- •Колебания, волны, звук
- •Физические основы гемодинамики
- •Физический смысл градиента скорости:
- •Величина градиента давления зависит:
- •Моделирование. Механическая и электрическая модели кровообращения
- •Способы измерения давления крови
- •Геометрическая оптика. Фотометрия. Фотоэффект
- •Законы отражения
- •I закон: Луч падающий, перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред в точке падения, и луч отраженный лежат в одной плоскости.
- •I закон: Луч падающий, перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред в точке падения, и преломленный луч лежат в одной плоскости.
- •I I закон: Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды относительно первой:
- •Оптическая система глаза
- •Недостатки оптической системы глаза и их устранение
Физический смысл градиента скорости:
Градиентом любой физической величины называется изменение этой величины, отнесённое к расстоянию, вдоль которого это изменение происходит.
3. Силы внутреннего трения зависят от природы жидкости, так как молекулы различных жидкостей находятся на различных расстояниях и имеют различную скорость, а следовательно и кинетическую энергию. Эта зависимость учитывается коэффициентом вязкости - η. Таким образом, силы внутреннего трения зависят от природы жидкости, прямо пропорциональны градиенту скорости и площади соприкасающихся слоев.
Fη = η (dυ/dx)S
Эта формула получила название формулы Ньютона. Если площадь соприкасающихся слоев S = 1 и градиент скорости dυ/dx = 1, то Fтр = η
Коэффициентом вязкости или вязкостью жидкости называется величина численно равная силе трения, возникающей между двумя слоями жидкости, соприкасающимися на площади равной единице и при градиенте скорости между ними равным единице.
Коэффициент вязкости измеряется в системе СИ: η =Fηdx/Sdυ; Н м / м2 (м/с) = Н с / м2 = Па с
В системе СГС: Пуаз (Пз) = дн с / см2; Н с / м2 = 105 дн с / 104 см2 = 10 Пз. В медицине принято измерять вязкость в Пуазах. Коэффициент вязкости зависит не только от природы жидкости, но и от температуры. С повышением температуры коэффициент вязкости уменьшается. Это объясняется тем, что с повышением температуры расстояния между молекулами увеличиваются, а силы взаимодействия ослабляются.
Ввиду больших трудностей, возникающих при непосредственном измерении вязкости её определяют косвенным путём. Наибольшее применение имеют методы: падающего шарика и капиллярного визкозиметра. Метод падающего шарика основан на законе Стокса. Стокс установил, что на небольшое тело шаровидной формы, перемещающееся в жидкости, действует сила трения, прямо пропорциональная радиусу этого тела, его скорости и коэффициенту вязкости жидкости.
Fтр = 6πηrυ
Если бросить в жидкость металлический шарик диаметром 0,2—0,3 мм, то он будет двигаться в жидкости равномерно. На движущийся шарик будут действовать три силы
1. Сила тяжести Р = mg, направленная вертикально вниз.
2. Выталкивающая сила FB, направленная вертикально вверх.
3. Сила трения FTp, направленная также вертикально вверх.
По первому закону Ньютона тело двигается равномерно, если равнодействующая всех сил, действующих на него, равна 0.
По закону Стокса Fтр = 6πηrυ,
P = mg; m = pTV; P=pTVTg =4/3 πr3pTg
Радиус шарика можно измерить с помощью микроскопа с окулярным микрометром, скорость движения шарика можно определить по формуле V = s /t, измерив линейкой s, а секундомером - t. Метод довольно точен, используется в санитарии. В медицинской практике для определения коэффициента вязкости крови, спиномозговой жидкости и других биологических жидкостей пользуются методом капиллярного вискозиметра, основанный на законе Гагена-Пуазейля. Они установили, что объём жидкости, протекающей через поперечное сечение капилляра (R<1мм ) в единицу времени прямо пропорционален R4, dP/dl и обратно пропорционален η, коэффициент пропорциональности в системе СИ равен π/8.
Q=(πR4dP)/(8ηdl)
где dP/dl — градиент давления, dP — разность давлений в начале и в конце капилляра, dl — длина капилляра. При пропускании жидкостей через капилляры с одинаковым радиусом при одинаковом градиенте давления, получим:
V1/t = πR4/8η1dl объём 1 жидкости
V2/t = πR4/8η2dl объем 2 жидкости
Найдём относительную вязкость, поделив 1 выражение на 2.
η2/η1 = V1/V2 - формула Гагена-Пуазейля.
Вискозиметр состоит из двух пипеток - капилляров, укреплённых на общей подставке. Один капилляр имеет кран. Сначала втягивая воздух заполняют капилляр (б) стандартной жидкостью, как правило водой, до нулевого деления, закрывают кран и затем заполняют капилляр (а) исследуемой жидкостью до нулевого деления. Открыв кран, втягивают обе жидкости одновременно так, чтобы исследуемая жидкость дошла до деления.
Тогда число делений трубки (б) укажет относительную вякость. Зная η1, определим η2 по формуле:
η2 = η1V1
Преимущество и недостатки этого метода:
1. Позволяет измерять вязкость небольшого количества .жидкости;
2. Быстрота измерения (особенно для крови — быстро свёртывается);
3. Измерение вязкости непрозрачных жидкостей.
Недостаток — малая точность ввиду отсутствия стандарта. Течение жидкости называется ламинарным или слоистым, если поток жидкости представляет собой совокупность слоев, перемещающихся относительно друг друга без перемешивания. При некоторой высокой скорости течение становится турбулентным (вихревым), когда происходит перемешивание слоев жидкости. При турбулентном течении жидкости возрастают силы трения, а следовательно и работа по преодолению сил трения. Это течение жидкости сопровождается звуковым феноменом.
Скорость, при которой ламинарное течение переходит в турбулентное называется критической (υ кр.)
Величина этой скорости зависит от вязкости жидкости, радиуса трубки, плотности жидкости и состояния внутренней поверхности. Критическая скорость вычисляется по формуле:
υкр = (Rсеη)/pD
где η - вязкость жидкости, р - плотность, D - диаметр трубки. Безразмерная величина Rсе называется числом Рейнольдса. Для гладких трубок Rсе = 2300, для трубок с шероховатыми поверхностями эта величина меньше.