პროექტი

ფიზიკის როლი სხვადასხვა სფეროში

პროექტის მიზანი: მოსწავლეები ინტერესით, პრაქტიკული გამოყენების თვალსაზრისით და შემოქმედებითად მოეკიდონ სასკოლო საგნების შესწავლას
პროექტის ამოცანები: მოსწავლეეში გაიზარდოს ინტერესი სხვადასხვა საგნის, მათ შორის ფიზიკის, ქიმიის, მათემატიკის შესწავლის.
მოსალოდნელი შედეგები: მოსწავლეები შექმნიან ბლოგებს თავიანთ ინტერესებზე. ჩაერთვებიან დიკუსიაში სხვადასხვა სკოლის მოსწავლეებთან

ფიზიკა იმ ზუსტ მეცნიერებათა რიცხვს მიეკუთვნება, რომელიც საფუძვლად უდევს ტექნიკის განვითარებას. მეორეს მხრივ ფიზიკა ფართოდ გამოიყენება ბიოლოგიური გამოკვლევებისათვის. ფიზიკურ კანონებზე დაყრდნობით გასაგები ხდება ბიოლოგიური ობიექტების ცხოველქმედების, აგებულების თავისებურებები. ,,გამოკვლევა ესაა ისწავლო ზემოქმედების მოხდენა, რათა ისწავლო მართვა–ასეთია ბიოლოგიური და სამედიცინო მეცნიერების საბოლოო მიზანი“– წერდნენ ცნობილი ფიზიოლოგები ბაბსკი და პარინი. ცოცხალ ორგანიზმებზე ზემოქმედების ფართო არსენალს და მასში მიმდინარე პროცესების რეგისტრაციის მრავალფეროვან მეთოდებს ბიოლოგებს სთავაზობს ფიზიკა და ტექნიკა.
ატომური ენერგიის გამოყენების ზრდამ თანამედროვე მეცნიერებაში, ტექნიკასა და სახალხო მეურნეობის სხვადასხვა დარგებში განაპირობა იონიზირებული გამოსხივების ბიოლოგიური მოქმედების შესწავლა. იქმნება მძლავრი ველები (ელექტრული, მაგნიტური, ელექტრომაგნიტური და სხვა) ორგანიზმზე ზემოქმედებისათვის. ფართოდ იქნა გამოყენებული ზემოქმედების საშუალებად ულტრაბგერა. ქირურგიულ პრაქტიკაში დაიწყეს გამოყენება ოპტიკური დიაპაზონის კვანტური გენერატორების– ლაზერების. ავიაციის განვითარებამ და კოსმოსური სივრცის ათვისებამ წარმოშვა ახალი პრობლემები: ცოცხალ ორგანიზმზე კოსმოსური სხივების, გადატვირთვის, უწონობის და სხვა ფიზიკური ფაქტორების გავლენა. კვლევის ახალი ფიზიკური მეთოდების დამუშავება გახდა მიზეზი ბიოლოგიისა და მედიცინის განვითარებაში გამოყენებითი გარდატეხების. ამის ნათელი მაგალითია ჯერ ოპტიკური, ხოლო შემდეგ ელექტრონული მიკროსკოპის გამოგონება და სრულყოფა. ელექტრონული მიკროსკოპია საშუალებას იძლევა დავაკვირდეთ უჯრედების შიგნით სუბმიკროსკოპულ სტრუქტურებს და ცოცხალ ობიექტებს. ახლებურად წარმოსდგა უჯრედის ბირთვის აგებულება, შესაძლებელი შეიქნა ვირუსის დანახვა.
კარგად ცნობილია რენტგენის სხივების გამოყენება დიაგნოსტიკაში, თანდათან იზრდება რენტგენოსტრუქტურული ანალიზის მნიშვნელობა, ეს მეთოდი ფართოდაა გამოყენებული ცილისა და ნუკლეინის მჟავას მოლეკულის სივრცული აგებულების შესასწავლად. ბიოლოგიაში წარმატებით გამოიყენება მცენარეებში, ადამიანისა და ცხოველის ორგანიზმში ნივთიერებათა ცვლის შესწავლისათვის რადიაქტიული იზოტოპები.
