Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là bài giảng được biên soạn của giáo viên tại trường mình đang học ( ĐH Y Dược TP.HCM) . Bài giảng nói về cơ học chất lưu và sự vận chuyển của máu trong hệ tuần hoàn . Đảm bảo chất lượng nên mọi người cứ tham khảo thoải mái nhé . Chúc mọi người thành công.
GV: LÊ VĂN LỢI MỤC TIÊU Trình bày định luật tĩnh học chất lưu Trình bày nội dung , ý nghĩa phương trình liên tục – phương trình Bernoulli ứng dụng Hiểu nội dung phương trình Poiseuille , ảnh hưởng độ nhớt đến chuyển động chất lỏng thực Giải thích quy luật chuyển động máu thể NỘI DUNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TĨNH HỌC CHẤT LƯU ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƯU LÝ TƯỞNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƯU THỰC CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁU TRONG HỆ TUẦN HOÀN I/ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1- Chất lưu Là chất chảy ( bao gồm chất lỏng chất khí ) Chất lưu lý tưởng : Là chất lưu hòan tòan không nén (bảo toàn thể tích) lực ma sát nhớt 2- Khối lượng riêng áp suất : - Khối lượng riêng ρ:(môi trường liên tục) Khối lượng riêng chất lưu điểm M : dm ρ = dV đồng chất không nén ρ = m V ( kg / m ) dV : yếu tố thể tích bao quanh điểm M dm :khối lượng chất lưu chứa dV Trọng lượng không khí phòng khách hình hộp chữ nhật có kích thước 3,5 m 4,2 m, chiều cao 2,4 m ? Biết khối lượng riêng không khí áp suất atm ρ = 1,21 kg/m3 Lấy g = 9,8 m/s2 A 42,6 N B 230 N C 347 N D 418 N - Áp suất p + Áp súât chất lưu gây M : p = dFn dS nơi S dFn dS p = Fn S (N/m ) dFn áp lực chất lưu tác dụng vuông góc lên diện tích dS đặt điểm M + Lưu ý : Áp súât điểm M chất lưu đại lượng vô hướng Trong hệ SI : đơn vị đo áp súât N/m2 hay gọi Pascal (1 Pa = N/m2) Ngòai : mmHg = 133,32 N/m2 = tor (Torricelli ) atm = 1,013.105 N/m2 = 760 mmHg at = 9,81.104 N/m2 = 736 mmHg VD: Áp suất máu động mạch đo 128 tor Tương ứng tính theo đơn vị Pa : A B C D 1, 7.102 Pa. 129,6.105 Pa 17.10 Pa 17.103 Pa. II/ TĨNH HỌC CHẤT LƯU 1- Áp súât thủy tĩnh (phương trình Tĩnh học chất lưu) Lấy khối chất lưu lý tưởng, nằm yên, trọng trường (g = const) dạng hình trụ p1 F2 = p2S Ở điều kiện cân : F2 = ⇔ p2 S F1 + P p2S = p1S + mg p2S z = p1S + ρ S (z1 – z2) g z1 P = mg ρ m F1 = p1S z2 = p1 + ρg (z1 – z2) p2 (h 1) 10 4/- Công thức Poiseuille Xét chất lưu thực chảy ống hình trụ chiều dài l ,nằm ngang (h = const)và tiết diện ( R = const) Do xuất lực ma sát nhớt lớp chất lưu bán kính r, hiệu áp suất ∆p = p1- p - Lưu lượng chất lưu chảy qua ống theo công thức : l R p1 p2 r (Lực ma sát nhớt → áp suất tĩnh p giảm,mặc dù tiết diện S không giảm) r+ dr r R (h 20) dS π R4 8η l Q= ∆p hay ∆p = Q 8η l πR (Công thức Poiseuille) - Độ giảm áp suất ∆p tỷ lệ với l η, tỷ lệ nghịch R4 5/ Chuyển động máu hệ tuần hoàn Khái niệm: - Máu chất lỏng thực, có hệ số nhớt η đáng kể (0,038– 0,045 P), Máu bao gồm huyết tương tế bào máu Trong huyết tương lại gồm nhiều thành phần vô hữu Nhiệm vụ máu : - Vận chuyển cung cấp O2 cho tế bào vận chuyển đào thải CO2 thể - Phân phối chất dinh dưỡng cho thể chuyển chất cặn bã quan tiết 59 - Hệ tuần hoàn gồm vòng khép kín: Phổi Vòng tiểu tuần hoàn : Máu từ tim phải đến phổi Ở máu hấp thụ O2 đào thải CO2 chảy tim Vòng đại tuần hoàn : Máu từ tim trái qua hệ thống động mạch xuống tất mô ,tế bào Ở máu cung cấp O2 nhận CO2 từ tổ chức để qua hệ tĩnh mạch tim phải NP NT TP TT Mô , cơ quan - Tác dụng đàn hồi thành động mạch đóng vai trò quan trọng để trì dòng chảy liên tục tăng thêm áp suất dòng chảy 60 Sự thay đổi áp suất tốc độ chảy máu đoạn mạch - Tốc độ chảy: Do lưu lượng máu chảy qua đoạn mạch giống nhau, nghĩa đảm bảo quy luật tích số : S.v = const Lưu ý: Vì phân thành nhiều nhánh nên tổng tiết diện mao mạch (đường kính ≈ 20µm) lại lớn động mạch chủ ( đường kính ≈ 1cm) Nên tốc độ chảy máu giảm dần từ động mạch lớn đến mao mạch (ngược lại tăng dần từ mao mạch đến tĩnh mạch) 61 Cụ thể, tốc độ chảy máu giảm từ động mạch chủ 10 – 20m/s, lúc xuống mao mạch tốc độ 5m/s tỉnh mạch cổ 14,7 m/s 62 VD : Biết máu từ động mạch chủ có diện tích tiết diện 0,3 cm2 với vận tốc máu 15 cm/s chảy vào 6.109 mao mạch Nếu mao mạch có diện tích tiết diện 0,3.10-7 cm2 vận tốc máu mao mạch : A 0,05 cm/s B 0,10 cm/s C 0,025 cm/s D 0,010 cm/s Máu từ động mạch chủ người bình thường có diện tích tiết diện 0,3 cm chảy vào hai tiểu động mạch có diện tích tiết diện 0,1 cm ,tốc độ dòng 30 cm/s tiểu động mạch có diện tích tiết diện 0,15 cm2 ,tốc độ dòng 20 cm/s Tốc độ dòng động mạch chủ là: A v = 30 cm/s B v = 20 cm/s C v = 15 m/s D v = 30 m/s - Áp suất: Nguyên nhân hao hụt áp suất lực ma sát nhớt xuất thành mạch máu chảy Độ giảm áp suất ∆p hai đầu đoạn mạch biểu diễn công thức Poiseuille : 8η l ∆p = Q πR = Fc Q với Fc = 8η l π R4 Q : lưu lượng máu Fc : sức cản chung mạch ngoại vi, phụ thuộc vào yếu tố hình học R, l hệ số nhớt η máu 65 Ở người bình thường, chiều dài tổng cộng mạch lên đến 100.000km Áp suất p máu động mạch chủ khoảng 130 -150 tor giảm dần theo chiều dài l hệ mạch, đến mao mạch lại 20 -30 tor Tương tự ,áp suất tĩnh mạch khoảng - 15 tor đến trước đổ vào tim, tĩnh mạch chủ áp suất máu có gía trị âm (so với áp suất khí quyển) 66 Nếu xơ cứng động mạch làm bán kính mạch máu bị giảm 1/3 giá trị ban đầu Để lưu lượng máu không đổi tim phải