Физические основы медицинских знаний. 10 класс. Профильное обучение

.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

УДК 373.167.1:53+53(075.3)
ББК 22.3я721
 
Р25
ISBN 978-5-09-126311-4
Ратбиль, Елена Эммануиловна.
Физические основы медицинских знаний : 10-й класс : 
профильное обучение : учебное пособие : издание в pdf- 
формате / Е. Э. Ратбиль, А. А. Аносов, Н. А. Контаров. — 
Москва : Просвещение, 2025. —288 с. : ил. — (Шаг в медицину).
ISBN 978-5-09-126311-4. — Текст : электронный.
Учебное пособие предназначено для обучающихся в классах медицинского профиля. Предлагаемый учебный курс относится к части 
образовательной программы, формируемой участниками образовательного процесса, и направлен на формирование у обучающихся 
понимания физических законов, определяющих жизнедеятельность 
человека и других живых организмов.
Содержание учебного пособия основывается на базовом курсе 
физики для средней школы. Особенностью изложения материала 
является его медико-биологическая направленность: дополнительный материал и практические задания медицинского содержания. 
В учебное пособие включены элементы медицинской физики: действие физических законов в организме человека, их использование 
в медицинских приборах. 
УДК 373.167.1:53+53(075.3) 
ББК 22.3я721
Р25
©  АО «Издательство «Просвещение», 2025
©  Художественное оформление.  
АО «Издательство «Просвещение», 2025  
Все права защищены
Издание выходит в pdf-формате.
Серия «Шаг в медицину»
У ч е б н о е  и з д а н и е
Серия «Шаг в медицину»
Ратбиль Елена Эммануиловна
Аносов Андрей Анатольевич 
Контаров Николай Александрович
Физические основы медицинских знаний
10 класс
Профильное обучение
Учебное пособие 
Дата подписания к использованию 22.04.2025. Формат 70×90/16. Гарнитура SchoolBookSanPin.  
Усл. печ. л. 21,06. Уч.-изд. л. 12,44.
Акционерное общество «Издательство «Просвещение». Российская Федерация,  
127473, г. Москва, ул. Краснопролетарская, д. 16, стр. 3, помещение 1Н.
Адрес электронной почты «Горячей линии» — vopros@prosv.ru.
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

ПРЕДИСЛОВИЕ
Дорогие друзья!
Вы продолжаете изучение физики  — одной из фундаментальных 
наук о природе.
В медицине широко используются открытия в области физики.
Исследования, которые затрагивают разные науки, очень важны 
для людей. Классический пример  — открытие неизвестных лучей 
В. Рентгеном. Сразу же после открытия рентгеновских лучей появились рентгеновские снимки участков тела человека, и стало понятно, 
что это физическое явление будет использоваться в медицинской диагностике. 
Для того чтобы результаты физических исследований использовались в медицине, физикам надо представлять, чем занимаются медики, а медикам нужно понимать физику. Учёным, работающим в разных областях науки, необходимо общаться между собой, понимать 
язык друг друга. Мы надеемся, что это учебное пособие поможет будущим врачам понимать язык физики. 
В течение ближайших двух лет вы изучите законы классической 
механики и электродинамики, познакомитесь с явлениями и теориями, описанными в  молекулярной, атомной и  ядерной физике. Но 
главное  — поймёте, как действуют физические законы в  человеческом организме и как это знание может помочь врачу при постановке 
диагноза и лечении пациента. Вы также узнаете, как некоторые физические явления, с одной стороны, используются для лечения пациента (лучевая терапия), а с другой стороны, могут нанести человеку 
непоправимый вред (лучевая болезнь). Вы поймёте, что нет ни одной 
области медицины, где не применялись бы физические приборы. Так, 
ещё около 100 лет назад медики выяснили, что в результате работы 
сердца в теле человека создаётся электрическое поле, и исследования 
этого поля позволяют диагностировать состояние сердца. Однако это 
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

