Подготовьте доклад колебательные процессы в физике биологии химии географии социологии

Обновлено: 01.06.2024

Сейчас изучено большое количество колебательных систем в биологии: периодические биохимические реакции, колебания в гликолизе, периодические процессы фотосинтеза, колебания численности видов и т. д. Во всех этих процессах некоторые характеризующие систему величины изменяются периодически в силу свойств самой системы без периодического воздействия извне. Подобные системы относятся к классу автоколебательных. Автоколебательными называются системы, в которых устанавливаются и поддерживаются незатухающие колебания за счет сил, зависящих от состояния самой системы, причем амплитуда этих колебаний определяется свойствами самой системы, а не начальными условиями.

Исследование уравнений, описывающих автоколебательные системы, показывает, что на фазовой плоскости стационарное решение такой системы представляется предельным циклом. Для понимания некоторых общих характеристик автоколебательных систем рассмотрим систему уравнений dx/dt = P(x, у); dy/dt = Q(x, у). Если Т(Т> 0) — наименьшее число, для которого при всяком x(t+T) = x(t); y(t+T) = y(t), то движение x = x(t); y=y(t) называется периодическим движением с периодом Т. Периодическому движению соответствует замкнутая траектория на фазовой плоскости, и обратно: всякой замкнутой траектории соответствует бесконечное множество периодических движений, отличающихся друг от друга выбором начала отсчета времени. Если периодическому движению на фазовой плоскости соответствует изолированная замкнутая кривая, к которой с внешней и внутренней стороны приближаются (при возрастании t) соседние траектории по спиралям, то эта изолированная замкнутая траектория будет предельным циклом.

Предельный цикл называется устойчивым, если существует такая область E на фазовой плоскости, содержащая этот предельный цикл, что все фазовые траектории, начинающиеся в окрестности E, асимптотически при tàoo приближаются к предельному циклу. 1. Автоколебательные процессы устанавливаются за счёт явлений внутри системы. 2. Амплитуда автоколебаний зависит только от свойств самой системы. 3. АК процессы возможны только вдали от ТД равновесия. 4. Причиной АК процессов является наличие большого числа взаимодействующих элементов и обратных связей между ними.

5. АК процессы всегда устойчивы, отклонения всегда затухают. 6. В фазовом портрете системы АК процессу соответствует предельное множество – предельный цикл.

26. Структурная организация и функционирование фотосинтетических мембран.

Зрительный пигмент родопсин, так же как и бактериородопсин, — практически единственный белок в фоторецепторной мембране зрительной клетки сетчатки глаза (на его долю приходится до 80% всего белка в мембране). Пурпурные мембраны, локализованные в цитоплазме клеток некоторых экстремально галофильных бактерий, содержат единственный гидрофобный пигмент — белковый комплекс бактериородопсин, молекулы которого располагаются в ПМ строго упорядоченно.

ПМ в интактных клетках и в изолированных препаратах представляют собой дискообразные образования диаметром около 0,5 мкм и толщиной 5—6 нм. Бр расположен в ПМ симметричными группами по три молекулы, причем каждый такой тример стабилизирован 12—14 молекулами структурных липидов. Данные спектров кругового дихроизма в УФ-области свид-ют о высокой степени аспирализации белковой цепи Бр. Хромофор белка — ретиналь — содержится в белке в молярном соотношении 1:1, т. е.

на каждую белковую цепь приходится один ретиналь. Трехмерная структура молекулы Бр в ПМ расшифрована с помощью метода дифракции электронов. Одна молекула Бр содержит 7 аспиральных участков, пронизывающих ПМ. С помощью комплекса физико-химических и биохимических методов определено, что ретиналь ковалентно связан с опсином и образует связь с одним из остатков лизина в белковой цепи (так называемое шиффово основание). Макромолекулы Бр гораздо менее подвижны, чем другие мембранные белки.

Из темпер-ой зависимости спектров кругового дихроизма ПМ видно, что при температурах выше 30°С взаимодей-е мол-л Бр внутри триммеров практ-ки исч-т и в ПМ сущ-т мономерная форма Бр. В модельных системах максимум поглощения шиффова основания в протонированной форме находится около 440 нм, в непротонированной — около 360 нм. Однако в Бр максимумы, соответствующие протонированной форме шиффова основания, расположены около 560—570 нм, а непротонированной — около 412 нм. Бр в ПМ может находиться в двух различных состояних: после адаптации к темноте или к свету. Эти состояния отличаются по спектрам поглощения Бр.

