Тема: ""
I . Актуальність теми: В'язкість крові людини в нормі 0,4-0,5, при патології коливається від 0,17 до 2,29, що відбилося у реакції осідання еритроцитів (РОЕ). Венозна кров має дещо більшою в'язкістю, ніж артеріальна. При важкій фізичній роботі збільшується в'язкість крові. Деякі інфекційні захворювання збільшують в'язкість, інші ж, наприклад, черевний тиф і туберкульоз - зменшують. Визначення в'язкості крові у взаємозв'язку з рядом інших аналізів крові має велике значення для оцінки стану хворого і для постановки правильного діагнозу по ряду хвороб.
II. Мета заняття: Вміти проводити вимірювання в'язкості крові віскозиметром ВК-4 і методом Стокса. Студент повинен знати природу в'язкості рідин, сенс коефіцієнта в'язкості, фізичну основу вимірювань коефіцієнта в'язкості.
III.Оріентіровочное час для самопідготовки - 90 хвилин.
IV.Место проведення самопідготовки: кабінет кафедри. Опитування та виконання роботи - 90 хвилин.
V. Оснащення: Віскозиметр ВК-4 з приладдям для визначення коефіцієнта в'язкості крові, скляний циліндр з гліцерином, кулька, секундомір, мікрометр.
VI.Ісходние базисні знання та вміння:
1. Вивчити теорію з навчальної літератури.
2. Опрацювати питання:
1) Що таке сила внутрішнього тертя?
2) Рівняння Ньютона для течії в'язкої рідини.
3) Залежність в'язкості рідини від температури.
Що таке ньютонівська і неньютонівська рідини?
Вивести формулу для визначення в'язкості за методом Стокса.
6) Які умови повинні виконуватися при вимірюванні в'язкості методом Стокса?
7) Записати формулу Пуазейля.
8) Опишіть пристрій і принципи роботи медичного віскозиметра.
9) Виведіть розрахункову формулу для визначення в'язкості рідини за допомогою медичного віскозиметра.
VII. Завдання для самоперевірки і самоконтролю вихідних базисних знань і умінь: Завдання 2.114, 2.115, 2.117, 2.118, 2.119.
VIII. Після перевірки базових знань переходите до вивчення наступних матеріалів.
Основна література:
1. Н. М. Лівенцев "Курс фізики", 1978р., Ч.1, § 7.
2. А. Н. Ремізов "Медична і біологічна фізика", 1987р., С. 169-180.
3. М. А. Ессаулова та ін "Керівництво до лабораторних робіт". с. 94 - 98.
4. А. Н. Ремізов "Збірник завдань з медичної та біологічної фізики", 1987 р., с, 83-85.
Додаткова література:
1.0.А.Владіміров, Д. М. Ращупкін та ін "Біофізика".
Медичний віскозиметр ВК.
1. Вивчити будову та принцип роботи приладу ВК-4. Віскозиметр ВК-4 представляє собою капілярний віскозиметр, призначений для вимірювання коефіцієнта в'язкості і розрахований на велику кількість рідини.
Рис.1
Віскозиметр ВК-4 складається з двох градуювальних капілярів a 1 b 1 і a 2 b 2 з'єднаних з трубками 1 і 2 (рис. 1). У капіляр а в набирають дистильовану воду, яка служить еталонною рідиною. Кран 4 закривається, що дозволяє набрати досліджувану рідину в другій капіляр, не, змінюючи рівень набраної води. Обидва капіляра з'єднані трійниками з краном 4, від якого йде гумова трубка з наконечником 3.
П
річіной того, що для протікання рідини чи газу через трубку потрібна деяка різниця тиску, є внутрішнє тертя. Залежність між обсягом рідини чи газу V, що протікає за час t через трубку довжиною l, і необхідної для цього різницею тисків виражається формулою Пуазейля:
V = Qt
Де Q - об'єм рідини, що протікає через перетин трубки в 1 с,
V - об'єм рідини, що протікає через перетин трубки за t з,
R - радіус трубки,
- Градієнт тиску,
- коефіцієнт в'язкості рідини чи газу.
