Біофізика живих організмів через силу пружності

Учитель фізики : Довгаль Олена Сергіївна. Біофізика живих організмів через силу пружності

Сила пружності навколо нас

Часто слово сила асоціюється у нас лише з силою м’язів людини, наприклад, з бодібілдерами, боксерами тощо. С и л и

Що ж таке сила?Сила – це фізична величина, яка кількісно характеризує дію одного тіла на інше. У системі CI сила вимірюється в ньютонах (Н). Сила- це векторна величина, тобто має напрямок. Позначається літерою F

Давайте докладніше розглянемо сили пружності.

Якщо на тіло діє зовнішня сила, яка намагається змістити атоми або молекули тіла з їхніх положень, то тіло може змінити свою форму, тобто деформуватись.

Деформацією твердого тіла називають зміну форми, розмірів або об’єму тіла під дією зовнішніх сил..

Розрізняють пружну і пластичну деформації. Пружна деформація повністю зникає після припинення дії зовнішніх сил. (Малюнок А)Пластична деформація не зникає після припинення дії зовнішніх сил. (Малюнок Б)

Під час деформацій, під дією зовнішньої сили, частинки тіла (атоми, молекули) зміщуються зі своїх положень. При цьому всередині тіла виникає сила протидії у протилежному напрямку, що намагається повернути частинки в положення рівноваги. Ця сила і буде силою пружності.

Сили пружності спрямовані перпендикулярно до поверхні деформованого тіла ( ) — наприклад, нормальна реакція опори (сила пружності підставки), або вздовж нитки ( )

Сили пружності — це сили, які виникають при деформації тіла і перешкоджають цій деформації.

Так як сила пружності виникає між молекулами чи атомами, які втримуються електромагнітною взаємодією, то і вона сама має електромагнітну природу.

Якщо відстань між частинками зростає, то міжмолекулярні сили притягання стаютьсильнішими за сили відштовхування. Якщо ж частинки зближуються, то сильнішими стають міжмолекулярні силивідштовхування. Іншими словами: у разі деформації частинки «прагнуть» відновити положення рівноваги.

У випадку пружної деформації модуль сили пружності визначається за законом Гука: Сила пружності при пружній деформації прямо пропорційна абсолютному подовженню тіла і протилежно до нього напрямлена. Fпруж – сила пружності-k – жорсткість тілаx – видовжиння тіла

Роберт Гук народився 18 липня 1635 року у містечку Фрешуотер на англійському острові Уайт в сім’ї настоятеля місцевої церкви. Хлопчик рано проявив схильності до винахідництва, але через слабке здоров’я не зміг вчасно піти в початкову школу.

Сучасник Ньютона Р. Гук не раз стояв на порозі великих відкриттів (закон всесвітнього тяжіння, відкриття якого він оскаржував у Ньютона), але, не володіючи математикою достатньою мірою обмежувався лише унікальними припущеннями. Фізика знає його як ученого, який першим відкрив зв’язок сили пружності і деформації.

Коефіціє́нт жо́рсткості — характеристика здатності стрижня або пружини зазнавати пружної деформації під дією навантаження, яка пов'язує між собою силу пружності та абсолютне видовження

Формули коефіцієнта жорсткостіk= mg/x(l)

Підведемо підсумки Сили пружності: Виникають при дефрмаціїОдночасно у двох тіл. Перпендикулярні поверхніПротилежні зміщенню. При малих деформаціях виконується закон Гука: Fпружн.= - kx

Пружність і живі організми

Ми вже з’ясували, що таке сила пружності, як вона діє, розібрали формули. Та давайте подивимось, як пружність пов’язана з живими організмами.

Як і все живе, організм людини складається з клітин.  Форма і розміри клітин різні, але всі вони об’єднані електромагнітними силами, тобто діють і сили пружності.

Міжмолекулярні сили діють у кожній системі живого організму: покривній, опорно-руховій, травній, кровеносній, нервовій та інших.

Покривна система - це шкіра і слизові оболонки. Завдяки силі пружності шкіра захищає інші органи від ушкоджень, висихання, запобігає проникненню в організм шкідливих речовин і мікроорганізмів,

Наша шкіра досить пружня завдяки силам пружності

Опорно-рухова система - це кістки і м'язи. Скелет надає опору тілу, він виконує захисну функцію для ряду органів. М’язи, в свою чергу, захищають скелет.

Наприклад, ребра захищають від пошкоджень серце, легені, печінку тощо.

Сили пружності діють у наших кістках і м’язах, тому наше тіло досить міцне і не «ламається» від дотиків, несильних ударів та інших фізичніх впливів.

Доволі часто хлопці полюбляють смикати дівчаток за коси. А тепер питання: завдяки чому дівчата ще не стали лисими?

Це завдяки тому, що діє сила пружності, і тим самим вона не дає волоссю відірватися.

Тваринний та рослинний світ так само складається з клітин, між котрими теж діє сила пружності.

Коли ми йдемо або їдемо велосипедом по траві, вона не ламається, а лише зминається. Це теж діє сила пружності.

Дощ дає рослинам необхідну вологу. Але завдяки саме силі пружності, листочки витримують падіння крапель

Багато тварин полюбляють лазити по деревах. Уявіть, скільки рослин постраждало б від цього, якби не сила пружності!

Кора дерев не витримала б і гострих пазурів тварин, якби не сила пружності

Міжмолекулярні сили допомагають хижим звірам виживати під час бійок !

Наші зуби – напрочуд гарний приклад міцності. Як би ми гризли й жували без сили пружності? Та й візит до стоматолога закінчився б дуже прикро, бо молекули, з котрих утворено тканину зуба, просто розсипалися б.

А ця матуся лишилася б без носа, якби не було сили пружності в її шкірі 

Завдяки міжмолекулярним силам, «робота» дятлів не закінчується трагічно: і дзьоб цілий, і стовбур дерева не руйнується повністю.

Коли ми пірнаємо у воду, то вона не руйнує наше тіло завдяки силі пружності

Перевіремо знання про силу пружностіТак чи Ні?сила пружності — вияв дії міжмолекулярних сил Сила пружності – це рівнодійна, яка протидіє деформації тіла Вимірюється в метрах Завжди напрямлена вниз. Зміну форми або розмірів тіла називають деформацією При деформації змінюється відстань між молекулами При розтягуванні тіла переважають сили притягання , а при стисканні - сили відштовхування. ТАКТАК- Ні- НіТАКТАКТАК

Сили пружності діють у нашому організмі і в організмах тваринного і рослинного світу. Мабуть, ви вже зрозуміли, що наші органи і частини тіла залишаються неушкодженими саме завдяки тому, що діють електромагнітні сили між молекулами, і сили пружності примушую їх приймати звичну форму і розміри. Якщо розтягувати тканини тіла, переважають сили притягання, а якщо давити, тобто стискати, то діють сили відштовхування. Це захищає живі організми від пошкоджень і робить досить витривалими.

Дякую за увагу!