2. بسم اللة الرحمن الرحيم السلام عليكم ورحمة اللة وبركاتة
بسم اللة الرحمن الرحيم السلام عليكم ورحمة اللة وبركاتة

3. د/هالة مصطفى احمد مدرس بكلية العلوم الطبية التطبيقية
الفيزياء الحيوية الطبية Medical Biophysics

4. ميثاق المحاضرة covenant

5. Lesson Objectives
By the end of this chapter, a student will be able to : 1-Use the mass, length The fundamental units. 2-Calculate the mass, length and power. 3- Define Dimensions and Si-Units of Some Derived Quantities

6. Physics and Measurements
علم الفيزياء هو علم تجريبي يهتم بكشف أسرار الطبيعة، فكل شيء نعرفه عن هذا الكون وعن القوانين التي تحكمه تم التوصل إليها عن طريق القياسات والملاحظات لأي ظاهرة طبيعية. ويعرف علم الفيزياء أيضاً بأنه علم القياس Science of measurements يقول العالم الشهير كلفن "عندما تستطيع قياس ما تتكلم عنه وتعبر عنه بالأرقام فإنك إذاً تعرف شيئاً عنه، ولكنها عندما لا تستطيع التعبير عنه بالأرقام فإن معرفتك في هذه الحالة غير كافية ولكن تعتبر البداية".

7. Physical Quantity
لتعريف الكمية الفيزيائية Physical Quantity فإنه يجب أولا أن نعرف طريقة قياس هذه الكمية أو طريقة حسابها رياضياً من كميات أخرى. فعلى سبيل المثال يمكن تعريف المسافة والزمن بواسطة وصف الطريقة التي يمكن أن نقيس كلاً منهما، وبالتالي يمكن تعريف سرعة جسم متحرك بواسطة حساب حاصل قسمة المسافة على الزمن. في هذه الحالة فإن كلاً من المسافة والزمن هما كميتان فيزيائيتان أساسيتان بينما السرعة فهي كمية فيزيائية مشتقة Derived Physical Quantity.

9. Mass The SI unit of mass is the Kilogram, which is defined as the mass of a specific platinum-iridium alloy cylinder. Time The SI unit of time is the Second, which is the time required for acesium-133 atom to undergo vibrations. Length The SI unit of length is Meter, which is the distance traveled by light is vacuum during a time of 1/ second.

10. تعريف الطول والكتلة والزمن
نحن نعبر عن قوانين الفيزياء باستخدام كميات فيزيائية محددة يتطلب منهاأن نعرفها بدقة وبوضوح. وفي علموجميع الكميات الفيزيائية الأخرى في علم .T والزمن M والكتلة L الميكانيكا، هناك ثلاث كميات فيزيائية هي الطول .(L, M , T) الميكانيكا هي كميات فيزيائية مشتقة يتم الحصول عليها من الكميات الفيزيائية الأساسية الثلاثة نتائج قياسات شيء ما لشخص أخر يريد أن يعيد تلك القياسات، فانه من الضروري إن . فمثلا لو زارنا زائر من كوكب آخر مثلا وقال لنا انه قطع مسافة قدرها 8 لن نستطيع تقدير تلك المسافة إذا لم نكن نعرف ماذا تعني كلمة جلتش تلك. ومن ناحية أخرى إذا كان هناك شخص يعرف نظام القياسات الذي نستخدمه فإننا عندما نقول له إن طول هذا الجدار 2 متر وهنا استخدمنا وحدة طول الجدار يعادل 2 من وحدة القياس المتر. وبالمثل، إذا اخبرنا شخص آخر بان كتلته 75 وحدة الكتلة التي استخدمت هي الكيلوجرام، فان هذا يعني أن ذلك الشخص يعادل 75 مرة ومهما كانت الوحدات المستخدمة فإنه يجب أن تكون هذه الوحدة معممة على الجميع ويستخدمها مهما اختلف مكاننا. عقد المؤتمر العالمي لتأسيس المعايير المستخدمة للطول والكتلة وكميات فيزيائية أخرى. وهذه وهي اختصار SI ويعرف بنظام ،metric system المعايير التي وضعت في ذلك المؤتمر تعرف باسم النظام المتري

