1、上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系流體：流體：第一章第一章 流體力學(xué)流體力學(xué) (Fluid Mechanics)流體力學(xué)：流體力學(xué)：醫(yī)學(xué)應(yīng)用醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有流動(dòng)性的物體具有流動(dòng)性的物體(氣體和液體氣體和液體)研究流體運(yùn)動(dòng)及與其中的物體之研究流體運(yùn)動(dòng)及與其中的物體之間相互作用規(guī)律間相互作用規(guī)律 血液的動(dòng)力學(xué)血液的動(dòng)力學(xué)與血液流動(dòng)相關(guān)的現(xiàn)象，如粘度，血壓，與血液流動(dòng)相關(guān)的現(xiàn)象，如粘度，血壓，心血管疾病等心血管疾病等習(xí)題：習(xí)題：14,15,16,18,19,20,22,23,24,25,26,27,28,30上海交通大學(xué)上海

2、交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系掌握：掌握： 液體連續(xù)性原理，柏努利方程泊肅葉公式液體連續(xù)性原理，柏努利方程泊肅葉公式熟悉：熟悉： 粘滯系數(shù)粘滯系數(shù)、牛頓粘滯系數(shù)、牛頓粘滯系數(shù)了解：了解： 血循環(huán)系統(tǒng)的血液的速度和血壓變化、血壓血循環(huán)系統(tǒng)的血液的速度和血壓變化、血壓測量、雷諾數(shù)測量、雷諾數(shù)學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系流體的性質(zhì)流體的性質(zhì)n 流體是一種可以流動(dòng)的物質(zhì)流體是一種可以流動(dòng)的物質(zhì)n 流體包括空氣的液體流體包括空氣的液體n

3、 能適應(yīng)任何形狀的容器能適應(yīng)任何形狀的容器n 能承受很大的壓力能承受很大的壓力n 無法承受拉力無法承受拉力上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系一、理想液體一、理想液體( Ideal Liquid ) 第一節(jié)第一節(jié) 理想液體的流動(dòng)理想液體的流動(dòng)(Flow of ideal liquid)二、穩(wěn)定流動(dòng)二、穩(wěn)定流動(dòng)( Steady flow )絕對不可壓縮、無粘滯性絕對不可壓縮、無粘滯性 (Visicosity) 的液體。的液體。每一定點(diǎn)的液體的速度不隨時(shí)間而變的流動(dòng)。每一定點(diǎn)的液體的速度不隨時(shí)間而變的流動(dòng)。(實(shí)際和理想液

4、體均可有穩(wěn)定流動(dòng)實(shí)際和理想液體均可有穩(wěn)定流動(dòng))We treat our ideal fluid as a continuous medium without regard for its molecular composition and intermolecular forces. 粘性是對液體運(yùn)動(dòng)受阻的一種量度粘性是對液體運(yùn)動(dòng)受阻的一種量度上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系流線的切線方向，該點(diǎn)液體流動(dòng)方向流線的切線方向，該點(diǎn)液體流動(dòng)方向v三、流線與流管三、流線與流管(Stream line/tube)上海交通大

5、學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系流線與流管流線與流管流線不會(huì)相交流線不會(huì)相交, ,各點(diǎn)的流速不變各點(diǎn)的流速不變, ,流線不會(huì)穿出流管流線不會(huì)穿出流管穩(wěn)定穩(wěn)定流動(dòng)的液體其流線有什么特征？流動(dòng)的液體其流線有什么特征？流管：由一系列流管：由一系列( (想象想象) )流線組成的流線組成的周圍封閉，二端開口的管狀物。周圍封閉，二端開口的管狀物。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系云朵形成一個(gè)令人吃驚的圖案，好似一條蛇在云中游動(dòng)。隨著云朵形成一個(gè)令人吃驚的圖

6、案，好似一條蛇在云中游動(dòng)。隨著空氣在南大西洋特里斯坦空氣在南大西洋特里斯坦-達(dá)庫尼亞島周圍和上空流動(dòng)達(dá)庫尼亞島周圍和上空流動(dòng).馮卡門漩渦”(Von Karman vortices)，這是一排交替旋轉(zhuǎn)方向的氣流漩渦，它們形成于當(dāng)風(fēng)流或海洋氣流被擾亂時(shí)，尤其是受阻于島嶼或多個(gè)島嶼上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系(Q 流流量，同一流管的流量為量，同一流管的流量為恒量恒量) 橫截面大的，流速小橫截面大的，流速

7、小四、液流連續(xù)原理四、液流連續(xù)原理(Principle of continuity of flow)從一流管兩端流入和流出的質(zhì)量為：從一流管兩端流入和流出的質(zhì)量為： 適用范圍：適用范圍：同一流管同一流管不可壓縮液體的不可壓縮液體的穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)根據(jù)質(zhì)量守恒方程根據(jù)質(zhì)量守恒方程AAAAAtvSm BBBBBtvSm BBBAAAvSvS 常數(shù)常數(shù) Sv QvSvS2211A，B分別為分別為同一流同一流管管中的兩個(gè)不同截中的兩個(gè)不同截面上的點(diǎn)面上的點(diǎn)VBBSBVAASA液體是不可壓液體是不可壓縮的，縮的， 不變不變上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交