Максимум полосы, поглощения Бр в образцах, адаптированных к темноте, расположен около 560 нм. После освещения максимум сдвигается до 570 нм. Изомеры Бр при возбуждении светом вовлекаются в различные циклы превращений. В темноте наблюдается медленный процесс релаксации части Бр до достижения темноадаптированного состояния.

27. Каковы основные электрокинетические явления в биологических объектах.

Методы их регистрации и измерения. ξ - потенциал дрожжевых клеток. Электрокинетические явления явления возникающие в сложных системах при движении дисперсных сред относительно дисперсионной (водные растворы белков и солей) среды возникают. Если наблюдается движение одной из фаз по отношению к другой под действием внешнего электрического поля, то эта группа явлений называется электроосмосом или электрофорезом. В частности, электрофорез - это движение дисперсной фазы по отношению к дисперсионной среде во внешнем электрическом поле, а электроосмос движение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы (в капиллярах, в пористых перегородках) под действием электрического поля.

Потенциал течения возникают в результате движения жидкости под действием гидростатического давления через капилляры или поры, стенки которых обладают электрическим зарядом. Это явление, обратное электроосмосу. Потенциал седиментации возникают между верхними и нижними слоями гетерогенной системы при оседании (седиментации) частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести. Потенциал седиментации возникает, например, при стоянии крови. Форменные элементы (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты), удельный вес которых больше, чем плазмы, оседают на дно сосуда.

Противоионы диффузионного слоя - катионы-отстают от движения форменных элементов. В результате этого нижние слои приобретают отрицательный заряд, а верхние-положительный. В основе всех наблюдаемых явлений находится относительное движение ионных слоев и пространственное разделение зарядов (поляризация) в направлении движения фаз. Для электрокинетических явлений (ЭКЯ) характерно возникновение на границе фаз избыточных зарядов, которые образуют два противоположно заряженных слоя т.н.

двойной электрический слой (ДЭС), в котором электрический потенциал изменяется скачком. Это явление имеет место во многих случаях. Заряд центральной частицы и ионной атмосферы всегда противоположен, поэтому под действием электрического поля на частицу и её атмосферу влияют силы противоположной направленности. Механизм образования ДЭС в разных системах различен. Например, на поверхности металлов часть электронов несколько выходят за пределы решетки, состоящей из положительных ионов и ДЭС в этом случае вносит свой вклад в работу выхода электронов из металла.

Если металл поместить в электролит, содержащие ионы этого металла, то образуется дополнительный ионный ДЭС возникающий в результате ориентации полярных молекул растворителя (например, Н2О) у поверхности металла. Двойной электрический слой может образоваться и на поверхности биологических мембран (БМ). Наружные полярные (гидрофильные) молекулы создают на поверхности БМ некоторый заряд (преимущественно отрицательный), который препятствует их слипанию, а в самой БМ возникает межфазный скачек потенциала того же знака, что и заряд на мембране. Поверхностная концентрация одновалентных заряженных групп s (измеряется кмоль/м2) связана с межфазным потенциалом уравнением Гуи – Чепмена где R- газовая постоянная, NА- число Авогадро, F- число Фарадея, С- молярная концентрация одновалентного электролита в среде (KСl или NaCl), e- относительная диэлектрическая проницаемость, `j- потенциал в безразмерной форме (). Естественно, что заряд на БМ из электролита притягивает ионы противоположного знака, что приводит к образованию ДЭС.

В реально функционирующей БМ существует ассиметрия распределения ионов внутренней среды за счет активного и пассивного транспорта ионов и картина выглядит значительно сложней. В простейшем случае распределение потенциалов вблизи мембраны по обе стороны от нее имеет вид рис.6., т.е. для БМ характерны скачки потенциалов, причем по мере удаления от границы раздела потенциал уменьшается по экспоненте где x- координата точки пространства, а LD- радиус экранировки Дебая.

