BIOFYSICA SAMENVATTING
INHOUD
Hoofdstuk 1: Rotationele mechanica ....................................................................................................3
Cirkelbeweging & centripetaalkracht .................................................................................................3
Angulaire grootheden .......................................................................................................................3
Krachtmoment (torsie) ......................................................................................................................5
Traagheidsmoment ..........................................................................................................................5
Arbeid & vermogen ...........................................................................................................................6
Rollen ..............................................................................................................................................6
Rotationele kinetische energie ..........................................................................................................7
Impulsmoment (L) ............................................................................................................................7
Statisch evenwicht en hefbomen .......................................................................................................8
Stabiliteit en balans ..........................................................................................................................9
Samenvatting: Lineaire en rotationele grootheden ..............................................................................9
Hoofdstuk 2: Elasticiteit en breuken .................................................................................................... 10
Thermische expansie ...................................................................................................................... 10
Elasticiteit: spanning en vervorming ................................................................................................ 11
Modulus van Young, bulk- en torsiemodulus .................................................................................... 11
Transmurale druk & wet v Laplace ................................................................................................... 13
Breuken en buiging ......................................................................................................................... 13
Mechanische materiaaleigenschappen & tandheelkunde ................................................................. 14
Hoofdstuk 3: Mechanica v/d fluïda ...................................................................................................... 14
Aggregatietoestanden ..................................................................................................................... 14
Dichtheid ....................................................................................................................................... 14
Druk in vloeistoffen......................................................................................................................... 15
Atmosferische druk ........................................................................................................................ 15
Pricipe van Pascal .......................................................................................................................... 16
Principe van Archimedes ................................................................................................................ 16
Stromende fluïda en continuïteit ..................................................................................................... 17
Vergelijking van Bernoulli ................................................................................................................ 18
Viskeuze stroming .......................................................................................................................... 19
Oppervlaktespanning en capillariteit ............................................................................................... 20
Laminaire en turbulente stromingen ................................................................................................ 21
Stroming in het cardiovascuair systeem ........................................................................................... 22
Fysica van de ademhaling ............................................................................................................... 23
Hoofdstuk 4: golven en licht ............................................................................................................... 24
1
, Karakteristieken en soorten golven .................................................................................................. 24
Superpositie, reflectie, staande golven ............................................................................................ 26
Geluidsgolven ................................................................................................................................ 28
Geluidsintensiteit en geluidsperceptie............................................................................................. 28
Dopplereffect ................................................................................................................................. 29
Schokgolven en de geluidsmuur ...................................................................................................... 31
Ultrasone golven en medische echografie ........................................................................................ 31
Lichtstralen: reflectie, breking, dispersie ......................................................................................... 31
Licht en het elektromagnetisch spectrum ........................................................................................ 32
Kleur .............................................................................................................................................. 33
Toepassingen ................................................................................................................................. 35
Hoofdstuk 5: elektriciteit .................................................................................................................... 36
Elektrisch veld en veldlijnen ............................................................................................................ 36
Beweging lading in een elektrisch veld ............................................................................................. 38
