З якоїсь особливої ​​причини у світі велика увага приділяється саме швидкості розгону автомобіля з 0 до 100 км/год (у США з 0 до 60 миль на годину). Експерти, інженери, любителі спортивних автомобілів а також і прості автолюбителі з якоюсь одержимістю постійно стежать за технічною характеристикоюавтомобілів, яка зазвичай розкриває динаміку розгону автомобіля з 0 до 100 км/год. Причому весь цей інтерес спостерігається не тільки до спортивних автомобілів, для яких динаміка розгону з місця є дуже важливим значенням, але і до звичайних автомобілів економ-класу.

У наші дні найбільший інтерес до динаміки розгону спрямований на сучасні електричні автомобілі, які почали потихеньку витісняти з авто ніші спортивні суперкари з їх неймовірною швидкістю розгону. Ось наприклад, ще кілька років тому здавалося просто фантастикою, що автомобіль може розганятися до 100 км/год трохи більше ніж за 2 секунди. Але сьогодні деякі сучасні вже наблизилися до цього показника.

Це природно змушує замислитись: А яка швидкість розгону автомобіля з 0 до 100 км/год небезпечна для здоров'я самої людини? Адже чим швидше розганяється автомобіль, тим більше навантаження зазнає водій, що знаходиться (сидить) за кермом.

Погодьтеся з нами, що людський організм має свої певні межі і не може витримати нескінченні навантаження, що наростають, які діють і надають на нього при швидкому розгоні транспортного засобу, певний вплив. Давайте разом з нами дізнаємося, а який граничний розгін автомобіля може теоретично та й практично витримати людина.

Прискорення, як ми напевно знаємо, це просте зміна швидкості руху тіла за одиницю взятого часу. Прискорення будь-якого об'єкта, що знаходиться на землі, залежить, як правило, від сили тяжіння. Сила тяжіння - це сила, що діє будь-яке матеріальне тіло, яке знаходиться поблизу поверхні землі. Сила тяжіння на поверхні землі складається з гравітації та відцентрової сили інерції, що виникає через обертання нашої планети.

Якщо ми хочемо бути зовсім точними, то навантаження людини в 1gсидить за кермом автомобіля утворюється при прискоренні машини з 0 до 100 км/год за 2,83254504 секунди.

Отже, ми знаємо, що при перевантаженні в 1gлюдина не відчуває на собі жодних проблем. Наприклад, серійний автомобіль Tesla Model S (дорога спецверсія) з 0 до 100 км/год може розганятися за 2,5 секунди (відповідно до специфікації). Відповідно, водій, який знаходиться за кермом цього автомобіля при розгоні, зазнає перевантаження в 1.13g.

Це вже як ми бачимо, більше ніж перевантаження, яке відчувається людиною у звичайному житті і яке виникає через гравітацію, а також через рух планети в просторі. Але це зовсім небагато і навантаження не становить для людини жодної небезпеки. Але, якщо ми сядемо за кермо потужного драгстера (спортивного автомобіля), то картина тут вже виходить зовсім інша, тому що ми з вами спостерігаємо інші цифри перевантаження.

Наприклад, найшвидший може розганятися з 0 до 100 км/год лише за 0,4 секунди. У результаті виходить, що це прискорення викликає перевантаження всередині машини 7.08g. Це вже, як бачите, чимало. За кермом такого божевільного транспорту ви почуватиметеся не дуже комфортно, і все через те, що ваша вага збільшиться в порівнянні з колишнім майже в сім разів. Але незважаючи на таке не дуже-то комфортний станпри такій динаміці розгону, це (дане) навантаження не здатне вас вбити.

То як же тоді автомобіль повинен розігнатися, щоб убити людину (водія)? Насправді однозначно відповісти на таке запитання не можна. Справа тут у наступному. Кожен організм у будь-якої людини суто індивідуальний і природно, що наслідки впливу на людину певних сил будуть теж зовсім різними. Для когось перевантаження у 4-6gнавіть на кілька секунд вже буде критичною. Таке навантаження може призвести до втрати свідомості і навіть загибелі цієї людини. Але зазвичай подібне навантаження для багатьох категорій людей не є небезпечним. Відомі випадки, коли перевантаження в 100gдозволяла людині вижити. Але правда, це дуже велика рідкість.

