## Раздел 5. Движение жидкостей и газов

Тема 19. Гидростатика
Тема 20. Движение идеальной жидкости
Тема 21. Динамическая и кинематическая вязкость
Тема 22. Классификация жидкостей по вязким свойствам
Тема 23. Сила и коэффициент поверхностного натяжения

На молекулу жидкости, которая находится внутри жидкости, действуют силы притяжения других молекул жидкости. Эти силы уравновешиваются, и молекула находится внутри. Молекулы, которые находятся на границе раздела жидкость–газ, не уравновешены. Сила притяжения со стороны молекул жидкости больше, чем сила притяжения со стороны газа, поэтому равнодействующая этих сил направлена внутрь жидкости. Это способствует задержанию молекул жидкости на границе жидкость–газ.

Добавочную потенциальную энергию жидкости, которая возникает из-за разницы свойств жидкости внутренней области и поверхностного слоя, называют поверхностной энергией:

где W — поверхностная энергия,

σ — коэффициент поверхностного натяжения,

S — площадь поверхности жидкости.

Коэффициент поверхностного натяжения уменьшается при увеличении температуры и зависит от вида жидкости, свойств газа, с которым граничит жидкость, наличия поверхностно-активных веществ в жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения не зависит от площади поверхности жидкости. Площадь S используют только для его расчёта.

Поверхностное натяжение — это характеристика жидкости, которая показывает стремление жидкости минимизировать свою свободную поверхность. Поэтому капля воды в космосе принимает форму шара, а поле сил тяготения стремится к ней.

Сила поверхностного натяжения — это сила, которая действует вдоль поверхности жидкости и стремится сократить её площадь:

σ — коэффициент поверхностного натяжения (Н · м),

l — длина контура, ограничивающего поверхность (м).

Тема 24. Смачивание

Явления смачивания и несмачивания поверхности твёрдого тела жидкостью являются результатом взаимодействия молекул жидкости и молекул поверхностного слоя твёрдого тела.

Смачивание — это способность жидкости растекаться по поверхности твёрдого тела. Смачивание возможно, если сила притяжения между молекулами жидкости меньше, чем сила притяжения между молекулами жидкости и молекулами поверхности твёрдого тела. Если сила притяжения между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, то поверхность не смачивается. Поверхность жидкости на границе с поверхностью искривляется и образует вогнутый (если жидкость смачивает поверхность) или выпуклый (если жидкость не смачивает поверхность) мениск (рисунок 24.1).

Рисунок 24.1. Смачивающая (а) и не смачивающая (б) жидкость

Если поверхностное натяжение на границе твёрдого тела и газа σтг больше или равна сумме поверхностных натяжений на границах твёрдое тело–жидкость σтж и жидкость–газ σжг, то жидкость полностью смачивает поверхность твёрдого тела:

Если σтж ≥ σтг + σжг, то жидкость полностью не смачивает поверхность твёрдого тела. На практике чаще всего наблюдается частичное смачивание или несмачивание поверхности (рисунок 24.2).

Рисунок 24.2. Смачивание (а) и не смачивание (б) поверхности
Тема 25. Гидрофильные и гидрофобные жидкости

Гидрофильность и гидрофобность — это противоположные понятия физики. Они являются характеристиками межмолекулярного взаимодействия вещества и жидкости. Мерой этого взаимодействия является поверхностное натяжение на границе раздела двух сред. Чем больше гидрофильность вещества, тем меньше поверхностное натяжение.

Если молекулы вещества интенсивно взаимодействуют с водой, то это гидрофильное вещество. Эти вещества легко взаимодействуют с водой и растворяются в ней. Примерами гидрофильных веществ являются соль, сахар и некоторые белки.

Гидрофобные вещества имеют химическую структуру, далёкую от воды. При попадании в воду гидрофобные вещества образуют скопления или агрегаты, избегая прямого контакта с молекулами воды. Гидрофобные вещества отталкивают воду, поэтому на их поверхности она собирается каплями. Примерами гидрофобных веществ являются жиры, масла, воски.

Количественно гидрофильность и гидрофобность оцениваются краевым углом смачивания. Краевой угол смачивания Θ — это угол между касательной к поверхности жидкости и поверхностью в точке соприкосновения трёх фаз (жидкости, поверхности твёрдого тела и газа) (рисунок 25.1).

