Мощность сердца

Работа и мощность сердца, энергия массы движущейся крови

Мощность сердца

Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии.

Цикл работы сердца

Здоровое сердце ритмично и без перерывов сжимается и разжимается. В одном цикле работы сердца различают три фазы:

1. Наполненные кровью предсердия сокращаются. При этом кровь через открытые клапаны нагнетается в желудочки сердца (они в это время остаются в состоянии расслабления). Сокращение предсердий начинается с места впадения в него вен, поэтому устья их сжаты и попасть назад в вены кровь не может.

2. Происходит сокращение желудочков с одновременным расслаблением предсердий. Трёхстворчатые и двустворчатые клапаны, отделяющие предсердия от желудочков, поднимаются, захлопываются и препятствуют возврату крови в предсердия, а аортальный и лёгочный клапаны открываются. Сокращение желудочков нагнетает кровь в аорту и лёгочную артерию.

3. Пауза (диастола) короткий период отдыха этого органа. Во время паузы из вен кровь попадает в предсердия и частично стекает в желудочки. Когда начнётся новый цикл, оставшаяся в предсердиях кровь будет вытолкнута в желудочки — цикл повторится.

Один цикл работы сердца длится около 0,85 сек., из которых на время сокращения предсердий приходится только 0,11 сек., на время сокращения желудочков 0,32 сек., и самый длинный — период отдыха, продолжающийся 0,4 сек. Сердце взрослого человека, находящегося в покое, работает в системе около 70 циклов в минуту.

Автоматизм сердца

Автоматизм — способность сердца возбуждаться под влиянием импульсов, возникающих в кардиомиоцитах без внешних раздражителей. В физиологических условиях наивысшим автоматизмом в сердце обладает САУ, поэтому его называют автоматическим центром первого порядка.

Регуляция работы сердца

Работа сердца регулируется при помощи миогенных, нервных и гуморальных механизмов.

Нервная система регулирует частоту и силу сердечных сокращений: (симпатическая нервная система обуславливает усиление сокращений, парасимпатическая — ослабляет).

Вопрос №30

Напряженность и потенциал характеристики эл.поля

Силовой характеристикой электрического поля является напряженность, равная отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд, к этому заряду

Напряженность-вектор ,направление которого совпадает с направлением силы,действующец в данной точке поля на положительный точечный заряд

Работасил электростатического поля (электрического поля неподвижных зарядов) не зависит от траектории, по которой перемещается заряд в этом поле. Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными.

Напряжённость— векторная величина определяющая силу

действующую на заряженную частицу или тело со стороныэлектрического поля и численно равная отношению силы к заряду частицы.

Е = F/Q-+

Электрическое напряжение (U) — это работа (А) совершаемая силой поля по перемещению заряженных частиц между двумя точками поля.

U = A/q

Потенциал (φ)— это энергетическая характеристика поля численно равная отношению потенциальной энергии заряженной частицы помещенной в данной точке поля величине её заряда.

φ = W/Q

Вопрос №31

Электрический диполь

Электрический диполь— система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (), расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. (два статических заряда, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга.)

Плечо диполя — вектор , направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между зарядами..

Вопрос №32

Понятие о мультиполе.

Мультипо́ли — определённые конфигурации точечных источников (зарядов).

Простейшими примерами мультиполя служат точечный заряд — мультиполь нулевого порядка; два противоположных по знаку заряда, равных по абсолютной величине — диполь, или мультиполь 1-го порядка; 4 одинаковых по абсолютной величине заряда, размещённых в вершинах параллелограмма, так что каждая его сторона соединяет заряды противоположного знака (или два одинаковых, но противоположно направленных диполя) — квадруполь, или мультиполь 2-го порядка. Название мультиполь включает обозначение числа зарядов (на греческом языке), образующих мультиполь, например, октуполь (окту — 8) означает, что в состав мультиполя входит 8 зарядов.

Вопрос №33

33Дипольный Электрический генератор(токовый диполь)

Электрический диполь –система из двух равных по величине, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга.

Двухполюсная система в проводящей среде, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором или токовым диполем.

