9. Работа сердца

Пульс отражает работу сердца и кровеносных сосудов. У сельско-хозяйственных животных пульс исследуют на определенных артериях: у лошади - на наружной подчелюстной, у коров - на лицевой, у мелких животных – на бедренной.

Вывод уравнения работы сердца: так как работа равна сумме кинетической и потенциальной энергий, то:

,

где - ударный объем; - скорость, PV_y – потенциальная энергия;

- кинетическая энергия.

Для левого желудочка:

.

С учетом работы правого желудочка вводим коэффициент 1,2:

.

Для крупного рогатого скота

^{(мощность в период систолы)}

Сердце является наиболее совершенным прибором, созданным природой. У человека за 70 лет работы сердца выполняется работа 10⁹ Дж.

Это соответствует работе при поднятии груженого товарного вагона на высоту Эльбруса.

VIII. Реальные среды (жидкости и твердые тела)

1. Основные свойства жидкостей

Жидкости по физическим свойствам занимают промежуточное положение между твердокристаллическими телами и газами. Для жидкостей характерно свойство, которое называется ближний порядок. Это значит, что каждая молекула жидкости имеет упорядоченное положение ближайших к ней соседних молекул. Но чем дальше от нее, тем более этот порядок нарушается. А для твердых кристаллических тел характерно упорядоченное расположение атомов и молекул во всем объеме тела.

Поэтому физические свойства твердых тел различны в разных направлениях. Это явление называется анизотропией. А для жидкостей физические свойства одинаковы в различных направлениях. Жидкости – изотропны. Относительное сходство с твердыми телами за счет ближнего порядка расположения молекул позволяет назвать структуру молекулы жидкости квазикристаллической, т.е. кристаллоподобной.

Каждая молекула определенное время находится и колеблется в одном из её положений, а через некоторое время быстро переходит в другое положение, т.е. идет миграция молекул по всему объему. Такое время стационарного состояния называется время «оседлой жизни». Жидкости практически несжимаемы и имеют форму того объема, в котором они находятся.

Кроме чистых жидкостей есть еще, так называемые, жидкие кристаллы. Они занимают промежуточное положение между жидкостями и твердыми телами. Они имеют удлиненные молекулы, одинаково ориентированные в пространстве. Этим свойством они приближаются к кристаллам, т.е. такие вещества анизотропны.

2. Поверхностное натяжение жидкости

Между молекулами жидкости действуют силы взаимного притяжения. Для каждой молекулы радиус такого молекулярного взаимодействия R примерно в 3 раза больше размера молекулы.

Рис.1

Рассмотрим (рис.1) молекулярное взаимодействие молекулы, находящейся внутри жидкости. Проведем вокруг нее сферу радиуса R. Число окружающих молекул со всех сторон примерно одинаково, поэтому силы взаимодействия молекул с данной молекулой компенсируются, их равнодействующая сила в этом случае равна нулю (F=0).

Для молекулы, которая находится на поверхности жидкости, проведем вокруг нее сферу радиуса R. Число молекул газа сравнительно мало, и взаимодействие идет в основном с молекулами жидкости. Равнодействующая этих сил будет направлена вертикально вниз внутрь жидкости, т.е. на весь поверхностный слой действуют силы внутреннего давления на жидкость.

Это поверхностное давление приводит к тому, что сама поверхность жидкости находится в напряженном упругом состоянии. Силы поверхностного натяжения действуют на каждый контур поверхности жидкости.

Сила поверхностного натяжения пропорциональна числу окружающих молекул, а значит пропорциональна длине граничного слоя.

F=α·l,

где α - коэффициент поверхностного натяжения, (α≈0,07 - для воды)

или :W=α·S

W – поверхностная энергия, Дж;

S – площадь контура,м².

Есть вещества, которые ослабляют коэффициент поверхностного натяжения, для них сила взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем между молекулами вещества и молекулами жидкости. Их называют поверхностные активные вещества - ПАВ. Например, спирт, эфир, мыло. Их свойства основаны на явлении адсорбции – это явление притяжения молекул и удержание их молекулами поверхности жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения уменьшается также при нагревании жидкости, т. к. при этом увеличивается среднее расстояние между молекулами.

Есть вещества, которые наоборот увеличивают поверхностное натяжение, это сахар и соль. Масса жидкости не подверженная действию внешних сил принимает форму шара, т.к. это наименьшая поверхность при данной величине объема.

Смачивание жидкостью происходит, если силы взаимодействия молекул жидкости и молекул твердых веществ больше, чем силы взаимодействия между самими молекулами жидкости. Результирующая сила направлена в сторону твердого тела.

Форма уровня жидкости называется мениск.

При смачивании мениск вогнутый (рис.2).

Рис.2

При несмачивании силы взаимного притяжения между самими молекулами жидкости больше чем их сила притяжения к твердому телу.

Молекула не прилипает к твердому телу, мениск выпуклый, равнодействующая всех сил направлена внутрь жидкости (рис.3).

Пример, ртуть не смачивает дерево, но смачивает цинк.

Рис.3