11. Length الطول في العام 1120 أمر ملك بريطانيا أن هو الطول من طرف انفه حتى استقامتها وهذه الوحدة عشر foot القدم العام 1799 ، عندما أصبحت الاستواء إلى القطب باريس الكثير من أنظمة المتر

13. الزمن قبل العام 1960 كان تعريف الزمن يعتمد على متوسط طول اليوم حيث إن اليوم هو الفترة الزمنية بين ظهورين متعاقبين للشمس عندما تكون في أقصى ارتفاع لها في السماء. وبناء عليه عرفت الثانية على إنها 1/60 ) من متوسط طول اليوم. ولكن بعد )(1/60)(1/24) أن عرف إن دوران الأرض يتغير قليلا مع الزمن، ولهذا فان الاعتماد على الحركة لا يعتبر خيار جيد لتعريف الزمن. في العام 1967 أعيد تعريف الثانية بالاعتماد على الساعة 1.1 ، حيث تم الاعتماد على تردد ذرت (b) الذرية الشكل السيزيوم فأصبح تعريف الثانية على انه عدد 9,192,631,770 اهتزازة تصدر عن ذرة السيزيوم.

14. The fundamental units can be defined as follows:
Meter (m):
Is- the length equal to.1,650, wavelengths in vacuum of a certain orange red light emitted by Krypton isotope of mass number.
Kilogram (kg):
It is the mass of a standard block of platinum-Iridium alloy (90% Pt + 10%Ir), kept in the international bureau of Weights and Measures at Sevres near Paris.
Seconds:
It is the duration of 9,192,631,770 periods of radiation Corresponding to transition between two hyperfine levels of cesium-
133atoms.

15. خطين على ساق من البلاتينيوم والاراديوم تم حفظه بعناية في فرنسا
خطين على ساق من البلاتينيوم والاراديوم تم حفظه بعناية في فرنسا. ولكن هذا المعيار يعتبر غير دقيق بمقاييسنا اليوم المسافة بين الخطين على ذلك الساق يمكن أن تتغير بتغير درجة الحرارة، حيث يطرأ تمدد وانكماش للساق وحدة المتر. ولهذا تم إعادة تعريف المتر على أن يكون عبارة عن عدد موجي منبعث من مصباح كربتون وعلى أي حال فان المتر أُعيد تعريفه مرة أخرى في 1 ثانية. وهذا / ليكون عبارة عن المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال زمن قدره 299,792,458 يعود إلى سرعة الضوء في الفراغ والتي تساوي بدقة 299,792,458 متر/ثانية. وتعرف على إنها كتلة سبيكة اسطوانية من معدن kilogram (kg) الوحدة المستخدمة لقياس الكتلة هي الكيلوجرام . هذه الوحدة تم اعتمادها في العام 1887 ولم يطرأ على تعريف الكيلوجرام أي تغير لان سبيكة البلاتينوم والاراديوم تعتبر مستقرة. وتم عمل نسخة أخرى من تلك السبيكة الاسطوانية وهي 1.1a حفوظة في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا لاستخدامها في تصنيع كتل قياسها 1 كيلوجرام أخرى والشكل

16. Ampere (A): It is that constant current which when flowing through two parallel, straight, infinite conductors of negligible cross-section held 1 meter apart in vacuum, produces a force = 2 x 10-7 N/m between them. Mole (mol.): It is defined as the amount of substance containing the same number of elementary units as there are atoms in 0.012kg of Carbon-12. So a mole contains x 1023 specified elementary units such as atoms, molecules, ions...etc

17. Radian (rad):
It is defined as the angle subtended at the centre of a circle by an arc equal in length to the radius of the circle.
Stredian (sr):
It is defined as the solid angle subtended at the centre of a sphere by its surface whose area is equal to the square of the radius of the sphere.

