tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
בשנת 1954 פיתחו יאנג ומילס אוסף של תאוריות שסיפקו את המסגרת עבור המודל הסטנדרטי.
המודל הסטנדרטי, שהושלם בשנות השבעים, מתאר בהצלחה כמעט את כל החלקיקים היסודיים שנצפו עד כה.
ספקטרום, חוקי התנועה, חוק הכבידה – אייזק ניוטון, 1666, 1687
משוואות מקסוול וגלים אלקטרומגנטיים – ג'יימס קלרק מקסוול
מהירות האור קבועה בכל מצב ולכן הזמן איננו קבוע – מייקלסון ומורלי, 1887
קרני רנטגן – וילהלם רנטגן, גרמניה, 8 בנובמבר 1895
רדיואקטיביות – אנרי בקרל, 1896
אלקטרון – ג'יי ג'יי תומסון, הממלכה המאוחדת, 1897
קוונטיזציה של אנרגיה – מקס פלאנק, גרמניה, 1900
האפקט הפוטואלקטרי, E=mc² (שקילות בין מסה לאנרגיה), תורת היחסות – אלברט איינשטיין, גרמניה, 1914, 1905, 1915.
פרוטון – ארנסט רתרפורד, הממלכה המאוחדת, 1918
נייטרון – ג'יימס צ'דוויק, הממלכה המאוחדת, 1932
חיזוי אנטי-חומר – פול דיראק, הממלכה המאוחדת, 1928
פוזיטרון – אנטי-אלקטרון – קארל דייוויד אנדרסון, ארצות הברית, 1932
הולוגרפיה – דניס גאבור, 1947
קווארק – מארי גל-מאן, ארצות הברית, יובל נאמן, ישראל, 1969
פיזיקה תאורטית או פיזיקה עיונית משתמשת במודלים מתמטיים ובהפשטת הפיזיקה בניסיון להבין את הטבע.
הפיזיקה המתמטית היא כלי מרכזי בתחום זה, על אף שישנן טכניקות נוספות בהן נעזרים.
המטרה היא להבין, להסביר ולחזות תופעות פיזיקליות.
התקדמות המדע תלויה בדרך כלל ביחסי גומלין בין הפיזיקה התאורטית והפיזיקה הניסויית.
בחלק מהמקרים, דובקת הפיזיקה התאורטית בשפה המתמטיקה הקפדנית ונותנת משקל קטן יחסית לניסויים ותצפיות.
למשל, כשפיתח את תורת היחסות הפרטית, התעסק איינשטיין עם טרנספורמציות לורנץ שהשאירו את משוואות מקסוול קבועות, אולם לא התעניין באופן גלוי בניסוי מייקלסון-מורלי שעסק בתנועת כדור הארץ דרך האתר.
מנגד, איינשטיין נשען על תהליך ניסויי נטול משוואות תאורטיות, בהסבירו את האפקט הפוטואלקטרי, דבר שזיכה אותו בפרס נובל.
נכון לשנת 2018, המחקר מתקדם במספר גדול של תחומים בפיזיקה.
בפיזיקת המצב המוצק, הבעיה התאורטית הבלתי פתורה הגדולה ביותר כיום היא ההסבר למוליכות-על בטמפרטורות גבוהות.
מאמצים רבים, ניסויים ברובם, מושקעים ביצירת ספינטרוניקה מעשית ומחשבים קוונטים.
בפיזיקת החלקיקים, העדויות הניסיוניות הראשונות לפיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי החלו להופיע.
החשובה מביניהן היא העדות שלנייטרינו יש מסה לא אפסית.
נראה שתוצאות ניסויות אלו פתרו את בעיית הנייטרינו הסולארי הוותיקה בפיזיקה של השמש.
הפיזיקה של נייטרינו מסיביים היא כרגע תחום בו מבוצעים מחקרים תאורטיים וניסויים רבים.
בשנת 2008, מאיצי חלקיקים החלו בחקר אנרגיות בקנה מידה של טרה-אלקטרון-וולט (טריליון אלקטרון-וולט), בו מקווים החוקרים למצוא עדויות לבוזון היגס ולבני זוג סופרסימטריים.
ב-4 ביולי 2012 הוכרז על גילוי בוזון בעל מאפיינים דומים לאלו הצפויים מבוזון היגס.
ניסיונות תאורטיים לאחד את מכניקת הקוונטים ואת תורת היחסות הכללית לתאוריה אחת של כבידה קוונטית, תוכנית הנמשכת כבר מעל חצי מאה, טרם נשאו פרי.
המועמד המוביל כיום הוא תורת M ה-11 ממדית.
תופעות אסטרונומיות טרם הוסברו, כולל קיומן של קרניים קוסמיות באנרגיה אולטרה גבוהה ושיעורי סיבוב לא צפויים של גלקסיות.
הוצעו תאוריות לפתרון בעיות אלו, כולל יחסות פרטית כפולה, דינמיקה ניוטונית מתוקנת, וקיומו של חומר אפל.
בנוסף, התחזיות הקוסמולוגיות של העשורים האחרונים נסתרו על ידי עדויות חדשות לפיהן התפשטות היקום מאיצה.
פִיזְיוֹלוֹגְיָה היא המדע העוסק בחקר התפקוד המכני, הפיזי והביוכימי של גופם של יצורים חיים.
מהרמה המולקורית ועד לרמת היצור השלם.
פיזיולוגיה באופן מסורתי נחלקת לפיזיולוגיה של הצמח ולפיזיולוגיה של יצורים חיים.
לדוגמה, את חלק מתובנות המחקר על תא שמרים ניתן ליישם גם בתא אנושי.
באופן כללי ההסתברות לדמיון בתגובות בין מינים שונים אינה ידועה.
הכלים המשמשים למחקר הפיזיולוגיה של בני האדם מרחיבים את הכלים והשיטות למחקר חיות.
במחקר ניתן להשתמש במיקרוסקופ ובצביעה היסטולוגית.
גם הפיזיולוגיה של הצמחים שואלת כלים משני שדות מחקר אלו.
היקף הנושאים למחקר הוא גדול לפחות כמו אילן היצורים החיים עצמו.
בשל המגוון הרחב נוטה המחקר בתחום הפיזיולוגיה של בעלי החיים להתרכז בהבנה איך תכונה פיזיולוגית משתנה לאורך האבולוציה של בעלי החיים.
תחומי מחקר חדשים התפתחו מתוך המחקר הפיזיולוגי כגון ביוכימיה, ביופיזיקה, ביומכניקה ופרמקולוגיה.
על המחקרים הבולטים בתחום מוענק פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה.
בנוסף לכך, האקדמיה הבלגית מעניקה פרס גלוגה דו-שנתי לזכר גוטליב גלוגה.
פיזיקאי הוא מדען העוסק בחקר הפיזיקה.
הכשרה למקצוע פיזיקאי ניתנת באוניברסיטאות, במחלקות לפיזיקה ובהתמחויות שונות, שהעיקריות שבהן הן פיזיקה תאורטית ופיזיקה ניסויית.
שתי ההתמחויות כוללות הכרות עם תאוריית הפיזיקה, אך בעוד שהפיזיקאי הניסויי בוחן את השערותיו באמצעות ניסוי, הפיזיקאי העיוני מנסה להסביר את תוצאות הניסויים באמצעות מודל מתמטי ולספק תחזיות לתוצאות של ניסויים עתידיים.
הפיזיקאי העיוני עשוי לפתח תוכנות מחשב לשם עריכת סימולציות או חישובים נומריים כבדים (בדרך כלל עבור פתרון בעיות מתמטיות אשר בלתי ניתנות לפתרון אנליטי), בעוד שהפיזיקאי הניסויי עשוי לפתח מכשירי מדידה ושיטות חדשות לביצוע ניסויים.
גם הפיזיקאי הניסויי משתמש במחשב לשם עריכת סימולציות של ניסויים, עיבוד התוצאות מניסויים, כיול מכשירי המדידה ואינטראקציה עם מכשירי מדידה מתוחכמים נעשים על פי רוב באמצעות מחשבים.
מכיוון שהפיזיקאי העיוני זקוק בדרך כלל רק לכוח חישוב, אשר מסופק לעיתים על ידי מחשב ביתי, קל למצוא מימון לפעילות בפיזיקה עיונית.
הפיזיקאי העיוני יכול לעבוד גם בביתו.
הפעילות בפיזיקה ניסויית לעומת זאת כרוכה בצרכים כספיים גבוהים בדרך כלל, ולכן היא מוגבלת למוסדות מחקריים, ולעיתים מחייבת שימוש במתקני ניסוי יחידים מסוגם בעולם, כגון CERN.
בישראל מתקיימים לימודי פיזיקה בכל האוניברסיטאות מלבד אוניברסיטת חיפה.
פיזיקאים פעילים באוניברסיטאות, בהוראה ובמחקר בענפי הפיזיקה הרבים.
בנוסף להוראה במסגרת המחלקות לפיזיקה, ניתנים קורסי יסוד בפיזיקה גם לתלמידי הנדסה, מדעים מדויקים ורפואה.
פיזיקאים מועסקים גם בתעשייה, ובפרט בתעשיית ההיי טק.
אות ההוקרה החשוב ביותר על הישגים בתחום הפיזיקה הוא פרס נובל לפיזיקה, המוענק לפיזיקאים ולעוסקים בתחומים קרובים.
פיזור אוכלוסין היא שיטה בה נוקטות ממשלות לפזר את האוכלוסייה בתחומי השיפוט שלהן.
זאת על מנת למנוע ריכוזיות יתר של אוכלוסייתן בערים הגדולות.
לעיתים אף מוקמת עיר בירה (כמו ברזיליה) או מאומצת עיר קיימת, שולית יחסית, בשביל לעודד את פיזור האוכלוסין.
הרעיון מאחורי תהליך זה הוא שהתעסוקה בעיר בירה מסופקת במידה רבה על ידי הממשלה ולכן יש לה שליטה רבה יחסית בתהליך.
לא תמיד הניסיון הזה מצליח, ולעיתים נוצר מצב בו הבירה החדשה לא מצליחה למשוך אוכלוסייה.
הגליה באכיפה - אמצעי אשר היה קיים בעבר ובו העבירו אוכלוסיות בכוח.
כפי שנעשה בברית המועצות כדי ליישב את סיביר.
עידוד על ידי תמריצים ליחידים, דוגמת מענקי קרקעות ותמריצים לחברות על מנת שיקימו מפעלים באזורים מסוימים תמורת הטבות מס ומענקים.
