Перевантаження і невагомість

У звичайних|звичних| умовах на людину діють сила тяжіння та сила реакції опори. За відсутності прискорення ці сили рівні і протилежно направлені|спрямовані|. Такий стан природно для людини.

При прискореному русі системи можуть виникнути особливі стани, звані перевантаженнями і невагомістю.

Розглянемо|розгледимо| деякі приклади|зразки|.

Нехай|нехай| людина знаходиться|перебуває| в кабіні ліфта (у ракеті), який піднімається|підіймається| вгору|угору| з|із| прискоренням (мал. 1.5). На людину діють сила тяжіння mg і сила реакції опори N. По другому закону Ньютона:

,

або в скалярній формі, з урахуванням|з врахуванням| напряму|направлення| сил:

. (1.1)

В цьому випадку сила реакції опори більше сили тяжіння і виникають перевантаження. Так, якщо , то (двократне перевантаження), якщо , то (триразове|трикратне| перевантаження), і т.п. Перевантаження надається|виказується,висловлюється| відношенням|ставленням| .

Інший приклад|зразок|: людина знаходиться|перебуває| в кабіні ліфта (усередині космічного апарату, що спускається), який сповільнено|уповільнено|, тобто з|із| гальмуванням, опускається вниз (мал. 1.6). Напрями|направлення| сил і прискорення відповідають попередньому прикладу|зразку|, тому і в цьому випадку одержуємо|отримуємо| формулу (1.1). Людина випробовує|відчуває| перевантаження.

Малюнок 1.5-Перевантаження	Малюнок 1.6-Перевантаження

Перевантаження можуть робити істотний|суттєвий| вплив на організм людини, оскільки|тому що| в цих станах відбувається|походить| відтік крові, змінюється взаємний тиск|тиснення| внутрішніх органів один на одного, виникає їх деформація і т.п., тому людина здатна|здібна| витримувати лише обмежені перевантаження. На мал. 1.7 схематично показані положення|становища| тіла і наведені відповідні значення перевантажень, які може, протягом принаймні декількох хвилин, виносити здоровий людський організм без яких-небудь серйозних порушеннь.

Малюнок 1.7- Положення тіла і відповідні значення перевантаження

У космічній медицині для тренування людей на перевантаження, а також при подібних експериментах на тваринах, використовуються великі центрифуги. У таких системах (мал. 1.8, а) можна умовно представити|уявити| дві опори: горизонтальну, яка діє на тіло з силою, і вертикальну, яка повідомляє тілу доцентрове прискорення і рівна . Результуюча цих двох сил направлена|спрямована| під кутом|рогом,кутком| до горизонтальної площини|плоскості| і дорівнює:

(1.2)

причому .

В цьому випадку перевантаження визначається відношенням:|ставленням|

. (1.3)

При з|із| (1.3) маємо , , а . Реакція опори в основному виступає|вирушає| як доцентрова сила.

Практично можливо змінювати|зраджуючи| нахил крісла, в якому знаходиться|перебуває| випробовуваний на центрифузі, та зробити так, щоб сила F була перпендикулярна опорі (мал. 1.8, б).

Якщо ліфт (або космічний корабель) прискорено рухається|сунеться| вниз (мал. 1.9) або сповільнено|уповільнено| вгору|угору|, то:

або . (1.4)

Малюнок 1.8- Дія сил в центрифузі	Малюнок 1.9-Невагомість

Як видно|показно|, реакція опори менше сили тяжіння . Якщо , то - це стан невагомості, при якому діючі на систему зовнішні сили, не викликають|спричиняють| взаємного тиску|тиснення| частинок|часток,часточок| системи один на одного.

Для біологічних об'єктів невагомість - незвичайний|незвичний| стан, хоч і в буденному житті зустрічаються короткочасні періоди часткової невагомості: стрибки, гойдалки|, початок руху вниз швидкісного ліфта і т.п.

Відсутність дії опори при невагомості приводить|призводить,наводить| до загальної|спільної| детренерованості| і, пов'язаного з цим, зниження працездатності, зменшується м'язова маса, відбувається|походить| демінералізація кісткової тканини. Тому космонавтам в умовах невагомості доводиться проводити спеціальні тренувальні фізичні вправи або носити особливі костюми, що утруднюють рух та дозволяють довантажувати роботу м'язів.

