Fyzika pro lékařské a přírodovědné obory Ing. Petr VáchaZS Úvod do fyziky

Kontakt: Časová dotace: 10 x 4 hodiny, čt 8:00 – 11:15 Zakončení: Klasifikovaný zápočet Malé testy v průběhu semestru Test po skončení semestru, 2 pokusy, pro získání zápočtu alespoň 50 % správně a navíc 70 % z celkového množství získatelných bodů Možnost získat bonusové body – aktivita na přednáškách, vlastní referát, připravený a provedený experiment

Fyzika Z řeckého fysis – příroda, první věda (obsahovala i filozofii), z ní se oddělily další (chemie, biologie, lékařství…) Fyzika dnes - zkoumá obecné zákonitosti jevů přírody, stavbu a vlastnosti hmoty. Jevy můžeme zkoumat kvalitativně (děje se něco opakovaně? Proč?) i kvantitativně (Odvodit vzorec a z něho něco předpovědět)

základem vědy je pochybovat a testovat (Galileo a měsíce Jupiteru) fyzika se vyvíjí, není to historie s neměnně platnými dogmaty (model atomu) Důležité je přemýšlet, snažit se dovodit souvislosti – není to soubor vzorečků spadlých z nebe Co je to věda?

Výsledkem bádání by měla být hypotéza/fyzikální zákon (teorie) Důležitý je experiment jako ověření (ne)platnosti hypotéz Fyzikální teorie musí být schopná předpovídat jevy do budoucna a musí být experimentálně testovatelná Fyzikální teorie

Fyzika v lékařství Vyšetření – např. poklepem využívá kmitání a rezonancí Lékařské přístroje (rentgen, měření krevního tlaku, ozařování nádorů, ultrazvuk,…) Pochopení dějů v lidském těle – fungování srdce, mozku, přenos vzruchů nervy atd.

Praktický příklad – matematické kyvadlo Příklad nutnosti aproximací a zjednodušení (závěs zanedbatelné hmotnosti, gravitační pole homogenní, zanedbáme odpor vzduchu)

Dokážeme vymyslet a ověřit na čem závisí doba kmitu? Proč vlastně závaží kmitá? Jaké parametry ovlivňují dobu kmitu?

Fyzikální veličiny Fyzikální veličina – vlastnost jevu, která lze změřit nebo vypočítat Veličiny extenzivní (objem, plocha, hmotnost) Veličiny intenzivní (teplota, hustota) Veličiny skalární (práce, hmotnost, čas) – číslo a jednotka Veličiny vektorové (rychlost, síla) – číslo, jednotka a směr

Fyzikální veličiny a jednotky Hodnoty veličin nelze zapsat bez jednotky – „délka ostrovu je 50“ nedává smysl Nutnost standardizace jednotek - SI

Soustava SI Mezinárodně dohodnutá soustava jednotek Jednotky základní, odvozené, vedlejší Základní jsou stanovené, odvozené se vyjadřují pomocí základních Vedlejší do SI nepatří, neměly by se oficiálně používat (např. litr, atmosféra, hodina, den…)

Soustava SI Základní jednotky: Fyzikální veličinaJednotkaZnačka DélkaMetrm HmotnostKilogramkg ČasSekundas Elektrický proudAmpérA Termodynamická teplota KelvinK Látkové množstvíMolmol SvítivostKandelacd

Matematický zápis čísel a dohodnuté předpony vs. 1,2 x , vs. 1,8 x místo nul před/za číslem je vyjádříme jako mocninu desítky ( )

10 n PředponaZnačkaNásobekPůvodPříklad teraT řec. τέρας – „netvor“TJ – terajoule 10 9 gigaG řec. γίγας – „obrovský“GHz – gigahertz 10 6 megaM řec. μέγας – „velký“MeV – megaelektronvolt 10 3 kilok 1 000řec. χίλιοι – „tisíc“km – kilometr 10 −3 milim 0,001lat. mille – „tisíc“mm – milimetr 10 −6 mikroµ 0, řec. μικρός – „malý“µA – mikroampér 10 −9 nanon 0, řec. νανος – „trpaslík“nT – nanotesla 10 −12 pikop 0, it. piccolo – „malý“pF – pikofarad

Převody jednotek Někdy není vhodné používat základní jednotky (rychlost v m/s a km/h, čas v sekundách/minutách/hodinách) Snaha o co nejnázornější vyjádření výsledku

Fyzika a matematika Přírodní zákony jdou zapsat pomocí matematických vzorců Fyzika využívá rozsáhlý matematický aparát – bez znalostí matematiky se v dnešní době fyzik neobejde

Fyzika a matematika - praxe Statisticky vyhodnotíme provedený experiment Nutnost interpretace výsledků a znalosti nejistot a chyb měření Směrodatná odchylka – ukazuje, jak moc přesně jsme měřili (+ jak přesné jsme použili přístroje)

Statistické vyhodnocení experimentu Postup: 1. Uděláme aritmetický průměr naměřených dat 2. Pro každou hodnotu vypočteme rozdíl od průměru 3. Uděláme druhou mocninu tohoto čísla 4. Směrodatná odchylka se vypočítá dle vzorce: