Toepassingen biofysica
Hoofdstuk 4:
Voorstuwing door raketten -> 3de wet van Newton
- De raket oefent een grote kracht uit op de hete gassen die naar buiten gestoten
worden. Reactiekracht: de gassen oefenen een even grote tegengestelde kracht
uit op de raket (en dus niet op de grond!).
Ontstaan van de aarde -> 4 fundamentele krachten
- Na oerknal 1 oerkracht. Naarmate het universum is beginnen afkoelen en ouder werd zijn die
verschillende krachten ontstaan. 1) gravitatiekracht. 2) Sterke kernkracht 3) zwakke
kernkracht.
- Massa pas ontstaan bij het ‘generagtion of the higgs field’
Hoofdstuk 5:
Wrijvingskracht
- Wrijvingskracht ontstaat wanneer twee oppervlakken langs elkaar bewegen. Geen
enkel oppervlak is perfect glad, dus de ruwheden van de oppervlakken haken in
elkaar. Dit veroorzaakt een weerstand, doordat elektromagnetische krachten
tussen de moleculen van de oppervlakken werken en een kracht uitoefenen die
het bewegen bemoeilijkt.
Wrijvingskrachten in menselijk lichaam
- Tussen 2 botten dun laagje met synoviale vloeistof: zorgt ervoor dat de
wrijvingscoëfficiënt tussen die 2 botten enorm laag wordt. Dat zorgt ervoor dat onze
gewrichten heel vlot kunnen bewegen -> smeermiddel.
- Bij mensen die ouder zijn of ongeluk -> synoviale vloeistof weggelekt -> moeite met
bewegingen van gewrichten en ontstekingen.
Hovercraft (lucht als smeermiddel):
- luchtkussen tussen het onderste van het vaartuig en het water, vaart boven
het water -> geen wrijving van het water
MagLev (lucht als smeermiddel):
- = Magnetic Levitation, door magnetische krachten gaat zweven boven de bedding
dus geen rechtstreeks contact met spoor of bedding, luchtkussen tussen trein en
bedding, supersnel, ecologische impact < vliegtuig
Centrifuge
- werkt door een centripetale versnelling op stoffen uit te oefenen, vaak tot
10 keer de valversnelling. Piloten en astronauten trainen met dergelijke G-
krachten om te wennen aan de effecten.
- Ultracentrifuges: genereren versnellingen van 10.000 tot 15.000 keer de
zwaartekracht en worden gebruikt om bloed te scheiden in componenten
op basis van hun dichtheid.
Hoofdstuk 6:
Cavendish experiment:
- Je hebt een dunne staaf met 2 relatief grote massa’s aan de uiteinden (-> massa
staaf verwaarloosbaar). Deze staaf wordt opgehangen aan een dunne vervormbare
draad (-> oriëntatie in het vlak van de staaf makkelijk wijzigbaar). Op de draad
, wordt een spiegeltje bevestigd, hierdoor verandert de oriëntatie van de spiegel
wanneer de staaf beweegt (en het draadje dus tordeert). Dit maakt dat de reflectie
van de spiegel (lichtbron) een beetje zal uitwijken. Cavendish werkte hiervoor een
schaal uit die hij kon ijken en zo werd een inwerkende kracht op de stang vertaald in
de verschuiving van een lichtbundel. Wanneer er dan een derde massa in de buurt
van één van de massa’s wordt aangebracht, zal deze een gravitatiekracht
ondervinden, waardoor de staaf een beetje draait, wat maakt dat ook het draadje
en vervolgens ook het spiegeltje draait en we een verschuiving van de
lichtbundelreflectie krijgen.
Hoofdstuk 8:
Fundering: zwaartekracht – potentiële energie
- Men kan lange palen in de grond slaan door gebruik te maken van potentiële
energie. Een massa wordt omhoog gebracht, waardoor de potentiële energie
toeneemt. Wanneer de massa vervolgens wordt losgelaten, valt deze naar beneden
en krijgt de massa versnelling. Bij de impact wordt de kinetische energie van de
vallende massa overgedragen aan de paal, waardoor deze de grond in wordt
geslagen.
Stuwmeer: Zwaartekracht – potentiële energie
- De hoeveelheid water die zich boven de dam bevindt, heeft potentiële energie door
de hoogte. Dit water wordt via een buis naar beneden geleid, waarbij de potentiële
energie van het water wordt omgezet in kinetische energie wat de turbines doet
draaien en elektriciteit opwekt.
