1. Interne wrijving (viscositeit) van de vloeistof. De vergelijking van Newton.

2. Newtoniaanse en niet-Newtoniaanse vloeistoffen. Bloed.

3. Laminaire en turbulente stromingen, Reynoldsgetal.

4. Poiseuille-formule, hydraulische weerstand.

5. Drukverdeling tijdens de stroom van echte vloeistof door leidingen met verschillende secties.

6. Methoden voor het bepalen van de viscositeit van vloeistoffen.

7. Effect van viscositeit op sommige medische procedures. Laminariteit en turbulentie van de gasstroom tijdens anesthesie. Toediening van vloeistoffen via een druppelaar en spuit. Rhinomanometrie. Fotohemotherapie.

8. Basisconcepten en formules.

9. Taken.

Hydrodynamica- een tak van de natuurkunde die de beweging van onsamendrukbare vloeistoffen en hun interactie met omringende lichamen bestudeert.

8.1. Interne wrijving (viscositeit) van een vloeistof. De vergelijking van Newton

In een echte vloeistof treedt, als gevolg van de wederzijdse aantrekking en thermische beweging van moleculen, interne wrijving of viscositeit op. Laten we dit fenomeen eens bekijken in het volgende experiment (Fig. 8.1).

Rijst. 8.1. Stroming van stroperige vloeistof tussen platen

Laten we een laag vloeistof tussen twee evenwijdige vaste platen plaatsen. De “bodem” plaat is vastgezet. Als je de “bovenste” plaat met een constante snelheid v 1 beweegt, zal de “bovenste” eerste laag vloeistof, die we beschouwen als “vastzitten” aan de bovenste plaat, met dezelfde snelheid bewegen. Deze laag beïnvloedt de onderliggende 2e laag er direct onder, waardoor deze beweegt met een snelheid v 2, en v 2< v 1 . Каждый слой (выделим N lagen) brengt beweging met een lagere snelheid over naar de onderliggende laag. De laag die direct aan de “onderste” plaat “kleeft”, blijft bewegingloos.

De lagen interageren met elkaar: de nde laag versnelt de (n+1)de laag, maar vertraagt ​​de (n-1)de laag. Er wordt dus een verandering in de vloeistofstroomsnelheid in de richting loodrecht op het laagoppervlak (x-as) waargenomen. Deze verandering wordt gekenmerkt door de afgeleide dv/dx, Wat genoemd wordt als snelheidsgradiënt.

De krachten die tussen de lagen inwerken en tangentieel op het oppervlak van de lagen zijn gericht, worden genoemd krachten van interne wrijving of viscositeit Deze krachten zijn evenredig met het oppervlak van de op elkaar inwerkende lagen S en de snelheidsgradiënt. Voor veel vloeistoffen gehoorzamen de interne wrijvingskrachten Newtons vergelijking:

De evenredigheidscoëfficiënt η wordt de interne wrijvingscoëfficiënt of genoemd dynamische viscositeit(afmeting η in SI: Pas).

8.2. Newtoniaanse en niet-Newtoniaanse vloeistoffen.

Bloed

Newtoniaanse vloeistof

Een vloeistof die voldoet aan de vergelijking van Newton (8.1) wordt genoemd Newtoniaans. De interne wrijvingscoëfficiënt van een Newtonse vloeistof hangt af van de structuur, temperatuur en druk, maar niet van de snelheidsgradiënt.

Newtoniaanse vloeistof is een vloeistof waarvan de viscositeit niet afhankelijk is van de snelheidsgradiënt.

De meeste vloeistoffen (water, oplossingen, organische vloeistoffen met laag molecuulgewicht) en alle gassen hebben de eigenschappen van een Newtoniaanse vloeistof.

Viscositeit wordt bepaald met behulp van speciale instrumenten - viscometers. De waarden van de viscositeitscoëfficiënt η voor sommige vloeistoffen worden in de tabel weergegeven.

De bloedviscositeitswaarde in de tabel heeft betrekking op een gezond persoon in een rustige toestand. Tijdens zwaar lichamelijk werk neemt de viscositeit van het bloed toe. Sommige ziekten hebben ook invloed op de viscositeit van het bloed. Bij diabetes mellitus neemt de viscositeit van het bloed dus toe tot 23-10-3 Pas, en bij tuberculose neemt deze af tot 1*10-3 Pas. Viscositeit beïnvloedt een dergelijke klinische parameter als de erytrocytsedimentatiesnelheid (ESR).

Niet-Newtonse vloeistof

Niet-Newtonse vloeistof- een vloeistof waarvan de viscositeit afhangt van de snelheidsgradiënt.

Gestructureerde disperse systemen (suspensies, emulsies), oplossingen en smelten van sommige polymeren, veel organische vloeistoffen, enz. hebben de eigenschappen van een niet-Newtoniaanse vloeistof.

Als alle andere zaken gelijk blijven, is de viscositeit van dergelijke vloeistoffen aanzienlijk groter dan die van Newtoniaanse vloeistoffen. Dit komt door het feit dat door de adhesie van moleculen of deeltjes in een niet-Newtonse vloeistof ruimtelijke structuren worden gevormd, waarvan de vernietiging extra energie vereist.

Bloed

Volbloed (een suspensie van rode bloedcellen in een eiwitoplossing - plasma) is een niet-Newtoniaanse vloeistof vanwege de aggregatie van rode bloedcellen.

Een normale rode bloedcel heeft de vorm van een biconcave schijf met een diameter van ongeveer 8 micron. Het kan zijn vorm aanzienlijk veranderen, bijvoorbeeld bij verschillende osmolariteit van het medium (Fig. 8.2).

In stilstaand bloed aggregeren rode bloedcellen en vormen zogenaamde “muntkolommen” bestaande uit 6-8 rode bloedcellen. Elektronenmicroscopisch onderzoek van de dunste secties van muntkolommen onthulde parallelliteit van de oppervlakken van aangrenzende erytrocyten en een constante afstand tussen erytrocyten tijdens aggregatie (Fig. 8.3).

Figuur 8.4 toont (schets) de aggregatie van volbloed in natte uitstrijkjes, die verschijnen als grote conglomeraten bestaande uit veel muntkolommen. Bij het mengen van het bloed worden de aggregaten vernietigd en nadat het mengen stopt, worden ze weer hersteld.

Terwijl het bloed door de haarvaten stroomt, vallen de aggregaten van de rode bloedcellen uiteen en neemt de viscositeit af.

Door speciale transparante vensters in de huidplooien te implanteren, werd het mogelijk de bloedstroom in de haarvaten te fotograferen. In figuur 8.5, gemaakt van zo’n foto, is de vervorming van bloedcellen duidelijk zichtbaar.

Rijst. 8.2. Gemiddelde dwarsdoorsnede van een rode bloedcel bij verschillende osmolariteiten van het medium

Rijst. 8.3. Schema van het elektronendiffractiepatroon van een aggregaat van normale erytrocyten

Rijst. 8.4. Aggregatie van volbloed

Rijst. 8.5. Vervorming van rode bloedcellen in haarvaten

Door vervorming kunnen rode bloedcellen achter elkaar bewegen in haarvaten met een diameter van slechts 3 micron. Het is in zulke dunne capillaire vaten dat gasuitwisseling plaatsvindt tussen bloed en weefsels.

