Как найти площадь поперечного сечения сосуда
4.2. Элементы гидростатики
4.2.5. Сообщающиеся сосуды
Сообщающимися называются сосуды, соединенные между собой каналом, заполненным жидкостью.
Для сообщающихся сосудов справедлив закон сообщающихся сосудов: высоты взаимно уравновешенных столбов разнородных жидкостей обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей:
h1h2=ρ2ρ1,
где h1 — высота столба жидкости плотностью ρ1; h2 — высота столба жидкости плотностью ρ2.
Указанный закон справедлив в отсутствие сил поверхностного натяжения.
Если сообщающиеся сосуды заполнены однородной жидкостью
ρ1 = ρ2,
то свободные поверхности жидкости устанавливаются на одном уровне, независимо от формы сосудов (рис. 4.14):
h1 = h2,
где h1 — высота столба жидкости в левом колене; h2 — высота столба жидкости в правом колене сообщающихся сосудов.
Рис. 4.14
Если сообщающиеся сосуды заполнены разнородными жидкостями
ρ1 ≠ ρ2,
то свободные поверхности жидкостей, независимо от формы сосуда (рис. 4.15), устанавливаются так, что выполняется отношение
h1h2=ρ2ρ1,
где h1 — высота столба жидкости плотностью ρ1; h2 — высота столба жидкости плотностью ρ2.
Рис. 4.15
Если сообщающиеся сосуды заполнены несколькими жидкостями (например, как показано на рис. 4.16), то гидростатическое давление на одном уровне (отмеченном пунктиром) в левом колене определяется формулой
p1 = ρ1gh1,
в правом колене —
p2 = ρ2gh2 + ρ3gh3.
Рис. 4.16
Равенство давлений на указанном уровне
p1 = p2
позволяет записать тождество:
ρ1h1 = ρ2h2 + ρ3h3.
Пример 28. Два высоких сосуда, диаметр одного из которых в два раза больше диаметра второго, в нижней части соединены тонким шлангом. Площадь сечения узкого сосуда равна 10 см2. Система заполнена некоторым количеством жидкости плотностью 1,6 г/см3. Найти, на сколько миллиметров повысится уровень жидкости в каждом из сосудов, если в систему добавить 0,12 кг той же жидкости.
Решение. В сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне.
Добавление в систему некоторого количества жидкости массой m приводит к ее распределению по двум сосудам в соответствии с площадью их поперечного сечения:
- в первом сосуде оказывается масса жидкости
m1 = ρV1 = ρ∆h1S1,
где ρ — плотность жидкости; V1 = S1∆h1 — объем жидкости в первом сосуде; S1 — площадь поперечного сечения первого сосуда; ∆h1 — повышение уровня жидкости в первом сосуде;
- во втором сосуде оказывается масса жидкости
m2 = ρV2 = ρ∆h2S2,
где V2 = S2∆h2 — объем жидкости во втором сосуде; S2 — площадь поперечного сечения второго сосуда; ∆h2 — повышение уровня жидкости во втором сосуде.
Повышение уровней жидкости в обоих сосудах одинаково:
∆h1 = ∆h2 = ∆h,
поэтому масса жидкости, добавленной в систему, определяется формулой
m = m1 + m2 = ρ∆h(S1 + S2).
Выразим отсюда искомое значение ∆h:
Δh=mρ(S1+S2).
Площади поперечного сечения сосудов связаны с их диаметрами формулой:
- для первого (широкого) сосуда
S1=πd124,
- для второго (узкого) сосуда
S2=πd224,
где d1 = 2d2 — диаметр первого (широкого) сосуда; d2 — диаметр второго (узкого) сосуда.
Отношение площадей
S1S2=πd1244πd22=d12d22=(d1d2)2=(2d2d2)2=4
позволяет найти площадь широкого сосуда:
S1 = 4S2.
Подставив S1 в формулу для ∆h
Δh=mρ(4S2+S2)=m5ρS2,
рассчитаем значение высоты, на которую повысится уровень жидкости в сосудах:
Δh=0,125⋅1,6⋅103⋅10⋅10−4=15⋅10−3 м=15 мм.
Пример 29. Два высоких сосуда, диаметр одного из которых в два раза больше диаметра другого, в нижней части соединены тонким шлангом. Площадь сечения широкого сосуда составляет 10 см2. Система заполнена жидкостью плотностью 6,0 г/см3. В узкий сосуд добавляют 0,12 кг жидкости плотностью 2,0 г/см3, а затем — 0,12 кг жидкости плотностью 4,0 г/см3. Найти разность уровней жидкостей в сосудах.
Решение. В сообщающихся сосудах неоднородная жидкость устанавливается на разных уровнях таким образом, что гидростатическое давление на выбранном уровне оказывается одинаковым:
p1 = p2,
где p1 — давление в широком сосуде; p2 — давление в узком сосуде.
На рисунке пунктирной линией обозначен уровень, на котором будем рассчитывать гидростатическое давление в широком и узком сосудах.
Гидростатическое давление на выбранном уровне:
- в широком сосуде
p1 = ρ1gh1,
где ρ1 — плотность жидкости, заполняющей систему изначально; g — модуль ускорения свободного падения; h1 — высота столба жидкости в широком сосуде;
- в узком сосуде
p2 = ρ2gh2 + ρ3gh3,
где ρ2 — плотность первой жидкости, добавленной в узкий сосуд; h2 — высота столба первой жидкости; ρ3 — плотность второй жидкости, добавленной в узкий сосуд; h3 — высота столба второй жидкости.
Равенство давлений на указанном уровне
ρ1gh1 = ρ2gh2 + ρ3gh3
позволяет определить высоту столба жидкости в широком сосуде:
h1=1ρ1(ρ2h2+ρ3h3),
где высоты жидкостей h2 и h3 определяются соответствующими массами и плотностями:
- для первой жидкости
h2=m2ρ2S2;
- для второй жидкости
h3=m3ρ3S2,
где S2 — площадь поперечного сечения узкого сосуда; m2 — масса первой жидкости, добавленной в узкий сосуд; m3 — масса второй жидкости, добавленной в узкий сосуд.
Подстановка h2 и h3 в формулу для h1 дает
h1=1ρ1(ρ2m2ρ2S2+ρ3m3ρ3S2)=m2+m3ρ1S2.
Площади поперечного сечения сосудов связаны с их диаметрами формулой:
- для широкого сосуда
S1=πd124,
- для узкого сосуда
S2=πd224,
где d1 = 2d2 — диаметр широкого сосуда; d2 — диаметр узкого сосуда.
Отношение площадей
S1S2=πd1244πd22=d12d22=(d1d2)2=(2d2d2)2=4
позволяет найти площадь узкого сосуда:
S2=S14.
Таким образом, высота столба жидкости в широком сосуде определяется выражением
h1=4(m2+m3)ρ1S1.
Высота столба жидкости над указанным уровнем в узком сосуде есть сумма:
h2+h3=m2ρ2S2+m3ρ3S2=4S1(m2ρ2+m3ρ3).
Искомая разность верхних уровней жидкостей в узком (h2 + h3) и широком h1 сосудах рассчитывается по формуле
Δh=(h2+h3)−h1=4S1(m2ρ2+m3ρ3)−4(m2+m3)ρ1S1=
=4S1(m2ρ2+m3ρ3−(m2+m3)ρ1).
Произведем вычисление:
Δh=410⋅10−4(0,122,0⋅103+0,124,0⋅103−0,12+0,126,0⋅103)=0,20 м=20 см.
Источник
Реферат по физической культуре.
Тема реферата: «Сердечнососудистая система: ее функции, параметры и их изменения при физических нагрузках. Мышечный насос, гравитационный шок»
Выполнила:
студент 2 курса
Группы ИКК-142
Владимирова Дарья
Преподаватель:
Рудковская Светлана Ивановна
Москва 2015
Содержание:
1.Сердечно сосудистая система
2.Строение сердечно сосудистой системы
3.Функции сердечно сосудистой системы
4.Принцыпы работы сердечно сосудистой системы
5. Параметры сердечно сосудистой системы и их изменения при физических нагрузках
6. Мышечный насос
7. Гравитационный шок
8.Источники
1. Сердечно сосудистая система
Сердечно сосудистая система — система органов, основное значение которой состоит в снабжении кровью органов и тканей. Кровь непрерывно движется по сосудам, что дает ей возможность выполнять все жизненно важные функции. К системе кровообращения относятся сердце и сосуды — кровеносные и лимфатические.
Сердце представляет собой биологический насос, благодаря работе которого кровь движется по замкнутой системе сосудов. Каждую минуту сердце перекачивает в кровеносную систему около 6 л крови, в сутки — свыше 8 тыс. л, в течение жизни (при средней продолжительности — 70 лет) — почти 175 млн. л крови.
2.Строение сердечно сосудистой системы
Сердечно сосудистую систему составляют: сердце, кровь, кровеносные сосуды.
Сердце – полый мышечный орган, способный к ритмическим сокращениям, обеспечивающим непрерывное движение крови внутри сосудов. Здоровое сердце представляет собой сильный, непрерывно работающий орган, размером с кулак и весом около полкилограмма. Сердце состоит из 4-х камер. Мышечная стенка, называемая перегородкой, делит сердце на левую и правую половины. В каждой половине находится 2 камеры. Верхние камеры называются предсердиями, нижние – желудочками. Два предсердия разделены межпредсердной перегородкой, а два желудочка – межжелудочковой перегородкой. Предсердие и желудочек каждой стороны сердца соединяются предсердно-желудочковым отверстием. Это отверстие открывает и закрывает предсердно-желудочковый клапан. Левый предсердно-желудочковый клапан известен также как митральный клапан, а правый предсердно-желудочковый клапан – как трехстворчатый клапан.
Стенка имеет три слоя: внутренний — эндокард (его выросты образуют клапаны), средний — миокард (сердечная мышца, сокращение происходит не произвольно, предсердия и желудочки не соединяются между собой), наружный — эпикард (покрывает поверхность сердца, служит внутренним листком околосердечной серозной оболочки — перикарда).
Анатомия сердца во многом определяет степень основного обмена, разделяя животных на теплокровных и холоднокровных.
Нервные центры, регулирующие деятельность сердца, находятся в продолговатом мозге. В эти центры поступают импульсы, которые сигнализируют о потребностях в чём-либо тех или иных органов. В свою очередь, продолговатый мозг посылает сердцу сигналы: усилить или ослабить сердечную деятельность. Потребность органов в притоке крови регистрируется двумя типами рецепторов: рецепторами растяжения и хеморецепторами.
Если извлечь у животного сердце и подключить к нему аппарат искусственного кровообращения, оно будет продолжать сокращаться, будучи лишенным каких бы то ни было нервных связей. Это свойство автоматизма обеспечивает проводящая система сердца, расположенная в толще миокарда. Она способна генерировать собственные и проводить поступающие из нервной системы электрические импульсы, вызывающие возбуждение и сокращение миокарда. Участок сердца в стенке правого предсердия, где возникают импульсы, вызывающие ритмические сокращения сердца, называют водителем ритма. Тем не менее, сердце связано с центральной нервной системой нервными волокнами, оно иннервируется более чем двадцатью нервами.
Функция сердца – ритмическое нагнетание крови из вен в артерии, то есть создание градиента давления, вследствие которого происходит её постоянное движение. Это означает, что основной функцией сердца является обеспечение кровообращения сообщением крови кинетической энергии. Сердце поэтому часто ассоциируют с насосом.
В сердце имеются четыре клапана:
· Трехстворчатый
· Клапан легочной артерии
· Двустворчатый или митральный клапан
· Аортальный клапан
Трехстворчатый клапан расположен между правым предсердием и правым желудочком. При открытии этого клапана кровь переходит из правого предсердия в правый желудочек. Трехстворчатый клапан предотвращает обратный ток крови в предсердие, закрываясь во время сокращения желудочка. Само название этого клапана говорит о том, что он состоит из трех створок.
При закрытом трехстворчатом клапане кровь в правом желудочке находит выход только в легочный ствол. Легочный ствол делится на левую и правую легочные артерии, которые идут соответственно в левое и правое легкое. Вход в легочный ствол закрывается легочным клапаном. Легочный клапан состоит из трех створок, которые открыты в момент сокращения правого желудочка и закрыты в момент его расслабления. Легочный клапан позволяет крови попадать из правого желудочка в легочные артерии, но предотвращает обратный ток крови из легочных артерий в правый желудочек.
Двустворчатый или митральный клапан регулирует ток крови из левого предсердия в левый желудочек. Как и трехстворчатый клапан, двустворчатый клапан закрывается в момент сокращения левого желудочка. Митральный клапан состоит из двух створок.
Аортальный клапан состоит из трех створок и закрывает собой вход в аорту. Этот клапан пропускает кровь из левого желудочка в момент его сокращения и препятствует обратному току крови из аорты в левый желудочек в момент расслабления последнего.
Его отличают исключительно высокие производительность, скорость и гладкость переходных процессов, запас прочности и постоянное обновление тканей.
Во время работы сердца возникают звуки — тоны:
Систолический — низкий, продолжительный (колебание створок, захлопываются двух- и трёхстворчатые клапаны, колебания натягивают сухожильные нити).
Диастолический — высокий, короткий (захлопывают полулунные клапаны аорты и лёгочного ствола).
Сердце сокращается ритмично в условиях покоя с частотой — 60—70 ударов в минуту. Частота ниже 60 — брадикардия, выше 90 — тахикардия.
Сокращение мышц сердца —характеризуется временем сокращения: предсердий — 0,1 секунд, сокращение желудочков — 0,3 секунд, пауза — 0,4 секунд.
Сосуды представляют собой систему полых эластичных трубок различного строения, диаметра и механических свойств, заполненных кровью.
В общем случае в зависимости от направления движения крови сосуды делятся на: артерии, по которым кровь отводится от сердца и поступает к органам, и вены – сосуды, кровь в которых течёт по направлению к сердцу и капилляры.
В отличие от артерий, вены имеют более тонкие стенки, которые содержат меньше мышечной и эластичной ткани.
Человек и все позвоночные животные имеют замкнутую кровеносную систему. Кровеносные сосуды сердечно сосудистой системы образуют две основных подсистемы: сосуды малого круга кровообращения и сосуды большого круга кровообращения.
Малый, или легочный, круг кровообращения — система кровеносных сосудов, которые начинаются в правом желудочке сердца, откуда обедненная кислородом кровь поступает в легочный ствол, разделяющийся на правую и левую легочные артерии; последние, в свою очередь, разветвляются в легких, соответственно ветвлению бронхов, на артерии, переходящие в капилляры. Немалое значение в строении малого круга кровообращения играют капиллярные сети. В капиллярных сетях, оплетающих альвеолы, кровь отдает углекислый газ и обогащается кислородом. Артериальная кровь поступает из капилляров в вены, которые укрупняются и по две с каждой стороны впадают в левое предсердие, где и заканчивается малый круг кровообращения.
Большой, или телесный, круг кровообращения служит для доставки всем органам и тканям тела питательных веществ и кислорода. Строение большого круга кровообращения начинается в левом желудочке сердца, куда из левого предсердия поступает артериальная кровь. Из левого желудочка выходит аорта, от которой отходят артерии, идущие ко всем органам и тканям тела и разветвляющиеся в их толще вплоть до артериол и капилляров; последние переходят в венулы и далее в вены. Через стенки капилляров происходят обмен веществ и газообмен между кровью и тканями тела. Протекающая в капиллярах артериальная кровь отдает питательные вещества и кислород и получает продукты обмена и углекислоту. Вены сливаются в два крупных ствола — верхнюю и нижнюю полые вены, которые впадают в правое предсердие, где и заканчивается большой круг кровообращения.
Немалую функцию в кровообращении играет третий, или сердечный, круг, обслуживающий само сердце. Он начинается выходящими из аорты венечными артериями сердца и заканчивается венами сердца. Последние сливаются в венечный синус, впадающий в правое предсердие. Аорта сердечного круга кровообращения начинается расширением — луковицей аорты, от которой отходят правая и левая венечные артерии. Луковица переходит в восходящую часть аорты. Изгибаясь влево, дуга аорты переходит в нисходящую часть аорты. От вогнутой стороны дуги аорты отходят ветви к трахее, бронхам и тимусу; от выпуклой стороны дуги отходят три крупных сосуда: справа — плечеголовной ствол, слева — левая общая сонная и левая подключичная артерии. Плечеголовной ствол делится на правые общую сонную и подключичную артерии.
Капилляры – это самые мелкие кровеносные сосуды, которые соединяют артериолы с венулами. Благодаря очень тонкой стенке капилляров в них происходит обмен питательными и другими веществами (такими, как кислород и углекислый газ) между кровью и клетками различных тканей. В зависимости от потребности в кислороде и других питательных веществах разные ткани имеют разное количество капилляров.
Кровь — жидкая подвижная ткань внутренней среды организма, которая состоит из жидкой среды — плазмы и взвешенных в ней клеток — форменных элементов: клеток лейкоцитов, постклеточных структур (эритроцитов) итромбоцитов (кровяные пластинки). Циркулирует по замкнутой системе сосудов под действием силы ритмически сокращающегося сердца и не сообщается непосредственно с другими тканями тела ввиду наличия гистогематических барьеров.
Эритроциты (красные кровяные клетки) отвечают за транспортировку кислорода от легких к органам человека. Именно эритроциты содержат ярко-красный гемоглобин – железосодержащий белок, который в легких присоединяет к себе кислород из вдыхаемого воздуха, а затем постепенно отдает его органам и тканям других частей тела.
Лейкоциты (белые кровяные клетки) обеспечивают иммунитет, то есть способность организма бороться с инфекциями. Есть разные виды лейкоцитов. Некоторые из них непосредственно уничтожают проникшие в организм бактерии и другие чужеродные клетки, а другие участвуют в выработке антител – специальных молекул, также нужных для борьбы с инфекциями.
Тромбоциты (кровяные пластинки) отвечают за свертываемость крови, то есть помогают организму останавливать кровотечение. Если кровеносный сосуд поврежден, то у места этого повреждения постепенно возникает сгусток крови, а затем «корочка», и кровотечение прекращается. Без тромбоцитов (а также целого ряда веществ, содержащихся в плазме крови) сгусток не образуется, и любая ранка или, например, носовое кровотечение может привести к большой кровопотере.
Плазма – жидкая среда, в которой находятся все клетки крови. Большей частью она состоит из воды, но содержит и много растворенных веществ, в том числе уникальных именно для крови. Донорская плазма нужна как для переливаний, так и для изготовления важнейших медицинских препаратов – альбумина, иммуноглобулинов, факторов свертывания крови.
3.Функции сердечно сосудистой системы
Функции сердечно-сосудистой системы:
· транспортная – обеспечение циркуляции крови и лимфы в организме, транспорт их к органам и от органов. Эта фундаментальная функция складывается из трофической (доставка к органам, тканям и клеткам питательных веществ), дыхательной (транспорт кислорода и углекислого газа) и экскреторная (транспорт конечных продуктов обмена веществ к органам выделения) функции;
· интегративная функция – объединение органов и систем органов в единый организм;
· регуляторная функция, наряду с нервной, эндокринной и иммунной системами сердечно-сосудистая система относится к числу регуляторных систем организма. Она способна регулировать функции органов, тканей и клеток путем доставки к ним медиаторов, биологически активных веществ, гормонов и других, а также путем изменения кровоснабжения. Обеспечивает перераспределение крови между работающими и неработающими органами;
· сердечно-сосудистая система участвует в иммунных, воспалительных и других общепатологических процессах (метастазирование злокачественных опухолей и других).
· Выработка и передача в кровоток клеток иммунитета и иммунных тел
(эту функцию выполняет лимфатическая система – часть сердечно-сосудистой системы)
4.Принцыпы работы сердечно сосудистой системы
Для перекачки крови через сердце в его камерах происходят чередующиеся расслабления (диастолы) и сокращения (систолы), во время которых камеры наполняются кровью и выталкивают ее соответственно.
Правое предсердие сердца получает бедную кислородом кровь по двух главным венам: верхней полой и нижней полой, а также из более мелкого венечного синуса, который собирает кровь из стенок самого сердца. При сокращении правого предсердия кровь через трехстворчатый клапан попадает в правый желудочек. Когда правый желудочек достаточно наполнится кровью, он сокращается и выбрасывает кровь через легочные артерии в малый круг кровообращения.
Кровь, обогащенная кислородом в легких, по легочным венам попадает в левое предсердие. После заполнения кровью левое предсердие сокращается и через митральный клапан выталкивает кровь в левый желудочек.
После заполнения кровью левый желудочек сокращается и с большой силой выбрасывает кровь в аорту. Из аорты кровь попадает в сосуды большого круга кровообращения, разнося кислород ко всем клеткам тела.
Кровь, выталкиваемая из сердца в артерии, проходит по всему организму (либо доходит до легких) и снова возвращается в сердце. Это процесс носит название кровообращение.
Кровообращение условно разделяют на два круга: большой круг кровообращения и малый круг кровообращения.
Из левого желудочка богатая кислородом артериальная кровь попадает в крупные артерии – аорту и плечеголовной ствол (иногда из левого желудочка выходит только аорта, а потом от нее отдляется плечеголовной ствол). Плечеголовной ствол – это крупная артерия, которая несет кровь вверх – к клеткам верхних конечностей и головы. Аорта несет кровь вниз – к тканям туловища и нижних конечностей. Обе эти крупные артерии многократно делятся на все более и более мелкие, пока не достигают размеров капилляров. В капиллярах из крови в межклеточную жидкость поступает кислород и питательные вещества, а из межклеточной жидкости в кровь – углекислый газ и другие продукты жизнедеятельности клеток. Несколько капилляров впадают в более крупные сосуды, а те – еще в более крупные (вены). В конечном итоге крупные вены, несущие кровь от нижних конечностей и туловища впадают в нижнюю полую вену, а крупные вены, несущие кровь от верхний конечностей и головы – в верхнюю полую вену. Верхняя и нижняя полые вены падают в правое предсердие.
Время кругооборота крови в большом (системном) круге кровообращения в покое составляет примерно 16-17 секунд.
Из правого желудочка бедная кислородом венозная кровь поступает в легочный ствол (самая крупная артерия малого круга кровообращения), который делится на правую и левую легочные артерии. Правая легочная артерия несет кровь к правому легкому, а левая легочная артерия, соответственно, к левому легкому. Легочные артерии многократно делятся на все более и более мелкие, пока не достигают размеров капилляров.
Капилляры легочного круга кровообращения подходят близко к поверхности легких, контактирующей с атмосферным воздухом. От атмосферного воздуха кровь в легочных капиллярах отделяет только тонкая стенка самих капилляров и столь же тонкая стенка легких. Эти две стенки столь тонки, что газы (в нормальных условиях кислород и углекислый газ) могут свободно проникать сквозь них, двигаясь из области повышенной концентрации в область пониженной концентрации. Так как в венозной крови углекислого газа больше, чем в атмосферном воздухе, он покидает кровь и переходит в воздух. А поскольку кислорода в атмосферном воздухе больше, чем в венозной крови, он переходит в капилляры.
Несколько легочных капилляров впадают в более крупные сосуды, а те – еще в более крупные (вены). В конечном итоге 4 крупные вены (они называются легочными венами), несущие артериальную кровь от легких, впадают в левое предсердие.
Таким образом, в малом (легочном) круге кровообращения по артериям течет венозная кровь, а по венам – артериальная.
Время кругооборота крови в малом (легочном) круге кровообращения в покое составляет примерно 4-5 секунд.
Время, за которое кровь успевает пройти большой и малый круг кровообращения, называют временем полного кругооборота крови. В покое время полного кругооборота крови составляет примерно 20-23 секунды.
При мышечной работе скорость тока крови существенно возрастает, и время ее полного кругооборота снижается до 8-9 секунд
5. Параметры сердечно сосудистой системы и их изменения при физических нагрузках
Поперечное сечение сосудов
Наименьшую площадь поперечного сечения всего кровеносного русла имеет аорта — 3—4 см² (см. табл.).
| Показатель | Аорта | Капилляры | Полые вены |
| Поперечное сечение, см² | 3-4 | 2500-3000 | 6-8 |
| Линейная скорость (средняя), см/с | 20-25 | 0,03-0,05 | 10-15 |
| Давление (среднее), мм рт. ст. | 30-15 | 6-0 |
Суммарное поперечное сечение ветвей аорты значительно больше, а так как каждая артерия дихотомически делится, то дистальные отделы артериального русла имеют все большую и большую суммарную площадь сечения. Самая большая площадь у капилляров: в большом круге кровообращения она составляет в покое 3000 см². Затем, по мере слияния венул и вен в более крупные сосуды суммарное поперечное сечение уменьшается, и у полых вен оно примерно в 2 раза больше, чем в аорте, — 6—8 см².
Источник