Biofysik ( ) Eksamen 6. juni timers skriftlig prøve. Alle hjælpemidler er tilladt

Transkript

1 DEN KGL. VETERINÆR- OG LANDBOHØJSKOLE Institut for Matematik og Fysik Fysisk Laboratorium Biofysik ( ) Eksamen 6. juni timers skriftlig prøve Alle hjælpemidler er tilladt Sættet består af 4 opgaver. Alle delspørgsmål vægtes lige

2 Opgave 1 Et menneskes hjerte slår 72 slag i minuttet. Blodets volumenhastighed er 8,4@10-5 m -1 Trykforskellen mellem venstre ventrikel (eller aorta) og vena cava er 15 kpa. Denne trykforskel driver blodet igennem det systemiske kredsløb. Tilsvarende drives blodet gennem det pulmonale kredsløb af en trykforskel (over højre ventrikel) på 2,5 kpa. a) Hvor meget blod pumpes ud i hvert hjerteslag? b) Hvor stor effekt yder hver af de to ventrikler? c) Hvor stor er den hydrodynamiske modstand i personens systemiske kredsløb? 1

3 Opgave 2 Skemaet nedenfor viser koncentrationerne af forskellige ioner intra- og ekstracellulært for en muskelcelle. Koncentration inde i cellen (mm) Koncentration uden for cellen (mm) Na K Cl Muskelcellen har et overfladeareal på 1 mm 2, og temperaturen er 37 C. Der foregår både aktiv og passiv transport af ioner over cellemembranen. Permeabilitetskoefficienterne for de tre ioner i skemaet er hhv. P Na = 2,0@10-10 m@s -1, P K = 1,7@10-8 m@s -1 og P Cl = 1,5@10-8 m@s -1 Membranpotentialet er ca. -90 mv (Du skal selv beregne en mere præcis værdi i spm. b) a) Er nogen af ionerne i elektrokemisk ligevægt over membranen? (Begrundelse) b) Hvor stort er membranpotentialet? (Du fik kun opgivet en ca. værdi) Na-ionerne transporteres ud af cellen ved aktiv transport. c) Hvor stort arbejde skal der ydes for at transportere 1 mol Na-ioner ud af cellen? Der sker også passiv transport af Na-ioner ind i cellen d) Hvor mange mol Na-ioner strømmer ind i cellen på 1 sekund alene på grund af koncentrationsforskellen af denne ion? 2

4 Opgave 3 Op til begyndelsen af 1960'erne var det almindeligt at større skotøjsforretninger havde et røntgenapparat (se figur 1) til at undersøge, om skoene passede. På den tid var strålingsbeskyttelse ikke noget, man bekymrede sig meget om. Kunden stak fødderne ind i en åbning forneden i apparatet. Under fødderne var der et røntgenrør, der sendte røntgenstrålingen opad. Kunden kunne så på en fluorescerende skærm i apparatet se et levende røntgenbillede af sine fødder i skoene. Apparatet havde en trykknap, der sørgede for, at apparatet kun var tændt i en begrænset tid. Den mest populære indstilling var 20 sekunder ad gangen. Røntgenrøret blev forsynet med en spænding på 50 kv. a) Beregn den korteste bølgelængde, som stråling udsendt fra dette røntgenrør kan have. Figur 1 Røntgenapparat til betragtning af fødderne. Der er mulighed for at tre personer (mor, barn og ekspedient) samtidig kan se på fødderne Allerede i 1949 var der folk, der begyndte at blive bekymrede for de mulige langtidsvirkninger ved brug af disse apparater, og der blev foretaget en række målinger af strålingsintensiteten, der hvor fødderne var samt i lokalet uden om apparatet (hvor personalet blev bestrålet dagen lang). Intensiteten målt inde i en sko, anbragt hvor man stak fødderne ind i apparatet, var (typisk) 0,5 W@m -2. Tykkelsen af skosålen var 1 cm, og dens lineære svækkelseskoefficient var 30 m -1 b) Hvor stor var intensiteten af røntgenstrålingen lige under sålen? En barnefod har et tværsnitsareal på 80 cm 2 og en gennemsnitstykkelse på 3 cm. Vævet har en masseabsorptionskoefficient på 0,02 m -1 og en massefylde på 1000 kg@m -3 c) Hvor stor en procentdel af røntgenstrålingen, der når ind i skoen, absorberes i foden? d) Hvor stor dosis og dosisækvivalent modtager foden i løbet af 20 sekunder? (Til sammenligning modtager man ad naturlig vej ca. 3 msv om året i Danmark) 3

5 Opgave 4 En mand har taget sin gamle transistorradio med i haven. Radioen udsender musik med effekten 10-4 W. Manden befinder sig 3 m fra radioen. Lydens hastighed i luft er 342 m@s -1, og luftens massefylde er 1,28 kg@m -3. Vi ser bort fra absorption af lyden i luften. a) Beregn lydens intensitet i afstanden 3 m fra højttaleren. (Antag, at højttaleren er en punktkilde, der sender lyden ligeligt ud i alle retninger). Manden har en 5 mm tyk prop af ørevoks i begge ører (hvor uheldig kan man være?). Ørevoks har absorptionskoefficienten 350 m -1. b) Hvor mange procent svækkes lydintensiteten alene på grund af absorption i ørevoksen? Den akustiske impedans for ørevoks er 10 6 kg@m -1. (Bemærk enheden for akustisk impedans: der er fejl i bogens enhed) c) Vis, at knap 0,2 % af lydintensiteten, der rammer ørevoksen, faktisk trænger ind. Idet der også er luft på den side af voksproppen, der vender ind mod trommehinden, vil lyden svækkes lige så meget ved at trænge ud af voksproppen som ved at trænge ind. d) Vis, at voksproppen giver anledning til en hørenedsættelse på ca. 60 db. e) Kan han overhovedet høre sin radio under de anførte omstændigheder? Opgavesættet slut 4