Przepływ laminarny (warstwowy) jest pojęciem stosowanym do określenia przypadku, gdy strumień stanowi zespół warstw przemieszczających się jedna względem drugiej bez ich mieszania, a prędkość w każdym punkcie jest jednoznacznie określona. Przy małych prędkościach przepływ cieczy przez gładką rurę jest laminarny, a ze względu na lepkość największa prędkość przepływu jest w środku - wzdłuż osi przekroju podłużnego rury.
Przepływ turbulentny (wirowy) jest określeniem ruchu warstw cieczy, podczas którego prędkość maksymalna przepływu cieczy przekroczy pewną charakterystyczną dla danego płynu wartość "krytyczną". Następuje wtedy mieszanie cieczy, w efekcie czego powstają wiry - stąd też określenie przepływu turbulentnego, który ze swej natury jest zmienny w czasie. Prędkość przestaje wtedy być wtedy prostą funkcją współrzędnych położenia.
Prawo Bernoullego:
Prawo dotyczące przepływu cieczy doskonałej przez przewód o zmiennym przekroju. Wiąże ono ciśnienia p i prędkości v przepływu płynu przez poszczególne przekroje poprzeczne strugi z wysokościami względem obranego poziomu odniesienia h. Brzmi następująco:
Suma energii kinetycznej, potencjalnej i ciśnienia jednostki masy ustalonego przepływu cieczy doskonałej jest wielkością stałą.
Prawo Poiseuille'a:
Prawo opisujące natężenie Q przepływu laminarnego cieczy o współczynniku lepkości dynamicznej ρ przez kapilarę o długości l i promieniu r, pod wpływem różnicy ciśnień ΔP. Prawo Poiseuille'a wyrażone jest wzorem:
Prawo Pascala:
Ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz lub gaz znajdujące się w naczyniu zamkniętym rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.
Prawo Archimedesa:
Na każde ciało zanurzone w płynie (cieczy lub gazie) działa siła wyporu (Fw) skierowana ku górze równa ciężarowi wypartego płynu.
Fw = ρ⋅g⋅V
V - objętość zanurzonej części ciała
ρ - gęstość płynu
Ciśnienie:
Ciśnieniem nazywamy stosunek siły parcia (F) wywieranej przez ciecz (lub gaz) na ścianki naczynia do powierzchni tej ścianki (S):
ciśnienie na głębokości h pod powierzchnią cieczy:
p = p0+ρ⋅g⋅h
Ciśnienie hydrostatyczne - ciśnienie, jakie wywiera na otaczające ciała ciecz niebędąca w ruchu. Rozprzestrzenianie się ciśnienia hydrostatycznego w płynie opisuje prawo Pascala, oraz wpływ sił masowych w tym grawitacji.
Ciśnienie hydrodynamiczne - ciśnienie spowodowane kinetyczną energią cieczy.
Na powierzchnię ciał zanurzonych w płynach (cieczach, gazach) działa ze strony płynu siła nacisku zwana tutaj parciem. Parcie (podobnie jak inne formy siły nacisku) jest skierowane prostopadle do powierzchni. Jednostką jest Newton.
F = p * S
Wskaźniki:
Wskaźnik masy ciała BMI (Body Mass Index):
BMI = masa ciała w [kg] / (wysokość ciała w [m])2
Wskaźnik pas - biodro WHR (Waist to Hip Ratio)
WHR = obwód w pasie w [c] / obwód bioder w [cm]
Powierzchnia ciała BSA (Body Surface Area) w oparciu o wzór de'Boisa
BSA = 0,007184*Ht0,725*M0,425
MBP = DBP+PP/3
SV = 101+0,5*SBP-1,09*DBP-0,61
CO = SV*HR
CI = CO/BSA
TPR = MBP/CO
Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją (dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy, dla wklęsłej odwrotnie). Zjawisko to ma swoje źródło w siłach przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Występuje ono zawsze na granicy faz termodynamicznych, dlatego zwane jest też napięciem międzyfazowym. Napięcie powierzchniowe cieczy można zmierzyć bezpośrednio na podstawie kształtu kropli tuż przed jej oderwaniem się od końcówki dozującej. Można je traktować jako siłę, która stara się utrzymać razem cząsteczki cieczy.