У цій статті репетитор з фізики та математики розповідає про те, як розрахувати перевантаження, яке зазнає тіло в момент розгону чи гальмування. Цей матеріал дуже погано розглядається у школі, тому школярі дуже часто не знають, як здійснювати розрахунок навантаження, А відповідні завдання зустрічаються на ЄДІ та ОДЕ з фізики. Так що дочитайте цю статтю до кінця або подивіться відеоурок, що додається. Знання, які ви отримаєте, знадобляться вам на іспиті.

Почнемо з визначень. Перевантаженнямназивається відношення ваги тіла до величини сили тяжіння, що діє це тіло біля поверхні землі. Вага тіла- Це сила, яка діє з боку тіла на опору або підвіс. Зверніть увагу, вага – це саме сила! Тому вимірюється вага у ньютонах, а не в кілограмах, як дехто вважає.

Таким чином, навантаження - це безрозмірна величина (ньютони діляться на ньютони, в результаті нічого не залишається). Однак іноді цю величину виражають у прискореннях вільного падіння. Кажуть, наприклад, що навантаження дорівнює , маючи на увазі, що вага тіла вдвічі більша за силу тяжкості.

Приклади розрахунку перевантаження

Покажемо, як здійснювати розрахунок навантаження на конкретних прикладах. Почнемо з найпростіших прикладів і перейдемо далі до складніших.

Очевидно, що людина, яка стоїть на землі, не має жодних перевантажень. Тому хочеться сказати, що його навантаження дорівнює нулю. Але не робитимемо поспішних висновків. Намалюємо сили, що діють на цю людину:

До людини прикладено дві сили: сила тяжіння, що притягує тіло до землі, і протидіє їй з боку земної поверхні сила реакції, спрямована вгору. Насправді якщо бути точним, то ця сила прикладена до підошв ніг людини. Але в даному конкретному випадку це не має значення, тому її можна відкласти від будь-якої точки тіла. На малюнку вона відкладена від центру мас людини.

Вага людини прикладена до опори (до поверхні землі), у відповідь відповідно до 3-го закону Ньютона з боку опори на людину діє рівна за величиною і протилежно спрямована сила. Значить для знаходження ваги тіла нам потрібно знайти величину сили реакції опори.

Оскільки людина стоїть на місці і не провалюється крізь землю, то сили, які на неї діють компенсовані. Тобто , і, відповідно, . Тобто розрахунок навантаження у цьому випадку дає наступний результат:

Запам'ятайте це! За відсутності перевантажень перевантаження дорівнює 1, а чи не 0. Як дивно це звучало.

Визначимо тепер, чому дорівнює перевантаження людини, яка перебуває у вільному падінні.

Якщо людина перебуває у стані вільного падіння, то на неї діє лише сила тяжіння, яка нічим не врівноважується. Сили реакції опори немає, як і ваги тіла. Людина перебуває у так званому стані невагомості. У цьому випадку навантаження дорівнює 0.

Космонавти перебувають у горизонтальному положенні в ракеті під час її старту. Тільки так вони можуть витримати перевантаження, які вони відчувають, не втративши свідомості. Зобразимо це малюнку:

У цьому вся стані ними діє дві сили: сила реакції опори і сила тяжкості . Як і попередньому прикладі, модуль ваги космонавтів дорівнює величині сили реакції опори: . Відмінність полягатиме в тому, що сила реакції опори вже не дорівнює силі тяжкості, як минулого разу, оскільки ракета рухається вгору з прискоренням. З цим прискоренням синхронно з ракетою прискорюються і космонавти.

Тоді відповідно до 2-го закону Ньютона в проекції на вісь Y (див. рисунок), отримуємо наступне вираз: , звідки . Тобто шукане навантаження дорівнює:

Треба сказати, що це не найбільше навантаження, яке доводиться зазнавати космонавтів під час старту ракети. Перевантаження може сягати 7. Тривале вплив таких перевантажень на тіло людини неминуче призводить до смерті.

