血液在流经血管时会受到一定的阻力,那么要使血液通过血管就必须在血管两端有一定的压强差。
(1)假设血液匀速通过长度一定的血管时,受到的阻力f与血液的流速满足f=kv.设血管截面积为S1时,两端所需的压强差为△p1;若血管截面积减小为S2时,为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液,压强差必须变为△p2.请通过计算比较△p1、△p2的大小。
(2)假设有一段长为L,半径为r的水平直血管,单位时间内匀速通过管道截面的血液体积称为流量Q,已知流量Q与L、r、△p有关,还和液体的黏度η有关,η的单位是Pa•s.已知Q=krαηβ()γ,其中k是一个没有单位的常数,所有力学量的单位都是由三个基本物理量(质量、长度、时间)的单位组合而成,请根据等式两边单位应相同的原则,求出α、β、γ的值。
(3)实验求得(2)题中的k=0.4,设成年人主动脉的半径约为r=8×10﹣3m,主动脉的血流量为60mL/s,血液的黏度为4.0×10﹣3Pa•s,试求在一段0.2m长的主动脉中两端的压强差△p。
答案:
(1)△p1<△p2;
(2)α、β、γ的值依次为4、﹣1、1;
(3)在一段0.2m长的主动脉中两端的压强差为29.3Pa。
解析:
(1)因血液匀速流动时,血管两端压强差产生的压力与阻力相等,
所以,血管截面积为S1时,有
△p1S1=f1=kv1﹣﹣﹣﹣﹣①
血管截面积减小为S2时,有
△p2S2=f2=kv2﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
因在相同的时间内流过同样体积的血液,
所以,
S1v1t=S2v2t,即
③
④
已知S2<S1,由③④可得:
所以,△p1<△p2
(2)Q的单位为米3/秒(),r的单位是米(m),η的单位是,
,
则,
所以,3=α﹣β﹣2γ,﹣1=﹣β﹣2γ,β+γ=0,
联立解得:α=4,β=﹣1,γ=1;
(3)由Q=kr4η﹣1(可得:
△p≈29.3Pa
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