הקמת מפעלים ומוסדות ממשלתיים באזורים מרוחקים.
פיזור האוכלוסין יצר מספר בעיות.
בעיה מרכזית גלובלית היא ריחוק ממוקדי תעסוקה, כאשר ברוב המקומות בו נעשה הפיזור, אין את היצע התעסוקה אותו יש מהאזורים המרכזיים של המדינה.
במקרים רבים אזורים דלילי אוכלוסייה נמצאים במקומות בהם האקלים קשה, שמקשה על תושבים להישאר.
גם במדינות קולטות הגירה, המהגרים כמעט תמיד מעדיפים להתמקם בערים הגדולות ולא להגיע אל אזורים דלילי אוכלוסין.
כך שגם במקומות בהם יש גידול אוכלוסייה האוכלוסייה באזורים הפריפריאלים נשארת במקומה או מתכווצת, בעוד שהמטרופולינים ממשיכים לגדול.
מדינת ישראל נקטה במשך כל שנות קיומה במדיניות פיזור אוכלוסין.
ציון הדרך העיקרי בהתווית מדיניות זו היה 'תוכנית שרון' - 'תכנון פיזי לישראל' - משנת 1951. בתוכנית זו ניסח האדריכל אריה שרון את עקרונות פיזור האוכלוסין במדינה הצעירה, והגה את הקמת הערים הבינוניות בפריפריה, ואת היישובים הכפריים סביבן.
תוכנית זו גובשה כאשר ישראל הייתה מדינה שעיקר אוכלוסייתה חייתה בערים הגדולות.
הקמת היישובים היוותה ציר מרכזי בהגשמת רעיונות הציונות והחלוציות מראשית המאה, ולאחר קום המדינה נוצר צורך דחוף להגן על המרחב מפני פלישת צבאות ערב.
כמו כן בעזרת הפניית העולים החדשים ליישובי הגבול לאחר קום המדינה נעשה ניסיון לשנות את המאזן הדמוגרפי בפריפריה לטובת היהודים.
החלטות פיזור האוכלוסין הביאו למצב בו מדינת ישראל מחזיקה בשיא של מספר יישובים ביחס לאוכלוסייה.
החל משנות ה-70 הרצון של אנשי מעמד הביניים לגור בסביבה כפרית, הביאה לניתוב על ידי הממשלות השונות לאזורים הפריפריאליים שבהם לא נפתרו בעיות הביטחון והדמוגרפיה כדוגמת המצפים בגליל.
יישובים אלה הם יישובים קהילתיים.
לאור העלויות הגבוהות בהקמת תשתיות ליישובים חדשים, מערכת התכנון דרך תמ"א 35 הביעה עמדה ברורה נגד פיתוח שאינו צמוד לפיתוח קיים ("צמוד דופן"), נגד פיתוח צמוד קרקע, ונגד פיתוח יישובים חדשים.
פיזיקה אטומית (או פיזיקת האטום) היא ענף הפיזיקה העוסק בקליפות האלקטרונים.
לעיתים נהוג לשייך את המונח "פיזיקה אטומית" לכל מה שקשור לאנרגיה גרעינית ופצצות גרעיניות, קרוב לוודאי בשל השימוש הזהה במילים "אטומי" ו"גרעיני" בשפת הדיבור.
אך הפיזיקאים מבחינים בין פיזיקה אטומית (העוסקת בהשפעות קליפות האלקטרון והספין הכללי של הגרעין ובמטען החשמלי) לבין פיזיקה גרעינית (העוסקת בכוחות הפועלים בתוך גרעין האטום ובתגובות הגורמות לשינוי, כגון ביקוע גרעיני או רדיואקטיביות).
ניתן לציין את תחילת הפיזיקה האטומית בגילוי ופיענוח הקווים הספקטראליים.
אלה הם קווים המוגדרים במדויק בספקטרום של אטומים חופשיים (הכוונה במילה חופשי היא שהם במצב צבירה בו האטומים אינם קרובים האחד לשני, ולכן השפעתם ההדדית זניחה).
חקר הקווים הללו הוביל לניסוח מודל האטום של בוהר ולהבנתו הנוכחית של מבנה קליפות האלקטרון כפי שמתואר במודל הפלנטרי, המהווה בסיס לכל הידע בכימיה.
בחקר הפיזיקה האטומית מתייחסים אך ורק לאטום הבודד, או ליון הבודד.
בתחום זה בוחנים תהליכים כמו יוניזציה ועירור אלקטרונים על ידי התנגשות פוטונים או חלקיקים גרעיניים אחרים.
בגז, מרווח הזמן לתגובה בין אטום אחד למשנהו הוא יחסית גדול, לעומת התגובות הקורות בגרעין עצמו ובאלקטרונים שסביבו, כך שמחקר הפיזיקה האטומית משמש למעשה כיסוד למדעי האטמוספירה ולחקר פיזיקת הפלזמה.
תחום זה אינו מתייחס לפרודות ולקשרים בין אטומים, למרות שהרבה מהתופעות זהות בשני התחומים.
הפיזיקה האטומית גם אינה מתייחסת להתנהגות האטומים במצבי צבירה שונים.
לכל אטום יש את רמות העירור הקבועות בו האלקטרונים סביבו יכולים להיות.
על מנת לעבור מרמה לרמה, יש "לעורר" את האלקטרון, זאת בדרך כלל על ידי קליטת אנרגיה מאור (פוטונים), משדה אלקטרומגנטי, או מהתנגשות עם חלקיקים אחרים (בדרך כלל אלקטרונים אחרים).
אלקטרונים הממלאים רמת עירור (הנקראת גם "קליפה") נמצאים "במצב קשור".
אנרגיית הקשר היא האנרגיה הנדרשת להוצאת האלקטרון מהקליפה בה הוא נמצא ועד לניתוקו מהגרעין (באופן תאורטי עד לאינסוף מרחק מהגרעין).
כל אנרגיה נוספת הנספגת באלקטרון, הופכת לאנרגיה קינטית לפי חוק שימור האנרגיה והאטום עבר אז תהליך הנקרא יוניזציה.
אם האלקטרון ספג פחות מאנרגיית הקשר שלו, הוא יעבור למצב מעורר.
לאחר זמן מה, הנתון לפי הסתברות, אלקטרון במצב מעורר יעבור לרמת עירור נמוכה יותר, והפרש האנרגיה (על פי החוק לשימור האנרגיה יצא באחד מהדרכים הבאות: באטום נייטרלי (ללא מטען חשמלי) יצא פוטון (אור) בעל כמות האנרגיה הנוספת.
במקרה של יון, (אטום שכבר קודם עבר עירור, וכבר שחרר חלק מהאלקטרונים שלו), עשויה להתקבל התופעה הידועה כתופעת אויגר, בה האנרגיה תעבור לאלקטרון קשור אחר, ואותו אלקטרון יעבור למצב עירור, וישתחרר.
כך ניתן לינן אטום ביותר מאלקטרון אחד, באמצעות פוטון בודד.
נתגלו חוקי מעבר קבועים להתנהגות אלקטרון כתוצאה מפגיעת אור, אך לא נמצאו כללים לגבי התנהגות אלקטרון כתוצאה מפגיעת חלקיקים.
ניתן לשייך את תחילת הפיזיקה האטומית - לתחילת המאה ה-18, כאשר ג'ון דלטון חידש והכיר בתאוריית המבנה האטומי של החומר, או בשנת 1814 בגילוי קווי הספקטרום על ידי מומחה העדשות הגרמני יוזף פון פראונהופר, במנעד האור המגיע מהשמש.
מאז תחילת המאה ה-20 תחום זה התקדם בצעדי ענק, הודות לפיתוח כוח המחשוב, שאפשר הדמיה ובדיקה של דגמים מסובכים, לגבי התנגשויות, וכן הקמת מאיצי חלקיקים לבחינת התאוריות השונות בתחום.
לגילויים בתחום הפיזיקה האטומית היו השפעות על תחומי מדע אחרים.
עצם גילוי הספקטרום הייחודי לכל אחד מהיסודות, הוביל לגילויים רבים בתחום האסטרונומיה, שכן אפשר היה לזהות אילו יסודות נמצאים בכוכבים וגרמי שמיים אחרים.
כך למשל נתגלה היסוד הליום בשמש, עוד בטרם נודע על כדור הארץ.
החל משנת 1988 הופיעו מספר תאוריות בנושא מדעי המוח והבנת החשיבה, הנסמכים על מודלים מתחום הספין של האלקטרון.
לגילויים האחרונים בפיזיקה האטומית השפעות גם בתחום הפיזיקה והפסיכולוגיה.
פִיזְיוֹתֵרַפְּיָה הוא מקצוע בריאות העוסק באבחון, שיקום ומניעה של בעיות במערכת התנועה.
הפיזיותרפיה משתמשת בבדיקות אבחנתיות, ובתרגילים המותאמים אישית, כאשר המקצוע הוא מקצוע מדעי - מבוסס ידע במהותו.
פיזיותרפיסטים משתמשים בטכניקות ידניות שונות (מניפולציות / מוביליזציות / עיסויים במגוון של גישות טיפוליות), באמצעים של תרמותרפיה (כרית חימום, פאראפין, קרח, מכשירי אולטרסאונד), בטכנולוגיות מתקדמות (גלים קצרים, גירויים חשמליים), והנחיה לתרגול סיבולת וכוח של קבוצות שרירים ומערכת הלב והריאות (בדומה לחדר כושר).
במדינות שונות, יש לפיזיותרפיסטים הסמכות החוקית לרשום תרופות ולתת זריקות בנוסף לאמור.
ככלל, הפיזיותרפיסט יכול להתמחות במספר תתי-תחומים נפרדים, או בשילוב שלהם:
אורתופדיה: אבחון וטיפול בפגיעות שלד-שריר בעיקר (פגיעות לאחר טראומה גופנית, שחיקה מכנית, צלקות ועוד).
נוירולוגיה: אבחון וטיפול בפגיעות המערבות את מערכת העצבים (מחלות ופגיעות שונות של מערכת העצבים, כגון תסמונת גייאן-בארה, אירוע מוחי CVA או פגיעה בחוט השדרה).
שיקום נשימתי: אבחון וטיפול בליקויים שונים של מערכת הנשימה (כמו אלו המעורבים במחלות כגון סיסטיק פיברוזיס, נפחת וכן במצבים חריפים כגון דלקת ריאות).
פדיאטריה וטיפול התפתחותי: אבחון וטיפול במגוון הפרעות התפתחותיות בילדים, איחור התפתחות מוטורי וכיוצא בזה.
אונקולוגיה: טיפול במגוון ליקויים פיזיקליים המצויים בעיקר אצל חולי סרטן.
רפואת ספורט: אבחון וטיפול בפגיעות שונות, בקרב אוכלוסיית הספורטאים בענפים מגוונים, תוך פיקוח על תוכניות האימון שלהם.
שיקום לב: טיפול בליקויים פיזיקליים בקרב של חולי לב, ושיקום פיזיקלי של מושתלי לב, תוך בניית תוכניות אימון ייחודיות להם.
שיקום אורוגניטלי: טיפול בנשים הסובלות מבריחת שתן, צניחת רחם, בעיה בהתרוקנות המעיים, או וגיניזמוס, או בגברים הסובלים מבעיות של בריחת שתן או בעיות שופכה שונות.
שיקום יציבתי: אצל ילדים ונוער הסובלים מעקמת, עקשת או בעיות יציבה אחרות.
ארגונומיה: תחום מדעי העוסק בתכנון והתאמה של סביבת העבודה לפרט, ייעוץ והכוונה למניעת מגוון הפרעות ופגיעות גופניות הנובעות מתנוחה או יציבה לא מתאימה.
שיקום וסטיבולרי: שיקום לחולים הסובלים מוורטיגו וסחרחורות מסוגים שונים, עקב בעיה באוזן הפנימית או בעיה בסנכרון בין המערכות האחראיות על שיווי המשקל.
הפיזיותרפיה כמקצוע החלה להתפתח בסוף המאה ה-19. באנגליה של אותה תקופה עסקו אחיות בעיסוי רפואי, לשיקום של בעיות אורתופדיות ונוירולוגיות.
בעקבות החדרת תחום העיסוק לתחום הרפואה, התעורר הצורך בביסוסו כמקצוע ולכן נדרש לכך בסיס מדעי, שיאפשר את קבלת המקצוע תחת קורת הגג של הרפואה.
בשלהי מלחמת העולם הראשונה עסקו גם אחיות בארצות הברית בשיקום פצועי מלחמה.
רק ב-1942 הוקם ארגון הפיזיותרפיה הראשון באנגליה.
בבסיס הפילוסופיה המקצועית ניצבת הידיעה, כי תהליכי ריפוי בגוף האדם נועדו לתקן ליקויים או באים על מנת לתת מענה לנזקים אשר נוצרו עקב מחלות או תהליכים פתולוגיים אחרים.
הפיזיותרפיה מסייעת בתהליך הריפוי הטבעי ומעודדת את התפתחותו בכיוונים הרצויים.
לדוגמה: בשיקום לאחר שבר, התרגילים הרפואיים המבוצעים נועדו לעודד ריפוי אופטימלי של השבר, וכן החזרת היכולת של השרירים ותנועת המפרקים המעורבים.
הפיזיותרפיסטים משולבים בצוות רב-מקצועי בבתי חולים, בתי-חולים שיקומיים, בתי-אבות, קבוצות ספורט, מכונים בקופות-החולים, גני ילדים ובתי ספר שיקומיים, בריכות טיפוליות וגם בקליניקות פרטיות.
מקצוע הפיזיותרפיה עוסק בשיקום של בעיות בתפקוד וכאב, לצד מקצועות פרא-רפואיים אחרים כגון ריפוי בעיסוק, קלינאות תקשורת, תזונאות וכדומה.
במסגרת תפקיד פיזיותרפיסטים פועלים בשיתוף פעולה עם עובדים במקצועות הבריאות ובענפים פרא רפואיים כגון אחיות ואחים, דיאטנים, רופאים ועובדים סוציאליים, בין היתר בפיתוח תוכניות התערבות וטיפול משותפות לשיפור איכות החיים של המטופלים.
כמו כן, יש פיזיותרפיסטים שעוסקים בייעוץ והכוונה, בייצור והתאמת עזרים אורתופדיים, אורתוטיקה (מכשירי עזר להליכה), פרוסתטיקה (תותבות), טכנולוגיה מסייעת, הדרכת קבוצות התעמלות וייעוץ ארגונומי (תכנון סביבת עבודה).
שיעור העוסקים בפיזיותרפיה ל-100,000 תושבים הוא גבוה יחסית, מעל 150, במדינות אירופה הצפונית, כמו איסלנד, גרמניה, הולנד, דנמרק ובלגיה ומגיע לכ-250 בפינלנד ונורווגיה.
בצרפת, שוודיה ושווייץ השיעור קצת יותר נמוך ונע בין 100-130. במדינות דוברות האנגלית, אוסטרליה, ניו זילנד, הממלכה המאוחדת, קנדה וארצות הברית, ובחלק ממדינות דרום אירופה ומזרח אירופה, נע השיעור בין 40 ל-110. בחלק מהמדינות, כמו בולגריה, קפריסין ופורטוגל, השיעור אף קטן יותר.
מחקר משנת 1997 מצא ששיעור העוסקים בפיזיותרפיה במדינה נמצאת בקורלציה גבוהה עם שיעור הקשישים באוכלוסייה ושיעור הרופאים.
המומחים הראשונים לפיזיותרפיה הגיעו לארץ ישראל מגרמניה בעלייה החמישית.
בשנת 1951 בעת מגפת הפוליו, הוקם הארגון הארצי של הפיזיותרפיסטים שמנה 30 איש.
בדצמבר 1953 נפתח בית ספר לפיזיותרפיה לצד בית החולים אסף הרופא ובשנת 1958 היו באגודה 156 פיזיותרפיסטים.
בית ספר שני לפיזיותרפיה הוקם על ידי קופת חולים כללית באמצע שנות ה-60 במכון וינגייט.
בשנת 1986 כבר היו בישראל ארבעה בתי ספר לפיזיותרפיה לאחר שהוקם בית ספר באוניברסיטת בן-גוריון ובמרכז רפואי שיבא הוקם בית ספר שהיה מסונף לאוניברסיטת תל אביב.
באותן שנים נודעה ישראל כיצואנית של פיזיותרפיסטים, כאשר רבים מהם ירדו מישראל.
מאז 2008, בעקבות חקיקת חוק הסדרת העיסוק במקצועות הבריאות, חל איסור על אנשים ללא תעודת מקצוע המונפקת וניתנת על ידי משרד הבריאות (לאחר בחינה ממשלתית) להציג את עצמם כפיזיותרפיסטים.
כמו כן חל איסור על אנשים להעסיק פיזיותרפיסטים ללא אותה תעודת מקצוע.
בתחילת המאה ה-21 נלמד מקצוע הפיזיותרפיה כתואר ראשון אוניברסיטאי (BPT) מטעם המל"ג באוניברסיטת תל אביב בשיתוף עם מרכז רפואי אסף הרופא, אוניברסיטת חיפה, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב ואוניברסיטת אריאל.
במהלך העשור הראשון של המאה ה-21 נפתח מסלול לימודים נוסף בקמפוס מכללת צפת ומספר הבוגרים עלה מ-180 לשנה לקרוב ל-300. בעקבות הגידול במספר הלומדים את המקצוע, הועלתה טענה שאין מספיק מקומות להכשרה מעשית לפיזיותרפיסטים.
מאז 2007 הוקמו חמש ועדות של המועצה להשכלה גבוהה להסדרת לימודי הפיזיותרפיה בישראל.
במסגרת זאת הוקפאו הלימודים במכללת קריית אונו, שבקשה לפתוח מסלול ללימודי פיזיותרפיה, וקוצצו מכסות הסטודנטים בתחום ל-246 סטודנטים לשנה, 41 סטודנטים לכל מוסד למעט אוניברסיטת תל אביב שקיבלה מכסה כפולה.
תואר מתקדם בפיזיותרפיה (MPT) נלמד כיום במסלולים קליניים או מחקריים בארבע האוניברסיטאות הללו בלבד.
פיזור רַיילֵי הוא פיזור של קרינה אלקטרומגנטית (לדוגמה: אור) על ידי חלקיקים שגודלם קטן בהרבה מאורך הגל של הקרינה.
התופעה התגלתה על ידי הפיזיקאי הבריטי ג'ון ויליאם סטראט ריילי ונקראת על שמו.
דוגמאות לפיזור ריילי הן פיזור אור במים, כתוצאה מפיזור ממולקולות המים, כמו גם פיזור של מכ"ם מענן.
לעומת זאת, פיזור אור מחלקיקי אבק בחדר אינו פיזור ריילי, שכן חלקיקי האבק גדולים מאורך הגל של האור.
אחד המאפיינים החשובים של הפיזור הוא שגלים בעלי אורך גל קצר מתפזרים יותר מאשר גלים בעלי אורך גל ארוך.
תכונה זו אחראית לכך שהשמיים, כמו גם הוורידים בגוף נראים כחולים, מכיוון שכחול וסגול הם הצבעים בעלי אורך הגל הקצר ביותר מבין צבעי האור הנראה.
בין היתר, תופעת פיזור ריילי אחראית גם לצבע העיניים אִלְסַר (Hazel).
בקירוב ראשון, פיזור ריילי הוא פיזור מחלקיק כדורי, שיכול להיות מוליך או מבודד עם מקדם שבירה (חומר דיאלקטרי).
הפיזור של קרינה אלקטרומגנטית מכדור ניתנת לפתרון מדויק באמצעות תורת מי (Mie theory), על שם הפיזיקאי הגרמני גוסטב מי (Gustav Mie).
לחישוב פיזור אמיתי צריך לקחת בחשבון את הצורה האמיתית של החלקיקים ואת הפיזור בין חלקיקים מרובים, דבר שלא ניתן לעשות באופן אנליטי במקרה הכללי, ויש לחשב פתרון נומרי עבור כל מקרה, במקרים בהם התכונות המדויקות של הפיזור חשובות.
הניתוח על פי תורת מי מורכב ומתאים לכל סוגי הפיזור מכדור.
ניתן לפשט את הבעיה אם מניחים שגודל החלקיק קטן בהרבה מאורך הגל.
במקרה זה, ניתן לתאר את הפיזור כצירוף של שני תהליכים:
הגל הפוגע מאלץ את הדיפולים החשמליים שבחלקיק לתנועה מחזורית.
התנועה המחזורית של המטען יוצרת קרינה דיפולית שהיא למעשה הקרינה המפוזרת.
מתנד הרמוני טעון מאולץ על ידי כוח חיצוני
כדי להבין את החלק הראשון של התהליך, נניח לשם פשטות, שניתן לתאר את החלקיק כמתנד הרמוני טעון, המאולץ על ידי כוח מחזורי הנובע משדה חשמלי של הגל האלקטרומגנטי.
משוואת הכוחות (החוק השני של ניוטון) של המערכת היא:
כאן היא מסת המתנד, היא התדירות העצמית, מטענו, היא משרעת השדה החשמלי של הגל האלקטרומגנטי הפוגע, ו- היא תדירותו.
הנחנו, ללא הגבלת הכלליות, שהגל האלקטרומגנטי מקוטב כך שהשדה החשמלי שלו מצביע בכיוון ציר x ולכן כיוון ההתקדמות של הגל הפוגע יכול להיות מקביל לציר z.
כמו כן התעלמנו מכוחות חיכוך (שהם מוליכות סופית של החלקיק), ולכן נניח גם שתדירות הכוח המאלץ שונה מהתדירות העצמית של המתנד כדי להימנע ממצב של תהודה (רזוננס) שם כוחות החיכוך אינם ניתנים להזנחה.
פתרון המשוואה לאחר התייצבות המערכת הוא תנועה מחזורית בתדירות הכוח המאלץ:
הדיפול החשמלי מוגדר כווקטור כאשר הוא מטען החלקיק הממוקם בנקודה , והסכום הוא על כל המטענים מרכיבים את החלקיק.
לכן הדיפול מצביע בכיוון ציר x וערכו נתון בביטוי:
חלקיקים טעונים חשמלית הנמצאים בתאוצה קורנים, וכאשר מדובר בתנועה של דיפולים חשמליים הקרינה נקראת קרינה דיפולית.
הדיפול קורן לכל כיוון למעט הכיוון בו הוא מצביע, עוצמת הקרינה הדיפולית (הממוצעת בזמן) במרחק מהדיפול בכיוון שהזווית בינו ובין וקטור הדיפול היא היא:
כאן , היא התדירות התנועה של וקטור דיפול שמשרעתו , היא הפרמאביליות של הריק, ו- היא מהירות האור.
כעת כדי למצוא מהי עוצמת הקרינה של הדיפול המאולץ, שהיא למעשה הקרינה המפוזרת, יש להציב את הביטוי עבור הדיפול החשמלי שחושב קודם בנוסחת הקרינה הדיפולית.
מכאן ניתן לחשב את חתך הפעולה לפיזור הקרינה, שהוא היחס בין עוצמת הקרינה המפוזרת לשטף הקרינה של הגל הפוגע:
כאן , ו- היא הפרמיטיביות של הריק.
בגבול מקבלים שחתך הפעולה לפיזור, , מתכונתי לחזקה הרביעית של תדירות הגל הפוגע, ומתכונתי הפוך לאורך הגל בחזקה הרביעית:
גבול זה נקרא פיזור ריילי, והמאפיין העיקרי שלו הוא שגלים בעלי אורך גל קצר מתפזרים באופן יעיל יותר (כלומר חתך הפעולה לפיזור גדול יותר) מאשר גלים בעלי אורך גל ארוך.
תופעה זו, בפרט, מסבירה מדוע השמיים כחולים: האור הכחול מתפזר יותר טוב מהאור האדום כיוון שאורך הגל הכחול קצר יותר.
פיזיולוגיה של הצמח היא תחום בביולוגיה העוסק במבנה ובתפקוד של צמחים.
התחום שויך בעבר לבוטניקה, אך כיום נוטים להפרידו מהבוטניקה, העוסקת יותר בטקסונומיה, באנטומיה ובאקולוגיה של הצמחים.
הפיזיולוגיה של הצמח מתמקדת במספר נושאים:
מבנה תא הצמח והייחוד שלו בהשוואה לתאים איקריוטיים אחרים.
העברת מים ומינרלים לכל חלקי הצמח.
לצמחים, בניגוד לבעלי חיים מפותחים, אין משאבות, כדוגמת הלב, המזרימות מים ומינרלים לכל התאים, והם תלויים במנגנונים אחרים, פסיביים יותר, לשם השגת מטרה זו.
פוטוסינתזה, קליטת אור בצמחים, השפעת האור – עוצמתו, צבעו ותדירותו – על חיי הצמח, שעונים צירקדיאניים בצמחים (כלומר: השפעת היחס בין זמן האור וזמן החושך על הצמח).
רביית הצמחים ומחזור החיים של הצמח.
תאי העובר הצמחי אינם מסוגלים לנדוד ממקום למקום כדוגמת תאי העובר של בעלי חיים, והתפתחות הצורה הסופית של הצמח תלויה במנגנונים אחרים.
בנוסף, נחקרים המנגנונים המשפיעים על התפתחות איברי הצמח השונים במקומם.
בשעה שבבעל חיים בריא מתפתחים הרגליים והעיניים, לדוגמה, תמיד באותו המקום, הרי שבצמח מיקומם של הענפים, הפרחים והעלים אקראי, לכאורה, אך מושפע למעשה מעשרות גורמים פנימיים וחיצוניים.
התמודדות הצמח עם פתוגנים ועם יצורים אחרים – נגיפים, חיידקים, פטריות, אצות, צמחים אחרים ובעלי חיים.
ההורמונים הצמחיים והשפעתם על התפתחות ומחזור חיי הצמח.
מטבוליזם בצמחים: מעגל קלווין, סינתזת חומצות אמינו ומטבוליטים ראשוניים אחרים, קיבוע חנקן (צמחים אינם מסוגלים להשתמש בחנקן הגזי המצוי באטמוספירה; הם משתמשים במספר מנגנונים לקליטת חנקן), מטבוליטים משניים (אלקלואידים, פנולים, חומרי צבע, חומרי הגנה מפני מזיקים).
תנועה בצמחים: תזוזת איברי הצמח בהשפעת האור, הטמפרטורה וכוח הכבידה (טרופיזם), תזוזה מהירה של איברים (בצמחים טורפים, למשל).
פיזיונומיה או פיזיוגנומיה היא תאוריה המבוססת על הרעיון לפיו הערכת מראהו החיצוני של אדם, בעיקר פניו, יכולה לספק תובנות על אופיו ואישיותו.
המונח פיזיונומיה יכול להתייחס גם להופעה כללית של אדם, אובייקט או שטח, מבלי להצביע אל מאפיינים מדעיים מרומזים.
פיזיונומיה אינה מדע, אלא שיטת ניתוח שתומכיה טוענים שהיא מאבחנת מגוון התאמות בין הסובייקטים אליהן היא מתייחסת.
אי לכך, הפיזיונומיה אינה משמשת כבסיס לתאוריה ביולוגית או פסיכולוגית.
יישומי הפיזיונומיה הם פסבדו-מדעיים ושימשו לצד כלים נוספים בפיתוח של גזענות מדעית, ככלי-שרת בידי אידאולוגיות מפלות.
במהלך ההיסטוריה האנושית היו מספר רב של ניסיונות לקשר בין תכונות אנטומיות לבין תכונות אישיות.
ניסיונות קישור אלו התמקדו במקרים רבים בתווי פניו של האדם.
במצרים העתיקה ובסין, בלי קשר בין שתי התרבויות, התפתחו תאוריות המייחסות קשר בין מראה הפנים וההתנהגות האנושית, הסינים הציעו רעיון שהפנים משקפים את האנרגיות, הבריאות והמזל של האדם.
היוונים פיתחו את הפיזיונומיה, תאוריה המבוססת על הרעיון לפיו הערכת מראהו החיצוני של אדם, בעיקר פניו, יכולה לספק תובנות על אופיו ואישיותו.
ג'מבטיסטה דלה פורטה פרסם בשנת 1586 ספר העוסק בפיזיונומיה.
יוהאן קספר לווטר שהושפע מדלה פורטה פרסם ב-1778 ספר בתחום הפיזיונומיה: "Physiognomische Fragmente zur Beförderung der Menschenkenntnis und Menschenliebe" (דפוסים פיזיונומיים לקידום מדעי האנושות ואהבת האדם).
פיזור הוא שם כולל לתהליכים בפיזיקה שבהם התנועה של גלים כגון אור, קול או חלקיקים נעים, מושפעת ממכשול או אי-אחידות מקומית בתווך שדרכו הם עוברים.
זהו כלי מרכזי לתיאור תופעות בתחומים כמו אופטיקה, מכניקת הקוונטים ופיזיקת חלקיקים.
תופעה זו מוסברת באופן מתמטי על ידי תורת הפיזור תוך היעזרות בגדלים פיזיקליים כדוגמת חתך פעולה.
הדוגמאות להתנגשויות הגורמות לפיזור מגוונות, ובהן בין השאר קרינה קוסמית המפוזרת מהאטמוספירה, פיזור אלקטרונים על ידי גרעין אטום ושבירתם של גלי ים במכשולים יבשתיים העומדים בדרכם.
בשימוש המקובל המונח כולל גם סטייה של קרינה מוחזרת מהזווית הנקבעת על ידי חוק ההחזרה.
מאחר שטבעם הגלי של חלקיקים התגלה רק במאה ה-20, מושג הפיזור נתפס לראשונה בהקשר של גלי אור נראה.
ציון מוקדם של התופעה עוד במאה ה-16 מוזכר בספרו של לאונרדו דה וינצ'י "צבע האטמוספירה".
בספר זה מעלה דה וינצ'י השערה שהמקור לצבעם הכחול של השמיים הוא מפגשן של קרני אור מן השמש עם חלקיקים קטנים שעברו התאיידות.
השערה זו צפתה את תוצאות הניסוי שערך הפיזיקאי האירי ג'ון טינדל כעבור 350 שנה, באמצע המאה ה-19.
בניסוי זה מצא טינדל שאור כחול מתפזר בעוצמה גבוהה יותר מאור אדום כאשר הוא עובר דרך תמיסה דלילה.
בשנות ה-70 של המאה ה-19 ניסח לורד ריילי את המשוואות הקובעות את תלות אורך הגל בפיזור מחלקיקים קטנים.
הודות לחוקים שניסח ריילי, את ההסבר לשאלת צבעם של השמיים נתן לבסוף ג'יימס קלרק מקסוול; הוא קבע שצבעם של השמיים הוא תוצאת פיזורן של קרניים אלקטרומגנטיות מן השמש על ידי מולקולות באטמוספירה.
במאה ה-20 נמשכה ההתקדמות בחקר תופעת הפיזור; עבודתו של גוסטב מיי המתארת את פיזורם של גלים אלקטרומגנטיים על ידי מבנים ספיריים פורסמה ב-1908. פיזור מיי – המתאר את פיזור האור מעצמים בעלי ממדים דומים לאורך הגל – קרוי על שמו.
