AKUSTIKA

1. AKUSTIKA (TEZE PŘEDNÁŠKY)

2. ZVUK • mechanické vlnění • šíření v tekutinách podélně v pevných látkách podélně i příčně ve vakuu se nešíří • rychlost šíření ve vzduchu 330 m s-1 ve vodě 1 440 m s-1

3. Vnímání zvuku • závislost na frekvenci (sluchové pole) • člověk 16 – 18 000 Hz • infrazvuk (chobotnatci) • ultrazvuk nad 20 kHz pes 18 – 38 000 Hz kočka až 50 kHz netopýr až 200 kHz dle druhu kytovci 300 Hz až 20 kHz dorozumívání 10 kHz až 280 kHz echolokace – sonar (spermacet vorvaně – ultrasonický reflektor), ultrazvukové dělo výkon 700 W, akustický tlak až 70 000 kPa

4. Intenzita zvuku • energie působící na jednotkovou plochu orientovanou kolmo na směr šíření vlny za jednotku času [ W m-2] Lidské ucho při frekvenci 1 kHz vnímá prahovou intenzitu I0 = 10-12 W m-2

5. Hladina intenzity zvuku I L = log -------- [ B ] I0 I L = 10 log -------- [ dB ] I0 Práh bolesti 130 dB nezávisí na frekvenci

6. Jednotky hlasitosti • Změna počitku je přímo úměrná změně podnětu • frekvenční závislost ! • referenční tón 1 kHz • fon [Ph] číselně se kryje s dB • son číselně se kryje s 40 dB

7. Ultrazvuk • nad 20 kHz • generátory • magnetostrikční • piezoelektrický

8. Fyzikální vlastnosti • absorpce je přímo úměrně závislá na frekvenci ultrazvuku a na druhu materiálu nejvíce absorbují plyny • energie vln roste se čtvercem frekvence • rychlost c je nezávislá na frekvenci, pro tekuté prostředí (měkké tkáně) platí K c = ------- ρ K – modul objemové pružnosti ρ – měrná hmotnost

9. Fyzikální vlastnosti • pružná prostředí vedou k útlumu • útlum je závislý na frekvenci přímo úměrně I = Io . e-2αx α lineární koeficient útlumu [dB] • Ultrazvukový vlnový odpor – akustická impedance z z = ρ . c [Pa s-1] c …rychlost vlny krev 1,62 . 106 Pa s-1 tuk 1,35 . 106 Pa s-1 kost 3,75 . 106 Pa s-1

10. Ultrazvuk - účinky • mechanické • fyzikálně – chemické disperzní x koagulační • tepelné – asi 30 % energie • kavitace - zdroj volných radikálů • pseudokavitace – uvolňování bublinek plynů

11. Biologické účinky ultrazvuku • strukturní změny • změny permeability membrán • změny vodivosti nervových vláken • změny pH • analgetické a spasmolytické • změkčení vazivových tkání • zvýšení metabolizmu • narušení centra pro bolest v thalamu

12. Využití ultrazvuku • myčky skla • příprava suspenzí • defektoskopie • terapeutické • litotripsie • sonografie

13. Sonografie, echografie • odraz ultrazvukové vlny na rozhraní tkání • odrazy nesou informace o prostředí kterým prošly • vnitřní struktura tkání ovlivňuje rychlost šíření a útlum ultrazvuku • tvar orgánu ovlivňuje odraz a lom vlny • Sonda pracuje současně jako generátor i detektor. • speciální gely

14. Dopplerův efekt • změna frekvence při vzájemném pohybu vysílače a přijímače akustického signálu • přibližováním frekvence roste • vzdalováním frekvence klesá

15. Mechanika • síla F = m . a [N][kg m s-2] • práce W = F . s . cosα[J][kg m2 s-2] W • výkon P = ---- [W][J s-1][kg m2 s-3] t

16. Statické vlastnosti tkání a potravin • pevnost – soudržnost proti vnější síle • pružnost (elasticita) schopnost vrátit se po deformaci do původního stavu • roztažlivost (distenzibilita) poddajnost vůči vnější síle • tvárnost (plasticita) schopnost vlivem deformující síly měnit trvale tvar

17. ELASTICKÉ LÁTKY • HOOKŮV zákon 1 ε = --- . σ E ε deformace E Youngův modul pružnosti σ působící napětí

18. Prodloužení tyče o délce l a průřezu S v podélné ose silou F 1 l • Δl = --- . --- . F E S Ohyb trubice délky l o vnějším poloměru r1 a vnitřním poloměru r2 (fixované na obou koncích) silou F působící kolmo na střed l3 1 s = ------- . ----------- . F 12π E r14 – r24

19. PLASTICKÉ LÁTKY • Deformují se až po dosažení určité hodnoty deformující síly nebo napětí (síla/délka). • Deformace je trvalá.

20. VISKÓZNÍ LÁTKY • tekutiny u nichž rychlost deformace ε je funkcí síly f Δε f = -------- Δt • lineární funkce – NEWTONSKÉ kapaliny (pravé roztoky, čistá rozpouštědla) • nelineární funkce – NENEWTONSKÉ kapaliny (koloidy)

21. Látky viskózně elastické • deformace je funkcí působící síly i času současně • skokový nástup konstantní síly vede k exponenciálnímu nárůstu i poklesu po ukončení působení síly • k návratu do původního stavu je však potřeba zrušení deformace působením síly opačného směru • tento děj se nazývá RELAXACE • relaxační doba je poměr modulu pružnosti a dynamické viskozity • Maxwellovy tekutiny (krev)

22. Maxwellův a Voigtův prvek • elastické vlastnosti modelujeme jako pružinu • viskózní vlastnosti modelujeme jako píst ve válci s obsahem tekutiny • sériové zapojení – Maxwellův prvek rychlé působení síly vede možnosti reversibilního návratu, delší působení síly vede k deformaci • paralelní zapojení – Voigtův prvek neumožňuje náhlé protažení • v organizmu kombinace obou prvků (sval a jeho úpony)

23. Biomechanika kostí a kloubů • diafýza – dutá, ohyb • epifýza – trámčina Wolfův zákon o transformaci • synoviální tekutina – snížení tření, úspora energie • pohyb v kloubech – klouzavý, valivý, úplný rotační není možný → cirkumdukce

24. Svaly • myofibrily – filamenta • silnější myosin • slabší aktin • Teorie Huxleho-Hansena zasouvání silnějších do slabších • energie ATP

25. Kontrakce • izotonická – sval se zkrátí – koná se mechanická práce a uvolňuje se teplo • izometrická – sval má stejnou délku, kompenzuje vnější silové působení (gravitace)