Dichtbij de capillaire wand wordt een zeer dunne laag plasma gevormd, die als smeermiddel werkt. Hierdoor neemt de weerstand tegen de beweging van rode bloedcellen af.

8.3. Laminaire en turbulente stromingen, Reynoldsgetal

In een vloeistof kan de stroming laminair of turbulent zijn. Figuur 8.6 laat dit zien voor de ene gekleurde vloeistofstroom die in de andere stroomt.

In geval (a) behoudt de stroom gekleurde vloeistof zijn onveranderde vorm en vermengt zich niet met de rest van de vloeistof. In geval (b) wordt de gekleurde straal opgesplitst door willekeurige wervels, waarvan het patroon in de loop van de tijd verandert. Het concept van "stroombuis" is niet van toepassing op turbulente stroming.

Rijst. 8.6. Laminaire (a) en turbulente (b) stroming van een vloeistofstraal

Laminaire (gelaagde) stroming- een stroming waarin lagen vloeistof stromen zonder zich te mengen en ten opzichte van elkaar glijden. Laminaire stroming is stationair: de stroomsnelheid op elk punt in de ruimte blijft constant.

Laten we eens kijken naar de laminaire stroming van een Newtoniaanse vloeistof in een buis met een straal R en lengte L, waarvan de drukken aan de uiteinden constant zijn (P 1 en P 2). Laten we een cilindrische stroombuis met straal r selecteren (Fig. 8.7).

De vloeistof in deze buis wordt beïnvloed door een drukkracht F d = πg 2 (P 1 - P 2) en een stroperige wrijvingskracht Ftr = 2πrLηdv/dr (2πrL - vlak

Rijst. 8.7. Stroombuis en wrijvingskracht die erop inwerkt

zijoppervlak). Omdat de stroming stationair is, is de som van deze krachten nul:

In overeenstemming met de bovenstaande uitdrukking is er een parabolische afhankelijkheid van de snelheid v vloeistoflagen vanaf de afstand daarvan tot de pijpas r (de omhullende van alle snelheidsvectoren is een parabool) (Fig. 8.8).

De laag die stroom heeft, heeft de hoogste snelheid langs de pijpas(r = 0), de laag die aan de muur “plakt” (r = R) is bewegingloos.

Rijst. 8.8. De snelheden van de vloeistoflagen die door de buis stromen, zijn verdeeld langs een parabool

Turbulente (vortex) stroming- een stroom waarin de snelheden van vloeistofdeeltjes op elk punt willekeurig veranderen. Deze beweging gaat gepaard met het verschijnen van geluid. Turbulente stroming is een chaotische, uiterst onregelmatige, ongeordende vloeistofstroom. Vloeibare elementen bewegen zich langs complexe, ongeordende trajecten, wat leidt tot vermenging van lagen en de vorming van lokale wervels.

De structuur van een turbulente stroming is een onstabiele reeks van een zeer groot aantal kleine wervels die bovenop de ‘gemiddelde stroming’ zijn geplaatst.

Tegelijkertijd kunnen we slechts gemiddeld over een bepaalde periode praten over de stroom in de ene of de andere richting.

Turbulente stroming gaat gepaard met extra energieverbruik tijdens vloeistofbeweging: een deel van de energie wordt besteed aan willekeurige bewegingen, waarvan de richting verschilt van de hoofdstroomrichting, wat in het geval van bloed leidt tot extra werk van het hart. Het geluid dat wordt geproduceerd door de turbulente bloedstroom kan worden gebruikt om de ziekte te diagnosticeren. Dit geluid is bijvoorbeeld te horen op de arteria brachialis bij het meten van de bloeddruk.

Turbulente bloedbewegingen kunnen optreden als gevolg van een ongelijkmatige vernauwing van het lumen van het vat (of plaatselijke uitstulping). Turbulente stroming schept omstandigheden voor sedimentatie van bloedplaatjes en de vorming van aggregaten. Dit proces wordt vaak geactiveerd

bij de vorming van een bloedstolsel. Als de trombus zwak verbonden is met de wand van het vat, kan deze bovendien onder invloed van een scherpe drukval erlangs als gevolg van turbulentie beginnen te bewegen.

Reynolds getal

De concepten laminariteit en turbulentie zijn zowel van toepassing op de vloeistofstroom door pijpen als op de vloeistofstroom rond verschillende lichamen. In beide gevallen hangt de aard van de stroming af van de stroomsnelheid, de eigenschappen van de vloeistof en de karakteristieke lineaire afmeting van de buis of het gestroomlijnde lichaam.

De Engelse natuurkundige en ingenieur Osborne Reynolds (1842-1912) stelde een dimensieloze combinatie samen, waarvan de omvang de aard van de stroming bepaalt. Deze combinatie werd vervolgens het Reynoldsgetal (Re) genoemd:

Het Reynoldsgetal wordt gebruikt bij het modelleren van hydro- en aerodynamische systemen, in het bijzonder de bloedsomloop. Het model moet hetzelfde Reynoldsnummer hebben als het object zelf, anders is er geen overeenkomst tussen de modellen.

Een belangrijke eigenschap van turbulente stroming (vergeleken met laminaire stroming) is een hoge stromingsweerstand. Als het mogelijk zou zijn om turbulentie te ‘blussen’, zou het mogelijk zijn enorme besparingen te realiseren in de kracht van motoren van schepen, onderzeeërs en vliegtuigen.

8.4. Poiseuille-formule, hydraulische weerstand

Laten we eens kijken welke factoren het volume vloeistof bepalen dat door een horizontale buis stroomt.

De formule van Poiseuille

Voor een laminaire vloeistofstroom door een pijp met straal R en lengte L kan het volume Q van de vloeistof die in één seconde door een horizontale pijp stroomt, als volgt worden berekend. Laten we een dunne cilindrische laag met straal r en dikte dr selecteren (Fig. 8.9).

Rijst. 8.9. Doorsnede van een leiding met een gescheiden vloeistoflaag

Het dwarsdoorsnedeoppervlak is dS = 2πrdr. Omdat er een dunne laag is geselecteerd, beweegt de vloeistof daarin met dezelfde snelheid v. In één seconde zal de laag het vloeistofvolume overbrengen

Als we hier de formule voor de snelheid van een cilindrische vloeistoflaag (8.4) vervangen, verkrijgen we

Deze relatie geldt voor laminaire stroming van een Newtonse vloeistof.

De formule van Poiseuille kan worden geschreven in een vorm die geldig is voor buizen met variabele doorsnede. Laten we de uitdrukking (P 1 - P 2)/L vervangen door de drukgradiënt dP/d/, dan krijgen we

Zoals blijkt uit (8.8) is onder gegeven externe omstandigheden het vloeistofvolume dat door de pijp stroomt evenredig met vierde graad zijn straal. Dit is een zeer sterke verslaving. Dus als bij atherosclerose bijvoorbeeld de straal van de bloedvaten twee keer afneemt, dan moet om de normale bloedstroom te behouden de drukval zestien keer worden vergroot, wat praktisch onmogelijk is. Als gevolg hiervan treedt zuurstofgebrek van de overeenkomstige weefsels op. Dit verklaart het optreden van “angina pectoris”. Verlichting kan worden bereikt door het injecteren van een geneeskrachtige substantie die de spieren van de slagaderwanden ontspant en ervoor zorgt dat het lumen van het vat en dus de bloedstroom toeneemt.