גילה הפיזיקאי הצרפתי לאון ברילואן שכאשר מאירים בקרינה מונוכרומטית דרך מדיום אופטי נוצרים פסים ("בנדים") בשולי מסלול ההארה המרכזי.
ברילואן שיער שזוהי תוצאה של היסט דופלר המתרחש בשל יצירת גלים אקוסטיים בעת מפגש הקרינה עם המולקולות.
בשנת 1924 העלה לואי דה ברויי את השערת הגל-חלקיק, תאוריה בעלת תרומה גדולה למכניקת הקוונטים.
לפי תאוריה זו אפשר להתייחס לחלקיק כגל.
תאוריה זו אפשרה ליישם תופעות גליות, הידועות מתחומים כמו אופטיקה ואקוסטיקה, על חלקיקי חומר.
שימוש בפיזור חלקיקים היה הבסיס לכמה פריצות דרך מדעיות, ובהן ניסוי רתרפורד והשימוש במיקרוסקופ אלקטרונים.
בשנת 1928 גילה ונקאטה רמאן את הפיזור האי-אלסטי, תופעה חשובה בתיאורו הקוונטי של האור ובתחום הכימיה האנליטית.
בד בבד גילו המדענים הרוסיים מנדלסון ולנדסנברג את אותה התופעה בניסויים שערכו עם קוורץ.
גילויו של ראמאן הביא לריבוי פרסומים מדעיים עוקבים, מהבולטים שבהם מאמריו התאורטיים של ג'ורג' פלאצ'ק בשנות ה-30.
במחצית השנייה של המאה העשרים, עם התפתחות הלייזר והשיפור ביכולת לסנתז חלקיקים קטנים, גברה ההתעניינות בפיזור על ידי חלקיקים קטנים.
פיזור מסוג זה נמצא יישומי בתחומים דוגמת רפואה, ספקטרוסקופיה וארוסולים באטמוספירה.
כמו כן מחקר ניסויי באמצעות קרינת לייזר אִפשר התקדמות במחקר ניסויי של אינטראקציית אור-חומר, פלזמונים וקוסמולוגיה.
סוגי מכשולים או אי-אחידויות שהתנגשות עימם יכולה לגרום לפיזור, נקראים לעיתים "מפזרים" או "מרכזי פיזור".
במרכזי הפיזור ניתן למנות חלקיקים, בועות, טיפות, אדי מים, תנודות של צפיפות בנוזלים, פגמים במוצקים גבישיים, משטחים מחוספסים, תאים באורגניזמים וסיבי טקסטיל בבגדים.
קרינה יכולה להתפזר ממרכז פיזור בודד, תופעה המכונה "פיזור יחיד", או להתפזר כמה פעמים על ידי מספר מפזרים המקובצים יחד, תופעה המכונה "פיזור מרובה".
בעוד פיזור יחיד נתפס כתופעה אקראית, פיזור מרובה נתפס כדטרמיניסטי וניתן לניבוי באופן הסתברותי כמיצוע של מספר רב של אירועים אקראיים.
תיאור זה של שתי התופעות מקושר לעיתים קרובות לדואליות גל-חלקיק.
בפיזור יחיד מיקומו המדויק של המפזר הבודד לרוב אינו ידוע ביחס למסלול הקרינה, על פי עקרון אי הוודאות.
כתוצאה מכך מסלולה של הקרינה המתפזרת לא ניתן לניבוי דטרמניסטי ונראה אקראי.
את התופעה הזאת אפשר להדגים על ידי תנועת אלקטרון בודד הנורה לעבר גרעין אטום.
במקרה זה מיקומו המדויק של גרעין האטום ביחס למסלול האלקטרון אינו ניתן למדידה, לכן תנועת האלקטרון לאחר ההתנגשות אינה ניתנת לניבוי אלא רק כהתפלגות הסתברויות, כלומר, כתוצאה בעלת רוחב מסוים של שונות סטטיסטית.
פתרון מסוג זה אופייני לבעיה ממכניקת הקוונטים.
קיימים מקרים פרטיים שבהם פיזור יחיד ניתן לניבוי, כפי שקורה לעיתים כאשר קרן לייזר מפוזרת מחלקיק מיקרוסקופי, או בפיזור הנגרם על ידי מטרות מכ"ם מקרוסקופיות (כמו אדם או מטוס).
בפיזור מרובה מספר גבוה של אירועי פיזור אקראיים מביאים לתוצאה הנראית כדטרמיניסטית, על פי העיקרון הסטטיסטי שלפיו אי-הוודאות (או השונות) קטנה ככל שדוגמים אוכלוסייה גדולה יותר.
דוגמה לכך היא תנועתה של קרן אור דרך ערפל.
במקרה זה החלקיקים באוויר משמשים כמרכזי פיזור רבים.
גם במקרה של פיזור מרובה קיימים יוצאים מן הכלל; לעיתים יש חשיבות לפלוקטואציות אקראיות סביב הפתרון הדטרמיניסטי, בייחוד במקרים של קרינה קוהרנטית שבהם פלוקטואציות אלו מכונות ספקלס (speckles).
במקרים אחרים מספר אירועי הפיזור אינו גבוה מאוד, מה שמותיר רוחב אי-ודאות לא זניחה ומקשה על יצירת מודל לניבוי המערכת.
כאשר לגל המתפזר אותה תדירות (או אנרגיה) של הגל לפני המפגש עם מרכז הפיזור – ההתנגשות מתוארת כפיזור אלסטי.
כאשר הגל מאבד אנרגיה כתוצאה מההתנגשות (התנגשות פלסטית), או לחלופין מקבל אנרגיה כך שתדירותו לאחר ההתנגשות גבוהה יותר – ההתנגשות מתוארת כפיזור אי-אלסטי.
תורת הפיזור היא מסגרת העבודה המתמטית והפיזיקלית להבנת תופעת הפיזור של גלים או חלקיקים ומשמשת כלי מרכזי לתיאור תופעות באופטיקה, בתורת הקוונטים ובפיזיקת חלקיקים, כמו גם בתחומים נוספים.
תאוריה זו היא למעשה פתרון של משוואות דיפרנציאליות חלקיות הפותרות את תנועתם של גופים העוברים אינטראקציה הדדית בתנאי גבול מוגדרים, למשל, תנועתו של חלקיק הפוגע במטרה ומשנה את כיוון תנועתו.
ניתן לסווג בעיה מסוג זה לשניים:
1) בעיית הפיזור הישיר – שבה מנבאים את התפלגות הקרינה המפוזרת על פי תכונות מפזר ידועות.
2) בעיית הפיזור ההופכית – שבה התפלגות הפיזור ידועה ומאפיינים את תכונות מרכז הפיזור.
בעיית הפיזור ההופכית נפוצה יותר בתחום הפיזיקה הניסויית, מאחר שלָרוב תכונות המפזר אינן ידועות, והמידע הנתון, שזמינותו קלה יותר, הוא של התפלגות הקרינה המפוזרת.
דוגמה לכך היא פיזור בראג המאפשר את קביעתם של מבנים גבישיים בעזרת תבנית הפיזור של קרינת X.
ההיבט המתמטי לתיאור גלים הוא על ידי פתרון משוואת הגלים, כלומר, באמצעות השמתם של תנאי התחלה ותנאי גבול למשוואה דיפרנציאלית חלקית.
הפונקציה הגלית יכולה לייצג את שינוייהם המחזוריים, בזמן או במרחב, של תכונות שונות, בהתאם לבעיה הפיזיקלית שהיא מתארת.
לדוגמה: עבור אור תייצג הפונקציה את גודל השדה האלקטרומגנטי; עבור קרן חלקיקים תייצג הפונקציה את פונקציית הגל – ההסתברות להימצאות חלקיק במרחב; במקרה של גל אקוסטי או גל קול תייצג הפונקציה את שינויי הלחץ המתפשטים בחומר.
המקרה הפשוט ביותר להדגמה הוא העתקתם החד־ממדית של חלקיקים ממסלול הקרן הבלתי מפוזרת לאחר פגיעתה במטרה כלשהי כאשר קצב הפיזור קבוע ופרופורציוני לשטף:
כאשר הוא העתק החלקיק ו- שטף הקרן.
זוהי למעשה משוואה דיפרנציאלית רגילה מסדר ראשון שהפתרון שלה הוא:
כאשר הוא השטף ההתחלתי של הקרן, ו- הוא קבוע האינטראקציה שמשמעותו הפיזיקלית משתנה בהתאם ליישום הבעיה.
כפי שניתן לראות, פתרון זה מוביל למסקנה שהשטף דועך באופן מעריכי ככל שמתרחקים מהקרן הבלתי מתפזרת.
עבור פתרון של מקרים מורכבים יותר, כשהמטרה היא צבר של מרכזי פיזור רבים בעלי מיקום יחסי המשתנה באופן בלתי-צפוי, יש צורך לפתור סט משוואות עם משתנים שונים בהתאם ליישומה הפיזיקלי של הבעיה.
חתך הפעולה של הפיזור הוא שטח המתאר את הסבירות של גל או חלקיק להתפזר על ידי מרכז פיזור, יחיד או מרובה.
לגודל זה ממדים של שטח (מטר רבוע ביחידות SI) והוא משמש פרמטר מתמטי והשוואתי יעיל.
המקור ליחידת השטח נובע מיחס בין גדלים גאומטריים – שינוי הזווית המרחבית, שלה יחידות של שטח, כתוצאה משינוי בשטח-החתך הדיפרנציאלי שהוא למעשה יחס דיפרנציאלי בין שטחים ומתאר את המיפתח הזוויתי של תנועת החלקיק בעקבות מפגשו עם המפזר.
נוסף על כך קיימת הקבלה בין הפרשנות הקלאסית של חתך הפיזור לפרשנותו הקוונטית, ובכך הוא מהווה גודל נוח לגישור בין שני תיאורים מרכזיים אלה
הפרשנות הקלאסית של חתך הפעולה לפיזור מסתמכת בעיקרה על שימוש בפרמטרים גאומטריים.
וקטור ההתקדמות של החלקיק עובר דרך שתי נקודות: מרכזו ההתחלתי של החלקיק (נק' A) ומרכזו של המפזר (כדור אדום בשרטוט).
