Naturwissenschaftliche Grundlagen der Medizin
(Physik)
Herbstsemester 2011
Vorlesung: Prof. Jürg Osterwalder
Übungen: Dr. Jan Hugo Dil
Praktikum: Dr. Matthias Hengsberger
Allgemeine Informationen
Snapshots der Wandtafel
Mechanik- 20. September 2011 - Tafel 1: Gründe für
Physikausbildung im Medizinstudium
- 20. September
2011 - Tafel 2: gleichförmige Bewegung, s(t)- und v(t)-Diagramme
- 20. September 2011 - Tafel 3: Nichtgleichförmige Bewegung, Bezug zu Ableitungen und Integralen
- 26. September
2011 - Tafel 1: Beispiel zur Kinematik - freier Fall
- 26. September
2011 - Tafel 2: Bewegungen in der Ebene, Vektoren,
Komponentenschreibweise
- 26. September 2011 - Tafel 3: Momentanbeschleunigung, Kreisbewegungen
- 26. September
2011 - Tafel 4: Bewegungen im 3D-Raum, Dynamik, Kraft und Masse
- 26. September
2011 - Tafel 5: Die Newtonschen Prinzipien, Aktionsprinzip (2. N. P.)
- 26. September 2011 - Tafel 6: Trägheitsprinzip (1. N. P.), Reaktionsprinzip (3. N. P.)
- 27. September
2011 - Tafel 1: Der Impuls (nur Definition)
- 27. September
2011 - Tafel 2: Arten von Kräften: Gravitationskraft,
elektromagnetische Kräfte, etc.
- 27. September
2011 - Tafel 3: Coulombkraft und ihre Erscheinungsformen - Normalkraft
- 27. September
2011 - Tafel 4: Coulombgesetz, Kraft zwischen zwei neutralen Atomen
- 27. September
2011 - Tafel 5: Kraftkurve zwischen zwei Atomen, Reibungskräfte
- 27. September
2011 - Tafel 6: Kraftstösse - Einführung
- 3. Oktober 2011 -
Tafel 1: Der Kraftstoss
- 3. Oktober 2011 -
Tafel 2: Der Kraftstoss, Drehmoment
- 3. Oktober 2011 - Tafel 3: Gleichgewicht starrer Körper, Schwerpunkt
- 3. Oktober 2011 -
Tafel 4: Schwerpunkt Spazierstock, Festigkeitslehre
- 3. Oktober 2011 -
Tafel 5: Experiment von Hooke, Materialverhalten
- 3. Oktober 2011 -
Tafel 6: Spannungs-Dehnungs Diagramm, Elastizitätsmodul
- 4. Oktober 2011 -
Tafel 1: Scherung, Schubspannung, Schubmodul
- 4. Oktober 2011 -
Tafel 2: Spannungsfelder im Stab
- 4. Oktober 2011 -
Tafel 3: Die Biegebelastung eines Balkens
- 4. Oktober 2011 -
Tafel 4: Balken: Koordinatensystem und Kräftegleichgewicht
- 4. Oktober 2011 - Tafel 5: Balken: Drehmomentengleichgewicht, Flächenträgheitsmoment
- 10. Oktober 2011 - Tafel 1: Hydrostatik, hydrostatischer Druck in Flüssigkeiten und Gasen
- 10. Oktober 2011 -
Tafel 2: Dehnung eines Blutgefässes, Dehnbarkeit
- 10. Oktober 2011 - Tafel 3: Dehnbarkeit und Aneurysma
- 11. Oktober 2011 - Tafel 1: Druckverteilung in einer ruhenden Flüssigkeit
- 11. Oktober 2011 -
Tafel 2: Druckzunahme mit Wassertiefe, Atmung beim Tauchen, Auftrieb
- 11. Oktober 2011 -
Tafel 3: resultierende Kraft beim Auftrieb
- 11. Oktober 2011 - Tafel 4: Zentrifugalauftrieb, Energieformen
- 11. Oktober 2011 - Tafel 4: Definition der Arbeit, Arbeit zum Spannen einer Feder
- 17. Oktober 2011 - Tafel 1: Energiesatz, Beispiel Bremsweg einse Fahrzeuges
- 17. Oktober 2011 -
Tafel 2: konservative Kräfte, potentielle Energie,
Energieerhaltungssatz
- 17. Oktober 2011 -
Tafel 3: Energieerhaltungssatz, Beispiel Berg- und Talbahn
- 17. Oktober 2011 -
Tafel 4: Hydrodynamik, stationäre Strömung, laminare
Strömung, Volumenstromstärke
- 17. Oktober 2011 - Tafel 5: Kontinuitätsgleichung, Bernoulligleichung
- 18. Oktober 2011 - Tafel 1: Beispiele zur Bernoulligleichung, Druckmessung in Strömungen, Infusion
- 18. Oktober 2011 -
Tafel 2: innere Reibung, Druckabfall entlang einer Strömung
- 18. Oktober 2011 -
Tafel 3: Newton'sches Reibungsgesetz, Rohrströmungen
- 18. Oktober 2011 -
Tafel 4: Gesetz von Hagen-Poiseuille, Rohrwiderstand
- 18. Oktober 2011 - Tafel 5: Serieschaltung von zwei Rohrstücken
- 24. Oktober 2011 -
Tafel 1: Parallelschaltung von zwei Rohrstücken, Stokes'sches
Reibungsgesetz, Sedimentation
- 24. Oktober 2011 -
Tafel 2: Sedimentationsgeschwindigkeit und Blutsenkung
- 24. Oktober 2011 -
Tafel 3: turbulente Strömungen, Reynoldsche Zahl,
Turbulenzkriterium
- 24. Oktober 2011 - Tafel 4: Wo kann im Blutkreislauf allenfalls Turbulenz auftreten?
- 25. Oktober 2011 -
Tafel 1: Thermodynamik, Modell des idealen Gases
- 25. Oktober 2011 -
Tafel 2: Zustandsgrössen: innere Energie,
Geschwindigkeitsverteilung
- 25. Oktober 2011 -
Tafel 3: Maxwell-Boltzmannsche Geschwindigkeitsverteilung, der Gasdruck
- 25. Oktober 2011 -
Tafel 4: der Gasdruck (Fortstzg.), Zustandsgleichung des idealen Gases
- 25. Oktober 2011 - Tafel 5: zur Zustandsgleichung, Gasgemische, Partialdrücke
- 31. Oktober 2011 -
Tafel 1: thermodynamisches Gleichgewicht, Wärmeaustausch,
Temperatur beim idealen Gas
- 31. Oktober 2011 -
Tafel 2: Erreichen eines neuen TD-GGW durch Diffusion
- 31. Oktober 2011 -
Tafel 3: Fick'sches Diffusionsgesetz, Diffusionskonstante, Diffusion in
Lösungen
- 31. Oktober 2011 -
Tafel 4: Diffusion durch porösen Ton, Gasaufnahme in
Flüssigkeiten
- 31. Oktober 2011 - Tafel 5: Osmose, osmotischer Druck
- 1. November 2011 -
Tafel 1: osmotischer Druck von isotonischer Kochsalzlösung,
Hämolyse, Dampfdruck
- 1. November 2011 -
Tafel 2: konstanter Dampfdruck im Koexistenzbereich, Dampfdruckkurve
- 1. November 2011 -
Tafel 3: Dampfdruck bei geschlossenem/offenem Gefäss,
Luftfeuchtigkeit, 1. Hauptsatz
- 1. November 2011 -
Tafel 4: 1. Hauptsatz, Arbeit eines Gases, Wärmeleitung
- 1. November 2011 -
Tafel 5: Beispiel: Wärmeleitung durch eine Holzwand
- 1. November 2011 - Tafel 6: Änderung der inneren Energie von Eis/Wasser/Dampf durch Wärmezufuhr
- 7. November 2011 - Tafel 1: 2. Hauptsatz der Wärmelehre, Entropie und Unordnung (ganz kurz)
- 7. November 2011 -
Tafel 2: Elektrostatik: das elektrische Feld und seine Feldlinien, Bsp.
