М.П. Воларович - Работы Пуазейля о течении жидкости в трубах

М. П. Воларович Впоследствии он занялся медициной и читал одно время факультативные лекции на медицинском факультете, однако никогда не был официально профессором, хотя и,представил диссертацию в 1828 г В это время и несколько позднее им выполнен ряд работ по вопросам циркуляции крови в кровеносной системе: «Исследование давления в сердечной аорте» [51, «Изучение влияния артерий на циркуляцию (крови)» [6~, «Исследование причин движения крови в венах» [71.

Уже в этих работах Пуазейль проявил свои выдающиеся экспериментаторские способности. Он применил ртутный манометр для абсолютных измерений давления крови в сосудах у лошадей и собак, причем для передачи давления пользовался раствором двууглекислой соды а воде, который не свертывал крови. Движение красных кровяных шариков в кровеносных сосудах он изучал также с помощью микроскопа. Итоги своих . исследований в данном направлении Пуазейль обобщил в монографии «О причинах движения крови в капиллярах», оконченной им в 1835 г. и напечатанной в 1841 г. [81. Эта его работа была удостоена премии Парижской академии наук по «экспериментальной физиологии».

В то же время он был избран членом вновь организованной в Париже Медицинской академии. Позднее Пуазейль был членом-корреспондентом медицинских академий Швеции, Берлина и Бреслау. Он был кавалером ордена Почетного Легиона. В связи с физиологическими исследованиями движения крови в. живых организмах Цуазейль пришел к убеждению, что определенные закономерности в данном'направлении можно получить, только поставив опыты с водой на моделях — стеклянных капиллярных трубках.

Эти свои знаменитые исследования он начал в 1835 г. и окончил в 1842 г. Предварительные сообщения им были опубликованы ранее [9~. Парижская академия наук, заинтересовавшись результатами опытов Пуазейля,. создала специальную комиссию в составе Араго, Ьабине и Пиобера,. которая, рассмотрев рукопись, очень высоко оценила его работу [10~. По рекомендации этой комиссии труд Пуазейля был доложен Реньо в: заседании Академии и напечатан полностью в 1846 г. [Ц. Американское Реологическое общество целиком перепечатало эту работу на английском языке в переводе Гершеля под редакцией Бингама [1Ц*. Успех работы Пуазейля обусловлен, во-первых, ясной, правильной постановкой задачи.

Он указывает, что необходимо было изучить зависимость количества протекающей через тонкую трубку жидкости от ее длины и диаметра, от давления, а также от температуры. Последнее обстоятельство, связанное с постоянством температуры во время каждой серии опытов, весьма важно, поскольку, как известно, температурный кОэффициент вязкости жидкостей велик.

Напомним, что для воды при. 20 С изменение вязкости составляет 2,5'/ на 1о, а для масел даже. о Уо/о на 1.. Схема установки- Пуазейля была разработана весьма тщательно.. Ниже приводим ее краткое описание (рис. 1). Стеклянный грушевидныж сосуд М посредством трубки Ь" был соедцнен с шариком вискозиметра, се, который внизу соединялся с капилляром И, расположенным горизонтально. Внизу сосуда М имелся отросток е", в котором собиралась- пыль; совсем от нее невозможно было избавиться. Попадая в вискозиметр, пыль весьма затрудняла наблюдения в случае самых узких капилляров. Во время опыта сосуд М посредством крана Я и медной трубки 66' соединялся с источкиком давления.

Насос Ь, создающий давление и заключенный в охлаждающий резервуар ХУ, через кран систему трубок ЬЬ', с"1, И'Ю'~, дс' и четырехходовую муфту Х. ' * В предисловии к этой серии (с<Реологические мемуары») Бингам пишет, что в ближайших выпусках будут изданы работы русских ученых — Ф. Шведова по упругости жидкостей ~12~ и Н. П. Петрова по гидродинамической теории смазки ~$3~.. М . и.

Полоровьч 10 соединялся с внскозиметром, маностатом 'Р (медный сосуд емкостью около 60 л) и манометрами. Для точного изморения давления служили два манометра — ртутный Впар и водяной ~15хгСЮ, а а мил;. г ис. К Обща схема усгзновни Паввейли Время истечения жидкости из шарика вискоаиметра при постоянном давлении определялось путем наблюдения прохождения меннска жидкости череа метки с и е с помощью отсчетного микроскопа ш„монтированного на штативе ху. Все основные и притом Многочисленные опыты были проведены Пуазейлем с дестиллированной водой. При атом Работы Пуааенпя о теягняя жндкостп в труоах вода из шарика вглскозиметра через капилляр д вытекала в стеклянный цилиндр СБЕГ, также наполненный дестиллированной водой.

