Материал: kompendium_po_fizike

36

выбросом

крови

из

левого

желудочка

в

период

систолы

.

Кинетическая

энергия

выбрасываемой

из

сердца

крови

частично

переходит

в

потенциальную

энергию

упругой

деформации

стенок

аорты

и

крупных

артерий

. 

При

диастоле

проходит

обратный

процесс

 – 

потенциальная

энергия

деформированных

артерий

трансформируется

в

кинетическую

энергию

крови

. 

Эластичные

кровеносные

сосуды

способствуют

дальнейшему

продвижению

крови

по

сосудам

до

следующего

выброса

крови

сердцем

. 

Скорость

распространения

пульсовой

волны

в

крупных

кровеносных

сосудах

определяется

по

формуле

Моенса

-

Кортевега

:

Eh

v

d





, 

где

Е

 – 

модуль

упругости

, 

ρ

 – 

плотность

вещества

сосуда

, 

h

 – 

толщина

стенки

сосуда

, 

d

 – 

диаметр

сосуда

. 

С

увеличением

жесткости

сосуда

и

увеличением

толщины

его

стенки

скорость

пульсовой

волны

возрастает

. 

В

аорте

она

равна

 4-6 

м

/

с

, 

в

артериях

мышечного

типа

 – 8-12 

м

/

с

. 

Скорость

распространения

пульсовой

волны

намного

больше

линейной

скорости

кровотока

, 

которая

в

покое

не

превышает

 0,5 

м

/

с

. 

С

возрастом

снижается

эластичность

сосудов

  (

модуль

упругости

растет

) 

и

скорость

пульсовой

волны

возрастает

в

 2-3 

раза

. 

Она

растет

и

с

увеличением

давления

. 

При

повышенном

давлении

сосуд

несколько

растягивается

, 

становится

более

«

напряженным

», 

и

для

его

дальнейшего

растяжения

требуется

большее

усилие

. 

7. 

Распределение

давления

и

скорости

течения

крови

в

системе

кровообращения

. 

Некоторые

методы

определения

давления

и

скорости

крови

: 

Короткова

-

Рива

-

Роччи

, 

электромагнитный

, 

на

эффекте

Доплера

Кровеносная

система

человека

 – 

это

сложная

замкнутая

система

эластичных

трубок

разного

диаметра

  (

аорта

, 

артерии

, 

артериолы

, 

капилляры

, 

венулы

, 

вены

). 

Скорость

кровотока

в

разных

сосудах

различна

. 

Ориентировочные

значения

этой

скорости

представлены

в

таблице

  1. 

Противоречия

уравнению

37

неразрывности

здесь

нет

: 

в

тонких

капиллярах

скорость

кровотока

меньше

, 

чем

в

артериях

, 

т

.

к

. 

по

мере

разветвления

сосудов

площадь

каждого

из

них

уменьшается

, 

а

суммарная

площадь

разветвления

возрастает

. 

Сосуды

Диаметр

, 

мм Средняя

скорость

, 

см

/

с

Давление

, 

мм

рт

.

ст

. 

Аорта

 20 

30-50 

50-150 

Артерии

 10-5 

20-50 

80-20 

Артериолы

 0,1-0,5 

1-20 

50-20 

Капилляры

 0,5-0,01 

0,01-0,05 

20-10 

Венулы

 0,1-0,2 

0,1-1,0 

10-5 

Вены

 10-30 

10-20 

(–5)-(+5) 

Таблица

 1. 

Скорость

и

давление

крови

в

разных

сосудах

В

сосудах

постоянного

сечения

давление

падает

пропорционально

длине

l

, 

а

в

сосудах

переменного

сечения

давление

падает

более

круто

на

участках

с

меньшим

сечением

. 

Падение

давления

зависит

от

гидравлического

сопротивления

. 

По

мере

разветвления

сосудов

  (

артерии

-

артериолы

-

капилляры

) 

кровеносной

системы

полное

сечение

кровотока

увеличивается

, 

но

гидравлическое

сопротивление

при

этом

высокое

  (

благодаря

уменьшению

радиусов

сосудов

). 

Поэтому

значительное

падение

давления

 (

до

 70%) 

приходится

на

мелкие

сосуды

. 

8. 

Работа

и

мощность

сердца

, 

их

количественные

оценки

Работа

, 

совершаемая

сердцем

, 

складывается

из

работы

при

сокращении

желудочков

  (

в

основном

левого

, 

работа

правого

принимается

 0,15-0,2 

от

работы

левого

). 

При

каждом

сокращении

левого

желудочка

затрачивается

работа

на

сообщение

объему

выталкиваемой

крови

энергии

, 

необходимой

для

его

продвижения

по

всей

сосудистой

системе

. 

Эта

энергия

состоит

из

потенциальной

энергии

давления

, 

которое

должно

быть

создано

вначале

для

преодоления

сопротивления

движению

крови

по

всей

сосудистой

системе

, 

и

кинетической

энергии

для

сообщения

массе

крови

необходимой

скорости

движения

. 