Принцип дії віскозиметра ВК-4 заснований на тому, що швидкість просування різних рідин в капілярах з однаковим перетином при різних температурах і тисках залежить від в'язкості цих рідин.
Е сли в наконечнику 3 віскозиметра ВК-4 створити розрядження, то при рівних температурах за рівні проміжки часу через капіляри рівного перерізу під дією однаковій різниці тисків рідини з рівними об'ємами, пройдуть шляху, обернено пропорційні їх в'язкості.
_
Е
той висновок отримують на підставі формули Пуазейля.
Де V - об'єм досліджуваної рідини, що протікає за час t.
- Обсяг дистильованої води, що протікає за той же час.
Л
евие частини рівні значить рівні й праві. Після скорочення маємо:
Відношення коефіцієнта в'язкості досліджуваної рідини до коефіцієнта в'язкості води називається відносним коефіцієнтом в'язкості:
Е
сли довжину стовпа досліджуваної рідини прийняти l = 1, то відносний коефіцієнт в'язкості чисельно дорівнює довжині стовпа води в капілярі. Знаючи значення, можна визначити коефіцієнт в'язкості досліджуваної рідини:
Про
межею коефіцієнта в'язкості крові. Для цього: а) покладіть віскозиметр на стіл (горизонтально), б) в капіляри віскозиметра набирається до позначки "нуль" в один - вода, а в іншій - замінник крові. Для того щоб набрати рідину в капіляр віскозиметра потрібно: відкрити кран (створити розрядження за допомогою груші або ротом), обережно всмоктувати дистильовану воду. Для цього набирається рідина до капіляру підноситься в зігнутої скляній трубці; в) потім з допомогою іншої зігнутої трубки в капіляр 2 набрати досліджувану рідину до "нуля"; г) відкрити кран 4 і енергійно, але обережно створити розрядження в обох капілярах, коли досліджувана рідина дійде до мітки "один", припинити втягування. За цей же час вода пройде більший шлях. Переглянути до якої мітки дійшла вода і записати відносний коефіцієнт в'язкості, що дорівнює:
Т
ак як в досвіді беремо l = 1, відносна в'язкість досліджуваної рідини чисельно дорівнює шляху, пройденого водою.
Результати вимірювань занести в таблицю:
п / п. | |||||
1. 2. 3. |
Про кончательний результат записати у вигляді:
4. Вивчити метод Стокса
При русі тіла у в'язкому середовищі виникає опір.
Походження цього опору двояко. При невеликих швидкостях, коли за тілом немає вихорів, сила опору обумовлена в'язкістю рідини. Між шарами виникає сила тертя. Відповідно до закону Стокса сила опору дорівнює: F = 6 r v,
де r - радіус кульки,
V - швидкість його руху,
- коефіцієнт в'язкості.
У торою механізм сил опору пов'язаний з утворенням вихорів. Частина роботи, яку здійснюють при русі тіла в рідині, йде на освіту вихорів, енергія яких переходить в тепло. Метод Стокса дозволяє визначити . При русі в рідини на тіло діють три сили:
Вага кульки,
де p - густина кульки.
2.Виталківающая сила,
г де щільність рідини,
- Прискорення вільного падіння.
3. Сила опору F = 6 r v.
Перша і друга сили (вага і виштовхуюча) постійні за величиною, третя пропорційна швидкості. При русі кульки в рідині настає момент, коли всі три сили зрівнюються, і кулька починає рухатися рівномірно (!).
У слові рівномірного руху кульки:
З
робить перетворення, обчислюємо за такою формулою:
З Швидкісь двоїння кульки знаходиться:
де l - шлях рівномірного кульки,
t - час руху.
