne. Zasady bezpieczeństwa. (02. 10. 2006) 2. Równowaga sił w układzie mięśniowo-szkieletowym człowieka w warunkach statyki. (09. 10. 2006) 3. Zjawiska rozciągania i ściskania tkanek, naprężenia odkształcenia, prawo Hooke’a. (16. 10. 2006) 4. Zjawiska skręcania i zginania, złamania kości. Dostosowanie biernego układu ruchu do przenoszenia obciążeń mechanicznych. (23. 10. 2006) 5. Podstawy mechaniki płynów-biofizyka układu krążenia. (30. 10. 2006) 6. Wpływ czynników mechanicznych na organizm człowieka (fale dźwiękowe, przyspieszenia, ciśnienie, drgania). (06. 11. 2006) 7. Oddziaływanie prądu elektrycznego i pól elektromagnetycznych na organizm człowieka. (13. 11. 2006) 8. Fale elektromagnetyczne. Zasada działania lasera i charakterystyka promieniowania laserowego. (20. 11. 2006) 9. Elementy teorii informacji i sterowania. (27. 11. 2006) 10. Podstawy cybernetyki – regulacja procesów fizjologicznych. (04. 12. 2006) 11. Biofizyka procesów widzenia i słyszenia. (11. 12. 2006) 12. Podstawy biotermodynamiki. (18. 12. 2006) 13. Podstawy bioenrgetyki i termokinetyki. (08. 01. 2007)

Ćwiczenia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Analiza błędów, rachunek przybliżony. Równowaga układu mięśniowo – szkieletowego w warunkach statyki. Równowaga płaskiego układu sił. Obliczanie naprężeń w kościach rozciąganych, ściskanych, zginanych skręcanych. Pomiar naprężeń w kości podczas próby na maszynie wytrzymałościowej. Kinematyka, kinetyka, mechanika płynów – Obliczanie oporów aero- i hydrodynamicznych oraz parametrów przepływu. przykłady, zadania. Termodynamika, zmiany stanu skupienia. Przemiany gazowe. Termoregulacja w organizmie człowieka. SPRAWDZIAN PISEMNY Obliczanie natężenia i potencjału pola elektrostatycznego. Pomiar oporności ciała człowieka. Rozwiązywanie obwodów prądu stałego. Obliczanie pracy i mocy prądu elektrycznego. Obliczanie dawek promieniowania laserowego. Audiometria. Energetyka wysiłku fizycznego, praca, moc, sprawność. SPRAWDZIAN PISEMNY Demonstracja zjawisk optyki geometrycznej.

BHP • Przed rozpoczęciem ćwiczeń przedstawiciel grupy • • odbiera od prowadzącego klucz do szatni Obowiązuje zamiana obuwia Po opuszczeniu szatni należy zwrócić klucz do pokoju 13 W laboratorium nie wolno włączać ani korzystać z żadnych urządzeń bez zgody prowadzącego. Na ćwiczeniach należy posiadać kalkulator

Tłumaczenie • Do 4 grudnia 2006 należy przygotować streszczenie artykułu z czasopisma naukowego dotyczącego biofizyki lub nauk pokrewnych • Na początku należy wymienić wszystkich autorów, tytuł w oryginale, dokładne dane czasopisma, z którego zaczerpnięto artykuł • Następnie podać przetłumaczony tytuł • Następnie po kilka zdań na każdy z punktów: wprowadzenie, materiał i metody, wyniki badań, wnioski oraz własny komentarz • Bez szczegółów • Załączyć kserokopię artykułu

Odniesienie do artykułu Wchowanski M. , Wit A. , Slugocki G. , Gajewski J. , Orzechowski G. (2006) Modeling of minimal-time weight lifting using the elbow joint muscles. Journal of Biomechanics. Vol. 39, Suppl. 1, p. S 48, Abstract 4954.

Plan Tłumaczenia • • Tytuł Wstęp Materiał i Metody Wyniki Dyskusja Wnioski Własny komentarz

Czasopisma • • • • Теория и практика физической культуры Sportmedizin Medicine and Science in Sports Physioterapy Physical Therapy Kinesiology Journal of Biomechanics Journal of Applied Biomechanics Journal of Sport Rehabilitation Journal of Sport Sciences Human Movement Science Clinical Biomechanics Biology of Sport Gait and Posture

Fizyka fizyka (gr. physiké od phýsis ‘natura’) fiz. jedna z najważniejszych nauk przyrodniczych zajmująca się badaniem ogólnych właściwości i budowy materii oraz zjawiskami, które w niej zachodzą; dzieli się na f. eksperymentalną (doświadczalną) zajmującą się wykrywaniem i badaniem zjawisk fiz. oraz f. teoretyczną, która opisuje i grupuje przy użyciu matematyki zjawiska fiz. na podstawie wyników ich badań i obserwacji; istnieją także podziały f. ze względu na opisywane zjawiska, np. mechanika, optyka oraz ze względu na przedmiot badań, np. f. atomu, ciała stałego, geofizyka Hasło opracowano na podstawie „Słownika Wyrazów Obcych” Wydawnictwa Europa, pod redakcją naukową prof. Ireny Kamińskiej-Szmaj, autorzy: Mirosław Jarosz i zespół. ISBN 83 -87977 -08 -X. Rok wydania 2001.

