М ІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ

Комунальний заклад вищої освіти

«КАМ'ЯНСЬКИЙ МЕДИЧНИЙ КОЛЕДЖ»

Дніпропетровської обласної ради»

НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ

КОМПЛЕКС № 03

Дисципліна Основи біологічної фізики та медична апаратура

Галузь знань 22 Охорона здоров'я

Спеціальність 223 Медсестринство

Освітньо-професійна програма Сестринська справа

Рівень вищої освіти Перший (бакалаврський)

Ступінь вищої освіти Бакалавр

Тема заняття Реологічні властивості біологічних рідин. Фізичні основи гемодинаміки.

Тип заняття теоретичне заняття

Кількість навчальних годин 2 години

Викладач: Ляшенко Н.Ю.

Обговорено та затверджено

на засіданні ЦМК природничо-наукових дисциплін

Протокол № від 2019 р.

Голова комісії Н.В.Могіна

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ:

Актуальність вивчення теми пов’язано з такими розділами та напрямками медицини, для яких важливим є мати уявлення про реологічні властивості біологічних рідин, зокрема кровоносних судин та крові. До таких розділів відносяться: космічна і спортивна медицина, санітарно-гігієнічна практика, протезування при зміні природних органів і тканин виробленими, гематологія, кардіологія.

У медичній практиці велику увагу приділяють в’язкості різних біологічних рідин (крові, лімфи, молока, слини, сечі, спинномозкової рідини). Наприклад, в’язкість крові неоднакова в чоловіків та жінок, змінюється з віком (що є важливим для судово-медичних досліджень), а також при різних захворюваннях, залежить також від умов життя та харчування. У нормі вона дорівнює 4-5 сПз (санти Пуаз). При патології коливається від 1,7 до 22,9 сПз, що відбивається на швидкості осідання еритроцитів (ШОЕ). Венозна кров має більшу в’язкість, ніж артеріальна. При тяжкій фізичній праці збільшується в’язкість крові. Деякі інфекційні захворювання збільшують в’язкість крові, інше – черевний тиф, туберкульоз – зменшують її.

МЕТА ЗАНЯТТЯ:

:

НАВЧАЛЬНА:

• узагальнити та систематизувати знання студентів з основних фізичних понять біореології та геодинаміки;

• розглянути рівняння нерозривності;

• ознайомитись із поняттям в’язкості;

• пояснити фізичні основи методів вимірювання в'язкості крові й методів вимірювання тиску крові та швидкості кровообігу;

• пояснити фізичні основи теплового розширення;

• знати різницю між ньютонівськими та неньютонівськими рідинами;

• сформулювати уявлення про ламінарний і турбулентний плин рідин;

• сформулювати фізичний зміст основних реологічних характеристик рідин і назвати одиниці вимірювання;

• знати реологічні властивості крові та основні геодинамічні показники;

• знати особливості вимірювання артеріального тиску і швидкості кровоплину.

РОЗВИВАЮЧА:

• розвивати мотиваційну потребу досконалого вивчення матеріалу для покращення подальшого сприймання матеріалу та для формування інтеграційних звязків з клінічними дисциплінами;

• розвивати критичне мислення у студентів;

• розвивати уміння самостійно працювати з додатковою літературою;

• розширити кругозір студентів, розвивати пам'ять студентів, вчити логічно мислити, правильно та чітко висловлювати свою думку.

ВИХОВНА:

• виховувати сумлінне ставлення студентів до роботи медика;

• формувати зацікавленість до вивчення дисципліни;

• прищеплювати любов до обраної професії;

• виховувати почуття відповідальності за своєчасність і правильність професійних дій.

РЕЗУЛЬТАТИ НАВЧАННЯ:

:

• загальні компетентності

1. Здатність реалізовувати свої права і обов’язки як члена суспільства, усвідомлювати цінності громадянського (вільного демократичного) суспільства та необхідність його сталого розвитку, верховенства права, прав і свобод людини і громадянина в Україні.

