Wykład 2 czyli O pompce i czarnych kotach
advertisement
Lepkość cieczy Wykład 2 czyli O pompce i czarnych kotach Przepływ laminarny • Przepływ laminarny: warstwy cieczy poruszają się równolegle do osi naczynia. • Liczba Reynoldsa (Re) • Prędkość krytyczna (vk) • Przepływ jest laminarny gdy Re<2300 Re = ρdυ η υk = Re k η ρd Prawo ciągłości strumienia • Ciecz nieściśliwa przepływa przez rurę o zmieniającej się średnicy (polu przekroju) • Rura nie ma bocznych odpływów więc objętość przepływającej cieczy jest jednakowa w każdym miejscu rury • Zmniejszenie pola przekroju rury oznacza wzrost prędkości przepływu S1υ1 = S 2υ 2 • Lepkość (tarcie wewnętrzne) występuje dzięki oddziaływaniu pomiędzy warstwami cieczy • Równanie Newtona: F = ηS ∆υ ∆x • Ciecze stosujące się do tego prawa nazywamy newtonowskimi. • Krew nie jest cieczą newtonowską ∆E n • Lepkość zależy od η = ⋅ kT B e temperatury • Lepkość krwi zależy od hematokrytu Przepływ burzliwy (turbulentny) • Przepływ burzliwy: poszczególne warstwy cieczy mają prędkości nie równoległe do siebie • Przepływ jest burzliwy gdy Re>3000 • W przepływie występują zawirowania • Dla wody płynącej przez naczynie o średnicy 2.3 cm przepływ staje się burzliwy gdy v>0.1 m/s Układ krwionośny • Krążenie płucne (małe) • Krążenie obwodowe (duże) • Ciśnienie tętnicze 120-70 mm Hg (średnia 100 mm Hg) • Ciśnienie żylne 22-8 mm Hg (średnia 10-15 mm Hg) • Przepływ krwi „napędza” różnica ciśnień pomiędzy tętnicami i żyłami (ok. 90 mm Hg) • Rola ciśnienia hydrostatycznego: w rejonie stóp +100 mm Hg, w rejonie głowy –30 mm Hg (żylaki i omdlenia). • Efekt hydrostatyczny nie ma wpływu na krążenie. 1 Układ krwionośny • Szybkość przepływu krwi w czasie wyrzutu z lewej komory osiąga wartość do 140 cm/s (w aorcie wstępującej – przepływ turbulentny) • W miarę oddalania się od serca krew zaczyna płynąć bardziej równomiernie (przepływ ciągły i laminarny w tętniczkach) Opór naczyniowy Zakładając, że przepływ krwi w naczyniu jest laminarny można założyć, że objętość krwi (Q) przepływająca przez przekrój poprzeczny naczynia jest proporcjonalna do panującej różnicy ciśnień (∆p). πR 4 ∆p 8ηl ∆p Q= Rlep Układ krwionośny Naczynie Średnia Prędkość [cm/s] Rlep Opór lepki Rlep w przypadku naczyń krwionośnych nazywamy też oporem hemodynamicznym (naczyniowym). Własności sprężyste naczyń krwionośnych • Naczynia krwionośne są sprężyste a ich moduł sprężystości zależy od naprężenia i szybkości zmian ciśnienia krwi. • Wzrost modułu sprężystości wraz ze wzrostem naprężenia zapobiega nadmiernemu rozszerzaniu naczyń. • Rozszerzanie się naczyń zmienia opór naczyniowy. • Różna rola tętnic (powietrznia) i żył (zbiornik) • Rola mięśni gładkich naczyń Średnie ciśnienie [mm Hg] Aorta 20 4 100 Tętnice 10-15 6.4 95 Tętniczki 0.2-0.3 320 35-70 Naczynia włosowate 0.03 2700 15-35 Żyłki 0.5-1 100 10-20 Żyły 5-15 8 15 Żyła główna 10-16 6 10 Serce jako pompa • Praca wykonywana przez mięśnie serca zużywana jest na przepompowanie pewnej objętości krwi (∆V) oraz na nadanie tej objętości pewnej prędkości (v). Q= 8ηl = 4 πR Łączne pole przekroju [cm2] W = p ∆V + 1 ρυ 2 ∆V 2 • Dla komory lewej WL= 0.924+0.006 [J/skurcz] • Dla komory prawej WP= 0.139+0.006 [J/skurcz] • Całkowita moc serca P = 1.4 [W] Fala tętna • Ze względu na sprężystość naczyń krew wtłaczana do aorty i tętnic powoduje ich rozszerzanie. • Odkształcenie przesuwa się wzdłuż tętnic – powstaje fala tętna. • Prędkość fali tętna (5-8 m/s) jest większa od prędkości krwi (0.5 m/s). • Długość fali tętna wynosi ok. 4 m. υ= Eh 2 ρr E – moduł Younga ścian naczynia h – grubość ściany naczynia ρ – gęstość r – promień przekroju 2 Oko: budowa i układ optyczny • Podstawowymi elementami układu optycznego oka są: rogówka, soczewka, siatkówka. • Akomodacja oka (dzięki zmianie promienia krzywizny soczewki) pozwala na ostre widzenie przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach. Budowa siatkówki – komórki receptorowe • Rodopsyna jest umieszczona jest w błonach dysków znajdujących się w segmencie zewnętrznym pręcika. • Rodopsyna składa się z białka opsyny oraz 11-cis retinalu. • W szeregu procesów zachodzących w komórce receptorowej po pochłonięciu kwantu promieniowania (kaskada pobudzenia) dochodzi do zamiany informacji niesionej przez padające promieniowanie na zmianę potencjału błony komórki. • Informacja jest kodowana przez częstotliwość wyładowań Budowa siatkówki • Warstwa fotoreceptorowa siatkówki składa się z pręcików i trzech rodzajów czopków (zielone, czerwone, niebieskie). • Komórki fotoreceptorowe połączone są siecią komórek z nerwem wzrokowym. • Rozłożenie poszczególnych rodzajów komórek nie jest równomierne: w dołku środkowym występują wyłącznie czopki, pręciki występują na obwodzie dołka i w części środkowej siatkówki. Widzenie barwne • Poszczególne rodzaje czopków różnią się wrażliwością na różne długości fali. • Widzenie barwne wynika z odpowiedniego nałożenia wrażeń pochodzących od poszczególnych barw podstawowych (czerwonej, zielonej, niebieskiej). Widzenie przestrzenne (stereoskopowe) • Widzenie przestrzenne występuje dzięki tworzeniu obrazu w mózgu na podstawie informacji pochodzących z pary oczu. 3
