Fysiikka - Valmennuskeskus
Transcription
Fysiikka - Valmennuskeskus
Lääketiede Valintakoeanalyysi 2015 Fysiikka FM Pirjo Haikonen 1 Fysiikan tehtävät • Väittämä osa 1C (12p) • • • 6 kpl monivalintoja, joissa yksi (tai useampi oikea kohta.) Täysin oikein vastattu 2 p, yksikin virhe/tyhjä 0 p. Väittämät aineistosta, kursseista 8 aine ja säteily sekä paineeseen liittyvä väittämä. • Tehtävä 10 (7 p) • • • Tehtävä 12 (7 p) • • • Tehtävä aktiivisuuden eksponentiaalisesta vähenemisestä. • Kurssi 8: Aine ja säteily Soveltava tehtävä solukalvon sähköisestä mallista. Kurssi 6: Sähkö • Tehtävä 13 (9 p) • • Tehtävä 9 (6 p) Tehtävä yhdensuuntaissiirtymästä. Kurssi 3: Aallot. • Soveltava tehtävä ultraäänikuvauksesta. Kurssi 3: Aallot • Tehtävä 14 (4 p) • • Tehtävä paineen perusmääritelmästä. Kurssi 2: Lämpö 2 Tehtävä 1C (täysin oikea +2 p, virhe/tyhjä 0 p) 100 % 66,3 % 33,7 % 3 Tehtävä 1C (täysin oikea +2 p, virhe/tyhjä 0 p) 19,0 % 18,3 % 0,7 % - yks. 0,14 % - yks./vuosi 5 vuotta 5 vuotta 19,0 % 8 0,14 % - yks. 20,12 % 4 Tehtävä 1C (täysin oikea +2 p, virhe/tyhjä 0 p) Indiumin järjestysluku eli protonien määrä on 49. Koska massaluku on 111, niin neutroneja on 111 – 49 = 62 5 Tehtävä 1C (täysin oikea +2 p, virhe/tyhjä 0 p) Elektronisieppauksessa radioaktiivinen ydin sieppaa elektronin oman atominsa K-kuorelta. Ytimessä: p e n Tytärytimen järjestysluku on siis yksi pienempi kuin hajoavan ytimen. 111 Indium 111 49 In hajoaa kadmiumiksi 48 Cd . 6 Tehtävä 1C (täysin oikea +2 p, virhe/tyhjä 0 p) Oletetaan, että lämpötila on sama pinnalla ja 10 m:n syvyydellä ja että keuhkojen sisältämä ilman noudattaa ideaalikaasulakeja. p0V0 p1V1 p0 p0 101325 Pa V0 V0 V0 kg m p1 p0 gh 101325 Pa 1000 3 9,81 2 10 m m s V1 0,5080 V0 V1 7 Tehtävä 1C (täysin oikea +2 p, virhe/tyhjä 0 p) 8 Tehtävä 9 6 pistettä 111In on radioaktiivinen ydin, jonka T½ = 2,83 d. 111In-pentetreotidia käytetään haiman isotooppikuvauksessa. Sairaalan tilaama erä 111In-pentetreotidiliuosta lähtee valmistajalta maanantaina klo 15:00. Saapumishetkenä tiistaina klo 12:00 sen aktiivisuus on 660 MBq ja ominaisaktiivisuus 111 MBq/ml. Keskiviikkona klo 09:00 sairaalan radiologi ottaa ruiskuun tarvittavan määrän 111Inpentetreotidiliuosta, joka annetaan potilaalle samana päivänä klo 12:00. Isotooppikuvauksessa tarvittava potilasannos on 180 MBq. a) Mikä on 111In-pentetreotidi-lähetyksen aktiivisuus silloin, kun se lähtee valmistajalta? ma klo 15:00 ti klo 12:00 A0 A 660 MBq ke klo 9:00 ke klo 12:00 A MBq 111 V ml A A0 e t A0 A e t Ae t Ae ln 2 t T½ 660 MBq e ln2 21 h 2,8324 h 817,746 MBq 820 MBq 9 Tehtävä 9 6 pistettä b) Kuinka suuren määrän 111In-pentetreotidiliuosta (ml) radiologi otti ruiskuun? ma klo 15:00 ti klo 12:00 A0 820 MBq A 660 MBq ke klo 9:00 ke klo 12:00 A MBq 111 V ml Aannos 180 MBq ke klo 12:00 0 e V ln 2 t T½ ln 2 MBq 2,83 d 1 d MBq 111 e 86,8864 ml ml 180 MBq 2,0716 ml 2,1 ml MBq 86,8864 ml 10 Tehtävä 9 6 pistettä c) Kuinka monta 111In-ydintä on ehtinyt hajota sairaalan saamassa erässä saapumishetken ja ruiskeen valmistamisen välillä? ma klo 15:00 ti klo 12:00 ke