თანამედროვე აკუსტიკამ შესაძლებელი გახადა სუსტი ულტრაბგერების რეგისტრაცია, შესაძლებელი გახდა ვიწრო ვიწრო ელექტრობგერების კონების მიღება, შესაძლებელი გახდა გენერირება და გამოყენება ხანმოკლე ულტრაბგერული იმპულსების. ამის შედეგად შესწავლილია მთელი რიგი ბიოლოგიური ობიექტებიდან ულტრაბგერითი ტალღის არეკვლა. არეკლილი სიგნალების მიხედვით შესაძლებელი ხდება განაცალკაონ ნორმალური ქსოვილი პათოლოგიურისაგან, განისაზღვროს უცხო სხეულების მდებარეობა, მიღებული იქნას ორგანოების ულტრაბგერითი გამოსახულება და მათი მაკროსტრუქტურა.
მედიცინაში წარმატებით გამოიყენება სრული შინაგანი არეკვლის მეთოდი. სრული შინაგანი არეკვლა შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როცა სინათლე მეტად მკვრივი გარემოდან გადადის ნაკლებად მკვრივ გარემოში. მას იყენებენ ოპტიკის ერთ–ერთ მიმართულებაში, ბოჭკოვან ოპტიკაში. მინის ბოჭკოები უწვრილესი მოქნილი ძაფებია, რომლებიც ძუას წაგავს. ბოჭკოს გარსი ისეთი ნივთიერებითაა დაფარული, რომელსაც გაცილებით მცირე გარდატეხის მაჩვენებლი აქვს, ვიდრე შიგთავსს.
თუ სინათლე ბოჭკოს ერთ ბოლოში მოხვდება, გარსიდან მრავალჯერადი სრული შინაგანი არეკვლის შედაგად ბოჭკოს მეორე მხარეს გამოდის.
ოპტიკურ ბოჭკოებს ფართოდ იყენებენ მედიცინაში. მაგალითად, ენდოსკოპებში, მოწყობილებებში, რომლებიც ექიმებს საშუალებას აძლევს უშუალოდ დაათვალიერონ პაციენტის შინაგანი ორგანოები, მაგალითად კუჭის შიგა კედლები.
ბოჭკოებისაგან დამზადებული წვრილი გვარლი საყლაპავი მილიდან ავადმყოფის კუჭში შეჰყავთ. გვარლის ზოგიერთი ბოჭკოს საშუალებით წყაროდან სინათლე კუჭის კედლებამდე მიდის და ანათებს მას. კედლებიდან არეკვლილი სინათლე კი სხვა ბოჭკოების საშუალებით ბრუნდება უკან და მიკროსკოპის ოკულარიდან ექიმის თვალში ხვდება. ექიმს კი შეუძლია ,,წაიკითხოს კუჭის შიგა კედელზე არსებული ინფორმაცია.
თითქმის ყველანაირი სახის ქირურგიული პროცედურა შეიძლება ჩატარდეს ლაზერის მეშვეობით, ლაზერული ქირურგია იყენებს ლაზერს სხვადასხვა ხელსაწყოების მაგივრად, როგორიცაა სკალპელი, ელექტროქირურგიული ელემენტები ან მიკროტალღური მოწყობილობები. ლაზერების მეშვეობით ექიმს მეტი შესაძლებლობა აქვს გაიოლებულად შეასრულოს სხვადასხვა რთული სამუშაო. ლაზერის გამოყენებით მცირდება სისხლის დანაკარგი, მცირდება პოსტოპერაციული დისკომფორტი, ასევე მცირდება ჭრილობაში ინფექციიის შეღწევის შანსი, შეიძლება შემცირდეს ზოგიერთი სიმსივნის გავრცელება და უკეთესი შედეგი მიიღება ჭრილობის შეხორცებისას
ლაზერით მკურნალობის შესაძლო უკუჩვენებები: აბსოლუტური უკუჩვენება ლაზერული ტექნიკის გამოყენებისათვის ქირურგიაში არ არსებობს, შედარებით უკუჩვენებას წარმოადგენს მოსაცილებელი წარმონაქმნის დიდი ზომა, როდესაც დეფექტის დასაფარად საჭირო ხდება კანის პლასტიკა, საოპერაციო არეზე ლაზერის სხივის მიმართვის ტექნიკური შეუძლებლობა, მწვავე ინფექციური დაავადებები და ისეთი ორგანული დაავადებების არსებობა, რომლის დროსაც დარღვეულია მიკროცირკულაცია (მაგ. შაქრიანი დიაბეტის მძიმე ფორმა). ისევე როგორც, ნებისმიერი სხვა სხივი, ლაზერს აქვს უნარი გაიაროს გამჭირვალე გარემოში, მაგალითად რქოვანაში ან ბროლში და შთანთქმული იქნას პიგმენტის მიერ, როდესაც სხივი შთანთქმულია ენერგია გადაეცემა გარემოს, რაც იწვევს ტემპერატურის მატებას. ამ გზით ლაზერის სხივს შეუძლია ბადურის პიგმენტური შრე ისე ძლიერად გაცხელოს, რომ მის ქვეშ მდებარე ბადურა მას “მიადუღდება” ეს ნიშნავს იმას რომ ცილოვანი მოლეკულები დენატურაციას განიცდიან ბიოლოგიურ ქსოვილში, მაგალითად ბადურაში, ამ პროცესს კოგულატა ეწოდება.

