Ошибки измерений и их классификация

ВВедение

Лабораторные занятия являются одной из важных форм учебной работы по медицинской биофизике. Главная цель лабораторного практикума - экспериментально раскрыть теоретические положения науки, обеспечить глубокое понимание студентами изучаемых законов и закономерностей и форм их проявления, сформировать у будущих специалистов практические умения обращения с изучаемыми объектами, лабораторным оборудованием и другими средствами эксперимента, привить им навыки экспериментальной деятельности.

Лабораторно-практические занятия проводятся в соответствии с учебным планом специальности и рабочей программой по дисциплине. Для выполнения каждой лабораторной работы имеются методические указания, в которых сообщается цель работы, перечень необходимых приборов и принадлежностей, краткие теоретические предпосылки, описание лабораторной установки и последовательности проводимых измерений, рекомендации по обработке полученных результатов. В методических указаниях приводятся вопросы для самоконтроля, список учебной литературы.

Накануне занятия студент должен подготовиться к выполнению лабораторной работы. Для этого необходимо изучить теорию и порядок выполнения работы. На занятиях перед выполнением работы преподаватель проверяет степень готовности студента к ее проведению. Для получения допуска к выполнению лабораторной работы необходимо знать цель работы и план проведения эксперимента, устройство приборов и правила их эксплуатации, требования и правила техники безопасности, основные законы, лежащие в основе данного метода. После проведения измерений студент обязан предъявить преподавателю лабораторный журнал наблюдений, в котором зафиксированы полученные результаты, проведены их окончательная обработка и анализ.

В конце занятия проводится защита лабораторных работ. При защите работ студент должен продемонстрировать знание и понимание теоретического материала, умение проводить экспериментальные исследования, обрабатывать и анализировать полученные результаты.

Вводное занятие

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ. ПРАВИЛА РАБОТЫ С ФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРОЙ

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Оформление отчета начинается во время подготовки к выполнению лабораторной работы. В отчет заносят НОМЕР РАБОТЫ и ее НАЗВАНИЕ, записывают ЦЕЛЬ РАБОТЫ и перечисляют ПРИБОРЫ и ПРИНАДЛЕЖНОСТИ, которые будут использованы в работе. Разобрав теоретические основы изучаемого вопроса, кратко конспектируют их основные положения, записывают расчетные формулы. Изучив экспериментальную установку и методику проведения измерений на рабочем месте, помещают в отчете чертеж или схему установки.

На занятиях, получив допуск к выполнению работы, проводят необходимые измерения, результаты которых заносят в соответствующие таблицы. Выполнив необходимые вычисления и убедившись в их правильности, приступают к завершению отчета. В отчет необходимо внести ТАБЛИЦЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ИЗМЕРЕНИЙ, данные о методике расчета ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЙ, ГРАФИКИ, выполненные на миллиметровке и ОБОСНОВАННЫЕ ВЫВОДЫ, к которым приводят полученные результаты. Сделанные выводы должны соответствовать цели, поставленной в работе. При подготовке к защите выполненной лабораторной работы следует руководствоваться контрольными вопросами, приведенными в МЕТОДИЧЕСКОМ РУКОВОДСТВЕ. Ответы на поставленные вопросы можно найти в литературе, приведенной в рекомендациях.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Изучение механических колебаний

Движение, повторяющееся через отдельные промежутки времени, называется колебательным. В живом организме и при диагностике и лечении заболеваний очень широко распространены процессы с повторением различных состояний и описывающих их параметров.

 

ЦЕЛЬ занятия:

1. Ознакомиться с характеристиками колебаний.

2. Изучить сложение гармонических колебаний и явление резонанса.

Исходные знания:

1. Знать виды механических колебаний.

 

План изучения темы:

1.Свободные механические колебания (незатухающие и затухающие).

2. Кинетическая и потенциальная энергии колебательного движения.

3. Сложение гармонических колебаний.

4. Сложное колебание и его гармонический спектр.

5. Вынужденные колебания. Резонанс.

6. Автоколебания.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Лекции.

2. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл. 5, с.71-87.

3. Н.М. Ливенцев Курс физики, М., 1978, т.1, гл.4. с. 67-81.

4. М.Е. Блохина, И.А. Эссаулова, Г.В. Мансурова. Руководство к лаб. работам по медицинской и биологической физике, М., 2001, с. 44-52.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКие предпосылки работы:

Многие процессы в организме являются периодическими, и их можно рассматривать как колебательные, например, процесс дыхания, работа сердца, электрические процессы в сердце и т.д. Рассмотрим механические колебания материальной точки массой m. Примером такой колебательной системы служит пружинный маятник. По второму закону Ньютона

(1)

Предположим, что в данном случае силой трения можно пренебречь, тогда колебания будут происходить под действием упругой силы F = -kx. Тогда соотношение (1) принимает вид:

(2)

Заменяя , получаем дифференциальное уравнение гармонических колебаний

(3)

Его решение имеет вид:

(4)

где ω₀ – круговая частота колебаний,

А - амплитуда, (ω₀t + φ₀)— фаза колебаний,

φ₀ - начальная фаза,

x - смещение колеблющейся точки относительно положения равновесия.

График зависимости х = f(t) изображен на рис. 1. Гармонические колебания можно изображать в виде векторных диаграмм (рис. 2). Из точки О, взятой на оси ОХ, проводят вектор А, модуль которого равен амплитуде колебаний.

 

Рис. 1. Рис.2.

Угол φ представляет собой фазу колебаний, а проекция вектора А на ось OX – смещение колеблющейся точки.

Материальная точка может одновременно участвовать в нескольких колебательных движениях. При сложении двух гармонических колебаний, направленных по одной прямой, получается более сложное колебательное движение. Пусть материальная точка участвует в двух гармонических колебаниях одного направления и с одинаковой круговой частотой ω₀:

Тогда результирующее смещение х точки равно алгебраической сумме обоих смещений:

x = x₁+ x₂, (5)

а результирующее движение представляет собой периодическое колебательное движение с той же частотой.

Амплитуда А результирующего колебания равна

(6)

Начальную фазу φ₀ результирующего колебания можно вычислить по формуле

(7)

Если частоты складываемых колебаний неодинаковы, то результирующее движение будет негармоническим. При сложении двух гармонических колебаний, совершающихся во взаимно перпендикулярных направлениях, получаются различные траектории материальной точки, называемые фигурами Лиссажу. Форма этих фигур зависит от соотношения частот, фаз и амплитуд складываемых колебаний.

Свободные колебания реальных систем всегда затухают. Затухание свободных механических колебаний вызывается главным образом трением. Д ифференциальное уравнение затухающих колебаний имеет вид:

(8)

где (ω₀ – круговая частота собственных колебаний системы (k/m = ); β — коэффициент затухания. Если > β², то решение этого уравнения имеет вид:

(9)

где ω_{0 –} круговая частота затухающих колебаний ω²=(), A₀ – начальная амплитуда, φ₀ – начальная фаза. График зависимости x = f(t) изображеннарисунке 3.

Если > β², то колебаний нет и движение будет апериодическим .

 

Рис.3.

Кроме коэффициента затухания, для характеристики затухающих колебаний используют логарифмический декремент затухания λ. Он определяется как натуральный логарифм отношения двух последовательных амплитуд, соответствующих моментам времени, отличающимсянапериод:

(10)

Колебания тела, вызванные и поддерживаемые внешней силой, периодически изменяющейся по величине и направлению, называются вынужденными колебаниями, а внешняя сила – вынуждающей силой. Пусть вынуждающая сила изменяется по закону

F = F₀cosωt,

(11)

где f₀ — максимальное значение силы, ω — круговая частота. Тогда дифференциальное уравнение вынужденных колебаний принимает вид:

( 12 )

Решение этого уравнения представляет собой сумму уравнений, описывающих свободные и вынужденные колебания.

Свободные колебания довольно быстро затухают. Поэтому, пренебрегая собственными колебаниями системы, решение уравнения (12) записывают в следующем виде:

x= А соs (ωt + φ₀). ( 13)

Таким образом, под действием периодической внешней силы ( 11 ) возникаютвынужденные гармонические колебания с частотой, равной частоте вынуждающей силы.

В этом случае, если частота ω вынуждающей силы принимает значение ω_рез, амплитуда вынужденных колебаний системы достигает максимального значения. Это явление называется резонансом. Частота ω_рез называется резонансной частотой:

(14)

Амплитуда колебаний А_рез, определяется по формуле

(15)

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Что такое колебательное движение?

2. Какие виды колебаний различают?

3. Какие колебания называются гармоническими?

4. Что называется смещением? амплитудой? периодом? частотой? фазой колебаний?

5. Запишите дифференциальное уравнение гармонического колебания.

6. Запишите уравнения смещения, скорости и ускорения при гармоническом колебании.

7. В чем заключается метод векторных диаграмм?

8. Опишите процесс сложения гармонических колебаний, направленных по одной прямой и во взаимно перпендикулярных направлениях.

9. Запишите дифференциальное уравнение затухающего колебания.

10. Запишите уравнение смещения для затухающего колебания.

11. Как зависит амплитуда затухающих колебаний от времени?

12. Что такое коэффициент затухания и логарифмический декремент затухания?

13. Какие колебания называются сложными? Что такое гармонический спектр сложного колебания?

14. Какие колебания называют вынужденными? Запишите уравнение смещения для вынужденного колебания.

15. В чем заключается явление резонанса при вынужденных колебаниях?

16. Какие колебания называют автоколебаниями?

Приборы и принадлежности:

Персональный компьютер.

Схема работы:

Последовательность действий	Способ выполнения задания
1. Определение по графику характеристик гармонических колебаний	1. Получите на экране график гармонических колебаний маятника и зарисуйте в тетрадь 2. Определите по графику амплитуду А и период Т колебаний (см. рис. 1) 3. Измените амплитуду колебаний в k1 раз, а период в k2 раз 4. Повторите действия п. 1 и 2 5. Полученные результаты занесите в таблицу 1 6. Определите по графику начальную фазу колебаний φ0 и укажите, каким способом маятник был приведен в движение. Таблица №1
Параметр	Исходный график	Измененный график	Коэффициент
А,м			k1
Т,с			k2
2. Изучение векторных диаграмм.	1. Определите по приведенной векторной диаграмме амплитуду и начальную фазу колебаний 2. Получите на экране графики временной зависимости смещения х = f(t), скорости υ = f(t) и ускорения а = f(t) ко леблющегося тела и укажите соответствующие им векторные диаграммы.
3. Изучение сложения колебаний, происходящих вдоль одной прямой	1. Изобразите в тетради полученную на экране векторную диаграмму сложения двух колебаний одинаковой частоты и определите по ней амплитуду и начальную фазу результирующего колебания 2. Получите на экране график результирующего колебания, полученного при сложении двух гармонических колебаний с частотами ν1 и ν2 и амплитудами А1 и А2. Постройте его гармонический спектр 3. Полученные графики перенесите в тетрадь 4. Получите на экране график результирующего колебания, полученного при сложении четырех заданных гармонических колебаний различных частот. Амплитуды и периоды складываемых колебаний занесите в таблицу №.2. Таблица №2
Колебание	Амплитуда колебания	Период колебания
4. Изучение сложения взаимно перпендикулярных колебаний	1. Задавая амплитуды, круговые частоты и начальные фазы взаимно перпендикулярных колебаний х = f(t) и у = f(t), получите на экране фигуры Лиссажу, образующиеся при сложении данных колебаний 2. Опыт 1. повторите три раза. Полученные фигуры и уравнения складываемых колебаний занесите в тетрадь
5. Изучение затухающих колебаний	1. Получите на экране график затухающих колебаний и зарисуйте его в тетрадь 2. Определите по графику логарифмический декремент затухания λ, и коэффициент затухания β [см. формулу (10)].
Последовательность действий	Способ выполнения задания
6. Изучение резонансных кривых вынужденных колебаний	1. Задавая параметры колебательной системы (т, k, β) и амплитуду вынуждающей силы f0, вычислите собственную круговую частоту колебаний ω0 и резонансную частоту ωрез вынужденных колебаний [см. формулу (14)] 2. Получите на экране изображение резонансной кривой 3. Изменяя значение β, пронаблюдайте изменения вида резонансных кривых. Значения β занесите в таблицу 3. Таблица №3
β1	β2	βисх	β3	β4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

 

Изучение работы аппарата для ультразвуковой терапии

 

Аппараты, генерирующие ультразвуковые колебания, используются в медицине для лечения ряда заболеваний периферической нервной системы, опорно-двигательного аппарата и др., а также с диагностической целью.

 

ЦЕЛЬ занятия:

1. Ознакомиться с устройством и принципом работы аппарата для ультразвуковой терапии.

2. Определить особенности воздействия ультразвука (тепловой эффект) на различные вещества (электролиты и диэлектрики) при разнообразных режимах генерации УЗ аппаратом для ультразвуковой терапии УЗТ-1.01.Ф.

ИСХОДНЫе ЗНАНИя:

1. Знать физические характеристики механических волн.

 

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Характеристики УЗ-волн.

2. Свойства УЗ-волн.

3. Способы получения УЗ-волн.

4. Источники УЗ-волн.

5. Воздействие УЗ на биологические объекты.

6. Диагностическое и терапевтическое применение УЗ в медицине.

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Лекции.

2. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл. 6, с. 108 - 111.

3. Н.М. Ливенцев Курс физики, М., 1978, т.1, гл.5. с. 103 - 106.

4. М.Е. Блохина, И.А. Эссаулова, Г.В. Мансурова. Руководство к лаб. работам по медицинской и биологической физике, М., 2001, с. 57-62.

УКАЗАНИЯ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

При эксплуатации соблюдайте следующие меры предосторожности: при работающем аппарате не держите излучатель на воздухе (он должен соприкасаться с облучаемым участком объекта).

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1. Проводить процедуры при неисправном аппарате.

2. Самим устранять какие-либо неисправности.

 

Подготовка аппарата к РАБОТе

1. При проведении процедур тип используемого излучателя, режим работы, длительность импульсов, значение интенсивности ультразвуковых колебаний и продолжительность процедуры устанавливается в строгом соответствии с указаниями в методической разработке.

2. Подключите, указанный для проведения процедуры, излучатель к разъему «ВЫХОД» электронного блока аппарата с помощью соединительного кабеля.

3. Нажмите кнопку переключателя «ИЗЛУЧАТЕЛИ», имеющую одинаковую надпись с последней цифрой типа излучателя.

4. Для проведения процедур в непрерывном режиме, нажмите кнопку «Н» переключателя «РЕЖИМ РАБОТЫ».

5. Установите необходимую интенсивность, нажав соответствующую кнопку переключателя «ИНТЕНСИВНОСТЬ», Вт/см².

6. Для проведения процедур в импульсном режиме нажмите соответствующие указанной длительности импульса кнопку «2», «4» или «10» мс переключателя «РЕЖИМ РАБОТЫ».

7. Смажьте вазелиновым маслом излучающую часть излучателя, применяя при этом пипетку и ватный тампон. Погрузите излучатель в исследуемый раствор.

8. Установите необходимую продолжительность времени процедур. Для этого поверните ручку-указатель процедурных часов по часовой стрелке до упора, а затем поворотом в обратном направлении установите ее в положение, соответствующее 10 мин. При этом включится генератор колебаний и в объект начнут излучаться ультразвуковые колебания.

9. Следите за тем, чтобы на поверхности излучателя в растворе не было пузырей.

10. По истечении времени воздействия (световые индикаторы «СЕТЬ» и «ВЫХОД» гаснут), ватным тампоном удалите вазелиновое масло с излучающей части излучателя.

11. Излучатель отсоедините от разъема «ВЫХОД».

12. Отсоедините вилку провода сети от розетки сети.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Что называется ультразвуком? Как получить ультразвуковую волну?

2. Какими свойствами обладает ультразвук?

3. Какой вид имеет уравнение, описывающее поглощение ультразвука в среде?

4. От чего зависит поглощение ультразвука средой?

5. Для чего при контакте с кожей ультразвукового излучателя его поверхность покрывают слоем масла?

6. Что называется кавитацией?

7. Применения ультразвука в медицине. Перечислите методы ультразвуковой диагностики и исследования.

8. Эффект Доплера и его использование для медико-биологических исследований.

9. Инфразвук. Его применение в медицине.

Приборы и принадлежности:

Аппарат УЗТ-1.01.Ф.

Схема работы:

Последовательность действий	Способ выполнения задания
1. Изучение влияния режима работы на тепловой эффект воздействия ультразвука на диэлектрик (глицерин) и электролит (водный раствор NaCl).	1. Ознакомьтесь с техническими данными прибора 2. Ознакомьтесь с указаниями мер безопасности при работе с прибором. 3. Изучите порядок подготовки аппарата к работе и его использование. 4. Погрузите излучатель с термометром в диэлектрик на глубину 0,5-1,0 мм. 5. В соответствии с требованиями раздела «ПОДГОТОВКА АППАРАТА» подготовьте аппарат к работе в непрерывном режиме (интенсивность 1 Вт/см^2). Осуществите ультразвуковое воздействие, регистрируя значения температуры диэлектрика через каждые 2 мин. Результаты измерений занесите в таблицу 1 (см. ниже). 6. Проведите аналогичные измерения с электролитом. 7. Повторите все предыдущие измерения с тем лишь различием, что режим работы аппарата импульсный, длительностью 10 мс. Результаты измерений занесите в таблицу 1. Таблица 1.
Вещество	Режим генерации	Значения температуры (t^0C) при воздействии ультразвука на вещество в течение 0 мин 2 мин 4 мин 6 мин 8 мин 10мин
диэлектрик	непрерывный
электролит
диэлектрик	импульсный
электролит
8.Постройте графики. 9. Проанализируйте полученные результаты и сформулируйте выводы. Примечание: после выполнения каждого задания необходимо выключать прибор на 10-минутный перерыв, а затем продолжать работу.
Последовательность действий	Способ выполнения задания
2. Изучение влияния нарастания интенсивности УЗ-излучения на тепловой эффект в диэлектрике при работе аппарата в режиме непрерывной генерации	1. Повторите все, что рекомендовано в задании 1 и пунктах 4, 5 при условии, что экспозиции и интенсивности: в первые 2 мин интенсивность равна 0,05, Вт/см^2, следующие 2 минуты - 0,2 Вт/см^2, следующие 2 минуты - 0,4 Вт/см^2, следующие 2 минуты - 0,7 Вт/см^2, последние 2 минуты - Вт/см^2. Примечание: увеличивать интенсивность УЗ-излучения в указанной последовательности следует переключателями интенсивности, расположенными на лицевой панели аппарата. 2. Полученные результаты занесите в таблицу 2. Таблица 2.
Вещество	Время, мин	Интенсивность, Вт/см^2	Температура, t^0C
Диэлектрик
0-2	0,05
2-4	0,2
4-6	0,4
6-8	0,7
8-10	1,0
Примечание: температуру фиксировать в конце указанного промежутка времени. 3. Постройте график и сделайте выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН

 

Для механических волн присущи явления дифракции и интерференции. При определенных условиях могут возникать стоячие звуковые волны, энергия которых в два раза выше, чем энергия основных волн. Стоячие волны формируются и в так называемом наружном ухе человека. Звук поступает в слуховую систему человека через ушной канал, представляющий собой закрытую с одной стороны акустическую трубку с длиной примерно 2,7см. Столб воздуха внутри ушного канала будет резонировать (возникают стоячие волны) на звук с длиной волны, равной четырем ее длинам. Этим резонансным эффектом, возникающим за счет образования стоячих волн, объясняется тот факт, что человеческое ухо наиболее чувствительно в области 3-4 кГц.

 

ЦЕЛЬ занятия:

1. Ознакомиться с теорий волн в упругой среде, стоячими волнами.

2. Изучить метод определения скорости распространения звука.

ИСХОДНЫе ЗНАНИя:

1. Знать основные характеристики механических волн.

 

План изучения темы:

1.Уравнение механической волны.

2. Поток энергии и интенсивность волны. Вектор Умова.

3. Ударные волны.

4. Эффект Доплера.

Литература:

1. Лекции.

2. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл. 5, с. 87-93.

3. Н.М. Ливенцев Курс физики, М., 1978, т.1, гл.4. с. 81-88.

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Механические волны.

2. Основные виды механических волн.

3. Уравнение плоской волны. Фаза волны. Фронт волны. Скорость волны. Длина волны.

4. При каких условиях возникают стоячие волны? Что такое узлы и пучности стоячей волны? Чему равно расстояние между ними?

5. Поток энергии волн. Вектор Умова.

6. Ударные волны.

Приборы и принадлежности:

Звуковой генератор, телефон, стеклянный циллиндрический сосуд с регулируемым уровнем жидкости.

Схема работы:

Последовательность действий	Способ выполнения задания
1. Изучение установки для определения скорости звука методом стоячих волн.	1. Ознакомьтесь с устройством и принципом работы установки (см. раздел Устройство и принцип работы установки).
2. Определение скорости звука в воздухе.	1. Наполните стеклянный цилиндрический сосуд водой почти до верха. 2. Установите телефон над сосудом. Включите звуковой генератор и подайте звуковой сигнал с частотой ν = 1500 Гц. 3. При помощи крана медленно понизьте уровень воды в сосуде и по всей длине сосуда отметьте мелом уровни (y1, y2, y3 и т.д.) резкого усиления звука (рис.). 4. Измерьте расстояние между отметками (Δy1, Δy2, Δy3…). Измерения проведите 3 раза. Результаты измерений занесите в таблицу 1. 4. Проведите аналогичные опыты с частотой звуковой волны ν = 2000Гц. Результаты измерений занесите в таблицу, аналогичную таблице 1. Таблица 1
№	ν = 1500 Гц	λст	λ	υ	Δυ
	Δy1= Δy2= Δy3= Δyср1=
	Δy1= Δy2= Δy3= Δyср2=
	Δy1= Δy2= Δy3= Δyср3=
ср	-
3. Обработка результатов измерений	1. По формулам (1,2) рассчитайте среднюю скорость звука. Рассчитайте относительную погрешность в каждом эксперименте. Результаты занесите в таблицу. 2. Проанализируйте полученные результаты и сформулируйте выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Изучение физической основы аускультативного метода ИЗМЕРЕНИя АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КРОВИ

Измерение величины давления крови в системе артериального кровообращения имеет большое значение в диагностике, поэтому врачу необходимо знать непрямые методы измерения давления, которые применяются во врачебной практике.

ЦЕЛЬ занятия:

Изучить физические основы аускультативного метода (метода Н.С. Короткова) измерения артериального давления крови у человека.

Исходные знания:

1. Понятие давления, единицы измерения.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Физические факторы, создающие давление крови.

2. Основные биофизические свойства кровеносных сосудов.

3. Изменение величины давления крови по ходу сосудистого русла.

4. Колебания давления крови в разных сосудах. Периферическое сопротивление сосудов.

5. Методика определения артериального давления по методу Н.С. Короткова.

6. Принцип работы сфигмоманометра.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Лекции.

2. А.Н. Ремизов Медицинская и биологическая физика, М., 2004, гл. 9. с.150-160

3. В.Ф. Антонов и др. Биофизика, М., 2000, гл. 9, с. 181-210.

4. Н.М. Ливенцев Курс физики, М., 1978, т.1, гл. 2. с. 33-41.

Теоретические предпосылки работы:

Основное назначение сердечно-сосудистой системы - обеспечение кровообращения, т. е. постоянной циркуляции крови в замкнутой системе сердце - сосуды. Движущей силой кровотока является энергия, задаваемая сердцем потоку крови в сосудах, и градиент давления - разница давлений между различными отделами сосудистого русла.

Давлением Р называется величина, численно равная отношению силы F, действующей перпендикулярно на поверхность, к площади S этой поверхности:

Р = F/S

Единица измерения давления в СИ — паскаль (Па), внесистемные единицы: миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст. = 133 Па), сантиметр водяного столба, атмосфера, бар и т. д.

Кровь течет от области высокого давления к области низкого давления. Поэтому из аорты (где среднее давление составляет 100 мм рт. ст.) кровь течет через систему магистральных артерий (80 мм рт. ст.) и артериол (40-60 мм рт. cm.) в капилляры (15-25 мм рт. ст.), откуда поступает в венулы (12-15 мм рт. ст.), венозные коллекторы (3-5 мм рт. ст.) и полые вены (1-3 мм рт. ст.).

При сокращении сердечной мышцы в аорту, уже заполненную кровью, под соответствующим давлением, выталкивается так называемый ударный объем крови, равный 65—70 мл. Поступивший в аорту дополнительный объем крови повышает давлений в ней и, соответственно, растягивает ее стенки. Волна повышенного давления, которое называется систолическим, передается к периферии сосудистых стенок, артерий и артериол в виде упругой волны. Эта волна давления называется пульсовой волной. Скорость ее распространения зависит от упругости сосудистых стенок и равна 6-8 м/с.

Во время расслабления сердечной мышцы (диастола), растянутые кровеносные сосуды спадаются, сообщая энергию току крови. Количество крови, протекающее через поперечное сечение участка сосудистой системы в единицу времени, называется объемной скоростью кровотока (л/мин.).

Эта величина зависит от разности давлений в начале и конце участка и его сопротивления току крови. На рис. 1 приведен график изменения давления крови в основных отделах сосудистой системы большого круга кровообращения.

Рис. 1.

 

Гидравлическое (гемодинамическое) сопротивление сосудов прямо пропорционально вязкости жидкости η, длине сосуда l и обратно пропорционально радиусу r сосудов в четвертой степени. Оно находится из уравнения:

w = 8 η l /πr⁴

Физический параметр давления крови играет большую роль в диагностике заболеваний. Давление в жидкостях и газах измеряется с помощью манометров, которые бывают жидкостными и металлическими.

В медицине широко применяется бескровный способ измерения артериального давления по Н. С. Короткову, основанный на выслушивании звуков, возникающих при прохождении крови через сжатую плечевую артерию.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Что называют давлением крови?

2. В каких единицах измеряется давление крови?

3. При каких условиях наблюдается ламинарный характер течения жидкости?

4. В чем состоит отличие турбулентного характера течения от ламинарного? При каких условиях наблюдается турбулентное течение жидкости?

5. Объясните физические основы аускультативного метода измерения АД. 6.Что такое пульсовое давление и как оно определяется?

7. Что такое систолическое артериальное давление?

8. Что называется диастолическим артериальным давлением?

9. Как изменяется давление человека по кровеносному руслу?

10. Чему равно нормальное давление человека?

11. Что такое пульсовая волна?

12. Что такое среднее артериальное давления для центральных артерий и как оно определяется?

13. Что такое среднее артериальное давления для периферических артерий и как оно определяется?

14. Запишите формулу гидравлического сопротивления сосудов.

15. Где происходит наибольшее падение давления? Чем оно обусловлено?

16. Каково давление в венозных сосудах, крупных венах?

17. Чем обусловлено появление звуков при определении артериального давления крови?

18. В какой момент времени показание прибора соответствует систолическому, когда - диастолическому давлению крови?

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:

Сфигмоманометр, фонендоскоп.

Схема работы:

Последовательность действий	Способ выполнения задания
1. Проверить систему на герметичность	Созданное давление не должно меняться в течение 3-х минут
2. Определить систолическое и диастолическое давления на правой и левой руках по методу Н.С. Короткова	1. Измерения проведите 3 раза, показания занесите в таблицу (см. ниже). 2. Метод Короткова заключается в следующем: накладывают манжету на обнаженное плечо, находят на локтевом сгибе пульсирующую лучевую артерию и устанавливают над ней (не надавливая сильно) фонендоскоп. Создают давление в манжете, превышающее максимальное, а затем, слегка открыв винтовой клапан, выпускают воздух, что приводит к постепенному снижению давления в манжете. При определенном давлении раздаются первые слабые кратковременные тоны. Давление в этот момент принимается за систолическое артериальное давление. При дальнейшем снижении давления в манжете тоны становятся громче и, наконец, резко заглушаются или исчезают. Давление воздуха в манжете в этот момент принимается за диастолическое. 3. Время, в течение которого производится измерение давления по Короткову Н.С., должно длиться не более 1 мин.
3. Определить систолическое и диастолическое давления по методу Н.С. Короткова после физической нагрузки	1. Произведите 10 приседаний. 2. Произведите измерение давления на левой руке. 3. Показания занесите в таблицу.
4. Определить систолическое и диастолическое давления состоянии покоя	1. Повторите измерение давления на левой руке через 3 мин. 2. Показания занесите в таблицу. 3. Повторите измерение давления после нагрузки и после отдыха еще 2 раза, показания занесите в таблицу.
№№	Норма (мм рт. ст.)	После нагрузки	После отдыха
сист. давл.	диаст. давл.	сист. давл. (лев. р.)	диаст. давл. (лев. р.)	сист. давл. (лев. р.)	диаст. давл. (лев. р.)
пр. р.	лев. р.	пр. р.	лев. р.
1. 2. 3. ср.
5. Оформление лаб. работы	1. Сравните полученные результаты с нормальным давлением крови. 2. Сделайте вывод о состоянии сердечно-сосудистой системы.

 

Лабораторная работа

Исследование ЗАВИСИМОСТИ вязкости от концентрации.

 

Вязкость — одна из основных физических характеристик жидкости. Коэффициент вязкости жидкости, в том числе и биологических (крови), широко используется в медицине как один из важнейших показателей сердечно-сосудистой системы в норме, и патологии. Будущим врачам необходимо знать методы измерения коэффициента вязкости и иметь навыки его определения.

 

ЦЕЛЬ занятия:

1. Научиться определять вязкость жидкости.

2. Исследовать зависимость вязкости раствора от концентрации.

3. Ознакомиться с практической значимостью определения вязкости биологических жидкостей в медицине.

ИСХОДНЫе ЗНАНИя:

1. Знать особенности молекулярного строения жидкости.

2. Знать характер течения жидкости по трубам.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Понятие внутреннего трения в реальной жидкости. Градиент скорости. Формула Ньютона.

2. Коэффициент внутреннего трения, его физический смысл, единицы измерения.

3. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Число Рейнольдса.

4. Течение вязкой жидкости по трубам. Закон Пуазейля.