C. Keringési rendszer és folyadékdinamika
C. Keringési rendszer és
folyadékdinamika
(7, 8, 9, 10, 25, 26, 34, 35)
7. Modellkísérlet neve: Pulzushullám-terjedés szimulációja vízzel töltött csőben
🎯 Kísérlet
Modellezni a pulzushullám terjedését egy rugalmas csőben, és becsülni a hullámsebességet a nyomásimpulzus alapján.
🛠️ Eszközök
- Szilikon vagy gumicső (30–50 cm hosszú)
- Víz (a cső feltöltéséhez)
- 2 db mérőpont (pl. szalaggal jelölt helyek a csövön, 10–20 cm távolságra)
- Okostelefon kamerája (slow-motion videóval, min. 120 fps)
- Mérőszalag vagy vonalzó
- Papír és toll az adatokhoz
📋 Kísérlet menete
Töltsd
fel a csövet vízzel, zárd le mindkét végét légmentesen.
Fektesd
vízszintesen az asztalra, és jelöld ki két mérőpontot a csövön (pl. 10 cm
távolságban).
Indítsd
el a slow-motion videót úgy, hogy mindkét pont látszódjon.
Egy
gyors ujjnyomással hozz létre nyomásimpulzust a cső egyik végén.
A
videón figyeld meg, mikor érkezik meg a hullám a két mérőponthoz.
Számítsd
ki az időeltolódást (Δt\Delta
t) és a távolságot (dd).
📊 Számítás
A pulzushullám sebessége:
PWV=dΔtPWV = \frac{d}{\Delta t}
Például: ha a hullám 10 cm-t tesz meg 0,02 s alatt, akkor
PWV=0,100,02=5 m/sPWV = \frac{0{,}10}{0{,}02} = 5\,\text{m/s}
🔍
Magyarázat
Ez a kísérlet analóg módon szemlélteti, hogyan terjed a pulzushullám az
emberi artériákban. A hullámsebesség függ a cső rugalmasságától és a benne lévő
folyadék sűrűségétől — akárcsak az erek esetében.
VLC Media Player:
Nyisd meg a videót VLC-ben.
A "Lejátszás" menüben állítsd be a sebességet (pl. 0.5x).
Ez csak lejátszásra jó, nem menti el a lassított verziót.
8. Vérviszkozítás modellezése dextrán - oldattal
Kísérlet: A Poiseuille-törvény demonstrálása viszkozitásváltozással.
Eszközök
- átlátszó cső (ø 2–4 mm)
- perisztaltikus pumpa
- dextrán‐vizes oldatok (1–10 %-os)
- nyomásmérők
Kísérlet menete
- Futtass különböző viszkozitású oldatokat állandó térfogatárammal.
- Mérd a nyomáskülönbséget Δp minden oldatnál.
- Változtasd a cső sugarát és a térfogatáramot.
Következtetés
- Q vs Δp/r⁴–es görbe.
- Viskozitás becslése és Poiseuille‐összefüggés ellenőrzése.
9. Kapilláris-reaktor (capillary refill) kísérlet
Kísérlet
A bőr alatti kapilláris nyomás és vérátáramlás szemléltetése.
Eszközök
- nyomóujj-készülék (manuális vagy pneumatikus)
- kamera vagy videófelvevő
- időmérő
Kísérlet
- Nyomd össze a körmöt 5 másodpercig.
- Engedd el, és rögzítsd a színvisszaállás idejét.
- Ismételd különböző hőmérsékleteken.
Adatfeldolgozás
- Refill‐idő Δt.
- Összefüggés hőmérséklettel és keringési paraméterekkel.
10. Hidrosztatikus nyomásmodellezés babaműanyag felfújható karon
Kísérlet
Az artériás vérnyomás helyi hidrostatikus változásának demonstrálása.
Eszközök
- levehető műanyag kar, vízoszlop
- manométer
- állvány
Kísérlet menete
- Tölts vizet 50–100 cm magas oszlopba.
- Csatlakoztasd a karhoz, mérd a belső nyomást különböző magasságoknál.
- Hasonlítsd össze a vázizomzat által kifejtett vérellátási előnnyel.
Számítás
- p = ρgh.
- Kiértékelés a testhelyzet (fej vs. láb) hatására.
25. Pulzushullám terjedésének becslése mechanikus módszerrel
🎯 Kísérlet
A pulzushullám terjedési idejének becslése két pont között, egyszerű mechanikus és időmérő eszközökkel.