Рисунок 25.1. Смачивание водой гидрофильной (а) и гидрофобной (б) поверхности

Если Θ < 90°, то поверхность гидрофильная (рисунок 25.1, а). Если Θ > 90°, то поверхность гидрофобная (рисунок 25.1, б).

Тема 26. Капиллярные явления

Капиллярные явления — это явление опускания или подъема жидкости в узких трубках, которые называют капиллярами. Если жидкость смачивает капилляр, то ее уровень в капилляре буде выше, чем в сосуде, а если не смачивает — то ниже (рисунок 26.1).

Рисунок 26.1. Жидкость смачивает капилляр (а) и не смачивает капилляр (б)

Высота подъема (опускания) жидкости, которая полностью смачивает (не смачивает) капилляр, равна:

где σ — поверхностное натяжение жидкости;

ρ — плотность жидкости;

r — радиус капилляра.

Величина капиллярного давления определяется уравнением Лапласа:

где σ — поверхностное натяжение;

r — средний радиус кривизны поверхности.

Тема 27. Биофизические основы кровообращения
Тема 28. Артериальное давление

Артериальное давление является одним из главных параметров кровообращения. Артериальное давление — это давление, которое оказывает кровь на стенки кровеносных сосудов. Артериальное давление имеет два основных вида: систолическое и диастолическое.

Систолическое артериальное давление (САД) — это максимальное давление в левом желудочке и аорте во время сокращения сердца (систолы).

Диастолическое давление (ДАД) — это минимальное давление в артериях, которое возникает во время расслабления сердца (диастолы).

Пульсовое давление — это разность между систолическим и диастолическим давлениями.

Усредненный эталон давления — 120/80 мм. рт. ст. Отклонение на 10 единиц является нормой и зависит от телосложения человека, наследственности и физических нагрузок. Отклонение давления выше 140/90 (гипертония) и ниже 100/60 (гипотония) является признаком болезни и поводом обратиться к врачу.

### Итоговый тест по разделу

Выполнить
Инструкция

- Выберите один из вариантов в каждом из 10 вопросов;
- Нажмите на кнопку «Показать результат»;
- Скрипт не покажет результат, пока Вы не ответите на все вопросы;
- Загляните в окно рядом с номером задания. Если ответ правильный, то там (+). Если Вы ошиблись, там (-).
- За каждый правильный ответ начисляется 1 балл;
- Оценки: менее 5 баллов — НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, от 5, но менее 7.5 — УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, 7.5 и менее 10 — ХОРОШО, 10 — ОТЛИЧНО;
- Чтобы сбросить результат тестирования, нажать кнопку «Сбросить ответы»;

1. Какая сила действует на тело, погруженное в жидкость?
   сила Архимеда
   сила Паскаля
   сила Бернулли
2. Как называется модель жидкости, в которой отсутствует вязкость?
   ньютоновская жидкость
   идеальная жидкость
   гидрофильная жидкость
3. Как называется установившееся течение, при котором значения давления и скорости в каждой точке потока не зависят от времени?
   стационарное
   ламинарное
   турбулентное
4. Какая формула определяет силу внутреннего трения в жидкости?
5. Как изменяется коэффициент вязкости жидкости при увеличении температуры?
   уменьшается
   увеличивается
   не изменяется
6. Какое будет течение жидкости, если Re < Reкр?
   стационарное
   турбулентное
   ламинарное
7. Какая жидкость неньютоновская?
   кровь
   лимфа
   плазма крови
8. От чего не зависит коэффициент поверхностного натяжения?
   от температуры
   от вида жидкости
   от площади поверхности жидкости
9. Какое явление мы будем наблюдать, если сила притяжения между молекулами жидкости меньше, чем сила притяжения между молекулами жидкости и молекулами поверхности твёрдого тела?
   явление смачивания
   явление несмачивания
   явление частичного смачивания
10. Для чего служит малый круг кровообращения?
    для доставки кислорода ко всем органам организма, а также для удаления из них углекислого газа и продуктов обмена
    для насыщения пришедшей по венам крови кислородом *
    замены большого круга в случае его отказа