液体的流动规律与表面现象ppt课件

第四章 液体的流动规律与表面现象,1,第一节 理想液体的流动,2,物态： 物体根据存在的形态分为固态、液态和气态。,流体： 气体与液体没有一定的形状,各部分之间极易发生相对运动,具有流动性,因而被统称为流体。,流体的运动广泛存在于我们的周围及生命体内.掌握流体的运动规律,有助于理解日常生活中发生在身边的流体运动现象,深入研究人体的血液循环、呼吸过程以及相关的医疗仪器设备。本章主要讲解液体。,3,可压缩性 液体的体积(或密度)随压强大小而变化的性质,称为液体的可压缩性。例：水在10C时增加1atm体积减小1/20000加1atm 体积减小1/20000,黏滞性 实际液体流动时,速度不同的层与层之间存在阻碍相对运动的内摩擦力,液体的这种性质称为液体的黏滞性.流速大的层给流速小的层以拉力,流速小的层给流速大的层以阻力。甘油、糖浆、血液都具有黏滞性。,液体的黏滞性,4,一、 理想液体 不可压缩又无黏滞性的液体。,理想液体是不存在的，它是实际液体的近似，为了研究问题的方便，它代表实际液体的一种理想化模型。水和酒精都可以看作理想液体。,二、稳流,同一时刻： 空间各点流速不同； 同一地点： 不同时刻流速也不相同。,一般情况：,5,特例： 空间各点的流速不随时间变化，即稳流。,6,三、 流量 单位时间内通过某一横截面的液体的体积。,四、连续性原理,条件：稳定流动,不可压缩。,7,对于不可压缩的液体来说，在同一管中稳定流动时，任意一处横截面积和该处液体流速的乘积是一个恒量。这一结论叫作液体的连续性原理。,上式表明，不可压缩的液体稳定流动时，同一管子中的流速和管子的截面积成反比。,8,例题,9,问题： 动脉、毛细血管血流速度大小如何考虑？,血液循环系统,动脉、毛细血管血流速度大小如何考虑？,参考数据： 动 =30cm/s ，毛=0.1cm/s 主动脉截面3cm2 ，毛细血管总截面900cm2,因此，输液是针尖处药液的流速比吊瓶中药液的流速大得多，毛细血管的总截面积约为主动脉的200400倍，所以血液速度较慢。,10,五、液体流速与压强的关系,手握两张纸，让纸自然下垂，在两张纸中间向下吹气,猜想两张纸将怎样运动。,结论：在气体中，流速大的地方，压强小； 流速小的地方，压强大。,11,1912年秋天，远洋航轮“奥林匹克”号与铁甲巡洋舰同向航行，但是当二船平行的时候，突然小船竟然扭头几乎笔直地向大船冲来，结果小船把“奥林匹克”的船舷撞了一个大洞。,一次海难,12,结论：在液体中，流速越大的地方，压强越小； 流速越小的地方，压强越大。,13,你知道吗？,1、在火车站或地铁站的站台上，离站台边缘m左右的地方标有一条安全线，乘客必须站在安全线以外的地方候车，这是为什么呢？,14,小孔处空气流速快，压强小，容器里液面上方的空气压强大，液体就沿着细管上升，从管口流出后，受气流的冲击，被喷雾状。,2、喷雾器的工作原理（空吸作用）,15,第二节 液体的黏滞性,学习目标： 1、理解液体的黏滞性、粘度、泊肃叶定律。 2、了解层流、湍流、牛顿黏滞定律。,16,一、黏度（牛顿粘滞定律）,任何液体都是有黏滞性的，例如蜂蜜、甘油、血液等。,如图，先在滴定管中倒入无色甘油，然后在它上面倒入带有颜色的甘油，结果如下：甘油各部分的流速不同，中间流速大，越靠近管壁流速越小。,实验发现，流体在流速较小时将作分层平行流动，这种分层流动，叫做层流或者片流。,17,液体层流时，相邻两层间有相对运动，速度大的一层给速度小的一层以拉力，速度小的一层给速度大的一层以阻力，这一对力叫作内摩擦力。