2. Вміння взаємодіяти, мати навички міжособистісного спілкування в академічній групі;

3. Здатність самостійного опанування навчальним матеріалом;

4. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

5. Здатність навчатися та отримувати знання з позиції подальшого застосування їх у професійній діяльності;

6. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.

7. Визначеність і наполегливість щодо поставлених завдань і взятих обов’язків.

8. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово.

9. Здатність приймати обґрунтовані рішення та застосовувати знання у практичних ситуаціях.

10. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

11. Здатність діяти на основі етичних міркувань (мотивів).

12. Розвивати гуманне відношення до людини.

• фахові компетентності:

1. Здатність трактувати основні фізичні поняття біореології та гемодинаміки;

2. Здатність назвати основні реологічні характеристики рідин, сформулювати їхній фізичний зміст і назвати одиниці вимірювання;

3. Знати реологічні властивості крові;

4. Здатність назвати основні геодинамічні показники;

5. Демонструвати способи вимірювання артеріального тиску;

6. Пояснювати відмінності між ньютонівськими і неньютонівськими рідинами;

7. Здатність сформулювати закон Пуазейля.

СТУДЕНТИ ПОВИННІ ЗНАТИ:

• основні фізичні поняття біореології та гемодинаміки;

• рівняння нерозривності;

• в’язкість рідини;

• фізичні основи методів вимірювання в'язкості крові й методів вимірювання тиску крові та швидкості кровообігу;

• суб'єктивні характеристики звукових хвиль (характеристики слухового відчуття) та пояснити їх зв'язок з об'єктивними;

• фізичні основи теплового розширення;

• різницю між ньютонівськими та неньютонівськими рідинами;

• ламінарний і турбулентний плин рідин;

• реологічні властивості крові;

• основні геодинамічні показники;

• особливості вимірювання артеріального тиску.

СТУДЕНТИ ПОВИННІ ВМІТИ:

• охарактеризувати і пояснити основні фізичні поняття біореології та гемодинаміки;

• дати визначення ламінарному і турбулентному плину рідин;

• назвати основні характеристики в’язкості;

• описати процес вимірювання артеріального тиску;

• назвати і пояснити сутність звукових методів діагностики;

• навести приклади ньютонівських та неньютонівських рідин.

ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЗАНЯТТЯ:

:

НМК лекційного заняття № 3, журнал групи, відео фрагменти за темою заняття, підручники, ілюстрації, слайди, опорний конспект, мультимедійний проектор, інтерактивна дошка.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ:

:

Друковані матеріали:

Основні:

1. Ємчик Л.Ф. Основи біологічної фізики та медична апаратура. – К.: ВСВ "Медицина", 2014. – 392 с.

2. Свідрук Т.А. Основи біологічної фізики та медична апаратура. – К.: ВСВ "Медицина", 2017. – 264 с.

3. Тиманюк В.О., Животова Є.М. Біофізика: для студентів медичних вузів. -К: Професіонал, 2004. - 704с..

Додаткові:

1. Шевченко А.Ф. Основи медичної і біологічної фізики. — К.: Медицина, 2008.

2. Ремизов. А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика. — М., 2003.

Електронні джерела:

1. https://studfiles.net/preview/2282802/

2. http://vmede.org/sait/?id=Medbiofizika_fedorov_2008&menu=Medbiofizika_fedorov_2008&page=11

3. https://lifelib.info/biophysics/biophysics/56.html

МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ІНТЕГРАЦІЯ:

:

:

ДИСЦИПЛІНА	ЗНАТИ	ВМІТИ
1. Попередні дисципліни
Фізика (шкільний курс)	Знати поняття руху рідин, тиск, швидкість, сила, одиниці вимірювання. Формули для розрахунку тиску, швидкості, сили.	Використати знання при вивченні руху біологічних рідин, крові, при розрахунку в’язкості рідин.
2. Наступні дисципліни
Анатомія людини	Поняття про систему крові, склад та функції крові, фізико-хімічні властивості крові, групи крові та резус-фактор, зсідання крові. Функції кровоносних судин. Кров'яний тиск у різних відділах судинного русла. Фактори, що визначають рівень артеріального тиску. Артеріальний пульс.	Пояснити функції крові, вміти визначати групи крові та резус-фактор. Пояснити будову та функції кровоносних судин. Відрізнити судини малого та великого кола кровообігу. Вміти вимірювати артеріальний тиск.
Фізіологія людини	Властивості крові, основи гемодинаміки,способи вимірювання в’язкості крові, серцево-судинну систему.	Вміти визначати в’язкість крові, вимірювати артеріальний тиск.

