Physik fr Mediziner und Zahnmediziner Vorlesung 0010 Prof

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Physik für Mediziner und Zahnmediziner Vorlesung 0010 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

Physik für Mediziner und Zahnmediziner Vorlesung 0010 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 1

Satz von Bernoulli In einer reibungsfreien (!) Strömung einer inkompressiblen Flüssigkeit ist die Summe

Satz von Bernoulli In einer reibungsfreien (!) Strömung einer inkompressiblen Flüssigkeit ist die Summe aus Dichte der kinetischen Energie, Druck und potentieller Energiedichte konstant. Alle diese Terme umschreiben „Druck“! Der Satz von Bernoulli ist eine direkte Folge des Energieerhaltungssatzes. Zur Erinnerung (Mechanik): Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 2

Versuch: rotierender Zylinder Magnus Effekt vrot, oben Zylinder bewegt sich nach rechts v. Zylinder

Versuch: rotierender Zylinder Magnus Effekt vrot, oben Zylinder bewegt sich nach rechts v. Zylinder v. Luft vrot, oben = - vrot, unten voben = │v. Luft │ + │ vrot │ vunten = │v. Luft │ - │ vrot, unten Die Luft strömt ihn von links an. poben < punten Auftrieb! Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 3

noch einmal Bernoulli: Freistoß um die Ecke. . . aus: Physik-Journal, Juni 2006 Prof.

noch einmal Bernoulli: Freistoß um die Ecke. . . aus: Physik-Journal, Juni 2006 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 4

Flugzeugflügel Erklärung über den Bernoulli-Effekt Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für

Flugzeugflügel Erklärung über den Bernoulli-Effekt Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 5

Kontinuitätsgleichung Folge der Inkompressibilität von Flüssigkeiten: „die pro Zeit in ein Volumen hineinfließende Flüssigkeit

Kontinuitätsgleichung Folge der Inkompressibilität von Flüssigkeiten: „die pro Zeit in ein Volumen hineinfließende Flüssigkeit muss auch wieder herausfließen“ Querschnittsfläche A 2 Querschnittsfläche A 1 s 2 Gleichheit der Volumenelemente Gleichheit des Transports Ergibt umgekehrte Proportionalität zw. Flächen und Geschwindigkeiten Je kleiner der Rohrquerschnitt desto größer die (mittlere) Strömungsgeschwindigkeit Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 6

. . . das „aufgebogene“ U-Rohr-Manometer p. Luft h p ⇒ Druck p messbar

. . . das „aufgebogene“ U-Rohr-Manometer p. Luft h p ⇒ Druck p messbar über Höhe h der Flüssigkeitssäule Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 7

Bernoulli Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner

Bernoulli Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 8

Erklärung mit dem Satz von Bernoulli Wir haben: veng > vbreit Damit ergibt sich

Erklärung mit dem Satz von Bernoulli Wir haben: veng > vbreit Damit ergibt sich peng < pbreit Wegen: unterschiedliches h Also: mit der Kontinuitätsgleichung ergibt sich: an Verengungen in einer Röhre verringert sich der (statische) Druck in der Flüssigkeit Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 9

Bernoulli mit weichen Scheiben Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

Bernoulli mit weichen Scheiben Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 10

Stimmritze: Gummimembran-Modell Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner

Stimmritze: Gummimembran-Modell Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 11

Phonation 1. Luftströmung aus Trachea (Luftröhre) führt zum Öffnen der Stimmritze (Glottis) 2. erhöhte

Phonation 1. Luftströmung aus Trachea (Luftröhre) führt zum Öffnen der Stimmritze (Glottis) 2. erhöhte Strömungsgeschwindigkeit erniedrigt den Druck (Bernoulli) 3. ⇒ Schließen der Glottis Folge: periodisches Öffnen und Schließen führt zur Tonerzeugung aus: Klinke/Silbernagel: „Lehrbuch der Physiologie“ Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 12

Phonation und Artikulation • Form des Resonanzkörpers (=Rachen und Mundhöhle) bestimmt den produzierten Laut

Phonation und Artikulation • Form des Resonanzkörpers (=Rachen und Mundhöhle) bestimmt den produzierten Laut • Stimmgebung über Rückkopplung mit dem Gehör aus: Klinke/Silbernagel: „Lehrbuch der Physiologie“ Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 13

Buchhaltung: Bernoulli und Kontinuität Je kleiner der Rohrquerschnitt desto größer die (mittlere) Strömungsgeschwindigkeit Kontinuitätsgleichung

Buchhaltung: Bernoulli und Kontinuität Je kleiner der Rohrquerschnitt desto größer die (mittlere) Strömungsgeschwindigkeit Kontinuitätsgleichung Satz von Bernoulli In einer reibungsfreien (!) Strömung einer inkompressiblen Flüssigkeit ist die Summe aus Dichte der kinetischen Energie, Druck und potentieller Energie konstant. Mit Kontinuitätsgleichung ergibt sich: an Verengungen in einer Röhre verringert sich der (statische) Druck in der Flüssigkeit Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 14

Ströme: Vorgehensweise • Erarbeiten wichtiger Zusammenhänge am Beispiel der Flüssigkeitsströmung • Übertragen allgemeiner Ergebnisse

Ströme: Vorgehensweise • Erarbeiten wichtiger Zusammenhänge am Beispiel der Flüssigkeitsströmung • Übertragen allgemeiner Ergebnisse auf elektrische Ströme und Spannungen Kirchhoffsche Gesetze, Widerstandsnetzwerke Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 15

elektrische Spannung und Druckabfall Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

elektrische Spannung und Druckabfall Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 16

Druckverlust in fließenden Flüssigkeiten v=0 v p p Dp x x Widerstand ist unendlich:

Druckverlust in fließenden Flüssigkeiten v=0 v p p Dp x x Widerstand ist unendlich: kein Druckabfall und kein Stromfluß Druckabfall entlang des Widerstands sowie Stromfluß Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 17

elektrische Spannung und Druckabfall Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

elektrische Spannung und Druckabfall Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 18

reale elektrische Leiter V V φ φ U=Dφ x Prof. F. Wörgötter (nach M.

reale elektrische Leiter V V φ φ U=Dφ x Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 19 x

Das Ohm‘sche Gesetz Zumeist geschrieben als: V U=R. I „ur De i“ r ver

Das Ohm‘sche Gesetz Zumeist geschrieben als: V U=R. I „ur De i“ r ver Typ bog mit ene den n. G abe l φ n U=Dφ x WIKIPEDIA: Uri Geller erregte in den 1970 er. Jahren erstmals Aufsehen mit seinen Fernsehauftritten, in denen er angeblich durch telepathische Kräfte versteckt gemalte Zeichnungen nachmalte, stehengebliebene Uhren zum Ticken brachte und Besteck verbog. Er sagt in Interviews gelegentlich, dass er glaubt, seine Kräfte von Außerirdischen vom Planeten „Hoova“, erhalten zu haben. Ob das bei der Physikklausur auch hilft……? Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 20

Blutkreislauf: Netzwerk von „Röhren“ mit unterschiedlichen Widerständen Verzweigungen: „Knoten“ geschlossene Kreise: „Maschen“ aus: Schmitd/Thews:

Blutkreislauf: Netzwerk von „Röhren“ mit unterschiedlichen Widerständen Verzweigungen: „Knoten“ geschlossene Kreise: „Maschen“ aus: Schmitd/Thews: Physiologie des Menschen Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 21

Blutkreislauf: Parallel- und Serienschaltung von Widerständen Serienschaltung: Parallelschaltung: aus: Schmitd/Thews: Physiologie des Menschen Prof.

Blutkreislauf: Parallel- und Serienschaltung von Widerständen Serienschaltung: Parallelschaltung: aus: Schmitd/Thews: Physiologie des Menschen Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 22

Kirchhoffsche Gesetze In einem geschlossenen Stromkreis (Flüssigkeitskreislauf) bleiben einige physikalische Größen konstant: Zahl der

Kirchhoffsche Gesetze In einem geschlossenen Stromkreis (Flüssigkeitskreislauf) bleiben einige physikalische Größen konstant: Zahl der Ladungen (Zahl der Teilchen) 1. Kirchhoffsches Gesetz: In einem Knoten ist die Summe aller Ströme gleich Null (In einem Knoten ist die Summe der hinfließenden Ströme gleich der Summe der wegfließenden Ströme) Energie: Spannung (Druckdifferenz) 2. Kirchhoffsches Gesetz: In einer Masche ist die Summe der treibenden Kräfte (= Spannungen, Druckdifferenzen) gleich Null Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 23

1. Kirchhoffsches Gesetz Knotenregel In einem Knoten ist die Summe der Ströme gleich Null

1. Kirchhoffsches Gesetz Knotenregel In einem Knoten ist die Summe der Ströme gleich Null I 1 I 2 Zufließende und abfließende Ströme vorzeichenrichtig addieren! I 4 I 3 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 24

2. Kirchhoffsches Gesetz Maschenregel Für Spannungen gilt dasselbe. Einmal rum: Druckdifferenz P 1 -P

2. Kirchhoffsches Gesetz Maschenregel Für Spannungen gilt dasselbe. Einmal rum: Druckdifferenz P 1 -P 1 muß Null sein P 2 P 1 V Masche P 4 P 3 In einer Masche ist die Summe der Spannungen gleich Null A U 1 R 1 B R 2 V U 2 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 25

Flüssigkeitswiderstände R 2 R 1 R 2 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

Flüssigkeitswiderstände R 2 R 1 R 2 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 26

Leitfähigkeit und Widerstand R 1 R 2 Verschließen! Z. B. fließen jetzt 10 ml

Leitfähigkeit und Widerstand R 1 R 2 Verschließen! Z. B. fließen jetzt 10 ml pro Sekunde Nach dem Öffnen: Wieviel fließt etwa? ? ! as d Etwa elte p p o D Der Widerstand R hat abgenommen Die Leitfähigkeit g hat zugenommen! Es gilt: g = 1/R Wichtig bei Membranen! Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 27

Serienschaltung U I 2 I 1 I I. II. Equivalent zu R 1 R

Serienschaltung U I 2 I 1 I I. II. Equivalent zu R 1 R 2 U 1 U 2 I R U Knotenreg. : Maschenreg. : und Ohm‘sches Ges. : und II. I. Alle Ströme sind gleich: X X X Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 28

Parallelschaltung U 1 Wie ist der Wert von R? I 1 R 1 I

Parallelschaltung U 1 Wie ist der Wert von R? I 1 R 1 I I 2 I Equivalent zu R 2 Damit: X R U I. U 2 Ohm‘sches Ges. : I Knotenreg. : II. Maschenreg. : und I. II. X Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 29

Flüssigkeitswiderstände R 2 R 1 R 2 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

Flüssigkeitswiderstände R 2 R 1 R 2 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 30

. . . wrap up Flüssigkeitsstrom elektr. Strom allgemein Volumenstrom elektrischer Strom Druckdifferenz Dp

. . . wrap up Flüssigkeitsstrom elektr. Strom allgemein Volumenstrom elektrischer Strom Druckdifferenz Dp Spannung U treibende Kraft im Knoten 1. Kirchhoff (Teilchen) in der Masche 2. Kirchhoff (Energie) Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 31

Schaltsymbole • Widerstand R • Zuleitung (widerstandsfrei) V • Voltmeter (großer Innenwiderstand Ri; A

Schaltsymbole • Widerstand R • Zuleitung (widerstandsfrei) V • Voltmeter (großer Innenwiderstand Ri; A • Amperemeter (kleiner Innenwiderstand ideal: Ri=∞) Ri; ideal Ri=0) • Gleichspannungsquelle - + • Kondensator Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 32

Versuch: Viskosität Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner

Versuch: Viskosität Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 33

reale Flüssigkeiten: Widerstand durch innere Reibung Alltag: Flüssigkeiten besitzen unterschiedliche „Fließeigenschaften“ Ursache: Viskosität oder

reale Flüssigkeiten: Widerstand durch innere Reibung Alltag: Flüssigkeiten besitzen unterschiedliche „Fließeigenschaften“ Ursache: Viskosität oder Zähigkeit, auch: innere Reibung v 0 F A Def. : Viskosität η x Dx Dv v=0 v Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 34

laminares Strömungsprofil Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für

laminares Strömungsprofil Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 35

kreisförmiger Röhrenquerschnitt: laminares Geschwindigkeitsprofil v(r=r) = 0 v(r 2) > 0 v(r 3) >>

kreisförmiger Röhrenquerschnitt: laminares Geschwindigkeitsprofil v(r=r) = 0 v(r 2) > 0 v(r 3) >> 0 v(r=0) = max. r r Radius: r v, Geschwindigkeit • Strömungsgeschwindigkeit am Gefäßrand Null • max. Strömungsgeschwindigkeit in der Röhrenmitte Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 36

laminare Strömung: mikroskopische Vorstellung • Flüssigkeit am Gefäßrand ruht (v=0) • „Abgleiten“ der Flüssigkeitsschichten

laminare Strömung: mikroskopische Vorstellung • Flüssigkeit am Gefäßrand ruht (v=0) • „Abgleiten“ der Flüssigkeitsschichten aneinander • Reibung aufgrund der Viskosität der Flüssigkeit v(r) Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 37

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Betrachung einzelner Flüssigkeitszylinder v(r+dr) v(r) dr r L Flüssigkeitskraft: (vom Druck)

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Betrachung einzelner Flüssigkeitszylinder v(r+dr) v(r) dr r L Flüssigkeitskraft: (vom Druck) Viskosität: Wenn‘s gleichmäßig fließt: Umstellen: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 38

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Integration Die Ableitung ist eine lineare Funktion von r Also: Integrationskonstante

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Integration Die Ableitung ist eine lineare Funktion von r Also: Integrationskonstante Rand- oder Nebenbedingungen treten in der Physik oft auf. Sie geben an, wie sich ein System an bestimmten „charakteristischen“ Stellen verhält. Damit kann man dann ‚uneindeutige Gleichungen‘ endgültig bestimmen. Wenn wir hier v 0=0 setzen, bekommen wir für den Rand des Zylinders (der „Randwert“ – hier sprichwörtlich!) was unsinniges raus, nämlich: Der Rand des Zylinders: Sollte NULL sein ! Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 39

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Wir hatten: Und setzten: Damit ist: Also insgesamt: Und nun zum

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Wir hatten: Und setzten: Damit ist: Also insgesamt: Und nun zum Fluß (laminare Strömung): A Dx Achtung: „gro ß-V“ ist das Volum en Achtung: „kle in-v“ ist die Gesch w. Jedoch: v ist nicht konstant, wir haben: v(r) ! Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 40

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Von vorn Strömung eines Rings: A ARing Weil: r Dx Dr

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Von vorn Strömung eines Rings: A ARing Weil: r Dx Dr Fluß eines einzelnen Rings: Fluß gesamt: Damit: (Geschw. mal Fläche, wie vor) Summe über alle Ringe! Einsetzen von v(r): Dann in Integralform (und Rausziehen aller Konstanten): Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 41

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Stammfunktionen: Und endlich: Bemerkenswert! 4 te Potenz des Radius! Prof. F.

