I. Гидродинамика – раздел гидромеханики, изучающий движение несжимаемых жидкостей.
Гемодинамика – раздел биомеханики, в котором исследуется движение крови по сосудистой системе. Физической основой гемодинамики является гидродинамика. Течение крови зависит как от свойств крови, так и от свойств кровеносных сосудов.
II. Выделим в стационарно текущей идеальной жидкости трубку тока, ограниченную сечениями S1 и S2 , по которой слева направо течет жидкость.
Рисунок 2.2 – Движение жидкости по трубке тока переменного сечения
за малый промежуток времени 
.
Пусть в месте сечения S1 скорость течения v1 , давление p1 и высота, на которой это сечение расположено, h1 . Аналогично, в месте сечения S2 скорость течения v2 , давление p2 и высота сечения h2 . За малый промежуток времени 
жидкость перемещается от сечений S1 и S2 к сечениям 
и 
.
Если совершить некоторую работу А над жидкостью, это вызовет изменение потенциальной и кинетической энергии жидкости: 
(1).
Результирующая работа, затраченная на перемещение жидкости равна: 
. Так как 
, то 
и получим 
(2).
Изменение потенциальной энергии жидкости равно: 
. Так как 
, то 
(3).
Изменение кинетической энергии жидкости равно: 
(4).
Подставляя (2), (3) и (4) в (1), получим:
.
Разделив на объем V и перегруппировав члены уравнения, получим
Итак, мы доказали, что
. (2.3)
Это выражение называется уравнением Бернулли.
Величина 
в этом уравнении есть статическое давление – оно не связано с движением жидкости и может быть измерено, например, манометром, перемещающимся вместе с жидкостью; величина 
- динамическое давление – давление, вызванное движением жидкости и проявляется при ее торможении; величина 
– гидростатическое давление (весовое), в состоянии невесомости оно отсутствует, а при перегрузках - увеличивается.
|
|
III. Сердце млекопитающих состоит из 2 не соединяющихся половин. Каждая половина также состоит из 2 половин: предсердия и желудочка, соединенных между собой клапанами. Левая и правая половины сердца сообщаются между собой через кровеносные сосуды.
Сердце сокращается как единое целое. Фаза сокращение – систола – длится 0,3 с. Левый желудочек, сокращаясь, создает избыточное над атмосферным артериальное давление (120 мм.рт.ст.) и выбрасывает артериальную кровь в аорту. От нее кровь через капилляры попадает во все органы. Возвращение венозной крови происходит в период расслабления – диастолы (0,7 с) в правое предсердие. Это большой круг кровообращения.
Одновременно правый желудочек, сокращаясь, выбрасывает венозную кровь в легочную артерию, создавая давление 24 мм.рт.ст. Это малый круг кровообращения.
Фаза расслабления сердца приводит к уменьшению избыточного давления в венах и предсердиях до 0. Большой круг кровообращения работает за счет разности давлений 120 мм.рт.ст., малый – 24 мм.рт.ст.
Работа, совершаемая малым кругом, равна 
от работы большого круга.
Работа сердца определяется разностью энергетических состояний крови на входе и выходе системы:
1) разностью статистических давлений 
, так как в системе сообщающихся сосудов в соответствии с законом неразрывности струи массы крови, перекачиваемой на выходе и входе сердца, равны;
2) разностью гидростатических давлений 
, так как вход крови в предсердие и выход из желудочков находятся на одном уровне;
|
|
3) разностью энергий, создаваемой разностью динамических давлений, которая и выполняет работу А1 – на преодоление давления и перенос массы и А2 – на сообщение крови кинетической энергии.
Обозначим 
- объем крови, выбрасываемой желудочком сердца за одну систолу (у человека примерно 60 см3 ).
Сердце проталкивает этот объем по аорте сечением S на расстояние l при давлении р. Работа по переносу равна:
.
Для сообщения кинетической энергии этому объему затрачивается работа
.
Работа правого желудочка составляет 0,2 от работы левого и полная работа сердца
. (2.24)
Подставим реальные значения всех параметров: р=120 мм.рт.ст.=16000Па, 
, v=0,5 м/с, ρ = 
кг/м3 и получим Аполн= 1 Дж.
При длительности одного сокращения сердца (систола+диастола) 1 с его работа за сутки А=84400 Дж. При активной мышечной деятельности работа сердца может возрастать в несколько раз.
Продолжительность систолы 0,3 с. Рассчитаем среднюю мощность сердца 
. Такую мощность потребляет лампочка от карманного фонарика. Таким образом, в процессе эволюции создан самый экономичный биологический жидкостный насос.