Колебания и волны. Звук. Ультразвук. Колебания. Гармонические колебания. Характеристики колебаний амплитуда, период, частота, циклическая частота, фаза
 Скачать 1.35 Mb.
|
|
54. Уравнение Пуазейля. Понятие о гидравлическом сопротивлении кровеносных сосудов и способах воздействия на него. Течение Пуазейля – установившееся течение вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубке. Закон Пуазейля выполняется в сосудах с ламинарным течением крови. Q=πr4∆p/8ηl Q – объем крови, протекающий через поперечное сечение сосуда за 1 секунду ∆p – разница давлений на концах сосуда l – длина сосуда r – радиус сосуда η – вязкость (коэффициент трения) Гидравлическое давление – сила, возникающая при движении крови по сосудам. Величину обратную первой формуле называют гидравлическим сопротивлением R=8ηl/ πr4(в четвертой). Гидравлическое сопротивление не системы в целом, но его значительной части- большого круга кровообращения ,принято называть общим периферическим сопротивлением сосудов (ОПСС) и оценивается по формуле ОПСС=  ,где Q- общий объём кровотока,   среднее артериальное давление. Общее периферическое сопротивление сосудов- сопротивление, которое сосудистая система оказывает кровотоку. В норме ОПСС=144кПа*с/л.У сосудов наблюдается такое явление, как гипертонус : зажатость, уменьшенный радиус, уменьшение пропускной способности, отсюда происходит увеличение гидравлического сопротивления. В этих условиях для обеспечения необходимого общего объёма кровотока сердце вынуждено компенсировать рост гидравлического сопротивления ростом артериального давления. Радиус сосуда сильно влияет на гидравлическое сопротивление. Это объясняется тем, что в ламинарных потоках распределение скорости жидкости неравномерное, наибольшая скорость – в центре сосуда, т.е. основная часть объема крови переносится в центре потока. Для уменьшения гидравлического давления, необходимо расширить сосуды (увеличить радиус поперечного сечения). 55. Ламинарное и турбулентное движение жидкости. Число Рейнольдса. Существует два режима течения жидкостей. Течение называется ламинарным (слоистым), если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними. Ламинарное течение жидкости наблюдается при небольших скоростях ее движения. В центре потока силы трения минимальны, и поэтому скорость крови здесь самая быстрая. По мере приближения клеток крови к стенкам сосуда сила трения увеличивается, что приводит к снижению скорости. Турбулентное (вихревое), если вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости. Так как частицы жидкости могут перейти из одного слоя в другой, то их скорости в различных слоях мало отличаются. Из-за большого градиента скоростей у поверхности трубы обычно происходит образование вихрей. Характер течения зависит от безразмерной величины, называемой числом Рейнольдса Re=ρVd/η V – средняя скорость потока, d – диметр трубы (сосуда), ρ – плотность жидкости, η – вязкость. Значение числа Рейнольдса, при котором происходит переход от ламинарного течения к турбулентному, называется критическим. Для крови Reкрит. = 970±80. При Re Разрушителями ламинарного движения могут оказаться резкие изломы, выступы в сосуде. 56. Пульсовая волна и скорость ее распространения. Формула Моенса-Кортевега. Пульсовая волна - распространяющаяся по аорте и артериям волна повышенного (над атмосферным) давления, вызванная выбросом крови из левого желудочка в период систолы. Пульсовая волна распространяется со скоростью vп = 5-10 м/с. Величина скорости в крупных сосудах зависит от их размеров и механических свойств ткани стенок:  где Е - модуль упругости, h - толщина стенки сосуда, d - диаметр сосуда, ρ - плотность вещества.С возрастом, по мере уменьшения эластичности сосудов, растет модуль упругости Е, что отслеживается ростом скорости распространения пульсовой волны. 57. Внутреннее трение в жидкости. Уравнение Ньютона. Вязкость крови. Основные факторы, влияющие на вязкость крови в организме. Свойство жидкостей, которое мы называем вязкостью, проявляется в том, что всякое движение, возбуждаемое в жидкости, вскоре прекращается. Вязкость жидкости можно обнаружить и изучать количественно, рассматривая взаимодействие слоев жидкости, имеющих различную скорость. Экспериментально установлено, что сила трения, возникающая между слоями 1 и 2:  здесь  - отношение, называемое градиентом скорости в направлении, перпендикулярном потоку жидкости. S – площадь соприкосновения слоев;n – коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств жидкости, и называемый динамическим коэффициентом вязкости.