У нижній точці "мертвої петлі" на пілота діятимуть дві сили: вниз - сила, вгору, до центру "мертвої петлі" - сила (з боку крісла, в якому сидить пілот):

Туди ж буде направлено доцентрове прискорення пілота, де км/год м/с — швидкість літака, — радіус «мертвої петлі». Тоді знову відповідно до 2-го закону Ньютона в проекції на вісь, спрямовану вертикально вгору, отримуємо наступне рівняння:

Тоді вага дорівнює . Отже, розрахунок навантаження дає наступний результат:

Дуже суттєве навантаження. Рятує життя пілота тільки те, що діє воно не дуже довго.

Ну і насамкінець, розрахуємо перевантаження, яке відчуває водій автомобіля при розгоні.

Отже, кінцева швидкість автомобіля дорівнює км/год. м/с. Якщо автомобіль прискорюється до цієї швидкості зі стану спокою за c, його прискорення дорівнює м/с 2 .Автомобіль рухається горизонтально, отже, вертикальна складова сили реакції опори врівноважена силою тяжкості, тобто . У горизонтальному напрямку водій пришвидшується разом із автомобілем. Отже, по 2-закону Ньютона в проекції на вісь, сонаправленную з прискоренням, горизонтальна складова сили реакції опори дорівнює .

Величину загальної сили реакції опори знайдемо за теоремою Піфагора: . Вона дорівнюватиме модулю ваги. Тобто шукане навантаження дорівнюватиме:

Сьогодні ми навчилися розраховувати навантаження. Запам'ятайте цей матеріал, він може стати в нагоді при вирішенні завдань з ЄДІ або ОГЕ з фізики, а також на різних вступних іспитах та олімпіадах.

Матеріал підготував, Сергій Валерійович

Земні навантаження

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 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: уповільнюється 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 в умовах 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, в 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.

Перевантаження- Відношення абсолютної величинилінійного прискорення, викликаного негравітаційними силами, до прискорення вільного падіння лежить на 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 людина може 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 наступні: 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 перевантаження діє у напрямку груди - спина, що дозволяє витримати кілька хвилин перевантаження кілька одиниць g. Існують спеціальні протиперевантажувальні костюми, завдання яких – полегшити дію перевантаження. 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

Космонавт, одягнений у важкий і незручний скафандр, на хвилинку зупинився біля люка, що веде всередину. космічного корабля, озирнувся на натовп провожаючих, що стоїть унизу, підняв руку в прощальному привітанні і зник у темному отворі свого відсіку. Він зручно вмостився в кріслі з пористого, м'якого, пластичного матеріалу, закріпив ремені, приєднав контакти скафандра до загальної мережі сигнальної проводки корабля і натиснув одну з кнопок на щиті управління, даючи сигнал готовності до радіоприймання. За хвилину він почув голос командувача польоту:

Все гаразд, лишилося ще кілька хвилин! - Космонавт увімкнув загальну мережу радіомовлення та почув голос радіокоментатора, який повідомляв подробиці підготовки до старту та яскраво описував передпускові емоції та настрої. Космонавт ще раз згадав сцени прощання з рідними та друзями, із вченими-керівниками космічних досліджень.

Оголошую готовність номер один! - раптом пролунав у гермошоломофоні голос командувача. Після цього почався настільки знайомий усім космонавтам хвилюючий відлік, кожна цифра якого несла з собою напруження очікування, що все збільшувалася.

Увага, увага, увага! Десять... дев'ять... вісім... сім... шість... п'ять... чотири... три... два... один... Пуск!

Кабіну космонавта пронизала спочатку вібрація, що приходить хвилями звідкись знизу; потім пролунав приглушений грім, який швидко перетворився на протяжний безперервний гуркіт. З-під дна ракети з'явився довгий струмінь вогняних блискавок, і її величезний корпус серед диму і гуркоту повільно відокремився від землі, поступово збільшуючи швидкість руху.

