Шпаргалка: Ответы по курсу физики
Гидродинамика – раздел механики, изучающ дв-ие
несжимаемой жидкости и её взаимодейств с окружающ твёрдыми телами. Идеальная
жидкость – несжимаемая жидкость, плотность которой во всех точках потока
остаётся постоянной; не вязкая жидкость, пренебрегают трением слоёв жидкости. Линия,
касательная, в каждой точке, которая указывает направлен скорости жидкости в
этой точке наз.–линией тока. Линии тока не пересек-ся между собой. Если
вектор скорости остаётся постоянным в кажд точке пространства, то такое течение
наз-ся стационарным. Часть жидкости, ограниченная линиями тока наз. – трубкой
тока.
S1V1=S2V2 - Ур-ние неразрывности потока
– для данной трубки тока произведение площади поперечного сечения трубы на
скорость течения жидкости есть величина постоянная. Ур-ние Бернулли
(закон сохранения энергии для жидкости).
Физич величина,
определяемая нормальной силой, действующ со стороны жидкости на единицу площади
наз – давлением. 1Па = давлению, создаваемому силой в 1Н равномерно
распределяющемуся на поверхности площадью 1м² перпендикулярно к ней. (gύ²1/2)+gqh1+p1=(gύ²2/2)+gqh2+p2 gύ²/2– удельная кинетическ энергия или гидродинамическ
давление, обусловленное скоростью жидкости. gqh- удельная потенциальн энергия или гидростатическ
давление, или весовое давление, обусловленное высотой подъёма жидкости. p- статическое давление, обусловленное
внешними силами.
Полное давление, равное
сумме гидродинамического, весового, статического давлений в любой части потока
есть величина постоянная. Существуют приборы, которые работают на основе
Бернулли. Пульверизатор, водоструйный насос. Пульверизатор состоит из
вертикальной трубки и горизонтального сопла. Вертикальная трубка опущена в
жидкость, а по соплу подувают воздух. Давление в струе воздуха, протекающего
над отверстием трубки, меньше атмосферного. Поэтому атмосферное давление
заставляет жидкость подниматься по вертикальной трубке. Попадая в струю
воздуха, жидкость распыляется. Для увеличения эффективности пульверизатора
сечение конца сопла делают меньше сечения остальной его части, вследствие чего
скорость потока воздуха на выходе из сопла увелич-ся и всасывающее действие
струи воздуха возрастает. Водоструйный насос – резервуар, в который
впаяны 2 трубки. В 1-ю трубку под давлением протекает вода, попадая во 2-ю
трубку. В суженой части 1-й трубки давление понижается и становится меньше атмосферного.
Поэтому в резервуаре создаётся разряжение. Трубку присоединяют к резервуару,
который идёт в сосуд, из которого необходимо откачать воздух. Насос служит для
получения небольших разряжений.
№ 2.
Течение вязкой жидкости. Уравнение Ньютона и Пуазейля
При течении реальной
жидкости отдельные её слои движутся с разной скоростью, взаимодействуя друг с
другом силами, касательными к слоям жидкости, которые препятствуют перемещению
одной части жидкости относительно другой. Это явление наз-ся внутренним
трением или вязкостью.
Проявление сил внутреннего
трения объясняется разной скоростью слоёв и тепловым движением молекул. Перепад
скорости по оси х перпендикулярно движению жидкости наз.- градиентом
скорости по оси х. Градиент скорости показывает, как быстро меняется
скорость при переходе от слоя к слою по направлению х перпендик. направл.
слоёв. Закон Ньютона для вязкой жидкости: F- градиент скорости; dv/dx-
градиент скорости по оси х; S- рассматриваемая площадь поверхности слоёв; -
коэффициент пропорциональности, который зависит от рода жидкости и наз.- динамической
жидкостью. Знак «-» показывает, что сила вязкого трения направлена против
скорости жидкости. =1ПА*С – динамическая вязкость среды, в которой при
ламинарном течении и градиенте скорости с модулем 1м/сна 1м возникает сила
внутреннего трения в 1н на 1м^2 поверхности касания слоёв. Бывают жидкости: ньютоновскими
- если коэффициент вязкости зависит от температ. и не зависит от
градиента скорости и перепада давления в сосуде, то жидкость ньютоновская. Неньютоновская
- если коэффициент вязкости зависит от градиента скорости и перепада
давления в сосуде, то жидкость неньютоновская. Кровь – неньютоновская жидкость
– это вязкая жидкость, суспензия красного цвета, состоящая из плазмы и
содержащихся в ней кровяных телец. Ур-ие Пуазейля: R-радиус трубы, - коэффициент
вязкости; - градиент давления по длине трубы. гидравлическое сопротивление. Чем
больше гидравлическое сопротивление, тем меньше расход жидкости.
№ 3.