De bloedstroom die door de bloedvaten stroomt, wordt gereguleerd door speciale spieren die het vat omringen. Wanneer ze samentrekken, neemt het lumen van het vat af en dienovereenkomstig neemt de bloedstroom af. Door een lichte samentrekking van deze spieren wordt de bloedstroom naar de weefsels dus zeer nauwkeurig gecontroleerd.

In het lichaam wordt de bloedtoevoer naar de weefsels en de warmte-uitwisseling met de omgeving gereguleerd door de straal van de bloedvaten te veranderen (vernauwing of verwijding) door de volumetrische snelheid van de bloedstroom te veranderen.

Redenen voor de beweging van bloed door bloedvaten

De belangrijkste drijvende kracht achter de bloedstroom is het drukverschil aan het begin en het einde van het vasculaire systeem: in de systemische circulatie - het drukverschil in de aorta en het rechter atrium, in de longcirculatie - in de longslagader en het linker atrium.

Bijkomende factoren die bijdragen aan de beweging van bloed door de aderen naar het hart:

1) halvemaanvormige kleppen van de aderen van de ledematen, die onder de druk van het bloed alleen naar het hart openen;

2) het zuigeffect van de borstkas, geassocieerd met negatieve druk daarin tijdens het inademen;

3) samentrekking van de spieren van de ledematen, bijvoorbeeld tijdens het lopen. In dit geval ontstaat er druk op de wanden van de aderen en wordt het bloed, dankzij de kleppen en de zuigende werking van de borstkas tijdens het inademen, in gebieden geperst die zich dichter bij het hart bevinden.

Hydraulische weerstand

Laten we een analogie trekken tussen de formule van Poiseuille en de formule van de wet van Ohm voor een deel van een stroomcircuit: I = ΔU/R. Om dit te doen herschrijven we formule (8.8) in de volgende vorm: Q = (P 1 - P 2)/. Als we deze formule vergelijken met de wet van Ohm voor elektrische stroom, komt het vloeistofvolume dat in één seconde door de dwarsdoorsnede van de buis stroomt overeen met de sterkte van de stroom; het drukverschil aan de uiteinden van de buis komt overeen met het potentiaalverschil; en de waarde 8ηL /(πR 4) komt overeen met elektrische weerstand. Ze bellen haar hydraulische weerstand:

De hydraulische weerstand van een pijp is recht evenredig met de lengte ervan en omgekeerd evenredig metvierde graadstraal.

Als de verandering in de kinetische energie van de vloeistof in een bepaald gebied kan worden verwaarloosd, dan is de beschouwde analogie van toepassing op een stroom met variabele doorsnede:

De hydraulische weerstand van een sectie is de verhouding tussen de drukval en het vloeistofvolume dat in 1 seconde stroomt:

De aanwezigheid van hydraulische weerstand houdt verband met het overwinnen van de krachten van interne wrijving.

De wetten van de hydrodynamica zijn veel complexer dan de wetten van gelijkstroom, daarom zijn de wetten voor het verbinden van pijpen (bloedvaten) complexer dan de wetten voor het verbinden van geleiders. Plaatsen waar de stroming scherp smaller wordt (zelfs met een korte lengte) hebben bijvoorbeeld een grote inherente hydraulische weerstand. Dit verklaart de aanzienlijke toename van de hydraulische weerstand van het bloedvat wanneer zich een kleine plaque vormt.

De aanwezigheid van zijn eigen weerstand op plaatsen met een scherpe vernauwing van de stroming moet in aanmerking worden genomen bij het berekenen van de weerstand van een sectie bestaande uit

Rijst. 8.10. Leidingen die in serie (a) en parallel (b) zijn aangesloten

uit buizen met verschillende diameters. In afb. 8.10a toont de serieweerstand van drie buizen. De vernauwingsplaatsen hebben hun eigen weerstand X 12 en X 23. Daarom is de sectieweerstand gelijk aan

De elektrische analoog (8.13) van de formule voor het berekenen van de hydrodynamische weerstand van een parallelle verbinding (Figuur 8.10, b) vereist ook dat rekening wordt gehouden met de weerstand van de pijpverbindingen.

8.5. Drukverdeling tijdens de stroom van echte vloeistof door leidingen met verschillende secties

Wanneer een echte vloeistof door een horizontale pijp stroomt, wordt het werk van externe krachten besteed aan het overwinnen van interne wrijving. Daarom neemt de statische druk langs de buis geleidelijk af. Dit effect kan worden aangetoond door een eenvoudig experiment. Laten we op verschillende plaatsen in de horizontale buis manometrische buizen installeren waardoor een stroperige vloeistof stroomt (Fig. 8.11).

Rijst. 8.11. Drukval van een stroperige vloeistof in leidingen met verschillende secties

Uit de figuur blijkt dat bij een constante leidingdoorsnede de druk evenredig met de lengte daalt. In dit geval is de snelheid van de drukval (dP/d l) neemt toe naarmate de buisdoorsnede kleiner wordt. Dit wordt verklaard door een toename van de hydraulische weerstand naarmate de straal kleiner wordt.

In de menselijke bloedsomloop zijn haarvaten verantwoordelijk voor maximaal 70% van de drukval.

8.6. Methoden voor het bepalen van de viscositeit van vloeistoffen

Er wordt een reeks methoden voor het meten van de viscositeit van vloeistoffen genoemd viscometrie. Het apparaat voor het meten van de viscositeit wordt genoemd viscometer. Afhankelijk van de methode voor het meten van de viscositeit worden de volgende soorten viscometers gebruikt.

1. De capillaire viscometer van Ostwald is gebaseerd op het gebruik van de Poiseuille-formule. De viscositeit wordt bepaald door het meten van de tijd die een vloeistof met een bekende massa nodig heeft om onder invloed van de zwaartekracht bij een bepaald drukverschil door een capillair te stromen.

2. Medische Hess viscometer met twee capillairen waarin twee vloeistoffen bewegen (bijvoorbeeld gedestilleerd water en bloed). Van één vloeistof moet de viscositeit bekend zijn. Gezien het feit dat de beweging van vloeistoffen tegelijkertijd omgekeerd evenredig is met hun viscositeit, wordt de viscositeit van de tweede vloeistof berekend.

