Физика в нашей жизни, страница 11 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Физика в нашей жизни

В энциклопедическом словаре дано следующее определение пульса: Пульс (от лат. «pulsus» – удар, толчок) — периодическое толчкообразное расширение стенок артерий, синхронное с сокращением сердца. Пульс взрослого человека в покое 60-80 ударов в 1 минуту.

На рисунках 6-8 даны кардиограммы нормального, ускоренного и замедленного ритма сердцебиения. Оцените период и частоту сердцебиения при тахикардии и брадикардии, полагая, что пульс нормального ритма равен 60 ударов в минуту.

Являются ли сокращения сердца гармоническими колебаниями?

Рис. 6. Нормальный сердечный ритм

Рис. 7. Тахикардия, ускоренный ритм

Рис. 8. Брадикардия, замедленный ритм

Интересно знать!

Колебания земной коры

1. Землетрясение 1887 года магнитудой 7,3 разрушило строения на площади порядка 2000 км² (рис. 9). Эпицентр колебаний находился южнее г. Верного (ныне Алматы) на 10-12 км.

2. Выбор нового места для строительства г. Верного было поручено профессору Петербургского горного института И. В. Мушкетову.

3. Алматы и ее окрестности относятся к Алматинскому сейсмоактивному району.

4. Научным центром, занимающимся прогнозированием и изучением землетрясений, является Институт сейсмологии МОН РК, расположенный в г. Алматы.

5. Согласно статистике Института сейсмологии МОН РК в 2015 году было зарегистрировано 11,5 тысяч землетрясений. В 2016 г. на тысячу меньше.

Задание

1. Используя материалы сети Интернет, выясните:

- какие районы РК являются сейсмоактивными;

- каковы причины землетрясений;

- какие меры предпринимаются для обеспечения безопасной жизнедеятельности в этих районах?

2. Изучите шкалу Рихтера. При каком значении магнитуды разрушения становятся значительными? При каком землетрясение не ощущается?

3. Являются ли колебания земной коры гармоническими колебаниями?

Рис. 9. Виды города Верного после землетрясения, 1887 год

Дано:

Пульс нормального ритма, $ν_н = 60$ ударов/минуту

Кардиограммы (рис. 6-8)

Перевод в СИ:

$ν_н = 60 \frac{ударов}{минуту} = \frac{60 \text{ ударов}}{60 \text{ с}} = 1 \frac{удар}{с} = 1 \text{ Гц}$

Найти:

Период ($T_т$, $T_б$) и частоту ($ν_т$, $ν_б$) сердцебиения при тахикардии и брадикардии.

Являются ли сокращения сердца гармоническими колебаниями?

Решение:

1. Определим масштаб времени по кардиограмме нормального ритма (рис. 6). Частота нормального ритма $ν_н = 1 \text{ Гц}$ (согласно условию, 60 ударов в минуту), значит период $T_н = 1/ν_н = 1/1 \text{ c} = 1 \text{ c}$. На кардиограмме один полный цикл (интервал между двумя соседними пиками R) занимает 5 больших клеток. Следовательно, 5 клеток соответствуют 1 секунде. Цена одного деления (одной большой клетки) по оси времени составляет $1 \text{ с} / 5 = 0.2 \text{ с}$.

2. Оценим период и частоту при тахикардии (ускоренный ритм, рис. 7). Интервал между двумя пиками составляет примерно 3.5 клетки. Тогда период сердцебиения при тахикардии равен:
$T_т = 3.5 \text{ клетки} \times 0.2 \frac{с}{клетка} = 0.7 \text{ с}$.
Частота сердцебиения при тахикардии:
$ν_т = \frac{1}{T_т} = \frac{1}{0.7 \text{ с}} \approx 1.43 \text{ Гц}$.
В ударах в минуту это составляет: $ν_т \approx 1.43 \frac{ударов}{с} \times 60 \frac{с}{мин} \approx 86 \frac{ударов}{мин}$.

3. Оценим период и частоту при брадикардии (замедленный ритм, рис. 8). Интервал между двумя пиками составляет примерно 7 клеток. Тогда период сердцебиения при брадикардии равен:
$T_б = 7 \text{ клеток} \times 0.2 \frac{с}{клетка} = 1.4 \text{ с}$.
Частота сердцебиения при брадикардии:
$ν_б = \frac{1}{T_б} = \frac{1}{1.4 \text{ с}} \approx 0.71 \text{ Гц}$.
В ударах в минуту это составляет: $ν_б \approx 0.71 \frac{ударов}{с} \times 60 \frac{с}{мин} \approx 43 \frac{ударов}{мин}$.

4. Гармоническими колебаниями называют колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса. График таких колебаний — синусоида. Кардиограмма имеет сложную форму с резкими пиками и различными зубцами, которая существенно отличается от синусоиды. Поэтому сокращения сердца являются периодическими, но не гармоническими колебаниями.

Ответ: При тахикардии период сердцебиения $T_т \approx 0.7 \text{ с}$, частота $ν_т \approx 1.43 \text{ Гц}$ (около 86 ударов в минуту). При брадикардии период $T_б \approx 1.4 \text{ с}$, частота $ν_б \approx 0.71 \text{ Гц}$ (около 43 ударов в минуту). Сокращения сердца не являются гармоническими колебаниями, так как их форма не синусоидальна.

1. Используя материалы сети Интернет, выясните:

- какие районы РК являются сейсмоактивными;
Наиболее сейсмоактивными районами Республики Казахстан являются южные и юго-восточные регионы страны, которые находятся в пределах и вблизи горной системы Тянь-Шань. К ним относятся Алматинская, Восточно-Казахстанская, Жамбылская и Туркестанская области, а также город Алматы. Эта зона является частью Альпийско-Гималайского складчатого пояса и характеризуется высокой тектонической активностью.

- каковы причины землетрясений;
Основной причиной землетрясений является движение тектонических плит, из которых состоит земная кора. В зонах, где плиты сталкиваются, расходятся или скользят друг относительно друга, накапливается огромное напряжение. Когда это напряжение превышает прочность горных пород, происходит резкий сдвиг или разрыв, высвобождая энергию в виде сейсмических волн. Для региона Тянь-Шаня причиной является столкновение Индо-Австралийской и Евразийской тектонических плит. Другими, менее частыми причинами могут быть вулканическая деятельность, крупные обвалы и антропогенные факторы (например, заполнение крупных водохранилищ или добыча полезных ископаемых).

- какие меры предпринимаются для обеспечения безопасной жизнедеятельности в этих районах?
Для обеспечения безопасности принимается комплекс мер. Во-первых, это сейсмостойкое строительство: разработка и внедрение строгих строительных норм и правил, проектирование зданий и сооружений, способных выдерживать сейсмические нагрузки. Во-вторых, мониторинг и прогнозирование: постоянное наблюдение за сейсмической активностью с помощью сети сейсмических станций (как, например, Институтом сейсмологии в Алматы) для долгосрочной оценки рисков. В-третьих, подготовка населения и служб ЧС: проведение учений, информирование граждан о правилах поведения до, во время и после землетрясения (например, правило «упади, накройся, держись»), создание запасов предметов первой необходимости, а также разработка планов экстренного реагирования и ликвидации последствий.

Ответ: Сейсмоактивные районы РК – юг и юго-восток (Алматы, Алматинская, ВКО, Жамбылская, Туркестанская области). Причина – движение тектонических плит. Меры безопасности – сейсмостойкое строительство, мониторинг, подготовка населения и служб ЧС.

2. Изучите шкалу Рихтера. При каком значении магнитуды разрушения становятся значительными? При каком – землетрясение не ощущается?

Шкала Рихтера (или, точнее, шкала магнитуд) — это логарифмическая шкала для измерения энергии, выделившейся при землетрясении. Землетрясение обычно не ощущается людьми, если его магнитуда составляет менее 2.0. Такие слабые толчки регистрируются только чувствительными приборами — сейсмографами. Разрушения становятся значительными при землетрясениях с магнитудой около 6.0 и выше. Магнитуда 6.0-6.9 может вызвать серьезные разрушения в густонаселенных районах. Землетрясения с магнитудой 7.0 и выше классифицируются как сильные и могут привести к катастрофическим последствиям на обширных территориях.

Ответ: Землетрясение не ощущается при магнитуде менее 2.0. Значительные разрушения начинаются при магнитуде около 6.0 и выше.

3. Являются ли колебания земной коры гармоническими колебаниями?

Нет, колебания земной коры не являются гармоническими. Гармоническое колебание описывается простой синусоидальной функцией, имеет постоянную амплитуду (в незатухающем случае) и период. Колебания земной коры во время землетрясения — это сложный, нерегулярный и быстро затухающий процесс. Сейсмограмма (график колебаний) представляет собой наложение множества волн разного типа (продольных, поперечных, поверхностных) с разными частотами и быстро меняющимися амплитудами. Это пример сложных, непериодических и затухающих колебаний.

Ответ: Нет, колебания земной коры не являются гармоническими, так как это сложный, нерегулярный и затухающий процесс, форма которого далека от синусоиды.