A vérnyomásmérő
Az egészségünket érintő egyik fontos adat a vérnyomásunk. Ez megmutatja, hogy ereinkben a külső légnyomáshoz képest mekkora a többletnyomás. Az értékét higanymilliméterben szokták megadni, melynek egysége $1\ \mathrm{mm}$ magas higanyoszlop nyomása, azaz $133,4\ \mathrm{Pa}$. A vérnyomás a szív lüktető működése miatt ingadozik, a szívizom összehúzódásakor lökéshullám indul a verőerekben (artériákban), a nyomás megnő, a szívizom elernyedésekor a nyomás lecsökken. A hagyományos vérnyomásmérő esetén egy mandzsettát helyeznek a szív magasságában a felkarra, amelyet nagy nyomásúra pumpálnak fel, ezzel elszorítják a vér áramlását a verőerekben. Ezután fokozatosan csökkentik a mandzsetta nyomását, és sztetoszkóppal hallgatják az erekből származó hangokat. Az első surranó hangot akkor észlelik, amikor a mandzsetta nyomása annyira lecsökken, hogy a szívizom már át tudja pumpálni az ereken a vért. Egészen addig hallják a lüktető surranásokat, amíg a mandzsetta nyomása olyan alacsony nem lesz, hogy az artériákban uralkodó nyomás alá esik. Ilyenkor a vér már akadálytalanul, hang nélkül áramlik az erekben. Ezt a két nyomásértéket szokták megadni, pl.: $120/80\ \mathrm{Hgmm}$. A hagyományos, ma már a higanytartalma miatt nem engedélyezett mérőeszköz lényegében egy közlekedőedény, amit higany tölt ki. A szerkezetét az ábra mutatja. Amint az ábrán látszik, a mandzsetta egy csövön keresztül összeköttetésben áll a higanyos közlekedőedény egyik szárával.
a) Miért észlelhetünk a verőerekben mindenütt megnövekedett nyomást, amikor ver a szív? Milyen fizikai törvény áll ennek hátterében?
a) Pascal törvényének említése és a nyomásnövekedés magyarázata:
4 pont
(bontható)
Pascal törvénye (2 pont) szerint a szív által keltett megnövekedett nyomás a vérben az erek mentén (azonos magasságban) minden irányban azonos (2 pont). (Itt teljes pont jár akkor is, ha a vizsgázó nem részletezi, hogy a nyomás csak nyugvó folyadékban, illetve azonos magasságban egyenlő.)
b) Egy függőleges helyzetben lévő ember testében hogyan változna a nyomás lentről felfelé haladva, ha az erek merev falúak lennének? Az ember melyik testrészében lenne a legnagyobb, illetve a legkisebb a nyomás?
b) A nyomásviszonyok megadása:
4 pont
(bontható)
A vérnyomás fentről lefelé nő (2 pont), tehát a fejben a legkisebb (1 pont) és a lábfejben a legnagyobb (1 pont).
c) Miért fontos, hogy a vérnyomásmérő mandzsettáját a szív magasságában helyezzék föl?
c) A magasság szerepének magyarázata:
2 pont
Csak ebben az esetben lesz egyenlő a mért vérnyomás a szívkamrában lévő nyomással.
d) Az ábra alapján magyarázza el, hogy hogyan működik a hagyományos higanyos vérnyomásmérő! Mit mondhatunk a közlekedőedény két száráról? Hogyan alakul ki a két szár között a nyomások egyenlősége? Hogyan olvasható le a vérnyomás értéke a műszerről?
d) A hagyományos vérnyomásmérő működésének magyarázata:
10 pont
(bontható)
A közlekedőedény vékony szára nyitott, a higany felett normál légköri nyomás van (2 pont).
A közlekedőedény vastag szára a mandzsettával van összeköttetésben, a higany felett a mandzsetta nyomása uralkodik (2 pont).
Ha a mandzsettában megemelkedik a nyomás, a higany a vastag szárból a vékony szár felé folyik, itt megemelkedik a folyadékszint (2 pont). Addig nő a folyadékszint a vékony szárban, amíg a higanyoszlop nyomása egyenlő nem lesz a mandzsettában lévő nyomással (2 pont).
Ekkor a higanyoszlop magasságából (2 pont) a vérnyomás leolvasható.
Összesen: 20 pont