3. Viscosimeter gebaseerd op de Stokes-methode, volgens welke wanneer een bal met straal R beweegt in een vloeistof met viscositeit η bij lage snelheid v de weerstandskracht is evenredig met de viscositeit van deze vloeistof: F = 6πηRv (Stokes-formule). Rode bloedcellen bewegen in een stroperige vloeistof: bloedplasma. Omdat rode bloedcellen schijfvormig zijn en zich in een stroperige vloeistof nestelen, kan hun sedimentatiesnelheid (ESR) bij benadering worden bepaald met behulp van de Stokes-formule. De sedimentatiesnelheid wordt beoordeeld aan de hand van de hoeveelheid plasma boven de bezonken rode bloedcellen. Normaal gesproken bedraagt ​​de bezinkingssnelheid van erytrocyten: 7-12 mm/uur voor vrouwen en 3-9 mm/uur voor mannen.

4. Viscometer roterend(Fig. 8.12) bestaat uit twee coaxiale (coaxiale) cilinders. De straal van de binnencilinder is R, de straal van de buitencilinder is R+ΔR (ΔR<< R). Пространство между цилин-

Rijst. 8.12. Rotatieviscosimeter (secties langs en loodrecht op de as)

vaten worden gevuld met de testvloeistof tot een bepaalde hoogte h. Vervolgens wordt de binnencilinder geroteerd door een bepaald koppel M uit te oefenen, en wordt de stabiele rotatiefrequentie v gemeten.

De viscositeit van de vloeistof wordt berekend met behulp van de formule

Met behulp van een roterende viscometer is het mogelijk om de viscositeit te meten bij verschillende rotatiesnelheden van de rotor. Met deze methode kunnen we de relatie tussen viscositeit en snelheidsgradiënt vaststellen, wat belangrijk is voor niet-Newtoniaanse vloeistoffen.

8.7. De invloed van viscositeit op sommige medische toepassingen

procedures

Anesthesie

Sommige medische procedures maken gebruik van anesthesie. In dit geval is het, indien mogelijk, noodzakelijk om de inspanning van de patiënt bij het ademen via endotracheale en andere beademingsslangen, waardoor het ademhalingsmengsel wordt toegevoerd vanuit anesthesiemachines, te verminderen (Fig. 8.13).

Om een ​​soepele gasstroom te garanderen, worden soepel gebogen verbindingsbuizen gebruikt. Onregelmatigheden in de binnenwanden van de buis, scherpe bochten en veranderingen in de binnendiameter van de buizen

Rijst.8.13. Patiënt ademt door endotracheale tube

Rijst. 8.14. Het optreden van turbulentie in een gasstroom in een buis met scherpe inhomogeniteiten over de dwarsdoorsnede

en verbindingen zijn vaak de redenen voor de overgang van laminaire stroming naar turbulente stroming (fig. 8.14), wat het ademhalingsproces van de patiënt bemoeilijkt.

Figuur 8.15 toont een röntgenfoto van het hoofd van de patiënt, waarop te zien is dat de endotracheale tube in de keelholte geknikt is. In dit geval zal de patiënt zeker moeite hebben met ademhalen.

Vloeistoffen toedienen via een injectiespuit en IV

Een injectiespuit is een heel eenvoudig apparaat (Fig. 8.16) dat wordt gebruikt voor injecties. En toch wordt er bij het beschrijven van de werking vaak een fout gemaakt bij het vinden van het drukverschil (ΔP) over de naald, wat tot een onjuist resultaat leidt. Denk dat

Rijst. 8.15. Röntgenfoto waarop een bocht in de beademingsbuis te zien is

Rijst. 8.16. Spuitbediening

ΔP = F/S, waarbij F de kracht is die op de zuiger inwerkt en S het oppervlak ervan. In dit geval gaan we uit van de volgende overwegingen: de zuiger beweegt langzaam en de dynamische druk van de vloeistof in de cilinder kan toenemen

verwaarlozen. Dit is onjuist: bij de ingang van de naald worden de stroomlijnen gecondenseerd en neemt de snelheid van de vloeistof sterk toe.

Een rigoureuze berekening (zie probleem 8.12) leidt tot het volgende resultaat. De drukval over de naald (ΔP) is de oplossing van de kwadratische vergelijking

De waarden van alle grootheden worden vervangen door SI.

Hieronder staan ​​de rekenresultaten voor twee naalden met een lengte van 4 cm, waarvan de diameters een factor 1,5 verschillen.

Uit de resultaten in de onderste tabel blijkt duidelijk dat AP helemaal niet gelijk is aan F/S! In dit geval leidt een toename van de naalddiameter met 1,5 keer tot een toename van de volumetrische snelheid met slechts 3,5 keer, en niet met 5 keer (1,5 4 = 5,06), zoals zou kunnen worden verwacht. In beide gevallen treedt het laminaire karakter van de stroming op.

Een ander apparaat voor intraveneuze infusie is een druppelaar (Fig. 8.17), waarmee vloeistof door de zwaartekracht kan worden toegediend vanwege het drukverschil dat ontstaat wanneer de kamer met het medicijn tot een bepaalde hoogte (~ 60 cm) wordt gebracht.

De formules 8.14, 8.15 zijn hier ook van toepassing als we de F/S-waarde vervangen door de hydrostatische druk van de vloeistofkolom pgh. In dit geval is S het dwarsdoorsnedeoppervlak van de buis en u de bewegingssnelheid van de vloeistof daarin. Hieronder staan ​​de rekenresultaten voor h = 60 cm.

De resulterende waarden zijn correct, maar komen niet overeen met wat er daadwerkelijk gebeurt. In dit geval wordt een overschatte waarde verkregen voor de volumetrische injectiesnelheid van het medicijn - 0,827 cm 3 /s. Werkelijke snelheid Q = 0,278 cm 3 /s (gebaseerd op 500 ml in 30 minuten). Het verschil is te wijten aan het feit dat er geen rekening wordt gehouden met de hydraulische weerstand die wordt gecreëerd door het apparaat dat de buis samendrukt.

Rhinomanometrie

Volledige neusademhaling is een noodzakelijke voorwaarde voor de normale functie van de gehoorbuis, die grotendeels afhangt van de mate van beluchting van de nasopharynx en de juiste doorgang van luchtstromen in de neusholte. Neusademhalingsstoornissen worden vaak veroorzaakt door bepaalde aangeboren pathologieën, zoals een gespleten lip en gehemelte. Vaak bij de behandeling van deze pathologie

Rijst. 8.17. Toediening van het medicijn via een infuus

Er worden chirurgische methoden gebruikt, bijvoorbeeld reconstructieve neushoornplastiek (neuscorrectie - neusreconstructiechirurgie). Om de resultaten van chirurgische ingrepen objectief te karakteriseren, wordt rhinomanometrie gebruikt - een methode voor het bepalen van het volume van de neusademhaling en weerstand. De snelheid van de luchtstroom wordt gekenmerkt door de Poiseuille-formule, die rekening houdt met de drukgradiënt veroorzaakt door drukveranderingen in de nasofaryngeale ruimte; diameter en lengte van de neusholte; kenmerken van de luchtstroom in de nasopharynx (laminariteit of turbulentie). Deze methode wordt geïmplementeerd met behulp van het apparaat - rhinomanometer, waarmee u de druk in de ene helft van de neus kunt registreren terwijl de patiënt door de andere helft ademt. Dit gebeurt met behulp van een katheter, die speciaal aan de neus is bevestigd. Met het computercircuit van de rhinomanometer kunt u automatisch het totale volume en de weerstand van lucht tijdens in- en uitademing meten, afzonderlijk de stroom en weerstand van lucht in elke helft van de neus analyseren en hun verhouding berekenen. Hiermee kunt u de neusademhaling voor en na de operatie bepalen en de mate van herstel van de neusademhaling beoordelen.