Предисловие
4
электрическое поле очень слабое и  его сложно измерить. Установка 
для измерения электрического поля сердца была впервые разработана В. Эйтховеном — основоположником электрокардиографии.
Конечно, использование такой громоздкой аппаратуры явилось 
препятствием для массового использования электрокардиографии. 
Чтобы сделать удобным и  доступным это исследование, необходимо 
было создать надёжные компактные недорогие усилители электрических сигналов. Благодаря физическим исследованиям такие усилители были разработаны, и в настоящее время электрокардиография является стандартной общедоступной медицинской процедурой.
Мы создали это учебное пособие для того, чтобы, став врачами, вы 
понимали причины процессов, протекающих в человеческом организме, и смогли использовать эти знания для помощи вашим пациентам.
Успехов вам!
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО 
ПОЗНАНИЯ
Развитие техники, биологии, химии, астрономии и медицины базируется на достижениях физики. Современная физика — обширная 
и  разветвлённая наука. Начиная изучать физику в  старшей школе, 
важно выяснить:
 
• что и как изучает физика;
 
• в чём заключается научный метод познания и его особенности;
 
• где и как используются физические знания и методы.
Физика изучает механические, тепловые, электромагнитные, оптические явления, а также строение вещества.
Основной задачей физики является установление законов, которые 
позволят объяснять и предсказывать новые явления. Однако физика 
стала наукой в современном понимании только после того, как математика стала её языком. Произошло это в эпоху Возрождения усилиями великого Галилео Галилея.
Физика — экспериментальная наука. Действительно, первым шагом в познании окружающего мира является наблюдение. На основании наблюдения высказываются предположения, называемые гипотезами. Для проверки гипотезы проводят эксперименты. При 
их постановке создаются специальные условия с целью исследования 
явления в «чистом» виде. Например, в  экспериментах по изучению 
свойств газов создаются условия, при которых можно пренебречь взаимодействием атомов или молекул газа. Таким образом от наблюдения переходят к  опытам, то есть проводят целенаправленные ис следования.
Для того чтобы сформулировать гипотезу на базе результатов  
эксперимента, необходимо создать модель  — абстрактную систему, 
являющуюся упрощённым аналогом исследуемой реальной физической системы. Модель тем лучше, чем проще её описание. Такой мо.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

Физика и методы научного познания
6
делью является, например, модель идеального газа или материальной точки.
Если гипотеза подтверждается экспериментом, то на её основании 
формулируются физические законы. Физические законы устанавливают связь между физическими величинами. Такими физическими 
величинами являются скорость, температура, давление и  другие. 
Значения физических величин получают из опытов, используя специальные средства измерения (секундомер  — для измерения времени, 
термометр — для измерения температуры, амперметр — для измерения силы тока и т. д.). 
Совокупность физических законов, которые описывают широкий 
круг явлений, называется научной теорией.
Каждая физическая теория и закон имеют определённую область 
применения или границу применимости. Граница применимости 
задаётся: а) указанием допустимых пределов изменения физических 
величин, входящих в  формулировку закона; б)  обширностью круга 
физических явлений, для которых закон имеет смысл. В пределах 
границ применимости закон выполняется для любых физических  
явлений. Например, классический закон сложения скоростей справедлив только для тел, движущихся со скоростями много меньше  
скорости света. Если же скорости тел становятся сравнимы со скоростью света, то в этом случае применяют релятивистский закон сложения скоростей, выведенный в  специальной теории относительности, 
созданной А.  Эйнштейном в 1905  г. Физические законы, имеющие 
наиболее обширные области применимости, называются фундаментальными. Фундаментальными законами, например, являются законы Ньютона, закон сохранения энергии, закон всемирного тяго- 
тения. 
Появление новой физической теории не отменяет «старую» теорию, а лишь дополняет её. Все новые теории должны удовлетворять 
принципу соответствия. Это значит, что новая теория должна содержать «старую» как частный случай при соблюдении определённых 
условий. Если, например, скорость объекта много меньше скорости 
света в вакууме, то выводы специальной теории относительности полностью совпадают с законами классической механики.
Развитие физики позволило создать новую технику, открыть  
новые явления в  окружающем нас мире и  во Вселенной. Знание  
фундаментальных физических законов и  методов способствует рож - 
дению новых наук, таких как биофизика, медицинская физика 
и т. д.
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