“ლაზერული სკალპელი” არამარტო კოგულაციისთვის გამოიყენება. როდესაც ლაზერის ენერგია ფოკუსირებულია გარკვეული მიმართულებით და დროში გახანგრძლივებულია, სხივს შთანთქავს გამჭირვალე გარემო, იმიტომ რომ მცირე დროში ენერგიის დიდი რაოდენობა კონდენსირდება ძალიან პატარა წერტილში, გარემო ვერ ასწრებს ენერგიის სითბოს სახით გამოყოფას, ჩნდება მცირე აფეთქებები, რაც ფოტოდესკროქციას იწვევს, ეს მიკრო დაზიანებები გამოიყენება მილისებური სხეულის დასაშლელად ან რისიმე მცირე ხვრელის ფორმირებისათვის. თვალის რქოვანა შთანთქავს ამ ენერგიას, რაც იწვევს რქოვანის ქსოვილში აორთქლებას. ამ მეთოდს გამოიყენებენ რქოვანის სისქის დასათხელებლად, რის შედეგადაც ხდება ნაწილობრივ ან მთლიანად ახლომხედველობის განკურნება. ეს ეფექტი მიიღება ულტრაიისფერი სხივების გენერირებით. თვალის ლაზერული ოპერაცია – ფორმის შეცვლით და მისი ოფთალმოლოგიაში გავრცელებულია ლაზერული ოპერაციები LASIK, რომლებიც ითვალისწინებენ შორს ან ახლომხედველობის გამოსწორებას რქოვანის კორექტირებით. არ არსებობს კარდიოლოგია ელექტროკარდიოგრაფიის გარეშე, ვინაიდან ელექტროკარდიოგრაფიას მნიშვნელოვანი ადგილი უკავია გულის ხვადასხვა დაავადებების გამოვლენასა და დიაგნოსტიკაში,
არაჩვეულებრივად მრავალფეროვანია ელექტრონიკის გამოყენება ბიოლოგიასა და მედიცინაში. შეიძლება ავღნიშნოთ რამდენიმე ძირითადი მიმართულება:
ა) ელექტრონიკის გამიყენება ორგანიზმში მიმდინარე პროცესების შესახებ ინფორმაციის მისაღებად. განსაკუთრებით ფართოდ არის გამოყენებული კლინიკურ პრაქტიკაში და ფიზიოლიგიურ გამოკვლევებში ბიოპოტენციალთა რეგისტრაცია: ბიოპოტენციალისა, რომელსაც თან ახლავს გულის მოქმედება (ელექტროკარდიოგრაფია), ტვინის ბიოპოტენციალების (ელექტროენცეფალოგრაფია), ბიოპოტენციალები, რომელიც დაკავშირებულია კუნთების მოქმედებასთან (ელექტრომიოგრაფია). ბიოპოტენციალების ძაბვა ძალიან მცირეა– რამდენიმე მიკროვოლტიდან ათეულ მილივოლტამდე. ამის გარდა ბიოპოტენციალები წარმოადგენენ ცვლადი პერიოდისა და ამპლიტუდის ელექტრულ პროცესებს. აქედან ნათელია, რომ მხოლოდ მაღალგანვითარებული ელექტრონიკა განაპირობებს მათ რეგისტრაციას საჭირო გაძლიერებით და დამახინჯების გარეშე.
ბ) ელექტრონული ხელსაწყოების და მათემატიკური მანქანების გამოყენება ინფორმაციის გადამუშავებისა და ავტომატური ანალიზისათვის.
გ)ორგანიზმში მიმდინარე სხვადასხვა პროცესების ელექტრონული მოდელირება.