klo 9:00 ke klo 12:00 A 660 MBq Sairaalaan saapumishetkellä radioaktiivisten ytimien lukumäärä: A0 N 0 N0 A0 A0 AT 0 ½ ln 2 ln 2 T½ 660 10 Bq 2,83 24 60 60 s ln2 2,32819 1014 kpl 6 N N 0 N N 0 N 0 e t N 0 (1 e ln 2 t T½ ) 2,32819 10 kpl (1 e 14 ln 2 21 h 2 ,8324 h ) 4,49116 1013 kpl 4,5 1013 kpl 11 Tehtävä 10 7 pistettä Alla olevassa kuvassa lasersäde kulkee 1 cm paksun lasilevyn läpi. Lasilevy on asetettu α1 = 30° kulmaan säteen kulkusuuntaan nähden. Piirrä laskennassa käytettävä geometrinen kuva vastausmonisteessa olevaan kuvapohjaan ja laske yhdensuuntaissiirtymä Δh. Taitekertoimet: nilma = 1,0; nlasi = 1,5 12 Tehtävä 10 7 pistettä Tulokulma ilmasta lasiin α1 = 30°. Lasketaan taittumislaista taittumiskulma: sin 1 nlasi sin 2 nilma sin 2 nilma sin 1 1,0 sin 30 nlasi 1,5 2 19,471 1 Valon lasissa kulkema matka x: 2 cos 2 x d x d 1 cm 1,0606 cm cos 2 cos19,471 13 x Tehtävä 10 7 pistettä Lasketaan kulma α3: 3 1 2 30 19,471 10,528 Yhden suuntaissiirtymä h: 1 h x h x sin 3 1,0606 cm sin10,528 sin 3 2 3 0,19381 cm 0,2 cm 14 x Tehtävä 12 7 pistettä Solukalvon sähköinen potentiaali on keskeinen osa solun aktiivista toimintaa. Potentiaaliero solukalvon yli perustuu ionien epätasaiseen jakautumiseen solukalvon eri puolille. Koska ionit eivät luonnostaan pääse hydrofobisen solukalvon läpi, tämä potentiaaliero voi muuttua, jos solun säätelymekanismit hetkellisesti muuttavat solukalvon läpäisevyyttä tietyn tyyppisille ioneille. Solu voi säädellä ionikonsentraatioitaan avattavien ionikanavien sekä muiden kuljetusproteiinien avulla. Hermosolun ollessa lepotilassa kaliumionien (K+) on yleensä helpointa päästä solukalvon läpi, kun taas natriumionit (Na+) eivät juurikaan liiku solukalvon läpi. Natrium-kalium-pumppu, joka kuluttaa ATP:tä, pitää normaalioloissa solukalvopotentiaalin vakiona. Se pumppaa K+-ioneja takaisin solun sisään ja Na+-ioneja ulos solusta. Natrium-ionikanavat ovat tärkeä osa solun sähköistä viestintää. Yleensä solun lepokalvopotentiaali VM on hyvin lähellä Cl–-ionin tasapainopotentiaalia eli Nernstin potentiaalia, ja tässä tehtävässä ne oletetaan täsmälleen yhtä suuriksi. Vaikka soluissa on havaittu olevan useita kymmeniä eri ioneja ja ionikanavia, kalvopotentiaalia yleensä mallinnetaan edellä mainittujen kolmen ionin avulla. 15 Tehtävä 12 Taulukko: Ionikonsentraatiot ja kunkin ionin Nernstin potentiaalit solun ollessa lepotilassa Alla olevassa kuvassa esitetään vastinvirtapiiri, jolla mallinnetaan solukalvon sähköistä potentiaalia. Solukalvoa voidaan mallintaa kondensaattorina, koska ionien nettovirtausta kalvon läpi tapahtuu vain, jos solukalvon läpäisevyydessä tapahtuu muutoksia. Kuva: Vastinvirtapiiri solukalvolle. Jännitelähteet VNa, VK ja VCl kuvaavat vastaavien ionien Nernstin potentiaaleja. Solu on lepotilassa, jolloin ionien nettovirtausta solukalvon läpi ei tapahdu, eli IM = 0. Resistanssi R1 on 1000,0 Ω. Määritä resistanssi R2. 16 Tehtävä 12 Solun sisäpuoli VM = VCl = -71 mV = 61 mV = -88 mV Lisäksi tiedetään tai päätellään konsentraatioista: • Natrium virtaa solun sisään, natrium virta piirretty oikein kuvaan. • Kalium virtaa solusta ulos, joten kalium virta on piirretty kuvaan väärään suuntaan. • Saadaan siis negatiivinen arvo kaliumvirralle. = -71 mV Solun ulkopuoli 17 Tehtävä 12 Kirchhoff I I kloridi-ionin reitillä: Koska VM = VCl , niin VM VCl R3 I Cl Solun sisäpuoli R3 I Cl 0 I Cl 0 ( tai R3 0) Kirchhoff II natrium-ionin reitillä: VM VNa R1 I Na -132 mV = 61 mV 17 mV = -88 mV VM = VCl = -71 mV R1 I Na VNa VM 61 mV (71 mV) 132 mV I Na = -71 mV 0,132 V 0,132 V 0,132 10 3 A R1 1000 Kirchhoff II kalium-ionin reitillä: Solun ulkopuoli Kirchhoff I: I Na I K I Cl I M I Na I K 0 0 I K I Na 0,132 10 3 A VM VK R2 I K R2 I K VK VM 88 mV (71 mV) 17 mV R2 0,017 V 0,017 V IK 0,132 10 3 A 128,78 130 18 Tehtävä 13 3p + 6 p = 9 pistettä a) Laske, kuinka syvällä kasvaimen yläpinta sijaitsee vatsan ihon pinnalta mitattuna. Luetaan kuvasta B aika, joka ultraääneltä kuluu haimakudoksessa yhteen suuntaan: t haima d 2 d1 d haima d1 vhaima t haima 0,030 m 1560 60 s 41 s 9,5s 2 m 9,5 10 6 s 0,04482 m 4,5 cm s 19 Tehtävä 13 Tarkastetaan annetuilla alkuarvoilla, että kuvaajalta luettiin oikein ensimmäisen palaavan pulssin aika: t1 2 d1 vrasvakudos 2 0,030 40,8163s 41s m 1470 s 20 Tehtävä 13 3p + 6 p = 9 pistettä b) Kuinka suuri osa (%) alkuperäisestä ihon pinnan läpäisseestä ultraäänipulssin paineamplitudista on jäljellä, kun se on edennyt haiman ja kasvaimen ensimmäiselle rajapinnalle (= juuri ennen heijastusta ja läpäisyä haiman ja kasvaimen rajapinnalla)? Alussa 100 %. 3,0 cm:n rasvakudoksessa paineamplitudi vaimenee eksponentiaalisesti. Haimakudokseen pintaan tuleva paineamplitudi: p1 p0 e rasva d1 p0 e 1 6 , 91 0 , 030 m m 0,81277 p0 Rajapinnasta osa heijastuu ja loput menee läpi. Läpäisykerroin: kg 1,35 10 6 2 Z Z1 ms T 1 R 1 2 1 kg Z 2 Z1 1,72 10 6 2 1,35 10 6 ms 1,72 10 6 kg m 2s 1 0,12052 0,87947 kg 21 m 2s Tehtävä 13 3p + 6 p = 9 pistettä b) Kuinka suuri osa (%) alkuperäisestä ihon pinnan läpäisseestä ultraäänipulssin paineamplitudista on jäljellä, kun se on edennyt haiman ja kasvaimen ensimmäiselle rajapinnalle (= juuri ennen heijastusta ja läpäisyä haiman ja kasvaimen rajapinnalla)? Paineamplitudista haimaan: p2 Tp1 0,87947 p1 0,87947 0,81277 p0 0,71480 p0 Haimassa paineamplitudi vaimenee eksponentiaalisesti. Haimakudoksen paksuus: d haima vhaima t haima 1560 m 9,5 10 6 s 0,01482 m s Kasvaimen pintaan tuleva paineamplitudi: p3 p2 e haima d haima 0,71480 p0 e 11,17 1 0 , 01482 m m 0,60574 p0 Vastaus: Paineamplitudista on 61 % jäljellä. 22 Tehtävä 14 4 pistettä Lääkäri antaa potilaalle lääkeruiskeen. Ruiskun männän halkaisija on 8,6 mm. Oletetaan, että mäntä liikkuu ruiskussa kitkattomasti. a) Kuinka suuren paineen mäntä aiheuttaa nesteeseen, jos lääkäri työntää mäntää 4,4 N:n voimalla? p F F 4,4 N 2 75747 Pa 76 kPa A r (4,3 10 3 m) 2 b) Potilaalle annetaan infuusionestettä kanyylin kautta tippatelineessä olevasta säiliöstä. Kuinka korkealla nesteen pinta säiliössä on kanyyliin nähden, jos paine kanyylissä on 9,4 kPa? Nesteen tiheys on 1042 kg/m3. p gh h p 9400 Pa 0,91958 m 92 cm kg m g 1042 9,81 2 m3 s 23