על פי מודל זה, החלקיק או הגל מתוארים בכל זמן על ידי פרמטר ההשפעה (b) – גודלו של הרדיוס בשטח החתך המעגלי של החלקיק שמרכזו נמצא על וקטור ההתקדמות.
כעת נגדיר קטע העובר בין פרמטר ההשפעה, בזמן כלשהו, דרך נקודת ההשקה של המפזר, ועד לווקטור ההתקדמות (קטע 'OB) ויוצר את הזווית שבינו ובין מישור ההתקדמות.
נגדיר גם את הזווית המרחבית הנוצרת, ולה יחידות שטח.
חתך הפעולה הדיפרנציאלי מוגדר כיחס הדיפרנציאלים של חתך הפעולה והזווית המרחבית, כלומר, כיצד שינוי מזערי בחתך הפעולה משתנה כתלות בשינוי מזערי בזווית המרחבית.
נבטא את חתך הפעולה הדיפרנציאלי כפונקציה של b:
מביטוי זה ניתן להסיק שגידול בערכו של b מוביל לירידה בערך הזווית , לכן הנגזרת של השניים שלילית.
מאחר שחתך הפעולה בהגדרתו הוא ערך חיובי, הנגזרת במשוואה תחת ערך מוחלט.
נקודה נוספת היא שהגודל הלא ידוע, המבוקש ממשוואה זו, הוא חתך הפעולה של הפיזור (), ערך זה נמצא במונה הנגזרת.
זוהי גישה מעט לא אינטואיטיבית, משום שברוב המקרים המוכרים נהוג לגזור פונקציות עם ערכים ידועים כדי להגדיר ערך שאינו ידוע.
לבסוף בעזרת אינטגרציה של חתכי הפעולה הדיפרנציאליים בזוויות המרחביות, נוכל לחשב את חתך הפעולה של הפיזור באופן הבא:
פיזור גלי-חומר כולל את פיזורם של חלקיקי חומר כמו יונים, ניטרונים ואלקטרונים.
פיזור זה מתואר לרוב על ידי מכניקת הקוונטים כשינוי בפונקציית הגל כתוצאה מפגיעה במפזר.
אורך הגל של חלקיקי חומר נקבע על פי השערת דה ברויי ותלוי בתנע שלהם.
אף שתאורטית לכל העצמים אופי גלי, במקרה של עצמים מַקרוסקופיים התופעות הגליות זניחות ולא ניתנות לתצפית.
ירי חלקיקים כדוגמת אלקטרונים מאפשר שימוש בגלים שיש להם אורך גל נמוך במיוחד, עובדה זו סללה את השימוש במיקרוסקופ אלקטרונים שבאמצעותו אפשר להבחין בעצמים קטנים שאי אפשר להבחין בהם במיקרוסקופ אור רגיל, זאת מאחר שהרזולוציה האופטית מוגבלת על ידי אורך הגל.
תרומה מדעית נוספת הנזקפת לפיזור חלקיקי חומר היא פיזורם של חלקיקי אלפא על ידי גרעין האטום.
פיזור מסוג זה עמד בבסיסו של ניסוי רתרפורד שהוביל לפיתוח המודל הפלנטרי לתיאור האטום.
לפיזור הגדרה רחבה המתאימה לכל התקדמות מחזורית בזמן או במרחב.
על פי מכניקת הקוונטים הגדרה זו תקפה גם עבור חלקיקי חומר, המאופיינים בפונקציית גל המתארת את החומר כהתפלגות ההסתברויות למצוא את החלקיק במרחב.
לכן פעמים רבות גל מתפזר יכול להתפרש כפיזור של חלקיק, ולהפך, כפי שמתבקש, כאשר מביאים בחשבון את דואליות הגל-חלקיק.
יחס דואלי זה, היוצר הקבלה בין מכניקת הקוונטים לפיזיקה הקלאסית, מלווה היבטים רבים של התהליך.
בהקבלה הקוונטית תנועת החלקיק, המיוצגת על ידי פונקציית הגל, משתנה לאחר התנגשות במרכז הפיזור כתוצאה משינוי בפוטנציאל המושרה.
שינוי זה בפונקציית הגל בא לידי ביטוי מתמטי על ידי פתרון משוואת שרדינגר, כשינוי בערך העצמי של ההמילטוניאן, כלומר, במצב הקוונטי האנרגטי של הגל/חלקיק.
במקרים רבים הערכה קוונטית של הפיזור באמצעות הצגת דיאגרמת רמות אנרגיה עשויה לשמש חלופה נוחה יותר לתפיסת תופעת הפיזור מלמודל פיזיקלי קלאסי של אינטראקציית אור-חומר, וזוהי אכן לעיתים קרובות צורת הייצוג המקובלת של תופעות כמו פיזור ראמאן.
משרעת היא התוספת המתמטית לפונקציית הגל לאחר פגיעה עם מפזר ומתוארת לרוב על ידי הסימון הערך .
פונקציה זו היא ביטוי בעל חשיבות מרכזית בתיאור הקוונטי ומקביל במובן מסוים לחתך הפעולה הגאומטרי בפיזיקה הקלאסית.
בתיאור הכמותי הפשוט ביותר, נוכל להציג את הפתרון עבור פונקציית גל המתקדמת לעבר המפזר כגל מישורי:
כאשר גל זה ניתקל בפוטנציאל השונה מאפס בדמות מרכז פיזור מתווסף לפונקציית הגל איבר נוסף הדועך באופן רדיאלי מהמפזר החוצה:
כדי שההסתברות למצוא את החלקיק במרחב תשמור על גודל סופי איבר זה חייב לדעוך על מנת שהאינטגרל של פונקציית הגל במרחב יתכנס ולא יהיה אינסופי.
ראוי לציין שעבור פתרון של תוצאות ניסוייות אמיתיות, בדרך כלל יש להביא בחשבון חבילת גלים הממוקמת במרחב ובתנע במידה סופית, בדרך כלל תוך היעזרות באנליזה נומרית.
הפרשנות הקוונטית לחתך הפעולה מתבצעת על ידי יישום העיקרון שהמכפלה הפנימית או ההסתברות הכוללת נשמרת לפני ואחרי הפוטנציאל המפזר.
כאשר החלקיק נע במרחב לפני המפגש עם המפזר, נחשב את דיפרנציאל ההסתברות באופן הבא:
לאחר הפגיעה במרכז הפיזור, נוסיף לפונקציית הגל המקורית איבר נוסף עם משרעת ופאזה, המתכנס במרחק אינסופי, כך שפונקציית ההסתברות לא תתבדר באינסוף:
דיפרנציאל ההסתברות במקרה זה יהיה:
על מנת לשמור על הסתברות כוללת זהה לפני ואחרי הפיזור נשווה בין שני הדיפרנציאלים.
מהשוואה כזו ניתן להסיק שאיבר התיקון שהוספנו לפונקציית הגל (משרעת הפיזור), שווה בגודלו (כמכפלה פנימית) לחתך הפעולה הדיפרנציאלי, הגודל הגאומטרי בו משתמשים בפתרון הקלאסי.
אחת הדוגמאות המוכרות לפיזור היא פיזור של קרינה אלקטרומגנטית הכוללת בין השאר אור נראה וגלי רדיו.
פיזור של קרניים אלקטרומגנטיות הוא התופעה הפיזיקלית המרכזית, לצד בליעה, המאפשרת את ראייתם של עצמים.
פיזור אופטי חיוני בשימושים כדוגמת מכ"ם, אנליזה כימית של חומרים ואפיון גבישים בעזרת קרני X.
בחיי היום-יום מבחינים בפיזור אור-נראה המאפשר להבדיל בין משטחים בעלי פיזור גבוה שלהם מראה מט למשטחים בעלי פיזור נמוך שלהם מראה מבריק יותר.
באופטיקה קיימות כמה הגדרות שימושיות למושג הפיזור; לעיתים נהוג לבדל תופעות כמו החזרה או העברה, ולעיתים נהוג לסווגן כמקרים פרטיים.
במובן הכולל ביותר ניתן להתייחס לפיזור כתופעה בסיסית בהתקדמות האור, המתארת מנעד רחב של תופעות, בהן החזרה והעברה.
הגדרה זו מבוססת על מודל פיזיקלי קלאסי של אינטראקציית אור-חומר.
במסגרת האופטיקה הגאומטרית לעיתים מקובל להגדיר פיזור באופן מצומצם יותר, כסך כל הקרינה שפגעה בעצם ולא עברה העברה (transmission) או בליעה (absorption).
על פי הגדרה זו שאינה כוללת העברה, גם האור המוחזר מהווה דוגמה פרטית של פיזור אלקטרומגנטי.
הגדרה מקובלת נוספת ומצומצמת עוד יותר מבדילה גם את ההחזרה כתופעה נפרדת, ומתייחסת לפיזור כסך כל האור המוסט ממסלולי ההעברה וההחזרה.
לפי הגדרה זו, פיזור הוא למעשה ההפרש בין כל האור המוכחד (היחלשות העוצמה הכוללת עם ההתקדמות בתווך) לבין כל האור שנבלע:
השימוש בהגדרות השונות נובע מן הצורך להבדיל תופעות המוכרות מתחום האופטיקה הגאומטרית מתופעות מיקרוסקופיות המייחדות מרכזי פיזור מסוימים.
הפתרון האנליטי לתיאור תופעת הפיזור נעשה על ידי פתרונן של משוואות מקסוול תוך שמירה על תנאי רציפות של השדה האלקטרומגנטי בין שני תווכים עם מקדם שבירה שונה.
על-פי מודל זה, האור, שאינו אלא התקדמות מחזורית בזמן ובמרחב של שדה אלקטרומגנטי גורם להפרדת האלקטרונים בחומר ודיפול חשמלי.
דיפול זה מהווה מקור לקרינה-שניונית, המתפזרת באופן איזוטרופי לכל הכיוונים.
בגלל אופייה הגלי של קרינת האור, נוצרת התאבכות הורסת בין כלל הקרניים השניוניות למעט כיוון ההתקדמות של האור ההמעורר, כלומר, למעט העברה.
ההנחה היא שבחומר הומוגני הגדול בהרבה מאורך הגל, כל גל שניוני מתבטל על ידי גל הנוצר במרחק של מחצית אורך הגל ממנו ולכן בהפרש פאזה של π.
מסיבה זו פיזור אלקטרומגנטי, במובנו המצומצם (שאינו העברה או החזרה), נוטה להיות חלש יחסית במשטר האופטיקה הגאומטרית.
עם זאת, ניתן למדוד הסטה משמעותית של קרני אור כאשר ההנחה הנ"ל מופרת.
