Тема Возникновение и распространение мех.волн в упругих средах. Энергетические показатели мех.волн.

Упругая среда -среда,в кот. при смещении частиц от положения равновесия возникает внт упругая сила, стремящаяся возвратить частицу в исх. состояние. Упр. явл. воздух, жидкости.

Процесс распространения колебаний в упр.среде- механ.волна,а материальн.тело-источник мех.волны. Мех.волны бывают: продольные(частицы среды колеблются в направление распространения волн – могут возбуждаться в тв.,ж. и г.средах) и поперечные(в плоскостях,перпендикулярн. направлению распространения волны). Частицы, в кот. распространяется волна, не переносятся волной,а лишь совершают колебания около своих положений равновесия. Если мех.волна проходит через некоторый V среды, то заключенная в нем m частиц будет совершать колебат.движения. При волновом движ. происходит перенос Е, кот. состоит из кин. Е и потенц.Е колеблющихся частиц среды. Для незатухающих колебаний или волновых процессов в ограниченных объемах пространства потери Е отсутствуют => E=Е_Пмакс=Е_Кмакс. Удельная плотность энергии [W] -кол-во Е в единице объема пространства, через который распространяется мех.волна. Показывает какое кол-во Е мех.волны содержится в единице объема упругой среды. I=C*W

Механически импеданс. Давление мех.волны. Импеданс [z] - сопротивление среды, оказываемое распространению механических колебаний; измерение величины. z=p*C (произведение плотности среды на скорость распростр.мех.волны). В любом достаточно малом объеме(по сравнению с длиной волны) при распространении гармоническ. мех.волны действует давление P=P₀+P_m sinwt, где P_0-постоянное давление (н.Р атмосферы), P_m-амплитуда давления,кот.возникает при прохождении мех.волны(для звуковых волн-амплитуда звук.давления). =корень из 2ZI. Физ. смысл мех.сопротивления: Z= P_m/u_m – это величина численно равная амплитуде давления,необходимого для сообщению частицы среды единичную макс.скорость. => Чем больше импеданс, тем необходимо большее давление (или соответсв. сила),чтобы обеспечить распространение волны в среде (колебание частиц относительно своих положений равновесия). Отражение мех.волн на границах раздела фаз. ОТРАЖЕНИЕ (О.) мех.волны – явл., возникающее при падении звуковой волны на границу раздела двух упругих сред и состоящее в образовании волн, распространяющихся от границы раздела в ту же среду, из к-рой пришла падающая волна, сопровождается образованием преломлённых волн во второй среде. Частный случай О. - отражение от свободной поверхности. Обычно рассм. о. на плоских границах раздела, однако можно говорить об О. от препятствий произвольной формы, если размеры препятствия значительно > длины звук. волны. В противном случае имеет место рассеяние звука или дифракция звука.Законы преломления волн: 1) падающий луч, преломленный луч и перпендик, восстановленный в т. падения к границе раздела сред, лежат в 1 плоскости. 2) при любых углах падения отношение sin угла падения к sin угла преломления для данный двух сред величина постоянная –показатель преломления второй среды относительно первой. Относительный показатель преломления показывает во сколько раз V волны в первой среде > или < V волны во второй среде. Для кол-нного описания преломл. используют коэф.отражения отношения интенсивности отраженной к интенсивности пажающ.волны k=I/I_0. коэф.отраж. зависит от соотношения мех.импедансов сред по обе стороны от границ раздела: k= (z₁-z₂)² /(z₁+z₂)² ,где z – импедансы 1 и 2ой среды. Ультразвуковой излучение. Первичные механизмы воздействия ультразвука с вещ-вом. УЗ — упругие звук колеб высокой частоты от 20 000 до миллиарда Гц. Излучатели УЗ можно подразделить на 2 группы. 1) излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или ж. 2) электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрич. напряж. или тока в мех. колебание тв тела, кот и излучает в окр ср акустические волны. Благодаря хорошему распростр. УЗ в мягких тк. чела, его относительной безвредности по сравнению с рентг. лучами и простотой использ. в сравнении с магнитно-резонансной томографией УЗ широко применяется для визуализации состояния внут органов чела, особенно в брюшн.полости и полости таза. УЗ применяется в медицине как леч. средство. УЗ обладает действием: противовоспалительным, рассасывающим аналгезирующим, спазмолитическим кавитационным усилением проницаемости кожи. Фонофорез — сочетанный метод, при кот. на ткани действуют УЗ и вводимыми с его пом. леч. вещ-ми (медикаментами и вещ. прир. происх.). Проведение вещ. под действием УЗ обусловлено повыш. проницаемости эпидермиса и кожных желез, кл. мМи стенок сосудов для вещ. небольшой мол. m, особенно. Ультразвуковое исследование (УЗИ) — неинвазивное исслед. орг. чела или животного с пом. УЗ волн. Эхоэнцефалография - для диагноза при серьезных повреждениях головы позволяет хирургу определить места кровоизлияний. Принцип работы такого зонда основывается на регистрации УЗ эха от границы раздела полушарий. Офтальмология - УЗ зонды применяются для измерения размеров глаза и опр. положения хрусталика. КЛАСИФФИКАЦИЯ ЗВУКОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПЕКТРА. ФИЗ. И БИОЛ. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУК.ВОЛН. Упруг волны, кот распространяются в сплошных средах, наз звуковыми. К зв в принадлежат волны, частоты кот лежит в пределах восприятия орган слуха. Чел воспринимает звуки тогда, когда на его органы слуха действуют в с частотами от 16 до 20 000 Гц. Упруг в, частота кот меньше 16 Гц, называют ИЗВ, а волны, частота кот лежит в интервале от 20000 Гц - УЗ. К основным хар-ам зв.х вотносят: скорость з, его интенсивность - это объективные хар-ки зв. волн, высоту тона, громкость относят к субъективным хар-ам. Субъективные хар-ки зависят в большой мере от восприятия зв конкретным челом, а не от физ характеристик звука. Скорость звука — скорость распростр. звук. волн в среде. В газах скорость звука м., чем в ж, а в жх скорость звука м, чем в тв телах, что связано с убыванием сжимаемости вещ. в этих фаз. состояниях соответственно. В процессе распростр. зв.волн в среде происходит их затухание. Ампл. колебаний частиц среды постепенно уменьш. при возрастании расстояния от источника звука. Одной из осн. причин затухания волн есть действие сил внутр. трения на частицы среды. На преодоление этих сил непрерывно используется мех. Е колебательного движ, что переносится волной. Эта Е превращ.в Е хаотического теплового движ. мол. и атомов среды. Т.к. Е волны пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то при распростр. волн от источн. звука вместе с уменьш. запаса Е колебательного движе. уменьш. и амплитуда колебаний. Для сравнения интенсивности L звука или звук. давл. использ. ур. интенсивности. Ур. И. наз умноженный на 10 логарифм отношений двух И звука. Вел L измеряется в децибелах. Для указания абсолютного ур. И вводят стандартн. порог слышимости человеческого уха на частоте 1000 Гц, по отношению к кот указыв И. Акустическое сопротивл. среды выраж. отношением звук. плотности к объёмной скорости УЗ волн. Удельное акустическое сопротивление среды устанавл. соотношением амплит. звук. давления в среде к ампл. колебательной скорости её частиц. Чем б. акустическое сопротивл., тем выше степень сжатия и разрежения среды при данной амплитуде колебания частиц среды. удельное акустическое сопротивление среды (Z) находится как (ρ) * на скорость (с) распространения в ней УЗ волн Z = ρc. Для того, чтобы чел реагировал на звук, нужно, чтобы его И была не м. мин. вел., кот носит название порога слышимости. ПС для разных частот неодинаковый. При значительном возрастании И звука ухо перестает воспр. колебания как звук. Такие колебания вызывают ощущ. боли. Наиб. И звука, при кот. чел воспринимает колеб. как звук, наз. порогом бол. ощущения. Органы слуха чела воспринимают звук за громкостью, высотой тона, тембром. ВЕБЕРА - ФЕХНЕРА ЗАКОН – Ур. громкости данного звука (при опр.частоте колебаний) прямо пропорционален лог. отношения его И I к значению I0, соответствующему порогу слышимости. E k lg I / I0. Показывает, что чувствит. уха чел к звуку меняется, как логарифм И звука. Ухо человека имеет сложное устр-во. Звук волны попадают в ухо, которое направляет их к окончаниям чувствительных нервов. Ухо млекопитающих состоит из трех основных частей: наружного уха, среднего уха, внутреннего уха. Нар и сред уши наполнены воздухом. Их основным назначением явл проведение звука во внут ухо. Аппарат слуха содержит звукопроводящую и звуковоспринимающую системы. Первая состоит из ушной раковины, нар слухового прохода, оканчивающегося барабанной перепонкой, с которой связаны три сочлененных слуховых косточки: молоточек, наковальня и стремечко, расположенные в полости, называемой средним ухом. Эта полость граничит с полостью внутр уха, с кот сообщается двумя отверстиями, затянутыми упругими мембранами: овальным и круглым окнами. К мембране, закрывающей овальное окно, плоским основанием прикреплено стремечко. Нар слух проход представляет собой прямую трубку и на попереч срезе имеет прибл. округлые очертания. Слуховой проход заканчивается толстой фиброзной М (барабанной перепонкой). Перепонка на конце прохода натянута сравнительно туго. Здесь скорость колебл. частиц должна быть мин, а акустическое давление -- макс. Барабан переп имеет овальную форму, передает колебания мол воздуха в нар ухе маленьким косточкам среднего уха. У чела движ перепонки похожи на работу поршня. Барабанная перепонка образует внеш границу средн уха (наполненное воздухом пространство, лежащее в височной кости; это пространство называется барабанной полостью). В БП нах молоточек, наковальня и стремечко. Общ назначение - обеспечение акустической связью элем. внутр уха с возд средой. Косточки действуют как мех преобразователь и увел долю падающей зв Е, кот возбуждает механизмы вн уха. Одной из ф косточек явл усиление акустического давления колебаний, передаваемых из воздуха через БП причем одновременно устраняются вибрации, идущие через череп. Также уменьш вели Е, поступающей во внутр ухо при слишком б. ур. силы звука. Молоточек прижимается к БП. Стремечко прижимается к М, наз. овальным окном, кот отделяет наполненное воздухом средн ухо от наполненных ж. каналов внутр уха. Овальное окно обр один конец одного из этих каналов - вестибулярной лестницы. Другой канал - барабанный канал или барабанная лестница, также оканчивается М, отделяющей его от среднего уха. Эта вторая М называется круглым окном.Так как средн ухо наполнено воздухом, то любое различие в давлении по обеим сторонам БП ведет к смещению мембраны. Малые различия в давлении на частотах, на кот отвечает улитка, вызывают колебания БП во время норм.восприятия звуков. А большие медленные изменения давления, вызванные атмосферными изменениями или поднятием на большие высоты, могут исказить форму и положение БП. Чтобы избежать этого искажения необходима связь между средним ухом и окружающим воздухом, но эта связь не должна передавать изменения, совершающиеся за время меньше 0,1 сек. Внутреннее ухо состоит из неск частей, они заполнены жи. двух. Для слуха важна только улитковая часть внутр. уха.Улитка имеет форму спирали; имеет 2,5 витка такой спирали. Имеет две М, идущие по всей длине улитки, делят ее на 3 узких хода, каждый из кот. заполнен ж. Жидкость, наполняющая канал преддверия и барабанный канал, наз. перилимфой. Эти два хода соединены на верхушке спирали посредством мал. отверстия- завитка. Пространство между этими 2 ходами называется улитковым ходом. Он заполнен ж- эндолимфой. Эндолимфа и перилимфа структурно и электрически отл. др от др. Между улитк. ходом и каналом преддверия находится тонкая фибр. м, наз вестибулярной. Между улитковым и барабанным каналами лежит более толстая М - основной М. По мере того, как она подходит к вершине улитки, осн М становится постепенно шире и толще, длина осн. М растянутом виде около 3,5 см. Давление, оказ. на овальное окно извне, создает давление на ж, наход. над осн. м., так что оно быстро распростр. по всей длине м. Волна давления распростр. по всей длине улитки всего за 20 миллионных долей сек.