ПЛАН ТА ОРГАНІЗАЦІЙНА СТРУКТУРА ЗАНЯТТЯ

:

:

:

№ з/п	Основні етапи заняття, їх функції та зміст	Методи контролю і навчання	Матеріали методичного забезпечення:	Розподіл часу
І. Підготовчий етап:
	1.1. Організаційні заходи: Привітання; Облік присутніх; 1.2. Стимулювання та мотивація навчальної діяльності. Постановка проблемного питання та його обговорення: «Де в майбутній професійній діяльності знадобляться вам знання з гемодинаміки?»	Бесіда Бесіда	Журнал групи НМК заняття	2 хв. 3 хв.
ІІ. Основний етап:
2.	2.1. План викладання лекційного матеріалу: а) основи біореології; б) рівняння нерозривності; в) в’язкість; г) ньютонівські і не ньютонівські рідини; д) ламінарний і турбулентний плин рідин; е) закон Пуазейля; є) в’язкість крові; ж) методи вимірювання вязкості.	Повідомлення викладача Робота з відео фрагментами	відео фрагменти, слайди	65 хв.
ІІІ. Заключний етап:
1.	Резюме лекції, загальні висновки	Основні положення	НМК заняття	2 хв.
2.	Відповіді на запитання	Відповіді на запитання студентів		3 хв.
3.	Завдання позааудиторної роботи.		НМК №006, НМК №007, НМК №008	3 хв.
4.	Домашнє завдання:
	1. Ємчик Л.Ф. Основи біологічної фізики та медична апаратура. – К.: ВСВ "Медицина", 2014. – с.87-89.	Інструктаж викладача		2 хв.

Основи біореології та гемодинаміки

Гідродинаміка - розділ фізики, в якому на основі законів механіки вивчають рух рідин.

Гемодинаміка вивчає причини, умови і механізми переміщення крові в серцево-судинній системі.

Рух крові в системі в системі кровообігу визначається двома силами: тиском, під яким вона знаходиться в судинах і опором, який виникає при її проходженні по судинах. Рушійною силою руху крові служить різниця тисків, яка виникає на початку і в кінці судини.

Розглянемо деякі принципи гідродинаміки.

Опис потоку рідини

Для опису течії рідини необхідно розглянути рух невеликого її обсягу. Лінії, вздовж яких переміщаються частинки рідини, називаються лініями току. Якщо кожна наступна частка рідини проходить через дану точку, слідуючи за тим же шляхом, що і попередня частка рідини, течія рідини називається стаціонарною. Лінії току при стаціонарному перебігу рідини відображають напрям течії, який може бути прямим або зігнутим. Дотична, проведена в будь-якій точці до ліній току, вказує напрям вектора швидкості в даній точці.

Рівняння нерозривності

Розглянемо рух нестисливої рідини через трубку змінного перерізу. Якщо певний об'єм рідини надходить в один кінець трубки, то рівний йому об'єм повинен вийти через інший кінець трубки.

Основним показником течії рідини в трубці є Q - об'ємна швидкість течії рідини - об'єм рідини (V), що переміщається за одиницю часу через поперечний переріз трубки. Якщо об'ємна швидкість рідини, яка надходить через один кінець трубки, становить Q₁, то об'ємна швидкість рідини, яка витікає з іншого кінця трубки, буде Q₂, і вона буде дорівнює Q₁. Цей принцип називається рівнянням нерозривності. Таким чином, рівняння нерозривності можна записати:

Q₁ = Q₂ (1).

