Незатухающих) и вынужденных колебаний. Резонанс. Свободными (собственными) колебаниями
 Скачать 3.84 Mb.
|
|
жидкости. Реологические свойства биологических жидкостей. Формула Пуазейля. При течении реальной жидкости отдельные слои ее воздействуют друг на друга с силами, касательными к слоям. Это явление называют внутренним трением или вязкостью. dv/dx – производная, называемая градиентом скорости. S – площадь взаимодействующих слоев Это уравнение Ньютона. Сила внутреннего трения , действующая между слоями жилкости площадью S. ŋ — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения, или динамической вязкостью (или просто вязкостью). Вязкость зависит от состояния и молекулярных свойств жидкости (или газа). du/dx — градиента скорости (скорости сдвига) Единицей вязкости является паскалъ-секунда (Па • с). В системе СГС вязкость выражают в пуазах (П): 1 Па • с = 10 П. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Кровь как неньютоновская жидкость. Ньютоновские жидкости – жидкости, вязкость которых не зависит от градиента скорости (т.е.вязкость постоянна).Это все низкомолекулярные в-ва в жидком состоянии, их смеси и истинные растворы в них низкомолекулярных в-в (вода, органич. жидкости, расплавл. металлы, соли и стекло при темп-ре выше темп-ры размягчения). Такие жидкости подчиняются уравнению Ньютона. Коэффициент пропорциональности η (греческая буква "эта") называют коэффициентом внутреннего трения или динамической вязкостью. Единицей динамической вязкости (или просто вязкости) в системе СИ является паскаль-секунда (Па·с) Неньютоновские жидкости – вязкость которых зависит от градиента скорости (т.е.вязкость не постоянная) Они не подчиняются уравнению Ньютона. Это жидкости, состоящие из крупных и сложных молекул, например эмульсии, суспензии, пены и кровь. Такие жидкости содержат молекулы или частицы, склонные к образованию пространственных структур. (ЭТО НЕ ОБЯЗ)Цельная кровь (суспензия эритроцитов в белковом растворе – плазме крови) в отличие от плазмы крови является неньютоновской жидкостью. Вязкость крови уменьшается с увеличением скорости v (или градиента скорости dv/dx) течения крови. Связано это с тем, что в неподвижной крови или при малых скоростях ее течения эритроциты склонны к агрегации (слипанию) и образуют структуры, напоминающие столбики монет ("монетные столбики"), что приводит к возрастанию вязкости. При увеличении скорости движения крови "монетные столбики" разрушаются, и вязкость крови снижается. При остановке движения крови, эритроциты быстро (примерно, за 1 с) вновь собираются в "монетные столбики". Закон Пуазейля (математическим выражением которого является формула Пуазейля) устанавливает зависимость между объемом жидкости, протекающим через трубу в единицу времени (расходом), длиной и радиусом трубы, и перепадом давления в ней Q – объемная скорость, R – радиус сосуда, – динамическая вязкость, l – длина сосуда, p 1 p 2 – разность давлений на концах сосуда. 11. Методы определения вязкости жидкости: капиллярные, ротационные, закон Стокса. Диагностическое значение определения вязкости крови (вискозиметр Гесса). Закон Стокса. Метод основан на измерении скорости падения маленьких шариков в исследуемой жидкости Совокупность методов измерения вязкости называют вискозиметрией, а приборы, используемые для таких целей, — вискозиметрами. Капиллярный метод основан на формуле Пуазейля и заключается в измерении времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном' перепаде давлений. Капиллярный вискозиметр применяется для определения вязкости. Применяются также ротационные вискозиметры, в которых жидкость находится в зазоре между двумя соосными телами, например цилиндрами. Один из цилиндров (ротор) вращается, а другой неподвижен. Вязкость измеряется по угловой скорости ротора, создающего определенный момент силы на неподвижном цилиндре, или по моменту силы, действующему на неподвижный цилиндр, при заданной угловой скорости вращения ротора .С помощью ротационных вискозиметров определяют вязкость жидкостей в интервале 1— 10 5 Па • с, т. е. смазочных масел, расплавленных силикатов и металлов, высоковязких лаков и клеев, глинистых растворов и т. п.В ротационных вискозиметрах можно менять градиент скорости, задавая разные угловые скорости вращения ротора. Это позволяет измерять вязкость при разных градиентах и установить зависимость η = f(dv/dx), которая характерна для неньютоновских жидкостей. В настоящее время в клинике для определения вязкости крови используют вискозиметр Гесса с двумя капиллярами В вискозиметре Гесса объем крови всегда одинаков, а объем воды отсчитывают по делениям на трубке 1, поэтому непосредственно получают значение относительной вязкости крови. Для удобства втсчета сечения трубок 1 и 2 делают различными так, что, несмотря на разные объемы крови и воды, их уровни в трубках будут примерно одинаковы. Вязкость крови человека в норме 4—5 мПа • секунду .при патологии колеблется от 1,7 до 22,9 мПа * с, что сказывается на скорости оседания эритроцитов (СОЭ). Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови. Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость крови, другие же, например брюшной тиф и туберкулез, — уменьшают. 12. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения. Явление смачиваемости и несмачиваемости. Капиллярные явления. Поверхностно-активные вещества. Газовая эмболия. Поверхностное натяжение- определяется отношением работы ,затраченной на создание некоторой поверхности жидкости при постоянной температуре ,к площади этой поверхности : сигма=A/S. Поверхностное натяжение может быть определено не только энергетически. Стремление поверхностного слоя жидкости сократиться означает наличие в этом слое касательных сил- сил поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение равно отношению силы поверхностного натяжения к длине отрезка ,на котором действует эта сила: сигма=F/l. Смачивание и несмачивание Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности: 1)молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведёт себя ртуть на стекле, вода на парафине или «жирной» поверхности. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность; 2)молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведёт себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность. Несмачивание - физическое явление отсутствия смачивания жидкостью поверхности материала. Смачивание — физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. Смачивание бывает двух видов -Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью ) -Контактное (состоит из 3х фаз - твердая, жидкая, газообразная) Степень смачивания характеризуется углом смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания)- это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Измеряется методом лежащей капли. Мерой смачивания служит краевой угол θ — это угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой (плоскостью поверхности твердого тела). Внутри краевого угла всегда находится жидкость. Для смачивающей жидкости θ — острый, для несмачивающей θ — тупой. При полном смачивании θ = 0, при полном несмачивании θ = 180°. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ - совокупность явлений, обусловленных действием межфазного поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред; к Кап. явлениям обычно относят явления в жидкостях, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с др. жидкостью, газом или собств. паром. Кап. явление.- частный случай поверхностных явлений Поверхностно-активные вещества – это химические соединения, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз), и вызывающие снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы. На межфазной поверхности Поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации — адсорбционный слой. Классификация ПАВ По типу гидрофильных групп: - анионные - катионные - амфотерные - неионные По характеру использования: - Моющие средства - Эмульгаторы - Смачиватели - Солюблизаторы По длине гидрофобной цепи: - гидрофобные ПАВ - гидрофильные ПАВ 13. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Факторы, определяющие характер течения. Число Рейнольдса. Лам(слоистое)-течение, при котром не происходит перемешивания слоев жидкости. Тур(вихревое) – течение, при котором скорость частиц непрерывное меяется по направлению и величине Характер жидкости по трубе зависит от свойств жидкости, скорости её течения, размеров трубы и определяется числом Рейнольдса: Re = 𝝆ʋ𝑫/𝜼; 𝜌-плотность жидкости, D-диаметр трубы, ʋ-средняя по сечению трубы скорость течения. Если число Рейнольдса больше некоторого критического, то движение жидкости турбулентное. ЧР зависит от вязкости и плотности, их отношение называется кинематической вязкостью: ν = ŋ/ 𝝆. Число Рейнольдса можно выразить в виде Re = ʋ𝑫/𝝂. Течение крови в артериях норме является ламинарным, небольшая турбулентность возникает вблизи клапанов сердца. Тур. теч. связано с дополнительной затратой энергии при движении жидкости, что в случае крови приводит к добавочной работе сердца. 14. Условие неразрывности струи. Скорость кровотока в разных участках сосудистого русла. Уравнение Бернулли. Условие неразрывности струи: при стационарном течении несжимаемой жидкости через любые сечения трубки тока каждую секунду протекают одинаковые объемы жидкости, равные произведению площади сечения на среднюю скорость движения ее частиц. Уравнение выражает условие неразрывности струи. Оно устанавливает соотношение между скоростями течения жидкости в различных сечениях трубки тока: Уравнение Бернулли Уравнение Бернулли формулируется следующим образом: При стационарном течении идеальной жидкости полное давление, равное сумме статического, динамического и гидростатического давлений, одинаково во всех поперечных сечениях трубки тока 15. Модели кровообращения (механическая, электрическая). Ограничения представленных моделей. Работа и мощность сердца. Общая энергия массы движущейся крови. В качестве механической модели можно рассматривать замкнутую систему из множества разветвленных горизонтальных трубок с эластичными стенками, движение жидкости в которых происходит под действием ритмически работающего поршня насоса. Электрической моделью сердца может быть представленная на рисунке электрическая схема. Генератор электрического напряжения (ГЕН) служит аналогом мышечного источника энергии сердца. Диод (Д) — выпрямитель — аналог аортального клапана. Конденсатор (С) накапливает заряд, а затем разряжается на сопротивление R(x). Роль конденсатора играет аорта, aR(x) периферическая сосудистая система, ее гидравлическое сопротивление X, L характеризует инерционные свойства электрической цепи, что является аналогом массы ударного объема крови. РАБОТА И МОЩНОСТЬ СЕРДЦА, ЭНЕРГИЯ МАССЫ ДВИЖУЩЕЙСЯ КРОВИ Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии. Цикл работы сердца Здоровое сердце ритмично и без перерывов сжимается и разжимается. В одном цикле работы сердца различают три фазы: Наполненные кровью предсердия сокращаются. При этом кровь через открытые клапаны нагнетается в желудочки сердца (они в это время остаются в состоянии расслабления). Сокращение предсердий начинается с места впадения в него вен, поэтому устья их сжаты и попасть назад в вены кровь не может. Происходит сокращение желудочков с одновременным расслаблением предсердий. Трёхстворчатые и двустворчатые клапаны, отделяющие предсердия от желудочков, поднимаются, захлопываются и препятствуют возврату крови в предсердия, а аортальный и лёгочный клапаны открываются. Сокращение желудочков нагнетает кровь в аорту и лёгочную артерию. Пауза (диастола) короткий период отдыха этого органа. Во время паузы из вен кровь попадает в предсердия и частично стекает в желудочки. Когда начнётся новый цикл, оставшаяся в предсердиях кровь будет вытолкнута в желудочки — цикл повторится. Один цикл работы сердца длится около 0,85 сек., из которых на время сокращения предсердий приходится только 0,11 сек., на время сокращения желудочков 0,32 сек., и самый длинный — период отдыха, продолжающийся 0,4 сек. Сердце взрослого человека, находящегося в покое, работает в системе около 70 циклов в минуту. Автоматизм сердца Автоматизм — способность сердца возбуждаться под влиянием импульсов, возникающих в кардиомиоцитах без внешних раздражителей. В физиологических условиях наивысшим автоматизмом в сердце обладает САУ , поэтому его называют автоматическим центром первого порядка. Регуляция работы сердца Работа сердца регулируется при помощи миогенных, нервных и гуморальных механизмов. Нервная система регулирует частоту и силу сердечных сокращений: ( симпатическая нервная система обуславливает усиление сокращений, парасимпатическая — ослабляет). 