làm việc để hiệu áp suất : A Tăng lần B Giảm 16 lần C Tăng lần D Giảm lần TÓM TẮT CƠ HỌC CHẤT LƯU ( CÔNG THỨC ) 1/ Công thức thủy tĩnh ( pt THCL ) p = p0 + ρgh Hệ : - p Є h ( mặt đẳng áp ) , hình dạng - h = , p = p0 mặt thoáng nằm ngang 2/ Định luật Pascal p = pn + ρ gh ⇒∆ p = ∆pn h Đòn bẫy thủy tĩnh : F1/F2 = S1/S2 , F1/F2 = d2/ d1 ∉ ∉ 3/ Nguyên lý Archimede Lực : FA = ρ Vg ρ : Khối lượng riêng chất lưu 4/ Phương trình liên tục : ( chất lưu lý tưởng , chảy trạng thái dừng ) S1v1 = S2v2 hay Sv = const 69 5/ Phương trình Bernouilli : p1 + ρ gh1 + ρ v12 /2 = p2 + ρ gh2 + ρ v22 /2 p + ρ gh + ρ v2/ = const h : độ cao tiết diện S so với mức gốc v : vận tốc chất lưu chảy qua tiết diện S p : áp suất tĩnh chất lưu tiết diện S a- Áp dụng : Vận tốc chảy qua lỗ nhỏ v = 2gh ,h : khoảng cách từ lỗ đến mặt chất lưu b- Trường hợp ống dòng nằm ngang p + ρ v2/ = const 6/ Lực ma sát nhớt ( chất lưu thực chảy thành lớp ) dv F = η ΔS dx ( Định luật Newton) 70 7/ Lực cản nhớt : , điều kiện F = 6πηr v ρ rv ≤1 η 8/ Tốc độ lắng : v = (Stokes) ρ − ρ1 r g η 9/ Công thức Poiseuille ( chất lưu chảy thành lớp ống hình trụ nằm ngang ) Lưu lượng : Q = π R4 ∆p 8η l 71 [...]... VD: thao tác Heimlich ( bệnh nhân bị hóc), … 22 - Đòn b y th y tỉnh(m y ép th y lực): Nguyên tắc hoạt động: Chất lưu = chất lỏng không chịu nén Áp suất tác dụng vào chất lỏng là : F p= một lực hướng lên F2 S1 Áp suất truyền nguyên vẹn g y ra1 F2 F1 S2 d2 S1 d1 p ⇒ Hay p= F (*)2 S2 h.6 Diện tích S2 lớn hơn S1 bao nhiêu lần thì lực F2 lớn hơn F1 b y nhiêu lần F1 F2 = S1 S 2 S2 F2 = F1 S1 Biến đổi lực... khối chất lưu bị vật chiếm chỗ Túi chất Nước Nước FA FA FA = ρVg P FA FA :Lực đ y (lực hướng lên Archimède) ρ: khối lượng riêng cuả chất lưu V :Thể tích của khối chất lưu bị vật chiếm chỗ g: gia tốc trọng trường dẻo 0 nước đá P Gỗ P Nước 29 - Sự cân bằng của vật nổi : Một vật nhúng chìm trong chất lưu thì có thể x y ra 3 trường hợp sau : Nếu gọi ρ0, ρ lần lượt là khối lượng riêng vật và chất lưu :... (a) (b) 32 • Trạng thái dừng : Là trạng thái chất lưu chuyển động sao cho vận tốc của các phần tử chất lưu tại mỗi vị trí nhất định đều không đổi theo thời gian 2/ Phương trình liên tục (bảo toàn thể tích): Xét khối chất lưu lý tưởng, chuyển động trong một ống dòng ở trạng thái dừng Trong khoảng thời gian ∆t , thể tích chất lưu đi qua S1 bằng thể tích chất lưu đi qua S2 : ∆V1 = ∆V2 (không chịu nén )... máu bằng 3,4 103 N/m2 Cho g = 9,8 m/s2 Để ch y được vào mạch máu thì bình dịch truyền phải đặt trên cao cách tay một khoảng nhỏ nhất là : A 0,20 m B 0,24 m C 0,34 m D 0,50 m 2/ Định luật Pascal : - Phát biểu: Một độ biến thiên áp suất tác dụng vào một chất lưu bị giam kín, được truyền không thuyên giảm cho mọi phần của chất lưu và cho thành bình Thật v y: Từ p2 = p1 + ρg (z1 – z2) Vì ρg (z1 – z2)... ρ n Vn g Khi đạt cân bằng: ρ bVg = ρ nVng Suy ra tỷ lệ : V − Vn = 1 − Vn = 1 − ρb V V ρn = 1- 917 kg / m3 1024 kg / m3 = 0,1 hay 10% 31 III/ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƯU LÝ TƯỞNG 1/ Các khái niệm Đường dòng : Là đường mà tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng với vecto vận tốc của phần tử chất lưu tai điểm đó + Quy ước : đường dòng thưa = vận tốc bé đường dòng d y = vận tốc lớn + Đường dòng không cắt nhau... S2/S1= d1/d2 Từ (*): hay F2/F1 = d1/d2 F2d2 = F1d1 (Công A= F2d2 = F1d1 là không đổi :đòn b y th y tĩnh ) Biến đổi lực nhỏ thành một lực lớn hơn bao nhiêu lần thì quảng đường dịch chuyển nhỏ hơn b y nhiêu lần Ứng dụng : m y ép , con đội …… 28 3/ Nguyên lý Archimede - Phát biểu : Nhấn chìm hoàn toàn hoặc một phần vật vào trong một chất lưuuursẽ chịu tác dụng của một lực nổi FA (lực đ y Archimede) có cường... 916 kg/m 3 l l+d 135 mm 135 mm + 12,3 mm 18 Lưu ý - Thường như khi ta bơm bánh xe ô tô hay đo huyết áp , chúng ta không cần biết áp suất th y tỉnh (áp suất tuyệt đối ) p mà là áp suất áp kế (Áp suất Gauge) ρgh tức hiệu số ∆p = p – p0 có thể dương ,âm ( Vacuum) Đồng hồ đo áp suất bình khí Oxy Một bệnh nhân được tiếp một dung dịch truyền vào mạch máu ở cánh tay Dung dịch có khối lượng riêng 1,0 103... và ra khỏi bình chứa Đầu C của ống đặt thấp hơn mặt thoáng A của chất lỏng trong bình pC = pB + ρgh = pA + ρgh ⇒ pc > pA : Khi mở nút ,chất lỏng ch y ra ngoài ống chứa đ y chất lưu P0 A B h C Bài toán : Một ống hình chữ U chứa hai chất lỏng cân bằng tĩnh ( nằm y n) : Khối lượng riêng nước ρn =103 kg/m3 Đo l = 135 mm và d = 12,3 mm Tính khối lượng riêng ρx của dầu? Giải: - Gọi pt là áp suất tại... PASCAL Áp dụng Bình thông nhau : Chất lỏng đồng nhất ,các mặt thoáng tự do đều nằm trong mặt phẳng ngang 14 Xiphông (Siphon) Là một ống uốn cong đặt một đầu ở một mức nhất định trong một bình chứa chất lỏng và đầu khác ở ngoài bình chứa dưới mức n y, do đó áp suất khí quyển buộc chất lỏng ch y qua ống và ra khỏi bình chứa Đầu C của ống đặt thấp hơn mặt thoáng A của chất lỏng trong bình pC = pB +... = S2v2 2 S1 v1 v2 v2 ∆l2 ∆l1 33 Vận tốc v của dòng ch y tỷ lệ nghịch với tiết diện thẳng S của ống dòng Q = S v = const (phương trình liên tục) Lưu lượng Q (m3 /s) : là lượng thể tích chất lưu ch y qua tiết diện S trong một đơn vị thời gian 34 VD: Vận tốc trung bình của máu trong động mạch chủ có bán kính 1 cm là bao nhiêu ? Nếu lưu lượng dòng ch y là 5 lít / phút : A 0,02 cm/s B 1,59 cm/s C 18,5 cm/s