Об'ємна швидкість рідини дорівнює добутку лінійної швидкості рідини υ (м / с) на площу поперечного перерізу трубки S:

Q = v · S (2)

Для трубки зі змінним поперечним перерізом (S₁, S₂ і т.д.) маємо іншу форму рівняння нерозривності:

υ ₁S₁ = υ₂S₂ = ... = υ_nS_n (3)

Таким чином, добуток лінійної швидкості руху рідини на площу поперечного перерізу однаковий у всіх перетинах.

Звідси, якщо зменшується S, то при цьому збільшується, і навпаки. Зазвичай лінійна швидкість течії не однакова в кожній точці поперечного перерізу. Рівняння нерозривності відображає середню швидкість течії.

В'язкість

В'язкість - властивість рідин, обумовлене рухом частинок рідини відносно одна одній, що зумовлює виникнення опору течії рідини в цілому. В'язкість виникає через внутрішнє тертя між молекулами рідини. Таке тертя обумовлює виникнення відмінності швидкостей руху частинок в потоці рідини.

Зворотною величиною в'язкості є плинність. Різні рідини відрізняються за в'язкістю. Наприклад, в'язкість нафти більше, ніж в'язкість води.

В'язкість є основним показником у визначенні сил, які долають рідини при переміщенні в трубках і посудинах.

В'язкість крові істотно впливає на потік крові в серцево-судинній системі.

Рис. 1. Профіль векторів швидкостей при ламінарному плині рідини між двома листами металу

Поняття в'язкості було запропоноване Ньютоном. Уявімо простий експеримент, показаний на Рис. 1. Між двома плоскими металевими пластинами помістили тонкий шар рідини. Нижня пластина встановлена нерухомо, а верхня пластина під дією певної сили переміщається з постійною швидкістю. Ця сила необхідна для подолання в'язких властивостей рідини. Вона повинна мати великі значення для більш в'язкої рідини, ніж для менш в'язкої рідини.

Якщо верхня пластина переміщається, рідина приходить в так званий ламінарний рух. Кожен шар рідини рухається з деякою швидкістю υ. Кожен шар робить силову дію на нижні пластини і відчуває дію рівної сили в зворотному напрямку. В результаті, швидкості різних шарів рідини виявляються не однаковими. Профіль векторів швидкостей різних шарів рідини показаний на Рис. 1. Так формується градієнт швидкості dυ/dx.

Ньютон довів, що сила внутрішнього тертя F пропорційна площі дотичних шарів рідини S і градієнту швидкості dυ/dx:

(4)

Константа прямої пропорційності (η-"ета"), називається абсолютною в'язкістю рідини (або динамічною в'язкістю). Вона дорівнює силі внутрішнього тертя, що виникає між двома шарами загальною площею, що дорівнює одиниці, при градієнті швидкості між ними, що дорівнює 1. Одиницею виміру в'язкості є [Па·с]. Величина в'язкості залежить від природи рідини і її температури.

В'язкість рідин зменшується із збільшенням температури і навпаки.

У деяких випадках зручніше застосовувати відносну в'язкість, а не абсолютну.

Відносна в'язкість рідини – це абсолютна в'язкість цієї рідини, поділена на в'язкість води.

Теплове розширення. Під час нагрівання твердих тіл амплітуда коливань молекул збільшується, відстань між ними зростає, та тіло збільшує свій об’єм.

Об'ємне розширення можна записати як:

та

де V₁ — початковий об’єм тіла за температурою t₁; V₂ — кінцевий об’єм тіла за температурою t₂; — зміна об’єму тіла.

Кожний матеріал характеризується власним коефіцієнтом розширення β. Під час охолодження різниця температур При охлаждении разность температур від'ємна.

Ньютонівські і неньютонівські рідини

Ньютонівськими називають рідини, в яких коефіцієнт в'язкості рідини залежить від природи рідини та температури (наприклад, вода, парфуми, розчини електролітів, різні розчини, низькомолекулярні органічні сполуки, розплавлені метали). Це гомогенні рідини. Такі рідини описують форму­лою Ньютона і називають нормальними (або ньютонівськими).

Неньютонівські (або аномальні) — це рідини, в яких η залежить від природи рідини, температури та режиму течії — тиску і градієнта швидкості (наприклад, високомолекулярні полімери, суспензії, емульсії, кров і т.д.). Величина в'язкості неньютонівських рідин більша, ніж у ньютонівських рідинах.

Ламінарний і турбулентний плин

Перебіг рідини, показаний на Рис. 1, називається ламінарним. Шар рідини, що контактує з рухомою металевою пластиною, має ту ж швидкість, що і ця пластина. Шар рідини, розташований нижче, переміщається трохи повільніше, і швидкість кожного наступного шару трохи менша, ніж попереднього. При цьому кожен шар рідини ковзає по іншому, і різні шари не перемішуються.

У ламінарному потоці кожна частка рідини слідує по шляху своєї попередньої частки. Швидкість течії в будь-якій точці рідини залишається постійною. Лінії течії не перетинаються між собою. Енергія, передана рідині для підтримки її течії, використовується, головним чином, на подолання в'язких сил між шарами рідини.

Майже у всіх відділах судинної системи кров рухається циліндричними шарами. Такий рух крові має назву ламінарного. Формені елементи крові складають центральний, осьовий потік, в якому еритроцити знаходяться в центрі, а плазма рухається біля судинної стінки. Чим менший діаметр судини, тим ближче формені елементи знаходяться до судинної стінки і тим більше гальмується рух крові.

І нший тип течії називається турбулентним. Турбулентний плин нестійкий. Пошаровий характер перебігу рідини порушується. У потоці утворюються місцеві завихрення, частки переміщаються не тільки паралельно, а й перпендикулярно осі трубки, безперервно перемішуючись.

Лінії течії стають викривленими. Швидкість частинок, що перетинають конкретну точку рідини, не є постійною за напрямком і величиною: вона змінюється з часом. Опис турбулентного потоку має бути статистичним: з точки зору середніх величин. Для турбулентного плину необхідна велика енергія, ніж для ламінарного, оскільки при турбулентному плині істотно зростає внутрішнє тертя між частинками рідини.

Такий рух крові звичайно виникає в місцях розгалуження або звуження артерій, в ділянках згинів судин. Це створює додатковий опір для руху крові у судинах.

Геодинамічні парадокси.

1. У випадку протікання крові через судини діаметром меншим 1 мм в'язкість крові зменшується. Тут залежність прямо пропорційна – чим менший діаметр, тим менша в'язкість. Це так званий феномен Фареуса–Ліндквіста. У цьому випадку в'язкість очевидно зменшується за рахунок поздовжньої орієнтації еритроцитів відносно осі судини. Такий еритроцитарний ланцюжок пересовується в оболонці з плазми, яка має низьку в'язкість.

2. Встановлено, що в'язкість крові зменшується із збільшенням швидкості її протікання. Це пов'язано з центральним розміщенням еритроцитів у потоці.

З. Об'єм крові, який викидається серцем заповнює судинну систему. Нова порція крові зможе поміститися тільки за рахунок розтягнення судин. Відповідно, чим менше вони розтягуються, тим більший опір необхідно перебороти серцю, щоб кров текла судинним руслом.

Англійський фізик Рейнольдс досліджував умови, при яких течія є ламінарною або турбулентною. Перехід з ламінарної течії в турбулентну залежить від значення безрозмірної величини, званої числом Рейнольдса. Число Рейнольдса для рідини, що тече в циліндричній трубці визначається рівнянням:

(5),

де υ - середня швидкість потоку, D - діаметр трубки, η - в'язкість, і ρ - густина рідини.

Критична величина числа Рейнольдса для циліндричних трубок, при якому ламінарна течія стає турбулентною - 2000 - 2400.

