Cơ học chất lưu - Chuyển động của máu trong hệ tuần hoàn

Chia sẻ: Nguyen Duy Tan | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

486
lượt xem 87
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu trình bày về sự lưu chuyển của các chất và ứng dụng trong y học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cơ học chất lưu - Chuyển động của máu trong hệ tuần hoàn

CƠ HỌC CHẤT LƯU – CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁU TRONG HỆ TUẦN HOÀN Mục tiêu  Trình bày được các khái niệm , định luật cơ bản về tĩnh học chất lưu  Trình bày được nội dung , ý nghĩa của phương trình liên tục – pt Bernoulli và ứng dụng  Trình bày được nội dung phương trình Poiseuille , phân tích ảnh hưởng của độ nhớt đến sự chuyển động của chất lỏng thực  Hiểu được quy luật về sự chuyển động của máu trong cơ 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
I/ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1- Chất lưu • Là chất có thể chảy được ( bao gồm các chất lỏng và chất khí ) • Chất lưu lý tưởng : Là chất lưu hòan tòan không nén được và không có lực ma sát nhớt.(VD:chất lưu đứng yên ,chất lưu rất linh động )
2- Khối lượng riêng và áp súât : - Khối lượng riêng ρ: (môi trường liên tục) Khối lượng riêng của chất lưu tại M là : dm đồng chất m ρ = dV không nén được ⇒ ρ = V ( kg / m ) 3 dV : yếu tố thể tích bao quanh điểm M dm :khối lượng của chất lưu chứa trong dV
- Áp suất p dFn Áp súât chất lưu gây ra tại M là : dS dFn mọi nơi trên S Fn p = dS như nhau ⇒ p = S (N/m ) 2 dFn là áp lực do chất lưu tác dụng vuông góc lên diện tích dS đặt tại điểm M . Đặc biệt : áp súât tại một điểm M trong chất lưu là một đại lượng vô hướng Trong hệ SI : đơn vị đo áp súât là N/m2 hay còn gọi là Pascal (1 Pa = 1 N/m2) Ngòai ra : 1 mmHg = 133,32 Pa = 1 torr (Torricelli ) 1 atm = 1,013.105 Pa (N/m2) = 760 mmHg
II/ TĨNH HỌC CHẤT LƯU 1- Áp súât thủy tĩnh (phương trình cơ bản của Tĩnh học chất lưu) Lấy một khối chất lưu lý tưởng, p1 z nằm yên,trong trọng trường đều F2 = p2S S (g = const) dạng hình trụ . z1 • Điều kiện cân bằng : P = mg ρ m F2 = F1 + P F1 = p1S z2 p2 ⇔ p2 S = p1S + mg (h 1) ⇔ p2 S = p1S + ρVg ⇔ p2 S = p1 S + ρ S(z1 – z2) g ⇔ p2 = p1 + ρg (z1 – z2)
Chọn z1 = 0( mặt thoáng)⇒ p1= p0 F2 = p2S p1 z = 1 atm ( áp suất khí quyển) S z1 z2 = z ⇒ z1 – z2 = h > 0 P = mg ρ m z2 Áp suất ở độ sâu h là : F1 = p1S p2 p = p0 + ρ g h (phương trình thủy (h 1) tĩnh) z p0 không khí z1=0 áp suất thủy tĩnh áp suất áp kế (thủy lực) h Nước Do ρ, g không đổi nên áp suất thủy tỉnh p tăng theo độ sâu h . p (h.2) z2= z
• Hệ quả : - h1 = h2 ⇒ p1 = p2 :cùng một mặt phẳng ngang thì áp suất tương ứng bằng nhau (gọi là mặt đẳng áp ) dù bình chứa có bất kỳ hình dạng nào Điều này cũng có nghĩa là mặt thoáng ( p = p0) của một chất lưu nằm yên phải là mặt nằm ngang ( h = 0 ) . Tuy nhiên , điều này chỉ đúng đối với các mặt thoáng cỡ trung bình .
- Áp dụng • Bình thông nhau : Chất lưu đồng nhất ,các mặt thoáng tự do đều nằm trong mặt phẳng ngang . (VD:dẫn nước trong thành phố , các mực nước của thợ hồ ,dẫn truyền dịch ….) • Xiphông (Siphon) P0 A Đầu C của ống đặt thấp hơn mặt B thoáng A của chất lỏng trong bình . h pC = p0 + ρgh C = pA + ρgh ⇒ pc > pA : Khi mở nút ,chất lỏng chảy ra ngoài .
Bài toán : Một ống hình chữ U chứa hai chất lỏng cân bằng tĩnh ( nằm yên) : Khối lượng riêng nước ρn =103 kg/m3 Khối lượng riêng dầu ρx. Đo l = 135 mm và d = 12,3 mm . Tính khối lượng riêng x của dầu? - Gọi pt là áp suất tại mặt tiếp xúc pt pp Dầu - Nước bên nhánh trái (dưới mặt thoáng của dầu,một khoảng l+d) Ta có : pt = p0 + ρx g (l + d)