Biofizyka biofizyka (bio- + gr. physiké) biol. , fiz. nauka wyjaśniająca budowę organizmów oraz ich przemiany za pomocą praw fizyki, np. przemiana energii świetlnej w inne formy energii, wpływ promieniowania rentgenowskiego na organizm, optyka oka, dyfuzja organiczna, współzależność budowy i funkcji. Hasło opracowano na podstawie „Słownika Wyrazów Obcych” Wydawnictwa Europa, pod redakcją naukową prof. Ireny Kamińskiej. Szmaj, autorzy: Mirosław Jarosz i zespół. ISBN 83 -87977 -08 -X. Rok wydania 2001.

Prekursorzy biofizyki • Galvani, Helmholtz, Mayer, Young – zajmowali się układami i procesami biologicznymi • Herman Helmholtz (1821 -1854) ojciec biofizyki badał zmysły słuchu i wzroku w kategoriach fizyki, zajmował się badaniem struktur antropofizycznych w zakresie ich przejawów natury psychofizycznej, twórca optyki geometrycznej, zajmował się termodynamiką • Luigi Galvani (1737 -1798) zaobserwował zjawisko kurczenia wypreparowanego mięśnia żaby przy dotknięciu metalowym narzędziem co dopiero 10 lat później wytłumaczył Volta • Alessandro Volta (1754 -1827) pionier badań nad elektrycznością • Sir Archibald Vivian Hill (1886 -1977) fizjolog brytyjski

Biofizyka • Biofizyka zajmuje się układami biologicznymi i stawia sobie za cel poznanie fizycznej struktury tych układów, jak i fizycznej interpretacji ich funkcji. Ze względu na hierarchię struktur biologicznych dzieli się zazwyczaj biofizykę na: molekularną, komórkową, biofizykę układów biologicznych, do całych organizmów włącznie. Biofizyka zajmuje się także wpływem czynników fizycznych na struktury biologiczne oraz na ich funkcje. Biofizyka dzieli się na czystą i stosowaną. • Uprawianie biofizyki wymaga znajomości matematyki, fizyki, biologii, chemii, biochemi.

Nauki pokrewne • • Biologia (od gr. bios – życie) ogół nauk wszechstronnie badających przyrodę żywą (organiczną), jej powstanie i rozwój, procesy życiowe człowieka, zwierząt, roślin. Fizjologia nauka o czynnościach żywych organizmów. Cybernetyka powstała po II wojnie światowej Wiener określił ją jako naukę o sterowaniu i przesyłaniu informacji w maszynach i żywych organizmach a nawet społeczeństwach. Biocybernetyka czyli biologia cybernetyczna – zastosowanie aparatu cybernetyki w badaniach biologicznych. Inżynieria biomedyczna – technologia w medycynie. Biochemia – biofizyka wyodrębniła się z biochemii w wyniku zastosowanioa w badaniach struktur i funkcji cząsteczek biologicznych wysoce skomplikowanych metod eksperymentalnych wymagających wiedzy fizycznej Bionika ruchu zagadnienia dotyczące własności układów biologicznych i ich wykorzystaniem w budowie układów technicznych. Biomechanika – nauka o ruchu żywych organizmów

Biofizyka • Według Beiera’ Biofizyka jest typową nauką graniczną; trudno jest tu przeprowadzić ostry podział między fizyką, chemia a fizjologią. • Celem wykładów i ćwiczeń z biofizyki jest nauczenie studentów podstaw badania człowieka metodami fizyki.

Główne metody fizyki • Pomiar – porównanie danej wielkości fizycznej z przyjętą jednostką. • Modelowanie matematyczne – uogólnienie zdobytych informacji w postaci wzorów matematycznych opisujących badane zjawisko.

Pomiar to doświadczenie, którego celem jest wyznaczenie wartości liczbowej wielkości albo miary wielkości. Wielkość jest abstrakcyjną cechą obiektów określonej kategorii. Wartość liczbowa wielkości jest liczbą równą stosunkowi tej wielkości do wielkości przyjętej jako jednostka miary. Wielkość musi być zdefiniowana, a mierzyć ją można dopiero po przyjęciu jednostki miary. Janusz M. Jaworski

Jednostki podstawowe SI • metr [m] – długość równa 1 650 763, 73 długości fali w próżni promieniowania monochromatycznego o barwie pomarańczowej, emitowanego przez izotop kryptonu 86 • kilogram [kg] • sekunda [s] • amper [A] • kelwin [K] • kandela [cd] • radian [rad] • steradian [sr]

Średnia z pomiarów • Każdy pomiar obarczony jest błędem ! • Średnia • n - liczba pomiarów

Dokładność pomiaru • Niepewność przeciętna • Niepewność standardowa • Niepewność względna

Model • Wyidealizowany, uproszczony obraz rzeczywistego układu lub zjawiska zachowujący niektóre jego istotne cechy a pozbawiony innych, drugorzędnych.

Model • Słowo model powstało z łacińskiego słowa „modus” co znaczy miara, obraz, sposób. • Przez model rozumie się taki dający się pomyśleć lub materialnie zrealizować układ, który odzwierciedlając przedmiot badania, zdolny jest zastępować go tak, że jego badanie (modelu) dostarcza nam nowej informacji o tym przedmiocie W. Sztoff

Model matematyczny F ___ a= m