Тогда сила тока определяется законом Ома:

где:R – сопротивление проводящей среды, в которой находятся электроды; r – внутреннее сопротивление источника, ε – его э.д.с.; положительный электрод

Электрической характеристикой токового диполя является векторная величина, называемая дипольным моментом (РT).

Дипольный момент токового диполя – вектор, направленный от стока(-) к истоку (+) и численно равный произведению силы тока на плечо диполя:

Вопрос №34



Источник: https://infopedia.su/18xb87.html

Мощность сердца

Мощность сердца

Как работает наше сердце, какова его мощность, почему при таких маленьких размерах наш главный насос прокачивает больше бочки крови в час?

 Каких только дискуссий не обсуждается на обширных полях Интернета. Один из форумов развернул обширную дискуссию по гидродинамике течения крови в нашем организме. Посыл был таков:

«by Александр НИКОНОВ

Еще со школы мы все помним, что сердце – это мышечный насос, который прокачивает по телу кровь. От сердца ярко-красная, насыщенная кислородом кровь идет по артериям, разветвляясь по более узким руслам вплоть до капилляров.

Таким образом происходит транспорт кислорода и питательных веществ к клеткам нашего тельца.

Затем по капиллярам и венам негожая темно-красная, почти черная кровь, насыщенная углекислым газом и продуктами клеточного распада, движется обратно к насосу, забегая по пути в легкие и печень, где происходит ее газообмен и очистка соответственно. Все просто… Я тоже так думал где-то между школой и вузом.

А в вузе маленько превзойдя физику, понял – что-то здесь нечисто. Сосуды уж больно узкие! Да и кровь – не водица, густоватая субстанция. А насосик подозрительно мал! Как же он продавливает?..

Но заморачиваться не стал, решив, что умные люди наверняка уже ответили на этот вопрос и не стоит мне изобретать велосипед. Я ошибался! И не только я. Московский гидравлик Иван Голованов, много лет назад увлекшийся физиологией человека, начинал свое увлечение именно с тщетных попыток найти ответ на сей вопрос. Поиск его начался с книг. И надо сказать, прочитанное удивило Голованова. А меня рассмешило. Но обо всем по порядку…

— Известно, что общая длина сосудов в человеческом теле достигает 100.000 км, — делится знаниями инженер-физиолог. — А мощность сердца всего 0,7 кВт.

Вы здесь никакой нестыковки не видите? Да подобное соотношение не отвечает элементарным гидромеханическим законам! Имея такую мизерную мощность, продавить жидкость по десяткам тысяч километров трубок микронного диаметра, просто невозможно!..

У одного из теоретиков физиологии я нашел такую такую фразу: “сопротивление венозному притоку крови в сердце не может быть выражено количественно». Меня, как гидромеханика, помню, это немало удивило! Кровеносная система — та же водопроводная или канализационная сеть – сплошные трубы.

Никаких проблем с расчетом трубопроводных сетей у человечества нет – построены миллионы километров трубопроводов. Спрашивается, почему гидродинамическое сопротивление стальных труб измерить можно элементарно, а сопротивление кровеносных сосудов нельзя? Что за мистическое отношение такое? Я решил разобраться…»

Ещё по теме:   Задачи изюминки

Не менее интересны были и коментарии:

«Михаил Фок, главный научный сотрудник ФИАН, автор книги «Физика для врачей» — Вы говорите, что теоретически сердце не может прокачать кровь по сосудам, имея такую мизерную мощность? Значит нужно сменить теорию – теории бывают разные, подберите такую, в соответствии с которой все получается.

Я исхожу из экспериментальных данных: кровь прокачивается? Прокачивается! Ну, и слава богу. Вообще-то расчеты нужны, если есть какие-то сомнения. У вас есть сомнения в том, что кровь течет по организму? У меня нет. Диаметр капилляра 5 микрон, а эритроцита — 7 микрон, так что эритроциты, продавливаясь через капилляры, аж расплющиваются.

