Матеріали до уроку з фізики "Закони гідродинаміки в біології"

Про матеріал

Матеріали до уроку"Закони гідродинаміки в біології" використовується для пояснення даної теми пов'язуючи знання учнів з фізики та біології, дають можливість учням розвивати пізнавальний інтерес до предмету.

Перегляд файлу

Галаганівський НВК

Закони гідродинаміки в біології

Підготувала

вчитель фізики

Кокошинська З.М.

2018

Кровоносна система людини.

На 18 день життя в маленькому, не більше горошини в людському зародку починає битися серце, примушуючи кров приносити поживні речовини до самих віддалених клітин організму.

Кровоносна система людини – це замкнута система еластичних трубок різного діаметру )аорта, артерії, артеріоли, капіляри, венули, вени)

Від серця кров рухається спочатку по аорті – еластичній трубці діаметром 2-3 см. Чим дальше від серця, тим більше розширюються посудини, відсилаючи по всіх органах артерії. Діаметр артерії зменшується з віддаленням від серця. Врізаючись в тканину органів, артерії перетворюються в найменші посудини – артеріоли. Артеріоли дають початок незліченим волосяним судинам - капілярам. Стінки капілярів мають особливий прилад та нагадує сито. Між клітинами, які лежать в один шар, вільно проходить з капіляр в тканини – кислород та поживні речовини. Капіляри ніде не закінчуються, не відриваються, а постійно збільшують свій діаметр, перетворюючись в венули. Венули з’єднаються в вени, які несуть кров до серця. Коло замикається. До місця старту кров повертається в середньому за 20 секунд. За сутки серце розвиває потужність до 27 кінських сил та переганяє по судинам до 10000 л. крові. Кров в артеріях за 1с. пробігає півметра, в венах – 10-20 см, в капілярах 0.05-0.1 см.

Швидкість крові зменшується від аорти до капілярів, а потім збільшується до вен. Послідовно тиск повинен бути більшим в капілярах і меншим в аорті і венах.

Висновок: кров може рухатися тільки по направлених стінках від більшого тиску до меншого. Такі відхилення від законів гідродинаміки викликане роботою серця – направляє кров в аорту і цим створює тиск до 150 тор, а потім тиск падає.

Рух павуків

Гідродинамічні пристрої використовується і для виконання рухових функцій. Наприклад такі пристрої є в кінцівках павуків. Згин кінцівок у цих восьминогих створінь, кожна лапка яких складається із 6-7 членників, проходить через скорочення спеціальних м’язів, а розгинання – через підвищення тиску рідини всередині кінцівок.

Рух черв’яків

Велике значення мають гідродинамічні пристрої у ряду тварин, які риють нори. Так, земляний черв’як при ритті нори у вологій землі максимально скорочує кільцеву мускулатуру свого переднього головного кінця, перетворюючи його майже в гостре тіло, і шукає наймалішу щілину між частинами землі. Якщо це не вдається, черв’як починає забивати в землю свій передній кінець, вдаряючи по ньому із середини глоткою, яка призводить в рух із допомогою гідродинамічного пристрою. Підвищений тиск на 0.9мм.рт.ст. дозволяє наносити удари з силою 0,085 н. Занурившись хоч трохи в землю, черв’як підвищує тиск в самій передній частині тіла, розширюючи її,а разом з нею і пророблений отвір. Ще енергійніше діють супункуліди, які доводять тиск при ритті нір до 52 мм.рт.ст.

Линька рептилій

Підвищений тиск за допомогою запирального мускулу сприяє линькі. Рептилії ростуть все життя. Поступово їх одяг стає затісним для них і виникає необхідність в щорічній змінні її. Коли приходить час зникнути стару шкіру, запиральний мускул зажимає кровоносні судини, які ідуть від голови. Тиск в судинах голови підвищується, всі кровоносні судини переповнюються кров’ю і голова роздувається до тих пір, поки стара шкіра не лусне. Ящірка виповзає зі своєї старої шкіри через отвір, який утворився, як через комір комбінезона.

Гідростатичний скелет

При збільшені тиску крові в полостях і між тканинних просторах значно підвищується механічна міцність тканин. Це призвело до створення дуже зручного гідростатичного скелету: він може створюватися тільки на той період, коли потрібен. (Людина почала використовувати аналогічні конструкції в техніці лише ХХ ст..) Такий скелет для тварин дуже зручний: він створюється на той період, коли потрібен, а коли потреба в ньому зникає, тиск в системі понижується і від скелету не залишається і сліду. Природа пронесла цей гідродинамічний пристрій через еволюцію тваринного світу – від самих примітивних створінь до людини включно.

Жабоподібна ящірка.

Жабоподібна ящірка живе в мексиканських пустелях, використовує місцеву гіпертонію в судинах голови для оборони. Кров, заповнюючи під більшим, чим зазвичай, тиском гребні шипи і інакші нарості на голові і інших частинах тіла, заставляє їх збільшуватися в розмірах, вирівнюватися, міняти забарвлення і в хвилину особливої небезпеки спеціальний м’яз зажимає одну із кровоносних судин, що призводить до різкого підняття тиску в кровоносних судинах. При цьому дрібні судини в мигальній перетинці очей не витримують тиску і лопаються – кров вибризкує з очей на зустріч ворогу. Ця зброя діє в радіусі 1,5 м. Страшний вигляд і несподіваний душ часто відганяють ворогів.

Голкошкірі

До числа майже бездоганних гідродинамічних пристроїв відноситься рухливий апарат голкошкірих, який особливо розвинутий у морських зірок і їжаків, офір і більшість голонтурій. Промені морських зірок пронизані, симетрично розташовані промінними каналами, наповнені водяною рідино.. Вітки, які відходять від каналів, проникають в кожну з коротких мускульних ніжок, розташованих в нижній, ротовій стороні променів. Рідина накачується в ніжки, які при цьому сильно набухають, витягуються вперед по направляючому руху із допомогою присосок прикріплюються до ґрунту, після чого мускулатура ніжок скорочується, виштовхуючи рідину із каналів і підтягуючи зірку вперед.

Підвищення кров’яного тиску (гіпертонія) дуже небезпечна для організму, так як може виникнути руйнування системи, розрив кровоносних судин. Кров при цьому виливається в який-небудь орган, що загрожує кров’ю і навіть життю людини. Якою б причиною відомою чи невідомою була викликана гіпертонія, її обов’язково потрібно лікувати. Високий тиск травмує стінки артерії, а в місцях загоєних травм, утворює рубці, тим самим звужуючи просвіт. І в результаті тиск продовжує зростати і кров остигання тканини порушується.

Постраждала від браку крові нирка починає виробляти більше решту і робить свій внесок у зростання тиску. Сумарна дія усіх цих факторів здатна спричинити інфаркт (смерть клітин серцевого м’яза), оскільки при високому тиску…

У атеросклерозу немає якоїсь однієї причини, але він, імовірно, є науковою недугою і частіше трапляється у людей з надмірною вагою, у тих, хто веде малорухливий спосіб життя, вживає жирну їжу, зазнає стресів або ж курить.

Доведено прямий зв'язок між високим кров’яним тиском надмірним рівнем холестерину в крові; курінням та хворобами серця. Регулярні фізичні вправи, спеціальна дієта, відмова від куріння допомагають знизити вагу, зменшити навантаження на серце нормалізувати тиск в крові та вміст холестерину

Розглядаючи рух рідини по трубах різного перерізу справедливе рівняння перерваності потоку рідини:

S₁ ₁= S₂₂або

Тобто якщо рідина рухається по системі трубок різного перерізу, то швидкість її руху обернено пропорційне площі перерізу труби.

Тиск, що здійснюється рухомою рідиною обернено пропорційний швидкості її руху. Ця залежність є наслідком рівняння Бернуллі, яке математично записується так:

= const,