8、通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系適用范圍：適用范圍： 不可壓縮液體的穩(wěn)定流動(dòng)不可壓縮液體的穩(wěn)定流動(dòng) 同一流管同一流管中任意二個(gè)中任意二個(gè)垂直于流管的截面垂直于流管的截面 實(shí)際實(shí)際和理想液體均可適用和理想液體均可適用(Q 流流量，同一流管的流量為量，同一流管的流量為恒量恒量) 橫截面大的，流速小橫截面大的，流速小QvSvS2211n理想液體在同一垂直于流管截面處各點(diǎn)流速相同。理想液體在同一垂直于流管截面處各點(diǎn)流速相同。n而實(shí)際液體是不同的，由該截面的平均流速來代而實(shí)際液體是不同的，由該截面的平均流速來代替液流連續(xù)原理的流速。替液流連續(xù)原理的流速。源源或或漏漏以及不穩(wěn)定的流動(dòng)，以及不穩(wěn)定的流動(dòng)，都

9、會(huì)對質(zhì)量有貢獻(xiàn)都會(huì)對質(zhì)量有貢獻(xiàn)上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系液流液流連續(xù)原理連續(xù)原理的推廣的推廣：(Q 流流量，同一流管的流量為量，同一流管的流量為恒量恒量)橫截面大的，流速小橫截面大的，流速小QvSvS2211Q1Q2Q3outinQQ質(zhì)量守恒規(guī)律質(zhì)量守恒規(guī)律上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系靜止的正常人其主動(dòng)脈橫截面靜止的正常人其主動(dòng)脈橫截面 A0 為為 3 cm2 (R=0.97cm)，通過它的血液流速是，通過它的血液流速是

10、30 cm/s。典型的毛細(xì)血管。典型的毛細(xì)血管 ( 直直徑徑=6 m ) 的橫斷面積的橫斷面積 A 是是 3x10-7 cm2、流速、流速 v 是是0.05 cm/s。這樣一個(gè)人有多少個(gè)毛細(xì)血管？。這樣一個(gè)人有多少個(gè)毛細(xì)血管？億億或或 60 9106 n令令 n 為毛細(xì)血管為毛細(xì)血管nAVvA00毛細(xì)血管橫截面的總面積是主毛細(xì)血管橫截面的總面積是主動(dòng)脈橫截面的動(dòng)脈橫截面的 600 倍倍毛細(xì)血管的血流必定全部流過主動(dòng)脈毛細(xì)血管的血流必定全部流過主動(dòng)脈smlscmvAQ/9090300 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理

11、系水籠頭流出的水為什么會(huì)變得水籠頭流出的水為什么會(huì)變得越來越細(xì)？越來越細(xì)？水籠頭流出的水最后從連續(xù)變水籠頭流出的水最后從連續(xù)變成了斷續(xù)？成了斷續(xù)？討論討論上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系VBBSBVAASA五、柏努利方程五、柏努利方程(Bernoullis equation) 適用范圍適用范圍n 同一流管同一流管n 理想液體理想液體A，B分別為分別為同一流管同一流管中的兩中的兩個(gè)不同截面上的點(diǎn)個(gè)不同截面上的點(diǎn)由功能關(guān)系：由功能關(guān)系：FAFB外力作功：外力作功：BBAALFLFA BBAAVpVp)()(tvSpt

12、vSpBBBAAAVppBA )(能量變化：能量變化：kpEEE)()(2122ABABhhmgvvm BBBAAAPghvPghv 222121 VmV0lim上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系 選擇適當(dāng)?shù)倪x擇適當(dāng)?shù)耐涣鞴芡涣鞴芏€(gè)截面二個(gè)截面應(yīng)用柏努利方程注意應(yīng)用柏努利方程注意 高度高度 h 要有參考平面，截面相對于參考面的高度要有參考平面，截面相對于參考面的高度 1 atm = 10336 kg/m2 = 101292 pa = 1.013x105 pa = 760 mmHg 不要忘記大氣壓強(qiáng)不要忘記大氣

13、壓強(qiáng) P0 水水=103 kg/m3 水銀水銀=13.6x103 kg/m3 BBBAAAPghvPghv 222121上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系討論討論n同一高度處，流速越大，壓強(qiáng)就越小。同一高度處，流速越大，壓強(qiáng)就越小。BBBAAAPghvPghv 222121n由于理想液體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，沒有與運(yùn)動(dòng)方由于理想液體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，沒有與運(yùn)動(dòng)方向平行的切向力作用向平行的切向力作用(無粘滯力無粘滯力)，所以任，所以任一點(diǎn)的壓強(qiáng)只與位置有關(guān)，與方位無關(guān)。一點(diǎn)的壓強(qiáng)只與位置有關(guān)，與方位無關(guān)。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系

14、物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系馬格納斯效應(yīng)馬格納斯效應(yīng)Magnus Effect 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系壓力壓力由于粘性作用，有一層薄由于粘性作用，有一層薄空氣被球帶動(dòng)，造成球上空氣被球帶動(dòng)，造成球上部速度變小，壓強(qiáng)變大部速度變小，壓強(qiáng)變大足球中的香蕉球足球中的香蕉球上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系機(jī)翼受到的舉力機(jī)翼受到的舉力Q：用機(jī)翼上、下的流速變化，討論其受到的升力，

15、是否合理：用機(jī)翼上、下的流速變化，討論其受到的升力，是否合理上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系壓強(qiáng)的范圍壓強(qiáng)的范圍太陽中心太陽中心2x102x101616地球中心地球中心4x104x101111實(shí)驗(yàn)室能維持的最大壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室能維持的最大壓強(qiáng)1.5x101.5x101010最深的海溝最深的海溝1.1x101.1x108 8尖鞋跟對地板尖鞋跟對地板1x101x106 6汽車輪胎汽車輪胎2x102x105 5海

16、平面的大氣壓海平面的大氣壓2x102x105 5正常的血壓正常的血壓1.6x101.6x104 4最好的實(shí)驗(yàn)室真空最好的實(shí)驗(yàn)室真空1x101x10-12-12PaPa了解了解上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系Compute the average velocity of the blood in the aorta of radius 1 cm if the flow rate is 5 liter/min.VrVSscmQ23605000scmV/5 .26動(dòng)脈血流動(dòng)時(shí)，不是連續(xù)的。在流動(dòng)時(shí)的速度可達(dá)平均流速的三

17、倍。scmVmove/5 .79mmHgPavKE49. 28 .331212上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系if during physical activity the flow rateincreases to 25 liter/min,VrVSscmQ236025000scmV/5 .132mmHgPaVKE25.628300212上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系請解釋此現(xiàn)象請解釋此現(xiàn)象上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系

18、上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系A(chǔ)neurysm( (動(dòng)脈瘤動(dòng)脈瘤) ) 若處動(dòng)脈的半徑增大若處動(dòng)脈的半徑增大N倍倍血液流速就縮小血液流速就縮小N2倍倍病灶處的壓強(qiáng)大幅度上升病灶處的壓強(qiáng)大幅度上升動(dòng)能就縮小動(dòng)能就縮小N4倍倍該處血管壁薄，若血流瞬間該處血管壁薄，若血流瞬間增大，會(huì)引血管破裂。增大，會(huì)引血管破裂。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系A(chǔ)therosclerosis（動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈粥樣硬化）Atherosclerosis in a small artery動(dòng)脈病

19、變從內(nèi)膜開始。一動(dòng)脈病變從內(nèi)膜開始。一般先有脂質(zhì)和復(fù)合糖類積般先有脂質(zhì)和復(fù)合糖類積聚、出血及血栓形成，纖聚、出血及血栓形成，纖維組織增生及鈣質(zhì)沉著，維組織增生及鈣質(zhì)沉著，并有動(dòng)脈中層的逐漸蛻變并有動(dòng)脈中層的逐漸蛻變和鈣化，病變常累及彈性和鈣化，病變常累及彈性及大中等肌性動(dòng)脈，及大中等肌性動(dòng)脈，一旦發(fā)展到足以阻塞動(dòng)脈腔，則該動(dòng)脈所供應(yīng)的組織或器官一旦發(fā)展到足以阻塞動(dòng)脈腔，則該動(dòng)脈所供應(yīng)的組織或器官將缺血或壞死。由于在動(dòng)脈內(nèi)膜積聚的脂質(zhì)外觀呈黃色粥樣，將缺血或壞死。由于在動(dòng)脈內(nèi)膜積聚的脂質(zhì)外觀呈黃色粥樣，因此稱為動(dòng)脈粥樣硬化。因此稱為動(dòng)脈粥樣硬化。 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大

20、學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系TIA(transient ischemic attack短暫短暫性腦缺血發(fā)作性腦缺血發(fā)作 )，stroke缺血性中風(fēng)。缺血性中風(fēng)。若處動(dòng)脈的半徑縮小若處動(dòng)脈的半徑縮小N倍倍血液流速就增大血液流速就增大N2倍倍病灶處的壓強(qiáng)大幅度下降病灶處的壓強(qiáng)大幅度下降導(dǎo)致該處血管容易塌陷，出現(xiàn)供血困難導(dǎo)致該處血管容易塌陷，出現(xiàn)供血困難如：冠狀動(dòng)脈粥樣硬化如：冠狀動(dòng)脈粥樣硬化angina心絞痛，心絞痛，heart attack心臟病發(fā)作心臟病發(fā)作 腦部動(dòng)脈粥樣硬化腦部動(dòng)脈粥樣硬化Atherosclerosis（動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈粥樣硬化）動(dòng)能就增

21、大動(dòng)能就增大N4倍，勢能就要減小倍，勢能就要減小導(dǎo)致：導(dǎo)致：上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系Compute the decrease in the blood pressure of the blood flowing through an artery the radius of which is constricted by a factor of 3. Assume that the average flow velocity in the unconstricted region is 50 cm/sec

22、.50v半徑縮小半徑縮小3倍，收縮處的流速倍，收縮處的流速450vBBDDPvPv222121B為正常點(diǎn)，為正常點(diǎn)，D收縮點(diǎn)收縮點(diǎn)mmHgpavPB7510802142壓強(qiáng)變小后果后果如何如何？血管會(huì)塌陷，一般將血管縮小到原來的血管會(huì)塌陷，一般將血管縮小到原來的80%時(shí)，會(huì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)湍流，壓強(qiáng)下降會(huì)比上述的層流計(jì)算更大。出現(xiàn)湍流，壓強(qiáng)下降會(huì)比上述的層流計(jì)算更大。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系例：求例：求 PA 、 PC及等粗細(xì)管中的流速及等粗細(xì)管中的流速PVhA點(diǎn)點(diǎn)?h4B點(diǎn)點(diǎn)P00h4C點(diǎn)點(diǎn)?h3+ h4D點(diǎn)

23、點(diǎn)P0?042ghvD BBBDDDPghvPghv 222121B,D點(diǎn)點(diǎn)40ghPPA AAADDDPghvPghv 222121A,D點(diǎn)點(diǎn))(430hhgPPc DDDcccPghvPghv 222121C,D點(diǎn)點(diǎn)上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系例：在容器中水深為例：在容器中水深為 h ，與此容器相連的型壓強(qiáng)計(jì)與此容器相連的型壓強(qiáng)計(jì)兩邊水面的高度差這兩邊水面的高度差這h，在大容器下端接一水平管，在大容器下端接一水平管，此管處的截面積為出口處的面積的兩倍，求：此管處的截面積為出口處的面積的兩倍，求： 當(dāng)處用木