由于内摩擦力的存在而使液体内部各部分之间具有相互牵制的性质，叫作液体的黏滞性。,黏度是表示液体黏滞性大小的物理量。它的值的大小取决于液体的种类和温度。不同的液体，黏度不同；而同一种液体的黏度一般随温度的升高而减小。比如沥青、花生油等，温度低黏度大，温度高黏度小。见P49表4-1,血液的黏度很大，约为水的4-5倍，血液的粘滞性主要是有悬浮的血细胞决定的，当血细胞数量发生变化时，血液的黏度就会发生变化。所以，测量血液的黏度，对诊断某些疾病有所帮助，测定液体的黏度也是检验药品的方法之一。,1、黏滞性,18,黏滞性液体在流速不大时，是分层流动的，各层相对滑动而不相混合。当液体的流速超过一定程度时，分层流动的状态将被破坏，形成紊乱的流动状态，甚至形成涡流，并发出声音，这种流动称为湍流，又称乱流、扰流、紊流。,2、湍流,19,水中的层流 水中的湍流 香烟烟雾(从层流变到湍流),20,湍流的发生还与管道光滑程度、形状、弯曲程度等有关：转弯、分支处易发生湍流。,动脉粥样硬化病变好发于动脉分支、弯曲部位，因为血液在这些部位容易发生湍流。,特点：湍流区别于层流的特性之一是它能发出声音，医生利用听诊器可以辨别血流是否正常，从而判别心脏疾病。,21,二、泊肃叶公式,黏滞液体在管中层流时，流量与管两端的压强差、管半径的四次方成正比，与管长、液体的黏度成反比。这个规律是法国医生泊肃叶通过实验得出的，所以称为泊肃叶公式，也叫泊肃叶定律。,泊肃叶公式,常用上式分析心输出量、血压和外周阻力之间的关系。,高血压的治疗：老年人血管往往硬化，流阻增大，所以血压升高。可以服用扩张血管的药物，减小流阻，在不变的情况下，血压降低。,泊肃叶 (1799-1869) 法国生理学家.,22,第三节 血液的流动,学习目标： 1、理解血液的流速、血压在各段血管中的分布。 2、掌握水银血压计的构造、测压原理和使用方法。,23,血液流动的特殊性： 血液由血浆和悬浮在其中的比任何分子都大得多的血细胞组成，和一般均匀性黏滞液体不同，血管壁是有弹性的，而且受神经的控制可改变口径，此外，血管的分支极多，所以人体血液流动情况十分复杂。,24,一、血液的流动,为了讨论方便，我们将心血管的循环系统简化为如下模型：,心脏收缩时，心脏内压强骤增，血液流向动脉；心脏舒张时，由于心脏内压强降低，血液流回心脏。血液总是由心脏到动脉经毛细血管到静脉，再回到心脏。,25,二、血液的流速,根据Q=Sv，绘出人体血流速度分布图如下：,血液在大动脉中流速最快，在毛细血管内流速最慢。为什么 ？,26,三、血液的压强,血压：血管内血液对血管壁的压强叫作血压。一般指动脉血压。,收缩压:血压随着心室的收缩和舒张而发生规律性的变化，当心脏收缩时，血液射入主动脉，此时动脉管壁所受到的压力的最高值称为收缩压（也叫高压）。,舒张压：当心脏舒张时，动脉管壁弹性回缩，此时动脉管壁所受到的压力的最低值称为舒张压（也叫低压）。,脉压：收缩压与舒张压之差称为脉压（脉压=收缩压-舒张压）,通常我们测血压右侧与左侧的血压不一样，最高可相差10毫米汞柱，最低相差不到5毫米汞柱。,27,（一）正常血压,收缩压：90140mmHg（12.018.6kPa）,舒张压：6090mmHg(8.012.0kPa),脉压：3040mmHg(4.05.3kPa),平均动脉压：100mmHg(13.3kPa)左右,（1mmHg=0.133kPa 1kPa=7.5mmHg),28,（二）异常血压,1.高血压 指正常状态下，成人收缩压140mmHg或舒张压90mmHg（关于高血压的标准，目前采用的是1999年世界卫生组织与国际高血压联盟制定的标准）,2.低血压 指正常状态下，成人收缩压低于90mmHg，舒张压低于60mmHg，称为低血压。常见于失血、休克、急性心力衰竭等病人。,3.脉压变化,（1）脉压增大 脉压超过40mmHg。常见于主动脉硬化、主动脉瓣关闭不全、甲状腺功能亢进等。 （2）脉压减少 脉压低于30mmHg。常见于心包积液、缩窄性心包炎、心力衰竭等。,29,（三）除病因外影响血压的因素,1.年龄 血压随年龄增加而逐渐增高，并以收缩压升高更为显著。,2.昼夜与睡眠 凌晨血压最低，然后逐渐升高，到傍晚血压最高，过度劳累和睡眠不佳时血压可偏高。,3.环境温度 在寒冷坏境中由于末梢血管收缩血压可上升，高温环境下由于皮肤血管扩张血压可略下降。,4.体位改变 立位血压高于坐位，坐位血压高于卧位，此种情况与重力引起的代偿机制有关。,5.其他 情绪激动、剧烈运动、疼痛、吸烟等均可导致收缩压升高，舒张压一般无变化。此外，饮料、摄盐过多、应用药物等对血压也有影响。,30,高血压水平的定义和分类,31,中国人平均正常血压参考值,32,头疼：部位多在后脑，并伴有恶心、呕吐感。若经常感到头痛，而且很剧烈，同时又恶心作呕，就可能是向恶性高血压转化的信号。 眩晕：女性患者出现较多，可能会在突然蹲下或起立时发作。 耳鸣：双耳耳鸣，持续时间较长。 心悸气短：高血压会导致心肌肥厚、心脏扩大、心肌梗死、心功能不全，这些都是导致心悸气短的症状。 失眠：多为入睡困难、早醒、睡眠不踏实、易做噩梦、易惊醒。这与大脑皮质功能紊乱及自主神经功能失调有关。 肢体麻木：常见手指、脚趾麻木或皮肤如蚁行感，手指不灵活。身体其他部位也可能出现麻木，还可能感觉异常，甚至半身不遂。,高血压六大危险信号,33,四、血压计,常见的血压计：汞柱式血压计、弹簧式血压计、电子血压计。,输气球及调节空气压力的阀门,袖带,测压计,34,（1）汞柱式血压计 由玻璃管、标尺、水银槽三部分组成。血压计盒盖内壁上固定有一根玻璃管，管面上标有双刻度为0300mmHg（040kPa），每小格相当于2mmHg(0.5kPa),玻璃管上端和大气相通，其下端和水银槽相通。水银槽内装有水银，输气球送入空气后，水银由玻璃管底部上升，汞柱上缘所指即为压力刻度。汞柱式血压计的优点是测得数值较准确可靠，但较重且玻璃管易碎。,（2）表式血压计 外形似表，呈圆盘状，正面盘上标有刻度及读数，盘中央有一指针，以指示血压数值。其优点是体积小，便于携带，但应定期和汞柱式血压计校验。,（3）电子血压计 袖带内有一换能器，有自动采样微电脑控制数字运算，自动放气程序，数秒钟内可得到血压数值。优点是清晰直观，使用方便，也可排除测量者听觉不灵敏、噪音干扰等造成的误差，但需定期校验。,35,【目的】,1.判断血压有无异常；2.监测血压变化，间接了解循环系统的功能状况；3.为诊断、治疗、护理和预防提供依据。,【准备】,1.测量者准备：衣帽整洁，修剪指甲，吸收，戴口罩。2.被测者准备：了解测量血压的目的、注意事项及配合要点。测量前1530min无运动、吸烟、情绪变化等影响血压的因素。3.用物准备 血压计、听诊器、记录本及笔。如汞柱式血压计应检查玻璃管有无裂损，水银有无漏出，输气球与橡胶管有无漏气。4.环境准备 安静、整洁，光线充足。,【操作步骤】,操作步骤及说明见P54-55,实验：血压的测量,36,【注意事项】,1、排除影响血压的因素 袖带过宽使大段血管受压，致搏动音在到达袖带下缘之前已消失，故测得血压值偏低；袖带过窄测得的血压值偏高。袖带过紧使血管在未充气前已受压，测得血压值偏低；袖带过松使橡胶带呈球状，以致有效测量面积变窄，导致测的血压值偏高。