background image

first stage 

Medical Physics                                  

 

Lec-5 

4/1/2016

 

د.تيماء

 

 

 

 

 

 

 pressure

 

         pressure is define as the force per unit  area in a gas or a liquid . 

 for a solid  the quantity of force per unit area is referred as stress . 
 

P =  F           N 
       A           m² 

 

Or           

dynes/cm ² 

                                           5 
atmospheric pressure 1= 10   N /m² 
                  5 
1 atm   = 10 N/m² 
The unit of pressure is Pascal  (Pa ) 
 
  In medicine , the unit of pressure is measured by the height of a column of 
mercury .The pressure in a liquid depends on the depth at which we measure 
it . 
 

The pressure in a liquid depends on the depth at which we 

measure it

 . 

The pressure in a liquid depends on 

the depth at which we measure it

Po

P

water

h

A

mg

ρ

                                                                                

figure (1)              

 
 Po = atmospheric pressure  


background image

 

 

 P = pressure in the liquid  
A  = cross sectional area of the cylinder . 
h = height of the cylinder  
ρ = the density of the liquid 
The pressure in the liquid at depth h exerts on the cylinder an 
 up ward force =  PA 
The atmospheric pressure exerts a down ward force on the top of the cylinder 
of    amount =  Po A. 
The volume of the cylinder is = h A 
The mass of the liquid in the cylinder = ρ h A 
The  weight  of  this  mass of  liquid is  =ρ  h Ag        which  gives  an  down  ward 
force (figure 1) 
at balance  
 PA = Po A + ρ g h A 
or  
 P = ρ g h + Po    absolute pressure 
absolute pressure = gauge pressure + atmospheric pressure  
                                             
gauge pressure =  ρ g h  
 
The pressure at a point in a liquid due to its own weight is proportional to the 
density of the liquid and to the depth of the point below the surface of the 
liquid . 
                             
                                 

Example 

What height of water will produce the same pressure as 120 mmHg ? 
gauge pressure=  ρ g h  
P = (13.6 gm/cm³ )(980 g/sec²) (12 cm ) 
                5  
     = 1.6 x 10 dynes / cm²  
for water 
             5  
 1.6 x 10 = (1g/cm³ )( 980 cm /sec²)( h cm H2O) 
             h = 163 cm H2O 
 
 
 
 
There are a number of places in the body where the pressures are  lower than 


background image

 

 

 atmospheric  ,  or  negative.  For  example  ,  when  we  breath  in  (inspire)  the 
pressure in the lungs must be somewhat lower than atmospheric pressure  or 
the air would not flow in .When a person drinks through a straw the pressure 
in his mouth must be negative by an amount equal to the height of his mouth 
above  the  level  of  the  liquid  he  drinking  .  The  heart  acts  as  a  pump  , 
producing  quit  high  pressure  to  force  the  blood  through  the  arteries  .The 
returning venous blood is at quite low pressure and needs help to get from the 
legs to the heart . The failure   of this return system in the legs often results in 
varicose veins . 
 

Measurement of body pressure  

The  classical  method  of  measuring  pressure  is  to  determine  the  height  of  a 
column  of  liquid  that  produces  a  pressure  equal  to  the  pressure  being 
measured . An instrument that measures pressure by this method  is called a 
manometer.  Manometer  is  a  U-shaped  tube  containing  a  fluid  that  is 
connected to the pressure to be measured .The levels in the arms change until 
the difference in the levels is equal to the pressure .This types of manometer 
can measure both positive and negative pressure (figure 2). 

manometer

                                          

figure (2) 
 
  The  most  common  clinical  instrument  used  in  measuring  pressure  is  the 
sphygmomanometer  ,  which  measures  blood  pressure  .  In  a  mercury 
manometer  the  pressure  is  indicated  by  the  height  of  a  column  of  mercury 


background image

 

 

inside  a  glass  tube  .  In  an  aneroid  type  the  pressure  changes  the  shape  of  a 
sealed flexible container which causes a needle to move on a dial . 
 
 

Pressure in the digestive system. 

The  pressure  is  greater  than  atmospheric  in  most  of  the  gastrointestinal 
system however ,in the esophagus , the pressure between the lungs and chest 
wall and usually less than atmospheric. 

 
Pressure in the skeleton 

 The highest pressures in the body are found in the weight in on one leg ,such 
as when walking , the pressure in the knee joint may be more than 10 atm.  
The finger bones are flat rather cylindrical on the gripping side , and the 
force is over a larger surface ; this reduces the pressure in the  tissues over 
the bones. 
 
 

Pressure effects while diving 

Boyle s law state that  for a fixed quantity of gas at a fixed temperature 
 the product of the absolute pressure and volume is constant (PV= constant ).  
If the absolute pressure is doubled , the volume is halved. 
 
 
Example 
What volume of air at atmospheric pressure 
                 5 
 of 1.01x 10 N/ m² is needed to fill a 
 14.2 liter  scuba tank to a pressure 
                  7  
of  1.45 x10 N/ m² ?  
P1v1 = P2V2 
              5                                7 
(1.01 x 10 ) (v1 ) = ( 1.45 x 10 ) (14.2 ) 
 
V1 = 2 x 10³ liters  
 
 
 
 


background image

 

 

Solution

 

   

Q 6.6 Positive pressure is used in blood transfusion suppose a container is  

             placed 1m above a vein with a venous pressure of 2 mm Hg ; if the 
             density of the blood is 1.04 g/cm³ , what is the net pressure acting to 
             transfer the blood into the vein ? 
            The gauge pressure of 1 m blood above a vein is = 100 x 1.04 x 980  
            The gauge pressure of  this height 1m  in mercury is = 13.6 x 980 x h 
            100 x 1.04 x 980 =13.6 x 980 x h 
            OR  ρ

1

 h

2

 h

            100 x 1.04 = 13.6 x h

2

  

             h

2 =

7.65 cm

 

                  

h

2 =

76.5mm Hg 

            The venous pressure = 2 mmHg 
            The net pressure = 76.5 – 2 = 74.5 mmHg 

Q.6.7 Suppose you are a deep – diver preparing for a dive to 30m . 

             a. what absolute pressure and gauge pressure will you experience ? 
                gauge pressure = ρ g h 
                                     = 1000 x 10 x 30  
                                               5 
                                     =3 x 10 N/m² 
              gauge pressure = 3 atm    
              absolute pressure= gauge pressure + atmospheric pressure  
           absolute pressure= 3 atm + 1atm  =4 atm 
  Q 6.8  Negative pressure or suction is often used to drain body cavities .In  
              the drainage arrangement for the gastrointestinal region ,the 
              negative pressure  supplied to the collection bottle is 100 mmHg  
             and the top end of the tube is 37 cm above the end of the tube in the 
              body. Find the negative  pressure at the lower end  
             of the tube . 
              p1 =p2 
              p1 = is the pressure of 37 cm of water 
              p1= ρ

1

 h

              p2 pressure of 37cm in mercury 
              p2= ρ

2

 h

              ρ

1

 h

2

 h

                    

1 x 37 = 13.6 x h2 

              h2 = 2.7 cm Hg(the height of mercury correspond 

 

to 37cm of water) 

              The negative pressure = 100 -27 = 73 mm Hg 
              The negative pressure = 7.3 cm Hg 


background image

 

 

   Q6.9   Atmospheric pressure is due to weight of the air above us .The  
            density of air is 1.3 x 10ˉ³g/ cm³ what is the weight in dynes of 1 cm³  
            of air ?If this weight were spread over 1 cm³ what would be the  
             pressure ? what fraction of 1 atm would it be ? 

       a  .The weight of air in dynes of 1 cm³ is 

      Density = mass 
                     Volume 
      ρ   = m 
               v 
   1.3 x 10ˉ³ g/ cm³   =mass 
                                   1 cm³ 
  Mass =    1.3 x 10ˉ³ gm 
  W  = mg  
  W  = 1.3 x 10ˉ³ x 980 
  W  = 1.27 dyne 
b.  pressure = Force 
                       area 
    p = 1.27 dyne  =      1.27 dyne /cm²               
           1cm² 

    C .The pressure of air = ρ g h 
        The pressure of air =    1.3 x 10ˉ³ x 980 x 1 

                                     =1.3 x 10ˉ³ x 980 dyne /cm²                 
 
    Pressure  of  mercury of 1 cm height of air is 
       
    Pressure  of  mercury = 13.6 x 980 x`1 

     P(air) =1.3 x 10ˉ³ x 980 x 1 

P(Hg)  13.6 x 980 x`1 
                                -5 
    P(air)       =9.6x10 

 

P(Hg)  

                                                                     -5 

             1 atm = 760 mm Hg,    1cm of air = 9.6x10 cm Hg 
                                     -4 
         1cm of air =9.6x10   
                              760                                   -6 
            The pressure of 1 cm of air =  1,3 x 10  atm         
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Hasan Abdulmawjoud
المشاهدات: لقد قام 54 عضواً و 672 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل