Amanda Kopytek

Amanda Kopytek
IX LO im. Jarosława Dąbrowskiego
Ul. Paderewskiego 24, 93-025 Łódź
e-mail: [email protected]
www.dziewiatka.lodz.prv.pl
tel/fax: (0-42) 684 24 45
Co każdy chłopiec i dziewczyna
o fizyce wiedzieć powinien/powinna?
Esej
„Związki Fizyki z Cywilizacją”
Praca pod patronem
Włodzimierza Nawrockiego
CO KAŻDY CHŁOPIEC I DZIEWCZYNA O ZWIĄZKACH FIZYKI
Z CYWILIZACJĄ WIEDZIEĆ POWINIEN/POWINNA?
Od najdawniejszych czasów ludzkość żywo interesowała się otaczającym ją
światem, szukając odpowiedzi na zastanawiające i istotne pytania dotyczące
„dziwnych” rzeczy dziejących się w przyrodzie i otaczającej przestrzeni.
Już starożytni filozofowie tacy jak Archimedes, Pitagoras czy Demokryt
dostrzegali i starali się interpretować zjawiska fizyczne, a ich dorobek służy nam
do tej pory w postaci ważnych praw i zależności. Przykładem tego może być
prawo Archimedesa, które mówi, że każde ciało zanurzone w cieczy traci
pozornie na ciężarze tyle, ile wynosi ciężar cieczy wypartej przez to ciało.
Również działalność Demokryta szukającego wyjaśnienia zjawisk w ich
przyczynach oraz będącego ojcem poglądu o atomistycznej strukturze materii,
lub wprowadzenie pojęcia podobieństwa figur i odkrycie niewspółmierności
boku kwadratu i jego przekątnej przez Pitagorasa, wyraźnie wskazują na dążenie
do zdobycia jak największej wiedzy na temat świata już od wielu wieków.
Znacząca
ilość
odkryć
fizycznych
zarówno
współczesnych,
jak
i zdefiniowanych dziesiątki czy setki lat temu pozwala wyjaśnić, a także
zrozumieć wiele problemów związanych między innymi z medycyną.
Fizyka dała medycynie początek rozwoju oraz tworzenie się jej rozległych
technik.
Za
aktualny
wysoki
poziom
swych
osiągnięć,
doświadczeń
i możliwości medycyna powinna podziękować nie tylko biologom (lekarzom)
czy chemikom ale także w dużej mierze właśnie fizykom. Należy także
wspomnieć że większość odkryć fizycznych było wynalezionych zupełnie przez
przypadek jak np. zdjęcia rentgenowskie czy rezonans magnetyczny.
Fizyka swoje zastosowanie znajduje nie tylko w medycynie a także w całym
otaczającym nas świecie w przyrodzie objawia się np. poprzez zjawisko
powstawania tęczy, a w domu objawia się np. przy działaniu lodówki
czy ogrzewania. W związku z tym czy możemy stwierdzić, że fizyka pomaga
nam w dzisiejszym życiu?
Powiązanie medycyny z fizyką jest niezaprzeczalne i przejawia się w licznych
przypadkach. Bardzo znacząca ilość odkryć fizycznych, tych dawnych
i teraźniejszych pozwoliła na wyjaśnienie, a także zrozumienie wielu
problemów medycznych takich jak np. budowa ciała czy fizjologia.
Przełożenie różnych odkryć fizycznych na zastosowanie praktyczne dało
początek bardzo skutecznym metodom instrumentalnym, wielu maszynom
diagnostycznym czy rehabilitacyjnym. Warto przytoczyć tutaj historię odkrycia
promieni X przez Wilhelm Konrad Roentgen w 1888 roku, które umożliwiło
wykonywanie prześwietleń rentgenowskich.
Roentgen urodził się 27 marca 1845 roku w Niemczech. W 1895 roku Wilhelm
rozpoczął badania promieni katodowych. Kawałek szklanej ścianki rurki, która
znajdowała się naprzeciw katody, zastąpiono glinową blaszką. Ze względu na
właściwości promienie katodowe były w stanie przejść przez tą blaszkę na
zewnątrz.
Odkrywca zauważył że na niektóre przedmioty promienie te wzbudzają
fluorescencje, rozładowują naładowane elektryczne ciała a także oddziaływają
na klisze fotograficzną. Roentgen postanowił sprawdzić czy promienie te będą
przechodzić również przez zwykłą ściankę. Zauważył on jednak w pewnym
momencie fluorescencje leżącej metr od rury płytki, która była pokryta
tetracyjanoplatynianem barowym.