38

Работа

сердца

за

одно

сокращение

определяется

по

формуле

: 



















2

2

,

1

2

v

V

PV

A

y

y



, 

где

V

y

 – 

ударный

объем

крови

, 

Р

 – 

давление

крови

в

аорте

, 

v

- 

линейная

скорость

крови

, 

ρ

 – 

плотность

крови

. 

В

покое

работа

сердца

составляет

примерно

 1 

Дж

, 

тогда

за

сутки

работа

составит

около

 86400 

Дж

. 

Средняя

мощность

сердца

за

одно

сокращение

 3,3 

Вт

. 

39

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ

ЯВЛЕНИЯ

В

ЖИДКОСТИ

1. 

Особенности

молекулярного

строения

жидкостей

Жидкости

по

своему

строению

занимают

промежуточное

положение

между

газами

и

твердыми

телами

. 

В

газах

силы

отталкивания

между

частицами

значительно

превосходят

силы

притяжения

между

ними

, 

в

твердых

телах

силы

притяжения

значительно

преобладают

над

силами

отталкивания

, 

в

жидкостях

силы

притяжения

преобладают

над

силами

отталкивания

, 

однако

даже

при

незначительном

изменении

расстояния

между

частицами

жидкости

резко

возрастает

противодействие

этому

изменению

. 

В

силу

изложенного

выше

, 

жидкости

сохраняют

, 

подобно

твердым

телам

, 

свой

объём

, 

но

, 

подобно

газам

, 

не

сохраняют

форму

. 

В

газах

частицы

совершат

постоянное

поступательное

движение

и

не

имеют

положения

равновесия

, 

в

твердых

телах

частицы

совершают

колебания

около

фиксированных

положений

равновесия

. 

В

жидкостях

же

частицы

совершают

колебания

возле

положений

равновесия

, 

однако

эти

положения

равновесия

меняются

через

некоторое

время

, 

которое

называется

временем

оседлой

жизни

0



. 

Расстояние

между

положениями

равновесия

равно

среднему

расстоянию

между

молекулами

, 

которое

определяется

по

формуле

3

/

1

n





  (

для

воды

, 

например

, 

м

10

10







). 

Среднее

время

оседлой

жизни

молекул

жидкости

называют

временем

релаксации



. 

Повышение

температуры

, 

уменьшение

давления

снижают

время

оседлой

жизни

, 

увеличивают

частоту

перескоков

молекул

и

расстояние

между

молекулами

 – 

всё

это

происходит

из

-

за

молекулярно

-

теплового

движения

. 

2. 

Поверхностное

натяжение

, 

единицы

измерения

коэффициента

поверхностного

натяжения

Рассмотрим

силы

, 

действующие

на

молекулу

в

объёме

жидкости

: 

так

как

между

молекулами

действуют

силы

притяжения

, 

то

такая

молекула

будет

притягиваться

соседними

, 

и

40

равнодействующая

сил

, 

действующих

на

молекулу

, 

будет

равна

0. 

А

вот

равнодействующая

сил

, 

действующих

на

молекулу

на

поверхности

, 

будет

отлична

от

 0 

и

направлена

вглубь

жидкости

. 

Под

действием

этой

равнодействующей

молекула

будет

втягиваться

вглубь

жидкости

, 

поверхностный

слой

жидкости

будет

образовывать

плёнку

, 

оказывающую

дополнительное

давление

на

поверхность

жидкости

. 

Это

явление

называется

поверхностным

натяжением

. 

Силы

, 

действующие

со

стороны

объёма

жидкости

на

её

поверхность

, 

стремящиеся

её

сократить

и

направленные

по

касательной

к

этой

поверхности

, 

называются

силами

поверхностного

натяжения

. 

Величина

поверхностного

натяжения

характеризуется

коэффициентом

поверхностного

натяжения



. 

Он

может

быть

вычислен

по

формуле

: 

l

F





,  

где

F

 – 

сумма

сил

поверхностного

натяжения

, 

действующих

вдоль

контура

поверхности

длиной

l

. 

Также

может

использоваться

следующая

формула

: 

S

A





,  

где

A

 – 

работа

, 

затраченная

на

создание

поверхности

площадью

S

. 

Измеряется



в









м

Н

или

в









2

м

Дж

 – 

в

СИ

, 

и

в









см

Дин

или

в









2

см

Эрг

 – 

в

СГС

. 

Из

последней

формулы

следует

, 

что

минимальная

работа

, 

затраченная

жидкостью

на

создание

поверхности

, 

будет

обеспечиваться

минимальной

площадью

этой

поверхности

, 

поэтому

свободная

поверхность

жидкости

будет

стремиться

обрести

сферическую

форму

  (

сфера

имеет

минимальную

площадь

поверхности

при

данном

объёме

). 

3. 

Явления

смачивания

и

несмачивания

. 

Капиллярные

явления

. 

Давление

Лапласа

. 

Газовая

эмболия

На

границе

  «

жидкость

-

твердое

тело

» 

или

  «

жидкость

-