Смертельне навантаження для людини. Перевантаження, їх вплив на людину в різних умовах
Перевантаження- Відношення абсолютної величини лінійного прискорення, викликаного негравітаційними силами, до прискорення вільного падінняна Землі. Будучи ставленням двох сил, перевантаження є безрозмірною величиною, проте часто перевантаження виражається в одиницях прискорення вільного падіння g. Перевантаження на 1 одиницю (тобто 1 g) чисельно дорівнює вазі тіла, що лежить у полі тяжкості Землі. Перевантаження 0 gвідчувається тілом, що у стані вільного падіння під впливом лише гравітаційних сил, тобто у стані невагомості.
Перевантаження – векторна величина. Для живого організму важливий напрямок дії перевантаження. При перевантаженні органи людини прагнуть залишатися в колишньому стані (рівномірного прямолінійного рухучи спокою). При позитивному навантаженні (голова - ноги) кров йде від голови в ноги, шлунок опускається вниз. При негативному навантаженні збільшується приплив крові до голови. Найбільш сприятливе положення тіла людини, при якому вона може сприймати найбільші навантаження - лежачи на спині, обличчям до напрямку прискорення руху, найбільш несприятливе для перенесення перевантажень - у поздовжньому напрямку ногами до напрямку прискорення. При зіткненні автомобіля з нерухомою перешкодою людина, що сидить в автомобілі, зазнає перевантаження спина-груди. Таке навантаження переноситься без особливих труднощів. Звичайна людинаможе витримувати навантаження до 15 gблизько 3 – 5 секунд без втрати свідомості. Навантаження від 20 - 30 gі більше людина може витримувати без втрати свідомості трохи більше 1 - 2 секунд і залежність від величини навантаження.
Симптоматика та механізм дії перевантажень
Загальні ознаки.Реакція людини на перевантаження визначається їх величиною, градієнтом наростання, часом дії, напрямом по відношенню до магістральних судин тіла, а такжі" вихідним функціональним станом організму. до вкрай тяжких станів, що супроводжуються повною втратою зору та свідомості за наявності глибоких розладів функцій серцево-судинної, дихальної, нервової та інших систем організму.
Загальні зміни в стані людини при дії перевантажень проявляються відчуттям тяжкості у всьому тілі, спочатку утрудненням, а при наростанні величини перевантаження і повною відсутністю рухів, особливо в кінцівках, в деяких випадках больовими відчуттями в м'язах спини та шиї [Бабушкін В. П., 1959 ; de Graef P., 1983]. Відбувається чітко виражене усунення м'яких тканин та його деформація. Під час тривалого впливу досить великих позитивних навантажень на незахищених протитиском ділянках ніг, сідниць, мошонки можуть з'явитися шкірні петехіальні крововиливи у вигляді крапок або великих плям, інтенсивно забарвлених, але безболісних, які спонтанно зникають протягом кількох діб. Іноді спостерігається і набряклість у цих місцях, а при негативних навантаженнях – набряклість особи. Рано спостерігається розлад зору. При великих величинах навантажень розвивається втрата свідомості, яка триває 9-21 с.
Механізм дії позитивних і негативних навантажень складний і обумовлений первинними ефектами, що викликаються інерційними силами. Найбільш важливими з них є такі: перерозподіл крові в організмі в нижню (+G Z) або у верхню (-G z) половину тіла, усунення органів і деформація тканин, що є джерелами незвичайної імпульсації в ЦНС, порушенням кровообігу, дихання та стрес-реакцією. Розвиваються гіпоксемія і гіпоксія спричиняють розлади функції ЦНС, серця, ендокринних залоз. Порушується біохімізм життєвих процесів. Можуть настати пошкодження клітинних структур оборотного або незворотного характеру, що виявляються цитохімічними та гістологічними методами.
Одна з основних вимог до військових льотчиків та космонавтів - здатність організму переносити навантаження. Треновані пілоти в протиперевантажувальних костюмах можуть переносити навантаження від −3 … −2 gдо +12 g. Опірність до негативних, спрямованих нагору перевантажень, значно нижча. Зазвичай за 7 - 8 gв очах «червоніє», зникає зір, і людина поступово втрачає свідомість через приплив крові до голови. Космонавти під час зльоту переносять перевантаження лежачи. У цьому положенні навантаження діє у напрямку груди - спина, що дозволяє витримати кілька хвилин навантаження в кілька одиниць g. Існують спеціальні протиперевантажувальні костюми, завдання яких – полегшити дію навантаження. Костюми являють собою корсет зі шлангами, що надуваються від повітряної системи і утримують зовнішню поверхню тіла людини, трохи перешкоджаючи відтоку крові.
Перевантаження збільшує навантаження на конструкцію машин і може призвести до їх поломки або руйнування, а також переміщення не закріпленого або погано закріпленого вантажу. Допустиме значення перевантажень для цивільних літаків становить 2,5 g
В авіаційній та космічній медицині перевантаженням вважається показник величини прискорення, що впливає на людину при її переміщенні. Він є відношенням рівнодіючої переміщаючих сил до маси тіла людини.
Перевантаження вимірюється в одиницях, кратних ваги тіла у земних умовах. Для людини, яка перебуває на земної поверхні, навантаження дорівнює одиниці. До неї пристосований людський організмтому для людей вона непомітна.
Якщо якомусь тілу зовнішня сила повідомляє прискорення 5 g, то навантаження дорівнюватиме 5. Це означає, що вага тіла в цих умовах збільшилася в п'ять разів порівняно з вихідним .
При зльоті звичайного авіалайнера пасажири в салоні зазнають перевантаження 1,5 g. За міжнародними нормами гранично припустиме значенняперевантажень для цивільних літаків становить 2,5 g.
У момент розкриття парашута людина піддається дії інерційних сил, що викликають навантаження, що досягає 4 g . У цьому показник перевантаження залежить від повітряної швидкості. Для військових парашутистів він може становити від 4,3 g за швидкості 195 кілометрів на годину до 6,8 g за швидкості 275 кілометрів на годину.
Реакція на навантаження залежить від їхньої величини, швидкості наростання та вихідного стану організму. Тому можуть виникати як незначні функціональні зрушення (відчуття тяжкості в тілі, скрута рухів тощо), так і дуже важкі стани. До них відносяться повна втрата зору, розлад функцій серцево-судинної, дихальної та нервової систем, а також втрата свідомості та виникнення виражених морфологічних змін у тканинах.
З метою підвищення стійкості організму льотчиків до прискорень у польоті застосовують протиперевантажувальні та висотно-компенсуючі костюми, які при перевантаженнях створюють тиск на ділянку черевної стінки та нижні кінцівки, що призводить до затримки відтоку крові в нижню половину тіла та покращує кровопостачання головного мозку.
Для підвищення стійкості до прискорень проводять тренування на центрифузі, загартовування організму, дихання киснем під підвищеним тиском.
При катапультуванні, грубій посадці літака або приземленні на парашуті виникають значні за величиною навантаження, які можуть викликати органічні зміни у внутрішніх органах і хребті. Для підвищення стійкості до них використовуються спеціальні крісла, що мають заглиблені заголовники, та фіксують тіло ременями, обмежувачами зміщення кінцівок.
Перевантаження також є прояв сили тяжіння на борту космічного судна. Якщо в земних умовах характеристикою сили тяжіння є прискорення вільного падіння тіл, то на борту космічного корабля до характеристик перевантаження також входить прискорення вільного падіння, що дорівнює за величиною реактивному прискоренню по протилежному йому напрямку. Відношення цієї величини до величини називається "коефіцієнтом навантаження" або "навантаженням".
На ділянці розгону ракети-носія перевантаження визначається рівнодіючої негравітаційних сил — сили тяги та сили аеродинамічного опору, що складається з сили лобового опору, спрямованої протилежно швидкості, і перпендикулярної до неї підйомної сили. Ця рівнодіюча створює негравітаційне прискорення, яке визначає навантаження.
Її коефіцієнт на ділянці розгону становить кілька одиниць.
Якщо космічна ракета в умовах Землі рухатиметься з прискоренням під дією двигунів або зазнаючи опору середовища, то станеться збільшення тиску на опору, через що виникне перевантаження. Якщо рух відбуватиметься з вимкненими двигунами в порожнечі, тиск на опору зникне і настане стан невагомості .
При старті космічного корабля на космонавта величина якого змінюється від 1 до 7 g. За статистикою, космонавти рідко зазнають перевантажень, що перевищують 4 g.
Здатність переносити навантаження залежить від температури довкілля, вмісту кисню у повітрі, що вдихається, тривалості перебування космонавта в умовах невагомості до початку прискорення і т.д. Існують і інші складніші або менш вловимі фактори, вплив яких ще не до кінця з'ясовано.
Під дією прискорення, що перевищує 1 g, у космонавта можуть виникнути порушення зору. При прискоренні 3 g у вертикальному напрямку, що триває понад три секунди, можуть виникнути серйозні порушення периферичного зору. Тому у відсіках космічного корабля необхідно збільшувати рівень освітленості.
При поздовжньому прискоренні у космонавта виникають зорові ілюзії. Йому здається, що предмет, який він дивиться, зміщується у бік результуючого вектора прискорення і сили тяжкості. При кутових прискореннях виникає переміщення об'єкта зору в площині обертання. Ця ілюзія називається навкологіральною і є наслідком впливу навантажень на органи внутрішнього вуха.
Численні експериментальні дослідження, які були започатковані ще вченим Костянтином Ціолковським, показали, що фізіологічний вплив навантаження залежить не лише від її тривалості, а й від становища тіла. При вертикальному положенні людини значна частина крові зміщується до нижньої половини тіла, що призводить до порушення кровопостачання головного мозку. Через збільшення своєї ваги внутрішні органи зміщуються донизу і викликають сильний натяг зв'язок.
Щоб послабити дію високих прискорень, космонавта поміщають у космічному кораблі таким чином, щоб навантаження були направлені по горизонтальній осі, від спини до грудей. Таке становище забезпечує ефективне кровопостачання мозку космонавта при прискореннях до 10 g, а короткочасно навіть до 25 g.
При поверненні космічного корабля Землю, що він входить у щільні шари атмосфери, космонавт відчуває навантаження гальмування, тобто негативного прискорення. За інтегральною величиною гальмування відповідає прискоренню при старті.
Космічний корабель, що входить у щільні шари атмосфери, орієнтують так, щоб навантаження гальмування мали горизонтальний напрямок. Таким чином, їхній вплив на космонавта зводиться до мінімуму, як і під час запуску корабля.
Матеріал підготовлений на основі інформації РІА Новини та відкритих джерел
У дитинстві ми всі мріяли стати космонавтами, міліціонерами та лікарями. А хтось мріяв керувати машиною. І не просто водити, а стати справжнім професіоналом і осідлати суперкар. Ось так і приходять у Формулу 1 багаті та відчайдушні хлопці, які не бояться швидкості та перевантажень. До речі про перевантаження - тиск, який зазнають пілоти порівняно хіба що з перевантаження космонавтів. І сьогодні ми дізнаємося, які навантаження зазнають пілоти болідів і у кого найміцніша голова.
8 місце:Отже. Почнемо зі звичайної людини, яка стоїть. Навіть у такому положенні ми з вами зазнаємо навантаження силою в 1 g. І це не межа. Звичайна людина може витримувати навантаження до 5g. Наприклад, пасажир у літаку під час зльоту зазнає перевантаження силою в 1,5, а на парашутиста при спуску зі швидкістю 6 м/с тиснуть 1,8 джи.
7 місце:і знову - парашутист, правда при розкритті парашута. Ось тут уже складніше. У цей момент на нього тиснуть цілих 5 джи. І швидкість при цьому змінюється з 60 до 5 метрів за секунду.
6 місце:наступними героями рейтингу, які не з чуток знайомі з перевантаженнями, є космонавти при спуску в космічному кораблі «Союз». До 4 – джи. І тут їм не позаздриш, бо тривалі навантаження витримують лише одиниці.
Так, при позитивному навантаженні (голова-ноги) кров йде від голови в ноги. Шлунок йде вниз. При негативній крові підступає в голову. Шлунок може вивернутися разом із вмістом. Але, космонавти люди треновані та перевантаження їм не страшні)))
5 місце:і ми вже чуємо звук гоночних болідів. Так-так, ми на Формулі 1.
Тільки уявіть собі: під час перегонів пілот зазнає близько 1000 навантажень до 6G. Це гальмування, набір швидкості, входження у довгий поворот. Особливо навантаження тиснуть на шию пілота. Щоб уникнути перелому шиї пілоти надягають спеціальний "каркас" на шию. До речі, шолом теж чимало важить близько 4 кг. А ось на найбільш спекотних трасах, наприклад Малайзії або Бахрейні, температура в кокпіті боліду може досягати 60 ° С, а вологість 80%, і це просто сауна. Під час перегонів пілот може втратити до 3-х літрів води. Тому перед стартом пілоти завжди дуже багато п'ють. Це або проста вода, або вода з лимоном або якимись добавками, але їм не можна пити соки. Коли спекотно і нема чим дихати і постійні фізичні навантаження діють на пілота, вести болід йому зовсім непросто.
4 місце:ми по праву віддаємо пілотам спортивних літаків, тому що саме у них діапазон перевантажень коливається від -3 ... -2 до +12. Це дуже важко і без антиперевантажувального костюма тут не обійтися. До речі, для довідки: опірність до негативних, спрямованих нагору перевантажень, значно нижча. Зазвичай при -2 ... -3 в очах «червоніє» і людина втрачає свідомість через приплив крові до голови. А ось космонавти при одному тільки зльоті навантаження настільки сильні, що витримати їх можна лише кілька хвилин.
3 місце.І його займає одна з найменших птахів у світі – Колібрі Анни.
Уявіть: струшуючи воду з голови, колібрі зазнає в 6 разів сильніших навантажень, ніж гонщики «Формули-1», і при цьому продовжує спокійно пурхати в повітрі. Щоб повернути свою мініатюрну голову на 180°, колібрі Анни потрібно всього 0,1 секунди. Подивитися на це у сильно уповільненій зйомці можна тут. При цьому голова птаха зазнає перевантаження в 34g: для порівняння, у боліді «Формули-1» пілот у середньому отримує 6g.
Крім того, під час польотів самці цього виду колібрі різко пікірують. І саме в цей момент птахи зазнають навантаження до 10 g, тобто прискорення в деяких точках траєкторії у 10 разів перевищує прискорення вільного падіння. При цьому птахи можуть перебувати під впливом сильних перевантажень понад півтори секунди. Для порівняння, перевантаження 7 g тривалістю більше секунди у льотчиків можуть призводити до втрати свідомості.
2 місце:і знову Формула 1. Цей випадок увійшов до історії світового автоспорту як найунікальніший і найнеймовірніший. У 2003 році пілот формули IndyCar Кенні Брак (Kenny Bräck), залишився живим після короткочасного навантаження в 214 g (майже 2100 м/с²). Таким чином, він побив попередній "рекорд", встановлений пілотом Формули-1 Девідом Перлі (David Purley) у 1977 році (179,8 g).
1 рядок рейтингу дістається… Навіть не людині. А … звичайному дятлу. Саме його мозок є найдосконалішим і найунікальнішим за будовою і здатний витримувати навантаження при довбанні дерева до 1000g. На формулу б таку голову.)))
Земні навантаження
При зіткненні автомобіля з нерухомою перешкодою людина, що сидить в автомобілі, зазнає перевантаження спина-груди. Таке навантаження переноситься без особливих труднощів. Звичайна людина може витримувати навантаження до 15 g близько 3 – 5 секунд без втрати свідомості. Навантаження від 20 - 30 g і більше людина може витримувати без втрати свідомості трохи більше 1 - 2 секунд і залежність від величини навантаження.
Перевантаження стосовно людини:
1 - 1 g .
3 - 15 g протягом 0,6 сек.
5 - 22 g .
Одна з основних вимог до військових льотчиків та космонавтів - здатність організму переносити навантаження. Треновані пілоти в протиперевантажувальних костюмах можуть переносити навантаження від −3 … −2 g до +12 g . Опірність до негативних, спрямованих нагору перевантажень, значно нижча. Зазвичай за 7 - 8 g в очах «червоніє», зникає зір, і людина поступово втрачає свідомість через приплив крові до голови. Космонавти під час зльоту переносять перевантаження лежачи. У цьому положенні навантаження діє у напрямку груди - спина, що дозволяє витримати кілька хвилин навантаження в кілька одиниць g. Існують спеціальні протиперевантажувальні костюми, завдання яких – полегшити дію навантаження. Костюми являють собою корсет зі шлангами, що надуваються від повітряної системи і утримували зовнішню поверхню тіла людини, трохи перешкоджаючи відтоку крові.
Космічні навантаження
При старті космонавта діє прискорення, величина якого змінюється від 1 до 7 g.
Перевантаження, пов'язані з прискоренням, викликають значне погіршення функціонального стану організму людини: сповільнюється потік крові в системі кровообігу, знижуються гострота зору та м'язова активність.
З настанням стану невагомості у космонавта можуть виникнути вестибулярні розлади, тривалий час зберігається відчуття тяжкості в голові (за рахунок посиленого припливу крові до неї). Разом про те адаптація до невагомості відбувається, зазвичай, без серйозних ускладнень: людина зберігає працездатність і успішно виконує різні робочі операції, зокрема ті, які вимагають тонкої координації чи великих витрат енергії. Двигуна активність у стані невагомості вимагає набагато менших енергетичних витрат, ніж аналогічні рухи за умов вагомості.
При поздовжньому прискоренні у космонавта виникають зорові ілюзії. Йому здається, що предмет, який він дивиться, зміщується у бік результуючого вектора прискорення і сили тяжкості.
При кутових прискореннях виникає переміщення об'єкта зору в площині обертання. Ця так звана навкологіральна ілюзія є наслідком впливу навантажень на півкружні канали (органи внутрішнього вуха).
Висновок:
Якщо приплив крові в стані невагомості на порядок більше ніж на Землі, то і втрата свідомості через надмірний приплив крові до голови буде як при меншому g , так і за сумою сік які може витримати космонавт. далекому майбутньому наші протиперевантажувальні костюми, наприклад які в комплекті з 350р будуть на порядок краще сприяти збереженню свідомості при сильних і тривалих перевантаженнях + повинна рятувати штучна гравітація яка за 2-5 сек повинна створювати противагу перевантаженням.
За даними медиків, головний мозок людини може витримати навантаження близько 150 g, якщо вони діють на мозок не більше 1-2 мс; зі зниженням перевантажень зростає час, протягом якого людина може їх відчувати, а навантаження 40 g навіть при тривалому впливі вважається відносно безпечним для голови.
Безпечним вважається навантаження до 72 g, у проміжну «червону» зону потрапляють навантаження від 72 до 88 g, а при перевищенні 88 g травма голови вважається високоймовірною. Важливою методикою EuroNCAP є і оцінка тиску, що діє на груди людини: безпечним вважається стиск грудної клітки на 22 мм, граничним – стиск на 50 мм.
Літаки. Перевантаження безрозмірна величина, проте повсюдно ототожнюється із прискоренням вільного падіння g. Нормальне навантаження 1 gозначає горизонтальний прямолінійний політ. Якщо літак виконує горизонтальний координований розворот з креном 60 градусів, його конструкція зазнає нормального навантаження в 2 одиниці (або 2g).
Допустиме значення перевантажень для цивільних літаків становить 4,33 жи. Звичайна людина може витримувати навантаження до 5 g. Треновані пілоти в антиперевантажувальних костюмах можуть переносити навантаження до 9 g. Опірність до негативних, спрямованих нагору перевантажень, значно нижча. Зазвичай при 2-3 gв очах «червоніє» і людина втрачає свідомість через приплив крові до голови.
Людина, що стоїть нерухомо | 1 g |
Пасажир у літаку під час зльоту | 1,5 g |
Парашутист при приземленні зі швидкістю 6 м/с | 1,8 g |
Парашутист при розкритті парашута (при зміні швидкості від 60 до 5 м/с) | 5,0 g |
Космонавти під час спуску в космічному кораблі «Союз» | до 3,0-4,0 g |
Льотчик при виконанні фігур найвищого пілотажу | до 5 g |
Льотчик при виведенні літака з пікірування | 8,0-9 g |
Перевантаження (тривале), що відповідає межі фізіологічних можливостей людини | 8,0-10,0 g |
Найбільше (короткочасне) перевантаження автомобіля, при якому людині вдалося вижити | 179,8 g |
Примітки
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Перевантаження (аеродинаміка)" в інших словниках:
Bóeing 737 (російськ. Боїнг 737) найпопулярніший у світі вузькофюзеляжний реактивний пасажирський літак. Boeing 737 є наймасовішим реактивним пасажирським літаком за всю історію пасажирського авіабудування (6160 машин замовлено… … Вікіпедія
Акробатичний маневр із збільшенням кута тангажу (наприклад, введення в гірку) супроводжується позитивним навантаженням тіло важить більше, ніж зазвичай… Вікіпедія
Тип багатоцільової та … Вікіпедія
Тип навчальний літак Розробник … Вікіпедія
Цей термін має й інші значення, див. Кліпер. «Кліпер» багатоцільовий пілотований багаторазовий космічний корабель, що проектувався в РКК «Енергія» з 2000 року на зміну кораблям серії «Союз».
- Переміщенням наз-ся вектор, що з'єднує початкову і кінцеву точки траєкторії Вектор, що з'єднує початок і кінець шляху називається
- Траєкторія, довжина шляху, вектор переміщення Вектор, що з'єднує початкове положення
- Обчислення площі багатокутника за координатами його вершин Площа трикутника за координатами вершин формула
- Область допустимих значень (ОДЗ), теорія, приклади, рішення