24、塞塞住時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)中水柱高度當(dāng)處用木塞塞住時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)中水柱高度 當(dāng)處用木塞拔去后，壓強(qiáng)計(jì)中水柱高度當(dāng)處用木塞拔去后，壓強(qiáng)計(jì)中水柱高度上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系A(chǔ)PVhA點(diǎn)點(diǎn)P0+gh0hB點(diǎn)點(diǎn)?0C點(diǎn)點(diǎn)P0?0) (2hhgvcAAAcccPghvPghv 222121A,C點(diǎn)點(diǎn)未拔出未拔出C的木塞的木塞:) (0hhgPghPPAB FBghPP 0CCBBvSvS hhhF拔出拔出C的木塞的木塞:BBBcccPghvPghv 222121B,C點(diǎn)點(diǎn)) (43hhhF上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上

25、海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系如圖所示，大容器底部接一根粗細(xì)不均的豎直細(xì)管如圖所示，大容器底部接一根粗細(xì)不均的豎直細(xì)管BC，B處橫截面積為處橫截面積為C處的兩倍，處的兩倍，B，C間高度差為間高度差為50cm。容器內(nèi)水面容器內(nèi)水面(理想液體理想液體)至出口至出口C處的高度為處的高度為1.8m。求圖中豎直管中水面上升的高度。求圖中豎直管中水面上升的高度。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系A(chǔ)PVhA點(diǎn)點(diǎn)P00hA=1.8mB點(diǎn)點(diǎn)?hB=0.5mC點(diǎn)點(diǎn)P0?0smghvAc/ 6

26、2BBBcccPghvPghv 222121B,C點(diǎn)點(diǎn)CCBBvSvSAAAcccPghvPghv 222121mhD85. 0A,C點(diǎn)點(diǎn)gPPB 85. 00DBghPP 0上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系1. 空吸作用空吸作用(Suction) 應(yīng)用：噴霧器，口腔科的吸唾器。應(yīng)用：噴霧器，口腔科的吸唾器。BBAAPvPv222121 原理：原理：SB VB PB BBAAvSvS六、柏努利方程的應(yīng)用六、柏努利方程的應(yīng)用當(dāng)取當(dāng)取PB P0 時(shí)，形成空吸時(shí)，形成空吸上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大

27、學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系2. 汾丘里管汾丘里管(Venturi Tube)應(yīng)用：測量流體流速應(yīng)用：測量流體流速上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系BBAAPvPv222121 其中：其中： VB =0ghPPAB 3. 比托管比托管通過測量液體的靜壓強(qiáng)與動(dòng)壓強(qiáng)來流體流速。通過測量液體的靜壓強(qiáng)與動(dòng)壓強(qiáng)來流體流速。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系測量動(dòng)脈血壓測量動(dòng)脈血壓上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理

28、系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系一、牛頓粘滯定律一、牛頓粘滯定律 粘滯系數(shù)粘滯系數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 實(shí)際液體的流動(dòng)實(shí)際液體的流動(dòng)實(shí)際液體具有粘滯性，如果液體流實(shí)際液體具有粘滯性，如果液體流動(dòng)層次分明為層流動(dòng)層次分明為層流 (Laminar flow)。 流體分層流動(dòng)，相鄰兩層流體間只作相流體分層流動(dòng)，相鄰兩層流體間只作相對滑動(dòng)，流層間沒有橫向混雜。對滑動(dòng)，流層間沒有橫向混雜。層流層流:上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系湍流：湍流： (Turbulent flow) 當(dāng)

29、流體流速超過某一數(shù)值時(shí)，流體不再保持當(dāng)流體流速超過某一數(shù)值時(shí)，流體不再保持分層流動(dòng)，而可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有垂直于分層流動(dòng)，而可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有垂直于管軸方向的分速度，各流層將混淆起來，并有管軸方向的分速度，各流層將混淆起來，并有可能出現(xiàn)渦旋，這種流動(dòng)狀態(tài)叫湍流。可能出現(xiàn)渦旋，這種流動(dòng)狀態(tài)叫湍流。 流體作湍流時(shí)所消耗的能量比層流多，湍流區(qū)流體作湍流時(shí)所消耗的能量比層流多，湍流區(qū)別于層流的特點(diǎn)之一是它能發(fā)出聲音。別于層流的特點(diǎn)之一是它能發(fā)出聲音。過渡流動(dòng)過渡流動(dòng):介于層流與湍流間的流動(dòng)狀態(tài)很不穩(wěn)定介于層流與湍流間的流動(dòng)狀態(tài)很不穩(wěn)定.上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大

30、學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系著色甘油著色甘油無色甘油無色甘油流體作層流時(shí)，各層之流體作層流時(shí)，各層之間有相對滑動(dòng)，沿管軸間有相對滑動(dòng)，沿管軸流動(dòng)速度最大，距軸越流動(dòng)速度最大，距軸越遠(yuǎn)流速越小，在管壁上遠(yuǎn)流速越小，在管壁上甘油附著，流速為零。甘油附著，流速為零。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系1. 粘性力（內(nèi)摩擦力）：粘性力（內(nèi)摩擦力）： 相鄰兩流層之間因流速不同而相鄰兩流層之間因流速不同而作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在切線方向上存作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在切線方向上存在著的相互作用力。在著的相互作用力。2. 牛