Таким образом, возникающий в биологических объектах и в любых других дисперсных системах Д.Э.С. приводит к возникновению потенциала на поверхности раздела фаз - x-потенциала, который можно зарегистрировать и величина его будет зависеть как от свойств среды, так и от функционального состояния биологических объектов. В лабораторной работе определялась величина x- потенциала дрожжевых клеток имеющих сферическую форму, движущихся под действием внешнего электрического поля (электрофорез).

Величина потенциала на поверхности дрожжевой клетки, которую мы будем называть x- потенциалом определится по формуле (5). Подставляя вместо h=10-2 и e=81 для воды p=3,14 и, переводя все единицы измерения в СИ, будем иметь расчетную формулу (6). Иногда вместо пишут , где `v называется электрофоретической скоростью или подвижностью. Легко видеть, что подвижность частицы есть отношение ее линейной скорости v к градиенту потенциала электрического поля. Поэтому (6) можно записывать в виде (7).

Зная x-потенциал и радиус частицы можно определить поверхностную плотность зарядов , где q=jer(СГС), а S- площадь сфероида (S=4pr2). Эта величина зависит от свойств биологической мембраны и может меняться при изменении функционального состояния организма (патология) или условий внешней среды, например, действие радиации.

Внутриклеточные колебания задают эндогенные биологические ритмы, которые свойственны всем живым системам. Именно они определяют периодичность деления клеток, отмеряют время рождения и смерти живых организмов. Модели колебательных систем используются в ферментативном катализе, теории иммунитета, в теории трансмембранного ионного переноса, микробиологии и биотехнологии.

Если колебания в системе имеют постоянные период и амплитуду, устанавливаются независимо от начальных условий и поддерживаются благодаря свойствам самой системы, а не вследствие воздействия периодической силы, система называется автоколебательной.

Незатухающие колебания в таких системах устойчивы, так как отклонения от стационарного колебательного режима затухают. К классу автоколебательных систем относятся колебания в гликолизе и других метаболических системах, периодические процессы фотосинтеза, колебания концентрации кальция в клетке, колебания численности животных в популяциях и сообществах.

Предельный цикл.В фазовом пространстве такому типу поведения соответствует притягивающее множество (аттрактор), называемое предельным циклом.

Предельный цикл есть изолированная замкнутая кривая на фазовой плоскости, к которой в пределе при t ® ¥ стремятся все интегральные кривые. Предельный цикл представляет стационарный режим с определенной амплитудой, не зависящий от начальных условий, а определяющийся только организацией системы. Существование предельного цикла на фазовой плоскости есть основной признак автоколебательной системы. Очевидно, что при автоколебательном процессе фаза колебаний может быть любой.

Остановимся на общих характеристиках автоколебательных систем. Рассмотрим систему уравнений общего вида:

Если T (T > 0) — наименьшее число, для которого при всяком t

то изменение переменных x = x(t), y = y(t) называется периодическим изменением с периодом T.

Периодическому изменению соответствует замкнутая траектория на фазовой плоскости, и обратно: всякой замкнутой траектории соответствует бесконечное множество периодических изменений, отличающихся друг от друга выбором начала отсчета времени.

Если периодическому изменению на фазовой плоскости соответствуетизолированная замкнутая кривая, к которой с внешней и внутренней стороны приближаются (при возрастании t) соседние траектории по спиралям, эта изолированная замкнутая траектория есть предельный цикл.

Простые примеры позволяют убедиться, что система общего вида (8.1) допускает в качестве траекторий предельные циклы.

Например, для системы

траектория является предельным циклом. Его параметрические уравнения будут:

а уравнения всех других фазовых траекторий запишутся в виде:

Предельный цикл называетсяустойчивым, если существует такая область на фазовой плоскости, содержащая этот предельныйцикл, - окрестность e, что все фазовые траектории, начинающиеся в окрестности e, асимптотически при t ® ¥ приближаются кпредельному циклу.

Если же, наоборот, в любой сколь угодно малой окрестности e предельного цикла существует по крайней мере одна фазовая траектория, не приближающаяся к предельному циклупри t ® ¥, то такой предельный цикл называется неустойчивым. Такие циклы разделяют области влияния (бассейны) разных притягивающих множеств.

Остановимся на общих характеристиках автоколебательных систем. Рассмотрим систему уравнений общего вида:

Если T (T > 0) — наименьшее число, для которого при всяком t

то изменение переменных x = x(t), y = y(t) называется периодическим изменением с периодом T.