У звичайних|звичних| умовах гідростатичний тиск|тиснення| крові у верхній частині|частці| тіла менший, ніж у нижній. У невагомості кров рівномірно розподіляється в організмі - це означає, що верхня частина|частка| тіла переповнена кров'ю, у порівнянні зі звичайним|звичним| станом, при цьому відчувається тяжкість|тягар| у голові, з'являється|появляється| набряклість обличчя|обличчя,лиця|.

Вестибулярний апарат (див. 1.4) на невагомість реагуватиме так, ніби відсутнє гравітаційне поле, тобто виникнуть вестибулярні розлади.

Розглянемо|розгледимо| докладніше особливість руху тіла людини в умовах невагомості.

Практичне освоєння людиною законів механіки відбувається|походить| з раннього дитинства: ми вчимося сидіти, стояти, ходити, бігати, здійснювати|скоювати,чинити| фізичні вправи, працювати, кататися на велосипеді і т.п. Все це було досягнуто|збагнуло| нами в основному без теоретичних знань відповідних законів. Людина звикає до несвідомого здійснення механічних дій. Так, при штовханні ядра людина інстинктивно упирається ногою, щоб не впасти при "віддачі"; ударяючи молотком, робітник|робітник| мимоволі напружує м'язи, перешкоджаючи обертанню корпуса, і т.п.

Парадоксально, але|та| людина настільки звикає до законів механіки, що починає|розпочинає,зачинає| помічати їх прояв|вияв| в особливих, рідкісних|рідких| і малозвичних випадках.

До таких особливостей, і практично важливим|поважним| проявам|виявам| законів механіки, відноситься рухова діяльність людини в умовах невагомості, або, як прийнято говорити, в безопірному просторі. Неважко|скрутно| підрахувати|підсумувати|, користуючись законом збереження|зберігання| імпульсу, коли людина масою 100 кг у стані невагомості кине тіло масою 0,1 кг зі швидкістю 3 м/с, сама починає|розпочинає,зачинає| рухатися|сунутися| в протилежну сторону зі швидкістю 0,3см/с. Якщо кидок зробити з|із| розмахом руки, то тіло людини почне|розпочне,зачне| обертатися. Такий, в порівнянні із земними умовами, незвичайний прояв|вияв| законів збереження|зберігання| імпульсу та моменту імпульсу. Зупинитися|зупинятися| людина зможе, тільки|лише| взаємодіючи з|із| іншими тілами. Якщо людина в стані невагомості захоче|схоче| зробити вправу "кут|ріг,куток|", яке достатньо|досить| чітко виконують гімнасти в звичайних|звичних| умовах, то рух ніг викличе|спричинить| відповідно до закону збереження|зберігання| моменту імпульсу стрічне обертання корпусу (мал. 1.10). Поворот корпусу в умовах невагомості, у тому числі і при вільному падінні, здійснюється|скоюють,чинять| шляхом обертання кінцівок|скінченностями|. Так, наприклад, конусоподібні обертальні рухи рукою над головою викличуть|спричинять| обертання корпусу навколо|навкруг,довкола| вісі симетрії (мал. 1.11).

Малюнок 1.10-Дії людини в невагомості	Малюнок 1.11- Дії людини в невагомості

Якщо в умовах невагомості людина закручуватиме гайку, то вона сама почне|розпочне,зачне| обертатися в протилежному напрямі|направленні|.

В умовах невагомості діють ті ж відомі закони Ньютона, але|та| через незвичність умов людина повинна "звикати" до рухів у невагомості. Різкі рухи головою, руками або ногами, відкидання яких-небудь предметів можуть істотно|суттєво| змінити|поміняти| рух тіла людини.

Такі умови враховуються космонавтами як при підготовці до космічних польотів, так і під час польоту. Перша людина планети, що вийшла у відкритий|відчинений| космос, О.О.Леонов пише у своїй книзі, що "... після|потім| деякої підготовки людина зможе| навіть при безопірному "плаванні" в невагомості швидко і точно орієнтувати своє тіло в будь-якому напрямі|направленні| виключно|винятково| за рахунок м'язових зусиль, не вдаючись до допомоги технічних засобів|коштів|". І далі: "Напевно у невагомості, за наявності самої незначної точки опори, можна виконувати будь-які роботи без помітних порушень координації рухів".