Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

Hasonló dokumentumok
Hidrosztatika, Hidrodinamika

Hidrosztatika, Hidrodinamika

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Folyadékok és gázok mechanikája

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Folyadékok és gázok mechanikája

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

Folyadékok és gázok áramlása

Folyadékok és gázok áramlása

FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Szent István Egyetem FIZI IKA Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. évfolyam folyadékok, gázok nyomása Minta feladatsor

Folyadékáramlás. Folyadékok alaptulajdonságai

Folyadékok és gázok mechanikája. Fizika 9. osztály 2013/2014. tanév

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

MMK Auditori vizsga felkészítő előadás Hő és Áramlástan 1.

Dinamika. p = mυ = F t vagy. = t

Nyújtás. Ismétlés. Hooke-törvény. Harántösszehúzódás: nyújtásnál/összenyomásnál a térfogat növekszik/csökken

Kinematika. speciális pályák: egyenes, szakasz, kör, ellipszis, parabola, spirál, Egyenes vonalú mozgások: egyenletes: s=vt, v=áll. tösszes.

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

Reológia Mérési technikák

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

Vérkeringés. A szív munkája

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

Szakmai fizika Gázos feladatok

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Áramlástan feladatgyűjtemény. 3. gyakorlat Hidrosztatika, kontinuitás

Transzportjelenségek

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

Newton törvények, erők

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Áramlástan feladatgyűjtemény. 6. gyakorlat Bernoulli-egyenlet instacionárius esetben

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

Agrár-környezetvédelmi Modul Vízgazdálkodási ismeretek. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Az úszás biomechanikája

MUNKAANYAG. Szabó László. Hogyan kell U csöves manométerrel nyomást mérni? A követelménymodul megnevezése: Fluidumszállítás

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

Feladatlap X. osztály

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

U = 24 V I = 4,8 A. Mind a két mellékágban az ellenállás külön-külön 6 Ω, ezért az áramerősség mindkét mellékágban egyenlő, azaz :...

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

A nagyobb tömegű Peti 1,5 m-re ült a forgástengelytől. Összesen: 9p

IMI INTERNATIONAL KFT

PONTSZÁM:S50p / p = 0. Név:. NEPTUN kód: ÜLŐHELY sorszám

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

FELÜLETI FESZÜLTSÉG. Jelenség: A folyadék szabad felszíne másképp viselkedik, mint a folyadék belseje.

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

FOLYADÉK BELSŐ SÚRLÓDÁSÁNAK MÉRÉSE

Célok : Vízrendezés: védelmet nyújtani embernek, víznek, környezetnek Hasznosítás: víz adta lehetőségek kiaknázása

mérlegegyenlet. ϕ - valamely SKALÁR additív (extenzív) mennyiség térfogati

Felületi feszültség: cseppfolyós-gáz határfelületen a vonzerő kiegyensúlyozatlan: rugalmas hártyaként viselkedik.

Hidraulika. 5. előadás

Milyen erőtörvénnyel vehető figyelembe a folyadék belsejében a súrlódás?

Newton törvények, lendület, sűrűség

Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória

Ábragyűjtemény levelező hallgatók számára

Vérkeringés. A szív munkája

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

III. RÉSZ HIDRAULIKAI SZÁMÍTÁSOK

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

DÖNTŐ április évfolyam

A következő keresztrejtvény minden helyes megoldása 1-1 pontot ér. A megfejtés + 1 pont. Így összesen 15 pontot szerezhetsz a megfejtésért.

Propeller és axiális keverő működési elve

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

37. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny II. forduló március óra A verseny hivatalos támogatói

TABLETTÁK ÉS KAPSZULÁK SZÉTESÉSE

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

3. Mérőeszközök és segédberendezések

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

D. Arkhimédész törvénye nyugvó folyadékokra és gázokra is érvényes.

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Figyelem! Csak belső és saját használatra! Terjesztése és másolása TILOS!

Átírás:

Kollár Veronika A biofizika fizikai alajai 013. 10. 14.

Folyadékok alatulajdonságai folyadék: anyag, amely folyni kées térfogat állandó, alakjuk változó, a tartóedénytől függ a térfogat-változtató erőkkel szemben ellenállást fejtenek ki összenyomhatatlanok sűrűség m V kg 3 m nyomás F A N m Pa

Folyadékok fizikája Nyugvó folyadékok HIDROSZTATIKA Áramló folyadékok HIDRODINAMIKA Ideális folyadékok áramlása Viszkózus/ reális folyadékok áramlása Lamináris (réteges) áramlás Turbulens (örvényes) áramlás