Punktladung
- 7. November 2011 -
Tafel 3: Mehrere Punktladungen, Dipolfeld, elektrisches Dipolmoment,
Bsp. Wasser
- 7. November 2011 - Tafel 4: homogenes elektrisches Feld, Plattenkondensator, die elektrische Spannung
- 8. November 2011 -
Tafel 1: elektrische Spannung und elektrisches Potential
- 8. November 2011 -
Tafel 2: Aequipotentialflächen, Plattenkondensator,
Kapazität, beliebiges E-Feld
- 8. November 2011 -
Tafel 3: Bsp. Beschleunigungsspannung in einer Röntgenröhre
- 8. November 2011 - Tafel 4: Ladungsverteilung und elektrische Felder in Materialien: Metalle und Isolatoren
- 8. November 2011 - Tafel 5: Materialien im äusseren Feld, Influenz, Polarisation; Gleichströme
- 14. November 2011 -
Tafel 1: Gleichströme, Definition der positiven Stromrichtung
- 14. November 2011 -
Tafel 2: Stromstärke und Stromdichte
- 14. November 2011 -
Tafel 3: Strömungsgesetze, elektrischer Widerstand, spezifischer
Widerstand
- 14. November 2011 -
Tafel 4: Strom-Spannungs-Charakteristik, Joulesche Wärme
- 14. November 2011 -
Tafel 5: elektrische Leitfähigkeit, Bezug zum Elektrokardiogramm
- 14. November 2011 - Tafel 6: Spannungsquellen, elektromotorische "Kraft", Ruhepotential einer Zelle
- 15. November 2011 -
Tafel 1: reale Spannungsquellen, Innenwiderstand, Kirchhoffsche Regeln
- 15. November 2011 -
Tafel 2: Anwendung der Kirchhoffschen Regeln: Vorzeichen und Rezept
- 15. November 2011 -
Tafel 3: Magnetfelder, magn. Dipolmoment, B-Feld eines geraden
elektrischen Leiters
- 15. November 2011 - Tafel 4: B-Feld einer geraden Spule, die Lorentzkraft, Bsp. Lorentzkraft in Elektrolyten
- 21. November 2011 - Tafel 1: Kraft auf elektrischen Leiter im B-Feld, Kraft zwischen zwei Leitern
- 21. November 2011 - Tafel 2: Das Faradaysche Induktionsgesetz, der magnetische Fluss
- 21. November 2011 - Tafel 3: Berechnung des magnetischen Flusses, Flussänderung
- 21. November 2011 - Tafel 4: Schwingungsvorgänge, schwingfähiges System
- 21. November 2011 -
Tafel 5: Energiebetrachtung, harmonische Schwingung
- 21. November 2011 - Tafel 6: Kreisfrequenz, Schwingungsperiode, Frequenz
- 22. November 2011 -
Tafel 1: gedämpfte Schwingung, erzwungene Schwingung
- 22. November 2011 -
Tafel 2: stationärer Zustand, Resonanz, Phase bei Resonanz
- 22. November 2011 -
Tafel 3: Magnetresonanztomographie (MRI), Präzession eines
Kernspins
- 22. November 2011 - Tafel 4: Kernresonanzspektroskopie (nuclear magnetic resonance, NMR)
- 28. November 2011 -
Tafel 1: Magnetresonanztomographie (MRI), Wellen, Medium, Kopplung,
Anregung
- 28. November 2011 -
Tafel 2: Polarisation, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenanregung
u(x,t)
- 28. November 2011 -
Tafel 3: Wellen im Orts- und Zeitbild, Wellenlänge, Periode,
Schallwellen
- 28. November 2011 -
Tafel 4: Akustik: Anregung und Schalldruck, Schallgeschwindigkeir,
Intensität, "Schallschnelle"
- 28. November 2011 - Tafel 5: Schallintensität und Schallpegel
- 29. November 2011 - Tafel 1: Hören von Schallsignalen, reiner Ton, zwei Frequenzen, Schwebung
- 29. November 2011 -
Tafel 2: Hören von Schallsignalen, Klang, Geräusch,
Frequenzanalyse
- 29. November 2011 - Tafel 3: Ultraschall, Reflexion, Transmission, Wellenwiderstand, Doppler-Ultraschall
- 5. Dezember 2011 - Tafel 1: Optik, Brechungsindex, Wellenausbreitung in 3D, Huygens'sches Prinzip
- 5. Dezember 2011 -
Tafel 2: Reflexion und Brechung
- 5. Dezember 2011 -
Tafel 3: optische Abbildungen
- 5. Dezember 2011 -
Tafel 4: Abbildung mit dünnen Linsen, Brennpunkte, Brennweite
- 5. Dezember 2011 -
Tafel 5: Brechkraft, Dioptrie
- 5. Dezember 2011 - Tafel 6: Bildkonstruktion bei einer Sammellinse, Abbildungsgleichung, Vergrösserungsmassstab
- 6. Dezember 2011 - Tafel 1: Streulinsen, Brillenglas mit negativer Brechkraft, Abbildung mit Streulinse
- 6. Dezember 2011 -
Tafel 2: Das menschliche Auge, Akkommodationsfähigkeit, Fernpunkt,
Nahpunkt
- 6. Dezember 2011 -
Tafel 3: zur Kurzsichtigkeit
- 6. Dezember 2011 - Tafel 4: Wärmestrahlung, Gesetz von Stefan-Boltzmann