Например, для системы

траектория является предельным циклом. Его параметрические уравнения будут:

а уравнения всех других фазовых траекторий запишутся в виде:

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Колебательный процессы в живой природе.
Работа ученика 7-А класса
Стрижака Семёна

Колебательное движение
Колебательное движение - это движение, точно или приблизительно повторяющееся через одинаковые промежутки времени. Учение выделяют, что это обусловлено общностью закономерностей колебательного движения различной природы и методов его исследования. Механические, акустические, электромагнитные колебания и волны рассматриваются с единой точки зрения. Колебательное движение свойственно всем явлениям природы. Внутри любого живого организма непрерывно происходят ритмично повторяющиеся процессы, например биение сердца.

Виды колебаний
Свободные колебания — это колебания, происходящие в системе, предоставленной самой себе, после выведения ее из состояния устойчивого равновесия (например, колебания груза на пружине).
Автоколебания — свободные колебания, поддерживаемые внешним источником энергии, включение которого в нужные моменты времени осуществляет сама колеблющаяся система (например, колебания маятника часов).

Механические колебания - это любой физический процесс, характеризующийся повторяемостью во времени.
Параметрические колебания — это колебания, в процессе которых происходит периодическое изменение какого-либо параметра системы (например, раскачивание качелей: приседая в крайних положениях и выпрямляясь в среднем положении, человек, находящийся на качелях, изменяет момент инерции качелей).

Вынужденные колебания — это колебания, обусловленные внешним периодическим воздействием (например, электромагнитные колебания в антенне телевизора).

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Охрана труда

Сейчас обучается 132 человека из 45 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Охрана труда

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Дистанционные курсы для педагогов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 610 144 материала в базе

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

10.11.2020 668
PPTX 1.8 мбайт
17 скачиваний
Рейтинг: 5 из 5
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Жилин Анатолий Иванович. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
Для учеников 1-11 классов

Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов

Дистанционные курсы
для педагогов

663 курса от 690 рублей

Выбрать курс со скидкой

Выдаём документы
установленного образца!

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Время чтения: 2 минуты

Курские власти перевели на дистант школьников в районах на границе с Украиной

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России

Время чтения: 1 минута

Школы граничащих с Украиной районов Крыма досрочно уйдут на каникулы

Время чтения: 0 минут

Минпросвещения России подготовит учителей для обучения детей из Донбасса

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Колебательные процессы характерны для всей живой н неживой природы от клетки до сообществ организмов и от атома до галактик. Они играют заметную роль и в нервно психической жизни человека и даже в сфере социальных явлений. Несомненна поэтому и мировоззренческая роль науки о колебаниях. Можно было бы привести много ярких высказываний по этому поводу, принадлежащих как мыслителям прошлого, так и нашим современникам [5, 143, 222, 239].

Показать и объяснить высокую эффективность вибрационных процессов и устройств — одна из главных задач настоящей книги[1]).

Вибрационная техника в пастоящее время производит (а отчасти уже произвела) подлинную технологическую революцию в ряде областей промышленности. Так, сейчас трудно себе представить без вибрационных машин предприятия по обогащению полезных ископаемых, по производству строительных материалов и конструкций, по переработке зерна.

Несмотря на то что все физические колебательные системы не - линейпы, ряд прикладных задач теории механических колебаний может быть успыипо рассмотрен в линейной постановке, т. е. без учета нелипейпых факторов.

Действие внешней вибрации па линейные системы в принципиальном плане исчерпывающим образом изучено; главпые качественные закономерности группируются здесь вокруг явления резонапса. Однако даже эти относительно простые закономерности в вибрационной техпике (в отличие от электро - и радиотехники) используются еще далеко не полпостью. Что же говорить о нелинейных колебаниях, которые характеризуются исключительным качественным разнообразием и при исследовании которых до сих пор обнаруживаются все повые замечательные эффекты? Так, совсем недавно, с одпой сторопы, была осозпапа возможность весьма сложного, хаотического поведения относительно простых нелинейных систем всего лишь с полутора степенями свободы [68, 136], а с другой — возможность согласованного (енп - хроппого, когерентного) поведения сложных систем с очень большим числом степеней свободы [35, 42].

Читайте также: