Решить задачи по физике, оформив её правильно 1. Как повышается потенциальная энергия крови, выбрасываемой из левого желудочка сердца испытуемого при сокращении, если давление…
Решить задачи по физике, оформив её правильно 1. Как повышается потенциальная энергия крови, выбрасываемой из левого желудочка сердца испытуемого при сокращении, если давление повышается на 120 мм рт. ст., а ударный объём крови составляет 75 мл? Какую кинетическую энергию приобретает ударный объём крови на входе в аорту испытуемого, если скорость крови 0,45 м/с? Плотность крови 1050 кг/м3. Во сколько раз потенциальная энергия крови, выбрасываемой из левого желудочка сердца при сокращении, больше её кинетической энергии? Основной вклад в работу сердца вносит сокращение левого желудочка. Какая работа совершается сердцем за одно сокращение? Если длительность одного сокращения сердца испытуемого равна 1 с, то какова средняя мошность сердца (и во время систолы, и во время диастолы)? Какова мощность сердца во время систолы, если длительность систолы 0,35 с?
Давайте последовательно решим все поставленные задачи и оформим расчеты.
1. Повышение потенциальной энергии крови
Для начала определим изменение давления в единицах СИ. Давление в 120 мм рт. ст. можно преобразовать:
\[ 120 \, \text{мм рт. ст.} = 120 \times 133.322 \, \text{Па} = 15999.84 \, \text{Па} \quad (\text{где } 1 \, \text{мм рт. ст.} \approx 133.322 \, \text{Па}) \]
Теперь рассчитаем потенциальную энергию (\(E_p\)):
\[ E_p = P \cdot V \]
Где:
- \(P\) — давление (в паскалях),
- \(V\) — объем (в кубических метрах). Объем 75 мл перед converting в кубические метры:
\[ V = 75 \, \text{мл} = 0.075 \, \text{л} = 0.000075 \, \text{м}^3 \]
Теперь подставляем значения:
\[ E_p = 15999.84 \, \text{Па} \cdot 0.000075 \, \text{м}^3 = 1.199988 \, \text{Дж} \approx 1.2 \, \text{Дж} \]
2. Кинетическая энергия крови
Формула для кинетической энергии (\(E_k\)) выглядит следующим образом:
\[ E_k = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2 \]
Для этого необходимо найти массу (\(m\)) крови. Масса объема крови определяется как:
\[ m = \rho \cdot V \]
Где:
- \(\rho = 1050 \, \text{кг/м}^3\) — плотность крови,
- \(V = 0.000075 \, \text{м}^3\).
Подставляем:
\[ m = 1050 \, \text{кг/м}^3 \cdot 0.000075 \, \text{м}^3 = 0.07875 \, \text{кг} \]
Теперь подставляем массу в формулу для кинетической энергии, используя скорость (\(v = 0.45 \, \text{м/с}\)):
\[ E_k = \frac{1}{2} \cdot 0.07875 \, \text{кг} \cdot (0.45 \, \text{м/с})^2 \]
Итак,
\[ E_k = \frac{1}{2} \cdot 0.07875 \cdot 0.2025 \approx 0.007982 \, \text{Дж} \approx 0.008 \, \text{Дж} \]
3. Соотношение потенциальной и кинетической энергии
Теперь определим, во сколько раз потенциальная энергия больше кинетической:
\[ \frac{E_p}{E_k} = \frac{1.2 \, \text{Дж}}{0.008 \, \text{Дж}} = 150 \]
4. Работа, совершаемая сердцем за одно сокращение
Работа, совершаемая сердцем, равна изменению потенциальной энергии, соответствующей объему выбрасываемой крови:
\[ A = E_p = 1.2 \, \text{Дж} \]
5. Средняя мощность сердца
Длительность сокращения равна 1 с. Средняя мощность (\(P_{avg}\)) можно рассчитать как работа, деленная на время:
\[ P_{avg} = \frac{A}{t} = \frac{1.2 \, \text{Дж}}{1 \, \text{с}} = 1.2 \, \text{Вт} \]
6. Мощность сердца во время систолы
Длительность систолы равна 0.35 с, значит, мощность во время систолы:
\[ P_{systole} = \frac{A}{t_{systole}} = \frac{1.2 \, \text{Дж}}{0.35 \, \text{с}} \approx 3.43 \, \text{Вт} \]
Итоговые результаты:
- Потенциальная энергия: \(1.2 \, \text{Дж}\)
- Кинетическая энергия: \(0.008 \, \text{Дж}\)
- Потенциальная энергия больше кинетической в \(150\) раз.
- Работа сердца за одно сокращение: \(1.2 \, \text{Дж}\)
- Средняя мощность: \(1.2 \, \text{Вт}\)
- Мощность во время систолы: \(3.43 \, \text{Вт}\)
Если есть дополнительные вопросы, не стесняйтесь задавать!