Уравнение (4) можно сформулировать так: сила вязкого трения пропорциональна градиенту скорости в направлении, перпендикулярном потоку, и площади соприкосновения слоев, с коэффициентом пропорциональности – коэффициентом вязкости жидкости. Взаимодействие между слоями осуществляется возникающими парами сил. Любая из них соответствует уравнению (4). Эта пара сил действует так, чтобы способствовать выравниванию скоростей в слоях. Если в формуле (4) все величины будут иметь размерность основных единиц системы СИ, то единица вязкости будет иметь размерность 1 Пас. У различных жидкостей коэффициент вязкости различен. У ньютоновских жидкостей коэффициент вязкости зависит только от их температуры. У неньютоновских – коэффициент вязкости зависит не только от температуры, но и от условий протекания: градиента скорости, размеров потока, давления в нем. Ньютоновские жидкости имеют простые молекулы, или это молекулы низкомолекулярных органических соединений. К неньютоновским относятся жидкости с протяженными молекулами высокополимеров, суспензии, эмульсии. Кровь – неньютоновская жидкость, представляющая собой суспензию форменных элементов в белковом «растворителе» – плазме. Форменные элементы – эритроциты, лейкоциты, тромбоциты – составляют сообща 40-50% объема крови. Поэтому если вязкость плазмы – порядка 1,7 - 2,2 мПас, то вязкость крови в норме – 4 - 5 мПас. При движении крови в спокойном (ламинарном) потоке эритроциты выстраиваются своей длинной осью вдоль потока. В неспокойном потоке такой строй эритроцитов нарушается, меняется и коэффициент вязкости. Значения коэффициента вязкости крови в норме и при патологии могут отличаться в несколько раз. Если в номе это 4 - 5 мПас, то при отклонениях от нормы – это диапазон от 1,5 до 24 мПас. Следовательно, коэффициент вязкости может быть важным диагностическим показателем ее состояния.. 58. Измерение артериального давления по методу Короткова.Для измерения давления крови в клинике применяется бескровный метод, предложенный более ста лет назад сотрудником Военно-Медицинской академии Н.С. Коротковым. Он заключается в том, что измеряют минимальное давление, которое необходимо приложить снаружи, чтобы сжать артерию до прекращения в ней кровотока. Это давление близко к давлению крови в артерии. При этом большое значение имеет выслушивание звуков, возникающих при прохождении крови через сжатую манжетой артерию. Прибор для измерения артериального давления по этому методу состоит из манжеты, нагнетателя (груши) и манометра. Для прослушивания звуков используется фонендоскоп. Манжета закрепляется в зоне плечевой артерии пациента, т.е. на уровне сердца пациента в его сидячем или лежачем положении. Фонендоскоп устанавливается в зоне локтевого сгиба. При закрытом выпускном клапане, в манжету нагнетают воздух, ритмически сжимая и отпуская грушу. Давление в манжете контролируется по манометру. Первоначально в манжете создается давление, на 10-20 мм рт. столба выше того, при котором перестает прослушиваться пульс на плечевой артерии. При полностью сжатой артерии никаких звуков через фонендоскоп не прослушивается. Затем, медленно открывая выпускной клапан, добиваются плавного снижения давления воздуха в манжете. При некотором давлении в манжете, работающее сердце оказывается в состоянии толчками проталкивать кровь через артерию. Начинают прослушиваться отчетливые тоны, называемые начальными. В этот момент времени показания манометра соответствуют максимальному, или систолическому давлению. Прослушиваемые при этом звуки обусловлены вибрацией стенок артерии при прохождении пульсовой волны. При дальнейшем снижении давления в манжете, начальные тоны дополняются шумами, которые обусловлены турбулентным течением крови в частично сдавленной артерии. По мере распрямления стенок артерии и восстановления ее нормального просвета, турбулентные шумы стихают и в фонендоскопе вновь прослушиваются только тоны, называемые последовательными. Эти тоны быстро ослабевают, и затем звуковые явления полностью прекращаются. В этот момент просвет артерии полностью восстановился, и в ней устанавливается ламинарное движение крови. Показания манометра в момент окончательного исчезновения как турбулентных шумов, так и последовательных тонов, соответствуют минимальному, или диастолическому давлению крови. 