Критична швидкість - швидкість рідини, при перевищенні якої ламінарна течія переходить в турбулентну. Перебіг крові в судинах є ламінарним (за винятком аорти). В аорті спостерігається турбулентний плин крові під час фізичної роботи, яка призводить до істотного збільшення швидкості течії крові. Потік крові також може стати турбулентним в артеріях при зменшенні площі їх поперечного перерізу внаслідок патологічних процесів. Причиною цього явища є підвищення швидкості течії крові.

Закон Пуазейля

Закон Пуазейля являє собою формулу для об'ємної швидкості течії рідини. Він був відкритий експериментально французьким фізіологом Пуазейлем, який досліджував плин крові в кровоносних судинах.

Закон Пуазейля часто називають головним законом гідродинаміки.

Закон Пуазейля пов'язує об'ємну швидкість течії рідини з різницею тиску на початку і кінці трубки як рушійної силои потоку, в'язкістю рідини, радіусом і довжиною трубки. Закон Пуазейля використовують у випадку, якщо плин рідини ламінарний. Формула закону Пуазейля:

де Q - об'ємна швидкість рідини (м³/с), (P₁ - P₂) - відмінність тиску через кінці трубки (Па), r – внутрішній радіус трубки (м), l - довжина трубки (м), η - в'язкість рідини (Па·с).

Закон Пуазейля показує, що величина Q пропорційна різниці тиску P₁ - P₂ на початку і кінці трубки. Якщо P₁ дорівнює P₂, потік рідини припиняється. Формула закону Пуазейля також показує, що висока в'язкість рідини призводить до зниження об'ємної швидкості течії рідини.

Вона також показує, що об'ємна швидкість рідини надзвичайно залежна від радіуса трубки. Мається на увазі, що помірні зміни радіуса кровоносних судин можуть забезпечувати великі відмінності об'ємної швидкості рідини, що протікає через судину.

Формула закону Пуазейля спрощується і стає більш універсальною при введенні допоміжної величини - гідродинамічного опору R, яка для циліндричної трубки може бути визначено за формулою:

Закон Пуазейля, таким чином, показує, що об'ємна швидкість рідини прямо пропорційна різниці тиску на початку і кінці трубки і обернено пропорційна гідродинамічному опору:

В'язкість крові

Кров є суспензією клітин крові в рідині складного складу, званої плазмою. Розрізняють червоні клітини крові (еритроцити), білі клітини крові (лейкоцити) і тромбоцити. Плазма - водний розчин електролітів, білків, поживних речовин, продуктів метаболізму і т.п. Об'єм крові в організмі становить майже 7% обсягу людського тіла. Еритроцити займають близько 45% об'єму крові, а інші клітини крові - менш ніж 1%. Відносний обсяг клітин крові і плазми визначають за допомогою приладу гематокриту. Цю ж назву використовують для визначення результатів аналізу.

В'язкість крові сильно залежить від її складу, що визначається показником гематокриту Не:

Де Vф.ел. — об'єм формених елементів, V_пл..— об'єм плаз­ми крові.

Оскільки Vф.ел. в основному припадає на еритроцити, то Не характеризує вміст еритроцитів у крові.

Кров є більш щільною і в'язкою, ніж вода. У середньому відносна в'язкість крові становить майже 4,5 (3,5-5,4).

Відносна в'язкість плазми - 2,2 (1,9 - 2,6). В'язкість крові вимірюється в лабораторії за допомогою спеціального приладу - медичного віскозиметра. Кров є неньютонівською рідиною. Але при такій швидкості течії, яка підтримується в судинах кровоносної системи, в'язкі властивості крові можна розглядати, як для ньютонівських рідин.

В'язкість крові залежить, головним чином, від концентрації еритроцитів і менше - від концентрації білків плазми. Вона залежить також від швидкості течії крові.

Якщо швидкість течії крові зменшується, еритроцити збираються в специфічні скупчення, так звані "монетні стовпчики". Це призводить до підвищення в'язкості крові.

Такий феномен можна спостерігати в дрібних кровоносних судинах, де швидкість течії крові невелика.

