Naturvidenskabeligt grundforløb

Transkript

1 Før besøget i Tivoli De fysiologiske virkninger af g-kræfter. Spørgsmål der skal besvares: Hvorfor er blodtrykket større i fødderne større end blodtrykket i hovedet? Hvorfor øges pulsen, når man rejser sig op? Hvordan kan blodet komme ned i fødderne, når trykket er større der end ved hjertet? Hvilken sammenhæng er der mellem puls, slagvolumen og minutvolumen? Hvorfor føler man sig tungere, når man kører rundt i Vertigo? Hvorfor ændrer pulsen sig, når man kører rundt i Vertigo? Hvorfor falder blodtrykket i hovedet, når man kører rundt i Vertigo? Målinger før turen Mål blodtryk og puls liggende, siddende og oprejst før turen. Mål blodtryk og puls af en person, der er nedsænket i vand. Pulsur og blodtryksmåler skal I selv medbringe. Begge dele skal kunne spændes fast til kroppen.

2 Under besøget i Tivoli Hypoteser. 1. Prøv at formulere en hypotese, det vil sige en forventning om, hvordan de stående værdier for blodtryk og puls vil være i forhold til de liggende værdier. 2. Prøv ligeledes at formulere hypoteser om hvordan blodtryk og puls vil ændre sig under turen. Målinger før, under og efter en tur i Vertigo. 1. Mål puls før, under og efter en tur i Vertigo. 2. Mål blodtrykket under turen. 3. Forsøg at gå langs en ret linje efter turen. Forsøg at stå på et ben efter turen.

3 Efterbehandlingsark C 1 Hjertet som en pumpe Begreber: Puls = hjertets frekvens = antal slag pr. minut Slagvolumen = volumen blod der pumpes ud ved hvert hjerteslag Minutvolumen = volumen blod der pumpes ud pr. minut. Sammenhæng mellem begreberne: hjertefrekvens slagvolumen minutvolumen Eksempel hvor minutvolumen er fastholdt: 100 slag 50 ml minut slag 125 slag 40 ml minut slag 200 slag 25 ml minut slag 5000 ml 5 L 5000 ml 5 L 5000 ml 5 L Samme volumen af blod der pumpes ud gennem hjertet pr. minut, kan opnås ved en høj puls og en lille slagvolumen eller en stor slagvolumen og en lille puls. Hvis blodet er iltet lige godt uanset puls, vil hjernen på den samme ilttilførsel i alle ovenstående tilfælde.

4 Opgave 1. Hvor stor er pulsen, når slagvolumen er 80 ml og minutvolumen er 5 L? Maksimal puls og slagvolumen. Hjertets frekvens kan øges til ca. 3 gange hvilefrekvensen (fra til 200) og hjertets slagvolumen kan øges til ca. det dobbelte (fra ml til 150 ml). Hjertets minutvolumen kan kun øges, hvis mængden af returblod fra venerne øges. Da hjertets maksimale frekvens er ens for trænede og utrænede personer, kan minutvolumenet kun øges, hvis hjertets slagvolumen øges. Opgave 2. Beregn hjertets maksimale minutvolumen. Ohms lov for en væskestrøm trykforskel modstand blodstrøm Poiseuilles strømningslov Jo mere tyktflydende blodet er jo større modstand Jo længere blodåre jo større modstand. Dobbelt længde, dobbelt modstand Jo større diameter, des mindre modstand. Hvis diameteren fordobles falder modstanden til 1/8-del.

5 Efterbehandlingsark C 1 Blodets funktion Når blodet forlader aorta fordeles det i mange små arterier som har et samlet tværsnitsareal der er over 100 gange større end aortas. Herfra fordeles til kapillærerne hvor der igen sker en forøgelse af blodbanens samlede areal. Blodet afgiver ilt og optager kuldioxid og affaldsstoffer. Det iltfattige blod forsætter via vener op mod hjertet. Denne del forgår mod tyngdekraften og for at hindre tilbageløb er der klapper i venerne, der hindrer dette (venepumpen) Trykket p i en stillestående væskesøjle vokser lineært med dybden h. p(h) g h hvor = densiteten af væsken og g = 9,82 N/kg Kviksølv Hg har densiteten kg/m 3. Beregn trykket på bunden af en 76 cm høj kviksølvsøjle med bundarealet 1 m 2 p(0,76 m) kg cm 9,82 N 3 kg 0,76 m = N kpa 1 atm m Opgave 3. Vis, at hver gang man går 1 cm ned i væskesøjle fyldt med blod stiger trykket med 104 N/m 2, hvilket svarer til 0,78 mm Hg. Blod har densiteten 1,06 g/cm 3 = 1060 kg/m 3 Luft har densiteten 1 kg/m 3 ved jordoverfladen. Hvis vi antager atmosfæren er 10 km høj og har den samme densitet hele vejen op, skal du beregne trykket på 1 m 2 af en 10 km høj luftsøjle. Hvor stor er trykket på bunden af en vandsøjle med højden 10 m og tværsnitsarealet 1 m 2, når vand har densiteten 1000 kg/m 3.

6 Blodtryksforskelle i kroppen Betragt en person der er 171 cm høj og hvor afstanden fra hjerte til hoved er 57 cm og afstanden fra hjerte til fødder er 114 cm. Hoved Hjerte Fødder Aterietryk liggende 95 mm Hg 100 mm Hg 95 mm Hg Aterietryk stående 51 mm Hg 100 mm Hg 183 mm Hg Animal physiology: adaptation and environment - Resultat for Google Books Trykforskellen på 49 mm Hg mellem hjerte og hoved skyldes 5 mm Hg trykfald på grund af gnidning i årene og 44 mm Hg trykforskel på grund af højdeforskellen.

7 Efterbehandlingsark C 1 Trykforskellen på 83 mm Hg mellem hjerte og fødder skyldes 5 mm Hg trykfald på grund af gnidning i årene og 88 mm Hg trykforskel på grund af højdeforskellen. Opgave 4. Vis at en højde på 57 cm svarer til en trykforskel på 44 mm Hg. Vis at en højdeforskel på 114 cm svarer til en trykforskel på 88 mm Hg. Hvorfor forøges pulsen, når man rejser sig op? Når man rejser sig ophobes blod i venerne. Omfordelingen af blodet resulterer i en mindskelse af returblodet til hjertet og dermed en reduktion af hjertets slagvolumen. Slagvolumen aftager med %, når man rejser sig op. For at kompensere for den mindskede slagvolumen sættes pulsen op med slag pr. minut. Hvorfor er hjerteblodtrykket det samme når man står og når man ligger ned? blodtryk ved hjertet modstand puls salgvolumen Når man står op øges modstanden mod blodets bevægelse samt pulsen, men slagvolumen aftager. Tilsammen gør det, at blodtrykket ved hjertet er uændret. Blodtryk i en siddende person. Blodtrykket falder fra hjertet og op mod hovedet, mens det stiger fra hjertet og ned mod fødderne. I begge tilfælde er afstanden 75 cm fra hjerte til fødder og 30 cm fra hjerte til hoved. Hoved Hjerte Fødder Blodtryk ved 1 G 100 mm Hg 120 mm Hg 175 mm Hg Blodtryk ved 9 G 0 mm Hg 120 mm Hg 635 mm Hg Medical Aspects of Harsh Environments, Volume 2, Chapter Author: Ulf Balldrin