59. Типы кровеносных сосудов, их функции. Характер движения крови в сосудах различного типа. Кровеносные сосуды по своим свойствам и функциям подразделяются на четыре типа: артерии эластичного типа, артерии мышечного типа, капилляры и вены. Артерии эластичного типа можно назвать аккумуляторами давления крови: благодаря им поддерживается непрерывный ток крови во время диастолы, когда сердце отдыхает. Стенки таких сосудов содержат значительное количество эластических волокон, благодаря чему в ходе функционирования артерий этого типа их радиус способен при упругих деформациях увеличиваться в 1,1 раза (на 10%), что соответствует увеличению площади сечения на 20%. Наряду с эластичными волокнами, стенки сосудов данного типа имеют значительное количество коллагеновых волокон, природное предназначение которых – обеспечение прочности тканей. Артерии мышечного типа, меняя тонус, меняют распределение давления крови по органам и тканям. Aртериолы. Изменения тонуса в отдельных звеньях системы артериол обеспечивают повышенный кровоток в тех органах, которые в данный момент в этом нуждаются, как в связи с физическими нагрузками, так и в ходе регулирования теплообмена организма с окружающей средой. Cистема артериол передает пульсовую волну, которая окончательно затухает лишь на входе в капилляры. Примеры системных нарушений в работе этого участка кровеносной системы – гипертония и гипотония. Капилляры .Гидравлическое сопротивление всей системы капилляров невелико: если на входе в капилляры давление крови 20-40 мм рт.ст., то на выходе – 8-15 мм рт.ст., и это несмотря на впечатляющую суммарную их протяженность. Объяснение тому – очень малая скорость движения крови в этих сосудах: порядка 0,5 мм/с. Вены – сложная разветвленная сеть сосудов, замыкающая выход капилляров с предсердиями. Эта система работает в условиях низкого давления; оно достигает нулевой отметки, и даже, как уже говорилось, может быть отрицательным. В этих условиях, в правом предсердии возникает еще более низкое давление, чтобы всасывать кровь, если она поступает слабо. 60. Общая характеристика опорно-двигательного аппарата (ОДА). Число степеней свободы суставов и ОДА. Опорно-двигательный аппарат (ОДА) человека состоит из двух частей: пассивной и активной. Пассивная часть ОДА содержит следующие элементы: кости скелета соединения костей (Биомеханика ОДА рассматривает в основном прерывные соединения костей – суставы). связки Активная часть ОДА содержит следующие элементы: скелетные мышцы . Двигательные нервные клетки (мотонейроны). Рецепторы ОДА. Чувствительные нейроны (афферентные нейроны). Биомеханическими функциями ОДА являются: опорная – обеспечивает опору для мягких тканей и органов, а также удержание вышележащих сегментов тела; локомоторная (двигательная) – обеспечивает перемещение тела человека в пространстве; защитная – защищает внутренние органы от повреждений. Сустав – элемент ОДА, обеспечивающий соединение костных звеньев и создающий подвижность костей друг относительно друга. Суставы являются наиболее совершенными видами соединения костей. У человека их около 200. Число степеней свободы-число независимых видов поворота в суставе Опорно-двигательный аппарат человека с позиции теории машин и механизмов, можно рассматривать как сложный биомеханизм, состоящий из жестких звеньев (костей) и кинематических пар определенных классов (суставов). С этой точки зрения различают: Одноосные суставы. Движения в них происходят только вокруг одной оси. Эти суставы обладают одной степенью свободы. В организме человека таких суставов насчитывается 85. Двуосные суставы. Движения в них происходят вокруг двух осей. Эти суставы обладают двумя степенями свободы. В организме человека 33 двуосных сустава. Многоосные суставы. Движения в них происходят вокруг трех осей. Эти суставы обладают тремя степенями свободы. В организме человека таких суставов 29. Для определения числа степеней свободы ОДА человека применяют формулу Сомова-Малышева. Число степеней свободы для модели тела человека с 148 подвижными звеньями составляет: n = 6 × 148 — 5 × 85 — 4 × 33 — 3 × 29 = 244. Это означает, что для описания положения модели тела человека в каждый момент времени необходимо иметь 244 уравнения. Для количественных