Fizyka Środowisko fizyczne człowieka

Program wykładów 1.Środowisko fizyczne człowieka. 2.Promieniotwórczość w środowisku człowieka - promieniowanie kosmiczne - naturalne źródła promieniowania w skorupie ziemskie - biologiczne skutki promieniowania jonizującego. 3. Promieniowanie elektromagnetyczne: - własności absorpcyjne i emisyjne Ziemi - warstwa ozonowa, efekt cieplarniany - promieniowanie ciała doskonale czarnego - oddziaływanie pola elektromagnetycznego na organizmy żywe - oddziaływanie nadfioletu i podczerwieni na organizm człowieka - wykorzystanie energii słonecznej - oddziaływanie prądu na organizm człowieka.

4. Hałas w środowisku: - wpływ hałasu na organizmy żywe - ochrona przed hałasem. 5. Ultradźwięki i infradźwięki. 6. Fale sejsmiczne i uderzeniowe 7. Własności cieplne materii, regulacja temperatury oraz wpływ zmian temperatury na funkcjonowanie organizmu człowieka. 8. Ciśnienie. Wpływ ciśnienia na organizm człowieka. 9. Inne zjawiska fizyczne wpływające na środowisko i organizm człowieka. 10. Środowisko kosmiczne i jego zanieczyszczenie.

Literatura E. Boeker, E. van Grondelle, Fizyka środowiska, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002, M. Siemiński, Fizyka zagrożeń środowiska, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Warunki zaliczenia przedmiotu: Test końcowy – 40 pkt Ocena = suma punktów/10 Referat - 10 pkt Liczba punktówOcena 2.75 – – – – > 4.755

Środowisko człowieka Elementy naturalne Elementy wytworzone Środowisko - całokształt otaczających nas elementów naturalnych oraz powstałych wyniku działalności człowieka.

Środowisko naturalne człowieka a cywilizacja Człowiek pierwotny

Środowisko człowieka dzisiaj

Zjawiska mechaniczne Ruch prostoliniowy jednostajny, a = 0 krzywoliniowy zmienny, a  0 Przyspieszenie

Ruch krzywoliniowy Zawsze z przyspieszeniem !!! nawet jeśli

Siły Są wynikiem: oddziaływania otoczenia na ciało – siły rzeczywiste ruchu przyspieszonego – siły bezwładności (pozorne) II zasada dynamiki Newtona

Jaką siłą trzeba działać, aby samochód o masie 500 kg jadący z prędkością 60 km/h zatrzymać na drodze 10 m? Zmniejszamy prędkość Zwiększamy drogę hamowania

Jaka siła działa na pasażera o masie 60 kg jadącego w hamującym samochodzie? Siła grawitacji

Siły bezwładności Ruch prostoliniowy Ruch krzywoliniowy. siła odśrodkowa siła Coriolisa

Siła Coriolisa na Ziemi ciało upuszczone ze szczytu wieży Eiffela (wysokość 273 m z najwyższego tarasu) spadnie przesunięte o 6, cm na wschód, maksymalna prędkość ciała (bez uwzględniania oporu) w czasie II wojny światowej niemieckie rakiety V2, wystrzeliwane w kierunku Londynu z odległości około 300 km, lecąc z prędkością 1400 km/h, uderzały około 3,7 km na wschód od celu. pocisk artyleryjski wystrzelony z 50 stopnia szerokości geograficznej północnej lecący z przeciętną prędkością poziomą 2000 m/s w ciągu 20 sekund lotu zboczy o około 58 metrów od celu, niezależnie od wpływu wiatru i ruchu obrotowego pocisku).

Z jaką prędkością liniową obracamy się wokół: a) Ziemi, b) Słońca ? Promień Ziemi R Z = 6,37·10 6 m Odległość Ziemia – Słońce R = 1,5·10 11 m a) b)

Ucho – narząd równowagi Znajduje się w uchu wewnętrznym. Tworzą ten narząd: woreczek, łagiewka i kanały półkoliste.

W endolimfie pływają drobne “kamyki” utworzone z węglanu wapnia i białek, nazywane otolitami. Kanały półkoliste są “rurami” wypełnionymi endolimfą. Jeden koniec każdego kanału rozszerza się w tzw. bańkę, w której znajdują się orzęsione receptory, wrażliwe na zmiany endolimfy. Każdy kanał półkolisty jest prostopadły (w przybliżeniu) do obu pozostałych. Ruch głowy powoduje w jednym lub kilku kanałach ruch endolimfy. Nawet najmniejsza zmiana pozycji głowy lub ciała powoduje przesunięcie otolitów, które drażniąc włoski receptorów zapoczątkowują powstanie impulsu przewodzonego do mózgu. W następstwie wywołuje to odruchy skierowane na przywrócenie właściwej pozycji ciała. W łagiewce i woreczku znajdują się receptory zaopatrzone w rzęski, a wnętrze wypełnione jest żelowatą substancją nazywaną endolimfą.

Oddziaływanie przyspieszenia na organizm człowieka Duże prędkości nie wywołują negatywnych skutków dla organizmu człowieka Reakcje fizjologiczne występują przy zmianie prędkości Zdolność do znoszenia przyspieszeń zależy od: wartości przyspieszenia czasu trwania zwrotu przyspieszenia względem podłużnej osi ciała

Przyspieszenia udarowe – Δt < 0,25s a nawet Δt < 0,1 s występują przy upadku z dużej wysokości, zderzeniu samochodów granica tolerancji – nawet 100g, g = 9,81 m/s 2 jest związana z wytrzymałością kręgosłupa i organów wewnętrznych Prędkość samochodu

Pasy bezpieczeństwa i poduszki powietrzne wydłużają czas Δt spadku prędkości człowieka do zera, a więc zmniejszenie przyspieszenia a tym samym sił bezwładności skutki działania sił bezwładności rozłożone są na większą powierzchnię ciała Spadając swobodnie z wysokości uzyskamy prędkość 30 m/s = 108 km/h.