Коли всі, хто проводжав на космодромі, намагаючись простежити за польотом корабля, все вище піднімали голови, в кабіні почалися відповідальні для космонавта хвилини.

Навантаження наростає! - доносив він по радіо. – Все гаразд, прилади діють справно! - Це були останні слова, які космонавту вдалося вимовити без особливих зусиль, бо раптом якась потужна сила притиснула його тіло до крісла. Величезна вага навалилася на груди так, що космонавт не міг зробити жодного ковтка повітря. Здавалося, ще трохи, і він буде розчавлений. Ноги й руки обважніли, стали ніби свинцевими, м'язи обличчя скривилися і подалися назад, очі, мов дві кульки, глибоко втиснулися в черепну коробку.

Космонавт намагався ще сказати щось у мікрофон, але – безуспішно. З його губ зривалося лише незрозуміле бурмотіння. Відмовившись від спроб розмови, космонавт зосередився на своїх переживаннях, намагався чинити опір потужній силі, ковтнути вустами повітря.

Раптом він відчув різке полегшення.

Кінець роботи двигуна першого ступеня ракети, - промайнуло в його голові.

Але це була лише миттєва перерва у роботі двигунів. Як тільки відділився перший ступінь ракети, увімкнулися двигуни другого ступеня.

Швидкість знову почала наростати, а з нею збільшилося навантаження, тіло космонавта знову вдавилося в подушки крісла. Через кілька хвилин вичерпалося пальне в двигунах другого ступеня ракети, настала коротка перерва, після чого запрацювали двигуни третього ступеня. І хоча тіло ще насилу долало навантаження, в голові космонавта з'явилася думка про швидкий кінець випробування. Він знав, що двигуни третього ступеня повинні працювати дуже короткий час, і за кілька хвилин - кінець перевантаженням!

Так і сталося. За дев'яносто секунд двигуни припинили роботу, і настала раптова тиша.

Перехід був настільки різкий і швидкий, що ні тіло, ні думка космонавта не встигли до нього підготуватися. Серце билося в грудях, грудна клітка швидко здіймалася і опускалася, космонавт хапав повітря відкритим ротом і часто, неглибоко дихав. Але раптом все пройшло.

Уфф! - глибоко і з полегшенням зітхнув космонавт. Перша частина польоту – закінчена. Він увімкнув мікрофон і, чітко виділяючи склади, сказав:

Вийшов на орбіту. Все обладнання та прилади працюють безперебійно. Самопочуття хороше.

Ми спробували описати звичайний, рядовий старт космонавта в космос, коли завдання обмежується лише орбітальним польотом навколо Землі. Такий старт все ж таки представляє для людського організму важке випробування через дію сили прискорення.

Що це за сила?

Як її виміряти?

Уявімо на хвилину, що ми піднялися вгору на повітряній кулі, і, вибравши зручний момент, викинули гирю. У момент викиду швидкість гирі дорівнюватиме нулю, але вже наприкінці першої секунди польоту вона становитиме 9,8 метрів на секунду, наприкінці другої секунди - вдвічі більше, тобто 19,6 м/сек, наприкінці третьої секунди - на три рази більше, тобто 29,4 м/сек тощо. Швидкість польоту гирі збільшується з кожною секундою на 9,8 м/с.

Саме ця величина є одиницею прискорення. У науці її прийнято позначати латинською літерою "g". Якщо якесь фізичне тілопіднімається чи падає вертикально, сила прискорення залежить від тяжкості чи, що саме, від сили земного тяжіння. Однак існують й інші види прискорення, наприклад, при обертанні, коли з'являється відцентрова сила, або в літаку, коли пілот, виходячи з пікіруючого польоту, переходить до так званої «гірки».

Усі ці види прискорення вважаються позитивними.

Під час різкого гальмування поїзда або автомобіля, що швидко несеться, виникає сила прискорення зі зворотним знаком - негативне прискорення. У цьому випадку сила інерції, викликана гальмуванням, тобто втратою швидкості, або якщо завгодно - негативним прискоренням, кидає пасажира вперед. Під час автомобільних аварій люди найчастіше гинуть від впливу негативного прискорення.