Тема

ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗВ организме ж.с – водные растворы. воды у взрослого: 70-75, старого: 5Ж.с в: цитоплазме(интрацеллюлярная с.), в межкл. простр(тканевая ж.), в полостях орг. (полостях суставов грудной брюшной полости), в лимф., моч., кровообр.. Особенности:их непрер. движение, обесп.перенос пит.вещ-в, прод. Метабол., ферментов, горм. и др. течение ж. с. Явл. одним из определяющих Биофиз.процессов для жизнедеят.Особенности движения ж. описываются физ. (гидродинамическими) закономерностями.Эти законом. использовали для изуч. кровобр. Гемодинамика описыв. течение крови в сосуд. сист. при норм. и пат.

Классиф. ж. идеал и реал. идеал нет вязкости, пост.объем при действ. внеш давл. При движении не теряется Eмех на преодоление F сопротивл. Реал жидкости изм V,теряется E. Реал: ньютоновские и неньютоновские. ньют коэфф вязкости не завис от скорости сдвига (от условий течения). см. график завис напр _С от скорости сдвига ', то для нж - прямая,проходит через начало координат. tg угла наклона этой прямой к ох: tg Q = _C / ' = ' /' =  - коэф.вязк В любой точке угол не изм, величина коэфвязк одинакова для каждой скорости сдвига. неньютоновские зависимость напря от скорости сдвига для крови нелинейна. с ув скорости сдвига угол наклона касательной и коэфф вязк ум. кровь явл ненью ж. ЗАКОНОМЕР ДВИЖ ВЯЗК Ж ламинарное и турбулентное течение жс. ламинарное:отд слои ж смещаются друг относительно друга - скорость слоя не изм по t. стационарное турбулентное в потоке движ ж обр завихрения. при это колебание воздуха и звук- турб шумы УРАВн НЕРАЗРЫВ Для движ вязк ж в замкнутой сист справедливо уравнен неразрывности потока.. допустим V проходят через 2 сечения: dV₁=S₁dX₁ и dV₂=S₂dX ₂,dX₁ и dX₂ - S, на которое переместится ж в кажд сечении за t dt. ж несжимаема, ее V между сечениями не изм, и поэтому dV₁ = dV₂. Поделим обе части этого равенства на время dt: dV₁ /dt = dV₂/dt Отношения dX₁/dt = W₁ и dX ₂/dt = W₂ представляют собой скорость ср течения жидкости в соотв сечениях. Поэтому S₁ W₁= S₂ W₂. итак полученное уравн неразрыв: S₁ W₁ = S₂ W₂ =... = S_n W_n = const. произведение S сечения сосуда на ср скорость ж величина постоянная не зависит от сечения.отсюда вывод: ср скорость ламинарного потока обр пропорц S поперечного сечения W = const/S = Q/S. V жидкости, протекающ в tчерез поперечное сечение dV/dt = SW = Q наз интенсивностью потока/v скоростью. Работа сердца характ минутным V, - количество крови, которое перекачивает за 1 мин. это также явл интенсивностью кровотока. УРАВН ПУАЗЕЙЛЯ описывает V скорость потока ж в зависимости от ее свойств, геометр параметр сосуда и величины действующего P. уравн Пуа утверждает:интенсивность потока жидкости, протекающей через сосуд: Q = (P₁ - P₂)R = P/R, R гидродинамическим сопротив. Его величина определяется соотнош: R = L/  r⁴С учетом этого равенства интенсивность потока: Q = (P₁ - P₂) r⁴ /8 L ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ Eкин движущейся жидкостиmW²/2, А F сопротивления - возрастает пропор 1 степени скорости. Следует из: Fсопротивления течению  S(dW/dy) пропорц dW. Поэтому при повыш скорости Eкин ув быстрее, чем потери Е на преодоление вязких сил. При некоторой критической скорости Епотери не компенсируют возросшуюЕкин, нарушается стационарность потока ж, становится турбулентным. Тогда Епотери в турбулентном потоке пропор 2 степени скорости, потому что Емех расходуется не только на преодоление вязких F, но и на изменение направл вектора скорости частиц.

