Работа № 4: изучение влияния давления на поток жидкости

 

Разность давления между двумя концами кровеносного сосуда – движущая сила потока крови. Наша экспериментальная установка может изменять давление в оказывает левой емкости, таким образом обеспечивая движущую силу, которая продвигает жидкость через трубку к правой емкости. Вы исследуете эффект изменения давления на жидкость, измеряя жидкость в правой емкости.

Ход работы:

1. Установить стартовые условия следующим образом:

• Давление - 25 мм

• радиус трубы потока - 5.0 мм

• вязкость - 3.5

• длина трубы потока - 50 мм

2. Щелкнуть набором данныхдавления Pressure в таблице собрания данных. (Это действие готовит экспериментальную сетка к регистрации результатов этого эксперимента)

3.Снова наполните (Refill) левую мензурку, если Вы уже не сделали этого.

4. Щелкнуть Start, чтобы начать эксперимент. После того, как вся жидкость продвинулась в правую емкость, щелкните Record Data, чтобы делать запись этих данных. Щелкните Refill, чтобы снова наполнить покинутую емкость.

5. Увеличьте на 25 мм давление движения, щелкая кнопку (+) рядом с окном давления и повторяйте ступень 4 до максимального давления (225 мм).

Оцените результаты эксперимента:

 

МЕХАНИКА НАСОСНОЙ ФУНКЦИИ СЕРДЦА

 

В человеческом теле сердце сокращается приблизительно 70 раз в минуту. Цикл деятельности сердца состоит из периода наполнения, в течение которого кровь перемещается в полости сердца, и периода изгнания, когда кровь активно накачивается в большие артерии. Сердечные полости заполняются в течение диастолы (расслабления сердца) и выбрасываются в артерии в течение систолы (сокращения сердце). Отрезок времени, когда сердце расслаблено, определяет количество крови в полостях сердца в конце фазы наполнения. До определенного пункта увеличение времени заполнения желудочков приводит к увеличению объема желудочков. Объем желудочков в конце диастолы, как раз перед сердечным сокращением, называется конечным диастолическим объемом, или EDV.

Кровь перемещается от сердца в артериальную систему, когда систолическое давление выше остаточного давления (от предыдущей систолы) в аорте. Хотя желудочковое сокращение приводит к изгнанию крови, сердце не запустевает полностью. Небольшое количество крови (конечный систолический объем, или ESV) остается в желудочках в конце систолы.

Поскольку кислородный запрос тканей тела изменяется в зависимости от уровня деятельности, минутный объем крови (количество крови, накачанное каждым желудочком в минуту), соответственно изменяется. Мы можем вычислить ударный объем УОС (количество крови, накачанной в сокращение каждого желудочка), отняв от конечного диастолического объема конечный систолический объем (УОС = EDV–ESV). После этого мы можем вычислить минутную сердечную продукцию (МОК), умножая ударный объем на частоту сердцебиений (МОК = УОЧ х ЧСС)

Человеческое сердце - сложный четырехкамерный орган, состоящий из двух отдельных насосов (правого и левого), связанных вместе последовательно. Правое сердце качает кровь через легкие в левое сердце, которое в свою очередь поставляет кровь к системам тела. Затем кровь возвращается к правому сердцу и заканчивает свой кругооборот.

Используя часть 2 программы «Механика насосной функции сердца», Вы можете исследовать действие простого однокамерного насоса, и применить физические понятия, полученный при моделировании, к действию любого из двух насосов человеческого сердца.

В этом эксперименте Вы можете изменять начальный и конечный объем насоса (диастолический - EDV и систолический - ESV соответственно), изменяя давление, сопротивление и диаметры труб потока, втекающих и вытекающих из емкости насоса, и моделировать условия работы как левого, так и правого желудочков сердца. Например, вообразите, что труба потока, ведущая к насосу слева представляет легочные вены, в то время как труба потока, переходящая к насосу направо представляет аорту. Насос тогда представил бы левую сторону сердца.

Ход исследования.

Выберите Механику Насоса (Pump Mechanics) из меню эксперимента.

Оборудование для этого эксперимента станет видимым. Как и в предыдущем эксперименте, есть два моделируемых электронных блоки управления на экране компьютера. Верхний аппарат- блок управления оборудованием, который используется, чтобы регулировать параметры. Нижний аппарат – блок сбора данных, в котором вы будете делать запись результатов эксперимента.

Это оборудование немного отличается от того, которое использовалось в предыдущем эксперименте.

Есть две емкости: исходная емкость слева и емкость предназначения справа. Давление в каждой емкости индивидуально управляется датчиками давления на вершине емкостей. Между этими емкостями есть простой насос, который имитирует одну сторону сердца (например, левый желудочек). Левая емкость и входная труба представляют венозную сторону человеческого потока крови, в то время как артериальное обращение моделируется правой трубой потока и правой емкостью. Односторонние клапаны в трубах гарантируют движение жидкости в одном направлении — от левой емкости в насос, и затем в правую емкость. Если Вы воображаете, что насос представляет левый желудочек, думайте о клапане налево от насоса как митральный клапан и клапан направо от насоса как аортальный полулунный клапан. Насос развивает давление, установленное на его вершине.

Рис. 19. Модельная установка для изучения насосной функции сердца.

 

Важное различие между давлением насоса и давлением в емкостях заключается в том, что насос развивает давление лишь в течение его движения вниз. Вверх насос возвращает давление от левой емкости (насос не проявляет никакого сопротивления, току жидкости от левой мензурки в течение заполнения насоса). Напротив, давление в правой емкости работает против давления насоса, что означает, что чистое давление, нагнетающее жидкость в правую емкость (рассчитывается автоматически), равно разнице между давлением насоса и давлением в правой емкости. Эта величина будет показана в таблице данных эксперимента как Pres. Dif. R.

Щелчок кнопкой Auto Pump запускает насос для выполнения цикла движений с числом, обозначенным в максимальном окне ударов. При щелчке кнопки Single насос осуществляет один удар. В течение эксперимента, параметры потока автоматически показываются, когда число ударов насоса 5 или большее.

Радиус каждой трубы потока индивидуально управляется щелком соответствующей кнопки. Щелкните плюс кнопки, чтобы увеличить радиус трубы потока или минус кнопки для уменьшения радиуса трубы потока.

Ударный объем насоса (количество жидкости, изгнанной при одном ударе) автоматически вычисляется, вычитанием его конечного объема от стартового объема. Вы можете регулировать стартовый и конечный объемы, и таким образом изменять ударный объем, щелкая плюс или минус на соответствующей кнопке в блоке управления оборудованием.

Таблица сбора данных делает запись результатов эксперимента.

Набор данных для первого эксперимента (Радиус, Rad. R), который представляет радиус правой трубы потока, выдвинут на первый план в окне Data Sets. Вы можете добавить или удалить установленные данные, щелкая соответствующей кнопкой направо отокна набора данных (Data Sets). Щелчок«Удалить набор данных »(Delete Data Set) сотрет все данные этого опыта. Кнопка Record Data в правом краю экрана автоматически активизирует запись после эксперимента. Когда щелкается кнопка « отчет данных» (Record Data) в таблицепоказываются параметры потока и они сохраняются в памяти компьютера. Щелчокна кнопке«удалить линию» (Delete Line) или на кнопке Clear Data Set стирает любые данные, которые Вы хотите удалить.

Не забываете делать запись данных, которые накапливаются в экспериментальной сетке ценностей внизу средней части экрана.