🛠️ Eszközök
- Mechanikus pulzusmérő (pl. ujjra helyezhető nyomásérzékelő vagy egyszerű tapintás)
- Fonendoszkóp vagy hallgatócső
- Mérőszalag (a test két pontja közti távolság mérésére)
- Időmérő (stopper vagy telefon)
📋 Kísérlet menete
- Válassz két mérési pontot: pl. a nyaki artéria (carotis) és a boka (dorsalis pedis).
- Mérd meg a két pont közti távolságot mérőszalaggal.
- Egy segítővel egyszerre figyeljétek a pulzus megjelenését mindkét ponton:
- Az egyik személy a nyaki pulzust tapintja.
- A másik a bokánál figyeli a pulzust.
- Többszöri mérés után becsüljétek meg a pulzushullám késését (ms).
- Számítsátok ki a PWV értékét:
PWV=taˊvolsaˊgido˝keˊseˊs\text{PWV} = \frac{\text{távolság}}{\text{időkésés}}
📊 Tapasztalat
- A kapott értékek összevethetők különböző testhelyzetekben (pl. fekve vs. állva).
- A pulzushullám sebessége utalhat az artériás rugalmasságra: lassabb hullám = merevebb ér.
- Segít megérteni a pulzushullám terjedésének fiziológiai alapjai
26. Hidrosztatikus nyomás demonstráció kartoncső-modellen
Kísérlet: A hydrostatisztika szemléltetése—hogyan változik a kapillárisnyomás láb és fej magasságában.
Eszközök
- 1 m hosszú vízzel töltött átlátszó cső (Ø ≈ 2 cm)
- Manométeres csatlakozás merőleges lyukkal
- Mérőszalag
Kísérlet menete
- Felfüggesztett "álló" kartoncsövet tölts fel vízzel, mindkét végén legyen manométer.
- Mérd meg a hydrostatisztikus nyomást minden 10 cm-es magasságban.
- Állítsd fejmagasságba, majd lábmagasságba a modellt, ismételd meg a mérést.
Számolás
- p = ρ·g·h ábra: nyomás vs. magasság.
- Emberi testben várható vérnyomásváltozások modellezése.
34. Pulzushullám-sebesség rövid elasztikus csőben
Rövid idő alatt, egyszerű eszközökkel demonstrálni a pulzushullám terjedési sebességét elasztikus csőben, amely analóg az érrendszer rugalmasságára.
Szükséges eszközök
- Szilikon vagy latex cső (hossz: 20–30 cm, belső átmérő: 4–6 mm)
- Mérőszalag vagy vonalzó a szenzorok közti távolsághoz (d ≈ 10 cm)
- Okostelefon 120 fps (vagy gyorsabb) videófelvétellel
- Erős, egységes háttérvilágítás (ablakon át érkező fény vagy asztali lámpa)
- Papírcsík vagy matricák a két mérési pont megjelöléséhez
Késérlet menete
- Jelöld meg a csövön két pontot: legyen a távolságuk d ≈ 10 cm.
- Tölts a csőbe tiszta vizet, zárd le mindkét végét levegőmentesen.
- Fektesd vízszintesen az asztalra, háttérvilágítás mögé.
- Állítsd be a telefont úgy, hogy mindkét jelölt pont a képmezőben legyen.
- Egy gyors nyomással (pl. ujjbeggyel) generálj impulzust a cső egyik végén, indítsd észleléssel a slow-motion videót.
Számolás
- Játssz le slow-motion videót, és keresd meg a hullámfront áthaladásának időpontját mindkét jelölt pontnál: t1t_1 és t2t_2.
- Számítsd ki az időeltolódást: Δt=t2−t1\Delta t = t_2 - t_1.
- A pulzushullám-sebesség:
PWV=dΔtPWV = \frac{d}{\Delta t}
- Egy méréssel pár perc alatt kapsz érvényes eredményt, többször ismételve átlagold az értéket.
35. Hidrosztatikus nyomás modellezése
Kísérlet
A testfüggő hidrosztatikus nyomás különbségének érzékeltetése fej és lábmagasságban.
Szükséges eszközök
- Átlátszó cső legalább 1 m hosszban
- Mérőszalag
- Cső végére csatlakozó egyszerű manométer (madzag + beosztott üvegcső)
Mérés
- Függőlegesen töltsd fel vízzel a csövet.
- Mérd a manométernél (0 cm) és 50 cm-rel feljebb a nyomást p = ρgh.
- Jegyezd táblázatba a mért és számított értékeket.
Magyarázat
- A nyomásváltozás aránya: Δp / Δh = ρg.
- Emberi testben a lábban magasabb hidrosztatikus terhelés keletkezik.