16. Физические основы клинического метода определения давления крови (метод Короткова). В медицине широко используется бескровный метод определения давления крови, предложенный Н. С. Коротковым. В основе метода лежит определение систолического давления по возникновению характерных тонов и шумов, в момент начала прохождения крови по сосудам при достижении давления в сдавливающей манжете равного максимальному значению давления в сосуде. Тоны и шумы возникают в связи с турбулентным течением крови. Диастолическое давление определяют по моменту исчезновения характерных тонов и шумов, в связи с переходом течения крови в сосуде из турбулентного в ламинарное. Вначале производится накачивание манжетки сфигмоманометра, что приводит к остановке артериального кровотока. Затем воздух из манжетки медленно выпускается, и, когда давление в манжетке становится ниже систолического, кровь начинает проходить через частично открытые просветы артерий. При этом течение крови будет турбулентным, поэтому движение крови сопровождается звуками Короткова, слышимыми в стетоскоп. Когда давление в манжетке падает ниже диастолического, тоны перестают прослушиваться, поскольку ток крови становится ламинарным. 17. Электрическое поле, его характеристики: напряженность, электрический потенциал. Эквипотенциальные поверхности. Электрическое поле есть разновидность материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в этом поле. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность , равная отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд , к этому заряду: 𝐸⃑ =𝐹⃗/q. Напряженность- вектор, направление которого совпадает с направлением силы , действующей в данной точке поля на положительный точечный заряд. Работа сил электростатического поля(электрического поля неподвижных зарядов) не зависит от траектории, по которой перемещаются заряды в этом поле .Поля, обладающие такими свойствами, называются потенциальными. ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковое значение j(джи)= const. На плоскости эти поверхности представляют собой эквипотенциальные линии поля. Используются для графического изображения распределения потенциала. Эквипотенциальные поверхности замкнуты и не пересекаются. Изображение эквипотенциальных поверхностей осуществляют таким образом, чтобы разности потенциалов между соседними эквипотенциальными поверхностями были одинаковы. В этом случае в тех участках, где линии эквипотенциальных поверхностей расположены гуще, больше напряженность поля 18. Физические основы электрокардиографии. Дипольный момент сердца. Теория В. Эйнтховена. Генез зубцов, сегментов и интервалов. Векторкардиография. Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов). Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрографии. Электрокардиография (ЭКГ) – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении. В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не непосредственно с органа (сердца, головного мозга), а с других, соседних тканей, в которых электрические поля этим органом создаются. Все сердце в электрическом отношении представляется как некоторый эквивалентный электрический генератор. На поверхности проводника (тело человека) при функционировании генератора появится электрическое напряжение. Моделировать электрическую деятельность сердца возможно, если использовать дипольный эквивалентный электрический генератор. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведения Эйтховена. Согласно ей, сердце есть диполь с дипольным моментом 𝑝 𝑐 , который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения за время сердечного цикла. 1) Электрическое поле сердца представляется как поле точечного диполя с дипольным моментом, называемым интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС); 2) ИЭВС находится в однородной проводящей среде, которой являются ткани организма; 3) ИЭВС меняется по величине и направлению По терминологии физиологов, разность биопотенциалов, регистрируемую между двумя точками тела, называют отведением . Различают I отведение (правая рука – левая рука), II отведение (правая рука – левая нога) и III отведение (левая рука – левая нога). Зубец P – возникает в результате возбуждения предсердий. Сегмент PQ – равномерный охват предсердий возбуждением и проведение импульса по пучку Гиса, его ножкам и волокнам Пуркинье. Зубцы QRS – это комплекс, который образуется в результате возбуждения желудочков. Сегмент ST – равномерный охват возбуждением обоих желудочков (в норме на уровне изолинии). Зубец T – процесс выхода желудочков из состояния возбуждения (реполяризация). Зубец U – в некоторый случаях регистрируется после зубца T. Вектор-кардиограмма - геометрическое место точек, соответствующих концу вектора 𝑝 𝑐 , положение которого изменяется за время сердечного цикла. Проекция вектор-кардиограммы на плоскость, например на фронтальную, может быть практически получена сложением напряжений двух взаимно перпендикулярных отведений. По форме этой криво делают диагностические выводы. |