• Gọi pp là áp suất bên nhánh phải ngang cùng mức với mặt tiếp xúc trên (dưới mặt thoáng của nước một khoảng là l) ta lại được : pp = p0 + ρng l • Vì thông nhau bằng nước (ở dưới mặt tiếp xúc Dầu – Nước) nên : pt = pp ⇔ p0 + ρx g (l + d) = p0 + ρng l l ⇔ ρx = ρn l + d 135 mm = 1000kg/m3 135 mm + 12,3 mm = 916 kg/m3
2/ Định luật Pascal : a- 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 vậy: Từ p2 = p1 + ρg (z1 – z2) Vì ρg (z1 – z2) = const ⇒ ∆p2 = ∆ p1 VD: thao tác Heimlich( bệnh nhân bị hóc), lấy kem đánh răng,..
b- Đòn bẫy thủy tỉnh (máy ép thủy lực) : Nguyên tắc hoạt động: F2 Chất lưu = chất lỏng không chịu nén F1 Áp suất tác dụng vào chất lỏng d2 là : F1 S1 F1 F2 S2 = p = S1 S1 S 2 d1 p Áp suất truyền nguyên vẹn gây ra F2 một lực hướng lên F2 . p = S2 h.6 Biến đổi lực nhỏ thành F1 F2 S2 = một lực lớn hơn ⇒ S1 S 2 Hay F2 = S1 F1 (*)
Vậy, Diện tích S2 lớn hơn S1 bao nhiêu lần thì lực F2 lớn hơn F1 bấy nhiêu lần • Để ý : V1 = V2 ⇔ S1d1 = S2d2 (CL không chịu nén ) ⇒ S2/S1= d1/d2 Từ (*): ⇒ F2/F1 = d1/d2 hay F2d2 = F1d1 Vậy, Biến đổi lực nhỏ thành một lực lớn hơn bao nhiêu lần thì quảng đường dịch chuyển nhỏ hơn bấy nhiêu lần (để công A= F2d2 = F1d1 là không đổi :đòn bẫy thủy tĩnh ) Ứng dụng : máy ép , con đội ……..
3/ Nguyên lý Archimede a- Phát biểu : Một vật nhấn Túi chìm hoàn toàn hoặc một phần chất Nư trong một chất lưu sẽuu ịu tác ch r ớc dẻo dụng của một lực nổi FA (lực đẩy Nư ớc Archimede) có cường độ bằng trọng lượng của khối chất lưu bị vật chiếm chỗ . FA FA = ρVg FA P Gỗ FA :Lực đẩy (lực hướng lên Archimède) 0 FA ρ: khối lượng riêng cuả chất lưu nước P V :Thể tích của khối chất lưu bị chiếm chỗ đá Nước g: gia tốc trọng trường P
b- Sự cân bằng của vật nổi : Một vật nhúng chìm trong chất lưu thì có thể xảy ra ba trường hợp sau : Nếu gọi ρ0, ρ lần lượt là khối lượng riêng vật và chất lưu : 1- P > FA ⇒ mg > ρ Vg ⇔ ρ 0Vg > ρ Vg ⇔ ρ 0 > ρ : Vật chìm xuống đáy bình chứa 2- P = FA ⇒ ρ 0 = ρ : Vật nằm cân bằng (lơ lửng) 3- P < FA ⇒ ρ 0 < ρ : vật nổi lên (vật nổi lên và tiếp tục nhô khỏi mặt chất lưu cho đến khi lực nổi giảm xuống FA’ vừa đúng bằng trọng lực P thì vật nằm cân bằng trên mặt chất lưu ). Bài toán : Biết khối lượng riêng của tảng băng là ρ b = 917 kg/m3 và của nước biển là ρ n = 1024 kg/m3 . Hỏi phần nổi của tảng băng có tỷ lệ là bao nhiêu ?
Giải : Gọi V là thể tích toàn phần của tảng băng thì Trọng lượng của tảng băng là : Pb = ρbVg Gọi Vn là thể tích phần nước bị vật chiếm chỗ ,thì Lực nổi FA là : FA = ρ n Vn g Khi đat cân bằng: ρ bVg = ρ nVng Suy ra tỷ lệ : V − Vn Vn ρb = 1− = 1− V V ρn 917 kg / m3 = 1 - 1024 kg / m3 = 0,1 hay 10%
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 phân tử chất lưu tai điểm đó + Quy ước :đường dòng thưa = vận tốc bé . đường dòng dày = vận tốc lớn . + Đường dòng không cắt nhau • - Ống dòng : Là tập hợp các đường dòng tựa trên một đường cong kín (a) (b)
- 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 là thể tích chất lưu đi qua S2 : ∆V1 = ∆V2 (không chịu nén ) S2 S1 v2 ⇔ S1 ∆l1 = S2 ∆l2 v1 v2 ⇔ S1(v1∆t) = S2(v2∆t) ∆l2 ⇔ S1v1 = S2v2 ∆l1
Vậy, vận tốc v của dòng chảy tỷ lệ nghịch với tiết diện thẳng S của ống dòng Hay Q = S v = const (phương trình liên tục) Lưu lượng Q = S v : là lượng thể tích chất lưu chảy qua tiết diện S trong một đơn vị thời gian