Klok: Zwaartekracht – potentiële energie
- Heen- en weer bewegen van de slinger onder invloed van de zwaartekracht
Wielrenner: optimalisering van de beweging
- Er wordt een model gemaakt van hoe een fietser op zijn fiets zit. De spieren van de
fietser worden voorgesteld als veren. Men gaat berekenen uit welke positie je
zoveel mogelijk kinetische energie kan halen uit de potentiële energie die men kan
stockeren in de spieren.
Schokdempers van een auto
- Elk wiel van een auto heeft een schokdemper. De functie hiervan is dat de
schokken die de wielen opvangen niet allemaal doorgegeven worden aan het
interieur van de auto. Een schokdemper bestaat uit 2 elementen: een veer die
wordt samengedrukt als een wiel over een hobbel rijdt en de demping zodat de
veer niet op en neer gaat blijven gaan.
Berekening van atoomposities in een kristal
- Als de interatomaire potentialen gekend zijn, kan met een krachtige computer de
atomaire structuur van een kristal berekend worden. We kunnen ook de
inwendige structuren van biosystemen berekenen met behulp van computers. Als
we de inwendige structuur van biosystemen kennen, dan kunnen we dit gebruiken
om de functie te achterhalen = in silico research.
Studie van nanosystemen: statisch en dynamisch
- Berekening van hoe die moleculen met mekaar gaan interageren. C8 moleculen zijn constant
, in beweging. Alle moleculen in kamertemperatuur pikken energie op uit omgeving en staan
nooit stil. CO2 molecule komt af en komt ff terecht op C8 molecule maar de binding
daartussen is niet voldoende sterk om die vast te houden.
- Conclusie: C8 molecule bij kamertemperatuur niet geschikt om CO2 vast te houden.
Studie van bio systemen: simulatie van complexe moleculen
- Bevriezen van water in ijs, vorming van verschillende structuren
Behoud van energie in een stroomtrein
- Warmte als vorm van energie. We hebben een compartiment waar er een zuiger
beweegt van links naar rechts. Dit compartiment heeft 2 aanvoerleidingen. Men
gaat hete stoom brengen in één van de 2 compartimenten. Dit gaat uitzetten en
hierdoor gaat de zuiger naar de andere kant geduwd worden. De toevoer van de
hete stoom wordt afgewisseld, waardoor we de zuiger heen en weer gaan laten
bewegen.
Energie omzetting in menselijk lichaam
- Energie uit eten halen = zuurstof verbranden (fel aanwezig)
Energie = omzetten in ATP, warmte, … Lichaam
kan ook warmte zelf creëren = spieren
- Chemische energie wordt vrijgemaakt door verbranding (oxidatie)
Hoofdstuk 9:
Neuronen afremmen in kernreactor:
- Kernsplitsing van Uranium levert kleinere fragmenten, waaronder zeer snelle
neutronen (107 m/s). Deze neutronen moeten vertraagd worden (103 m/s) om
nieuwe kernsplitsingen te kunnen veroorzaken. Hiervoor gebruiken we
moderatorstaven. Botsingen van neutronen met lichte kernen zijn meer efficiënt
om neutronen af te remmen. Daarom zijn moderatorstaven van bijvoorbeeld
grafiet/koolstof gemaakt.
Rutherford backscattering
- Stel je kent samenstelling van materiaal niet en bestaat uit verschillende types van
atomen. Bestralen met ionen (alfadeeltjes) en kijken naar teruggekaatste deeltjes. Je
gaat de snelheid meten van teruggekaatste deeltjes -> massa.
Large Hadron Collider (CERN):
- Een enorm grote deeltjesversneller waar men 2 bundels van protonen gaan
versnellen in tegengestelde richtingen. In de ondergrondse ringvormige
deeltjesversneller zitten magneten die zorgen dat de deeltjes op hun baan blijven.
Als ze een voldoende grote energie hebben laten we de protonen met elkaar
botsen. De protonen spatten uit elkaar, waardoor de elementaire deeltjes vrijkomen
en dan gaat men zien welke elementaire deeltjes er juist allemaal vrijkomen en
welke energie (= impuls) er vrijkomt . Zo heeft men het Higgs-deeltje ontdekt (= een
deeltje dat al lang theoretisch gevonden was, zorgt ervoor dat alle andere deeltjes
een massa hebben). Werking: De deeltjes worden in een elektrisch veld gebracht. Er
gaat een kracht op de deeltjes inwerken en zo worden ze versneld.