Однак існує фізіологічний механізм, який сприяє зменшенню в'язкості крові в невеликих посудинах, який називається ефектом Фареуса-Ліндквіста. Цей ефект пояснюється орієнтацією еритроцитів вздовж осі судини.

Еритроцити, формуючи циліндричну осьову течію, ковзають по шару навколишньої плазми крові.

Методи вимірювання в’язкості.

Віскозиметр (від лат. viscosus – в’язкий, metrum – міра) – це пристрій, призначений для вимірювання двох типів в’язкості матеріалів: динамічної і кінетичної. Одна з них, динамічна, або абсолютна (плинність рідких речовин у стандартних умовах), може вимірюватися в пуазейлях (П) і паскаль-секундах (Па•с). Що стосується другої, кінетичної (плинність тих самих матеріалів, але вже під температурним впливом і під тиском), то для її визначення використовуються Стокс (Ст) і метри квадратні за секунду (м²/с). Перший параметр і тієї, й іншої характерний системі одиниць СГС, другий – СІ.

За допомогою віскозиметра можна контролювати рідкі середовища, шляхом визначення їх в’язкісного рівня. Де ці дані можуть бути корисні? У різних наукових і виробничих напрямках:

– медицина (визначення густини крові);

– фармацевтика (створення мазеподібних ліків густих консистенцій);

– харчопром (вимірювання характеристик харчової сировини і готових продуктів, наприклад, меду, молока, соків тощо);

– нафтопромисловість і виготовлення пального (аналіз автомобільних мастил, бензину, парафіну…);

– лакофарбова і хім. галузі (визначення стану лаків, фарб, смол).

Різновиди віскозиметрів

Залежно від того, який метод лежить в основі функціонування приладу, він може належати до одного з таких видів:

√  Ротаційні. По суті, моделі, що належать до зазначеного різновиду, конструктивно виглядають як два обертові циліндричні/дискові/конусні/напівсферичні тіла, суміщені по осях. У простір між цими тілами поміщається матеріал, що піддається дослідженню. Після цього одне з тіл обертають, а інше залишається нерухомим. Рідина в процесі вимірювань транслює обертання від тіла, яке рухається, до того, що не рухається. Динамічна в’язкість в результаті вимірюється за швидкістю передачі обертання між тілами.

До речі, загалом, є два основних способи вимірювання в’язкості: за моментом опору деформації при встановленому швидкісному режимі обертання і, власне за швидкістю, з якою обертається тіло від прикладеного стійкого крутного моменту. І коли більшість пристроїв працюють саме на основі першого методу, за допомогою ротаційного віскозиметра можна визначити в’язкість істинну та абсолютну. До того ж, середовища дослідженням можуть піддаватися як структуровані, так і реологічні.

Ще один важливий аспект, що стосується цього виду приладів, полягає в значному діапазоні вимірювань: від 1 мПа•с до сотень тисяч Па•с. Він можливий, завдяки і швидкісним змінам шпинделя в проміжку 0,01-1500 обертів за хвилину, і у зв’язку із застосуванням шпинделів з різними розмірними параметрами, кожен з яких призначений для різних в’язкісних діапазонів.

√  Капілярні. Ці моделі працюють за іншим, хронометричним, принципом, а саме на основі встановлення тимчасового проміжку, за який певна кількість рідкого середовища проходить крізь вузький отвір або трубку при заданій різниці тисків. Виглядають як один або кілька скріплених капілярів, доповнених лійкою чи невеликої ширини трубкою.Що приводить в дію рідину, яка розміщується в початковій точці, тобто в резервуарі? У більшості випадків її витікання відбувається під впливом власної ваги. В’язкість визначається в такій ситуації як величина, пропорційна різниці тисків між 2-ма рідкими середовищами, одне з яких випливає з капіляра, інше – з товстої труби.