דוגמאות למקרים מסוימים אלה הן: פיזור אור מתמיסה דלילה של גז או נוזל, פיזור על ידי חומר לא הומוגני בו קיימות אי-רציפויות ופיזור על ידי חלקיקים קטנים בהשוואה לאורך הגל.
פיזור על ידי מפזר נע גורם להסטה בתדירות, תופעה הידועה בשם אפקט דופלר ומאפשרת את מדידת מהירות המפזר, יישום יעיל במיוחד בשימוש מכ"ם.
האור השניוני הנוצר כתוצאה מדיפול חשמלי הוא ברובו בעל אותה התדירות או אורך הגל של האור המעורר.
מסיבה זו אפשר להסתכל עליו כתוצר של התנגשות אלסטית שבה הקרן המפוזרת קיבלה את כל האנרגיה האגורה בקרן האור שהתנגשה בחומר.
על כן פיזור זה נקרא פיזור אלסטי ואליו אפשר לשייך את פיזור ריילי (Rayleigh scattering) ופיזור מיי (Mie scattering).
עם זאת כמות קטנה מהקרינה המפוזרת היא בעלת תדירות שונה מהאור הפוגע, כלומר, אנרגיה התווספה או אבדה במהלך ההתנגשות.
פיזור זה מכונה פיזור אי-אלסטי והוא קטן בסדרי גודל בעוצמתו מהפיזור האלסטי.
כאשר האור המתפזר הוא בעל תדירות או אנרגיה נמוכות מן העירור הוא נקרא פיזור סטוקס, וכאשר הוא בעל אנרגיה גבוהה יותר הוא מכונה פיזור אנטי-סטוקס
פיזור אי-אלסטי של אור מחומר גילה ונקאטה ראמאן בשנות העשרים של המאה העשרים ותופעה זו נקראת על שמו – פיזור ראמאן (Raman scattering).
חשיבותה הגדולה של תגלית זו היא בכך שפיזור ראמאן האי-אלסטי מאפשר מדידה מדויקת של מצבו הוויברציוני של העצם המפזר על ידי מדידת היסט התדירות שבין האור המעורר לאור המפוזר.
היסט זה מתבטא בשיא (peak) צר בספקטרום של הפיזור ובהפרש תדירויות ייחודי מן האור המעורר.
בכך, למעשה, מתאפשרת מדידה אופטית וזו מאפשרת הבחנה בין חומרים שונים, כמו גם בשינויים במצב הוויברציוני העשויים להתרחש כתוצאה משינויי טמפרטורה או מתיחה מכנית.
דוגמאות לפיזורים אי-אלסטיים נוספים הן פיזור ברילואן (Brillouin scattering) המתאר התנגשות אור בקוואזי-חלקיקים כמו פונונים הגורמים לשינוי בצפיפות האופטית, ופיזור קומפטון (Compton scattering) המתאר פיזור אי-אלסטי של קרני X.
סיווג נוסף של המודלים המתארים פיזור או על פי היחס בין גודל העצם המפזר לאורך הגל של האור הפוגע, על ידי השוואה לגודל חסר ממד α המוגדר כ:
כאשר πDp הוא היקף החלקיק המפזר וλ הוא אורך הגל של האור הפוגע.
עבור קרניים אלקטרומגנטיות שעוברות פיזור אלסטי החלוקה נעשית באופן הבא:
1<<α (חלקיק גדול מאורך הגל) : פיזור גאומטרי
1≈α (חלקיק בעל גודל דומה לאורך הגל) : פיזור מיי (תקף לגבי מפזרים ספיריים בלבד)
1>>α (חלקיק הקטן בהשוואה לאורך הגל) : פיזור ריילי
כאשר מרכז הפיזור גדול בהרבה מאורך הגל, מקובל לשייך את הפיזור לתחום האופטיקה הגאומטרית.
במקרה זה תנועתה של הקרן נמדדת במושגים של שינויי מיקום וזווית, תופעות מַקרוסקופיות אלה (כגון החזרת ראי) לרוב אינן נקראות פיזור בטרמינולוגיה היום-יומית.
לעומת זאת כאשר מדובר על מפזרים בסדר הגודל של אורך הגל המעורר, המפזר אינו "חש" את הפרשי הפאזה של הגל המתקדם וניתן לחזות את התפלגות השדה האלקטרו-מגנטי כתוצר של אינטראקציית אור-חומר בשדה שהוא בקירוב אלקטרוסטטי.
את הפתרון להתפלגות זו חישב לראשונה גוסטב מיי כפתרון אנליטי של משוואות מקסוול עבור חלקיק ספירי כפונקציה של אורך הגל והמקדמים הדיאלקטריים של החלקיק והתווך שבו מתקדם הגל.
מאוחר יותר, פותחו פתרונות נומריים למפזרים בעלי גאומטריות מורכבות יותר כמו ספרואידים וגלילים.
דוגמה ידועה לפיזור מיי היא צבעם הלבן של העננים.
כאשר המפזר הוא חלקיק מיקרוסקופי הקטן בסדר גודל אחד או יותר מאורך הגל – צורתו של המפזר מאבדת משמעות והפתרון עבור פיזור מיי מתכנס לפתרון הידוע כפיזור ריילי.
הביטוי המוכר ביותר של פיזור זה בחיי היום יום הוא פיזור אור השמש על ידי חלקיקים קטנים באטמוספירה.
במקרה זה חלקה היחסי של הקרינה המפוזרת גבוה במיוחד עבור אורכי הגל הקצרים, כלומר, בחלקו הכחול של הספקטרום, והיא זו שמקנה לשמיים את צבעם.
פיזור ראמאן (הגייה:) הוא פיזור לא-אלסטי של אור מחומר.
תופעה זו התגלתה על ידי ונקאטה ראמאן בנוזלים ועל ידי גריגורי לנדסברג ולאוניד מנדלשטאם בגבישים.
כאשר אור מפוזר מחומר, רוב הפוטונים מפוזרים בצורה אלסטית - לפוטון המפוזר אנרגיה זהה לזו שהייתה לפוטון הפוגע, כך שתדירותו ואורך הגל שלו אינם משתנים בפגיעה.
לעומת זאת, אחד מתוך כ-10 מיליון פוטונים מפוזר בצורה לא אלסטית בה מתבצעת החלפת אנרגיה ותנע עם החומר.
התופעה הנצפית היא שחלק מהאור המפוזר הוא באורך גל שונה מהאור המקורי.
ההבדל מבטא את הפרש האנרגיות בין הפוטון המקורי לפוטון המפוזר ומספק מידע לגבי דרגות החופש הפנימיות של החומר (רוטאציות, ויברציות וכן רמות אלקטרוניות).
בשנת 1922, הפיזיקאי ההודי צ'נדרסקהארה ונקאטה ראמאן פרסם את עבודתו על "נפיצה מולקולארית של אור", מאמר ראשון בסדרה בה הוצג מחקר שלו ושל עמיתיו שהוביל לבסוף (28 בפברואר 1928) לגילוי האפקט הקרינתי שעל שמו.
בשנת 1930 זכה ראמאן בפרס נובל בפיזיקה על עבודתו.
בשנות ה-30 של המאה ה-20 הציג ג'ורג' פלאצ'ק חישובים תאורטיים יסודיים המאפשרים לחשב את מידת הפעילות של אופני-תנודה (modes) שונים.
מקדמי פלאצ'ק, הקרויים על שמו, נמצאים גם כיום בשימוש נרחב למטרה זו.
הפוטון שמפוזר מהחומר יכול למסור אנרגיה לחומר או לקחת ממנו אנרגיה (בהנחה שהאטומים או המולקולות של החומר מצויים במצב מעורר), בהתאם להתפלגות האנרגיה בחומר (הטמפרטורה שלו).
פיזור בו פוטון מפסיד אנרגיה לחומר נקרא פיזור סטוקס, על-שם ג'ורג' סטוקס.
בפיזור זה לפוטון החדש אורך גל ארוך יותר ותדירות קטנה יותר מהפוטון המקורי.
פיזור בו הפוטון לוקח אנרגיה מהחומר נקרא פיזור אנטי-סטוקס ובו לפוטון החדש אורך גל קצר יותר ותדירות גבוהה יותר מאשר הפוטון המקורי .
רכיב הקרינה שפוזר ללא שינוי תדירות נקרא פיזור ריילי.
לרוב ניתן על פי יחס עוצמות הפיזור של האנטי-סטוקס מול הסטוקס להפיק מידע על הטמפרטורה של החומר לפי הסטטיסטיקה של הקוואזי-חלקיק העובר אינטראקציה עם הפוטון:
: מספר החלקיקים במצב האנרגטי הנמוך (לא מעוררים).
: מספר החלקיקים במצב האנרגטי הגבוה (מעוררים).
: הניוון של המצב האנרגטי הנמוך.
: הניוון של המצב האנרגטי הגבוה.
: הפרש האנרגיות בין שני המצבים.
כפי שמודגם באיור, עוצמת קווי האנטי-סטוקס חלשה מזו של קווי הסטוקס.
לפי הנוסחה, ככל שהפרש האנרגיות בין שני המצבים קטן יותר, העוצמה היחסית של קווי האנטי-סטוקס גדולה יותר.
הטמפרטורה משחקת תפקיד נוסף בפיזור ראמן והתדירויות של הספקטרום ראמן.
ספקטרוסקופיית ראמאן היא שיטה אנליטית המתבססת על איסוף האור לאחר פיזור ראמאן וניתוח עוצמת הפיזור באורכי גל שונים על מנת ללמוד על הדוגמה.
לספקטרוסקופיית ראמאן שימושים רבים בתעשייה ובמחקר וביניהם:
בתעשיית התרופות - זיהוי מדויק של תרופות, איתור זיופים ודילולים
במינרלוגיה - זיהוי מבנה גבישי ואפיון אבני חן ויהלומים
בתעשיית המוליכים-למחצה - בדיקת איכות ייצור, מתח פנימי ועוד
בהנדסה ביו-רפואית - בבדיקת תגובת תרופות ובזיהוי מהיר של מחלות וזיהומים
פיזיולוגיה של הנשימה היא המדע העוסק בחקר התפקוד המכני, הפיזי והביוכימי של מערכת הנשימה באדם ובבעלי חיים.
מערכת זו היא מערכת בגוף האדם המאפשרת את חמצון הדם הדרוש לצורך הפקת אנרגיה ברקמות הגוף ואת פליטת הפחמן הדו-חמצני שהוא תוצר לוואי להפקת האנרגיה.