Najgroźniejsze są przyspieszenia działające wzdłuż podłużnej osi ciała i skierowane „od głowy”.

Siły bezwładności powodują zwiększony dopływ krwi do mózgu – wzrasta ciśnienie mózgu i ciśnienie śródgałkowe oczu Skutki silny ból głowy upośledzenie widzenia (czerwona zasłona) pękanie naczyń krwionośnych w mózgu (wylewy) przemieszczanie się w górę narządów wewnętrznych powoduje upośledzenie oddychania Wartość a = 3g przyjmowana jest jako granica tolerancji dla czasu trwania 30 s dla przyspieszeń podłużnych skierowanych „od głowy”

Przyspieszenie podłużne skierowane „do głowy” Krew przemieszcza się do dolnych części ciała – spada ciśnienie w naczyniach krwionośnych głowy: niedotlenienie mózgu – utrata przytomności niedotlenienie siatkówki – zaburzenia widzenia (czarna zasłona) przemieszczanie narządów wewnętrznych – problemy z oddychaniem Wartość a = 6g przyjmowana jest jako granica tolerancji dla czasu trwania 30 s dla przyspieszeń podłużnych skierowanych „do głowy”

Wartość a = (12  14)g przyjmowana jest jako granica tolerancji dla czasu trwania 30 s dla przyspieszeń poprzecznych. Zastosowanie kostiumów typu lotniczego lub kosmicznego redukujących zaciskanie się klatki piersiowej umożliwia wytrzymanie większych wartości przyspieszeń poprzecznych Przyspieszenia poprzeczne nie wywołują znacznych przemieszczeń krwi. Ze względu na nacisk na klatkę piersiową – utrudnienia w oddychaniu

Przyspieszenia w środkach transportu szybkobieżne windy0,2gkilka sekund gwałtownie hamujący samochód0,5gkilka sekund lądowanie na spadochronie4g0,2 s katapultowanie w samolotach wojskowych 10g2s start rakiety kosmicznej (poprzeczne) 15g Astronauci w startujących rakietach znajdują się w położeniu embrionalnym

Grawitacja

Ciężar „efektywny” jest wypadkową siłą przyciągania przez Ziemię i odśrodkową Z jaką prędkością kątową powinna obracać się Ziemia, aby ciała na równiku nie miały ciężaru?

Stan nieważkości Występuje w satelitach okrążających Ziemię, swobodnym spadku. Powoduje, że: przestają działać receptory grawitacji w uchu środkowym receptory dotyku w kończynach. Występują objawy choroby lokomocyjnej, potrzebny jest czas, aby przez wrażenia wzrokowe określić swoje ułożenie w przestrzeni. Następują zmiany w dystrybucji płynów ustrojowych – brak ciężaru efektywnego krwi powoduje jej częściowe przemieszczenie w kierunku głowy. Następuje obrzęk twarzy i błon śluzowych (katar kosmiczny), wzrost ciśnienia krwi w głowie (trzeba się przystosować), zmniejszenie objętości nóg o ok. 10%.

Uczestnicy lotu parabolicznego w samolocie w stanie nieważkości

Obserwuje się zmiany w oddychaniu, zakłócenia snu (przypinanie pasami). Inny sposób odżywiania – aby zapobiec przedostawaniu się małych, nieważkich okruchów pożywienia do płuc. Zmiany długoczasowe związane są z funkcjonowaniem kości i mięśni – wzrost zwiększa się o ok. 5 cm Kości dolnej części ciała i niektóre grupy mięśni przestają dźwigać ciężar ciała – obserwuje się ubytek masy mięśni i kości.

Badania kosmonautów wykazały, że: co miesiąc szkielet kosmonauty traci ok. 0,3 – 0,4 % swojej masy w piszczelach ubywa 20 % masy kostnej. Po dwóch miesiącach zmiany masy kostnej są już niewielkie. Spadek masy kostnej związany jest z utratą wapnia – zmiany podobne jak w osteoporozie. Zwiększa się zawartość wapnia w płynach ustrojowych - zwapnienie tkanek miękkich, powstawanie kamieni nerkowych. Opracowano program ćwiczeń dla kosmonautów podczas długotrwałych lotów.

System odpornościowy organizmu działa inaczej w stanie nieważkości; infekcje, skaleczenia, złamania trwają dłużej, goją się słabiej Dolegliwości natury psychicznej: bezsenność, niepokój, depresja spowodowane życiem w ciasnej przestrzeni, odizolowaniem od Ziemi, życia w tej samej grupie. Poprawia się ostrość widzenia – z pokładu statku kosmicznego można zobaczyć więcej szczegółów niż z pokładu samolotu: gałka oczna łatwiej wykonuje drobne ruchy drgające, pozwalające lepiej zauważyć elementy składowe przedmiotu

Badania prowadzone w kosmosie: otrzymywanie substancji o bardzo uporządkowanej strukturze, która nie jest zakłócana siłą grawitacji, np. leków, stopów można wykonywać pomiary w bardzo wysokiej próżni niemożliwej do osiągnięcia na Ziemi inaczej zachowuje się ciecz – swobodna ciecz przyjmuje kształt kuli spowodowany jej napięciem powierzchniowym substancje nieważkie palą się znacznie wolniej – przy braku ciążenia spaliny nie unoszą się do góry, tak jak na Ziemi