МЕХАНИКА
Движение  — свойство, присущее и  живой, и  неживой природе. 
Все тела, окружающие нас, от звёзд и планет до молекул и атомов, находятся в  непрерывном движении. Природные объекты 
и процессы очень сложны, поэтому для их изучения в физике используют модели. Для построения модели необходимо учесть 
только существенные факторы, влияющие на протекание процессов и  свойства объектов. В механике тоже используют модели, 
например модели материальной точки, абсолютно твёрдого тела, 
сплошной среды. 
Для будущего врача важно понимать, как законы механики определяют движение и равновесие человека и животных, как работают мышцы, какую роль играет скелет, как действуют законы сохранения импульса и  энергии. Кроме того, в  медицинской диагностике важен анализ движения внутренних органов и  тканей 
тела человека, например работа сердца, лёгких, движение соединительной ткани организма — крови (изучением движения крови по кровеносному руслу занимается специальный раздел биологической физики — гемодинамика). На клеточном уровне крайне важно понимать и  контролировать движение веществ через 
клеточную мембрану. В частности, это требуется для адресной 
доставки лекарства к поражённой ткани. Лекарство, воздействующее на поражённую структуру, может быть опасно для окружающей нормальной ткани. Поэтому его надо заставить «действовать» только в определённом месте и исключить, точнее минимизировать, его воздействие на остальной организм. В этом смысл 
адресной доставки лекарства.
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

ГЛАВА 
1
КИНЕМАТИКА
Изучение физических явлений обычно начинается с наблюдений и возникающих в связи с этим вопросов. Первый задаваемый вопрос — это 
вопрос как? Например, изучая движение, интересуются тем, как двигается тело: прямолинейно или криволинейно, равномерно или неравномерно. Второй вопрос — почему? — задают, выясняя причину явления. 
Например, почему тело двигается определённым образом?
Раздел механики, в  котором описывают движение, отвечая на вопрос 
как?, называется кинематикой (от греч. kinematos — движение). Именно в  кинематике изучаются физические величины, необходимые для 
описания движения, и  связи между ними. В этой главе вы познакомитесь с основными характеристиками механического движения, уравнениями, описывающими различные виды движения. А на вопрос почему? 
вы найдёте ответ в следующих главах учебника.
§ 1
 Механическое движение
Механическое движение и его виды. Простейшим видом движения, 
наблюдаемым в макромире и изучаемым в механике, является механическое движение.
Механическим движением называется изменение положения тела 
в пространстве относительно других тел с течением времени.
Механическое движение лежит в  основе движения большинства 
машин и механизмов. Вместе с тем оно является составной частью более сложных физических процессов: хаотическое движение молекул 
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

§ 1. Механическое движение
9
и  атомов в  различных агрегатных состояниях вещества, движение 
электронов в атомах. Число подобных примеров можно увеличивать 
до бесконечности.
Изучение любого вида движения, и в частности механического, потребует от нас прежде всего введения основных понятий и величин, 
применяя которые мы сумеем установить основные законы, характеризующие тот или иной вид движения.
Начнём с того, что ответим на вопрос: как могут двигаться все точки тела?
Если все точки тела движутся 
совершенно одинаково, то есть 
прямая, соединяющая две произвольные точки тела, переносится 
параллельно самой себе, то такое 
движение называется поступательным.
Поступательные движения совершает кабинка на колесе обозрения (рис. 1.1), которая при движении всегда остаётся параллельной 
самой себе, при том, что каждая 
точка этой кабинки движется по 
окружности. Все точки кабинки 
колеса обозрения совершают за 
Рис. 1.1
Рис. 1.2
B
A
M1
M2
M3
M4
a)
б)
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»

Глава 1. Кинематика
10
один и тот же промежуток времени равные 
расстояния, при этом отрезок, соединяющий любые две точки тела при движении, 
остаётся параллельным своему первоначальному положению. Человек, находящийся в  кабинке фуникулёра или на ступеньке эскалатора, перемещается так, что 
в любой момент времени все его точки движутся одинаково (рис. 1.2, а). Рассмотрим, 
будет ли поступательным движение стрелы 
и груза подъёмного крана. Поступательное 
движение совершает груз, но движение 
стрелы считать поступательным нельзя, 
поскольку прямые, соединяющие произвольные точки стрелы, при её перемещении не являются параллельными (рис. 1.2, б). 
Другим видом механического движения является вращательное 
движение (рис. 1.3), при котором все точки тела описывают окружности в параллельных плоскостях, причём центры этих окружностей 
лежат на одной прямой, называемой осью вращения (рис. 1.4).
Материальная точка. Очевидно, что для описания движения тела, 
движущегося поступательно, достаточно рассмотреть движение какой-либо одной его точки. Эта особенность поступательного механического движения позволяет ввести понятие материальной точки.
Материальной точкой называется тело, линейными размерами 
которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
Рис. 1.3
Рис. 1.4
A
B
C
.
.
З
© АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ»