4.12
Die Atmung ist ein zyklischer Prozess, bei dem jeder vollständige Atemzyklus etwa 5 Sekunden dauert.
Das Ziel ist es, das Volumen der eingeatmeten Luft in der Lunge zu jedem Zeitpunkt t während dieses Zyklus zu bestimmen.
Die Luftstromrate ändert sich im Laufe der Zeit und kann mit einer sinusförmigen Funktion modelliert werden. Sie zeigt, dass der Luftstrom während des Einatmens seinen Höhepunkt erreicht und sich beim Ausatmen umkehrt, mit einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 0,5 L/s.
Das infinitesimale Volumen dV über eine kleine Zeit dt akkumuliert sich zum gesamten eingeatmeten Volumen, indem die Luftstrommenge von 0 bis t integriert wird.
Die Substitutionsmethode vereinfacht das Integral, indem die Variable u auf 2πx geteilt durch 5 gesetzt wird. Die differentielle dx wird in Abhängigkeit von du ausgedrückt, um die neue Variable zu übereinstimmen. Auch die Integrationsgrenzen ändern sich, um zur neuen Variablen zu passen, und reichen von 0 bis 2πt über 5.
Das Integral wird zu einer Standard-Sinusform, deren Integral negatives Kosinus ist, berechnet mit den Integrationsgrenzen.
Dies gibt das Volumen der eingeatmeten Luft in Litern als Funktion der Zeit während des Atemzyklus an und erreicht sein Maximum beim Einatmen.
Dieses Modell umfasst sowohl Richtung als auch Geschwindigkeit des Luftstroms und bietet so einen klaren Überblick über das Atemvolumen über die Zeit.
Der Atmungsprozess umfasst die periodische Aufnahme und Ausatmung von Luft, den sogenannten Atemzyklus, der typischerweise etwa fünf Sekunden dauert.…
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