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille Stammfunktionen: Und endlich: Bemerkenswert! 4 te Potenz des Radius! Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 42

Hagen-Poiseuille Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner

Hagen-Poiseuille Experimente Beobachtung: Deutung: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 43

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille oder Der Strömungswiderstand einer newtonschen Flüssigkeit (Viskosität unabhängig vom Druck) in

laminare Strömung: Hagen-Poiseuille oder Der Strömungswiderstand einer newtonschen Flüssigkeit (Viskosität unabhängig vom Druck) in einer Kapillaren ist • proportional zur Viskosität der Flüssigkeit • proportional zur Länge der Kapillaren • umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Kapillarradius Folgerung: der Strömungswiderstand - und damit der Volumenstrom bei festem Druck - kann über den Röhrendurchmesser empfindlich verändert werden Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 44

einige Kreislaufdaten • Blut ist keine newtonsche Flüssigkeit! aus: Klinke/Silbernagel „Lehrbuch der Physiologie“ •

einige Kreislaufdaten • Blut ist keine newtonsche Flüssigkeit! aus: Klinke/Silbernagel „Lehrbuch der Physiologie“ • Blutvolumen: 5 l • Herzschlagvolumen: ca 70 ml ≈(4 -6)l/min • unter Belastung: 20 l/min • statischer Druck: (6 -8)mm. Hg (ca. 1 k. Pa) (ohne Herzschlag!) • mittlerer Blutdruck: 100 mm. Hg (13 k. Pa) • 0. 25 l/min O 2 -Verbrauch in Ruhe • 3 l/min O 2 -Verbrauch unter Belastung . . . abhängig vom Gefäßdurchmesser Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 45

Blut ist keine newtonsche Flüssigkeit aus: Klinke/Silbernagel „Lehrbuch der Physiologie“ Aggragation bei kleinen Schubspannungen

Blut ist keine newtonsche Flüssigkeit aus: Klinke/Silbernagel „Lehrbuch der Physiologie“ Aggragation bei kleinen Schubspannungen Desaggragation bei großen Schubspannungen . . . abhängig von der Schubspannung (Druck) Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 46

Stromstärke-Druck-Diagramm Durchblutung dehnbares, aber druckpassives Gefäß (z. B. Lunge, Skelettmuskel) dehnbares, aber autoregulierendes Gefäsystem

Stromstärke-Druck-Diagramm Durchblutung dehnbares, aber druckpassives Gefäß (z. B. Lunge, Skelettmuskel) dehnbares, aber autoregulierendes Gefäsystem (z. B. Gehirn, Darm, Niere) starres Rohr Blutgefäße ändern passiv oder aktiv ihren Strömungswiderstand und regulieren so die Durchblutung arteriovenöse Druckdifferenz Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 47

Fluß-Muster Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 48

Fluß-Muster Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 48

laminare und turbulente Strömung Experimente Beobachtung: Deutung: laminar turbulent Prof. F. Wörgötter (nach M.

laminare und turbulente Strömung Experimente Beobachtung: Deutung: laminar turbulent Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 49

Strömungsarten laminare Strömung: Flüssigkeitsteilchen bewegen sich nur in Fließrichtung turbulente Strömung: auch Geschwindigkeitskomponenten senkrecht

Strömungsarten laminare Strömung: Flüssigkeitsteilchen bewegen sich nur in Fließrichtung turbulente Strömung: auch Geschwindigkeitskomponenten senkrecht und entgegen der Fließrichtung Wirbelbildung Blutkreislauf: vorwiegend laminare Strömung; turbulente Strömung in der Aorta; pathologisch bei Gefäßverengungen ( Auskultation Strömungsgeräusche) Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 50

Übergang laminar turbulent: Reynoldszahl • laminare Strömung für kleine Strömungsgeschwindigkeiten • Strömungswiderstand im turbulenten

Übergang laminar turbulent: Reynoldszahl • laminare Strömung für kleine Strömungsgeschwindigkeiten • Strömungswiderstand im turbulenten Bereich erhöht • Übergang durch Reynoldszahl beschrieben: oberhalb von Re≈1000 nimmt der turbulente Strömungsanteil zu laminar turbulent Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 51

Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 52

Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 52

Zusätzliche Folien Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner

Zusätzliche Folien Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 53

Schaltung von Widerständen Sie haben 3 Widerstände mit jeweils R=2 kΩ zur Verfügung. Entwerfen

Schaltung von Widerständen Sie haben 3 Widerstände mit jeweils R=2 kΩ zur Verfügung. Entwerfen Sie mit diesen Widerständen eine Schaltung mit dem Gesamwtiderstand Rges=3 kΩ. R R R Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 54

Serienschaltung U=32 V II I 15Ω 12Ω 18Ω 27Ω 24Ω Die Spannung zwischen den

Serienschaltung U=32 V II I 15Ω 12Ω 18Ω 27Ω 24Ω Die Spannung zwischen den Klemmen I und II des Widerstandes R 2 beträgt in dem oben gezeigten Schaltbild: 1. U=2 V 2. U=4 V 3. U=5 V 4. U=12 V 5. U=15 V Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 55

. . . Kategorien Grundlagen: notwendige Kenntnisse und Fähigkeiten Wissenswertes: Informationen jenseits des Notwendigen

. . . Kategorien Grundlagen: notwendige Kenntnisse und Fähigkeiten Wissenswertes: Informationen jenseits des Notwendigen Für Experten: Medzinische Physik. . . Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 56

. . . das U-Rohr-Manometer p p+Dp h hydrostatischer Druck der hydrostatische Druck hängt

. . . das U-Rohr-Manometer p p+Dp h hydrostatischer Druck der hydrostatische Druck hängt nur von der Höhe der Flüssigkeitssäule ab; insbesondere hängt er nicht von der Gefäßform ab Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 57

Blutdruckmessung syst. Druck ≥ Manschettendruck >> diast. Druck Manschettendruck ≥ syst. Druck >> diast.

Blutdruckmessung syst. Druck ≥ Manschettendruck >> diast. Druck Manschettendruck ≥ syst. Druck >> diast. Druck Manschettendruck < syst. und diast. Druck Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 58 aus: Klinke/Silbernagel „Lehrbuch der Physiologie“ Manschettendruck > syst. Druck >> diast. Druck

Widerstand I I Dp I: Volumenstromstärke [m 3/s] Dp: Druckdifferenz [Pa=N/m 2] Def. :

Widerstand I I Dp I: Volumenstromstärke [m 3/s] Dp: Druckdifferenz [Pa=N/m 2] Def. : Widerstand R U I: elektr. Stromstärke [A] U: Spannung [V] Def. : Widerstand R Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 59

Ergänzung: Leitwert G I I Dp I: Volumenstromstärke [m 3/s] Dp: Druckdifferenz [Pa=N/m 2]

Ergänzung: Leitwert G I I Dp I: Volumenstromstärke [m 3/s] Dp: Druckdifferenz [Pa=N/m 2] Def. : Leitwert G U I: elektr. Stromstärke [A] U: Spannung [V] Def. : Leitwert G ungebräuchlich! Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 60

Folge: Druckverlust in fließenden Flüssigkeiten v=0 v p p Dp x Prof. F. Wörgötter

Folge: Druckverlust in fließenden Flüssigkeiten v=0 v p p Dp x Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 61 x

reale elektrische Leiter V V φ φ U=Dφ x Prof. F. Wörgötter (nach M.

reale elektrische Leiter V V φ φ U=Dφ x Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 62 x

reale elektrische Leiter. . . elektrische Leiter: Ladung wird transportiert durch • Elektronen (Metalle)

reale elektrische Leiter. . . elektrische Leiter: Ladung wird transportiert durch • Elektronen (Metalle) • Ionen (Elektrolyte, biologische Systeme) Widerstand aufgrund von Stößen der Ladungsträger Beschreibung durch die „Beweglichkeit“ μ: v: Geschwindigkeit des Ladungsträgers F: Kraft auf den Ladungstträger q: Ladung des Ladungsträgers Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 63