Но ведь и длина капилляра меньше миллиметра, поэтому перепад давлений там небольшой, я думаю 20-30 мм ртутного столба, остальное приходится на все остальное – артерии, крупные сосуды… Нужно взять и экспериментально проверить эффективную вязкость крови, она ведь разная в разных сосудах — наименьшая в крупных сосудах, наибольшая в тонких.

Вязкость крови зависит от скорости: чем больше скорость, тем меньше вязкость и наоборот, потому что кровь представляет собой не воду, а сложную взвесь из эритроцитов, которые еще и слипаются в комки. В таких условиях играет большую роль играют сдвиговые напряжения… Хотя, вообще-то я расчетов таких не проводил.

Но уверен, что никаких других механизмов перекачки крови, кроме сердца нет.

Гидродинамическое сопротивление? А что это такое?

Валерий Капелько, заведующий лабораторий экспериментальной патологии сердца Института экспериментальной кардиологии:
— Я знаю Голованова! И даже с одним своим коллегой писал в Минздрав отзыв на его брошюру. Работа Голованова любопытна, но отзыв мы написали отрицательный.

Автор рассуждает с позиций водопроводчика, он многого не понимает в гемодинамике, не знает специфики кровеносного русла. Кровеносная система устроена так, что русла раздваиваются, все уменьшаясь и уменьшаясь в диаметре.

А чем больше параллельных сосудов, тем меньше их общее сопротивление по закону Кирхгофа, кажется. В результате, десятки тысяч километров узких трубочек имеют меньшее сопротивление, чем одна трубка большого диаметра.

Это получается потому, надо думать, что площадь поверхности сосудов не оказывает решающего воздействия при учете сопротивления. Иначе кровь бы просто не текла!

Ещё по теме:   Решения головоломок Я. Перельмана

Николай Мазур, ведущий специалист кафедры кардиологии Института экспериментальной кардиологии:
— …Как сердце проталкивает кровь? Я знаю, что сердце не просто сжимается, оно сжимается спиралеобразно, ну как будто тряпку выжимают. Так спиралеобразно сердце выдавливает кровь в аорту, которая расширяется.

Затем, кровь отрезанная от сердца клапанами, проталкивается далее «сдувающейся» аортой. Ну а дальше, видимо, сосудами. Кажется, мне попадалась недавно зарубежная публикация, в которой высказывается идея о том, что идет пульсовая волна от сердца по сосудам.

Так что не только сердце, конечно, участвует в прокачке крови, но и мышцы сосудов. Так считают за границей»

Тема меня затронула, — неужели мощность сердца всего 0,7 кВт!? Попробуем подсчитать, пользуясь рамками школьных знаний:

За исходные данные возьмем, что при систолическом давлении 120 мм рт. ст. сердце человека перекачивает в состоянии покоя около 288 литров/ч крови. Какова минимальная мощность сердца?

— Давление 120 мм рт. ст. соответствует примерно 1,6×100000 дин/см.кв., а расход жидкости, равный 288 л/ч, соответствует 80 см.куб./с. Таким образом, умножая давление на расход жидкости, получаем мощность 1,3Вт.

Вот вам и 0,7 кВт!? В сотни раз при меньшей мощности сердце справляется со своей задачей.

Источник: http://bugaeff.ru/matematika/moshhnost-serdca/

Работа и мощность сердца

Мощность сердца

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии. Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка. Можно считать, что сердце продавливает этот объём по аорте сечением S на расстоянии l при среднем давлении p.

Совершаемая при этом работа А1 = Fl = pSl = pVy. На сообщение кинетической энергии этому объёму крови затрачена работа А2 = mv2 / 2 = ρVv2 / 2, где ρ – плотность крови; v – скорость крови в аорте.

Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна Ал = А1 + А2 = p Vy + ρVv2 / 2.

Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении А = Ал + 0,2 Ал = 1,2 (рVy + ρVv2 / 2) Эта формула справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма. Эти состояния отличаются разной скоростью кровотока.