肱动脉高于心脏水平，测的血压值偏低，肱动脉低于心脏水平，测的血压值偏高。视线低于汞柱，使血压读数偏高；视线高于汞柱，使血压读数偏低。 2、发现血压异常或听不清时，应重新测量。重测时，应先将袖带内空气驱尽，汞柱降至“0”点，稍待片刻后在测量，一般连测23次，取其最低值，必要时可行双侧肢体血压测量对照。,37,手臂式电子血压计使用流程,38,手臂式电子血压计使用流程,39,愿大家都有一个健康的身体！,40,第四节 液体的表面张力,41,一、表面张力,其原因是： 液体的表面存在一种使液面收缩成最小趋势的张力，此张力称为表面张力。,问题1：为什么小液滴和小气泡总是成球状而不会成别的几何形状（如立方体、多角形等）？,问题2：肌注、输液、输血时要防止气泡进入,为什么？,42,表面张力的演示实验（1）,圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；,43,表面张力的演示实验（2）,橄榄油滴浮在同密度的水和酒精的混合液体中，由于表面张力的作用，油滴形成完美的球形。,44,表示液体表面单位长度直线段上的表面张力。,二、表面张力系数,医学上，通过测定人体血液、尿液的表面张力系数可以诊断疾病。,45,第五节 弯曲液面的附加压强,46,水银掉到玻璃上，呈现出球形，也就是说，水银与玻璃的接触面具有收缩趋势，这种现象为不浸润。水滴掉到玻璃上，慢慢地沿玻璃散开，接触面有扩大趋势，这种现象为浸润。,水银虽然不能浸润玻璃，但是用稀硫酸把锌板擦干净后，再在板上滴上水银，我们将会看到，水银慢慢地沿锌板散开，而不再呈球形。所以说，同一种液体能够浸润某些固体，而不能浸润另一些固体。水银能浸润锌，而不能浸润玻璃；水能浸润玻璃，而不能浸润石蜡。墨水是纸的浸润液体，是油纸的不浸润液体。,试观察如下现象,47,一、浸润现象和不浸润现象,润湿: 液体沿固体表面延展的现象，称液体润湿固体。(水玻璃),1. 定义,不润湿：液体在固体表面上收缩的现象，称液体不润湿固体。(水石蜡),润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。,48,附着层：在固体与液体接触处，形成的液体薄层。,润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。,内聚力：附着层内分子所受液体分子引力之和。,附着力：附着层内分子所受固体分子引力之和。,当附着力大于内聚力，宏观上表现为液体润湿固体；当内聚力大于附着力，宏观上表现为液体不润湿固体,49,二、弯曲液面的附加压强,自然界中有许多情况下液面是弯曲的，液滴、水中的气泡、肥皂泡、人体肺泡内壁覆盖的一层粘液等等，它们的液面都是弯曲的。有的弯曲液面是凸液面，如水滴；有的弯曲液面是凹液面，如水中的气泡。 弯曲液面内外存在一压强差，称为附加压强, 用ps 表示。附加压强是由于表面张力存在而产生的。,50,由于液面水平，表面张力沿水平方向，边界表面张力相互抵消, 内外压强相等： PB = PA,1.平液面,51,2. 液面弯曲,附加压强使得液体内部压强大于外部压强。,附加压强使得液体外部压强大于内部压强。,52,总之：附加压强使弯曲液面内外压强不等，与液面曲率中心同侧的压强恒大于另一侧， 任何弯曲液面都对液体产生附加压强； 附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；,53,向带有活塞的三通玻璃管吹气使两端分别挂上大小不一的肥皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观察气泡的变化?,发现小泡将越来越小，大泡越胀越大。