18. Example
Speed is simply length divided by time, and the force is actually mass multiplied by length
divided by time squared.
[Speed] = L/T = LT-1
[Force] = ML/T2 = MLT-2
where :
[Speed] is meant to indicate the unit of speed, and M, L, and T represents mass, length, and time units

19. The dimension of the s1 base quantities: Length (L) Mass (m) Time (T) Electric charge (Q) Electric current (I)= (QT-1) Temperature (0) Amount of substance (S)

20. Example(1)
Using the dimensional analysis check that this equation x = ½ at2 is correct, where x is the distance, a is the acceleration and t is the time. x = ½ at2 This equation is correct because the dimension of the left and right side of the equation have the same dimensions. الطرف الأيسر للمعادلة له بعد طول، ولكي تكون المعادلة صحيحة فإن الطرف الأيمن يجب أن يكون له بعد طول أيضاً، وللتحقق من صحة المعادلة نستخدم تحليل الأبعاد لطرفي المعادلة

21. Show that the expression v = vo + at is dimensionally correct, where v and vo are the velocities and a is the acceleration, and t is the time
The right hand side
[v] = L/T
The left hand side
                   
Therefore, the expression is dimensionally correct.

22. Suppose that the acceleration of a particle moving in circle of radius r with uniform velocity v is proportional to the rn and vm. Use the dimensional analysis to determine the power n and m. Let us assume a is represented in this expression a = k rn vm Where k is the proportionality constant of dimensionless unit. The right hand side [a] = L/T2 The left hand side hence n+m=1 and m=2 Therefore. n =-1 and the acceleration a is a = k r-1 v2 k = 1 a= v2/r

23. Einstein’s relation between the total energy, E, of a body and its mass
m is given by:
E = mc2
Where c is the free space (velocity) of light. Check the correctness of this equation.
LHS: [E] = [ML2 T2]
RHS: [mc2] = [(M) (LT-1)2= [ML2T -2]
i.e. [LHS] = [RHS] and the equation is correct

24. Hydrostatics
2-Density and Specific gravity The density of a substance is defined as its mass per unit volume. p = m / V Kg/m3 3-Pressure Pressure (P) is defined as “the normal force per unit area” in a gas or a liquid.. For a solid the normal force per unit area is called stress P = F /A (N/m2) or, pascal (Pa). Where, (lN/m2 = 10 dyne /cm2) Atmospheric Pressure (atm.) (latm = 1 .0l3xl05 pa). The height of a column of mercury in mmHg or, cm Hg. The height of a column of mercury is the most common method of indicating pressure in medicine. For example, a peak

25. systolic) blood pressure reading of 120 mmHg indicates that the blood pressure equals the pressure at the base of a mercury column of this height.The pressure under a column of liquid The pressure P under a column of liquid can be expressed in tenns of the liquid’s height (h) and density (p), P = F/A = mg/A = (h A p) g/A P = g h Where, g is the acceleration due to gravity If Pa is the atm. Pressure, the total or absolute pressure is P = Pa-H pg h For two liquids of densities pi and p 2, heights h) and h2 producing the same pressure . gh1=gh2

26. 4-Negative pressures.
Pressures lower than the atmospheric are called negative pressures.
There are a number of places in the body where the pressures are
lower than atmospheric, or negative.
For example,
1-When we breathe in (inspire) the pressure in the lungs must be lower than atmospheric pressure. The lung pressure during inspiration is a few centimeters of water negative.
2-When a person drinks through a straw, the pressure in his mouth must be negative by an amount equal to the height of his mouth above the level of the liquid he is drinking.

27. 5-Pressure measurements
Atmospheric pressure measurements Atmospheric pressure is measured by an instrument called barometer. The barometer as invented by Torricelli consists of a long tube closed at one. The tube is filled with mercury (Hg) and then inverted into a dish of mercury. The closed end is nearly a vacuum, so the pressure at the top of the Hg column can be taken as zero. The atmospheric pressure is found to support a column of Hg. p=c

28. 6-The manometer The instrument used to measure pressure is called manometer. The shaped manometer shown in figure is filled with a liquid. The pressure to be measured is applied at one arm of this tube. The pressure to be measured produces changes the level of the liquid in the two arms. The level difference between the liquid surfaces in the two arms is measured and the pressure is calculated. The manometer