Stwierdził on, że zjawisko to nie mogło być wywołane promieniami
katodowymi ze względu na dużą odległość od rury Crookersa. Podczas
nieustannych badań nad tym zjawiskiem zauważył, że świecenie ekranu nadal
utrzymuje się nawet jeśli między nimi a rurą umieszczał różne przedmioty np.
takie jak: dłoń czy gruba książka.
Rys 1. Prześwietlenie ręki Promieniami X.[1]
Okazało się, ze odkrył on nowy rodzaj niewidzialnych promieni, które były
nazwane przez niego promieniami X. Około roku 1896 zaczęto stosować
promienie X w medycynie do prześwietlania ciała a nawet do leczenia chorób
nowotworowych.
Rys 2.Otrzymywanie promieniowania
Rys 3. Prawidłowa klatka
Rentgenowskiego [2]
piersiowa - zdjęcie
rentgenowskie [3]
Do niezwykle ważnego odkrycia przyczynili się amerykańscy fizycy Felix
Bloch i Edward Mills Purcell, którzy w połowie lat czterdziestych
zaobserwowali i opisali zjawisko obrazowania za pomocą rezonansu
magnetycznego, które uwidacznia subtelną fluktuacje w magnetycznych
właściwościach jąder wodoru.
Zauważyli oni, że na atomowe jądra umieszczone w
silnym polu
magnetycznym można działać falami radiowymi o częstotliwości ściśle
określonej. Kilkadziesiąt lat później Paul C. Lauterbur i Peter Mansfied
dokonali przełomowych odkryć dotyczących wykorzystywania rezonansu
magnetycznego. Obrazowanie za pomocą rezonansu magnetycznego polega
na umieszczeniu pacjenta w stałym polu magnetycznym o wysokiej energii.
Silne magnesy wytwarzają jednorodne pole, które powoduje, że spiny jąder
wodoru porządkują się w kierunku pola. Jądra wodoru absorbują energię fal
radiowych zmieniając swój stan, a potem oddając energię emitując fale o tej
samej częstotliwości – tu właśnie zachodzi zjawisko rezonansu.
Od typu cząsteczek zależy szybkość emisji, która inna jest dla tłuszczów, białek,
wody
i innych związków bogatych w wodór co pozwala rozróżnić gęstość
i typ tkanek. Odebranym sygnałom komputer przypisuje odpowiednia skalę
szarości i na monitorze lub zdjęciach widać obszary o różnej skali zaczernienia.
Obszary te są również naświetlane przez specjalną kamerę na zwykłej folii
rentgenowskiej. By obraz był lepszy stosuję się kontrastowe środki różniące się
między sobą właściwościami magnetycznymi, dzięki czemu możliwa jest ocena
struktur a także funkcja tkanek i narządów.
Rezonans magnetyczny jest najbardziej precyzyjną metodą w diagnozowaniu
raka. Umożliwia wykrycie nawet niewielkich zmian nowotworowych,
w większości w każdym narządzi i tkance ciała. Rezonans magnetyczny swoje
zastosowanie znajduje także w analizie układu mięśniowego i szkieletowego, co
pozwala na bardzo dobrze obrazy kręgosłupa i otaczającej go przestrzeni. Jest to
badanie nieinwazyjne, w przeciwieństwie do większości innych badań
radiologicznych nie wykorzystuje ono promieniowania rentgenowskiego tylko
nieszkodliwe dla organizmu człowieka pole magnetyczne i fale radiowe.
Rys 4. Badanie poprzez rezonans magnetyczny [4]
Dowodem na to, że fizyka w dużym stopniu wpływa na medycynę jest także
„badanie fizykalne”, które polega na ocenie stanu zdrowia na podstawie
wiadomości o budowie i czynnościach organów ciała np. temperatura, kształt
czy ruch. Dane te są otrzymywane bezpośrednio przy pomocy analiz, które
przeprowadza lekarz przy pomocy np. dotyku, wzroku czy słuchu.
Fizykę można nazwać również "nauką o przyrodzie". Fizycy zajmują się
tu właściwościami, energią oraz oddziaływaniami m.in. materii. Poznawanie
różnych zjawisk fizycznych w przyrodzie dzieli się na teorię i doświadczenie.
Fizyka jest nauką, która bardzo ściśle związana jest z innymi naukami
przyrodniczymi
np.
chemią
i
jej
częścią
głównie
cząsteczkami
i związkami chemicznymi, które licznie występują w naszym otoczeniu.
Fizyka
jako
nauka
zajmuje
pierwsze miejsce w
naukach
natury,
ponieważ wyjaśnia i pozwala na zrozumienie podstawowych zależności
i zjawisk występujących wokół nas np. powstawanie tęczy, które tłumaczy się
w ten sposób, że mieszaniną wszystkich barw jest światło białe, a każda barwa
ma inną długość fali.