Elektrische dipool........................................................................................................................... 38
Elektrische krachten in DNA ............................................................................................................ 40
Elektrische potentiële energie en potentiaal ..................................................................................... 40
Condensatoren .............................................................................................................................. 42
Capaciteit v/h plasmamembraan .................................................................................................... 44
Elektrische stroom en weerstand .................................................................................................... 44
Ladingstransport in elektrolyten ...................................................................................................... 46
Membraanpotentiaal en vergelijking van Nernst ............................................................................... 48
Ionenkanalen ................................................................................................................................. 49
Elektrische equivalente schema’s voor membraan ........................................................................... 50
Actiepotentiaal............................................................................................................................... 51
2
,HOOFDSTUK 1: ROTATIONELE MECHANICA
CIRKELBEWEGING & CENTRIPETAALKRACHT
Nettokracht nodig om een cirkelvormige beweging uit te voeren (richting v/d snelheid wijzigen) =
centripetaal kracht
➔ Kan komen van spankracht, normaalkracht, wrijvingskracht of combinatie
➔ Naar het midden van de cirkel gericht
𝑣2
Centripetaal versnelling: 𝑎𝑐𝑝 = ( naar middel v/d cirkel gericht; zoals de kracht -> zie wet
𝑟
van Newton)
➔ Nettokracht/ centripetaal kracht en versnelling zijn evenredig (2e wet v Newton)
Tangentiële versnelling 𝒂𝒕𝒂𝒏 : zorgt voor verandering in baansnelheid v/e voorwerp
ANGULAIRE GROOTHEDEN
Poolhoek 𝜃 : de hoek die een lijn, bepaald door de rotatieas en het punt, maakt met een referentielijn (in
radialen)
𝜃 < 0 wijzerzin ten opzichte vd referentielijn
𝜃 > 0 tegenwijzerzin tov de referentielijn
Hoekverplaatsing 𝜟𝜽:
𝛥𝜃 = 𝜃2 − 𝜃1
Gemiddelde hoeksnelheid:
𝜟𝜽
̅=
𝝎 in rad/s
𝜟𝒕
Ogenblikkelijke hoeksnelheid:
𝜟𝜽 ⅆ𝜽
𝝎 = 𝒍𝒊𝒎 = in rad/s
𝜟𝒕→𝟎 𝜟𝒕 ⅆ𝒕
Gemiddelde hoekversnelling: Ogenblikkelijke hoekversnelling:
𝜟𝝎 𝜟𝝎
̅=
𝜶 𝜶 = 𝒍𝒊𝒎 in rad/s²
𝜟𝒕 𝜟𝒕→𝟎 𝜟𝒕
3
, Verband tss snelheid en hoeksnelheid:
Alle punten v/e vast object roteren met dezelfde hoeksnelheid; de snelheid van een punt P hangt af v/d
afstand tot de rotatie-as R
ⅆ𝑙 ⅆ𝜃
𝑣= =𝑅 -> 𝑣 = 𝑅𝜔
ⅆ𝑡 ⅆ𝑡
Verband tss versnelling en hoekversnelling:
De hoekversnelling is gerelateerd aan de tangentiële component van de versnelling. Een roterend object
heeft ook een centripetale versnelling/ normaalversnelling:
Tangentiële vs. Normaalversnelling:
𝒂𝒄𝒑 is er altijd bij een roterend object; ook indien 𝑎𝑡𝑎𝑛 = 0
Totale versnelling (𝑎𝑡𝑎𝑛 loodrecht op 𝑎𝑐𝑝 ) :
Frequentie en periode v/e rotatie:
𝜔
Frequentie f = aantal omwentelingen per seconde 𝑓 = in Hz
2𝜋
1
Periode T is tijdsduur van 1 omwenteling 𝑇 = in s
𝑓
Verband tss lineaire en rotationele kinematica:
4
INHOUD
Hoofdstuk 1: Rotationele mechanica ....................................................................................................3
Cirkelbeweging & centripetaalkracht .................................................................................................3
Angulaire grootheden .......................................................................................................................3
Krachtmoment (torsie) ......................................................................................................................5
Traagheidsmoment ..........................................................................................................................5
Arbeid & vermogen ...........................................................................................................................6
Rollen ..............................................................................................................................................6
Rotationele kinetische energie ..........................................................................................................7
Impulsmoment (L) ............................................................................................................................7
Statisch evenwicht en hefbomen .......................................................................................................8
Stabiliteit en balans ..........................................................................................................................9
Samenvatting: Lineaire en rotationele grootheden ..............................................................................9
Hoofdstuk 2: Elasticiteit en breuken .................................................................................................... 10
Thermische expansie ...................................................................................................................... 10
Elasticiteit: spanning en vervorming ................................................................................................ 11
Modulus van Young, bulk- en torsiemodulus .................................................................................... 11
Transmurale druk & wet v Laplace ................................................................................................... 13
Breuken en buiging ......................................................................................................................... 13
Mechanische materiaaleigenschappen & tandheelkunde ................................................................. 14
Hoofdstuk 3: Mechanica v/d fluïda ...................................................................................................... 14
Aggregatietoestanden ..................................................................................................................... 14
Dichtheid ....................................................................................................................................... 14
Druk in vloeistoffen......................................................................................................................... 15
Atmosferische druk ........................................................................................................................ 15
