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 4–6 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. 4. Нормальный сердечный ритм

Рис. 5. Тахикардия, ускоренный ритм

Рис. 6. Брадикардия, замедленный ритм

Интересно знать

Колебания земной коры

1. Землетрясение 1887 года магнитудой 7,3 разрушило строения на площади порядка $2000\text{ км}^2$ (рис. 7). 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 году на тысячу меньше.

Рис. 7. Виды города Верного после землетрясения, 1887 год

Оцените период и частоту сердцебиения при тахикардии и брадикардии, полагая, что пульс нормального ритма равен 60 ударов в минуту.

Дано:

Пульс нормального ритма $\nu_{норм} = 60$ ударов/минуту.

Перевод в СИ:

Частота сердцебиения при нормальном ритме $\nu_{норм} = 60 \frac{\text{ударов}}{60 \text{ с}} = 1 \frac{\text{удар}}{\text{с}} = 1 \text{ Гц}$.

Найти:

Период и частоту сердцебиения при тахикардии ($T_{тахи}$, $\nu_{тахи}$) и брадикардии ($T_{бради}$, $\nu_{бради}$).

Решение:

1. Определим период сердцебиения для нормального ритма. Период $\text{T}$ и частота $\nu$ связаны соотношением $T = 1/\nu$.

$T_{норм} = \frac{1}{\nu_{норм}} = \frac{1}{1 \text{ Гц}} = 1 \text{ с}$.

2. Проанализируем кардиограммы. На горизонтальной оси отложено время. Будем считать, что одна большая клетка на сетке соответствует некоторому интервалу времени $t_0$. Из кардиограммы нормального ритма (Рис. 4) видно, что период одного сокращения (расстояние между двумя соседними пиками) составляет 5 больших клеток.

Следовательно, $T_{норм} = 5 \cdot t_0$.

Отсюда можно найти цену деления временной оси: $t_0 = \frac{T_{норм}}{5} = \frac{1 \text{ с}}{5} = 0,2 \text{ с}$.

3. Оценим период и частоту при тахикардии (Рис. 5). Расстояние между пиками составляет примерно 3 большие клетки.

Период сердцебиения при тахикардии: $T_{тахи} = 3 \cdot t_0 = 3 \cdot 0,2 \text{ с} = 0,6 \text{ с}$.

Частота сердцебиения при тахикардии: $\nu_{тахи} = \frac{1}{T_{тахи}} = \frac{1}{0,6 \text{ с}} \approx 1,67 \text{ Гц}$.

В ударах в минуту: $\nu_{тахи} \approx 1,67 \text{ ударов/с} \cdot 60 \text{ с/мин} \approx 100 \text{ ударов/мин}$.

4. Оценим период и частоту при брадикардии (Рис. 6). Расстояние между пиками составляет 10 больших клеток.

Период сердцебиения при брадикардии: $T_{бради} = 10 \cdot t_0 = 10 \cdot 0,2 \text{ с} = 2 \text{ с}$.

Частота сердцебиения при брадикардии: $\nu_{бради} = \frac{1}{T_{бради}} = \frac{1}{2 \text{ с}} = 0,5 \text{ Гц}$.

В ударах в минуту: $\nu_{бради} = 0,5 \text{ ударов/с} \cdot 60 \text{ с/мин} = 30 \text{ ударов/мин}$.

Ответ: при тахикардии период сердцебиения составляет $T_{тахи} = 0,6 \text{ с}$, а частота $\nu_{тахи} \approx 1,67 \text{ Гц}$ (около 100 ударов в минуту); при брадикардии период составляет $T_{бради} = 2 \text{ с}$, а частота $\nu_{бради} = 0,5 \text{ Гц}$ (30 ударов в минуту).

Являются ли сокращения сердца гармоническими колебаниями?

Гармоническими называют колебания, при которых физическая величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса. График таких колебаний представляет собой синусоиду — плавную, симметричную кривую.

Кардиограммы, представленные на рисунках 4-6, показывают изменение электрического потенциала сердца во времени. Форма этих графиков сложная, она состоит из нескольких зубцов (P, Q, R, S, T) и сильно отличается от синусоиды. Хотя сокращения сердца являются периодическим процессом (повторяются через примерно равные промежутки времени), их нельзя описать простой гармонической функцией.

Ответ: нет, сокращения сердца не являются гармоническими колебаниями. Это периодические, но не гармонические (ангармонические) колебания, так как их форма значительно сложнее синусоиды.