MCAT物理:其他流原理
学习MCAT物理考试的概念、例题和解释
例子问题
问题111:Ap物理2
一个10米高的桶里装满水，高度为5米。如果在桶底上方2米的地方穿孔，水离开桶的速度是多少?
要回答这个问题，我们可以用托里切利定律。
在这种情况下，h是水在洞上的高度。由于桶被灌入5m高度，在桶底2m处穿孔，所以水的高度为3m。
示例问题21:流
飞机在水平飞行时机翼产生升力的原因是什么?
在机翼上表面产生湍流的能力
机翼顶部和底部表面空气密度的差异
机翼对气流的“攻角”
机翼顶部和底部表面气流速度的差异
机翼上下表面的绝对湿度差
机翼顶部和底部表面气流速度的差异
空气密度在伯努利方程中被认为是均匀的，它定义了飞机机翼上下表面的空气压力。同样，大气中任何一个地方的空气湿度在机翼所占据的空间上是均匀的。产生升力的核心思想是机翼避免乱流的能力，这是冬季起飞前机翼除冰的原因之一。
空气在飞行中被认为是大量流动的。这意味着，一个体积的空气，如果要比它的孪生体积飞行的距离更长(因为机翼把它们分开了)，就必须加速，才能在同一时间到达同一个地方(机翼的后缘)。在伯努利方程中，速度是平方，这意味着上下机翼表面的流速差异很小，就会转化为较大的压力差异。
攻角是一个重要的升力因素，但在水平飞行中不是。
问题91:液体和气体
扩散可以定义为分子沿不同浓度梯度的净转移。这是一个被动自发的过程，依赖于分子的随机运动和布朗运动。扩散是一个重要的生物过程，特别是在呼吸系统中，氧气从肺泡扩散到毛细血管中的红细胞，肺泡是肺力学的基本单位。
图1描述这个过程，显示肺泡被带有红细胞的毛细血管与邻近细胞隔开。给出了氧和二氧化碳的分压。其中一个用于确定气体交换的方程是菲克定律，由:
ΔV =(面积/厚度)·D .气体·(P1 -P2）
其中ΔV为流量，面积和厚度为气体通过的可渗透膜，在本例中为肺泡壁。P1和P2分别为上游和下游分压。此外,维气体为气体的扩散常数，定义为:
D气体=溶解度/(分子量)^(1/2)
在较高的海拔，菲克定律的因素可以改变以达到降低相同的低海拔的流速。
P1
区域
厚度
溶解度
厚度
应该知道，在较高的海拔，氧气的分压下降。也就是说，肺泡内的分压会下降。因此，流量将下降，我们将需要改变来增加流量。
通过观察Fick方程，我们可以看到厚度的减小有助于恢复流量。从生物学上讲，这种情况不太可能发生，更准确地说，血红蛋白浓度和对氧气的结合亲和力会增加;然而，这是无关的信息，不需要MCAT。
问题24:流
扩散可以定义为分子沿不同浓度梯度的净转移。这是一个被动自发的过程，依赖于分子的随机运动和布朗运动。扩散是一个重要的生物过程，特别是在呼吸系统中，氧气从肺泡扩散到毛细血管中的红细胞，肺泡是肺力学的基本单位。
图1描述这个过程，显示肺泡被带有红细胞的毛细血管与邻近细胞隔开。给出了氧和二氧化碳的分压。其中一个用于确定气体交换的方程是菲克定律，由:
ΔV =(面积/厚度)·D .气体·(P1 -P2）
其中ΔV为流量，面积和厚度为气体通过的可渗透膜，在本例中为肺泡壁。P1和P2分别为上游和下游分压。此外,维气体为气体的扩散常数，定义为:
D气体=溶解度/(分子量)^(1/2)
从概念上讲，如果认为肺泡是完美的球形，并假设它的整个表面交换气体，引入变量r，即肺泡的半径，哪个新关系正确地描述了菲克方程，假设分压保持不变?
ΔV = 4πr2/厚度·D气体·(P1- P2）
ΔV = r3./厚度·D气体·(P1- P2）
ΔV =(1/2·r1／2)/厚度·D气体·(P1- P2）
ΔV = πr2/厚度·D气体·(P1- P2）
ΔV = 4πr2/厚度·D气体·(P1- P2）
解决这个方程的最快方法是看看菲克定律中的哪个变量可能会受到肺泡半径变化的影响。压力是恒定的，可以排除。扩散常数不受半径的影响(因此它是一个常数)。
问题茎没有提到厚度的变化，因此，我们只剩下面积。
球体的表面积用4πr来测量2可以代入。如果你不记得如何测量表面积，记住圆的面积是πr2从逻辑上讲，整个球体的表面积必须更大，因为它是三维的。
问题25:流
扩散可以定义为分子在不同位置的不同浓度所产生的梯度下的净转移。这是一个被动的、自发的过程，依赖于分子的随机运动和布朗运动。扩散是一个重要的生物过程，特别是在呼吸系统中，氧气从肺泡扩散到毛细血管中的红细胞，肺泡是肺力学的基本单位。
图1描述了这一过程，显示肺泡被带有红细胞的毛细血管与邻近细胞隔开。给出了氧和二氧化碳的分压。用于确定气体交换的一个方程是菲克定律，由:
在这个方程中，
在高海拔地区，氧气的分压迅速下降，而二氧化碳的分压下降得更小。根据下表，假设氧气和二氧化碳的毛细管分压恒定分别为50mmHg和40mmHg，在哪个海拔高度，氧气的压力梯度等于二氧化碳的一半?
高度(米) |
PO2(毫米汞柱) |
P二氧化碳(毫米汞柱) |
0 |
One hundred. |
50 |
1000 |
80 |
40 |
2000 |
60 |
30. |
3000 |
40 |
20. |
4000 |
20. |
10 |
5000 |
10 |
0 |
这个问题一开始看起来很简单，直到你意识到梯度(或菲克定律的分压差)实际上是变化的。
在正常情况下，毛细血管压力会从动脉压力中减去;然而，身体运行在一个生理平衡，基本上有一个持续生产CO2和O的需求2．在某一点上，毛细血管压力将大于动脉压力，因此梯度切换到P毛细- P动脉从原来的P动脉- P毛细．
在表边距处做简单的算术就能很快得到正确答案。在海拔3000米时，氧气(50 - 40 = 10 mmHg)和二氧化碳(40 - 20 = 20 mmHg)的梯度相差两倍。看似复杂的表格很容易让人困惑，但实际上，这道题只要求基本的算术。