Fotohemotherapie

Voor ziekten die gepaard gaan met een toename van de bloedviscositeit, wordt de methode van fotohemotherapie gebruikt om de bloedviscositeit te verlagen. Het bestaat uit het afnemen van een kleine hoeveelheid bloed van de patiënt (ongeveer 2 ml/kg lichaamsgewicht), het blootstellen aan UV-straling en het opnieuw in de bloedbaan injecteren. Ongeveer 5 minuten na toediening van 100-200 ml bestraald bloed aan patiënten wordt een significante afname van de viscositeit waargenomen in het gehele volume (ongeveer 5 l) circulerend bloed. Studies naar de afhankelijkheid van de viscositeit van de bloedsnelheid hebben aangetoond dat tijdens fotohemotherapie de viscositeit het sterkst afneemt (met ongeveer 30%) in langzaam bewegend bloed en helemaal niet verandert in snel bewegend bloed. UV-straling veroorzaakt een afname van het aggregatievermogen van rode bloedcellen en verhoogt de vervormbaarheid van rode bloedcellen. Bovendien is er een vermindering van de vorming van bloedstolsels. Al deze verschijnselen leiden tot een significante verbetering van zowel de macro- als de microcirculatie van het bloed.

8.8. Basisconcepten en formules

Einde van de tafel

8.9. Taken

1. Leid een formule af voor het bepalen van de viscositeit met behulp van een roterende viscometer. Gegeven: R, ΔR, h, ν, M.

2. Bepaal de tijd die het bloed nodig heeft om door het capillair van de viscometer te stromen als er water in 10 s doorheen stroomt. De volumes water en bloed zijn hetzelfde. De dichtheid van water en bloed is gelijk aan p 1 = 1 g/cm 3, ρ 2 = 1,06 g/cm 3. De viscositeit van bloed ten opzichte van water is 5 (η 2 /η 1 = 5).

3. Laten we aannemen dat de drukgradiënt in twee bloedvaten hetzelfde is en dat de bloedstroom (volumestroom) in het tweede vat 80% minder is dan in het eerste. Zoek de verhouding van hun diameters.

4. Wat moet het drukverschil AR zijn aan de uiteinden van een capillair met straal r = 1 mm en lengte L = 10 cm zodat er in de tijd t = 5 s een volume V = 1 cm 3 water doorheen kan stromen (viscositeitscoëfficiënt η 1 = 10 -3 Pas) of glycerol (η 2 = 0,85 Pas)?

5. De drukval in een bloedvat met een lengte L = 55 mm en een straal r = 1,5 mm is 365 Pa. Bepaal hoeveel milliliter bloed er in 1 minuut door het vat stroomt. Bloedviscositeitscoëfficiënt η = 4,5 mPa-s.

6. Bij atherosclerose kan, als gevolg van de vorming van plaques op de wanden van het vat, de kritische waarde van het Reynoldsgetal afnemen tot 1160. Bepaal in dit geval de snelheid waarmee de overgang van laminaire bloedstroom naar turbulent in een vat met een bloedvat plaatsvindt. diameter van 2,5 mm is mogelijk. De dichtheid van bloed is ρ = 1050 kg/m 3, de viscositeit van bloed is η = 5x10 -3 Pas.

7. De gemiddelde bloedsnelheid in een aorta met een straal van 1 cm is 30 cm/s. Ontdek of deze stroom laminair is? Bloeddichtheid ρ = 1,05x10 3 kg/m 3.

η = 4x10 -3 Pa-s; Recr = 2300.

8. Bij grote fysieke activiteit verdubbelt de snelheid van de bloedstroom soms. Bepaal met behulp van de gegevens van het voorbeeldprobleem (7) de aard van de stroom in dit geval.

Oplossing

Re = 2x1575 = 3150. De stroming is turbulent.

Antwoord: Het Reynoldsgetal is groter dan de kritische waarde, waardoor de stroming turbulent kan worden.

10. Bepaal de maximale bloedmassa die in 1 seconde door de aorta kan stromen, terwijl een laminaire stroming behouden blijft. Aortadiameter D = 2 cm, bloedviscositeit η = 4x10 -3 Pa-s.

11. Bepaal de maximale volumetrische stroomsnelheid van vloeistof door de naald van een injectiespuit met een interne diameter van D = 0,3 mm, waarbij het laminaire karakter van de stroom behouden blijft.

12. Zoek de volumetrische snelheid van de vloeistof in de spuitnaald. Vloeistofdichtheid - ρ; de viscositeit is η; naalddiameter en lengte D en L, respectievelijk; de kracht die op de zuiger inwerkt is F; zuigergebied - S.

Integrerend over r krijgen we:

Laat de spuitzuiger bewegen onder invloed van kracht F met snelheid u. Dan is de kracht van de externe kracht N F = Fu.

De totale arbeid van alle krachten is gelijk aan de verandering in kinetische energie. Vandaar,

De gevonden waarde vervangen A P in de tweede vergelijking krijgen we alle grootheden waarin we geïnteresseerd zijn: zuigersnelheid u, volumetrische bloedstroomsnelheid Q, vloeistofsnelheid in de naald v.

Vloeibare viscositeit is de eigenschap van echte vloeistoffen om tangentiële krachten (interne wrijving) in een stroom te weerstaan. De viscositeit van een vloeistof kan niet worden gedetecteerd wanneer de vloeistof in rust is, omdat deze alleen zichtbaar is wanneer deze beweegt. Om dergelijke hydraulische weerstanden die optreden tijdens vloeistofbeweging correct te beoordelen, is het allereerst noodzakelijk om de wetten van de interne wrijving van de vloeistof vast te stellen en een duidelijk idee te krijgen van het mechanisme van de beweging zelf.

Fysische betekenis van viscositeit

Overweeg een voorbeeld voor het concept van de fysieke essentie van een dergelijk concept als vloeibare viscositeit. Stel dat er twee evenwijdige platen A en B zijn. De ruimte daartussen bevat een vloeistof: de onderste plaat is bewegingloos en de bovenste plaat beweegt met een bepaalde constante snelheid v 1

Zoals de ervaring leert, zullen de vloeistoflagen die direct aan de platen grenzen (de zogenaamde gehechte lagen) dezelfde snelheden hebben, d.w.z. de laag grenzend aan de onderste plaat A zal in rust zijn, en de laag grenzend aan de bovenste plaat B zal bewegen met snelheid υ 1.

De tussenliggende vloeistoflagen glijden over elkaar en hun snelheid is evenredig met de afstanden tot de bodemplaat.

Newton suggereerde ook, wat al snel door de ervaring werd bevestigd, dat de weerstandskrachten die optreden tijdens het glijden van lagen evenredig zijn aan het contactoppervlak tussen de lagen en de glijsnelheid. Als we aannemen dat het contactoppervlak gelijk is aan één, kan deze positie worden geschreven als

waarbij τ de weerstandskracht per oppervlakte-eenheid is, of wrijvingsspanning

μ is een evenredigheidscoëfficiënt die afhangt van het type vloeistof en de coëfficiënt van absolute viscositeit of eenvoudigweg de absolute viscositeit van de vloeistof wordt genoemd.

De waarde dυ/dy - de snelheidsverandering in de richting loodrecht op de richting van de snelheid zelf wordt glijsnelheid genoemd.

De viscositeit van een vloeistof is dus een fysieke eigenschap van een vloeistof die de weerstand tegen glijden of afschuiven karakteriseert

Viscositeit kinematisch, dynamisch en absoluut

Laten we nu de verschillende concepten van viscositeit definiëren:

Dynamische viscositeit. De meeteenheid voor deze viscositeit is pascal per seconde (Pa*s). De fysieke betekenis is het verminderen van de druk per tijdseenheid. Dynamische viscositeit karakteriseert de weerstand van een vloeistof (of gas) tegen verplaatsing van de ene laag ten opzichte van de andere.

Dynamische viscositeit is afhankelijk van de temperatuur. Het neemt af bij toenemende temperatuur en neemt toe bij toenemende druk.

Kinematische viscositeit. De meeteenheid is Stokes. Kinematische viscositeit wordt verkregen als de verhouding tussen de dynamische viscositeit en de dichtheid van een bepaalde stof.

De bepaling van de kinematische viscositeit wordt in het klassieke geval uitgevoerd door de stroomtijd van een bepaald volume vloeistof door een gekalibreerd gat te meten onder invloed van de zwaartekracht.

De absolute viscositeit wordt verkregen door de kinematische viscositeit te vermenigvuldigen met de dichtheid. In het internationale systeem van eenheden wordt de absolute viscositeit gemeten in N*s/m2 – deze eenheid wordt Poiseuille genoemd.

Vloeistofviscositeitscoëfficiënt

In de hydraulica wordt vaak de waarde gebruikt die wordt verkregen door de absolute viscositeit te delen door de dichtheid. Deze waarde wordt de kinematische viscositeitscoëfficiënt van de vloeistof of eenvoudigweg kinematische viscositeit genoemd en wordt aangegeven met de letter v. Dus de kinematische viscositeit van de vloeistof

waarbij ρ de dichtheid van de vloeistof is.

De meeteenheid voor de kinematische viscositeit van een vloeistof in de internationale en technische eenheidssystemen is m2/s.

In het fysieke systeem van eenheden heeft de kinematische viscositeit een eenheid van cm 2 /s en wordt Stokes (St) genoemd.

Viscositeit van sommige vloeistoffen

Het omgekeerde van de absolute viscositeitscoëfficiënt van een vloeistof wordt vloeibaarheid genoemd

Zoals talrijke experimenten en waarnemingen aantonen, neemt de viscositeit van een vloeistof af bij toenemende temperatuur. Voor verschillende vloeistoffen is de afhankelijkheid van de viscositeit van de temperatuur anders.

Daarom moet bij praktische berekeningen de keuze van de viscositeitscoëfficiëntwaarde zeer zorgvuldig worden benaderd. In elk individueel geval is het raadzaam om speciale laboratoriumtests als basis te nemen.

De viscositeit van vloeistoffen, zoals vastgesteld uit experimenten, hangt ook af van de druk. De viscositeit neemt toe bij toenemende druk. De uitzondering in dit geval is water, waarvan bij temperaturen tot 32 graden Celsius de viscositeit afneemt bij toenemende druk.

Wat gassen betreft, is de afhankelijkheid van de viscositeit van de druk, evenals van de temperatuur, zeer aanzienlijk. Bij toenemende druk neemt de kinematische viscositeit van gassen af, en bij toenemende temperatuur neemt deze juist toe.

Methoden voor het meten van de viscositeit. Stokes-methode.

Het vakgebied dat zich toelegt op het meten van de viscositeit van een vloeistof wordt viscometrie genoemd, en het instrument voor het meten van de viscositeit wordt een viscometer genoemd.

Moderne viscometers zijn gemaakt van duurzame materialen en bij de productie ervan wordt gebruik gemaakt van de modernste technologieën om werking bij hoge temperaturen en drukken te garanderen zonder schade aan de apparatuur.

Er zijn de volgende methoden om de viscositeit van een vloeistof te bepalen.

Capillaire methode.

De essentie van deze methode is het gebruik van communicerende vaten. Twee vaten zijn met elkaar verbonden door een glazen buis met een bekende diameter en lengte. De vloeistof wordt in een glazen kanaal geplaatst en stroomt gedurende een bepaalde tijd van het ene vat naar het andere. Vervolgens wordt, door de druk in het eerste vat te kennen en de Poiseuille-formule voor berekeningen te gebruiken, de viscositeitscoëfficiënt bepaald.

Werkwijze volgens Hessen.

Deze methode is iets ingewikkelder dan de vorige. Om dit uit te voeren zijn twee identieke capillaire installaties nodig. In de eerste wordt een medium met een eerder bekende waarde van interne wrijving geplaatst, en in de tweede wordt de te bestuderen vloeistof geplaatst. Vervolgens meten ze de tijd met behulp van de eerste methode op elk van de installaties en vinden ze, door de verhouding tussen experimenten op te maken, de gewenste viscositeit.

Rotatiemethode.

Om deze methode uit te voeren, is het noodzakelijk om een ​​structuur van twee cilinders te hebben, waarvan de ene zich in de andere bevindt. De te testen vloeistof wordt in de ruimte tussen de vaten geplaatst en vervolgens wordt de binnencilinder versneld.

De vloeistof roteert met de cilinder met zijn eigen hoeksnelheid. Door het verschil in koppel tussen de cilinder en de vloeistof kunnen we de viscositeit van deze laatste bepalen.

Stokes-methode

Om dit experiment uit te voeren heb je een Heppler-viscometer nodig, een cilinder gevuld met vloeistof.

Eerst worden twee markeringen gemaakt langs de hoogte van de cilinder en wordt de afstand daartussen gemeten. Vervolgens wordt een balletje met een bepaalde straal in de vloeistof geplaatst. De bal begint in de vloeistof te zinken en legt de afstand af van het ene merkteken naar het andere. Deze tijd wordt geregistreerd. Nadat de snelheid van de bal is bepaald, wordt vervolgens de viscositeit van de vloeistof berekend.

Video over viscositeit

Bepaling van de viscositeit speelt een grote rol in de industrie, omdat deze het ontwerp van apparatuur voor verschillende media bepaalt. Bijvoorbeeld apparatuur voor olieproductie, raffinage en transport.

Viscositeit (interne wrijving) - Dit is de eigenschap van echte vloeistoffen om weerstand te bieden aan de beweging van het ene deel van de vloeistof ten opzichte van het andere. Wanneer sommige lagen echte vloeistof bewegen ten opzichte van andere, ontstaan ​​er interne wrijvingskrachten, tangentiaal gericht op het oppervlak van de lagen. De werking van deze krachten komt tot uiting in het feit dat een versnellende kracht inwerkt op de kant van de sneller bewegende laag op de langzamer bewegende laag. Vanaf de zijde van de laag die langzamer beweegt, werkt een remkracht op de sneller bewegende laag.

Interne wrijvingskracht F hoe groter, hoe groter het beschouwde oppervlak van de laag S (Fig. 52), en hangt af van hoe snel de vloeistofstroomsnelheid verandert bij het verplaatsen van laag naar laag.

De figuur toont twee lagen, op een afstand x van elkaar geplaatst en bewegend met snelheden v 1 en v 2. In dit geval is v 1 -v 2 = v. De richting waarin de afstand tussen de lagen wordt gemeten is loodrecht stroomsnelheden van de lagen. De waarde v/x geeft aan hoe snel de snelheid verandert bij het verplaatsen van laag naar laag in de richting X, loodrecht op de bewegingsrichting van de lagen, en wordt genoemd snelheidsgradiënt. Dus de module van de interne wrijvingskracht

waar is de evenredigheidscoëfficiënt  , afhankelijk van de aard van de vloeistof wordt genoemd dynamische viscositeit(of gewoon viscositeit).

De eenheid van viscositeit is pascal seconde (Pa s): 1 Pa s is gelijk aan de dynamische viscositeit van het medium waarin, onder laminaire stroming en een snelheidsgradiënt met een module gelijk aan 1 m/s per 1 m, een interne wrijving ontstaat Bij aanraking van de lagen treedt een kracht op van 1 N per 1 m2 oppervlak (1 Pa s = 1 N s/m 2).

Hoe hoger de viscositeit, hoe meer de vloeistof verschilt van het ideaal, hoe groter de interne wrijvingskrachten die erin ontstaan. Viscositeit hangt af van de temperatuur, en de aard van deze afhankelijkheid is verschillend voor vloeistoffen en gassen (voor vloeistoffen neemt m] af met toenemende temperatuur, voor gassen daarentegen neemt het toe), wat het verschil daarin aangeeft

mechanismen van interne wrijving. De viscositeit van oliën is vooral sterk afhankelijk van de temperatuur. De viscositeit van ricinusolie ligt bijvoorbeeld in het bereik van 18-40 ° MET viervoudig daalt. De Sovjet-natuurkundige P.L. Kapitsa (1894-1984; Nobelprijs 1978) ontdekte dat vloeibaar helium bij een temperatuur van 2,17 K in een superfluïde toestand terechtkomt, waarin de viscositeit nul is.

Er zijn twee manieren van vloeistofstroming. De stroom wordt genoemd laminair (gelaagd), als langs de stroming elke geselecteerde dunne laag ten opzichte van zijn buren glijdt zonder zich ermee te vermengen, en turbulent (vortex), als er langs de stroming intense wervelvorming en vermenging van de vloeistof (gas) plaatsvindt.

Laminaire vloeistofstroom wordt waargenomen bij lage bewegingssnelheden. De buitenste vloeistoflaag grenzend aan het oppervlak van de buis waarin deze stroomt, hecht zich daaraan als gevolg van moleculaire adhesiekrachten en blijft bewegingloos. Hoe groter de afstand van de volgende lagen tot het buisoppervlak, hoe groter de snelheid van de volgende lagen, en de laag die langs de buisas beweegt, heeft de hoogste snelheid.

Bij turbulente stroming verwerven vloeistofdeeltjes snelheidscomponenten loodrecht op de stroming, zodat ze van de ene laag naar de andere kunnen bewegen. De snelheid van vloeistofdeeltjes neemt snel toe als ze zich van het buisoppervlak verwijderen, en verandert vervolgens heel licht. Omdat vloeibare deeltjes van de ene laag naar de andere bewegen, verschillen hun snelheden in verschillende lagen weinig. Door het grote verloop

snelheden, vormen zich meestal wervels aan het buisoppervlak.

Het gemiddelde snelheidsprofiel voor turbulente stroming in pijpen (Fig. 53) verschilt van het parabolische profiel voor laminaire stroming door een snellere snelheidstoename nabij de pijpwanden en minder kromming in het centrale deel van de stroming.

De Engelse wetenschapper O. Reynolds (1842-1912) stelde in 1883 vast dat de aard van de stroom afhangt van een dimensieloze grootheid genaamd Reynolds getal:

waarbij v = / - kinematische viscositeit;

 - vloeistofdichtheid; (v) is de gemiddelde vloeistofsnelheid over de pijpdoorsnede; D- een karakteristieke lineaire afmeting, bijvoorbeeld de diameter van een buis.

Bij lage waarden van het Reynoldsgetal (Re1000) wordt laminaire stroming waargenomen, de overgang van laminaire stroming naar turbulente stroming vindt plaats in het gebied van 1000:Re2000, en bij Re = 2300 (voor gladde buizen) de stroming is turbulent. Als het Reynoldsgetal hetzelfde is, is het stromingsregime van verschillende vloeistoffen (gassen) in leidingen met verschillende secties hetzelfde.

Wanneer vloeistof door een pijp stroomt, hebben verschillende lagen verschillende snelheden. De hoogste stroomsnelheid bevindt zich nabij de centrale laag. De laag grenzend aan de buiswanden is in rust. Daarom treedt er een snelheidsgradiënt op in de richting van de X-as loodrecht op de stromingsrichting. De overdracht van momentum van laag naar laag wordt uitgevoerd door moleculen die af en toe abrupte translatiebewegingen uitvoeren, waardoor de evenwichtspositie waaromheen ze oscilleren verandert. Bij niet erg hoge temperaturen komen dergelijke sprongen relatief zelden voor. De overdracht van momentum veroorzaakt een verandering in de bewegingssnelheid van de lagen, dat wil zeggen dat er een kracht begint te werken, die volgens de wet van Newton gelijk is aan

waarbij F de kracht is van interne wrijving (viscositeit) tussen vloeistoflagen; - snelheidsgradiënt, die de mate van snelheidsverandering karakteriseert langs de x-as loodrecht op de snelheid; S is het oppervlak dat twee aangrenzende vloeistoflagen scheidt; h is de viscositeitscoëfficiënt of de interne wrijvingscoëfficiënt.

Gewicht kracht

Gewicht is de kracht van het lichaam op een steun (of ophanging of ander type bevestiging), waardoor een val, ontstaan ​​in het zwaartekrachtveld, wordt voorkomen. (In het geval van meerdere steunen wordt onder gewicht verstaan ​​de totale kracht die op alle steunen inwerkt; voor vloeibare en gasvormige steunen wordt bij onderdompeling van een lichaam daarin echter vaak een uitzondering gemaakt, d.w.z. dan worden de krachten van de steunen lichaam dat erop inwerkt, zijn van het gewicht uitgesloten en van kracht bij Archimedes

De kracht die een volledig ondergedompeld lichaam in een vloeistof of gas duwt, is gelijk aan het gewicht van de vloeistof in het volume van dit lichaam. De kracht kan worden berekend met behulp van de wiskundige uitdrukking:

F - De kracht van Archimedes

p- vloeistofdichtheid

g - versnelling van de vrije val

V is het volume van het ondergedompelde lichaam.

Bijgevolg hangt de Archimedische kracht af van de dichtheid van de vloeistof waarin het lichaam is ondergedompeld en van het volume van dit lichaam. Maar het hangt bijvoorbeeld niet af van de dichtheid van de substantie van het lichaam dat in de vloeistof is ondergedompeld, aangezien deze hoeveelheid niet is opgenomen in de resulterende formule.

Laten we nu het gewicht bepalen van een lichaam ondergedompeld in een vloeistof (of gas). Omdat de twee krachten die in dit geval op het lichaam inwerken in tegengestelde richtingen zijn gericht (de zwaartekracht is naar beneden en de Archimedische kracht is naar boven), dan zal het gewicht van het lichaam in de vloeistof P1 kleiner zijn dan het gewicht van de lichaam in vacuüm door de Archimedische kracht.

P1=P - F P1= mg - mlg = g (m - ml)

Als een lichaam dus wordt ondergedompeld in een vloeistof (of gas), verliest het evenveel gewicht als de vloeistof (of het gas) dat het verplaatste weegt.

Drijvende lichamen

• 1) Als de zwaartekracht groter is dan de Archimedische kracht, dan zal het lichaam naar de bodem zinken en zinken.
• 2) Als de zwaartekracht gelijk is aan de Archimedische kracht, dan kan het lichaam overal in de vloeistof in evenwicht zijn, dat wil zeggen dat het lichaam in de vloeistof drijft.
• 3) Als de zwaartekracht kleiner is dan de Archimedische kracht, zal het lichaam uit de vloeistof opstijgen en drijven.

Viscositeit (interne wrijving) - Dit is de eigenschap van echte vloeistoffen om weerstand te bieden aan de beweging van het ene deel van de vloeistof ten opzichte van het andere. Wanneer sommige lagen echte vloeistof bewegen ten opzichte van andere, ontstaan ​​er interne wrijvingskrachten, tangentiaal gericht op het oppervlak van de lagen. De werking van deze krachten komt tot uiting in het feit dat een versnellende kracht inwerkt op de kant van de sneller bewegende laag op de langzamer bewegende laag. Vanaf de zijde van de laag die langzamer beweegt, werkt een remkracht op de sneller bewegende laag.

Interne wrijvingskracht F hoe groter, hoe groter het beschouwde oppervlak van de laag S (Fig. 52), en hangt af van hoe snel de vloeistofstroomsnelheid verandert bij het verplaatsen van laag naar laag.

De figuur toont twee lagen, op een afstand x van elkaar geplaatst en bewegend met snelheden v 1 en v 2. In dit geval is v 1 -v 2 = v. De richting waarin de afstand tussen de lagen wordt gemeten is loodrecht stroomsnelheden van de lagen. De waarde v/x geeft aan hoe snel de snelheid verandert bij het verplaatsen van laag naar laag in de richting X, loodrecht op de bewegingsrichting van de lagen, en wordt genoemd snelheidsgradiënt. Dus de module van de interne wrijvingskracht

waar is de evenredigheidscoëfficiënt  , afhankelijk van de aard van de vloeistof wordt genoemd dynamische viscositeit(of gewoon viscositeit).

De eenheid van viscositeit is pascal seconde (Pa s): 1 Pa s is gelijk aan de dynamische viscositeit van het medium waarin, onder laminaire stroming en een snelheidsgradiënt met een module gelijk aan 1 m/s per 1 m, een interne wrijving ontstaat Bij aanraking van de lagen treedt een kracht op van 1 N per 1 m2 oppervlak (1 Pa s = 1 N s/m 2).

Hoe hoger de viscositeit, hoe meer de vloeistof verschilt van het ideaal, hoe groter de interne wrijvingskrachten die erin ontstaan. Viscositeit hangt af van de temperatuur, en de aard van deze afhankelijkheid is verschillend voor vloeistoffen en gassen (voor vloeistoffen neemt m] af met toenemende temperatuur, voor gassen daarentegen neemt het toe), wat het verschil daarin aangeeft

mechanismen van interne wrijving. De viscositeit van oliën is vooral sterk afhankelijk van de temperatuur. De viscositeit van ricinusolie ligt bijvoorbeeld in het bereik van 18-40 ° MET viervoudig daalt. De Sovjet-natuurkundige P.L. Kapitsa (1894-1984; Nobelprijs 1978) ontdekte dat vloeibaar helium bij een temperatuur van 2,17 K in een superfluïde toestand terechtkomt, waarin de viscositeit nul is.

Er zijn twee manieren van vloeistofstroming. De stroom wordt genoemd laminair (gelaagd), als langs de stroming elke geselecteerde dunne laag ten opzichte van zijn buren glijdt zonder zich ermee te vermengen, en turbulent (vortex), als er langs de stroming intense wervelvorming en vermenging van de vloeistof (gas) plaatsvindt.

Laminaire vloeistofstroom wordt waargenomen bij lage bewegingssnelheden. De buitenste vloeistoflaag grenzend aan het oppervlak van de buis waarin deze stroomt, hecht zich daaraan als gevolg van moleculaire adhesiekrachten en blijft bewegingloos. Hoe groter de afstand van de volgende lagen tot het buisoppervlak, hoe groter de snelheid van de volgende lagen, en de laag die langs de buisas beweegt, heeft de hoogste snelheid.

Bij turbulente stroming verwerven vloeistofdeeltjes snelheidscomponenten loodrecht op de stroming, zodat ze van de ene laag naar de andere kunnen bewegen. De snelheid van vloeistofdeeltjes neemt snel toe als ze zich van het buisoppervlak verwijderen, en verandert vervolgens heel licht. Omdat vloeibare deeltjes van de ene laag naar de andere bewegen, verschillen hun snelheden in verschillende lagen weinig. Door het grote verloop

snelheden, vormen zich meestal wervels aan het buisoppervlak.

Het gemiddelde snelheidsprofiel voor turbulente stroming in pijpen (Fig. 53) verschilt van het parabolische profiel voor laminaire stroming door een snellere snelheidstoename nabij de pijpwanden en minder kromming in het centrale deel van de stroming.

De Engelse wetenschapper O. Reynolds (1842-1912) stelde in 1883 vast dat de aard van de stroom afhangt van een dimensieloze grootheid genaamd Reynolds getal:

waarbij v = / - kinematische viscositeit;

 - vloeistofdichtheid; (v) is de gemiddelde vloeistofsnelheid over de pijpdoorsnede; D- een karakteristieke lineaire afmeting, bijvoorbeeld de diameter van een buis.

Bij lage waarden van het Reynoldsgetal (Re1000) wordt laminaire stroming waargenomen, de overgang van laminaire stroming naar turbulente stroming vindt plaats in het gebied van 1000:Re2000, en bij Re = 2300 (voor gladde buizen) de stroming is turbulent. Als het Reynoldsgetal hetzelfde is, is het stromingsregime van verschillende vloeistoffen (gassen) in leidingen met verschillende secties hetzelfde.