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第四章 液體的流動規(guī)律與表面現(xiàn)象,1,第一節(jié) 理想液體的流動,2,物態(tài)： 物體根據(jù)存在的形態(tài)分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。,流體： 氣體與液體沒有一定的形狀,各部分之間極易發(fā)生相對運動,具有流動性,因而被統(tǒng)稱為流體。,流體的運動廣泛存在于我們的周圍及生命體內(nèi).掌握流體的運動規(guī)律,有助于理解日常生活中發(fā)生在身邊的流體運動現(xiàn)象,深入研究人體的血液循環(huán)、呼吸過程以及相關的醫(yī)療儀器設備。本章主要講解液體。,3,可壓縮性 液體的體積(或密度)隨壓強大小而變化的性質(zhì),稱為液體的可壓縮性。例：水在10°C時增加1atm體積減小1/20000加1atm 體積減小1/20000,黏滯性 實際液體流動時,速度不同的層與層之間存在阻礙相對運動的內(nèi)摩擦力,液體的這種性質(zhì)稱為液體的黏滯性.流速大的層給流速小的層以拉力,流速小的層給流速大的層以阻力。甘油、糖漿、血液都具有黏滯性。,液體的黏滯性,4,一、 理想液體 不可壓縮又無黏滯性的液體。,理想液體是不存在的，它是實際液體的近似，為了研究問題的方便，它代表實際液體的一種理想化模型。水和酒精都可以看作理想液體。,二、穩(wěn)流,同一時刻： 空間各點流速不同； 同一地點： 不同時刻流速也不相同。,一般情況：,5,特例： 空間各點的流速不隨時間變化，即穩(wěn)流。,6,三、 流量 單位時間內(nèi)通過某一橫截面的液體的體積。,四、連續(xù)性原理,條件：穩(wěn)定流動,不可壓縮。,7,對于不可壓縮的液體來說，在同一管中穩(wěn)定流動時，任意一處橫截面積和該處液體流速的乘積是一個恒量。這一結論叫作液體的連續(xù)性原理。,上式表明，不可壓縮的液體穩(wěn)定流動時，同一管子中的流速和管子的截面積成反比。,8,例題,9,問題： 動脈、毛細血管血流速度大小如何考慮？,血液循環(huán)系統(tǒng),動脈、毛細血管血流速度大小如何考慮？,參考數(shù)據(jù)： ν動 =30cm/s ，ν毛=0.1cm/s 主動脈截面3cm2 ，毛細血管總截面900cm2,因此，輸液是針尖處藥液的流速比吊瓶中藥液的流速大得多，毛細血管的總截面積約為主動脈的200—400倍，所以血液速度較慢。,10,五、液體流速與壓強的關系,手握兩張紙，讓紙自然下垂，在兩張紙中間向下吹氣,猜想兩張紙將怎樣運動。,結論：在氣體中，流速大的地方，壓強?。?流速小的地方，壓強大。,11,1912年秋天，遠洋航輪“奧林匹克”號與鐵甲巡洋艦同向航行，但是當二船平行的時候，突然小船竟然扭頭幾乎筆直地向大船沖來，結果小船把“奧林匹克”的船舷撞了一個大洞。,一次海難,12,結論：在液體中，流速越大的地方，壓強越??； 流速越小的地方，壓強越大。,13,你知道嗎？,1、在火車站或地鐵站的站臺上，離站臺邊緣１m左右的地方標有一條安全線，乘客必須站在安全線以外的地方候車，這是為什么呢？,14,小孔處空氣流速快，壓強小，容器里液面上方的空氣壓強大，液體就沿著細管上升，從管口流出后，受氣流的沖擊，被噴霧狀。,2、噴霧器的工作原理（空吸作用）,15,第二節(jié) 液體的黏滯性,學習目標： 1、理解液體的黏滯性、粘度、泊肅葉定律。 2、了解層流、湍流、牛頓黏滯定律。,16,一、黏度（牛頓粘滯定律）,任何液體都是有黏滯性的，例如蜂蜜、甘油、血液等。,如圖，先在滴定管中倒入無色甘油，然后在它上面倒入帶有顏色的甘油，結果如下：甘油各部分的流速不同，中間流速大，越靠近管壁流速越小。,實驗發(fā)現(xiàn)，流體在流速較小時將作分層平行流動，這種分層流動，叫做層流或者片流。,17,液體層流時，相鄰兩層間有相對運動，速度大的一層給速度小的一層以拉力，速度小的一層給速度大的一層以阻力，這一對力叫作內(nèi)摩擦力。由于內(nèi)摩擦力的存在而使液體內(nèi)部各部分之間具有相互牽制的性質(zhì)，叫作液體的黏滯性。,黏度是表示液體黏滯性大小的物理量。它的值的大小取決于液體的種類和溫度。不同的液體，黏度不同；而同一種液體的黏度一般隨溫度的升高而減小。比如瀝青、花生油等，溫度低黏度大，溫度高黏度小。見P49表4---1,血液的黏度很大，約為水的4---5倍，血液的粘滯性主要是有懸浮的血細胞決定的，當血細胞數(shù)量發(fā)生變化時，血液的黏度就會發(fā)生變化。所以，測量血液的黏度，對診斷某些疾病有所幫助，測定液體的黏度也是檢驗藥品的方法之一。,1、黏滯性,18,黏滯性液體在流速不大時，是分層流動的，各層相對滑動而不相混合。當液體的流速超過一定程度時，分層流動的狀態(tài)將被破壞，形成紊亂的流動狀態(tài)，甚至形成渦流，并發(fā)出聲音，這種流動稱為湍流，又稱亂流、擾流、紊流。,2、湍流,19,水中的層流 水中的湍流 香煙煙霧(從層流變到湍流),20,湍流的發(fā)生還與管道光滑程度、形狀、彎曲程度等有關：轉彎、分支處易發(fā)生湍流。,動脈粥樣硬化病變好發(fā)于動脈分支、彎曲部位，因為血液在這些部位容易發(fā)生湍流。,特點：湍流區(qū)別于層流的特性之一是它能發(fā)出聲音，醫(yī)生利用聽診器可以辨別血流是否正常，從而判別心臟疾病。,21,二、泊肅葉公式,黏滯液體在管中層流時，流量與管兩端的壓強差、管半徑的四次方成正比，與管長、液體的黏度成反比。這個規(guī)律是法國醫(yī)生泊肅葉通過實驗得出的，所以稱為泊肅葉公式，也叫泊肅葉定律。,泊肅葉公式,常用上式分析心輸出量、血壓和外周阻力之間的關系。,高血壓的治療：老年人血管往往硬化，流阻增大，所以血壓升高?？梢苑脭U張血管的藥物，減小流阻，在Ｑ不變的情況下，血壓降低。,泊肅葉 (1799-1869) 法國生理學家.,22,第三節(jié) 血液的流動,學習目標： 1、理解血液的流速、血壓在各段血管中的分布。 2、掌握水銀血壓計的構造、測壓原理和使用方法。,23,血液流動的特殊性： 血液由血漿和懸浮在其中的比任何分子都大得多的血細胞組成，和一般均勻性黏滯液體不同，血管壁是有彈性的，而且受神經(jīng)的控制可改變口徑，此外，血管的分支極多，所以人體血液流動情況十分復雜。,24,一、血液的流動,為了討論方便，我們將心血管的循環(huán)系統(tǒng)簡化為如下模型：,心臟收縮時，心臟內(nèi)壓強驟增，血液流向動脈；心臟舒張時，由于心臟內(nèi)壓強降低，血液流回心臟。