Pricipe van Pascal .......................................................................................................................... 16
Principe van Archimedes ................................................................................................................ 16
Stromende fluïda en continuïteit ..................................................................................................... 17
Vergelijking van Bernoulli ................................................................................................................ 18
Viskeuze stroming .......................................................................................................................... 19
Oppervlaktespanning en capillariteit ............................................................................................... 20
Laminaire en turbulente stromingen ................................................................................................ 21
Stroming in het cardiovascuair systeem ........................................................................................... 22
Fysica van de ademhaling ............................................................................................................... 23
Hoofdstuk 4: golven en licht ............................................................................................................... 24
1
, Karakteristieken en soorten golven .................................................................................................. 24
Superpositie, reflectie, staande golven ............................................................................................ 26
Geluidsgolven ................................................................................................................................ 28
Geluidsintensiteit en geluidsperceptie............................................................................................. 28
Dopplereffect ................................................................................................................................. 29
Schokgolven en de geluidsmuur ...................................................................................................... 31
Ultrasone golven en medische echografie ........................................................................................ 31
Lichtstralen: reflectie, breking, dispersie ......................................................................................... 31
Licht en het elektromagnetisch spectrum ........................................................................................ 32
Kleur .............................................................................................................................................. 33
Toepassingen ................................................................................................................................. 35
Hoofdstuk 5: elektriciteit .................................................................................................................... 36
Elektrisch veld en veldlijnen ............................................................................................................ 36
Beweging lading in een elektrisch veld ............................................................................................. 38
Elektrische dipool........................................................................................................................... 38
Elektrische krachten in DNA ............................................................................................................ 40
Elektrische potentiële energie en potentiaal ..................................................................................... 40
Condensatoren .............................................................................................................................. 42
Capaciteit v/h plasmamembraan .................................................................................................... 44
Elektrische stroom en weerstand .................................................................................................... 44
Ladingstransport in elektrolyten ...................................................................................................... 46
Membraanpotentiaal en vergelijking van Nernst ............................................................................... 48
Ionenkanalen ................................................................................................................................. 49
Elektrische equivalente schema’s voor membraan ........................................................................... 50
Actiepotentiaal............................................................................................................................... 51
2
,HOOFDSTUK 1: ROTATIONELE MECHANICA
CIRKELBEWEGING & CENTRIPETAALKRACHT
Nettokracht nodig om een cirkelvormige beweging uit te voeren (richting v/d snelheid wijzigen) =
centripetaal kracht
➔ Kan komen van spankracht, normaalkracht, wrijvingskracht of combinatie
➔ Naar het midden van de cirkel gericht
𝑣2
Centripetaal versnelling: 𝑎𝑐𝑝 = ( naar middel v/d cirkel gericht; zoals de kracht -> zie wet
𝑟
van Newton)
➔ Nettokracht/ centripetaal kracht en versnelling zijn evenredig (2e wet v Newton)
Tangentiële versnelling 𝒂𝒕𝒂𝒏 : zorgt voor verandering in baansnelheid v/e voorwerp
ANGULAIRE GROOTHEDEN
Poolhoek 𝜃 : de hoek die een lijn, bepaald door de rotatieas en het punt, maakt met een referentielijn (in
radialen)
𝜃 < 0 wijzerzin ten opzichte vd referentielijn
𝜃 > 0 tegenwijzerzin tov de referentielijn
Hoekverplaatsing 𝜟𝜽:
𝛥𝜃 = 𝜃2 − 𝜃1
Gemiddelde hoeksnelheid:
𝜟𝜽
̅=
𝝎 in rad/s
𝜟𝒕
Ogenblikkelijke hoeksnelheid:
𝜟𝜽 ⅆ𝜽
𝝎 = 𝒍𝒊𝒎 = in rad/s
𝜟𝒕→𝟎 𝜟𝒕 ⅆ𝒕
Gemiddelde hoekversnelling: Ogenblikkelijke hoekversnelling:
𝜟𝝎 𝜟𝝎
̅=
𝜶 𝜶 = 𝒍𝒊𝒎 in rad/s²
𝜟𝒕 𝜟𝒕→𝟎 𝜟𝒕
3
, Verband tss snelheid en hoeksnelheid:
Alle punten v/e vast object roteren met dezelfde hoeksnelheid; de snelheid van een punt P hangt af v/d
afstand tot de rotatie-as R
ⅆ𝑙 ⅆ𝜃
𝑣= =𝑅 -> 𝑣 = 𝑅𝜔
ⅆ𝑡 ⅆ𝑡
Verband tss versnelling en hoekversnelling:
De hoekversnelling is gerelateerd aan de tangentiële component van de versnelling. Een roterend object
heeft ook een centripetale versnelling/ normaalversnelling:
Tangentiële vs. Normaalversnelling:
𝒂𝒄𝒑 is er altijd bij een roterend object; ook indien 𝑎𝑡𝑎𝑛 = 0
Totale versnelling (𝑎𝑡𝑎𝑛 loodrecht op 𝑎𝑐𝑝 ) :
Frequentie en periode v/e rotatie:
𝜔
Frequentie f = aantal omwentelingen per seconde 𝑓 = in Hz
2𝜋
1
Periode T is tijdsduur van 1 omwenteling 𝑇 = in s
𝑓
Verband tss lineaire en rotationele kinematica:
4
