Гидродинамиканың элементтері. Сұйық молекулаларының ерекшеліктері және механикалық қасиеттері.
2. Мақсаты: Сұйық молекулаларының ерекшеліктері және механикалық қасиеттерін түсіндіру.
Дәріс жоспары:
1.Сұйықтардың ерекшеліктері.
2. Бернулли теңдеуі.
3.Статикалық және динамикалық қысым. Олардың фармация мен медицинада қолданылуы.
4. Қанның тамыр жүйесімен ағыуы.
3. Дәріс тезистері:
1.Сұйықтардың ерекшеліктері:Сұйық молекулаларының арасындағы өзара әсер сұйықтың табиғатын сипаттайды. Оның ерекшеліктері:
а) Сұйық молекулалары бір орыннан екінші орынға оңай ығысып, өзінің пішінін тез өзгерте алады. Яғни сұйық молекуласының ығысқыштығын немесе күш әсерінен бір орыннан екінші орынға қозғалғыштығын оның аққыштық қабілеті деп атайды.
б) Сұйық молекулалары оңай қозғалғанмен де олардың арасында өзара ілінісу немесе ішкі кедергі кездеседі. Сұйықтың мұндай қасиетін тұтқырлық деп атайды.(зертханалық жұмыс)
в) Егер сұйық сырттан күш әсер етіп тұрған жабық ыдыста тұрса, қысымға ие болады.
Егер сұйық қысымға ие болса, онда сұйық жұмыс атқара алатындай ішкі потенциальдық энергияға ие болады.
г) Қалыпты күйде сұйық молекулаларының арасындағы ішкі үйкеліс аз болса, сұйықтың ағысын ламинарлы, ал ағыс құйынды болса оны турбулентті ағыс деп атайды.
д) Стационарлық ағыс деп, сұйықтың кез келген жерінде оның бөлшектерінің жылдамдығы өзгермейтін (V=const) ағысты айтады.
2. Бернулли теңдеуі:Сұйықтың қысымы «P», жылдамдығы «v» және горизонтпен салыстырғандағы сұйық молекуласының өзара орналасуы «h» — арасындағы байланысты анықтау үшін сұйықтан жан-жағынан сызықтарымен шектелген түтік бөліп алынған.
Бірлік уақыт ішінде түтіктің кез-келген перпендикуляр көлденең қимасынан ағып өтетін сұйқтың ағысы стационар ағыс болғандықтан, оның көлемі ((V = v(S = const) өзгермейді.Сондықтан сұйық бөлшектері тек түтік ішінде ағады. Көлемі (V=S1(l1=S2(l2 сұйықтың аз бөлігі «1» жағдайдан «2» жағдайға орын ауыстырсын.
Егер сұйық түтік бойымен ақса, онда түтіктің “1” жағдайында сұйықты сипаттайтын шамалар: сұйық молекулаларының жылдамдығы “v1”, сыртқы әсер етуші күш “F1”, көлденең қимасы “S1”,горизонтпен салыстырғандағы сұйық молекуласының өзара орналасуы “h1”, қысымы “P1” Өте аз ∆t уақыт ішінде сыртқы күш әсерінен сұйық молекулалары S1 көлденең қимасынан (l1, ал S2 көлденең қимасынан (l2 қашықтыққа орын ауыстырады, сол кезде өндірілген жұмыс : (А = F1(l1-F2(l2 = P1S1 (l1–P2S2 (l2 , мұндағы S1 (l1=S2 (l2 =(vСонда: (A = Р1(V – P2(V=(P1-P2)(V.
∆А= (P1 – P2)∆VСонымен өндірілген жұмыс түтіктің ұштарындағы қысымның айырымына байланысты болады.
Осы жұмыс массасы “(m” сұйық бөлігінің «1» жағдайдан «2» жағдайға орын ауыстырғанда түтіктің ұштарындағы потенциалдық және кинетикалық энергияларды (A = П+К, мұндағы П = mgh, К = mv2/2) өзгертуге жұмсалады.
Бірінші жағдайды сипаттайтын шамаларды теңдіктің сол жағына екіншіні оң жағына шығарып, екі жағын тұрақты көлемге бөліп, алынатын тығыздықты ескерегенде төменгі теңдеу алынады:Түтіктің кез-келген бөлігі үшін соңғы теңдеуді: P+ρgh+ρv²/2= const, түрінде алуға болады. Бұл Бернулли теңдеуі деп аталады. Мұндағы P- статикалық қысым, ρgh –гидростатикалық қысым, ρv²/2- динамикалық қысым.
Бернулли теңдеуі түтіктің кез-келген бөлігі үшін статикалық, гидростатикалық және динамикалық қысымдардың қосындысы тұрақты болатындығын сипаттайды.
3. Статикалық және динамикалық қысым. Олардың фармация мен медицинада қолданылуы:Егер сұйық горизонталь түтік бойымен ақса молекуланың өзара орналасуы барлық жерде бірдей болады (h= const, ρgh = const). Сондықтан Бернулли теңдеу P+ ρv²/2= const — түрінде жазылады. Оны Бернулли ережесі деп атайды.
Бернулли ережесінің фармация мен медицинада қолданылуы:
1. Диагностикада: ережеге сәйкес тамыр жүйесінің ішкі қуыстылығы тарылған жерде жылдамдықтың артып, динамикалық қысымның күрт көбейетіндігін, ал статикалық қысымның күрт кемитіндігін сипаттайды. Ал тамыр жүйесінің қуыстылығы кеңіген жерде сұйықтың жылдамдығы азайып, динамикалық қысым күрт кемиді, ал статикалық қысым күрт артады.