Був час, коли питання прискорення розглядалися лише теоретично. Після появи літаків із великою швидкістю польоту, питання прискорення почали вивчатися практично. Років тридцять тому, у колах авіаторів наробив багато галасу випадок, коли пілот при виході з пікіруючого польоту втратив керування і розбився. Виявилося, що під впливом сили прискорення, що виникла при різкій зміні напрямку руху під час великої швидкості польоту, пілот знепритомнів і випустив із рук важелі управління.

Яка причина втрати свідомості? Адже це був досвідчений, сильний пілот, що відрізнявся залізним здоров'ям!

У момент виходу з пікіруючого польоту з'явилася відцентрова сила, яка спричинила негативне прискорення близько двох до трьох. У міру зростання відцентрової сили збільшувалася вага тіла пілота та його крові. Коли прискорення дійшло до величини 4 g, значна частина крові, під впливом цієї сили, відхлинула від мозку і перемістилася в нижчі частини тіла, внаслідок чого пілот почав втрачати зір. Декілька миттєвостей пізніше, коли прискорення зменшилося, пілот нічого не бачив, ніби з чорною пов'язкою на очах.

Однак прискорення продовжувало наростати, тому що пілот вів літак по кривій, наприкінці якої літак опинився б у положенні вертикального польоту нагору. Все більше крові витікало з мозку до серця пілота. З'явилися грізні симптоми. Пілотові здавалося, що серце різко падає вниз, що воно перемістилося в нижню частину живота, а печінка виявилася ще нижчою, десь біля колін. Пілот уже зовсім нічого не бачив, і йому доводилося напружувати всі сили, щоб не знепритомніти. Досі йому ще не доводилося переживати такого стану, але пілот не хотів відмовитися від боротьби, не хотів підкоритись слабкості свого власного організму. Він думав, що всі неприємні відчуття пройдуть, як тільки припиниться дія відцентрової сили.

Але цього разу він прорахувався. Він не зважив на велику початкову швидкість у момент виходу з пікіруючого польоту і, тим самим, значної величини відцентрової сили, яка з'явилася в цей час.

Невдалий політ продовжувався. Мозок пілота, позбавлений крові, припинив роботу. Коли сила прискорення сягнула 10 g, тіло пілота важило не 85 кг, як завжди, а 850 кг. Кожен кубічний сантиметр крові важив не 1 грам, а 10, таким чином кров стала важчою залізо і важила майже стільки ж, скільки важить ртуть.

Роблячи останнє зусилля, пілот наважився витримати ще одну секунду, перед тим як узяти важіль управління «від себе», щоб полегшити жахливий тиск відцентрової сили. Однак тієї ж миті він знепритомнів. Перетягнув струну, не витримав і… програв.

Літак втратив керування, сильна і важка машина почала безладно падати і, зрештою, врізалася в землю. Це був трагічний кінець цього польоту.

Випадок цей тривалий час обговорювався в колах авіаторів, особливо серед фізіологів, які займаються проблемами авіаційної медицини. Почалися всебічні наукові дослідження.

Встановлено, що при прискоренні порядку 5 g, навіть добре натреновані та стійкі пілоти втрачають зір, здатність дихати, у вухах у них з'являються сильні болі. Якщо такий стан триває не більше 30–40 секунд, організм швидко його долає, якщо ж триває довше – можуть статися серйозні розлади та навіть травми.

Після того, як в авіації почалася ера реактивних польотів і швидкості літаків стали перевищувати 1000 км/год, вчені стали отримувати багато відомостей про стійкість організму на навантаження при спостереженнях за поведінкою пілотів під час виконання фігур вищого пілотажу на великих швидкостях. Будувалися на землі і катапульти, за допомогою яких викидалися в повітря з великою початковою швидкістю манекени, з численними дослідницькими приладами. Відзначалися і явища, що відбуваються в організмі парашутиста в момент переходу від вільного падіння до польоту з відкритим парашутом.

Але такі дослідження були неповними. Необхідно було створити більш багатосторонні, зручні та точні прилади та установки для вивчення явищ, що відбуваються в організмі людини під впливом перевантажень.

Незабаром така установка була збудована. Це центрифуга, яку льотчики та космонавти деяких країн назвали назвою «карусель». Вона стала основною установкою для дослідження стійкості організму до перевантажень. Як виглядає ця «карусель»?

У круглій залі, на висоті близько метра над рівнем підлоги, видніється гратчаста консоль з сталевих труб, Дещо нагадує будівельний кран. З одного кінця консоль посаджена на вертикальну вісь із електроприводом, потужністю 6000 л. с. Довжина консолі каруселі складає 17 метрів; на іншому кінці ґрат встановлена ​​кабіна з місцем для сидіння людини; у кабіні зосереджена різноманітна та складна дослідницька апаратура.

Кабіна закривається герметично, що дає можливість встановлювати всередині неї температуру і тиск у дуже широких межах, тобто можна створити умови, дуже близькі до тих, які можуть панувати в кабіні космонавта під час польоту в космосі.

Спеціальний механізм підвіски кабіни автоматично встановлює її під час випробувань у таке положення, щоб відцентрова сила діяла на людину, яка знаходиться всередині кабіни по прямій лінії, подібно до того, як ця сила діє під час космічного польоту. Це полегшує розрахунки лікарям, які спостерігають за досвідом.

З усіх численних апаратів, що у кабіні, варто звернути увагу до об'єктив камери телебачення, що безпосередньо над головою пасажира кабіни. Як тільки пілот займе в кабіні своє місце, вчені прикріплюють до тіла безліч датчиків, з'єднаних з електронною контрольною апаратурою. Завдяки цьому всі явища, що відбуваються в організмі пілота під час центрифугування, точно фіксуються на стрічках самописних приладів.

Як тільки консоль «каруселі» почне обертатися, в кабіні виникає відцентрова сила, яка впливає на тіло пілота подібно до сили прискорення в кабіні космічного корабля або літака. У міру зростання кількості оборотів ця сила теж зростає і може досягти величини 40 g, коли вага тіла пілота збільшується до 3200 кг. Таке навантаження для людини може закінчитися смертю, тому її створюють лише у виняткових випадках при дослідах із тваринами.

Слід, однак, відзначити, що на американській авіаційній базі в Джонсвіллі (центрифугу, встановлену там, якраз ми описуємо), свого часу набув популярності рекорд, встановлений одним з пілотів. Незважаючи на те, що прискорення перевищило небезпечну межу 5 g, пілот не давав сигналу до припинення досвіду, і на передану по телефону пропозицію зупинити центрифугу, відповів відмовою. Понад те, він зажадав збільшення оборотів. Пілот витримав прискорення 8g, потім 10 та 12g. І лише тоді, коли сила прискорення дійшла до 14 g і трималася на цьому рівні дві хвилини, пілот нарешті дав зрозуміти, що більше витримати не може.

Здатність людського організму переносити навантаження не однакова у різних осіб і значною мірою залежить від індивідуальних якостей, ступеня натренованості, стану здоров'я, віку людини та інше В основному, нормальна людина при перевантаженнях 5 g, почувається погано, але натреновані, пілоти, що користуються винятковим здоров'ям, можуть витримати перевантаження близько 10 g протягом 3-5 хвилин.

Які ж навантаження доводилося переносити досі космонавтам?

За радянськими даними, перша у світі людина, яка здійснила політ у космічний простір, Юрій Гагарін, під час старту витримала навантаження близько 4 g. Американські дослідники повідомляють, що космонавт Гленн витримав зростання навантаження до 6,7 g з моменту старту до моменту відділення першого ступеня ракети, тобто протягом 2 хвилин і 10 секунд. Після відділення першого ступеня прискорення зростало з 1,4 до 7,7 g протягом 2 хвилин та 52 секунд.

Так як в цих умовах прискорення, а з ним і навантаження наростають поступово і не тривають довго, сильний натренований організм космонавтів переносить їх без жодної шкоди.

Є ще один тип установки на дослідження реакції людського організму на перевантаження. Це реактивні сани, що є кабіною, що рухається рейковим шляхом значної протяжності (до 30 кілометрів). Швидкість кабіни на санках сягає 3500 км/год. На цьому стенді зручніше досліджувати реакції організму на навантаження, тому що на них можна створювати не тільки позитивні, а й негативні прискорення. Після того, як потужний реактивний двигун повідомить санчат через кілька секунд після старту швидкість порядку 900 м/сек (тобто швидкість рушничної кулі), прискорення може досягти величини 100 g. При різкому гальмуванні, також з допомогою реактивних двигунів, негативне прискорення може сягнути навіть 150 g.

Випробування на реактивних санях придатні в основному для авіації, а не космонавтики, і, крім того, установка ця обходиться значно дорожче за центрифугу.

За тим же принципом, що і реактивні сани, діють катапульти, що мають похилі напрямні, якими рухається крісло з пілотом. Катапульти придатні особливо у авіації. На них відчувають реакції організму пілотів, яким можливо в майбутньому доведеться при аварії літака катапультуватися, щоб врятувати своє життя. У цьому випадку кабіна разом з пілотом вистрілюється з потерпілого аварію реактивного літака і за допомогою парашута спускаємося на землю. Катапульти здатні повідомити прискорення не більше ніж 15 g.

У пошуках способу запобігти шкідливому впливу перевантажень на організм людини, вчені встановили, що велику користь приносить занурення людини в рідке середовище, щільність якої відповідає середньої щільності людського тіла.

Були збудовані басейни, наповнені рідкою суспензією, що відповідає щільності, з пристроєм для дихання; у басейни поміщали піддослідних тварин (мишей та щурів), після чого здійснювали центрифугування. Виявилося, що стійкість мишей та щурів до перевантажень зросла вдесятеро.

В одному з американських наукових інститутів було збудовано басейни, що дозволяє помістити в них людину; (льотчики згодом прозвали ці басейни «залізними сиренами»). Пілота садили у ванну, заповнену рідиною відповідної густини, і проводили центрифугування. Результати перевершили всі очікування - в одному випадку навантаження було доведено до 32 g. Таке навантаження людина витримала протягом п'яти секунд.

Щоправда, «залізна сирена» з технічної точки зору недосконала і, зокрема, є заперечення щодо зручностей для космонавта. Однак, не слід судити надто поспішно. Можливо, в недалекому майбутньому вчені знайдуть спосіб покращити умови випробувань на такій установці.

Слід додати, що стійкість до перевантажень залежить від положення тіла космонавта під час польоту. На основі багатьох випробувань вчені встановили, що людина легше переносить навантаження в напівлежачому положенні, оскільки таке положення зручніше для циркуляції крові.

Ми вже згадували, що у проведених космічних польотах навантаження були порівняно невеликими і тривали лише кілька хвилин. Але ж це лише початок космічної ериКоли польоти людей у ​​космос відбуваються по орбітах, порівняно близьких до Землі.

Тепер ми стоїмо на порозі польотів на Місяць, а за життя найближчого покоління - на Марс і Венеру. Можливо доведеться тоді зазнавати значно більших прискорень, і космонавти зазнатимуть значно більших перевантажень.

Існує ще проблема стійкості космонавтів до невеликих, але тривалих, постійних навантажень, що тривають протягом усієї міжпланетної подорожі. Попередні дані говорять за те, що постійне прискорення порядку часток, «g» переноситься людиною без будь-яких труднощів. Вже розроблено проекти таких ракет, двигуни яких працюватимуть із постійним прискоренням. Незважаючи на те, що під час самого досвіду людям доводилося переносити різні неприємні явища, досліди їм не завдали ніякої шкоди.

Можливо, що в майбутньому вдасться підвищити стійкість організму людини до перевантажень іншим шляхом. Цікаві досліди були поставлені вченими Кембриджського університету США. Вони піддали постійному прискоренню близько 2 g вагітних мишей до того часу, поки з'явилися мишенята, яких тримали на центрифузі протягом усієї подальшого життя до смерті. Миші, що народилися в таких умовах, чудово почували себе під впливом постійного навантаження 2 g, і їх поведінка нічим не відрізнялася від поведінки їх побратимів, що живуть у нормальних умовах.