Для получения постоянной температуры, которая поддерживалась с точностью до 0,05о, служил термостат СНХК, расположенный на подставке яз'а', связанной с массивным штативом прибора ггоэ. Температура измерялась термометрами Т и Т', для контроля температуры жидкости в манометрах служил термометр г', погруженный в сосуд о'о'. Самый вискозиметр Пуазейля изображен на рис.

2. Как видно, резервуар АВ, имеющий воаможно более точную форму шара, посредством трубки гг, согнутой под прямым углом, соединен с горизонтальным капилляром В. Расширение 6 служит для того, чтобы можно было точно определить длину капилляра. Для выяснения влияния длины трубки на количество вытекающой жидкости Пуазейль после каждой серии опытов обрезал часть капилляра.

Рнс. 2. Схема капнллярного вяскознметра Пуавейля Измерение давления производилось Пуазейлем с большой степенью точности. Для уменьшения влияния гидростатнчеокого давления самой воды он располагал в начале опыта вискозиметр так, чтобы метка с (рис. 2) леягала на уровне воды в реаервуаре С.ОгУЬ' (рис. 1). Изменение гидростатического давления за счет опускания уровня воды от метки с до метки е во время опыта (рис.

2) и соответственное неболыпое поднятие уровня в резервуаре им учитывалось. Горизонтальные черточки, а также буквы т и нг, н т, д. на рис. 2 связаны с его методом расчета атой попРавки, котоРаЯ в общем была невелика — ооычно менее 1еУе. Для определения величины поправки на поверхностное натяжение им были поставлены специальные, опыты. К мэнометрическому давлению он вводил поправки на плотность воздуха, а также на разность барометрического давления для уровней жидкости в открытом конце манометра и вискозиметра. Большое внимание уделил Пуазейль точному определению длины н в особенности диаметра капиллярных трубок.

Капилляры тщательно калибровались ртутью; проверялось отсутствие конусности по длине с точностью до 2еу' . Отсутствие значительной эллиптичности устанавливалось путем наблюдения-поперечного сечения концов капилляра в микроскоп (с точностью до Зо) ). Эти небольшие отклонения от цилиндрмчпости капиллярных трубок учитывались при вычислениях. Описание установки приведено во вводной части работы Пуазейля. Следующие чегыре главы его труда (главы 1 — 1У) заключают в себе М. П.

Волароаич изложение опытов по выяснению влияния давления, длины капилляра, его диаметра и температуры на количество протекающей воды. Эксперименты были поставлены для ряда капиллярных трубок с диаметрами от 0,013949 до 0,65217 мм, т. е. последний диаметр был в 50 раз больше первого. Длина капилляров менялась от 1 м до 3 мм, т. е. в 300 раз.

При опытах с длинными капиллярами прибор не помешался в термостат, а намерения производились только при комнатной температуре. Давление изменялось от 5 мм Нд до 6 м Нд. Наблюдения велись при температурах от 0 до 45' С с интервалами в 5'. Так кактемпература крови у животных не превосходит 40' С, то производить опыты при более высоких температурах Пуазейль считал излишним. Здесь следует, между прочим, заметить, что результаты опытов Пуазейля не могли быть успешно использованы в физиологии для интерпретации процессов течения крови в кровеносной системе, поскольку, как выяснилось впоследствии, кровь как дисперсная система обнаруживает аномалию вязкости. В первой части своей работы Пуаэейль установил, что количество воды ф, протекающее в единицу времени через капилляр, прямо пропорционально давлению р, т.

е. где К вЂ” постоянная для данного капилляра величина при условии г = сопь1. Высокуао точность опытов Пуаэейля можно видеть из табл. 1, приведенной в виде таблицы ХХУ1а в его оригинальной работе [Ц. В табл. 1, кроме экспериментального значения времени истечения, приведено также вычисленное значение, которое было получено Пуазейлем таким образом. На основании второго опыта была определена константа К уравнения (1), а затем по этому уравнению были сделаны вычисления для всех остальных опытов.