Якщо рідке середовище випливає тільки під впливом тяжкості, що характерно віскозиметру Убелоде, то в’язкість вимірюється кінематична. А взагалі, крім згаданої специфікації, капілярні пристрої є також Оствальда і Убелоде з підвішеним рівнем. Особливою популярністю користуються прилади Кеннон-Фенске – у зв’язку із простотою і комфортом роботи з ними. Вони вимірюють кінематичну в’язкість прозорих і непрозорих рідких середовищ. Відповідно, перші називаються пристроями прямого струму, другі – зворотного. Їх розміри і константи зазвичай збігаються.

Також всі ці прилади поділяють на два підвиди: заглибні й чашкові. Перші покликані вимірювати в’язкість в експрес-умовах, тобто безпосередньо в робочих посудинах або техніці. Щоб максимально підвищити зручність застосування, виробляються вони з матеріалів, які не викликають складнощів в очищенні та догляді, а також комплектуються спец. тримачем. Другі виглядають як чаші або лійки і реалізуються в сукупності зі штативом, який, до слова, можна регулювати.

Діапазон вимірювань всіх капілярних віскозиметрів, загалом, становить 10 мкПа∙с-10 кПа∙с.

√ З рухомою кулькою. Також можливе використання назви «з кулькою, що падає». Їх робота ґрунтується на законі Стокса, що визначає силу опору F, яку відчуває тверда куля, рухаючись повільно і поступально у в’язкій рідині, що не має обмежень. Визначення в’язкості відбувається на основі часу, за який кулька проходить певну дистанцію, в більшості випадків, без застосування додаткової сили, тільки під впливом власної ваги.

Різновиди таких віскозиметрів існують різні. Найвідоміший з них, мабуть – модель Геплера.

√ Вібраційні. Іншими словами, віскозиметри з вібруючим зондом. Вимірювання ґрунтуються на тому, як змінюється резонансна частота коливальних рухів у рідкому середовищі інакшої в’язкості. Оскільки на частоту в такому випадку впливає і густина матеріалу, в деяких моделях передбачається можливість встановлювати густину, незалежно від в’язкості. В інших же в’язкість вимірюється при заданій величині густини.

√ Бульбашкові. Визначають, як рухаються газові бульбашки, що без перешкод спливають у в’язкому середовищі. Саме за їх параметрами і вимірюється в’язкість досліджуваного матеріалу.

Ось так виглядають основні види та сфери застосування віскозиметрів. Якщо у планах – вибір пристрою, врахуйте всі характеристики і нюанси кожного з описаних варіантів. І не може не тішити, що асортимент і якість сучасної продукції не ставлять перед покупцем практично жодних обмежень.

Вязкость крови возрастает с увеличением концентрации эритроцитов. Так, вязкость крови в крупных сосудах в норме составляет 4...6 мПа*с; при анемии (уменьшении содержания эритроцитов) — 2...3 мПа*с; при полицитемии (уве­личении содержания эритроцитов) — 15...20 мПа*с.

Зависимость вязкости крови от гематокрита можно приблизительно описать экспоненциальной функцией

де η₀ — вязкость плазмы; с — гематокрит (в относительных единицах).

Течение крови по сосудам, как правило, является ламинарным и переходит в турбулентное лишь в некоторых случаях: в проксимальных отделах аорты и ле­гочного ствола при выталкивании крови из желудочков; в крупных артериях при возрастании скорости кровотока (например при интенсивной мышечной рабо­те) или снижении вязкости крови (например при резко выраженной анемии). В вышеперечисленных случаях число Рейнольдса превышает критическое значе­ние (2000...2400). Шумы, сопровождающие турбулентное течение, иногда быва­ют настолько сильны, что их можно выслушать даже без стетоскопа. Тоны Короткова, возникающие при непрямом методе измерения артериального давления, также вызваны турбулентным течением крови. В местах разветвлений и локаль­ных сужений сосудов (например при образовании тромбов), а также в области крутых изгибов образуются локальные завихрения. Число Рейнольдса при этом превышает 400. Турбулентное течение требует больших затрат энергии по срав­нению с ламинарным и усиливает нагрузку на сердце.