HIDROSZTATIKA

Hidrosztatikus nyomóerő, nyomás Hidrosztatikai nyomás: folyadék súlyából származó nyomás A Föld felszínén nyugvó folyadékokban a nyomás a folyadékok súlya miatt a magassággal arányosan változik. Kísérlet: Egy gumihártyával fedett végű/oldalú üvegcsövet vízzel teli tartályba helyezünk, majd megtöltjük vízzel. A folyadék egy adott mélységében minden irányból azonos erővel nyomja a gumihártyát. F = G = mg h F mg V g hag hg A A A A

Hidrosztatikus nyomóerő, nyomás h f hg A hidrosztatikus nyomás értéke független az edény alakjától, a folyadékoszlo magasságával (h) és sűrűségével (ρ f ) egyenesen arányos. Iránya: fentről lefelé, lentről felfelé és oldalra Különböző alakú, azonos magasságú edényben lévő folyadékoszlook hidrosztatikai nyomása lehet azonos, ha a súlyuk különbözik is.

Közlekedőedények A folyadék nyomása nem függ az edény alakjától, ezért az egymással összeköttetésben álló edényekben a folyadék szintje azonos. A két szár alakjától függetlenül azonos a két folyadékoszlo magassága ha sűrűségük azonos. Nyomásmérés: Δ = k1 k = (h h 1 ) ρg = hρg

Kísérlet: Egy U alakú cső két szárába töltsünk két, egymással nem elegyedő, különböző sűrűségű folyadékot. 1 h gh g 1 1 h h 1 1 Egymással nem keveredő folyadékoknak a közös érintkezési szinttől mért távolságai a folyadékok sűrűségével fordítva arányosak.

Pascal törvénye: A nyomás terjedése folyadékokban F A F 1 A 1 F 1 F F1<<F d 1 d Pascal törvénye: Zárt folyadékokra ható nyomás minden irányban gyengítetlenül terjed tovább.

Arkhimédesz törvénye Egy A alaú h magasságú tárgy folyadékba merül F A h ga 1 1 1 F A h ga F F F g h h A net 1 1 F gv felhajtó folyadék bemerülő V bemerülő Úszás, lebegés Süllyedés G=F fel G>F fel Minden folyadékba merülő testre felhajtóerő hat, amely az általa kiszorított folyadék súlyával egyenlő. Emelkedés G<F fel

Felületi feszültség F e A folyadékok határfelülete a lehető legkisebbre húzódik össze. A folyadék belsejében az egy molekulára ható erők eredője nulla. Felszíni molekulákra ható F e a folyadék belseje felé mutat. biofiz.sote.hu/run/dl.h?id=108

A felületnövekedéshez munkát kell végezni: ΔW=α ΔA W A N/m v. J/m Egységnyi felületnövekedéshez szükséges munkavégzés. A felszín egy rugalmas hártyaként viselkedik (behorad a rovar lába alatt). Egy másik következmény az, hogy a viziók tud futni a víz felszínén, és, hogy könnyebb tárgyak, l. egy kisebb énzérme, sem merülnek el a vízben, ha az ember óvatosan fekteti rá őket a víz felszínére. A vízre helyezett tárgy kissé benyomja a víz felszínét, megnövelve ezáltal a felületet. A folyadék ellenállást fejt ki a felület növelésével szemben és ez az erő elegendő könnyebb tárgyak megtartásához.

Feladatok 1. Labda 10%-a belemerül a vízbe. Mekkora a labda sugara, ha a tömege 55 g?. Víz felületi feszültségének meghatározása céljából 1 mm átmérőjű csövön 1 cm 3 vizet cseegtetünk ki, miközben 40 cseet számlálunk. Mekkora az adott hőmérsékleten a víz felületi feszültsége? 3. Egy 1 forintos átmérője r = 4 mm, vastagsága b = 1 mm, sűrűsége ρ = 700 kg/m 3. A víz felszínére téve azt h = 1 mm mélyre nyomja be. Határozzuk meg a víz felületi feszültségét! (α [N/m]) (ρ víz = 1000 kg/ m 3 )

HIDRODINAMIKA Viszkózus/ reális folyadékok áramlása Lamináris (réteges) áramlás Turbulens (örvényes) áramlás

lamináris Ideális folyadékok áramlása nem viszkózus összenyomhatatlan örvénymentes Áramlás: Folyadékok egyirányú mozgása. feltétele: nyomáskülönbség (Δ) Az áramlás erőssége az áramlási cső keresztmetszetén áthaladó folyadék térfogatának és az áramlás idejének a hányadosa. Térfogati áramerősség Az aortában ez 6 liter/erc - erctérfogat I V 3 V m t s l min

Folytonosság törvénye A folyadékok összenyomhatatlanok, így az áramlás erőssége minden időben és helyen állandó. A v Ad V dvt A 1 v 1 V Avt IV Avconst. t t d 1 d anyagmegmaradás A cső keresztmetszetével (A) fordított arányban változik az áramlás sebessége (v).

