SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~...
Transcript of SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~...
![Page 1: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/1.jpg)
SMTR + My.IB, rok 1
semestr letni 2017/2018
Maciej Mulak, dr inż.
pok. 437 bud. A1
Wykłady: czwartek TP/TN 15.15-17.00
![Page 2: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/2.jpg)
![Page 3: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/3.jpg)
JAK DUŻY JEST ATOM ?
Eksperyment myślowy
Feynmana (cząsteczki wody)
Ziarenko piasku w katedrze
Lord Kelvin, ziarenka ryżu
Rozmiar atomu a długość fali
świetlnej
![Page 4: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/4.jpg)
Oddziaływanie Źródło Względna
siła
Zasięg
Grawitacyjne(np. planety krążące wokół
Słońca)
Masa 10-38
Elektromagnetyczne
(reakcje chemiczne,
światło, radio,promienie
Roentgena, tarcie!)
Ładnek
elektryczny
10-2
Słabe
(pomiędzy kwarkami i
leptonami; związane z
rozpadem
promieniotwórczym)
Wszystkie
cząstki
elementarne
10-15 krótki
10-18
m
Jądrowe
(utrzymuje cząstki w jądrze
atomowym)
Hadrony
(protony,
neutrony,
mezony)1
krótki
10-15
m
![Page 5: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/6.jpg)
Napięcie powierzchniowe
![Page 7: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/7.jpg)
człowiek wychodzący z
wanny
zmoczona mysz i ...
zmoczona mucha
„niezatapialne” żuki
lejki do ssania
Skutki zmoknięcia
![Page 8: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/9.jpg)
The Artful Univers.Expanded, J.D.
Barrow, Oxford University
Press 2005.
Liczba gatunków w
zależności od wielkości
![Page 10: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/11.jpg)
![Page 12: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/12.jpg)
Wszechświat i sztuka, J.D. Barrow, Amber 1998.
Rozmiar: równowaga oddziaływań
![Page 13: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/13.jpg)
Rozmiar a środowisko
Rozmiary obiektów na Ziemi ograniczone
![Page 14: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/14.jpg)
Rozmiary ludzi a … rozwój
cywilizacji
korzystanie z narzędzi
przenoszących energię
(wytrzymałość kamieni, metali,
drewna)
możliwość korzystania z ognia
wykorzystanie broni (różne losy
ludzkości)
a także papieru, koła…
(siły adhezji kontra grawitacja: ciągła
walka)
![Page 15: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/15.jpg)
O skali
Znaczenie efektów skalowania:
ważne konsekwencje w fizyce,
biologii i przemyśle.
zmiana skali obiektów
nowe własności fizyczne
siła grawitacji – najsłabsza ze znanych sił:
mało istotna dla małych obiektów,
kluczowa dla dużych (np. planety, Słonce)
* 1cm3 239Pu (19 gramów)
400 cm3 (!) (9 cm średnicy)
![Page 16: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/16.jpg)
Dlaczego mrówka może podnieść
ciężar 50 razy przekraczający jej
wagę?
Dlaczego małe zwierzęta mają
szybszy metabolizm od dużych?
Dlaczego wolimy obrać kilogram
dużych niż kilogram małych
ziemniaków?
Czy inżynier może budować most
po sprawdzeniu wytrzymałości
modelu w skali 1:100?
Problemy skali wokół nas
![Page 17: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/17.jpg)
R
1V
Objętość i masa a wymiary liniowe
8 kul !