- 13. Dezember 2011 - Tafel 1: Wärmestrahlung, Spektrum, Wien'sches Verschiebungsgesetz
- 13. Dezember 2011 -
Tafel 2: Röntgenstrahlung: Spektrum und dessen Messung mit Beugung
an NaCl-Kristall
- 13. Dezember 2011 -
Tafel 3: Atomphysik: klassisches Atommodell, Elektronenschalen,
Quantenzahlen n, l
- 13. Dezember 2011 -
Tafel 4: Quantenzahlen und Besetzungszahlen in Atomen, Spin,
Pauli-Prinzip, Na-Atom
- 13. Dezember 2011 -
Tafel 5: Prozesse bei der Röntgenemission: Bremsstrahlung und
charakteristische Linien
- 13. Dezember 2011 -
Tafel 6: Prozess bei Röntgenabsorption: Photoemission;
Absorptionskoeffizient, Halbwertsdicke
Fotos der Wandtafel mit Kurzrepetitionen
- 26. September 2011 - Kinematik
- 27. September 2011 -
Dynamik: Newtonsche Prinzipien, Beispiel Hammer und Nagel
- 3. Oktober 2011 -
Kraft-Abstands Kurve der interatomaren Wechselwirkung, Haftreibung
- 4. Oktober 2011 - Kraftstoss, Drehmoment, Schwerpunkt, Festigkeitslehre, Hooke, Bruchspannung
- 10. Oktober 2011 - Biegebelastung eines Balkens, Spannungsverteilung
- 11. Oktober 2011 - hydrostatischer Druck, Dehnung eines Blutgefässes
- 17. Oktober 2011 - Druckverteilung in einer stehenden Flüssigkeit, in Zentrifuge, Energie und Arbeit
- 18. Oktober 2011 - stationäre laminare Strömungen, Kontinuitätsgleichung, Bernoulligleichung
- 24. Oktober 2011 - Strömungen mit innerer Reibung, Newtonsches Reibungsgesetz, Hagen-Poiseuille
- 25. Oktober 2011 - Stokes'sches Reibungsgesetz, turbulente Strömungen, Reynoldsche Zahl
- 31. Oktober 2011 - Modell des idealen Gases, Maxwell-Boltzmannsche Geschwindigkeitsverteilung, Zustandsgleichung
- 1. November 2011 - Diffusion, Gasaufnahme in Flüssigkeiten, Osmose
- 7. November 2011 - 1. Hauptsatz der Wärmelehre, Umwandlungswärmen bei H2O
- 8. November 2011 - die elektrische Spannung
- 14. November 2011 - das elektrische Potential einer Punktladung, Gleichströme
- 15. November 2011 - Gleichströme, Spannungsquellen, Bsp. Diffusionsspannung über Zellmembran
- 21. November 2011 - magnetisches Dipolmoment, B-Felder von Strömen, Lorentzkraft
- 22. November 2011 - Induktionsgesetz, Schwingungsvorgänge, harmonische Schwingung, Energiebetrachtung
- 28. November 2011 - erzwungene Schwingung, Kernresonanzspektroskopie (NMR)
- 29. November 2011 - harmonische Wellen, Schallwellen in Gasen
- 5. Dezember 2011 - elektromagnetische Wellen, beschleunigte Ladungen, Lichtgeschwindigkeit
- 6. Dezember 2011 - Tafel 1: Abbildung mit Linsen, Brechkraft, Rezept für Bildkonstruktion
- 6. Dezember 2011 - Tafel 2: Abbildungsgleichung, Vergrösserungsmassstab, Streulinsen
- 13. Dezember 2011 -
Wärmestrahlung, Gesetz von Stefan-Boltzmann
In der Vorlesung gezeigte Folien
Mechanik- Interatomare
Kraft und deren
Linearisierung - Federmodell
- Verteilung der Normalkräfte hängt von der Belastung ab. Beispiel Schuh
- Das Drehmoment
- Das Vektorprodukt,
Rechte Hand Regel
- Tabelle
Elastizitiätsmodule, Bruchspannungen
- Bruchspannungen
für Knochen
- Viskoelastische
Materialien: Gummi und Muskel
- Verformungen, Dehnung,
Torsion
- Flächenträgheitsmomente
- Modell für Wirbelsäule - falsche Belastung
- Torsion eines zylindrischen Stabes
- Druckverteilung in der Atmosphäre, Barometerformel
- Von der interatomaren Kraft zur interatomaren potentiellen Energie
- Hagen-Poiseuille-Gesetz: Starke Abhängigkeit des Volumendurchflusses vom Rohr-Radius
- Druckabfall
entlang verzweigtem Rohrsystem
- Druckverhältnisse in Infusionsgefäss/-leitung ohne und mit Kanüle
- Blutkreislauf
- Schematische Darstellung des Kreislaufsystems
- Zahlenmässige Charakterisierung des Kreislaufsystems
- Verteilung des Druckabfalls im Kreislaufsystem
- Blutdruckamplitude entlang des Kreislaufsystems
- Strömung in Kapillaren: nicht-newtonsche Strömung
- Maxwell-Boltzmannsche
Geschwindigkeitsverteilung: Temperaturabhängigkeit
- Maxwell-Boltzmannsche Geschwindigkeitsverteilung: Massenabhängigkeit
- Gasaustausch in einer Lungen-Alveole
- Dialysepatrone
- Dampfdruckkurven von Wasser, Äthanol und Äther
- elektrisches Dipolfeld
- zwei ganz unterschiedliche Feldlinienbilder !