Метод Стокса використовується в медицині: з реакції осідання еритроцитів (РОЕ) у плазмі крові судять про в'язкості плазми: чим в'язкість плазми більше, тим величина стовпа осіли за певний час еритроцитів менше. Для визначення коефіцієнта беруть високий циліндр з досліджуваною рідиною, на циліндрі є кільцева замітка вгорі.
Ця замітка відповідає тій висоті, де сили діють на кульку врівноважують один одного. Крім того на відстані l від верхньої мітки є така ж мітка внизу (для зручності відліку кінця падіння кульки). Кидаємо кулька в циліндр, відзначаємо за секундоміром час t п рохожденія ним шляху l, звідки визначаємо швидкість падіння. Діаметр кульки визначаємо за допомогою мікрометра.
Визначити коефіцієнт в'язкості гліцерину методом
Стокса. Для цього виміряти мікрометром діаметр кульки і опустити його в рідину, при цьому виміряти час падіння кульки між мітками на циліндрі секундоміром. Знаючи відстань між мітками і час проходження кулькою обчислити швидкість падіння кульки:
Результати вимірювань занести в таблицю 2., Обчислити коефіцієнт в'язкості рідини (гліцерину) за формулою:
Т
Абліцов 2.
п / п | r (М) | t (С) | l (М) | Ско- кість v (м / с) | |||||||
1. 2. 3. 4. 5. |
Досвід повторити 5 разів.
6. Провести обробку результатів вимірювань.
Для самоконтролю засвоєння матеріалу вирішити наступне завдання: визначити швидкість осідання еритроцитів у плазмі крові (у мм / сек) виходячи з припущення, що вони мають форму кульок діаметром 7мкм й не склеюються між собою.
Завдання з УІР по темі:
Написання рефератів на тему:
а) Які патологічні порушення призводять до зміни в'язкості крові?
б) Природа в'язкості ньютонівських рідин.
в) Методи вимірювання в'язкості крові.
Тести для контролю вихідного рівня засвоєння теми.
Тест 1. Фізичний сенс коефіцієнта в'язкості рідини?
а) сила тертя, віднесена до одиниці площі шару;
б) міжмолекулярної взаємодії;
в) передача імпульсу руху сусіднього шару;
г) деформація молекул;
д) градієнт швидкості.
Тест 2. Метод Стокса - вимірювання в'язкості крові має недоліки?
а) погана точність вимірювання;
б) складність вимірювання і розрахунку;
в) великий обсяг крові;
г) залежність в'язкості від температури;
д) застосуємо для ньютонівських рідин (кров неньютонівська рідина).
Тест 3. Формула Пуазейля для труби змінного перерізу.
a )
b) V = Q t
c)
d )
e )
Тест 4. Які умови повинні виконуватися при вимірюванні в'язкості методом Гесса?
а) діаметри капілярів рівні, швидкості і час проходження рідин по капілярах рівні;
б) довжини капілярів і час просування рідин по ним рівні;
в) градієнти тисків в капілярах рівні;
г) рідини повинні бути ньютоновскими.
Тест 5. Які сили діють між молекулами?
а) магнітні;
б) електромагнітні;
в) електричні;
г) Ван-дер-Ваальса;
д)
а) сила тяжіння;
б) Архімедова сила;
в) сила Стокса;
Питання для визначення ступеня засвоєння теми:
Яка природа сил взаємодії молекул.
Яке протягом рідини називають ламінарним, турбулентним?
Що таке гідравлічний опір?
Що називається нормальною і аномальною в'язкістю рідини? Яка природа неньютонівських рідин?
Який зв'язок між рухливістю молекул, їх середнім часом осілого життя, тобто часом релаксації і в'язкістю рідини?
До яких рідин відноситься кров?
Що називається питомою в'язкістю розчину?
Що називається характеристичною в'язкістю розчину?
Захистити лабораторну роботу на оцінку.