დ)სასიცოცხლო პროცესების ელექტრონული მართვა და ორგანიზმის გარემომცველი გარემოს ავტომატური რეგულირება. ამ დროს ტექნიკური საშუალებებით იქმნება ისეთი პირობები, რომლის დროსაც ორგანიზმში სხვადასხვა პროცესები განაპირობებენ გარემო ფაქტორების ზემოქმედების ავტომატურ რეგულირებას.
განსაკუთრებით განვითარება ჰპოვა ახალმა მეცნიერებამ ბიონიკამ. რას წარმოადგენს ბიონიკა? ეს მეცნიერება სწავლობს ბიოლოგიურ კანონზომიერებათა გამოყენებას ტექნიკაში ტექნიკური სისტემების, მანქანებისა და ხელსაწყოების ხარისხისა და შესაძლებლობათა ამაღლებისა და გაფართოებისათვის.
ცოცხალი ბუნების ცხოვრებაში უდიდეს როლს ასრულებს ფიზიკური მოვლენები. განვიხილოთ დიფუზიის როლი: კვება და სუნთქვა ტიპიური დიფუზური პროცესებია. სუნთქვის პროცესში ხდება ჟანგბადის O2 და ნახშირორჟანგა გაზის CO2 დიფუზია ფილტვის ბუშტულაკის კედლის საშუალებით.
ამ პროცესის გასაგებად აუცილებელია გავითვალისწინოთ დიფუზიის შემფერხებელი ან ხელისშემწყობი პირობები, ასე მაგალითად სუნთქვა –გარემოდან ორგანიზმში ჟანგბადის დიფუზია მისი საფარის საშუალებით მიმდინარეობს მით უფრო სწრაფად, რაც უფრო მეტია სხეულის გარემოსთან შეხების ზედაპირი და მით უფრო ნელა, რაც უფრო სქელია და მკვრივი სხეულის საფარი. აქედან გასაგებია, რომ მცირე ორგანიზმები, რომელთაც ზედაპირის ფართობი დიდი აქვთ სხეულის მოცულობასთან შედარებით, შეიძლება არსებობდნენ სუნთქვის სპეციალური ორგანოების გარეშე. მათთვის საკმარისია ჟანგბადის მოდენა გარეთა გარსიდან (თუ ის საკმაოდ თხელია და ნესტიანი). უფრო დიდ ორგანიზმებს კანის საშუალებით სუნთქვა შეუძლით იმ შემთხვევაში, თუ საფარი ძალიან თხელია (წყალხმელეთა). უხეში საფარისას აუცილებელია სუნთქვის სპეციალური ორგანოები. ძირითადი ფიზიკური მოთხოვნები ამ ორგანოების მიმართ –მაქსიმალური ზედაპირი, მინიმალური სისქე და საფარის ტენიანობა. პირველი მიღწევა მრავალრიცხოვანი განშტოებებით ან ნაოჭებით. ხეებისათვის შეინიშნება განსაკუთრებით დიდი განშტოება (ფურცლოვანი კრონა), რადგან ფურცლების ზედაპირებში დიფუზიური ცვლა ასრულებს არა მარტო სუნთქვის, არამედ ნაწილობრივ კვების ფუნქციასაც.
დიფუზიური პროცესები განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია აკვარიუმებისა და ბუნებრივი წყალსაცავების ჟანგბადით მომარაგებისათვის. დამდგარი წყალსაცავების წყლის ღრმა ფენებში ჟანგბადი ხვდება თავისუფალი ზედაპირიდან დიფუზიის გზით. ამიტომაც არასასურველია წყლის თავისუფალი ზედაპირის შეზღუდვა. მაგალითად თუ წყლის ზედაპირი დაფარულია ფოთლებით, შეიძლება შეწყდეს ჟანგბადის შეღწევა წყალში, რაც გამოიწვევს წყალსაცავის მობინადრეთა დაღუპვას. ამავე მიზეზის გამო ვიწროყელიანი ჭურჭლები გამოუსადეგარია აკვარეუმად.
