I. Самостоятелна работа на студентите в извънаудиторно време.
Да изучавате теоретичния материал на урока, като използвате препоръчаната литература и тази разработка, съгласно следната логическа структура на учебния материал:
1. Концепцията за вътрешно триене или вискозитет на течността:
а) проява на вътрешно триене;
б) действието на силите на вътрешно триене, подчинени на уравнението на Нютон;
в) коефициент на вътрешно триене или вискозитет
– единици за вискозитет и тяхното съотношение;
2. Нютонови течности:
са свойствата на Нютоновата течност;
са примери за Нютонови течности.
3. Ненютонови течности:
а) концепцията за ненютонова течност
е свойство на ненютонова течност;
– примери за ненютонови течности;
б) кръвта като ненютонова течност;
в) влиянието на различни фактори върху вискозитета на кръвта
е градиентът на скоростта (скорост на срязване);
– обемна концентрация на еритроцитите.
4. Ламинарен флуиден поток:
а) концепцията за ламинарен поток;
б) графиката на разпределението на скоростите на течните слоеве при ламинарен поток;
в) математически запис и формулиране на закона на Поазей
- понятието хидравлично налягане.
5. Турбулентен поток:
а) понятието турбулентен поток;
б) физическия смисъл на числото на Рейнолдс;
c) Стойност на Рейнолдс в различни съдове.
6. Естеството на кръвния поток.
7. Методи за определяне на вискозитета на течност:
а) капилярен метод;
б) методът на падащата топка, основан на закона на Стокс;
в) метод на ротационна вискозиметрия;
г) клиничен метод за определяне на вискозитета на кръвта.
а) Медицински факултет:
- вискозитет на кръвта в нормални и патологични състояния;
- диагностична стойност на вискозитета на кръвта.
б)Факултет по педиатрия:
- вискозитет на кръвта при деца.
в) Стоматологичен факултет:
– лабораторни изследвания на вискозитета на слюнката.
Средства за самоподготовка на ученици в извънаудиторно време
1. Учебна и методическа литература
– Ремизов A.N. Медицинска и биологична физика / A.N. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. - М.: Дропла, 2007. - С. 113-129.
– Физика и биофизика / Ред. V.F. Антонова. - М.: GEOTAR-Media, 2008. - С. 319-329.
– Лекционен материал по раздел „Процеси на пренос в биологични системи. Биомеханика”.
– Ливенцев Н.М. Курс по физика. - М.: Висше училище, 1974. - С. 54-68.
– Блохин М.Е. Ръководство за лабораторна работа по медицинска и биологична физика: учебник / M.E. Блохин, И.А. Есаулова, Г.В. Мансуров. - М.: Дропла, 2001. - С. 63-76.
– Левтов В. А. Реология на кръвта. - М.: Медицина, 1982. - С. 75-80.
– Човешка физиология / Изд. Г.И. Косицки. - М.: Медицина, 1985. - С. 212.
2. Консултации на учители (ежеседмично по индивидуален график).
Теоретичен материал по темата на урока Вискозитет на течност
В истинска течност, поради взаимното привличане на молекулите, възниква вътрешно триене. Проявява се като съпротивителна сила при разбъркване на течност, предизвиква забавяне на скоростта на падащите тела в нея и др.
Явлението вътрешно триене или вискозитет може да се разглежда по следния начин. Нека два слоя течност, разделени на разстояние dx, имат скорости 1 и 2. От страната на слоя, който се движи по-бързо, слоят, който се движи по-бавно, се влияе от ускоряваща сила. Обратно, бързият слой се влияе от спирачна сила от бавния слой. Това е силата на вътрешното триене,насочена тангенциално към повърхността на слоя.
Нютон установи, че силата на вътрешно триене между два успоредни слоя течност, движещи се с различни скорости, е толкова по-голяма, колкото по-голяма е площта на контакт между слоевете и зависи от промяната в скоростта на потока на течността по време на прехода от слой към слой (уравнение на Нютон):
където η (eta) е коефициентът на вътрешно триене на вискозитета на течността;
тези. Вискозитетът е стойност, числено равна на силата на триене, която възниква, когато протича поток между два слоя течност, които са в контакт върху площ, равна на единица, с градиент на скоростта между тях също равен на 1.
Единицата SI за вискозитет епаскалсекунда(Pas = Ns/m 2 ). Извънсистемната единица за вискозитет епоаз(P) - 1 Pas = 10 P.
В медицинската практика се използва концепцията за относителен вискозитет ηrel, който се разбира като съотношението на вискозитета на дадена течност η към вискозитета на водата η0 при същата температура: ηrel = η / ηо. Тогава абсолютният вискозитет η (в поази) се изчислява по формулата η = 0,01ηотн., където 0,01 P е вискозитетът на водата при 20С.
За течности, чийто поток се подчинява на уравнението на Нютон, вискозитетът не зависи от градиента на скоростта. Такива течности се наричат нютонови. Те включват: вода, водни разтвори на неорганични соли, киселини, основи, глюкоза, захароза, органични разтворители (бензен, бензин, алкохол и др.), кръвна плазма, съдържаща 90-92% вода и 8-10% сухо вещество, главно протеини и соли. Вискозитетът на такива течности зависи само от естеството на течността и температурата. С повишаването на температурата вискозитетът намалява.Така при температура 20ºС вискозитетът на водата е 0,001 Pas, а при температура 40ºС е 0,00066 Pas, т.е. вискозитетът намалява с 1,5 пъти.
Течности, чийто вискозитет също зависи от режима на протичане - налягане и градиент на скоростта, се наричат ненютонови. Те включват разтвори на високомолекулни съединения, полимерни разтвори и дисперсни системи (суспензии и емулсии). От биологичните течности ненютоновите включват жлъчка, урина, кръв, която е суспензия от формирани елементи в протеинов разтвор - плазма.
Нормалният вискозитет на кръвта е (4,3-5,3)10 -3 Pas за мъжете и (3,9-4,9)10 -3 Pas за жените. Съответно относителният вискозитет е 4,3-5,3 за мъжете и 3,9-4,9 за жените, а при патология може да варира от 1,7 до 22,9. Относителният вискозитет на плазмата е 1,5-1,8.
Вискозитетът на кръвта се влияе от различни фактори: градиент на скоростта (скорост на срязване), температура, обемна концентрация на червени кръвни клетки и др.
1. Вискозитетът на кръвта зависи от градиента на скоростта (скорост на срязване). При малък градиент на скоростта, равен на 0,01 s–1, вискозитетът на кръвта е 0,8 Pas, което е повече от 130 пъти повече, отколкото при градиент на скорост от 100 s–1. При стойности на градиента на скоростта>100 s–1, промените във вискозитета не са толкова резки и след достигане на градиент на скоростта от порядъка на 200 s–1, вискозитетът е почти постоянен, доближавайки се до стойност, равна на около 4-510–3 Pas при нормални условия.
2. Вискозитетът на кръвта зависи от обемната концентрация на еритроцитите, с нейното увеличаване вискозитетът на кръвта се увеличава.
3. Плазменият вискозитет се увеличава с увеличаване на концентрацията на протеин.
4. Вискозитетът на кръвта зависи от температурата, която се дължи на молекулярно-кинетични процеси. Охлаждането на кръвта от 37°C до 10°C води до повишаваневискозитет около 2 пъти.
Има ламинарни и турбулентни потоци на реална течност. При ламинарен поток течността се разделя на молекулни слоеве, които се движат с различни скорости, без да се смесват и като че ли се плъзгат един спрямо друг.
Скоростта на молекулярните слоеве на течността се увеличава от пристенните слоеве към центъра на тръбата. Разпределението на скоростите върху слоевете течност в тръба с кръгло напречно сечение е показано на фигура 1, от която се вижда, че това разпределение има параболичен характер.
Ориз. 1. Разпределение на скоростта на течните слоеве в тръбното сечение
Поазей емпирично установи, че средната скорост (av) на ламинарния поток на течност през кръгла тръба с постоянно напречно сечение е право пропорционална на градиента на налягането (p1 - p2) / l, квадрата на радиуса на тръбата (R 2 ) и обратно пропорционална на вискозитета на течността (η):
където p1 и p2 са наляганията в началото и в края на тръба с дължина l. Средната скорост (av) на потока течност определя количеството течност (Q), протичаща през напречното сечение на тръбата (S) за единица време: Q = av S, където S = R 2 . Тогава
Този израз се наричаформула на Поазей. Формулата на Поазей може да бъде дадена и в следната форма:
Стойността на ω се нарича хидравлично съпротивление. Той е обратно пропорционален на четвъртата степен на радиуса, поради което рязко се увеличава с намаляване на радиуса на тръбата (съда).
Увеличаването на скоростта на потока на вискозна течност поради нееднородността на налягането в напречното сечение на тръбата създава завихряне и движението става вихрово илитурбулентно.
При турбулентен поток скоростта на частиците на всяко място се променя непрекъснато и хаотично. Първите научни наблюдения на турбулентния поток са били експериментианглийският учен Рейнолдс. През 1883 г. той открива съществуването на критична стойност на числото на Рейнолдс - Recrit.=2300. С Re Recrit. потокът става турбулентен.
По този начин характерът на потока на течността се определя от числото на Рейнолдс, което зависи от свойствата на течността, нейния дебит, размерите на тръбата (съда) и вискозитета на течността.
където е плътността на течността, е скоростта на потока, D е диаметърът на тръбата, η е вискозитетът на течността.
Използвайки тази формула, можете да изчислите стойността на числото на Рейнолдс за кръвта, докато се движи в различни човешки съдове.
Таблица 1 от раздела "Приложение" показва основните параметри на движението на кръвта в човешките съдове, включително стойността на числото на Рейнолдс.
Проследявайки промяната в параметрите по съдовото легло, трябва да се отбележат две важни обстоятелства: рязко намаляване на числото на Рейнолдс в малките съдове и увеличаване, до артериолите, на изместване на скоростта (градиент на скоростта) в артериалното легло. Малки скорости на срязване (градиенти на скоростта) се срещат само във вените, с изключение на най-големите.
Данните за числата на Рейнолдс, характерни за кръвоносните съдове, показват, че турбулентността е възможна само в началото на аортата и в разклоненията на големите съдове.
Потокът на кръвта в повечето съдове на кръвоносната система при нормални условия е ламинарен. Тя може да се превърне в турбулентна, ако тези условия са нарушени. Например, с рязко стесняване на лумена на съда. Подобни явления могат да възникнат например при непълно отваряне или, обратно, при непълно затваряне на сърдечните клапи. Това произвежда звуци, наречени сърдечни шумове.
Слушане на звуците, придружаващи турбулентния поток по време на преминаването на кръвта през изкуствено компресирана артерия,използвани при измерване на кръвното налягане.