Подставив в эту формулу значения p = 13 кПа, Vy = 60 мл = 6·10-5 м3, ρ = 1,05·103 кг/м3, V = 0,5 м/с, получим работу разового сокращения сердца в состоянии покоя: А1 ≈ 1 Дж. Считая, что в среднем сердце совершает одно сокращение в секунду, найдём работу сердца за сутки: Аc = 86 400 Дж.

Такую работу надо совершить, чтобы поднять груз массой в 1т на высоту около 9м. Учитывая, что продолжительность систолы составляет около 0,3 с, и разделив работу сердца за одно сокращение на это время, получим для средней мощности сердца в покое значение 3,3 Вт. При физической нагрузке возрастает систолический и минутный объем крови, увеличивается и скорость течения крови в аорте. Работа сердца резко увеличивается.

Пульсовые колебания скорости кровотока. Пульсовые колебания давления (систолическое, диастолическое и среднее артериальное давление крови). Пульсовая волна. Уравнение для гармонической пульсовой волны. Формула скорости пульсовой волны.

При сокращении сердечной мышцы (систола) кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от неё артерии. Если бы стенки сосудов были жёсткие, то давление, возникающее в крови на выходе из сердца, со скоростью звука передалось бы к периферии. Упругость стенок сосудов приводит к тому, что во время систолы кровь растягивает аорту, артерии и артериолы, т.е.

крупные сосуды воспринимают за время систолы больше крови, чем её оттекает к периферии. Систолическое давление человека в норме равно приблизительно 16 кПа. Во время расслабления сердца (диастола) растянутые сосуды спадают и потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию тока крови, при этом поддерживается диастолическое давление, приблизительно равное 11 кПа.

Повышение артериального давления во время систолы сопровождается растяжением эластических стенок сосудов — пульсовыми колебаниями поперечного сечения или объема.

Распространяющуюся по аорте и артериям волну повышенного давления, вызванную выбросом крови из левого желудочка в период систолы, называют пульсовой волной.

Давление крови в аорте и крупных артериях большого круга называют системным. В норме у взрослых людей систолическое давление в плечевой артерии находится в диапазоне 115—140 мм рт.ст., диастолическое — 60—90 мм рт.ст., пульсовое — 30—60 мм рт.ст., среднее — 80—100 мм рт.ст.

Пульсовая волна распространяется со скоростью 5-10 м/с и даже более. Следовательно, за время систолы она должна распространяться на расстояние 1,5-3 м, что больше расстояния от сердца к конечностям. Это означает, что фронт пульсовой волны достигнет конечностей раньше, чем начнется спад давления в аорте.

Скорость распространения пульсовой волны зависит от растяжимости сосудистой стенки и отношения толщины стенки к радиусу сосуда, поэтому данный показатель используют для характеристики упруго-эластических свойств и тонуса сосудистой стенки.

Пульсовой волне будет соответствовать пульсирование скорости кровотока в крупных артериях, однако скорость движения крови (максимальное значение 0,3-0,5 м/с) существенно меньше скорости распространения пульсовой волны.

Как ясно из модельного опыта и из общих представлений о работе сердца, пульсовая волна не является синусоидальной (гармонической). Как всякий периодический процесс, пульсовая волна может быть представлена суммой гармонических волн. Поэтому уделим внимание, как некоторой модели, гармонической пульсовой волне.

Предположим, что гармоническая волна распространяется по сосуду вдоль оси X со скоростью V. Вязкость крови и эластические свойства стенок сосуда уменьшают амплитуду волны. Можно считать, что затухание будет экспоненциальным. На основании этого можно записать следующее уравнение для гармонической пульсовой волны:

(1)

Где p0 – амплитуда давления в пульсовой волне; x – расстояние до произвольной точки от источника колебаний (сердца); t – время; w – круговая частота колебаний; c – некоторая константа, определяющая затухание волны. Длину пульсовой волны можно найти из формулы:

(2)

Волна давления представляет некоторое избыточное давление. Поэтому с учётом основного давления pa (атмосферное давление) изменение даления можно записать следующим образом:

(3)

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 3200. Нарушение авторских прав

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://studopedia.info/9-2117.html

МедСостав
Добавить комментарий