Отношение Е кин\ А F сопротивления в момент перехода ламинарного потока в турбулентный- безразмерный параметр- критическое число Рейнольдса. этот параметр может быть выражен через характер потока жидкости и геометр размеры трубы: Re =  W_кр r/ h W_кр - критич скорость, r - радиус сосуда,  - вязк,  - плотность ж. Для крови число 1000 и поэтому критич скорость когда кровоток станов турбулентным: W_кр = Re/ r обычно кровоток в сосуд сист ламинарный. Нарушение стационарности кровотока происх в сосуд с наибольш скоростью- напр. аорте. При некоторых усл кровоток стать турбулентным, и сердцу надосовершать большую работу на преодоление бонусного сопротивления. соотнош критич скорости позволяют количеств оценить усля, когда наруш стационарность ламинарного потока.факторы,кот способствуют ум критической скорости (ум вязк , радиуса сосуда r,ув плотности ж ) облегчают возникновение турбулентного потока. С другой стороны, все причины, обеспечивающие повышение реальной скорости до критической, также могут вызывать нарушение стационарности потока.На основании регистрации турбулентных шумов метод измерения АД. существуют 2подхода к определению прямой и непрямой. прямом (кровавым) катетер в просвет кровенос сосудов или в полость - датчик манометра. процедура сложна, опасна, впадло. только когда вопрос о операции используется непрямой (косвенный) по Короткову.измеряют, кладут манжету на участок с артерией(плечо)и накачивают туда воздух.Когда Р воздуха в манжете превысит Р крови (Р_в > Р), в сосуде прекратится кровоток.Если теперь постепенно выпускать воздух,Р в манжете будет ум станет равным наиб(систоли)Р Р_с = Р_в, при сокращении кровь будет продавливаться через суженный участок. обря турбулентный поток и над пережатым сосудом возн турбулентные шумы. Появление этих звуков значит измеряемое Р в манжетеРв= наиб(систоли) Р крови в артерии. Потом delete воздуха из манжеты способств восстановл исх просвета сосуда под действием F P крови. Когда S сечения восст полностью, поток станет ламинарным, и тут же нет турбулентные шумы.Рв манжете, при котором пропадают звуки над артерией, принимается за миним(диастоли). БИОФИЗ КРОВООБРАЩЕНИя. Сердечно-сосудистую систему образует сердце и совокупность сосудов большого и малого кругов кровообращения.Сердце явл 4 камеры биолог насос с камерами низкого (предсердия) и высокого (желудочки) Р. Клапаны сердца,кот между предсерд и желудочк, а также на выходе крови из желудочк, обеспеч в норм условиях строгую направл потока крови: из предсерд в желуд, а затем в артер сист больш и мал кругов кровообр. Сосуд сист вкл артериал,вен и сосуды микроциркуляции. Каждый из кругов начало крупной артерий (больш - аортой, малый - легоч артер), а затем эти сосуды подразделяются на более мелкие вплоть до артериол.В сосудах минимал диаметр(6-10 мкм)-капиллярах, происх обмен ве-тв и газов между кровью и окружающими тканями.Совокупность сосудов с диаметром меньше 100мкм(артериолы, капиллярыивенулы)наз сист микроциркуляции.Капилляры объед в венулы,кот собираются вместе и формируют более крупные вены. и тд до образ самых крупных полых вен, кот бол круг кровообр заканч в правом предсерд. Мал круг заканч легочными венами в лев предсерд. задача бол круга - снабжение тканей пит в-вами и О2,удаление продуктов обмена из тканей. Мал круг обесп газообмен в легких-в капиллярах осуществл обменО2иСО2с атмосферным воздухом.Поэтому в артериях мал круга кровь содержит избыточное количество СО2и ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗВ организме ж.с – водные растворы. воды у взрослого: 70-75, старого: 5Ж.с в: цитоплазме(интрацеллюлярная с.), в межкл. простр(тканевая ж.), в полостях орг. (полостях суставов грудной брюшной полости), в лимф., моч., кровообр.. Особенности:их непрер. движение, обесп.перенос пит.вещ-в, прод. Метабол., ферментов, горм. и др. течение ж. с. Явл. одним из определяющих Биофиз.процессов для жизнедеят.Особенности движения ж. описываются физ. (гидродинамическими) закономерностями.Эти законом. использовали для изуч. кровобр. Гемодинамика описыв. течение крови в сосуд. сист. при норм. и пат.

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВи гематокрит имеют ввиду механ характеристики:вязкость,кот определяют течение крови.Кровь явл сложной неоднородной(гетерогенной)жс организма. При ее центрифугировании в пробирке обр слой ж-плазмы,сверху и слой форменных элемент-клеток крови.В 1куб млм крови:4,5-5.0 мил эритр,200-300тыс тромб,5-7тыс лейк.Относ объем форм элемен в крови характ спец показатель- гематокрит: отнош суммарного объема всех клеток к объему крови, в кот они находятся: Н = V_кл / V_кр В норм усл гематокрит0,45- 0,5(45-50%), т.е. примерно полобъема крови приходится на клетки и пол на ее ж часть-плазму.Поскольку эритр имеет значительно больш объем,чем тромб,гематокрит характеризует относ количество эритр.Величина гематокрита может изм от 0, если отсут в плазме клетки и до 1когда весь объем крови занимают форменные элементы.

содерж форм элемент(эритр)оказывает влияние на вязкость крови. зависимость выразить формулой: = _e^H, _ - вязкость крови при гематокрите Н = 0 (вязкость плазмы), е = 2,71 - основание натуральных логарифмов,  - фактор формы. Последняя величина определяется формой частиц в среде и для эритроцитов этот показатель равен 2,5.

Поскольку вязкость опр Е потери в кровотоке (Емех, которую сообщ сердце), с ув вязкости резко возр Е затраты сердца