S2 Seminar Mechanik - Medizinische Hochschule Hannover

S3 Seminar Flüssigkeiten und Wärme
Aufgaben
1.) Kolbendruck
In einer Injektionsspritze muß der Kolben 15 mm vorgeschoben werden, um 1 ml zu injizieren. Der
Arzt drückt mit 15 N auf den Kolben.
a)
b)
Mit welchem Druck wird injiziert?
Welche Arbeit wird verrichtet?
2.) Herzleistung
Welche mechanische Leistung in Watt muß das Herz eines Menschen liefern, wenn es bei einem
Druck am Auslauf (Aorta) von 130 mmHg eine mittlere Blutstromstärke von 6 Liter/min
aufrechterhalten soll?
(Das Blut kommt aus der Vene ohne nennenswerten Druck zurück, während der Druckpuls des
Herzens ungefähr 1/3 der Pulsdauer betragen soll.)
1 mm Hg = 133.3 Pa
3.) Herzinsuffizienz
Bei einer reduzierten Pumpleistung kommt es zu einer Vergrößerung des Herzens. Aufgrund einer
verbesserten Überlappung von dicken und dünnen Filamenten kann das Herz jetzt wieder das gleiche
Auswurfvolumen pumpen.
Warum verbraucht das vergrößerte Herz mehr Energie, obwohl es die gleiche mechanische Arbeit
verrichtet?
4.) Aortenaneurysma
Ein Aortenaneurysma ist eine Aussackung der Aorta, oft im Bauchraum. Es kommt zu einer
zunehmenden Vergrößerung und am Ende zu einem Platzen des Aneurysma, obwohl der Blutdruck
konstant bleibt. Warum passiert das?
5.) Phonation im Kehlkopf
Während bei der normalen Expiration die Stimmritze geöffnet bleibt, wird zur Phonation die
Glottis bis zum fast vollständigen Verschluss verengt. Durch Exspiration wird der
subglottischer Druck auf die geschlossene Stimmritze erhöht, bis sich die Stimmritze öffnet
und Luft hindurchströmen lässt. Das Durchströmen der Luft durch die Stimmritze verschließt
diese wieder, und es kommt zu einem repetitiven Öffnen und Schließen der Stimmritzen. Dies
generiert eine periodische Schwingung und so eine Schallwelle.
Erklären Sie diesen Vorgang?
S 3.1
6.) Transpiration
Bei einer Umgebungstemperatur von 37 °C kann sich der Mensch der Wärmeproduktion seines
Grundumsatzes von ca. 100 W nur noch durch Transpiration entledigen.
-
Wieviel Wasser müßte er täglich ausschwitzen? (Verdampfungsenthalpiewasser= 2.4*106 J/kg)
7.) Ist es wirklich Gold?
Ihre Freundin hat auf einer Auslandsreise bei einem Straßenhändler einen teuren goldenen Ring
gekauft und zweifelt jetzt, ob er wirklich aus Gold ist. Dank Ihrer Physikalischen Kenntnisse aus der
Vorlesung "Physik für Mediziner" können Sie Ihr aber helfen. Sie wiegen den Ring und finden eine
Gewichtskraft von 0,158N. Nun hängen Sie den Ring an einem Faden und wiegen ihn erneut, während
er in ein Wasserglas hinein taucht. Bei dieser Wägung messen Sie eine Gewichtskraft von 0,150N. Die
Dichte von Gold ist  Ag  19.3 103
kg
. Besteht der Ring aus reinem Gold? Diskutieren Sie das
m3
Ergebnis.
S 3.2
S3 Seminar Elektrizität
8.) Bohr'sches Atommodell
a)
Wie groß ist die Coulomb-Kraft FC zwischen einem Proton im Kern und einem Elektron auf der
ersten Bohr'schen Bahn des H-Atoms? (Abstand a0 = 0,0529 nm; 0 = 8,855 . 10-12 [C/Vm]; Masse
eines Elektron me = 9,109 . 10-31 [Kg]; Elementarladung e0 = 1,602 . 10-19 [C] )
b) Wie groß ist im Bohr'schen Atommodell die stationäre Bahngeschwindigkeit v [km/h] des
Elektrons auf der 1. Bohr'schen Bahn des H-Atoms ?
(Die Stationaritätsbedingung ist durch die Gleichheit von Zentrifugal- und Coulomb-Kraft gegeben)
9.) Resultierende Feldstärke und Feldkraft zweier Ladungen
Zwei positive Punktladungen Q1 = 400 nC und Q2 = 150 nC haben voneinander den Abstand 10 mm.
a) Wie groß ist die Kraft auf eine genau in der Mitte zwischen den beiden Ladungen befindliche
kleine positive Probeladung q = 10 nC? Wie groß ist die elektrische Feldstärke an dieser Stelle?
b)
Wie groß sind Feldkraft und Feldstärke, wenn Q2 negativ ist?
10.) Dipol
Das menschliche Herz kann physikalisch als elektrischer
Dipol aufgefasst werden, dessen Stärke und Orientierung
periodisch
variiert.
Die
Abbildung
zeigt
die
Äquipotenziallinien eines Dipolfeldes in gleichmäßigem
Abstand von 1V zusammen mit 3 Spannungsmessgeräten mit
Elektroden gezeichnet als dicke Punkte.
U1
a) Welcher Zusammenhang besteht allgemein zwischen
Potential und Spannung?
b) Ordnen Sie die Beträge der Spannungen U1, U2, U3 der
Größe nach, beginnend mit der kleinsten.
c) Wie groß ist die Spannung U2 (Zahlenwert)?
d) Ergänzen Sie in der Zeichnung einige elektrische
Feldlinien.
S 3.3
U3