Gdy światło przechodzi przez granicę przezroczystych substancji o różniej
prędkości rozchodzących się fal to część wiązki odbija się a część załamuje się.
Światło białe po przejściu przez granicę dwóch ośrodków ulega rozproszeniu na
poszczególne kolory, co tworzy kolorowe widmo.
Tęcza powstaje gdy świeci słońce, a z drugiej strony nieba pada deszcz.
Promienie słońca padające zza pleców obserwatora załamują się i w powietrzu
odbijają się w kroplach wody.
Światło słoneczne przy powstawaniu tęczy głównej najpierw załamuje się w
kroplach deszczu, a potem część wiązki odbija się od tylnej warstwy, a inna
część załamuję się na niej, wiązki tej nie widzimy bo ginie ona w blasku słońca.
Po odbiciu powtórnie załamuje się światło i pojawia się na zewnątrz w postaci
pasma barw. Tęcze można także obserwować patrząc na spadające krople wody
fontanny czy węża ogrodowego. Aby to zaobserwować należy stanąć między
słońcem a fontanną zwracając się przodem do niej.
Fizyka w dziedzinie mechaniki pełni niezwykle istotną rolę, jest wręcz
niezbędna. Pozwala na ułatwienie sobie przede wszystkim codziennego życia
np. w pracach domowych, dotarciu m.in. do pracy czy szkoły czy nawet
w odpoczynku.
Dzięki jej odkryciom mamy np. samochody, komputery, telefony, pralki czy
lodówki. Mechanizm działania ostatniego z wymienionych urządzeń opiera się
na zjawisku ochładzania się cieczy wskutek szybkiego parowania, stosowany
także m.in. w zamrażarkach czy urządzeniach klimatycznych.
Urządzenia te składają się z czterech części które są podstawą, są to: zbiornik
substancji chłodzącej, dwa wymienniki ciepła- wewnętrzny i zewnętrzny oraz
sprężarka. Jako substancje chłodzące stosuje się różnie gazy, które są przyjazne
dla środowiska.
Chłodząca substancja w ciekłym stanie jest pompowana do zwojów wymiennika
ciepła, który znajduje się wewnątrz lodówki, tam gwałtownie paruje i pobiera
ciepło z otoczenia. Jako gaz jest wysyłany do sprężarki, która znajduje się na
zewnątrz lodówki. Gaz, który jest już sprężony kierowany jest do wymiennika
ciepła, gdzie oddaje ciepło do otoczenia a sam ochładza i skrapla. Ciekła
substancja znów trafia do zbiornika, z którego kieruje wewnętrznego
wymiennika ciepła. Cały cykl w taki sposób się ciągłe powtarza.
Czyli lodówka pobiera ciepło ze swojego wnętrza i oddaje je na zewnątrz.
By lodówka działała konieczne jest zasilenie jej energią elektryczną, która
wykorzystywana jest przede wszystkim w sprężarce.
Wszystkie te odkrycia pozwalają w dużej mierze na zaoszczędzeniu czasu
i wykorzystaniu go
w jakiś innych czynnościach, a
także
na
większym
dowartościowaniu życia i docenieniem go.
Czy zjawiska fizyczne ułatwiają albo pomagają nam w codziennym życiu?
Moim zdaniem tak, uważam że bez tych licznych odkryć fizycznych nasze życie
wyglądało by dużo inaczej niż teraz.
Ponieważ zinterpretowane i opisane zjawiska fizyczne pomagają nam bardziej
poznać otaczający nas świat i lepiej się przystosować do życia. Pozwala to także
zrozumieć wiele zależności i procesów występujących w przyrodzie, medycynie
czy otaczającej nas mechanice.
Dzięki fizyce możemy lepiej żyć i wykorzystywać jej dzieła w codziennym
życiu np. w pracach domowych. Dzięki niej możemy lepiej poznać nasze ciała
jak i wykorzystać ją podczas ratowania zdrowia, czy nawet życia.
Nawet nie zdajemy sobie sprawy jak ciężko było by nam żyć bez niektórych
odkryć, jak wiele rzeczy by nas przerażało. Fizyka jest bardzo ważną nauka w
naszym życiu i uważam ze poświęcenie jej części naszego czasu nie ulegnie
zmarnowaniu, a tylko pozwoli bardziej nam poznać świat.
Literatura
[1] - http://wirtualne_laboratorium.republika.pl/wilhelm.htm
[2] - http://wirtualne_laboratorium.republika.pl/wilhelm.htm
[3] - http://przychodnia.pl
[4] - http://www.google.pl