血液總是由心臟到動脈經(jīng)毛細血管到靜脈，再回到心臟。,25,二、血液的流速,,根據(jù)Q=Sv，繪出人體血流速度分布圖如下：,血液在大動脈中流速最快，在毛細血管內(nèi)流速最慢。為什么 ？,26,三、血液的壓強,血壓：血管內(nèi)血液對血管壁的壓強叫作血壓。一般指動脈血壓。,收縮壓:血壓隨著心室的收縮和舒張而發(fā)生規(guī)律性的變化，當心臟收縮時，血液射入主動脈，此時動脈管壁所受到的壓力的最高值稱為收縮壓（也叫高壓）。,舒張壓：當心臟舒張時，動脈管壁彈性回縮，此時動脈管壁所受到的壓力的最低值稱為舒張壓（也叫低壓）。,脈壓：收縮壓與舒張壓之差稱為脈壓（脈壓=收縮壓-舒張壓）,通常我們測血壓右側與左側的血壓不一樣，最高可相差10毫米汞柱，最低相差不到5毫米汞柱。,27,（一）正常血壓,收縮壓：90~140mmHg（12.0~18.6kPa）,舒張壓：60~90mmHg(8.0~12.0kPa),脈壓：30~40mmHg(4.0~5.3kPa),平均動脈壓：100mmHg(13.3kPa)左右,（1mmHg=0.133kPa 1kPa=7.5mmHg),28,（二）異常血壓,1.高血壓 指正常狀態(tài)下，成人收縮壓≥140mmHg或舒張壓≥90mmHg（關于高血壓的標準，目前采用的是1999年世界衛(wèi)生組織與國際高血壓聯(lián)盟制定的標準）,2.低血壓 指正常狀態(tài)下，成人收縮壓低于90mmHg，舒張壓低于60mmHg，稱為低血壓。常見于失血、休克、急性心力衰竭等病人。,3.脈壓變化,（1）脈壓增大 脈壓超過40mmHg。常見于主動脈硬化、主動脈瓣關閉不全、甲狀腺功能亢進等。 （2）脈壓減少 脈壓低于30mmHg。常見于心包積液、縮窄性心包炎、心力衰竭等。,29,（三）除病因外影響血壓的因素,1.年齡 血壓隨年齡增加而逐漸增高，并以收縮壓升高更為顯著。,2.晝夜與睡眠 凌晨血壓最低，然后逐漸升高，到傍晚血壓最高，過度勞累和睡眠不佳時血壓可偏高。,3.環(huán)境溫度 在寒冷壞境中由于末梢血管收縮血壓可上升，高溫環(huán)境下由于皮膚血管擴張血壓可略下降。,4.體位改變 立位血壓高于坐位，坐位血壓高于臥位，此種情況與重力引起的代償機制有關。,5.其他 情緒激動、劇烈運動、疼痛、吸煙等均可導致收縮壓升高，舒張壓一般無變化。此外，飲料、攝鹽過多、應用藥物等對血壓也有影響。,30,高血壓水平的定義和分類,31,中國人平均正常血壓參考值,32,頭疼：部位多在后腦，并伴有惡心、嘔吐感。若經(jīng)常感到頭痛，而且很劇烈，同時又惡心作嘔，就可能是向惡性高血壓轉化的信號。 眩暈：女性患者出現(xiàn)較多，可能會在突然蹲下或起立時發(fā)作。 耳鳴：雙耳耳鳴，持續(xù)時間較長。 心悸氣短：高血壓會導致心肌肥厚、心臟擴大、心肌梗死、心功能不全，這些都是導致心悸氣短的癥狀。 失眠：多為入睡困難、早醒、睡眠不踏實、易做噩夢、易驚醒。這與大腦皮質(zhì)功能紊亂及自主神經(jīng)功能失調(diào)有關。 肢體麻木：常見手指、腳趾麻木或皮膚如蟻行感，手指不靈活。身體其他部位也可能出現(xiàn)麻木，還可能感覺異常，甚至半身不遂。