Prawo Stokesa:
F = 6 π R η v gdzie:
F - siła oporu płynu (najczęściej w niutonach N)
R - promień kulki (najczęściej w metrach m)
η - lepkość płynu - grecka litera "eta" (wielkość do znalezienia w tablicach - zazwyczaj w kg/ms)
v - prędkość kulki (najczęściej w m/s)
Lepkość (tarcie wewnętrzne, wiskoza) jest to pojawienie się siły tarcia pomiędzy warstwami cieczy lub gazu, poruszającymi się równolegle względem siebie z różnymi co do wartości prędkościami. Warstwa poruszająca się szybciej działa przyspieszająco na warstwę poruszającą się wolniej i odwrotnie. Pojawiające się wtedy siły tarcia wewnętrznego skierowane są stycznie do powierzchni styku tych warstw.
Istnieją dwie miary lepkości:
Lepkość dynamiczna wyrażająca stosunek naprężeń ścinających do szybkości ścinania:
Jednostką lepkości dynamicznej w układzie SI jest: kilogram•metr-1•sekunda-1
Lepkość kinematyczna czasami nazywana też kinetyczną jest stosunkiem lepkości
dynamicznej do gęstości płynu:
Jednostką lepkości kinematycznej w układzie SI jest: metr2•sekunda-1. Jej nazwa pochodzi od tego, że jest wyrażona jedynie przez wielkości właściwe kinematyce.
Dziedziną nauki zajmującą się badaniami nad lepkością jest reologia. Pomiary lepkości prowadzi się na wiskozymetrach i reowiskozymetrach.
Współczynnik lepkości:
współczynnik η jest równy wartości siły stycznej, która przyłożona do jednostki powierzchni spowoduje jednostajny, laminarny przepływ z jednostkową prędkością. Jednostka to [N·s/m2]
Metody pomiaru lepkości:
Metoda Englera - polega na określeniu lepkości danego roztworu polimeru jako stosunek czasu przepływu 200cm3 destylowanej wody i roztworu tego polimeru. t0 czas wypływu 200cm3 destylowanej wody. Mierzymy w stopniach Englera.
Metoda Hüpplera - polega na określaniu czasu opadania szklanej kulki w kapilarze.
Hematokryt (liczba hematokrytowa) jest to stosunek ilościowy między komórkami a osoczem krwi. Wyrażany zwykle w procentach lub w tzw. frakcji objętości.
Prawo ciągłości strumienia cieczy - mówi, że przez każdy przekrój naczynia w tym samym czasie przepływa taka sama objętość cieczy, czyli przepływ jest stały i niezależny od przekroju naczynia. Założenia:
przepływ cieczy odbywa się w taki sposób, że wpływa tylko przez jeden koniec naczynia, a wypływa drugim.
wewnątrz naczynia nie ma dodatkowych źródeł cieczy ani odpływów.
Liczba Reynoldsa - jedna z liczb podobieństwa stosowanych w reologii. Przy jej pomocy można oszacować stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Liczba Reynoldsa jest kryterium do wyznaczania charakterystyki przepływu wszelkich płynów nieściśliwych.
Re<2300 - przepływ laminarny (uporządkowany)
2300<Re<4000 - przepływ przejściowy (częściowo burzliwy)
Re>4000 - przepływ turbulentny (burzliwy)
Specyfika lepkości krwi:
Lepkość krwi zależy w dużej mierze od zawartości składników morfotycznych, natomiast osocza i surowicy od zawartości białek. Lepkość krwi zwiększa się z obniżeniem temperatury. Lepkość krwi w przewodach o średnicy większej od 0,3mm nie zależy od powierzchni przekroju naczynia. Natomiast dla średnic mniejszych zmniejsza się w miarę, jak zmniejsza się przekrój. To `anomalne' zachowanie lepkości tłumaczy się tym, że w przewodach cienkich nabiera większego znaczenia niejednorodność krwi i związana z tym nieciągła struktura cieczy (zawiesina krwinek). Prawo Poiseuilla`a, na którym opierają się metody pomiaru lepkości, w tych warunkach przestaje być aktualne. Nie bez znaczenia jest akumulacja osiowa krwinek. Zjawisko akumulacji polega na tym, że krwinki gromadzą się raczej bliżej osi naczynia unikając niejako jego ścian.
Głośność - subiektywna miara natężenia dźwięku wyrażana w fonach zależna liniowo od poziomu wrażeń psychoakustycznych towarzyszących słyszeniu dźwięku. O jej wielkości decyduje nie tylko samo natężenie dźwięku, ale też jego częstotliwość czy czas trwania.
Natężenie dźwięku jest to uśredniona energia fali akustycznej padającej prostopadle na jednostkową powierzchnię. ednostką natężenia dźwięku w układzie SI jest W/m2.Dolnej granicy słyszalności tonu o częstotliwości 1000 Hz odpowiada u większości ludzi natężenie ok. 10-12 W/m2, zaś górnej - ok. 102 W/m2, i te dwie wartości przyjęto uznać jako granice słyszalności; powyżej 102 W/m2 człowiek odczuwa ból, a nie dźwięk.
Poziom natężenia dźwięku:
L = 10log I/I0
Zasada zachowania pędu:
Jeżeli na jakiś układ ciał nie działają siły (oddziaływania) zewnętrzne, wtedy układ ten ma stały pęd.
Czyli: jeżeli F = 0, to p = const
Ruch harmoniczny to taki ruch, w którym wychylenie jest sinusoidalną funkcją czasu. Siła działająca na obiekt jest wprost proporcjonalna do wychylenia z położenia równowagi i zwrócona w stronę położenia równowagi.
Cechy ruchu harmonicznego:
Ruch harmoniczny jest ruchem okresowym,
Wartość i zwrot wektora prędkości ulega zmianie,
Ciało zbliża się ruchem przyspieszonym do położenia równowagi, a oddala się od niego ruchem opóźnionym,
Prędkość ciała jest równa 0 w położeniu maksymalnego wychylenia, maksymalna zaś- przy przechodzeniu przez położenie równowagi.
Rezonans - zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań.
Subiektywne cechy dźwięku:
wysokość - zależy od częstotliwości drgań źródła ( dźwięki o wyższej częstotliwości słyszalne są jako wyższe )
barwa ( brzmienie ) - cecha charakterystyczna danego źródła dźwięku, pozwalająca określić, co wydaje dźwięk. Zależy ona od złożoności widma akustycznego.
głośność ( siła brzmienia ) - wrażenie słuchowe uzależnione również od częstotliwości dźwięku ( głośność jest wyrażana w fonach )
Obiektywne wielkości charakteryzujące dźwięk:
prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej - zależy od właściwości fizycznych ośrodka. W powietrzu w warunkach normalnych dźwięk rozchodzi się z prędkością 330 m/s. W próżni dźwięk się nie rozchodzi - brak ośrodka
długość fali dźwiękowej - w powietrzu długość fali dźwiękowej wynosi od 1,7 cm do 21 m
ciśnienie akustyczne
częstotliwość - liczba okresów drgań przypadająca na 1 s - im wyższa jest częstotliwość tym dźwięk jest wyższy
natężenie - stosunek energii przechodzącej w jednostce czasu, czyli mocy akustycznej do pola powierzchni ustawionej prostopadle do kierunku rozchodzenia się dźwięku
rezonans
Izofony (in. krzywe izofoniczne) to krzywe na wykresie natężenia dźwięku łączące punkty o jednakowym poziomie głośności charakteryzujące właściwości słuchu ludzkiego. Najniżej położona krzywa (izofona 0 fonów) stanowi próg słyszenia - dolną granicę słyszalności - czyli określa najmniejszą wartość ciśnienia tonu o danej częstotliwości wywołującego wrażenie słuchowe. Krzywa położona najwyżej (około 130 fonów) odpowiada granicy bólu, co oznacza, że tony o określonych przez nią poziomach powodują ból, a nawet mogą uszkodzić organ słuchu.
Efekt Dopplera: polega na zmianie częstotliwości dźwięku odbieranego w stosunku do f dźwięku nadawanego. Zachodzi w przypadku ruchu źródła lub ruchu obserwatora względem ośrodka rozchodzenia się fali.
Prawo Webera-Fechnera - zasada mówiąca o relacji pomiędzy fizyczną miarą bodźca a reakcją układu biologicznego. Dotyczy ono reakcji na bodźce takich zmysłów jak wzrok, słuch czy poczucie ciepła. Jest to zasada fenomenologiczna będąca wynikiem wielu obserwacji praktycznych i znajdująca wiele zastosowań technicznych.
Wartość reakcji układu biologicznego jest proporcjonalna do logarytmu bodźca.
Próg słyszalności (próg absolutny, próg detekcji sygnału) - najmniejszy poziom ciśnienia akustycznego dźwięku, który wywołuje zaledwie spostrzegane wrażenie słuchowe wobec braku innych dźwięków. Najniższa wartość ciśnienia akustycznego (przy częstotliwości 1000 Hz) wykrywanego przez ucho ludzkie wynosi średnio 20 µPa. W skali decybelowej jest to 0dB - 120dB. Jeśli chodzi o częstotliwość - ucho ludzkie odbiera sygnały dźwiękowe o częstotliwościach z zakresu 20Hz - 20000Hz (20kHz).