Bernoulli törvénye Ferde csőben van hidrosztatikai nyomás is W K Munka (a rendszeren): Gravitációs erő munkája W mg h h g 1 Munka (a rendszer által): Az előrehaladáshoz szükséges erő munkája Fx Ax V W V V 1 Munkatétel: a mozgási energia megváltozása egyenlő a rendszeren végzett munkával mv 1 mv K

g 1 1 W mg h h V g h h W V V 1 mv 1 mv K V v V v1 W W K g V v1 V v V 1V V ghh1 v1 v 1 g h1 g h const. statikus dinamikus hidrosztatikus Bernoulli egyenlet

Egy vízzel teli üveghenger falát egy ontban kilyukasztjuk. A kiáramló víz sebessége meghatározható a Bernoulli egyenlet segítségével. Torricelli törvénye v g h. 1 1 1 const h g v h g v

Feladatok 4. Áramlási csőben másodercenként 3 cm 3 víz halad át. Mennyi a víz sebessége ott, ahol a cső átmérője 0,5 cm ill. 0,8 cm? (Folytonosság törvénye) 5. Víz áramlik egy zárt csőrendszerben. Egy adott ontban az áramlási sebesség 3 m/s, egy másik, 1 m-rel magasabban levő ontban edig 4 m/s. Mennyi a nyomás ebben a ontban, ha az alacsonyabban fekvő helyen 0 kpa? 6. Mennyi lenne a nyomás a felső helyen, ha megállítva az áramlást az alsó ontban a nyomásértéke 18 kpa lenne?

Súrlódásos áramlás Állandó keresztmetszetű csőben áramló folyadék nyomása, az áramlás irányában a közétengelytől mért távolsággal csökken. Lamináris áramlás (Réteges) Az áramlás sebessége (v) kicsi Nincs keveredés Sima felszín Turbulens áramlás (Örvénylő) Az áramlás sebessége (v) a viszkozitáshoz kéest arányosan nagy Örvényes Durva felszín Reynolds szám v d R 1160 R R 1160 Lamináris turbulens

Viszkózus folyadékok áramlása Newton féle súrlódási (viszkozitási) törvény v F A h Viszkozitás (belső súrlódási együttható): Jele: η (éta) Mértékegysége Pa s A viszkozitás függ: Anyagi minőség Koncentráció Hőmérséklet (hőmérséklet növekedésével csökken) Nyomás

Stokes törvénye 1851-ben, George Gabriel Stokes kimondta, hogy Egy viszkózus folyadékban v sebességgel mozgó, r sugarú, gömb alakú tárgyra ható súrlódási erőt hogyan lehet meghatározni (kis Reynolds szám, folytonos viszkózus folyadékáramlásban) Fd 6 Rv F d súrlódási erő μ dinamikus viszkozitás (N s/m ), R a gömb sugara (m), és v sebesség(m/s).

Hagen-Poiseuille törvénye I turbulens lamináris 1 l 1 ) ( r A F Nyomáskülönbségből származó erő r l h v 1 Sebesség rofil v h v A F Áramerősség: I=A*v 1 4 8 l r I 4 ~ 1 ~ 1 ~ ~ I r I I l I

Aneurizma: az ördögi kör A A 1 v 1 v A 1 v 1 1 1 A v v A 1 1 1 Kontinuitási egyenlet Bernoulli törvény

Házi Feladat 1. Egy 1 mm belső átmérőjű 10 cm hosszúságú injekciós tűn keresztül 10-3 Pas viszkozitású oldatból 0 cm 3 -t akarunk befecskendezni 4 erc alatt, 1600 Pa vénás nyomással szemben. Hány Pa nyomás alkalmazása szükséges?. Legfeljebb mekkora térfogatú cseeket kéezhet a víz egy mm átmérőjű kailláris cső alján? (A víz sűrűsége 1000 kg/m 3, a felületi feszültsége 0,073 N/m.)

Megoldás 1. d=mm=0,00m ρ=1000 kg/m 3 α=0,073 N/m α x r x π = ρ x V x g V= α x r x π /( ρ x g) V=0,073 N/m x 0,00m x π / ( 1000kg/m 3 x 9,81 m/s ) = 4,68 x 10-8 m 3. r=0,0005 m l=0,1m η=10-3 Pas V=0cm 3 = x 10-5 m 3 1= 1600 Pa =? Q=V/t= π x Δ x r4 / ( 8 x η x l) = x10-5 m 3 /40s= π x Δ x 6,5 x 10-14 m 4 /(8 x 10-3 Pas x 0,1m) Δ=339,5 Pa 1600+339,5 => 1935,5 Pa nyomás szükséges