оценок параметров движения важно знать положение мгновенных осей вращения в суставе, так как это влияет на значение плеч сил отдельных мышц. Мгновенные оси вращения в суставах могут смещаться. Это происходит из-за того, что в суставах могут осуществляться три типа движения сочленяющихся поверхностей: скольжение, сдвиг и качение. Возможность таких движений обусловлена тем, что соприкасающиеся суставные поверхности не тождественны по форме. Под влиянием занятий спортом адаптация суставов ОДА происходит разнонаправленно: в одних суставах подвижность увеличивается, в других – уменьшается. Так, у велосипедистов наибольшая подвижность отмечается в голеностопном суставе и наименьшая – в тазобедренном и плечевом 61. Особенности работы мышц в сочленениях с костями. Pаботу двигательного аппарата человека обычно излагают с позиций общих законов механики, вполне применимых для оценки системы опорно-двигательного аппарата как системы рычагов. Рычагом называется всякое твердое тело, способное совершать вращательные движения около оси, на плечи которого действуют две противоположные силы: движущая сила (мышечные сокращения) и сила сопротивления. В зависимости от величины движущей силы и силы сопротивления возможно равновесие или движение рычага. Для понимания равновесия или движения рычага необходимо иметь определенное представление о плече рычага и о моменте вращения силы. Плечом рычага называют расстояние оси вращения (О) до точки приложения силы (OA и ОБ). Плечом силы называют кратчайшее расстояние — перпендикуляр от оси вращения до вектора силы или его продолжения (OAI и ОБI (рис. 158).  Участие каждой мышцы в выполнении движений зависит не только от величины подъемной силы, но также и от величины плеча рычага, что определяется моментом силы. Моментом силы называется произведение силы на ее плечо. Моментом силы FIбудет произведение FI·OAI, или FI·Sin OA; моментом силы FII будет FII·OБI или FII·SinОБ. Таким образом, условие для равновесия рычага достигается тогда, когда сумма моментов сил, действующих на него, относительно оси вращения равна нулю. Если равенство моментов сил нарушается, то рычаг начинает вращаться в направлении той силы, момент которой больше. Момент силы является непостоянной величиной, обусловленной положением одних костей по отношению к другим, образующим данное сочленение. Поэтому при сгибании в суставе будет нарастать плечо рычага сгибателей и соответственно момент силы, т. е. увеличивается угол подхода сухожилия к мышце, что способствует повышению подъемной силы мышцы. В большей части случаев мышцы прикрепляются вблизи суставов и подходят к костям под острым углом. При этом плечо силы меньше плеча сопротивления; при подобном прикреплении мышцы проигрывают в силе. В опорно-двигательной системе имеются образования, способствующие увеличению плеча силы мышц, благодаря чему значительно повышается момент силы. К этим образованиям относятся сесамовидные кости, блоки, костные отростки и бугры, разнообразные выступы и шероховатости. За счет этих образований значительно возрастает момент силы мышц. Следовательно, сила мышцы зависит не только от количества мышечных волокон, но и от плеча рычага. 62. Виды деформации. Закон Гука. Коэффициент жесткости. Модуль упругости. Особые свойства костных тканей. Если к предмету приложена внешняя сила F, то это изменяет расположение частиц тела => частицы стремятся вернуться в прежнее положение => суммарный эффект – возникновение силы упругости. Если сила упругости равна внешней силе – прочность обеспечена. Если сила упругости меньше внешней силы, то происходит деформация. Виды деформации:
Закон Гука Fупр=kx, где x – абсолютная деформация, k – коэффициент жесткости. Он зависит от:
При незначительной упругой деформации эластичного материала действующие силы также описываются законом Гука, но в несколько более сложной форме. В теории упругости закон Гука принимает следующий вид: σ/η = E где σ — механическое напряжение (удельная сила, приложенная к поперечной площади сечения тела), η — относительное удлинение или сжатие струны, а Е — так называемый модуль Юнга, или модуль упругости, играющий ту же роль, что коэффициент упругости k. Он зависит от свойств материала и определяет, насколько растянется или сожмется тело при упругой деформации под воздействием единичного механического напряжения. Особые свойства костной ткани:
|