Hoofdstuk 11
Hoofdstuk 4:
Voorstuwing door raketten -> 3de wet van Newton
- De raket oefent een grote kracht uit op de hete gassen die naar buiten gestoten
worden. Reactiekracht: de gassen oefenen een even grote tegengestelde kracht
uit op de raket (en dus niet op de grond!).
Ontstaan van de aarde -> 4 fundamentele krachten
- Na oerknal 1 oerkracht. Naarmate het universum is beginnen afkoelen en ouder werd zijn die
verschillende krachten ontstaan. 1) gravitatiekracht. 2) Sterke kernkracht 3) zwakke
kernkracht.
- Massa pas ontstaan bij het ‘generagtion of the higgs field’
Hoofdstuk 5:
Wrijvingskracht
- Wrijvingskracht ontstaat wanneer twee oppervlakken langs elkaar bewegen. Geen
enkel oppervlak is perfect glad, dus de ruwheden van de oppervlakken haken in
elkaar. Dit veroorzaakt een weerstand, doordat elektromagnetische krachten
tussen de moleculen van de oppervlakken werken en een kracht uitoefenen die
het bewegen bemoeilijkt.
Wrijvingskrachten in menselijk lichaam
- Tussen 2 botten dun laagje met synoviale vloeistof: zorgt ervoor dat de
wrijvingscoëfficiënt tussen die 2 botten enorm laag wordt. Dat zorgt ervoor dat onze
gewrichten heel vlot kunnen bewegen -> smeermiddel.
- Bij mensen die ouder zijn of ongeluk -> synoviale vloeistof weggelekt -> moeite met
bewegingen van gewrichten en ontstekingen.
Hovercraft (lucht als smeermiddel):
- luchtkussen tussen het onderste van het vaartuig en het water, vaart boven
het water -> geen wrijving van het water
MagLev (lucht als smeermiddel):
- = Magnetic Levitation, door magnetische krachten gaat zweven boven de bedding
dus geen rechtstreeks contact met spoor of bedding, luchtkussen tussen trein en
bedding, supersnel, ecologische impact < vliegtuig
Centrifuge
- werkt door een centripetale versnelling op stoffen uit te oefenen, vaak tot
10 keer de valversnelling. Piloten en astronauten trainen met dergelijke G-
krachten om te wennen aan de effecten.
- Ultracentrifuges: genereren versnellingen van 10.000 tot 15.000 keer de
zwaartekracht en worden gebruikt om bloed te scheiden in componenten
op basis van hun dichtheid.
Hoofdstuk 6:
Cavendish experiment:
- Je hebt een dunne staaf met 2 relatief grote massa’s aan de uiteinden (-> massa
staaf verwaarloosbaar). Deze staaf wordt opgehangen aan een dunne vervormbare
draad (-> oriëntatie in het vlak van de staaf makkelijk wijzigbaar). Op de draad
, wordt een spiegeltje bevestigd, hierdoor verandert de oriëntatie van de spiegel
wanneer de staaf beweegt (en het draadje dus tordeert). Dit maakt dat de reflectie
van de spiegel (lichtbron) een beetje zal uitwijken. Cavendish werkte hiervoor een
schaal uit die hij kon ijken en zo werd een inwerkende kracht op de stang vertaald in
de verschuiving van een lichtbundel. Wanneer er dan een derde massa in de buurt
van één van de massa’s wordt aangebracht, zal deze een gravitatiekracht
ondervinden, waardoor de staaf een beetje draait, wat maakt dat ook het draadje
en vervolgens ook het spiegeltje draait en we een verschuiving van de
lichtbundelreflectie krijgen.
Hoofdstuk 8:
Fundering: zwaartekracht – potentiële energie
- Men kan lange palen in de grond slaan door gebruik te maken van potentiële
energie. Een massa wordt omhoog gebracht, waardoor de potentiële energie
toeneemt. Wanneer de massa vervolgens wordt losgelaten, valt deze naar beneden
en krijgt de massa versnelling. Bij de impact wordt de kinetische energie van de
vallende massa overgedragen aan de paal, waardoor deze de grond in wordt
geslagen.
Stuwmeer: Zwaartekracht – potentiële energie
- De hoeveelheid water die zich boven de dam bevindt, heeft potentiële energie door
de hoogte. Dit water wordt via een buis naar beneden geleid, waarbij de potentiële
energie van het water wordt omgezet in kinetische energie wat de turbines doet
draaien en elektriciteit opwekt.