这就是小泡的附加压强大于大泡的附加压强的缘故。,液泡内压强大于液泡外压强，并与半径成反比。,54,三、表面张力对呼吸的影响,1、表面张力是肺泡收缩、排出气体的主要动力。,肺中有数以亿计的肺泡, 平均直径为250m的微小空气囊，它通过呼吸道与大气相通。正常成人因呼吸，肺泡每天平均收缩和扩张约15000次。肺泡间布满充有血液的毛细血管，空气中的氧和血液中的CO2在这里交换。,55,2、肺泡内表面活性物质（磷酯类）对附加压强的调节作用是肺泡正常行使功能的保证。 (1)降低肺泡表面张力； (2)增加肺的顺应性； (3)维持大小肺泡容积的相对稳定；使小肺泡不会萎缩，大肺泡不会扩张； (4)防止肺不张。 肺泡表面活性物质缺乏将出现：肺泡的表面张力增加,大肺泡破裂，小肺泡萎缩,初生儿呼吸窘迫综合症等（新生儿需要以大声啼哭的强烈动作来克服肺泡的表面张力，以进行第一次呼吸）。,56,第六节 毛细现象和气体栓塞,57,一、毛细现象,水在细玻璃管中水面上升； 水银在玻璃管中液面下降；,润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细管里下降的现象称为毛细现象。细管称毛细管。,毛细管中液面上升或者下降的高度与表面张力系数成正比；与毛细管半径成反比。 因此毛细管越细，液面上升就越高；,-朱伦公式,58,在自然界和日常生活中有许多毛细现象的例子：植物茎内的导管就是植物体内的极细的毛细管,它能把土壤里的水分吸上来；砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象。在这些物体中有许多细小的孔道,起着毛细管的作用。 有些情况下毛细现象是有害的,例如:建筑房屋的时候,在砸实的地基中毛细管又多又细,它们会把土壤中的水分引上来,使得室内潮湿,建房时在地基上面铺油毡,就是为了防止毛细现象造成的潮湿。土壤里有很多毛细管,地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来，如果要保存地下的水分,就应当锄松地面的土壤,破坏土壤表层的毛细管,以减少水分的蒸发。,59,普通手术缝合线都要先进行蜡处理：一是可以使表面光滑，减小缝合和拆线时的摩擦力，避免因摩擦对皮肤产生创伤。二是填补线中间的空隙，破坏毛细作用，降低吸水性，杜绝细菌感染。 外科用的脱脂棉擦拭创面的污液，蘸取酒精消毒，就是利用了棉花纤维间的毛细作用。,毛细现象在临床上的应用,60,二、气体栓塞,气体栓塞形成的主要原因：来自于细管中气泡表面上的液体的表面张力。 对于人体，气体栓塞易发生在头颈、胸壁和肺的大静脉，一旦这些血管遭受创伤，外界空气就有可能快速进入血管（负压）。若在短时间内进入血管的空气量过多，由于心脏搏动，空气与血液可在右心房和右心室中混合形成泡沫状血液，这种泡沫状血液在心脏收缩时无法排出，可导致血液循环中断而危及生命。,液体在细管中流动时，如果管内液体中混有气泡，液体的流动将会受到阻碍，当气泡数量过多时，可能造成管道堵塞，液体无法流动，这种现象称为气体栓塞。,61,（1）肌注、输液、输血时要防止气泡进入。,要注意避免气体栓塞,（2）人员从高压环境中脱离时（如：潜水员由深水上浮），应采取减压缓冲措施，避免血管中气泡形成。,（3）植物体内输送营养液的导管很细，若温度突然升高，溶解在液汁中的气体会析出形成气泡(例如碳酸饮料或者啤酒等），导管栓塞，一部分枝叶因缺乏营养液的补充而凋萎。,62,愿大家都有一个健康的身体！,63,