8 Opgave 5. Blodtrykket ved 1 g: Hvor meget aftager trykket på grund af gnidning fra hjerte til hoved? Fra hjerte til fødder? Blodtrykket ved 9 g: Hvor meget aftager trykket på grund af gnidning fra hjerte til fødder? Hjertekredsløbet. Hjertet pumper blod op til hjernen mens tyngdekraften påvirker blodet med en kraft væk fra hjernen. Når man trækker 5 G er det tryk der skyldes det kunstige tyngdefelt større end det tryk hjertet præsterer. Ved store G-påvirkninger trækkes blodet ned i underkroppen, hvilket reducerer blodvolumenet i overkroppen. Tilbageløbet af blod til hjertet reduceres og dermed også det volumen blod hjertet pumper ud pr. slag. Blodtrykket falder og kroppen kompenserer ved at forøge pulsen. Lungekredsløbet. Når kroppen udsættes for store G-kræfter i retningen fra hoved til fod, vil fordelingen af blod i lungerne ændres. Alveolerne i lungens nederste del presses sammen og i den øverste del ekspanderer de. Resultatet er, at 50 % af blodet der passerer lungerne, ikke iltes tilstrækkeligt.

9 Efterbehandlingsark C - 2 Vertigo Fortolkning af inddelingen på y-aksen: 1-tallet på y-aksen svarer til at man vejer det man plejer. 2-tallet på y-aksen svarer til, at man vejer det dobbelte. 0 på y-aksen svarer til, at man er vægtløs.

10 Spørgsmål uden beregning: 1. Hvor lang tid tager turen? 2. Hvad svarer de første 40 sekunder på grafen til? 3. Hvis du sad på en badevægt hvor meget viser den så maksimalt under turen? 4. Er man på noget tidspunkt vægtløs under turen? 5. Hvis man sidder på en badevægt, hvor stor forskel er der så mellem visningen i toppen og i bunden i de tre hurtige omdrejninger omkring 90 s? 6. Hvis Vertigo blev stillet vandret, ville der så være en forskel i vægtens visning under de tre hurtige omløb? Hvis du svarer nej, hvor meget ville vægten så vise? Vertigo Fart i cirkelbevægelsen. Farten i en cirkelbevægelse er givet ved fart omkreds omløbstid

11 Efterbehandlingsark C 2 Opgave 5. Beregn farten, når omløbstiden er 4,5 sekunder og radius er 20 m (ca. 28 m/s) Lav en tegning af en cirkel, hvor du viser farten med retning (hastigheden) i toppen, i bunden og halvt oppe i hver side. Acceleration i cirkelbevægelsen. Når man kører rundt i en cirkel skal der være en mod centrum rettet acceleration, så man ikke ryger ud af tangenten. Accelerationen i en cirkelbevægelse er givet ved acceleration (fart)2 radius Opgave 6. Beregn accelerationen, når omløbstiden er 4,5 sekunder og radius er 20 m (ca. 39 m/s 2 ) Vis at denne acceleration er ca. 4 gange så stor som tyngdeaccelerationen g. Centrifugalkraft. Når man sidder i ballongyngen føler man en udadrettet kraft (centrifugalkraft) Opgave 7. Argumenter for, at denne centrifugalkraft er 4 gange så stor som tyngdekraften. Kraftpåvirkning i top og i bund. I toppen er påvirket af en nedadrettet tyngdekraft og en opadrettet centrifugalkraft. I bunden er man påvirket af en nedadrettet tyngdekraft og en nedadrettet centrifugalkraft.

12 Opgave 8. Argumenter for, at man i toppen vejer 3 gange mere end normalvægten og at man i bunden vejer 5 gange mere end normalvægten. Vægtløs. Man føler sig vægtløs i toppen, når tyngdekraften er lige så stor som centrifugalkraften. Hvor stor fart skal Vertigo køre med, for at man er vægtløs i toppen? Argumenter for, at den fart, hvor man er vægtløs, kan findes af ligningen (fart) 2 tyngdeacceleration radius Opgave 9. Hvor stort bliver dit blodtryk i benene og i hovedet, når du udsættes 3 g. Hvor stort bliver dit blodtryk i benene og i hovedet, når du udsættes 5 g.