,高血壓六大危險信號,33,四、血壓計,常見的血壓計：汞柱式血壓計、彈簧式血壓計、電子血壓計。,輸氣球及調(diào)節(jié)空氣壓力的閥門,袖帶,測壓計,34,（1）汞柱式血壓計 由玻璃管、標尺、水銀槽三部分組成。血壓計盒蓋內(nèi)壁上固定有一根玻璃管，管面上標有雙刻度為0~300mmHg（0~40kPa），每小格相當于2mmHg(0.5kPa),玻璃管上端和大氣相通，其下端和水銀槽相通。水銀槽內(nèi)裝有水銀，輸氣球送入空氣后，水銀由玻璃管底部上升，汞柱上緣所指即為壓力刻度。汞柱式血壓計的優(yōu)點是測得數(shù)值較準確可靠，但較重且玻璃管易碎。,（2）表式血壓計 外形似表，呈圓盤狀，正面盤上標有刻度及讀數(shù)，盤中央有一指針，以指示血壓數(shù)值。其優(yōu)點是體積小，便于攜帶，但應定期和汞柱式血壓計校驗。,（3）電子血壓計 袖帶內(nèi)有一換能器，有自動采樣微電腦控制數(shù)字運算，自動放氣程序，數(shù)秒鐘內(nèi)可得到血壓數(shù)值。優(yōu)點是清晰直觀，使用方便，也可排除測量者聽覺不靈敏、噪音干擾等造成的誤差，但需定期校驗。,35,【目的】,1.判斷血壓有無異常；2.監(jiān)測血壓變化，間接了解循環(huán)系統(tǒng)的功能狀況；3.為診斷、治療、護理和預防提供依據(jù)。,【準備】,1.測量者準備：衣帽整潔，修剪指甲，吸收，戴口罩。2.被測者準備：了解測量血壓的目的、注意事項及配合要點。測量前15~30min無運動、吸煙、情緒變化等影響血壓的因素。3.用物準備 血壓計、聽診器、記錄本及筆。如汞柱式血壓計應檢查玻璃管有無裂損，水銀有無漏出，輸氣球與橡膠管有無漏氣。4.環(huán)境準備 安靜、整潔，光線充足。,【操作步驟】,操作步驟及說明見P54---55,實驗：血壓的測量,36,【注意事項】,1、排除影響血壓的因素 ①袖帶過寬使大段血管受壓，致搏動音在到達袖帶下緣之前已消失，故測得血壓值偏低；袖帶過窄測得的血壓值偏高。②袖帶過緊使血管在未充氣前已受壓，測得血壓值偏低；袖帶過松使橡膠帶呈球狀，以致有效測量面積變窄，導致測的血壓值偏高。③肱動脈高于心臟水平，測的血壓值偏低，肱動脈低于心臟水平，測的血壓值偏高。④視線低于汞柱，使血壓讀數(shù)偏高；視線高于汞柱，使血壓讀數(shù)偏低。 2、發(fā)現(xiàn)血壓異?；蚵牪磺鍟r，應重新測量。重測時，應先將袖帶內(nèi)空氣驅(qū)盡，汞柱降至“0”點，稍待片刻后在測量，一般連測2~3次，取其最低值，必要時可行雙側肢體血壓測量對照。,37,手臂式電子血壓計使用流程,38,手臂式電子血壓計使用流程,39,愿大家都有一個健康的身體！,40,第四節(jié) 液體的表面張力,41,一、表面張力,其原因是： 液體的表面存在一種使液面收縮成最小趨勢的張力，此張力稱為表面張力。,問題1：為什么小液滴和小氣泡總是成球狀而不會成別的幾何形狀（如立方體、多角形等）？,問題2：肌注、輸液、輸血時要防止氣泡進入,為什么？,42,表面張力的演示實驗（1）,圓形金屬框上沾有肥皂泡沫，若將膜面上的棉線圈內(nèi)部的膜戳破，那么棉線圈將被液體的表面張力拉成圓形；,43,表面張力的演示實驗（2）,橄欖油滴浮在同密度的水和酒精的混合液體中，由于表面張力的作用，油滴形成完美的球形。