זהו תפקיד חיוני, ובהיעדרו אדם עלול למות תוך מספר דקות.
תהליך הנשימה הוא תהליך מכני, אוטומטי וקצבי המווסת על ידי מרכזי הנשימה שבמוח, ושבו התכווצותם של הסרעפת ושל שרירי הצלעות מניעה גזים אל נאדיות הריאה ומהן החוצה.
תהליך הנשימה כולו כולל הן את תנועות הנשימה והן את הזרמת הדם המחזורית אל נימי הרקמות ובחזרה מהן ושחלוף הגזים בהם.
בהקשר זה, תפקודן של הריאות הוא להבטיח חלוקה נאותה של האוויר הנשאף אליהן ושל זרימת הדם שבתוכן, באופן כזה שחילוף החמצן והפחמן הדו-חמצני יתבצע תוך השקעה מינימלית של החדר הימני.
בשאיפה במנוחה מתכווצים שרירי הנשימה להגדלת נפח בית החזה, ואיתו נפח הריאה, פעולה אשר יוצרת מפל לחצים בין הלחץ האטמוספירי ללחץ בנאדיות הריאה וגורמת לתנועה של אוויר אל תוך הריאות עד להשוואת הלחצים.
השריר העיקרי המשמש לשאיפה הוא הסרעפת אשר אחוזה בצלעות, בעצם החזה ובחוליות.
התכווצות הסרעפת, שנמצאת במנח המורכב משני חלקים: האחד רוחבי שטוח שאינו שרירי והשני מקביל לכלוב הצלעות ושרירי, יוצרת כוח אלכסוני, בעל רכיב אנכי המושך את כיפת הסרעפת לכיוון הבטן ורכיב אופקי, כאשר השפעת האנכי גדולה יותר.
ירידת הסרעפת לכיוון הבטן דוחקת את איברי הבטן ומגדילה את קוטרו האנכי של בית החזה.
במקביל, שריר הסרעפת מפעיל על הצלעות כוח כלפי מעלה, דבר אשר מגדיל את קוטרו הרוחבי של בית החזה, וזאת מאחר שהצלעות בנויות כך שלהן שתי דרגות חופש סיבוביות.
כלומר, עליית הצלעות מתבצעת בשני אופנים בו־זמנית: כידית דלי המחברת בין החוליות לעצם החזה ויחד עם עצם החזה שעולה אף היא.
נוסף לשריר הסרעפת, פועלים השרירים הבין-צלעיים אשר שומרים על משיכת הצלעות כגוף אחד כלפי מעלה בקרבם את הצלעות זו לזו, וכן פועלים שרירי חגורת הכתפיים המקבעים אותה ומונעים ממנה לנוע מטה, בעוד הצלעות נעות מעלה לכיוונה.
בזמן שאיפה מאומצת מתכווצים גם שרירי עזר, אשר מתכווצים גם בעת מאמץ ובקוצר נשימה.
בקבוצה זו נכללים שרירי המעלות, שכאשר מתכווצים מרימים את הצלעות הראשונה והשנייה, ושריר עצם החזה, הבריח והזיז הפטמתי, שמרים את קדמת בית החזה בכיוון הראש.
שרירים אלה מסייעים להרחבת קוטרו האופקי של בית החזה.
שרירי עזר שאיפתיים נוספים הם כנפי האף, שריר הלוע והלשון ושרירי הגרון.
במנוחה הנשיפה אינה מצריכה מאמץ, אלא נובעת מהרפיית שרירי השאיפה ומאלסטיות הריאה ובית החזה שגורמת לחזרתם למצבם טרום השאיפה.
נשיפה מאומצת, לעומת זאת, מפעילה שרירים הגורמים להקטנת בית החזה ועליית הלחץ בו.
לצורך נשיפה מאומצת מתכווצים שרירי הבטן, אשר אחוזים בצלעות התחתונות, וכך מושכים את הצלעות אליהם ומקבעים אותם.
העלאת הלחץ בבטן גורמת לדחיקה של הסרעפת הרפויה כלפי מעלה, דבר שגורם להקטנת קוטרו האנכי של בית החזה.
גם בשאיפה מאומצת מתכווצים השרירים הבין-צלעיים, אלא שהפעם, במקום שימשכו את הצלעות לעבר חגורת הכתפיים, שבשלב זה רפויה, הם מושכים את הצלעות לכיוון הבטן המקובעת.
תנועת הצלעות זהה לתנועה בעת שאיפה, אלא בכיוון ההפוך, דבר שגורם להקטנת הקטרים האופקיים.
בשיעול מתבצעת נשיפה חזקה במיוחד כתוצאה מסגירת מכסה הגרון, שלאחריה מאמץ נשיפתי חד וחזק.
מאמץ זה כנגד חסימה גורם להעלאת משמעותית של הלחץ בבית החזה, וכאשר מכסה הגרון נפתח מתחילה זרימת אוויר גבוהה במיוחד החוצה אשר גורמת לתמט של קנה הנשימה.
היציאה המהירה של האוויר בלחץ נושאת עמה הפרשות וחלקיקים שהיו על דופן הקנה.
נפחי ריאה הם ערכים המתקבלים בשלבים השונים של השאיפה והנשיפה ומשמשים לבדיקות קליניות.
ניתן למדוד חלק מן הנפחים האלה ישירות באמצעות ספירומטר, שמודד הפרשי נפחי אוויר הנכנסים בשאיפה או היוצאים בנשיפה, ואת הנפחים שלא ניתן למדוד באמצעות ספירומטר, מודדים בשיטות עקיפות כמו שיטות מיהול או פלתיזמוגרף גוף.
נפח חילופי הוא הנפח המתקבל משאיפה ומנשיפה במנוחה.
באדם בוגר בריא הנפח החילופי עומד על כ-500 מ"ל.
נפח האוויר הנותר בריאות לאחר נשיפה רגילה במנוחה נקרא הקיבולת השארית התפקודית (functional residual capacity, ובר"ת – FRC).
באדם בוגר בריא הוא עומד על כ-2.4 ליטר ומהווה 40% לערך מנפח הריאה המרבי.
נפח הריאה המרבי נקרא בשם קיבולת הריאות הכוללת (total lung capacity, TLC), ואותו ניתן להשיג בשאיפה מאומצת מרבית.
נפח זה באדם בוגר בריא מכיל 5–6 ליטרים של אוויר.
לאחר נשיפה מאומצת עד לתחושת ריקון מוחלט של הריאות, נשאר בריאות נפח שארי (residual volume, RV), אשר מקל על ניפוח הריאות חזרה בשל העובדה שבהיעדרו היה על הגוף להשקיע אנרגיה בהפרדת דופנות הריאה שיכולות להיצמד האחת לשנייה כמו בבלון.
ערכו באדם בוגר בריא עומד על כ-1.5 ליטר.
ההפרש בין קיבולת הריאות הכוללת לנפח השארי הוא הנפח המרבי המנוצל על ידי הריאות לנשימה, והוא נקרא הקיבולת החיונית (vital capacity, VC).
הנפח השארי, וכן הקיבולת השארית התפקודית וקיבולת הריאות הכוללת שכוללים אותו, לא ניתנים למדידה בספירומטר, מאחר שמכשיר זה מודד הפרשי נפחים ולא נפחים מוחלטים.
משום כך משתמשים בשיטות עקיפות כפי שנזכרו לעיל.
הפרשי נפחים נוספים המשמשים בבדיקות קליניות הם העתודה השאיפתית (inspiratory reserve volume, IRV) והעתודה הנשיפתית (expiratory reserve volume, ERV).
העתודה השאיפתית היא ההפרש בין קיבולת הריאות הכוללת לשיא הנפח החילופי, ואילו העתודה הנשיפתית היא ההפרש בין הקיבולת השארית התפקודית לנפח השארי.
כשבוחנים את תפקוד הריאה, ניתן להתייחס למספר מדדים אשר עוזרים לבחון כיצד הריאה מתפקדת, ועל ידי כך לאבחן בעיות ריאה שונות, למשל מחלות חסימתיות של הריאה.
אצל נבדק בריא, כ-85% מנפח הריאות יוצאים בתוך שנייה אחת בנשיפה מאומצת.
נפח הנשיפה המאומצת בשנייה הראשונה מסומן ב-FEV1.0, והיחס בינו לבין הקיבולת החיונית המאומצת (forced expiratory vital capacity, FVC) יכול להצביע על פתולוגיות שונות.
במחלה חסימתית ניתן לראות נשיפה איטית יותר, כאשר בשנייה הראשונה לנשיפה יוצא רק מחצית מהנפח והיתר ננשף במשך זמן רב.
הסיבה לכך היא שהחולה לא יכול לייצר זרימת אוויר גבוהה כתוצאה מההתנגדות של דרכי הנשימה.
לעומת זאת, במחלה רסטרקטיבית יש פחות רקמה פעילה, וניתן לראות שבשאיפה הנפח הנוצר נמוך יותר, בעוד ש-FEV1.0 גבוה, שכן אין חסימה של דרכי האוויר.
בחולים אלו היחס FEV1.0/FVC הוא גבוה יותר מאשר בבריאים, היות שאצל חולים אלו ה-FVC נמוך יותר).
תרופות שמרחיבות את הסמפונות, מעלות את FEV1.0 באופן זניח יחסית, אולם הן משפרות את הקיבולת החיונית.
בשיטת מיהול הליום משתמשים בעובדה שהליום הוא גז אציל ואינו מפעפע לנימי הדם.
למשל, אם הנבדק מתחבר בתום נשיפה רגילה, הנפח שניתן לחשב יהיה הקיבולת השארית התפקודית.
בצורה מתמטית ניתן להדגים זאת כך עבור הקיבולת השארית התפקודית, כאשר C0 הוא ריכוז ההליום הנתון במכל, C1 הוא ריכוז ההליום לאחר הגעה לשוויון ריכוזים ו-V0 הוא נפח המכל: , ומכאן, .
שיטה זו עלולה לתת תוצאות נמוכות מהמציאות בחולים שהריאות שלהם אינן מאווררות היטב עקב חסימה של דרכי האוויר.
בשיטת מיהול עם גז סמן נותנים לנבדק לנשום במעבר חד חמצן טהור, וכך זורם החוצה אל המכל כל החנקן שהיה בריאותיו של הנבדק.
מדידת כמות החנקן הננשף, שהיא כמות החנקן שנשאף לריאות קודם לכן, מאפשרת לחשב את נפח האוויר ברגע ההתחברות.