Blutkreislauf: Netzwerk von „Röhren“ mit unterschiedlichen Widerständen Verzweigungen: „Knoten“ geschlossene Kreise: „Maschen“ aus: Schmitd/Thews:

Blutkreislauf: Netzwerk von „Röhren“ mit unterschiedlichen Widerständen Verzweigungen: „Knoten“ geschlossene Kreise: „Maschen“ aus: Schmitd/Thews: Physiologie des Menschen Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 64

Blutkreislauf: Parallel- und Serienschaltung von Widerständen Serienschaltung: Parallelschaltung: aus: Schmitd/Thews: Physiologie des Menschen Prof.

Blutkreislauf: Parallel- und Serienschaltung von Widerständen Serienschaltung: Parallelschaltung: aus: Schmitd/Thews: Physiologie des Menschen Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 65

Buchhaltung: Kirchhoffsche Gesetze In einem geschlossenen Stromkreis (Flüssigkeitskreislauf) bleiben einige physikalische Größen konstant: Zahl

Buchhaltung: Kirchhoffsche Gesetze In einem geschlossenen Stromkreis (Flüssigkeitskreislauf) bleiben einige physikalische Größen konstant: Zahl der Ladungen (Zahl der Teilchen) 1. Kirchhoffsches Gesetz: In einem Knoten ist die Summe aller Ströme gleich Null (In einem Knoten ist die Summe der hinfließenden Ströme gleich der Summe der wegfließenden Ströme) Energie: Spannung (Druckdifferenz) 2. Kirchhoffsches Gesetz: In einer Masche ist die Summe der treibenden Kräfte (= Spannungen, Druckdifferenzen) gleich Null Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 66

1. Kirchhoffsches Gesetz In einem Knoten ist die Summe der Ströme gleich Null I

1. Kirchhoffsches Gesetz In einem Knoten ist die Summe der Ströme gleich Null I 1 I 2 Zufließende und abfließende Ströme vorzeichenrichtig addieren! I 4 I 3 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 67

1. Kirchhoffsches Gesetz Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und

1. Kirchhoffsches Gesetz Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 68

2. Kirchhoffsches Gesetz In einer Masche ist die Summe der Spannungen gleich Null V

2. Kirchhoffsches Gesetz In einer Masche ist die Summe der Spannungen gleich Null V A U 1 R 1 B R 2 V U 2 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 69

Parallelschaltung R 1 Rp R 2 denn: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

Parallelschaltung R 1 Rp R 2 denn: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 70

Serienschaltung R 1 R 2 Rs denn: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) --

Serienschaltung R 1 R 2 Rs denn: Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 71

Schaltungen Serienschaltung R 2 R 1 Parallelschaltung R 1 R 2 Prof. F. Wörgötter

Schaltungen Serienschaltung R 2 R 1 Parallelschaltung R 1 R 2 Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 72

. . . wrap up Flüssigkeitsstrom elektr. Strom allgemein Volumenstromdichte elektrischer Strom Druckdifferenz Dp

. . . wrap up Flüssigkeitsstrom elektr. Strom allgemein Volumenstromdichte elektrischer Strom Druckdifferenz Dp Spannung U treibende Kraft im Knoten 1. Kirchhoff (Teilchen) in der Masche 2. Kirchhoff (Energie) Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 73

Schaltsymbole • Widerstand R • Zuleitung (widerstandsfrei) V • Voltmeter (großer Innenwiderstand Ri; A

Schaltsymbole • Widerstand R • Zuleitung (widerstandsfrei) V • Voltmeter (großer Innenwiderstand Ri; A • Amperemeter (kleiner Innenwiderstand ideal: Ri=∞) Ri; ideal Ri=0) • Gleichspannungsquelle - + • Kondensator Prof. F. Wörgötter (nach M. Seibt) -- Physik für Mediziner und Zahnmediziner 74