Ми далекі від думки поставити аналогічні досліди з людьми, але все ж таки вважаємо, що явище такої пристосовуваності організму до перевантажень може вирішити ряд завдань, що стоять перед біологами.

Не виключено також, що вчені знайдуть спосіб нейтралізації сил прискорення, і людина, яка оснащена відповідною апаратурою, легко перенесе всі явища, що супроводжують перевантаження. Ще більші надії пов'язані з методом заморожування, коли чутливість людини різко падає (про це пишемо нижче).

Прогрес у сфері підвищення стійкості людського організму до перевантажень дуже великий і продовжує розвиватися. Вже вдалося досягти великого успіху у підвищенні стійкості шляхом надання корпусу людини правильного положення під час польоту, використання м'якого, вистеленого губчастою пластмасою крісла та скафандрів спеціальної конструкції. Можливо, найближчим часом принесе ще більший успіх у цій галузі.

З багатьох небезпек, що підстерігають космонавта під час польоту, слід зазначити ще одну, пов'язану з аеродинамічні особливості польоту і роботою реактивних двигунів. Небезпека ця, хоч на щастя і не дуже велика, несе з собою вібрація.

Під час старту працюють потужні двигуни, і вся конструкція ракети зазнає сильної вібрації. Вібрація передається тілу космонавта і може повести за собою неприємні для нього наслідки.

Шкідливий вплив вібрації на організм людини відомий вже давно. Справді, робітники, які користуються більш-менш тривалий час на пневматичне молото або буре, хворіють на так звану вібраційну хворобу, яка проявляється не тільки сильними болямим'язів та суглобів верхніх кінцівок, а й болями в ділянці живота, серця, голови. З'являється задишка і утруднюється дихання. Чутливість організму значною мірою залежить від цього, який із внутрішніх органів схильний найбільше дії вібрації. По-різному реагують на вібрацію внутрішні органи травлення, легкі, верхні та нижні кінцівки, очі, мозок, горло, бронхи тощо.

Встановлено, що вібрація космічного корабля шкідливо діє на всі тканини та органи людського організму – причому найгірше переноситься вібрація великої частоти, тобто така, яку важко помітити без точних приладів. Під час дослідів із тваринами та людьми встановлено, що у них під впливом вібрації спочатку збільшується серцебиття, зростає тиск крові, потім з'являються зміни у складі крові: зменшується кількість червоних кров'яних тілець, збільшується кількість білих. Порушується загальний обмін речовин, знижується рівень вітамінів у тканинах, з'являються зміни у кістках. Цікаво, що температура тіла багато в чому залежить від частоти вібрації. У разі збільшення частоти коливань зростає температура тіла, у разі зниження частоти - температура знижується.

Тому нічого дивного немає в тому, що вібрація космічного корабля може стати причиною значних порушень життєдіяльності організму і може негативно позначитися на розумовій роботі космонавта.

Звичайно, наслідки вібрації можуть стати грізними при тривалому впливі на людський організм. Якби космонавтам довелося переносити вібрацію протягом кількох днів, це призвело б до повного та незворотного розладу життєдіяльності, з усіма наслідками, що звідси випливають.

На щастя, проблема ця не така велика, як це здається на перший погляд. Справа в тому, що тривалість вібрації під час старту ракети становить лише кілька хвилин, і хоча екіпаж космічного корабля відчуває при цьому деякі незручності, але тривають вони настільки короткий час, що не приносять жодної шкоди. Дещо довше триває вібрація під час проходження корабля через атмосферу при посадці. Але й це не так уже й небезпечно. Крім того, спеціальна конструкція гнучкої та еластичної підвіски крісел, що ізолює космонавтів від корпусу ракети, а також м'яка, пластмасова оббивка сидінь та спинок крісел значно знижують вібрацію, що передається від корпусу ракети до тіла космонавта.