,44,表示液體表面單位長度直線段上的表面張力。,二、表面張力系數(shù),醫(yī)學上，通過測定人體血液、尿液的表面張力系數(shù)可以診斷疾病。,45,第五節(jié) 彎曲液面的附加壓強,46,水銀掉到玻璃上，呈現(xiàn)出球形，也就是說，水銀與玻璃的接觸面具有收縮趨勢，這種現(xiàn)象為不浸潤。水滴掉到玻璃上，慢慢地沿玻璃散開，接觸面有擴大趨勢，這種現(xiàn)象為浸潤。,水銀雖然不能浸潤玻璃，但是用稀硫酸把鋅板擦干凈后，再在板上滴上水銀，我們將會看到，水銀慢慢地沿鋅板散開，而不再呈球形。所以說，同一種液體能夠浸潤某些固體，而不能浸潤另一些固體。水銀能浸潤鋅，而不能浸潤玻璃；水能浸潤玻璃，而不能浸潤石蠟。墨水是紙的浸潤液體，是油紙的不浸潤液體。,試觀察如下現(xiàn)象,47,一、浸潤現(xiàn)象和不浸潤現(xiàn)象,潤濕: 液體沿固體表面延展的現(xiàn)象，稱液體潤濕固體。(水—玻璃),1. 定義,不潤濕：液體在固體表面上收縮的現(xiàn)象，稱液體不潤濕固體。(水—石蠟),潤濕、不潤濕與相互接觸的液體、固體的性質(zhì)有關。,48,附著層：在固體與液體接觸處，形成的液體薄層。,潤濕、不潤濕是由于分子力不對稱而引起。,內(nèi)聚力：附著層內(nèi)分子所受液體分子引力之和。,附著力：附著層內(nèi)分子所受固體分子引力之和。,當附著力大于內(nèi)聚力，宏觀上表現(xiàn)為液體潤濕固體；當內(nèi)聚力大于附著力，宏觀上表現(xiàn)為液體不潤濕固體,49,二、彎曲液面的附加壓強,自然界中有許多情況下液面是彎曲的，液滴、水中的氣泡、肥皂泡、人體肺泡內(nèi)壁覆蓋的一層粘液等等，它們的液面都是彎曲的。有的彎曲液面是凸液面，如水滴；有的彎曲液面是凹液面，如水中的氣泡。 彎曲液面內(nèi)外存在一壓強差，稱為附加壓強, 用ps 表示。附加壓強是由于表面張力存在而產(chǎn)生的。,50,由于液面水平，表面張力沿水平方向，邊界表面張力相互抵消, 內(nèi)外壓強相等： PB = PA,1.平液面,51,2. 液面彎曲,附加壓強使得液體內(nèi)部壓強大于外部壓強。,附加壓強使得液體外部壓強大于內(nèi)部壓強。,52,總之：附加壓強使彎曲液面內(nèi)外壓強不等，與液面曲率中心同側的壓強恒大于另一側， 任何彎曲液面都對液體產(chǎn)生附加壓強； 附加壓強方向恒指向彎曲液面的曲率中心；,53,向帶有活塞的三通玻璃管吹氣使兩端分別掛上大小不一的肥皂泡，旋轉活塞使兩氣泡連通，觀察氣泡的變化?,發(fā)現(xiàn)小泡將越來越小，大泡越脹越大。這就是小泡的附加壓強大于大泡的附加壓強的緣故。,液泡內(nèi)壓強大于液泡外壓強，并與半徑成反比。,54,三、表面張力對呼吸的影響,1、表面張力是肺泡收縮、排出氣體的主要動力。,肺中有數(shù)以億計的肺泡, 平均直徑為250?m的微小空氣囊，它通過呼吸道與大氣相通。正常成人因呼吸，肺泡每天平均收縮和擴張約15000次。肺泡間布滿充有血液的毛細血管，空氣中的氧和血液中的CO2在這里交換。,55,2、肺泡內(nèi)表面活性物質(zhì)（磷酯類）對附加壓強的調(diào)節(jié)作用是肺泡正常行使功能的保證。 (1)降低肺泡表面張力； (2)增加肺的順應性； (3)維持大小肺泡容積的相對穩(wěn)定；使小肺泡不會萎縮，大肺泡不會擴張； (4)防止肺不張。 肺泡表面活性物質(zhì)缺乏將出現(xiàn)：肺泡的表面張力增加,大肺泡破裂，小肺泡萎縮,初生兒呼吸窘迫綜合癥等（新生兒需要以大聲啼哭的強烈動作來克服肺泡的表面張力，以進行第一次呼吸）。,56,第六節(jié) 毛細現(xiàn)象和氣體栓塞,57,一、毛細現(xiàn)象,水在細玻璃管中水面上升； 水銀在玻璃管中液面下降；,潤濕管壁的液體在細管里升高，不潤濕管壁的液體在細管里下降的現(xiàn)象稱為毛細現(xiàn)象。細管稱毛細管。,毛細管中液面上升或者下降的高度與表面張力系數(shù)成正比；與毛細管半徑成反比。 因此毛細管越細，液面上升就越高；,-----朱倫公式,58,在自然界和日常生活中有許多毛細現(xiàn)象的例子：植物莖內(nèi)的導管就是植物體內(nèi)的極細的毛細管,它能把土壤里的水分吸上來；磚塊吸水、毛巾吸汗、粉筆吸墨水都是常見的毛細現(xiàn)象。在這些物體中有許多細小的孔道,起著毛細管的作用。 有些情況下毛細現(xiàn)象是有害的,例如:建筑房屋的時候,在砸實的地基中毛細管又多又細,它們會把土壤中的水分引上來,使得室內(nèi)潮濕,建房時在地基上面鋪油氈,就是為了防止毛細現(xiàn)象造成的潮濕。土壤里有很多毛細管,地下的水分經(jīng)常沿著這些毛細管上升到地面上來，如果要保存地下的水分,就應當鋤松地面的土壤,破壞土壤表層的毛細管,以減少水分的蒸發(fā)。,59,普通手術縫合線都要先進行蠟處理：一是可以使表面光滑，減小縫合和拆線時的摩擦力，避免因摩擦對皮膚產(chǎn)生創(chuàng)傷。二是填補線中間的空隙，破壞毛細作用，降低吸水性，杜絕細菌感染。 外科用的脫脂棉擦拭創(chuàng)面的污液，蘸取酒精消毒，就是利用了棉花纖維間的毛細作用。,毛細現(xiàn)象在臨床上的應用,60,二、氣體栓塞,氣體栓塞形成的主要原因：來自于細管中氣泡表面上的液體的表面張力。 對于人體，氣體栓塞易發(fā)生在頭頸、胸壁和肺的大靜脈，一旦這些血管遭受創(chuàng)傷，外界空氣就有可能快速進入血管（負壓）。若在短時間內(nèi)進入血管的空氣量過多，由于心臟搏動，空氣與血液可在右心房和右心室中混合形成泡沫狀血液，這種泡沫狀血液在心臟收縮時無法排出，可導致血液循環(huán)中斷而危及生命。,液體在細管中流動時，如果管內(nèi)液體中混有氣泡，液體的流動將會受到阻礙，當氣泡數(shù)量過多時，可能造成管道堵塞，液體無法流動，這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞。,61,（1）肌注、輸液、輸血時要防止氣泡進入。,要注意避免氣體栓塞,（2）人員從高壓環(huán)境中脫離時（如：潛水員由深水上?。瑧扇p壓緩沖措施，避免血管中氣泡形成。,（3）植物體內(nèi)輸送營養(yǎng)液的導管很細，若溫度突然升高，溶解在液汁中的氣體會析出形成氣泡(例如碳酸飲料或者啤酒等），導管栓塞，一部分枝葉因缺乏營養(yǎng)液的補充而凋萎。,62,愿大家都有一個健康的身體！,63,