r
2V
8r
R
πr3
4
πR3
4
V
V3
3
3
2
1
1:L stosunek długości krawędzi
1:L2 stosunek pól powierzchni
1:L3 stosunek objętości
L - charakterystyczny wymiar liniowy
![Page 18: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/18.jpg)
![Page 19: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/19.jpg)
Wytrzymałość kości, siła mięśni
siła~S~L2
S - pole przekroju poprzecznego
kości / mięśni
ciężar~V~L3L
2L
siła ręki
ciężar ręki~1/L
![Page 20: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/20.jpg)
Skala a projekty inżynierskie
wytrzymałość ~ L2
ciężar ~ L3
rośnie wolniej niż
kładka przez strumyk most przez dużą rzekę
kartonowy model budynku rzeczywisty budynek
papierowy sześcian 1cm3
wypełniony wodą
papierowy sześcian 1m3
wypełniony wodą …
![Page 21: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/21.jpg)
Skala a budowa zwierząt
![Page 22: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/22.jpg)
Metabolizm zwierząt
Pozornie: Moc ~ L3 (obj. ukł. trawiennego lub płuc)
Faktycznie: Moc ~ L2
wydalanie ciepła ~ L2
absorbcja przez układ trawienny ~ L2
szybkość zaopatrywania tkanek w krew ~ L2
(przekrój aorty)
siła mięśni ~ L2
Zwierzęta ciepłokrwiste potrzebują pożywienia
proporcjonalnie do swojej powierzchni, nie do swojej wagi
(przy określonej temperaturze ciała i otoczenia)
Mjedz~Q~S
![Page 23: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/23.jpg)
![Page 24: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/24.jpg)
Zaleta rozmiaru: stałocieplność
Rejony arktyczne (lisy polarne,
pingwiny, niedźwiedzie)
Człowiek = 5 000 myszy! (pożywienie -
¼ masy ciała)
Mysz etruska (1,5g) (nocna
„hibernacja”)
Małe ptaki i ssaki: wysoka ruchliwość
![Page 25: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/25.jpg)
Rejony arktyczne: duże zwierzęta
Małe ptaki i ssaki: wysoka ruchliwość
pożywienie proporcjonalnie do powierzchni
![Page 26: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/26.jpg)
Grawitacja a małe obiekty:
np.: nie jest groźna dla małych zwierząt!
(mucha na suficie, nogi komarnic etc.)
Napięcie powierzchniowe
Oddychanie, trawienie, komunikacja z
mózgiem
Rozmiar jako wpływ środowiska
(ewolucja)
Inne konsekwencje skali wielkości
Grawitacja a duże obiekty (astronomiczne)
1cm3 239Pu 19 gramów
400 cm3 (9cm średnicy)…!
![Page 27: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/27.jpg)
Oddychanie, trawienie, ...
komunikacja z mózgiem
Rozmiary owadów: długość
tchawek ograniczona efektywnością
dyfuzji (własności tlenu), duże
owady nie mogą istnieć bez układu
krwionośnego!
Powierzchnia płuc
Długość i komplikacja układu
pokarmowego
Opóźnienie impulsów nerwowych
(Diplodok nadepnięty na ogon:
reakcja do mózgu po 3s!)
![Page 28: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/28.jpg)
Pułapki intuicji, czyli nieuzasadnione
porównywanie wielkości fizycznej w
oparciu o wymiar liniowy…
- Kolos z Rhodos
- wielkość pudełka zapałek, a ilość zapałek
- jak szybko pływa powiększona bakteria?
- jak wysoko skacze powiększona pchła?
![Page 29: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/29.jpg)
V ~ const.
królik (2,5kg)
v=16m/s; człowiek
(63kg) v=10m/s; słoń
(3500kg) v=11m/s
V ~ 1/L
Wielkość a maksymalne osiągi
![Page 30: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/30.jpg)
Rozmiar a długość życia
TĘTNO ~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~
L2/L3 ~ 1/L
Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy
serca to:
Długość życia ~ L
Uderzenia serca na minutę
Mysz 624
Słoń 37
Czas życia
Mysz ~ 2 lata
Słoń ~ 40 lat
Wyjątek: człowiek
~70 skurczy/min ~70 lat(przewidywana ~ 30 lat)
![Page 31: SMTR + My.IB, rok 1mmulak/Mechatronika 2018/SMTR-W1.pdf · Rozmiar a długość życia TĘTNO~ (ilość krwi) / (obj. serca) ~ L2/L3 ~ 1/L Jeżeli przyjąć określoną liczbę skurczy](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022040920/5e989b6b54daa65497615fc4/html5/thumbnails/31.jpg)
Opór powietrza
Upadek z
wysokości
F
G
L
1
10L
1F
100
1G
1000
Ciężar zredukowany 1/1000
ale powierzchnia 1/100!