background image

first stage 

Medical Physics                                  

 

Lec-7

 

4/1/2016

 

د.تيماء

 

 

M

M

e

e

a

a

s

s

u

u

r

r

e

e

m

m

e

e

n

n

t

t

 

 

o

o

f

f

 

 

L

L

u

u

n

n

g

g

s

s

 

 

V

V

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

T

T

h

h

e

e

 

 

s

s

p

p

i

i

r

r

o

o

m

m

e

e

t

t

e

e

r

r

 

 

i

i

s

s

 

 

a

a

n

n

 

 

i

i

n

n

s

s

t

t

r

r

u

u

m

m

e

e

n

n

t

t

 

 

u

u

s

s

e

e

d

d

 

 

t

t

o

o

 

 

m

m

e

e

a

a

s

s

u

u

r

r

e

e

 

 

a

a

i

i

r

r

f

f

l

l

o

o

w

w

 

 

i

i

n

n

t

t

o

o

 

 

a

a

n

n

d

d

 

 

o

o

u

u

t

t

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

l

l

u

u

n

n

g

g

s

s

 

 

a

a

n

n

d

d

 

 

r

r

e

e

c

c

o

o

r

r

d

d

 

 

i

i

t

t

 

 

o

o

n

n

 

 

a

a

 

 

g

g

r

r

a

a

p

p

h

h

 

 

o

o

f

f

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

v

v

e

e

r

r

s

s

u

u

s

s

 

 

t

t

i

i

m

m

e

e

 

 

.

.

 

 

T

T

h

h

i

i

s

s

 

 

i

i

n

n

s

s

t

t

r

r

u

u

m

m

e

e

n

n

t

t

 

 

c

c

o

o

n

n

s

s

i

i

s

s

t

t

s

s

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

 

 

c

c

o

o

u

u

n

n

t

t

e

e

r

r

 

 

b

b

a

a

l

l

a

a

n

n

c

c

e

e

d

d

 

 

b

b

e

e

l

l

l

l

 

 

f

f

r

r

e

e

e

e

 

 

t

t

o

o

 

 

m

m

o

o

v

v

e

e

 

 

i

i

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

v

v

e

e

r

r

t

t

i

i

c

c

a

a

l

l

 

 

p

p

l

l

a

a

n

n

e

e

 

 

,

,

 

 

a

a

s

s

 

 

s

s

h

h

o

o

w

w

n

n

 

 

i

i

n

n

 

 

 

 

f

f

i

i

g

g

u

u

r

r

e

e

 

 

(

(

1

1

)

)

 

 

.

.

 

 

I

I

t

t

 

 

h

h

a

a

s

s

 

 

a

a

 

 

w

w

a

a

t

t

e

e

r

r

 

 

s

s

e

e

a

a

l

l

 

 

s

s

o

o

 

 

t

t

h

h

a

a

t

t

 

 

i

i

t

t

 

 

f

f

o

o

r

r

m

m

s

s

 

 

a

a

n

n

 

 

a

a

i

i

r

r

t

t

i

i

g

g

h

h

t

t

 

 

c

c

h

h

a

a

m

m

b

b

e

e

r

r

 

 

o

o

f

f

 

 

v

v

a

a

r

r

i

i

a

a

b

b

l

l

e

e

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

.

.

T

T

h

h

e

e

 

 

c

c

h

h

a

a

n

n

g

g

e

e

s

s

 

 

i

i

n

n

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

o

o

f

f

 

 

t

t

h

h

i

i

s

s

 

 

c

c

h

h

a

a

m

m

b

b

e

e

r

r

 

 

a

a

r

r

e

e

 

 

r

r

e

e

c

c

o

o

r

r

d

d

e

e

d

d

 

 

o

o

n

n

 

 

a

a

 

 

c

c

h

h

a

a

r

r

t

t

 

 

.

.

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 

 

 


background image

 

 

 

 

 

 

W

W

h

h

e

e

n

n

 

 

b

b

r

r

e

e

a

a

t

t

h

h

i

i

n

n

g

g

 

 

t

t

h

h

r

r

o

o

u

u

g

g

h

h

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

m

m

o

o

u

u

t

t

h

h

 

 

p

p

i

i

e

e

c

c

e

e

 

 

i

i

n

n

t

t

o

o

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

s

s

p

p

i

i

r

r

o

o

m

m

e

e

t

t

e

e

r

r

 

 

w

w

i

i

t

t

h

h

 

 

a

a

 

 

n

n

o

o

s

s

e

e

 

 

c

c

l

l

i

i

p

p

 

 

a

a

p

p

p

p

l

l

i

i

e

e

d

d

 

 

,

,

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

i

i

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

l

l

u

u

n

n

g

g

s

s

 

 

,

,

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

p

p

a

a

s

s

s

s

a

a

g

g

e

e

 

 

a

a

n

n

d

d

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

s

s

p

p

i

i

r

r

o

o

m

m

e

e

t

t

e

e

r

r

 

 

i

i

s

s

 

 

 

 

a

a

 

 

c

c

l

l

o

o

s

s

e

e

d

d

 

 

 

 

s

s

y

y

s

s

t

t

e

e

m

m

s

s

 

 

.

.

 

 

T

T

h

h

u

u

s

s

 

 

,

,

 

 

w

w

h

h

e

e

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

l

l

u

u

n

n

g

g

s

s

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

i

i

n

n

c

c

r

r

e

e

a

a

s

s

e

e

s

s

 

 

i

i

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

i

i

n

n

s

s

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

o

o

f

f

 

 

g

g

a

a

s

s

 

 

i

i

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

s

s

p

p

i

i

r

r

o

o

m

m

e

e

t

t

e

e

r

r

 

 

i

i

s

s

 

 

r

r

e

e

d

d

u

u

c

c

e

e

d

d

 

 

,

,

a

a

n

n

d

d

 

 

w

w

h

h

e

e

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

l

l

u

u

n

n

g

g

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

d

d

e

e

c

c

r

r

e

e

a

a

s

s

e

e

s

s

 

 

i

i

n

n

 

 

e

e

x

x

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

,

,

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

s

s

p

p

i

i

r

r

o

o

m

m

e

e

t

t

e

e

r

r

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

i

i

n

n

c

c

r

r

e

e

a

a

s

s

e

e

s

s

 

 

.

.

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

T

T

i

i

d

d

a

a

l

l

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

:

:

 

 

i

i

s

s

 

 

d

d

e

e

f

f

i

i

n

n

e

e

d

d

 

 

a

a

s

s

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

a

a

m

m

o

o

u

u

n

n

t

t

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

i

i

n

n

 

 

o

o

r

r

 

 

o

o

u

u

t

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

p

e

e

r

r

 

 

b

b

r

r

e

e

a

a

t

t

h

h

 

 

.

.

 

 

I

I

n

n

s

s

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

o

o

r

r

y

y

 

 

r

r

e

e

s

s

e

e

r

r

v

v

e

e

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

.

.

:

:

i

i

s

s

 

 

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

a

a

d

d

d

d

i

i

t

t

i

i

o

o

n

n

a

a

l

l

 

 

a

a

m

m

o

o

u

u

n

n

t

t

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

w

w

h

h

i

i

c

c

h

h

 

 

c

c

a

a

n

n

 

 

b

b

e

e

 

 

i

i

n

n

s

s

p

p

i

i

r

r

e

e

d

d

 

 

a

a

t

t

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

e

e

n

n

d

d

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

 

 

n

n

o

o

r

r

m

m

a

a

l

l

 

 

i

i

n

n

s

s

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

.

.

 

 

E

E

x

x

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

o

o

r

r

y

y

 

 

R

R

e

e

s

s

e

e

r

r

v

v

e

e

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

:

:

 

 

i

i

s

s

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

a

a

d

d

d

d

i

i

t

t

i

i

o

o

n

n

a

a

l

l

 

 

a

a

m

m

o

o

u

u

n

n

t

t

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

w

w

h

h

i

i

c

c

h

h

 

 

c

c

a

a

n

n

 

 

b

b

e

e

 

 

e

e

x

x

p

p

i

i

r

r

e

e

d

d

 

 

a

a

t

t

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

e

e

n

n

d

d

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

 

 

n

n

o

o

r

r

m

m

a

a

l

l

 

 

e

e

x

x

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

.

.

 

 

R

R

e

e

s

s

i

i

d

d

u

u

a

a

l

l

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

:

:

i

i

s

s

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

a

a

m

m

o

o

u

u

n

n

t

t

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

r

r

e

e

m

m

a

a

i

i

n

n

i

i

n

n

g

g

 

 

i

i

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

l

l

u

u

n

n

g

g

s

s

 

 

a

a

t

t

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

e

e

n

n

d

d

 

 

o

o

f

f

 

 

a

a

 

 

f

f

o

o

r

r

c

c

e

e

d

d

 

 

e

e

x

x

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

.

.

 

 

 

 

 

 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 


background image

C

C

a

a

p

p

a

a

c

c

i

i

t

t

y

y

 

 

B

B

y

y

 

 

a

a

d

d

d

d

i

i

n

n

g

g

 

 

a

a

l

l

l

l

 

 

f

f

o

o

u

u

r

r

 

 

t

t

y

y

p

p

e

e

s

s

 

 

o

o

f

f

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

t

t

o

o

g

g

e

e

t

t

h

h

e

e

r

r

 

 

,

,

 

 

w

w

e

e

 

 

g

g

e

e

t

t

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

t

t

o

o

t

t

a

a

l

l

 

 

l

l

u

u

n

n

g

g

 

 

c

c

a

a

p

p

a

a

c

c

i

i

t

t

y

y

 

 

.

.

 

 

I

I

f

f

 

 

w

w

e

e

 

 

a

a

d

d

d

d

 

 

o

o

n

n

l

l

y

y

 

 

i

i

n

n

s

s

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

o

o

r

r

y

y

 

 

r

r

e

e

s

s

e

e

r

r

v

v

e

e

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

,

,

 

 

t

t

i

i

d

d

a

a

l

l

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

,

,

a

a

n

n

d

d

 

 

e

e

x

x

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

o

o

r

r

y

y

 

 

r

r

e

e

s

s

e

e

r

r

v

v

e

e

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

w

w

e

e

 

 

g

g

e

e

t

t

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

v

v

i

i

t

t

a

a

l

l

 

 

c

c

a

a

p

p

a

a

c

c

i

i

t

t

y

y

 

 

.

.

 

 

I

I

f

f

 

 

w

w

e

e

 

 

a

a

d

d

d

d

 

 

o

o

n

n

l

l

y

y

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

e

e

x

x

p

p

i

i

r

r

a

a

t

t

o

o

r

r

y

y

 

 

 

 

r

r

e

e

s

s

e

e

r

r

v

v

e

e

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

a

a

n

n

d

d

 

 

r

r

e

e

s

s

i

i

d

d

u

u

a

a

l

l

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

,

,

 

 

w

w

e

e

 

 

g

g

e

e

t

t

 

 

f

f

u

u

n

n

c

c

t

t

i

i

o

o

n

n

a

a

l

l

 

 

r

r

e

e

s

s

i

i

d

d

u

u

a

a

l

l

 

 

c

c

a

a

p

p

a

a

c

c

i

i

t

t

y

y

 

 

 

 

(

(

 

 

F

F

R

R

C

C

)

)

.

.

 

 

 
 
 
 
 
 

V

V

e

e

n

n

t

t

i

i

l

l

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

V

V

e

e

n

n

t

t

i

i

l

l

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

 

 

i

i

s

s

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

c

c

o

o

n

n

t

t

i

i

n

n

u

u

o

o

u

u

s

s

 

 

p

p

r

r

o

o

c

c

e

e

s

s

s

s

 

 

o

o

f

f

 

 

m

m

o

o

v

v

i

i

n

n

g

g

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

i

i

n

n

 

 

a

a

n

n

d

d

 

 

o

o

u

u

t

t

 

 

o

o

f

f

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

l

l

u

u

n

n

g

g

s

s

 

 

.

.

 

 

V

V

e

e

n

n

t

t

i

i

l

l

a

a

t

t

i

i

o

o

n

n

 

 

 

 

 

 

i

i

s

s

 

 

u

u

s

s

u

u

a

a

l

l

l

l

y

y

 

 

e

e

x

x

p

p

r

r

e

e

s

s

s

s

e

e

d

d

 

 

i

i

n

n

 

 

v

v

o

o

l

l

u

u

m

m

e

e

 

 

p

p

e

e

r

r

 

 

u

u

n

n

i

i

t

t

 

 

m

m

i

i

n

n

u

u

t

t

e

e

,

,

 

 

o

o

r

r

 

 

l

l

i

i

t

t

e

e

r

r

s

s

 

 

p

p

e

e

r

r

 

 

m

m

i

i

n

n

u

u

t

t

e

e

s

s

 

 

.

.

 

 

 

 

 

 

 
 

any 

 

is define as the force per unit length acting across

 

:

Surface tension
line drawn in the surface and tending to pull the surface apart across the 
line .

 

Newton

                              

  

F

S =

 

      L                                   m 

 
 

Surface tension of a liquid can be regarded as the potential energy per 
unit area of the surface .

 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

E

x

x

c

c

e

e

s

s

s

s

 

 

p

p

r

r

e

e

s

s

s

s

u

u

r

r

e

e

 

 

i

i

n

n

s

s

i

i

d

d

e

e

 

 

a

a

 

 

s

s

p

p

h

h

e

e

r

r

i

i

c

c

a

a

l

l

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

b

b

u

u

b

b

b

b

l

l

e

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

C

o

o

n

n

s

s

i

i

d

d

e

e

r

r

 

 

a

a

 

 

s

s

p

p

h

h

e

e

r

r

i

i

c

c

a

a

l

l

 

 

a

a

i

i

r

r

 

 

b

b

u

u

b

b

b

b

l

l

e

e

 

 

o

o

f

f

 

 

 

 

r

r

a

a

d

d

i

i

u

u

s

s

 

 

R

R

 

 

,

,

 

 

i

i

n

n

s

s

i

i

d

d

e

e

 

 

a

a

 

 

l

l

i

i

q

q

u

u

i

i

d

d

 

 

o

o

f

f

 

 

 

 

s

s

u

u

r

r

f

f

a

a

c

c

e

e

 

 

t

t

e

e

n

n

s

s

i

i

o

o

n

n

 

 

S

S

 

 

.

.

 

 


background image

 

 

P

P

1

1

 

 

i

i

s

s

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

p

p

r

r

e

e

s

s

s

s

u

u

r

r

e

e

 

 

i

i

n

n

s

s

i

i

d

d

e

e

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

b

b

u

u

b

b

b

b

l

l

e

e

 

 

P

P

2

2

 

 

i

i

s

s

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

p

p

r

r

e

e

s

s

s

s

u

u

r

r

e

e

 

 

o

o

u

u

t

t

s

s

i

i

d

d

e

e

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

b

b

u

u

b

b

b

b

l

l

e

e

 

 

 

 

P

P

1

1

 

 

>

>

 

 

P

P

2

2

 

 

 

 

T

T

h

h

e

e

 

 

b

b

u

u

b

b

b

b

l

l

e

e

 

 

d

d

i

i

v

v

i

i

d

d

e

e

d

d

 

 

i

i

n

n

t

t

o

o

 

 

t

t

w

w

o

o

 

 

h

h

e

e

m

m

i

i

s

s

p

p

h

h

e

e

r

r

e

e

 

 

 

 

T

T

h

h

e

e

 

 

c

c

i

i

r

r

c

c

u

u

m

m

f

f

e

e

r

r

e

e

n

n

c

c

e

e

 

 

o

o

f

f

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

c

c

i

i

r

r

c

c

l

l

e

e

 

 

=

=

 

 

2

2

 

 

п

п

 

 

R

R

 

 

 

 

 

S

S

u

u

r

r

f

f

a

a

c

c

e

e

 

 

t

t

e

e

n

n

s

s

i

i

o

o

n

n

 

 

w

w

i

i

l

l

l

l

 

 

e

e

x

x

e

e

r

r

t

t

 

 

a

a

 

 

d

d

o

o

w

w

n

n

 

 

w

w

a

a

r

r

d

d

 

 

f

f

o

o

r

r

c

c

e

e

 

 

 

 

F

F

 

 

=

=

2

2

п

п

R

R

S

S

 

 

o

o

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

u

u

p

p

p

p

e

e

r

r

 

 

h

h

e

e

m

m

i

i

s

s

p

p

h

h

e

e

r

r

e

e

 

 

,

,

 

 

a

a

n

n

d

d

 

 

e

e

q

q

u

u

a

a

l

l

 

 

u

u

p

p

w

w

a

a

r

r

d

d

 

 

f

f

o

o

r

r

c

c

e

e

 

 

o

o

n

n

 

 

l

l

o

o

w

w

e

e

r

r

 

 

h

h

e

e

m

m

i

i

s

s

p

p

h

h

e

e

r

r

e

e

 

 

.

.

 

 

 

(

(

P

P

1

1

 

 

P

P

2

2

)

)

п

п

R

R

²

²

 

 

i

i

s

s

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

d

d

o

o

w

w

n

n

w

w

a

a

r

r

d

d

 

 

f

f

o

o

r

r

c

c

e

e

 

 

o

o

n

n

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

u

u

p

p

p

p

e

e

r

r

 

 

h

h

e

e

m

m

i

i

s

s

p

p

h

h

e

e

r

r

e

e

 

 

i

i

s

s

 

 

b

b

a

a

l

l

a

a

n

n

c

c

e

e

 

 

b

b

y

y

 

 

a

a

 

 

t

t

h

h

r

r

u

u

s

s

t

t

 

 

d

d

u

u

e

e

 

 

t

t

o

o

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

e

e

x

x

c

c

e

e

s

s

s

s

 

 

p

p

r

r

e

e

s

s

s

s

u

u

r

r

e

e

 

 

(

(

P

P

1

1

 

 

P

P

2

2

)

)

 

 

.

.

 

 

 

 

 

A

A

t

t

 

 

e

e

q

q

u

u

i

i

l

l

i

i

b

b

r

r

i

i

u

u

m

m

 

 

 

 

(

(

P

P

1

1

-

-

P

P

2

2

)

)

п

п

R

R

²

²

 

 

=

=

 

 

2

2

п

п

R

R

S

S

 

 

 

 

P

P

1

1

-

-

 

 

P

P

2

2

 

 

=

=

2

2

S

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

R

 

 

F

F

o

o

r

r

 

 

 

 

s

s

p

p

h

h

e

e

r

r

i

i

c

c

a

a

l

l

 

 

d

d

r

r

o

o

p

p

 

 

o

o

f

f

 

 

w

w

a

a

t

t

e

e

r

r

 

 

,

,

 

 

t

t

h

h

e

e

 

 

e

e

x

x

c

c

e

e

s

s

s

s

 

 

p

p

r

r

e

e

s

s

s

s

u

u

r

r

e

e

 

 

i

i

s

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

P

1

1

 

 

P

P

2

2

 

 

=

=

 

 

4

4

S

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

R

 

 

 
 

 


background image

Physics of the Alveoli

 

     The alveoli are physically like millions of small interconnected bubbles . 
They have a natural tendency to get smaller due the surface tension of a 
unique fluid lining .This lining called surfactant , it is necessary for the lung to 
function properly .

 

 To understand the physics of alveoli we have to understand the physics of 
bubbles. According to Laplace ̉s law , the pressure inside a bubble is inversely 
proportional to the radius and directly proportional to the surface tension . 

 

 
 

Laplace ̉s law

    

  

4S

P=

   

 

        R      

 

surfactant :

 

  The compliance of the lungs is made greater by the presence of surfactant in 
the alveoli . This substance acts like a detergent and reduce the surface tension 
of the water in the alveoli .

 

 

Example 

 

The pressure inside a soap bubble depends on its radius (figure 3).

 

(a) when the valve between two bubbles is closed , the pressure is greater in 
small bubble .

 
 

(b) when the valve is opened , the smaller bubble empties into the larger , 
leaving a spherical cap with the same radius as the new large bubble .

 

 

                               figure3

 
 

The surface tension of a fluid can be found by measuring how much force is 
necessary to pull a loop of a wire from a clean liquid surface (figure4).

 


background image

The surface tension of water –air interface is 72 dynes/cm 
.

 

Figure4

 

 
 
 

Figure (3)

Figure5;

 
 

The surface tension of the surfactant that lines the alveoli of healthy 
individuals plays a major role in lung function .The surface tension  of the 


background image

surfactant is not constant , as shown in figure (5) .The surfactant acts like a 
detergent and reduces the surface tension of the water in the alveoli .

 

Figure (5)  Graph of surface tension of a lung extract containing surfactant . 
Note the large decrease in surface tension as the area decreases and the 
different curve obtained as the area increases . The vertical line at 70 dynes/ 
cm shows that the surface tension of water is constant with changes in area . 
This graph(figure5) .shows that the surface tension of the alveoli is a function 
of area .

 

 
 

Elasticity of lungs

 

 

   The lungs and chest wall are elastic structures. The combined elasticity may 
be measured by relaxing the respiratory muscles, and then by how much the 
volume increases , when the pressure in the lungs increased.

 
 

∆P

Elasticity = 

    

 

                       ∆v

 

     

 

     ∆P  = is the change in pressure

 

     ∆V =  is the change in volume

 
 

  In respiratory mechanics it is usually to consider elasticity , but    its 
reciprocal . 
 

a small change in 

: is the change in the volume produced by 

Compliance

     
pressure .

 
 

Liters/cm of water

   

∆v

Compliance = 

       

 

                                ∆p

 
 

  Compliance in normal range is

 

 0.18- 0.26 Liter/cm  H2O

 
 
 
 

 
 
 
 
 

 
 


background image

T

T

h

h

e

e

 

 

 

 

B

B

r

r

e

e

a

a

t

t

h

h

i

i

n

n

g

g

 

 

 

 

M

M

e

e

c

c

h

h

a

a

n

n

i

i

s

s

m

m

 

 

    Breathing is normally under unconscious control . The physiological 
control of breathing depends on many factors , but the respiratory center of the 
brain exerts primary control .

 

   If  a lung were  removed  from the chest  all the air would be squeezed from 
it and it would collapse to about one third of its size much as a balloon 
collapses when air is let out of it .

 

   The lungs can be thought of as millions of small balloons , all trying to 
collapse . The lungs do not normally collapse because they are in an airtight 
container – the chest . As the  diaphragm and rib cage move the lungs stay in 
contact with them .

 
 

   Two forces keep the lungs from collapsing:

 

1.  Surface tension between the lungs and the 
     chest  wall . 

  2.  Air pressure inside the lungs .   

     

Figure 6

 

  If the lungs overcame the surface tension forces and pulled  away from 
the chest  wall a vacuum would be created since air  can not reach the 
intrathoraic space .Since the air  inside

 

                                                               5      

 

 the lungs is at atmospheric pressure (10 N/m²) ,it would push the lungs 
back in contact with the chest wall . There is normally a negative  pressure 
of 5 to 10 mm Hg in the intrapleural space .   Various muscles are involved 
in  breathing . Normally most breathing is done by contracting the 
diaphragm muscles . These pull the diaphragm down expanding the lungs 
.When we inspire ,we pull the diaphragm down as shown in figure (6) . 


background image

This produces a slight negative pressure in the lungs  and air flows in , 
when  we expire ,we relax the diaphragm muscles , the elastic  forces in the 
lungs cause the diaphragm to return to its  neutral  position , and air flows 
out of the lungs without any active muscular effort .

 

 

   Since both the lungs  and chest wall are elastic ,we can represent them 
with springs ,figure(7) .Under normal conditions they are coupled together 
“the lung” springs are stretched and “chest” springs are compressed . 
During a pneumothorax , the lungs and chest are independent and the 
springs representing them go to their relaxed positions as indicated in 
figure (7b) . the lungs collapses ,and the chest wall  enlarges .

 
 

       The intrathoracic space is not always  at negative pressure . If you 
close your wind pipe and forcefully try to expire , the intrathoracic 
pressure can become quite high . This is called a Valsalva manenver .

 
 

    

 

Airways  Resistance

 

We can breath in more rapidly than we can breath out . During inspiration 
the forces on the airways tend to open them further; during expiration the 
forces tend to close the airways and thus restrict air flow . 

 

    The flow of air in the lungs is analogous to the flow of current in an 
electrical circuit . “Ohm s law” for air  flow looks like ohms law for 
electrical circuit , with voltage replaced by pressure difference ∆P and 
current replaced by the rate of airflow ∆v/∆t or V .

 

      

 


background image

    Airway resistance R

g

 is the ratio of  ∆ P to V.

 
 

cm H2O

               

∆P

R

   

 

             V               Liter/sec

 

 

 

The flow rate of air flow is

 
 

∆v

V = 

       

 

              ∆t

 
 

R

depends on the dimensions of the tube and the viscosity of the gas η.

 

 

   The time constant of lungs is related to the airway resistance R

and the 

compliance C .

 

 

    Time constant for the lung =R

g

C

 

This is analogous to the time constant RC or capacitor C to discharge 
through a resistance R in an electrical circuit .

 

      The time constant of the lung is complicated since  many parts of the 
lung are interconnected . If one part of the lung has a larger time constant 
than other parts , it will not get its share of the air and that part of the lung 
will be poorly ventilated .

 
 

Osmosis 

 

If  we have two salts solutions of different concentrations separated by a 
membrane permeable to water not to salt , it is found that in time the solution 
on the two side will have the same strength . These due to the passage of 
water from the weak salt solution to the stronger . Such phenomena is known 

Osmotic Pressure 

as osmosis .

 

Is the force under which a solvent moves from a solution of a lower solute 
concentration to a solution of higher solute concentration .When these 
solution are separated by a selectively permeable membrane .

 

    PV =nRT  

 
 

 

Where P is the osmotic pressure 

 

 

           V is the volume 

 

 

           n is the number of mole

 

           R is the universal gas constant = 8.3 J/mole

 

           T is the absolute temperature             

 

The osmotic pressure is proportional to the  concentration of the  solute ,

 

Which means inversely proportional to the volume of the solution . 

 

It is also proportional to the absolute temperature .

 




رفعت المحاضرة من قبل: Hasan Abdulmawjoud
المشاهدات: لقد قام 57 عضواً و 371 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