Ламинарное и турбулентное течение. Методы измерения давления крови
Сущ-ют 2 режима движения
жидкости. Течение вязкой жидкости может быть ламинарным или турбулентным. Ламинарное
движение – течение жидкости, при котором отсутствует перемешивание
соседних слоёв потока. Оно стационарное. Для него справедливо ур-ние Бернулли и
Пуазейля. Причиной того, что слои жидкости не перемешив-ся, явл-ся разница
между скоростями слоёв жидкости в соответствии с законами Бернулли. Между
слоями возникает разность давлений, и частицы жидкости переходят из слоёв, где
давление больше, в слои, где давление меньше. Ламинарное течение энергетически
более выгодно. Турбулентное движение – не стационарное, в кажд. точке
скорость меняется, сопровождается звуковым сигналом. При увеличении градиента
скорости и самой скорости возникают большие поперечные перепады давления, слои
жидкости завихряются. Число Ренольса: Re = (ρ·ύср·d)/ή , где ρ.– плотность жидкости, ύср – средняя скорость жидкости по
трубе, d – диаметр трубы, ή –
коэффициент вязкости. Если число Ренольса < 1000, то движение ламинарное,
если > 1000, но < 2000, то переход от ламинарного к турбулентному, если
> 2000, то турбулентное движение. Методы измерен давления крови: 1) непосредственный
– связан с потерей крови и болевыми ощущениями. При этом у животных артерию обнажают,
надрезают и в разрез вводят изогнутую трубку (канюлю), представляющ. собой трубку
Пито. Её соединяют с манометром, позволяющим вычерчивать кривую изменения
давления крови в артерии. 2) манжетный – основан на прослушивании шумов,
создаваемых пульсовыми волнами. 3) эффект Доплера – под манжетку на
поверхность тела накладывают излучатель и приёмник ультразвука. На артерию
направляют ультразвуковую волну. Когда давление в манжете становится меньше
систолического, артерия разжимается и стенки её начинают двигаться, и при
отражении ультразвуковой волны от движущейся стенки происходит изменение
частоты ультразвука (эффект Доплера), который воспринимается спец прибором.
Давление в манжете после эффекта Доплера соответствует диастолическому
давлению. 4) электронные измерители давления.
№ 4. Сила
Стокса. Методы измерения коэффициента вязкости методом Стокса и капиллярного
вискозиметра
Метод Стокса: для более вязких жидкостей
используют вискозиметры, основанные на измерении скорости падения в жидкости
маленьких шариков. Закон Стокса: сила сопротивления Fс (сила Стокса), действующая на шарик
при движении его с небольшой скорости в неограниченной вязкой жидкости (при
большом удалении его от стенок сосудов), пропорциональна радиусу шарика,
коэффициенту вязкости шарика R и
скорости движения шарика Fc=6πήRύ. Пусть
в жидкости падает шарик массой m. На
него действуют сила тяжести mg=ρVg=(4/3)πR³ρg
(ρ-плотность материала шарика), выталкивающая архимедова сила Fа=ρжVg=(4/3) πR³ρжg (ρж-плотность жидкости), сила Стокса, под действием
которых шарик приобретает ускорение ma=mg-Fа-Fс. По мере
падения шарика скорость его возрастает, что приводит к возрастанию силы Стокса.
Через определённое время шарик достигает такой скорости, при которой его
ускорение делается равным нулю и движение шарика становится равномерным. mg=Fa+Fc, или 4/3πR³g (ρ-ρж)= 6πήRύ. Отсюда коэффициент вязкости: ή=2/9·((ρ-ρж)/ύ)·gR². Метод капиллярного вискозиметра: в
основе его закон Гагена-Паузейля. Вискозиметр представляет собой U-образную трубку, одно из колен
которой имеет капилляр, чтобы поток жидкости в нём был ламинарным. Определённый
объём исследуемой жидкости вливают в широкое колено прибора, а затем с помощью
груши засасывают жидкость через колено с капилляром так, чтобы уровень жидкости
поднялся выше отметки А. Затем, убрав грушу, наблюдают за движением жидкости в
этом колене. Когда уровень её проходит через отметку А, включают секундомер, а
когда жидкость проходит через отметку Б, секундомер выключают. Так узнают время
t движения фиксированного объёма
жидкости V через капилляр. Движение происходит
под действием гидростатического давления p1-p2=ρgh, h-разность уровней жидкости в двух коленах прибора. Коэффициент
вязкости исследуемой жидкости:
№ 5.
Физические закономерности движения крови в сосудистой системе. Атеросклероз.
Пульсовая волна
Гемодинамика – раздел биофизики, использующий
законы гидродинамики для описания движения крови в сердечнососудистой системе.
Сечение капилляров в 800 р больше, чем сечение аорты. Скорость в капиллярах в
1000р меньше, чем в аортах. Вся жизнедеятельность человека проходит через
капилляры. Аорта и артерия имеют эластичные стенки из коллагенов. Выходя из
аорты, кровь движется далее по разветвляющимся элементам кровеносной системы и,
попадая в капилляры, выполняет свою основную ф-ю – снабжает кислородом кл
тканей и забирают от них продукты метаболизма. Часть кинетической энергии
жидкости переходит в потенциальную энергию упругих деформированных стенок,
далее пульсация прекращается, клапан закрыт. Но внутренние стенки гонят кровь.
Часть потенциальной энергии стенок тратятся на передвижение жидкости,
т.е.переходит в кинетическую энергию, а часть переходит в потенциальную энергию
соседних деформированных участков трубы. Деформация стенок распространяется
вдоль сосуда и образует пульсовую волну. Скорость пульсовой волны - E – модуль Юнга для материала, из
которого сделана труба; D и d –её внешний и внутренний диаметр; p – плотность жидкости в трубе.
Скорость волны не связана со скорость крови. Скорость пульсовой волны = 10м/с
больше скорости крови. Атеросклероз – утолщение или уплотнение стенок
артерий, что ведёт к потере эластичности и сужению просвета, а это в свою
очередь к нарушению равномерности потока крови, ухудшению снабжения питательных
вещ-в кл. т.к.расход крови должен оставаться постоянным, то с уменьшением
радиуса сосуда растёт давление, что приводит к гипертонии. В нормальных усл.
течение крови ламинарное, оно может переходит в турбилярное при нарушении.
Например: сужение сосудов, при не полном открытии или закрытии клапанов сердца,
появление сердечных шумов, сильных ударов при прослушивании. При ламинарном
течении шумов нат.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 |