Сондықтан оны тамыр жүйесіндегі қанның ағуын бағалау үшін қолданылады.
2) Емдеуде: бұл әдіс ағзаның ішкі бөлігіндегі сұйықтарды сыртқа сорып шығару үшін қажетті «эжектор» деп аталатын таза дыбыссыз,сорғыш қондырғыны жасау үшін қолданылады.
3) Фармацияда: бұл әдіске сұйық бөлігін бөліп алу үшін қажетті дыбыссыз сорғыштардың қызметі негізделген.
4. Қанның тамыр жүйесімен ағыуы:Қанның тамыр жүйесімен қозғалысын түсіндіру үшін, іші сұйықпен толтырылған “А” және “Б” түтігінен тұратын тұйық жүйе алынады.
Егер үргішке сырттан күш түсірсе, онда қысым артып “К1” клапны арқылы сұйықтың белгілі бір мөлшері “А” түтігіне ығыстырылады. Түтіктердің қабырғалары серпімді созылмалы материалдан жасалған яғни “А” түтіктің қабырғасы созылып, өзіне түскен артық сұйықтың мөлшерін қабылдайды, қысымы артады. Созылған қабырға бірте-бірте жиырылып бастапқы қалпына келеді.
Осы кезде сұйықтың артық мөлшері түтіктің келесі бөлігіне ығыстырылады. Ол жерде осы құбылыс қайталанады. Сонымен сұйық ырғақты қозғалысқа ие болады. Ең соңында “Б” түтігіне жиналады да қысым артады “К2” клапыны ашылып, сұйық қайтадан үргішке түседі.
Көшірменің бір кемшілігі тармақтардың саны көбейген сайын, сұйықтың қабырғалары мен жанасатын жерінде ішкі кедергісі артады. Бұл сұйық жылдамдығының кемуіне алып келеді.
Бұл кемшілікті тірі ағзада жүрек жояды. Осы айтылған заңдылықтар тірі ағзадағы қан айналымында толық орын алады. Сыртқы күштің қызметін жүрек атқарады. Жүрек бос фазасы жұмыстық фазасымен ырғақты ауысып тұратын үргіш. Жүрек қарыншасының жиырылуын жұмыстық фаза немесе систола деп, ал оның босауын бос фаза немесе диастола деп атайды.
Жүректің сол қарыншасы әрбір жиырылған сайын қолқаға 60-70 мл мөлшерінде қан лақтырылады. Қолқаның қабырғасы созылып, өзіне қанның артық мөлшерін қабылдайды. Қабырғалары созылмалы болғандықтан қайтадан жиырылып, қанды ең жақын артерияға ығыстырады.
Артерияда осы айтылғандар қайталанады да, қан жылдамдығы 0,3-0,5 м/с ағатын ырғақты ағысқа ие болады. Бұл кезде қысым тамырдың қабырғаларын тербеліске түсіреді. Бұл тербеліс артериялық тамыр жүйесінен 6-8 м/с жылдамдықпен тарайды. Мұны пульстік толқын немесе пульс деп атайды.
Қанның тамыр жүйесімен ағуына бес фактор өз әсерін тигізеді:1.Тамыр жүйесінің ішкі қуыстылығы. 2.Тамыр қабырғаларының жағдайы (тонус).3. Қанның тұтқырлығы.4. Жүйедегі қанның жалпы мөлшері.5. Жүректің жұмысы.
Жалпы қалыпты адам ағзасындағы қанның ағысын қабатты ламинарлы ағыс деп қарастырылады. Егер осы шарт бұзылса ағыс турбулентті ағысқа айналады. Бұл кезде дыбыс пайда болады. Мұны жүректің шуылы деп атайды. Жүректің шуылы не тамыр жүйесінің ішкі қуыстылығы тарылған кезде немесе жүрек клапандарының уақытысында ашылып не жабылмауынан болады.
4. Иллюстрациялы материалдар:
Презентация, слайдтар.
5. Әдебиет:
1. Көшенов Б. Медициналық биофизика: оқулық – Алматы, 2008 ж.
2. Көшенов Б.Медициналық биофизикадан зертханалық жұмыстар: оқу-әдістемелік құрал.-2 бас.,өңделіп толықтырылған.- .-Алматы: Эверо, 2010
3. Сәтбаева Х.К., Өтепбергенов А.А., Нілдібаева Ж.Б. Адам физиологиясы. Алматы.: Дәуір, 2005 – 663 бет.
4. Канкожа М.К. Қозғыш ұлпалар физиологиясы. Алматы, 2004. – 78 бет.
Арызханов Б. Биологиялық физика, Алматы, 1990.
5. Әдіқасова ,-А.Ә. жалпы физика курсының семестрлік тапсырмалары:оқу құралы .-Алматы: Эверо, 2009.-112 бет
6. Физикалық тәжірбиелер ; жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған құрал. – Алматы: Рауан ,1993.
7. Ү.А. Байзак, Қ.Ж. Құдабаев «Медициналық биофизика және медициналық техника бойынша лабораториялық практикум»
6. Қорытынды сұрақтары (кері байланысы):
1. Сұйықтардың механикалық қасиеттері неге баланысты болады?2. Түтіктің жіңішкерген жерінде қысым атмосфералық қысымнан өзгеше болу шартын қалай таңдап алуға болады?