საოცარია ცოცხალ ბუნებაში რხევითი სისტემის მაგალითები. გული ამ მხრივ ერთ–ერთი სრულყოფილი რხევთი სისტემაა. გულის სწორი მუშაობა განისაზღვრება კუნთების ჯგუფის სინქრონული მუშაობით, რომლებიც განაპირობებენ შენაცვლებით წინაგულისა და პარკუჭის შეკუმშვას. ამ სამუშაოს სინქრონულობას განაგებს სპეციალური ორგანო ე.წ. სინუსური კვანძი, რომელიც გამოიმუშავებს განსაზღვრული სიხშირის ელექტრული ძაბვის იმპულსებს. თუ გულის კუნთების შეკუმშვის სინქრონული მექანიზმი ირღვევა, შეიძლება დამყარდეს ე.წ ფიბრიდაციების გულის კუნთების ცალკეული ბოჭკოების ქაოსური შეკუმშვა, რომელმაც შეიძლება გამოიწვიოს ორგანიზმის დაღუპვა, თუ არ იქნა მიღებული სასწრაფო ზომები. ეს ზომებია გულის იძულებიტი სინქრონიზაცია სპეციალური მასაჟის საშუალებით ან სპეციალური გენერატორიდან ელექტრული იმპულსების საშუალებით. ზოგჯერ ასეთ მინიატურულ გენერატორს ჩანერგავენ ორგანიზმში.
ფიზიკის ფუნდამენტურ კანონებს შორის უმნიშვნელოვანესია ენერგიის გარდაქმნისა და მუდმივობის კანონი. ამ კანონის ჩამომყალიბებლები მაიერი და ჰელმჰოლცი პროფესიით ექიმები იყვნენ. რ. მაიერი თავის დაკვირვებებში გამოდიოდა ექიმი ექსპერიმენტატორის პოზიციიდან, რომლისთვისაც მნიშვნელოვანი იყო ადამიანის ორგანიზმში მიმდინარე მოვლენები. მან შენიშნა იმ ადამიანთა ვენური სისხლის ფერში განსხვავება, რომლებიც ცხოვრობენ ზომიერ და ტროპიკულ სარტყელში და მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ ორგანიზმსა და გარემოს შორის ,,ტემპერატურათა სხვაობა“ უნდა იმყოფებოდეს რაოდენობრივ თანაფარდობაში ორივე სახის არტერიულ და ვენური სისხლის ფერის განსხვავებასთან. ფერში განსხვავება განპირობებულია ჟანგბადის მოხმარების განსხვავებით, ან ორგანიზმში მიმდინარე წვის პროცესის ინტენსიურობის სხვაობით. ამ დაკვირვებათა გააზრებით იმ პრინციპის საფუძველზე, რომ არაფერი არ ხდება არაფრისაგან და არაფერი არ გარდაიქმნება არაფერში“. 1841 წელს მაიერმა წამოაყენა იდეა ენერგიის გარდაქმნისა და მუდმივობის კანონისა.
მაიერი თვლიდა, რომ ცოცხალ ორგანიზმში მექანიკური და სითბური ეფექტების წყაროს წარმოადგენს მასში ჟანგბადისა და საკვების შთანთქმის შედეგად მიმდინარე ქიმიური პროცესები. მაიერმა პირველმა გამოთქვა მოსაზრება, რომ მცენარეებსა და მზის სხივების ცხოველქმედებას შორის არსებობს რაოდენობრივი კავშირი, ანუ სხვანაირად რომ ვთქვათ, გამოიყენა ენერგიის შენახვის კანონი ფოტოსინთეზისათვის. (ორგანული ნივთიერების –ნახშირწყლების წარმოქმნა ნახშირორჟანგისა და წყლისაგან მზის სხივების მოქმედებით).
ცოცხალ ქსოვილებში ენერგიის გარდაქმნა შეიძლება ასე წარმოვადგინოთ:
გარდაქმნა სად მდებარეობს
1. ქიმიური ენერგიისა ელექტრულში ნერვული უჯრედები, თავის ტვინი
2. ბგერითი ენერგიისა ელექტრულში შიგა ყური
3. სინათლიის ენერგიის ქიმიურში ქლოროპლასტები (მცენარეებში)
4. სინათლის ენერგიისა ელექტრულში თვალის ბადურა
5. ქიმიური ენერგიის მექანიკურში კუნთოვანი უჯრედები, წამწამოვანი ეპითელიუმი
6. ქიმიური ენერგიისა სინათლის ენერგიაში ნათების ორგანოში (ციცინათელა და სხვა ცოცხალი არსებები)
7. ქიმიური ენერგიისა ელექტრულში გემოვნებისა და ყნოსვის ორგანოებში 



განხორციელების გეგმა