- Dipole erzeugen Drehmomente und Kräfte auf andere Dipole
- Hydratationsschale in wässrigen Lösungen
- van de
Graaff-Generator (Link zu Wikipedia)
- Kelvin-Generator
- Der Mensch als elektrischer Leiter
- Bereiche der
Wirkung elektrischer Ströme auf den menschlichen Körper
- Schädigungen des Körpers durch elektrische Ströme
- Ströme in der Elektro-Physiotherapie
- Zum Elektrokardiogramm (Figuren aus Kamke/Walcher)
- Zum Begriff der "elektromotorischen Kraft"
- Schematisches Bild einer Zellwand
- Beispiel für die Komplexität elektrischer Schaltkreise, Analogie zu Strömungen
- Beispiel zur Anwendung der Kirchhoffschen Regeln
- Parallel- und
Serieschaltung von elektrischen Widerständen
- Der Spannungsteiler
- Sind magnetische Feldlinien tatsächlich immer geschlossen ? Magnetische Monopole ?
- Der
Wechselspannungsgenerator
- Funktionsweise eines
Fehlerstrom-Schutzschalters (FI)
- Veranschaulichung der Kernspinresonanz
- Schema eines
Magnetresonanztomographen
- Magnetresonanztomographie: Kodierung des Ortes via Gradientenfeld
- Magnetresonanztomographie: Aufnahme von Querschnitten
- Magnetresonanztomographie: Aufnahme von Längsschnitten
- Laufende Welle
- Ausbreitung von Schallwellen
- Vergleich
von
Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien (aus Kamke/Walcher)
- Diagramm zur dB- und Phonskala
- typische
Hörbereiche des menschlichen Ohrs für Sprache und Musik
- Gefahrenbereiche für Gehörschädigungen
- Beispiel einer Schwebung
- Ausbreitung von Schall in verschiedenen Materialien - Wellenwiderstand (aus Kamke/Walcher)
- Ultraschall-Echographie
- Prinzip des B-Bild-Verfahrens
- Der Dopplereffekt
- Der Hertzsche Dipol
- Link zur
Computeranimation "Hertzscher Dipol"
- E- und B-Feld in einer elektromagnetischen Welle
- Das elektromagnetische Spektrum
- Wellenausbreitung im 3D Raum: ebene und Kugelwellen
- Brechzahlen
für verschiedene Materialien (aus Kamke/Walcher)
- Strahlenoptik: Reflexion und Brechung
- Strahlenoptik: Luftspiegelung, "Fata Morgana"
- Strahlenoptik: Abbildung durch ebenen Spiegel
- Strahlenoptik: Abbildung durch sphärische Spiegel
- Formen von sphärischen Linsen
- Fresnelsche Stufenlinsen
- Abbildungen mit Sammellinsen
- Linsensystem: das Mikroskop
- Nah- und Fernakkommodation der Augenlinse
- Altersabhängigkeit der Akkommodationsfähigkeit
- Übersicht über verschiedene Fehlsichtigkeiten
- Das Sonnenspektrum über und unterhalb der Atmosphäre
- Röntgenspektren: Bremsstrahlung und charakteristische Linien
- Röntgenbeugung
an einem Kristall -> Röntgenspektroskopie
Kolloquium
An
der Prüfung werden Sie mit der gleichen Formelsammlung arbeiten
können, sie wird dann zusammen mit dem Prüfungsheft neu
verteilt. Taschenrechner sind an der Prüfung nicht zugelassen,
werden auch nicht gebraucht.