Klok: Zwaartekracht – potentiële energie
- Heen- en weer bewegen van de slinger onder invloed van de zwaartekracht
Wielrenner: optimalisering van de beweging
- Er wordt een model gemaakt van hoe een fietser op zijn fiets zit. De spieren van de
fietser worden voorgesteld als veren. Men gaat berekenen uit welke positie je
zoveel mogelijk kinetische energie kan halen uit de potentiële energie die men kan
stockeren in de spieren.
Schokdempers van een auto
- Elk wiel van een auto heeft een schokdemper. De functie hiervan is dat de
schokken die de wielen opvangen niet allemaal doorgegeven worden aan het
interieur van de auto. Een schokdemper bestaat uit 2 elementen: een veer die
wordt samengedrukt als een wiel over een hobbel rijdt en de demping zodat de
veer niet op en neer gaat blijven gaan.
Berekening van atoomposities in een kristal
- Als de interatomaire potentialen gekend zijn, kan met een krachtige computer de
atomaire structuur van een kristal berekend worden. We kunnen ook de
inwendige structuren van biosystemen berekenen met behulp van computers. Als
we de inwendige structuur van biosystemen kennen, dan kunnen we dit gebruiken
om de functie te achterhalen = in silico research.
Studie van nanosystemen: statisch en dynamisch
- Berekening van hoe die moleculen met mekaar gaan interageren. C8 moleculen zijn constant
, in beweging. Alle moleculen in kamertemperatuur pikken energie op uit omgeving en staan
nooit stil. CO2 molecule komt af en komt ff terecht op C8 molecule maar de binding
daartussen is niet voldoende sterk om die vast te houden.
- Conclusie: C8 molecule bij kamertemperatuur niet geschikt om CO2 vast te houden.
Studie van bio systemen: simulatie van complexe moleculen
- Bevriezen van water in ijs, vorming van verschillende structuren
Behoud van energie in een stroomtrein
- Warmte als vorm van energie. We hebben een compartiment waar er een zuiger
beweegt van links naar rechts. Dit compartiment heeft 2 aanvoerleidingen. Men
gaat hete stoom brengen in één van de 2 compartimenten. Dit gaat uitzetten en
hierdoor gaat de zuiger naar de andere kant geduwd worden. De toevoer van de
hete stoom wordt afgewisseld, waardoor we de zuiger heen en weer gaan laten
bewegen.
Energie omzetting in menselijk lichaam
- Energie uit eten halen = zuurstof verbranden (fel aanwezig)
Energie = omzetten in ATP, warmte, … Lichaam
kan ook warmte zelf creëren = spieren
- Chemische energie wordt vrijgemaakt door verbranding (oxidatie)
Hoofdstuk 9:
Neuronen afremmen in kernreactor:
- Kernsplitsing van Uranium levert kleinere fragmenten, waaronder zeer snelle
neutronen (107 m/s). Deze neutronen moeten vertraagd worden (103 m/s) om
nieuwe kernsplitsingen te kunnen veroorzaken. Hiervoor gebruiken we
moderatorstaven. Botsingen van neutronen met lichte kernen zijn meer efficiënt
om neutronen af te remmen. Daarom zijn moderatorstaven van bijvoorbeeld
grafiet/koolstof gemaakt.
Rutherford backscattering
- Stel je kent samenstelling van materiaal niet en bestaat uit verschillende types van
atomen. Bestralen met ionen (alfadeeltjes) en kijken naar teruggekaatste deeltjes. Je
gaat de snelheid meten van teruggekaatste deeltjes -> massa.
Large Hadron Collider (CERN):
- Een enorm grote deeltjesversneller waar men 2 bundels van protonen gaan
versnellen in tegengestelde richtingen. In de ondergrondse ringvormige
deeltjesversneller zitten magneten die zorgen dat de deeltjes op hun baan blijven.
Als ze een voldoende grote energie hebben laten we de protonen met elkaar
botsen. De protonen spatten uit elkaar, waardoor de elementaire deeltjes vrijkomen
en dan gaat men zien welke elementaire deeltjes er juist allemaal vrijkomen en
welke energie (= impuls) er vrijkomt . Zo heeft men het Higgs-deeltje ontdekt (= een
deeltje dat al lang theoretisch gevonden was, zorgt ervoor dat alle andere deeltjes
een massa hebben). Werking: De deeltjes worden in een elektrisch veld gebracht. Er
gaat een kracht op de deeltjes inwerken en zo worden ze versneld.
Hoofdstuk 11
