Samenvatting Natuurkunde keuzekatern: biofysica

Samenvatting keuzekatern: biofysica
Introductie
Er zijn een aantal formules voor krachten die je moet kennen. Dit zijn:
 Nettokracht: F res =m∗a
 Zwaartekracht: F z =m∗g
 Veerkracht: F v =C∗u
 Schuifwrijving: F w ,s =f ∗F n
 Rolweerstand: F w ,r =c r∗F n
1 2
 Luchtweerstand: F w ,l= ∗c w ∗p∗A∗v of vereenvoudigd, F w ,l=k∗v 2
2

Warmte kan op drie manieren worden getransporteerd. In vaste stoffen wordt
trillingsenergie via geleiding doorgegeven, in vloeistoffen en gassen wordt de energie door
stroming meegenomen en bij straling wordt energie met de lichtsnelheid overgebracht
zonder tussen materie. Bij geleiding van warmte door een wand is de hoeveelheid warmte
λ∗A∗∆ T
per seconde P= , met P de warmtestroom (in W), de warmtegeleidingscoëfficiënt
d
(in W/(K*m)), A de oppervlakte (in m2), ΔT het temperatuurverschil (in °C of K) en d de dikte
van de wand (in m). De hoeveelheid warmte die nodig is om 1 kg van een stof 1 °C te
verwarmen bereken je met Q=c∗m∗∆ T, met Q de warmte (in J), c de soortelijke warmte
(in J/kg*°C) en m de massa (in kg).

Waarnemen en reageren
Een zintuig, bestaande uit zintuigcellen, neemt informatie uit de omgeving op en zet deze
om in impulsen, elektrische spanningspiekjes. Wanneer de spanningspiek of spanningspuls
groter is dan de drempelwaarde, zal deze door de zenuwen worden doorgegeven aan de
hersenen. Het menselijk lichaam heeft vijf verschillende zintuigen. De ogen nemen licht
waar, het oor vangt geluidstrillingen op, met je neus ruik je, met je tong kun je proeven en
de huid geeft je informatie over de temperatuur en de druk. Naast deze zintuigen heb je ook
veel inwendige receptoren. Een receptor is een cel die specifieke informatie, zoals
bijvoorbeeld houding, zuurstofgehalte in het bloed, hoeveelheid afvalstoffen of
lichaamstemperatuur, binnen het lichaam waarneemt. Als één van de grootheden teveel
afwijkt van de normale waarde zal het lichaam actie ondernemen.

Alle signalen die het lichaam via zenuwen en receptoren binnenkrijgt worden door het
zenuwstelsel doorgegeven aan de hersenen. De hersenen kunnen op twee verschillende
manieren reageren. De snelste manier is door spieren aan te sturen via het zenuwstelsel. De
prikkels die de zintuigcellen en receptoren omzetten in spanningspulsen worden door
zenuwcellen doorgegeven aan het centrale zenuwstelsel: de hersenen en het ruggenmerg.
Een zenuwcel bestaat uit vier onderdelen. De dendrieten ontvangen een signaal en geven

, het via het cellichaam en de lange uitloper, het axon, door aan andere zenuwcellen of aan
spieren bij de synapsen. Een zenuwcel ligt zeer dichtbij de zintuigcel of receptor en heeft een
lange uitloper tot in het centrale zenuwstelsel. Daar worden de signalen door anderen
zenuwen overgenomen en in de hersenen verspreid, waar een reactie gevormd wordt. De
zenuwcellen die als reactie een spier aansturen liggen met hun kern in het centrale
zenuwstelsel en hebben een axon tot bij de spier. Deze signaaloverdracht is snel omdat het
om elektrische signalen gaat. Signalen tussen zenuwcellen onderling en tussen zenuwcellen
en spieren zijn daarentegen chemisch van aard. Je hersenen zorgen er ook voor dat de
spieren kunnen blijven werken. Het lichaam reageert dan door hormonen in de
bloedsomloop te brengen. Dit gaat veel langzamer, maar het voordeel ervan is dat de
hormonen alle plekken in het lichaam kunnen bereiken en daar cellen aanzetten tot bepaald
gedrag. Naast hormonen door het lichaam verspreiden heeft de bloedsomloop nog twee
functies. Het is het transportsysteem voor zuurstof, voedingsstoffen en afvalstoffen en het
regelt de temperatuur van het lichaam.

Het oor neemt geluid waar, zet het om in signalen en geeft deze signalen via de
gehoorzenuw door aan de hersenen. Daar wordt onderscheid gemaakt in de hoogte van het
geluid en de sterkte van het geluid. Afhankelijk van de frequentie gaan de haartjes op een
bepaalde plek in het slakkenhuis meetrillen en zo kunnen de hersenen de toonhoogte
bepalen. De amplitude van het geluid bepaalde de sterkte van het signaal. Het minimale
geluidsniveau waarbij er een signaal aan de hersenen wordt doorgegeven noem je je
gehoordrempel en is afhankelijk van de frequentie van het geluid en je leeftijd.

Het oog bestaat uit twee soorten receptoren: staafjes en kegeltjes. Recht achter de ooglens
liggen de kegeltjes, die drie verschillende kleuren licht kunnen waarnemen. De staafjes, die
alleen grijs-waarden kunnen waarnemen, liggen daaromheen. Ze hebben een hogere
gevoeligheid dan de kegeltjes. Uit de signaalsterkte van de verschillende soorten kegeltjes
kunnen de hersenen afleiden welke kleur het licht heeft.

Een belangrijke receptor in je spieren bestaat uit een spierspoeltje. Ze zitten om de
spiervezels heen en geven de hersenen informatie over de dikte van de spier en de snelheid
waarmee de lengte van de spier verandert. Wanneer een spier samentrekt worden de
structuren in de spiervezel langs elkaar getrokken, waardoor de spier korter en dikker wordt.
De spierspoeltjes geven dan een signaal aan het ruggenmerg, bijvoorbeeld om de
tegenovergestelde spier te laten ontspannen.

Veel van onze bewegingen worden bepaald door reflexen. Nadat bijvoorbeeld een receptor
een prikkel krijgt, voeren zenuwcellen een automatische reactie uit en vervolgens een
onbewuste reactie van de spieren. Reflexen zorgen ervoor dat je snel genoeg gevaar
ontwijkt of je lichaam aanpast, zonder dat je daarover na hoeft te denken. Een reflex is veel
sneller dan een normale reactie op een prikkel, omdat het signaal niet eerst naar de