31、頓粘性定律牛頓粘性定律 若若x方向上相距方向上相距dx的兩液層的速度差為的兩液層的速度差為dv，則則 dv/dx 表表示在垂直于流速方向單位距離的液層間的速度差叫做速度示在垂直于流速方向單位距離的液層間的速度差叫做速度梯度，一般不同梯度，一般不同x處，速度梯度不同，距管軸越遠(yuǎn)，速度梯處，速度梯度不同，距管軸越遠(yuǎn)，速度梯度越大，其單位為度越大，其單位為 1/s 。實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：F S ，dv/dx若令若令SF切應(yīng)力，表示作用切應(yīng)力，表示作用在流體層單位面積上的在流體層單位面積上的內(nèi)摩擦力。內(nèi)摩擦力。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海

32、交通大學(xué) 物理系物理系dxdvAF ：為液體：為液體粘滯系數(shù)或粘度粘滯系數(shù)或粘度牛頓粘滯定律牛頓粘滯定律液體：液體：溫度溫度 T 與溫度關(guān)系：與溫度關(guān)系：單位：單位： SI中為中為sPa)(P泊泊sPaP1 . 01氣體：氣體：溫度溫度 T 是否能舉幾個(gè)日常生活中的實(shí)例？是否能舉幾個(gè)日常生活中的實(shí)例？上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系FluidTemperature ( C) Viscosity(10-3 Pa.S)Water01.8201370.691000.3Glycerin甘油20830Mercury水銀20

33、1.55Air200.01Blood3714上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系 遵循牛頓粘性定律的流體叫牛頓流體，遵循牛頓粘性定律的流體叫牛頓流體，勻質(zhì)液體的粘滯度不隨切率的變化而改變，勻質(zhì)液體的粘滯度不隨切率的變化而改變，如：水、血漿如：水、血漿 不遵循牛頓粘性定律的流體叫非牛頓流不遵循牛頓粘性定律的流體叫非牛頓流體，非勻質(zhì)液體的粘滯度隨著切率的減小體，非勻質(zhì)液體的粘滯度隨著切率的減小而增大，如：血液而增大，如：血液二、牛頓液體與非牛頓液體二、牛頓液體與非牛頓液體上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)

34、上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系 vdReReynolds number Re 3000 Turbulent flow上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系2-cm直徑動(dòng)脈的出現(xiàn)湍流的速度為Reynolds number = 2000vdRescmdRve/381021005.11042000233上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系一縷上升的煙霧從穩(wěn)流變到非穩(wěn)流一縷上升的煙霧從穩(wěn)流變到非穩(wěn)流實(shí)際情況與溫度，氣

35、流，流體特性相關(guān)實(shí)際情況與溫度，氣流，流體特性相關(guān)上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系 適用條件：適用條件：)(422021rrlppv RpppplrQ212140)(8 20218rlppv 四、泊肅葉公式四、泊肅葉公式(Poiseuilles formular) 實(shí)際液體，層流實(shí)際液體，層流 等粗水平管中等粗水平管中流動(dòng)情況流動(dòng)情況121p2p0rlvL. M. Poiseuille (17991869), French physician上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物

36、理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系2. 定律的推導(dǎo)定律的推導(dǎo)（1）速度分布）速度分布取與管同軸，半徑為取與管同軸，半徑為 r ，長度為長度為 L 的圓柱行流體的圓柱行流體元作為研究對象，它所受的壓力差為元作為研究對象，它所受的壓力差為 2221rPrPPF 流體元側(cè)面所受粘性力大小流體元側(cè)面所受粘性力大小drdvrLf 2應(yīng)有應(yīng)有fF Lr0rdr1P2P21PP 了解了解上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系即即drdvLrrP 22 rdrLPdv 2 兩邊取定積分兩邊取定積分020rrvrdrLPdv 可

37、見，管軸（可見，管軸（r=0）處流速有處流速有最大值，管壁（最大值，管壁（r=r0）處流速處流速有最小值有最小值0，流速，流速v沿管徑方沿管徑方向呈拋物線分布。向呈拋物線分布。2204rrLPv 了解了解上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系流量流量在管中取一與管共軸，內(nèi)徑為在管中取一與管共軸，內(nèi)徑為 r ，厚度為厚度為 dr 的管狀流層，的管狀流層，該流層橫截面積該流層橫截面積rdrdS 2 通過該流層橫截面的流量通過該流層橫截面的流量rdrrrLPvdSdQ 24220通過整個(gè)管橫截面的流量通過整個(gè)管橫截面的流量L

38、PrrdrrrLPdQQr 824002200了解了解上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系泊肅葉公式：流速泊肅葉公式：流速 v 與面積與面積 s 成正比成正比n 泊肅葉公式指不同的水平管之間比較泊肅葉公式指不同的水平管之間比較n 連續(xù)性原理指同一流管的不同粗細(xì)位置間比較連續(xù)性原理指同一流管的不同粗細(xì)位置間比較泊肅葉公式討論：泊肅葉公式討論：連續(xù)性原理：流速連續(xù)性原理：流速 v 與面積與面積 s 成反比成反比二者結(jié)論是否合理？二者結(jié)論是否合理？上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系

39、上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系流阻流阻n 血流阻力一般不能直接測量，需要通過計(jì)算得出。血流阻力一般不能直接測量，需要通過計(jì)算得出。 408rlR RPLPrQ 840流阻單位：流阻單位：Pa.s/mPa.s/m3 3 或或 N.S/mN.S/m5 5影響血流阻力的因素：影響血流阻力的因素：(1) (1) 血管長度血管長度(2) (2) 血液粘滯度：血細(xì)胞比容；血流的切率；溫度血液粘滯度：血細(xì)胞比容；血流的切率；溫度(3) (3) 血管口徑：血管口徑：在機(jī)體內(nèi)在機(jī)體內(nèi), ,血管的口徑經(jīng)常在神經(jīng)和體液因素作用下而有所血管的口徑經(jīng)常在神經(jīng)和體液因素作用下而有所變動(dòng)，或縮小或舒張。在同樣的動(dòng)靜

40、脈壓差之下，微小血管變動(dòng)，或縮小或舒張。在同樣的動(dòng)靜脈壓差之下，微小血管口徑的改變便成為決定血流量的主要條件。口徑的改變便成為決定血流量的主要條件。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系流阻流阻408rlR 血流阻力主要由血管口徑和血液粘滯度決定。血流阻力主要由血管口徑和血液粘滯度決定。n阻力血管口徑增大時(shí)，血流阻力降低，血流量就阻力血管口徑增大時(shí)，血流阻力降低，血流量就增多；增多；n機(jī)體對循環(huán)功能的機(jī)體對循環(huán)功能的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)中，是通過控制各器官阻中，是通過控制各器官阻力血管的口徑來調(diào)節(jié)各器官之間的血流分配的。力血管的口

41、徑來調(diào)節(jié)各器官之間的血流分配的。n當(dāng)阻力血管口徑縮小時(shí)，器官血流量就減少。當(dāng)阻力血管口徑縮小時(shí)，器官血流量就減少。RPLPrQ 840流阻單位：流阻單位：Pa.s/m3 或或 N.S/m5上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系若需要了解從左心室經(jīng)過整個(gè)體循環(huán)若需要了解從左心室經(jīng)過整個(gè)體循環(huán)回到右心房的總流阻，即外周阻力。回到右心房的總流阻，即外周阻力。QPRf P 為為與右心房平均壓強(qiáng)的差值與右心房平均壓強(qiáng)的差值Q 為心臟每秒鐘搏出血量為心臟每秒鐘搏出血量=每次搏出血量每次搏出血量x心率心率/60舒張壓）（收縮壓舒張壓

42、左心室平均壓強(qiáng)316031R心率每搏血量舒張壓）（收縮壓舒張壓f若若Rf增加，則需要提高血壓，才能保證流量正常增加，則需要提高血壓，才能保證流量正常0右心房平均壓強(qiáng)這是高血壓產(chǎn)生的原因之一。這是高血壓產(chǎn)生的原因之一。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系成年人主動(dòng)脈的半徑約為成年人主動(dòng)脈的半徑約為 1.310-2 m ，問在一段問在一段 0.2 m 距離內(nèi)的流阻距離內(nèi)的流阻 Rf 和壓強(qiáng)降落和壓強(qiáng)降落 P 是多少？設(shè)是多少？設(shè)血流量為血流量為 1.0010-4 m3/s ， = 3.010-3 Pas 。解：解： 34

43、42341097. 5103 . 114. 32 . 0100 . 388 msPaRLRf PaQRPf97. 51097. 5100 . 144 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系血流阻血流阻主動(dòng)脈和大動(dòng)脈的半徑大、流阻小，約占體循環(huán)的血流阻主動(dòng)脈和大動(dòng)脈的半徑大、流阻小，約占體循環(huán)的血流阻的的19，血壓降約，血壓降約2.66kPa；小動(dòng)脈的半徑小、血流阻大，約占體循環(huán)的血流阻的小動(dòng)脈的半徑小、血流阻大，約占體循環(huán)的血流阻的47%，而血液流速仍然較大，故其血壓降最大，約為，而血液流速仍然較大，故其血壓降最大，約

44、為6.65kPa；毛細(xì)血管的半徑雖然最小，單根毛細(xì)血管的血流阻大，但毛細(xì)血管的半徑雖然最小，單根毛細(xì)血管的血流阻大，但數(shù)目極多，總的血流阻并不大，約占體循環(huán)的血流阻的數(shù)目極多，總的血流阻并不大，約占體循環(huán)的血流阻的27%，而血液流速又極小，故其血壓降也不大，約為，而血液流速又極小，故其血壓降也不大，約為2.6kPa；靜脈血管的半徑較大，其血流阻最小，約占體循環(huán)的血流靜脈血管的半徑較大，其血流阻最小，約占體循環(huán)的血流阻的阻的7%，血液流速又小，因而血壓降最小，約為，血液流速又小，因而血壓降最小，約為0.45kPa上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通

45、大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系例：圖中所示的大容器中盛有粘滯性液體，流動(dòng)例：圖中所示的大容器中盛有粘滯性液體，流動(dòng)緩慢。在容器側(cè)壁同一深度處接有兩根水平管緩慢。在容器側(cè)壁同一深度處接有兩根水平管A、B，已知已知A、B兩管的半徑為兩管的半徑為0.5cm和和1cm，管長分管長分別為別為10cm 和和20cm，求兩管中流量之比求兩管中流量之比QA/QB？上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系D DC C由于由于A,BA,B管在同一高度上，取管在同一高度上，取C C和和D D點(diǎn)點(diǎn)DCPP A A管兩端的壓強(qiáng)差：管兩端的壓強(qiáng)差：

46、0PPCB B管兩端的壓強(qiáng)差：管兩端的壓強(qiáng)差：0PPDA A，B B管兩端的壓強(qiáng)差相等管兩端的壓強(qiáng)差相等818)(8)(440404ABBABDBACABAlrlrlPPrlPPrQQ上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系 如圖所示，粘滯液體經(jīng)如圖所示，粘滯液體經(jīng)A管流入管流入 后，流過兩后，流過兩等長的等長的B、C支管，再從支管，再從D管流出。已知管流出。已知A、B、C、D管的截面積分別為管的截面積分別為10cm2、5cm2、20cm2、30cm2，若若B管中的液體的平均速度為管中的液體的平均速度為0.1m/s,則則

47、A管中的流量為管中的流量為 ，平均流速為，平均流速為 。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系16884444BCBBBCCCBCrrlPrlPrQQ BBBSvQCcCSvQsmvc/4 . 0smQQQCBA/105 . 810204 . 01051 . 03444smSQvAAA/85. 0smvB/1 . 025cm220cm210cm上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系斯托克斯定律斯托克斯定律固體在粘性流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)將受到粘性阻力作固

48、體在粘性流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)將受到粘性阻力作用，若物體的運(yùn)動(dòng)速度很小，它所受的粘性用，若物體的運(yùn)動(dòng)速度很小，它所受的粘性阻力可以寫為阻力可以寫為vlkf 比例系數(shù)比例系數(shù) k 由物體形狀決定。由物體形狀決定。對于球體，若半徑為對于球體，若半徑為 R ，則則 k = 6 ，vRf6 斯托克斯定律斯托克斯定律上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系收尾速度（沉降速度）收尾速度（沉降速度）當(dāng)半徑為當(dāng)半徑為 R 、密度為密度為 的小球在粘度為的小球在粘度為 、密度為、密度為 () 的粘性流體中豎直下落時(shí)，它所受力的粘性流體中豎直下落時(shí)，

49、它所受力gRG 334 gRf 334 浮浮vRf6 當(dāng)三力達(dá)到平衡時(shí)，小球?qū)⒁詣蛩俣犬?dāng)三力達(dá)到平衡時(shí)，小球?qū)⒁詣蛩俣?下落，下落，Tv由由 即即ffG 浮浮RvgRgRT 6343433 可得可得 922gRvT 收尾速度收尾速度 （沉降速度）（沉降速度）上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系應(yīng)用：應(yīng)用：在已知 R、 的情況下，只要測得收尾速度便可以求出液體的粘滯系數(shù) 。在已知 、 、 的情況下，只要測得收尾速度便可以求出球體半徑 R 。 922gRvT用高速離心機(jī)來增加g的有效值，以加快微小顆粒(比如某些細(xì)胞、藥物

50、顆粒)在流體中的沉降速度。在藥物劑為混懸液時(shí)，常采用增加懸浮介質(zhì)的粘滯系數(shù)、密度和減小藥物顆粒的半徑等方法來提高藥液的穩(wěn)定性。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系大雨點(diǎn)下落快，還是小雨點(diǎn)下落快？大雨點(diǎn)下落快，還是小雨點(diǎn)下落快？上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系各類血管的功能特點(diǎn)各類血管的功能特點(diǎn)血管由動(dòng)脈、毛細(xì)血管和靜脈組成。血管由動(dòng)脈、毛細(xì)血管和靜脈組成。1. 彈性貯器血管彈性貯器血管 :主動(dòng)脈和大動(dòng)脈主動(dòng)脈和大動(dòng)脈 2. 分配血管：中

51、動(dòng)脈分配血管：中動(dòng)脈 3. 毛細(xì)血管前阻力血管：小動(dòng)脈、微動(dòng)脈毛細(xì)血管前阻力血管：小動(dòng)脈、微動(dòng)脈4. 毛細(xì)血管前括約肌毛細(xì)血管前括約肌5. 交換血管：真毛細(xì)血管交換血管：真毛細(xì)血管6. 毛細(xì)血管后阻力血管：微靜脈毛細(xì)血管后阻力血管：微靜脈7. 容量血管：靜脈系統(tǒng)容量血管：靜脈系統(tǒng)8. 短路血管：小動(dòng)脈和小靜脈間的吻合支短路血管：小動(dòng)脈和小靜脈間的吻合支上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系一、紅細(xì)胞的軸流現(xiàn)象一、紅細(xì)胞的軸流現(xiàn)象第三節(jié)第三節(jié) 血液的流動(dòng)血液的流動(dòng)(Flow of blood)如何解釋？如何解釋？紅血球?yàn)?/p>

52、扁平狀，且兩面中心都向內(nèi)紅血球?yàn)楸馄綘睿覂擅嬷行亩枷騼?nèi)凹陷。凹陷。紅血球的直徑通常是紅血球的直徑通常是68m，比大多其他類型的人類細(xì)胞要小。這比大多其他類型的人類細(xì)胞要小。這種種形狀可以最大限度的從周圍攝取氧形狀可以最大限度的從周圍攝取氧氣。同時(shí)它還具有柔韌性，這使得它氣。同時(shí)它還具有柔韌性，這使得它可以通過毛細(xì)血管，并釋放氧分子。可以通過毛細(xì)血管，并釋放氧分子。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系人類紅血球形態(tài)簡圖。人類紅血球形態(tài)簡圖。a. 從頂面上觀察；從頂面上觀察；b. 從從側(cè)面觀察，多個(gè)紅血球側(cè)面觀察，多個(gè)

53、紅血球堆積在一起，形成錢串堆積在一起，形成錢串狀；狀；c. 在水中吸水脹大在水中吸水脹大；d. 在鹽溶液中失水萎在鹽溶液中失水萎縮。縮。在大血管中，有時(shí)紅血球可以以扁平的側(cè)面互相堆積在大血管中，有時(shí)紅血球可以以扁平的側(cè)面互相堆積在一起，形成錢串狀（在一起，形成錢串狀（紅細(xì)胞壓積紅細(xì)胞壓積）。當(dāng)特定血清蛋）。當(dāng)特定血清蛋白含量提高時(shí)（如炎癥反應(yīng)時(shí)），這一堆積情況發(fā)生白含量提高時(shí)（如炎癥反應(yīng)時(shí)），這一堆積情況發(fā)生的幾率會(huì)增大。的幾率會(huì)增大。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系二、循環(huán)系統(tǒng)中血流速度的變化二、循環(huán)系統(tǒng)中血流

54、速度的變化上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系三、循環(huán)系統(tǒng)中血壓的變化及其測量三、循環(huán)系統(tǒng)中血壓的變化及其測量（1） 血液充盈程度血液充盈程度（2） 心室射血心室射血(勢能和血流的動(dòng)能勢能和血流的動(dòng)能)（3）血液遇到的阻力）血液遇到的阻力血壓的形成血壓的形成(blood pressure)主動(dòng)脈和大動(dòng)脈的主動(dòng)脈和大動(dòng)脈的彈性貯器作用緩沖作用和彈性貯器作用緩沖作用和連續(xù)的血流連續(xù)的血流上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大

55、學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系全部血液循環(huán)系統(tǒng)的血壓變化曲線全部血液循環(huán)系統(tǒng)的血壓變化曲線由于血液是粘性流體，故血壓在體循環(huán)過程中是由于血液是粘性流體，故血壓在體循環(huán)過程中是不斷下降的。不斷下降的。血壓的高低與流量、流阻及血管的柔軟程度有關(guān)。血壓的高低與流量、流阻及血管的柔軟程度有關(guān)。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系 由于心臟的收縮與舒由于

56、心臟的收縮與舒張，動(dòng)脈中的壓強(qiáng)發(fā)生變化，張，動(dòng)脈中的壓強(qiáng)發(fā)生變化， 動(dòng)脈中動(dòng)脈中血壓的最大值為血壓的最大值為收收縮壓縮壓，最小值為，最小值為舒舒張張壓壓血壓單位血壓單位單位轉(zhuǎn)換單位轉(zhuǎn)換血壓的測量血壓的測量 1 mmHg =0.13328 KPa 1 Kpa = 7.5 mmHg如：如：80 mmHg =10.64 Kpa 120 mmHg =16 Kpa 血壓是指血管內(nèi)的血液對于單位面積血管壁的側(cè)血壓是指血管內(nèi)的血液對于單位面積血管壁的側(cè)壓力，也即壓強(qiáng)。壓力，也即壓強(qiáng)。the way blood pressure was first measured in 1733 by Reverend S

57、tephen Hales上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系我們測血壓時(shí)測的是肱動(dòng)脈血壓。右手肱我們測血壓時(shí)測的是肱動(dòng)脈血壓。右手肱動(dòng)脈來自于頭臂干的分支，左手肱動(dòng)脈來動(dòng)脈來自于頭臂干的分支，左手肱動(dòng)脈來自左鎖骨下動(dòng)脈。自左鎖骨下動(dòng)脈。 一般情況下人的右手血壓比左手會(huì)高一般情況下人的右手血壓比左手會(huì)高1020mmHg。頭臂干和左鎖骨下動(dòng)脈都來自于主動(dòng)脈，頭臂干和左鎖骨下動(dòng)脈都來自于主動(dòng)脈，而頭臂干是主動(dòng)脈的較大的分支而頭臂干是主動(dòng)脈的較大的分支(R小小)，左，左鎖骨下動(dòng)脈分支較小鎖骨下動(dòng)脈分支較小(R大大)，所以右邊

58、血壓，所以右邊血壓自然比較高些。自然比較高些。上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系影響動(dòng)脈血壓的因素影響動(dòng)脈血壓的因素心輸出量心輸出量,外周阻力外周阻力,循環(huán)系統(tǒng)的血液充盈程度循環(huán)系統(tǒng)的血液充盈程度,主動(dòng)脈主動(dòng)脈的彈性貯器作用的彈性貯器作用影響因素收縮壓舒張壓脈壓平均動(dòng)脈壓搏出量心率外周阻力大動(dòng)脈彈性或不變循環(huán)血量脈壓脈壓= 收縮壓收縮壓 - 舒張壓；舒張壓；平均動(dòng)脈壓平均動(dòng)脈壓= 舒張壓舒張壓 +1/3脈壓脈壓上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理

59、系物理系重力對血液流動(dòng)的影響重力對血液流動(dòng)的影響n靜脈有較大的可擴(kuò)張性；靜脈有較大的可擴(kuò)張性；n靜脈充盈受跨壁壓的影響；靜脈充盈受跨壁壓的影響；n重力對靜脈血壓的影響大；重力對靜脈血壓的影響大；上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系重力對血液流動(dòng)的影響重力對血液流動(dòng)的影響Pp = Pc + ghc p: pied c:coeur CV: Cerveau= Pc + (1.0595x103kgm-3)(9.8 ms-1)(1.3 m)= Pc + 13.4 KPa上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通

60、大學(xué) 物理系物理系上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) 物理系物理系Pc：心臟血壓：心臟血壓加速運(yùn)動(dòng)對血壓的影響加速運(yùn)動(dòng)對血壓的影響Pp = Pc + r(g+a)hc令令 PCVN = Pc - g (hcv hC) 若若 a=0Pcv：腦部血壓：腦部血壓人腦能承受多大的加速度？人腦能承受多大的加速度？PCV + (g+a)hCV= Pc + (g+a)hcPCV = Pc - (g+a)(hcv hC)忽略流動(dòng)因素忽略流動(dòng)因素則則 PCV = PCVN - a (hcv hC)g, a反向反向若正向若正向(a0), 超重，超重， PCV PCVN 腦部失血腦部失血若負(fù)向若負(fù)向(a PCVN 腦部腦部瘀