Завдання для самостійної роботи та самоконтролю

1. Чим обумовлена в'язкість рідини та від яких параметрів вона залежить?

2. Що таке ідеальна, ньютонівська та неньютонівська рідини?

3. Що таке градієнт швидкості? В яких одиницях він вимірюється?

4. Дайте визначення коефіцієнта в'язкості та вкажіть одиниці його виміру.

5. У чому полягає різниця між стаціонарним і нестаціонарним плином рідин, ламінарним та турбулентним плином?

6. Що таке число Рейнольдса та який його фізичний зміст?

7. У чому полягає фізичний зміст рівняння неперервності струменя, рівняння Бернуллі?

8. Від яких параметрів залежить в'язкість крові?

9. Як пов'язані між собою об'ємна та лінійна швидкості плину рідин?

10. Визначити об'ємну та лінійну швидкості плину рідин, якщо діаметр судини 3 см, відносна в'язкість рідини дорівнює 2, густина 1000 кг/м³ , число Рейнольдса дорівнює 3000.

11. Визначити силу, що діє на 100 м² поверхні дна, якщо швидкість плину води в потоці лінійно збільшується від нуля на дні до 10 м/с на поверхні, глибина потоку 2 м .

Лабораторна робота №6 «Вивчення методів вимірювання кров'яного тиску та швидкості кровоплину»

Матеріальне та методичне забезпечення: сфігмоманометр чи сфігмотонометр, фонендоскоп.

Обґрунтування теми: В організмі людини ми часто зустрічаємося з біофізичними процесами та явищами, фізичною основою яких є гідродинаміка. Одним з найбільш важливих з таких процесів є рух крові по судинах, або гемодинаміка. Серцево-судинна система відіграє головну роль у забезпеченні нормальної життєдіяльності організму, а її порушення, наприклад, порушення кровообігу, є причиною багатьох захворювань.

Мета заняття: З'ясувати механізм роботи серцево-судинної системи та навчитися вимірювати кров'яний тиск.

Теоретичні відомості:

Гемодинамікою називається розділ біомеханіки, в якому розглядаються питання руху крові в судинній системі живого організму. З фізичного погляду система кровообігу людини й тварин - це складна закрита система послідовно і паралельно сполучених еластичних трубок різного діаметра та довжини (аорта, артерії, артеріоли, капіляри, венулн й вени). Оскільки стінки судин еластичні, то вони мають пружні властивості, завдяки яким кров рухається по цих судинах так, як будь-яка рідина по еластичних трубках. Швидкість руху крові по судинах організму мала, тому потік її руху можна приймати за ламінарний.

К ров рухається в судинній системі завдяки енергії, що передається їй роботою серця. На малюнку 1 подано схематичне зображення великого кола кровообігу. З лівого шлуночка а кров переходить в аорту b, звідти в артерії, артеріоли сd та капіляри дc. Далі капіляри переходять у венули e, які переходять у вени f. Дрібні та великі вени утворюють систему полої вени, яка постачає кров у праве передсердя. При переході від аорти до капілярів загальна площа поперечного перерізу судин збільшується. Хоч діаметр кожного капіляра дорівнює 4-10нм, але кількість їх у тілі людини доходить до 100-160 мільярдів, а тому площа поперечного перерізу всіх капілярів у 600-800 разів більша від площі поперечного перерізу всіх артерій. Далі капіляри збираються в дрібні вени і потім у великі і при цьому загальна площа поперечного перерізу вен зменшується й велике коло кровообігу закінчується двома порожнистими венами, що входять у праве передсердя.

Отже, при скорочені серцевого м'яза (систоли) кров виштовхується з серця в аорту й у розгалуджені від неї артерії. Завдяки еластичності стінок великих артерій, вони приймають під час систоли більше крові, ніж її відтікає до периферії. Це й створює систолічний тиск, тобто надлишковий над атмосферним тиск, який у нормі в середньому становить 120 мм рт. ст. (тор) чи 16 кПа. Хвиля підвищеного тиску крові швидко поширюється вздовж артеріальної частини судинної системи і викликає коливання стінок її більш дистальних відділів. Ця хвиля тиску називається пульсовою хвилею, швидкість поширення якої залежить від пружних властивостей і густини судинних стінок і має порядок 6-8 м/с.

Під час розслаблення серця (період діастоли) стінки аорти й артерій скорочуються до початкового стану, проштовхуючи кров у наступні ділянки судинної системи. Внаслідок цього рух крові має безперервний характер із швидкістю у великих судинах порядку 0,3 - 0,5 м/с. Тиск крові при цьому знижується до 60-70 мм рт. ст. (діастолічний тиск).

З гідно основного рівняння гідродинаміки відомо, що швидкість руху рідини в трубі з перемінним перерізом обернено пропорційна площі поперечного перерізу. Отже, швидкість руху крові на різних ділянках великого кола кровообігу різна. В артеріях вона становить 0,5 м/с, в артеріолах - 10-30 см/с, в капілярах - не більша 0,5 мм/с. У венах швидкість крові зростає й у порожнистих венах вона наближається до швидкості крові в аорті.

Опір течії рідини тим більший, чим менший діаметр трубок, по яких тече рідина. В артеріолах швидкість крові ще велика, внутрішнє тертя тут дуже велике й багато енергії витрачається на його подолання. Тут відбувається різке падіння кров'яного тиску до 10-30 мм рт. ст. У капіляри кров надходить під незначним тиском. Цей тиск продовжує падати у венах (мал. 2). У великих венах біля серця тиск стає на кілька мм. рт. ст. меншим атмосферного. Кров при цьому рухається під впливом присмоктуючої дії грудної клітки при вдиханні.

Для того, щоб визначити кров'яний тиск, артерію стискають через шкіряні покрови й визначають величину зовнішнього тиску, який зрівноважує тиск крові на стінки артерії.

Динамічний тиск безкровним методом безпосередньо виміряти ми не можемо. З допомогою сфігмоманометра, зупинивши рух крові в артерії, ми можемо виміряти повний максимальний тиск крові - метод Короткова.

Завдання для самостійної роботи.

а) Перелік питань, що підлягають самостійному вивченню:

• пульсова хвиля;

• визначення механічної роботи серця, яка виконується за одне

• скорочення;

• апарат штучного кровообігу.

б) Перелік робіт, що підлягають виконанню:

• накласти манжету на оголене плече на декілька сантиметрів вище ліктьового згину;

• з допомогою груші нагнітити в манжету повітря до зникнення пульсу у променевій артерії;

• поступово знижувати тиск у манжеті й визначити його величину в момент появи пульсу (систолічний тиск) і повторного зникнення (діастолічний тиск).

в) Перелік практичних навичок, якими необхідно оволодіти:

• уміти вимірювати артеріальний тиск методом Короткова.