Сердце как механическая система
Сердце явл. осн. источником энергии обеспечив. движ-е крови в сосуд. системе. Оно переводит хим. энергию, заключённую в молекулах АТФ, ОБРаЗУЮЩИХСЯ В СЕРДЕЧНой МЫШЦе, в мех.работу, т.е. представляет собой хемоэлектромехан. насос. 2 половинки связаны кровен. сосудами. Сокращение сердечной мышцы создаёт разность давления в артериальной и венозной системе, благодаря чему возникает движ-е крови. Фаза сокращения сердца наз-ся систолой, фаза ослабления - диастолой. Работа за одно сокращение - работа на преодоление вязкости в сосудистой системе. Е1-Е2 =А, где А - работа сердца, Е1 - энергия аорты, Е2 - энергия вены. Объём крови, выбрасываемый сердцем в минуту наз-ся минутным объёмом кровотока, котор. равен систолическому объёму, умноженному на число сердечных сокращений в минуту. А=V•(?1+(?•??)/2), ? - разность между систолическим и диастолическим давлениями, ? - скорость изгнания крови из сердца, ? - плотность крови. Скорость и давление в аорте больше чем в вене. В малом круге кровообращения кровь встречает значительно меньшее сопротивление, чем в большом круге, следовательно, скорость большая, а плотность маленькая. Давление в правом желудочке равно 1/5 давления в левом желудочке. А=Аб.кр.+Ам.кр., А=6/5•?лев.жел.•V+?•??•V, ?=1,05•10? кгм?,V=580 мг, ?ср=0,5 мс. ?лев.жел=3990 Па, А=2,93Дж.
ОЦЕНКА РАБОТЫ И МОЩНОСТИ СЕРДЦА
Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сопротивления и сообщение крови кинетической энергии.
Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка.
Vу – ударный объем крови в виде цилиндра. Можно считать, что сердце поставляет этот объем по аорте сечением S на расстояние I при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа равна:
A1 = FI = pSI = pVy.
На сообщение кинетической энергии этому объему крови затрачена работа:
где р – плотность крови;
υ – скорость крови в аорте.
Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна:
Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении равна:
Эта формула справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма, но эти состояния отличаются разной скоростью кровотока. Физические основы химического метода измерения давления крови. Физический параметр – давление крови – играет большую роль в диагностике многих заболеваний.
Вопрос 18
Поверхностное натяжение, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз (размерность Дж/м2). Согласно другому определению, поверхностное натяжение – сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.
Коэффициент поверхн натяж определяется по формуле. Если обозначить длину границы поверхности жидкости l , силу поверхностного натяжения одной плёнки, действующей на этой границе, - F, то коэффициент поверхностного натяжения будет
Метод отрыва кольца.
На поверхность исследуемой жидкости помещают кольцо или рамку. Если жидкость смачивает кольцо, то силы поверхностного натяжения F1 и F2, действующие на его наружную и внутреннюю поверхности диаметрами D и d, направлены внутрь жидкости, как показано на рис.
и создают суммарную силу поверхностного натяжения, равную
Fп = σπ(D + d). (3)
Чтобы оторвать кольцо от поверхности жидкости, надо приложить направленную вверх силу F, которая скомпенсирует силу тяжести mg кольца и силу поверхностного натяжения Fп:
F = Fп + mg. (4)
Измерив с помощью динамометра или весов силу F отрыва кольца и зная его массу и размеры, из соотношений (3) и (3) получают выражение для коэффициента поверхностного натяжения жидкости:
σ = (F − mg)/(π(D + d)).
Сталагмометрический метод (метод счета капель).
Форма и размер капель, отрывающихся от конца капиллярной трубки, зависят не только от силы поверхностного натяжения, но и от диаметра трубки и плотности вытекающей жидкости. При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли постепенно растет. На рис.
Показан процесс образования капли.
Перед отрывом капли образуется шейка, диаметр d которой несколько меньше диаметра d1 капиллярной трубки. По окружности шейки капли действуют силы поверхностного натяжения, удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее. В момент отрыва капли она равна результирующей силе поверхностного натяжения Fн = πdσ:
πdσ = mg.
Отсюда следует, что, измеряя массу m одной капли и зная диаметр d шейки капли, можно вычислить коэффициент поверхностного натяжения:
σ = mg/(πd).
Массу одной капли определяют взвешиванием на аналитических весах определенного отсчитанного количества капель (отсюда и название метода) и последующего вычисления средней массы одной капли.
Смачивание и несмачивание
Молекулярные силы притяжения действуют также между молекулами жидкостей и твердого тела, которое с ней соприкасается; по значению силы притяжения зависят от природы как жидкостей, так и твердого тела. Если силы притяжения молекулы жидкости и молекул твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости (молекула м4 на рис 4.1) то прилежащие к твердому телу частицы жидкости пристают (прилипают ) к его поверхности. Это явление называется смачиванием, а жидкость - смачивающей .Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами жидкости, то жидкость называется несмачивающей.
КРАЕВОЙ УГОЛ
(угол смачивания), угол q, образуемый поверхностью тв. тела (или жидкости) и плоскостью, касательной к поверхности жидкости, граничащей с телом (рис.).
Равновесное значение q определяется тремя значениями поверхностного натяжения s на границах соприкасающихся фаз: cosq=(s32-s31)/s12 (индексы соответствуют границам раздела сред, обозначенных на рис. цифрами). Это выражение справедливо в отсутствии гистерезиса смачивания. К. у. определяет степень смачивания: для идеально смачиваемых поверхностей q=0, для несмачиваемых он может быть даже больше 90°.