 |
Перегрузки и невесомость. Движение в безопорном пространстве. Искусственное тяготение
|
|
|
|
Перегрузки
Вес тела приложен к опоре, а не к самому телу, и может измениться в зависимости от движения опоры.
Например, вес тела в покое на Земле равен mg, а вес тела в покое в кабине стартующего корабля больше чем на Земле и равен m·(g + а), как следует из формул 8.3 и 8.7.
Состояние, при котором вес тела больше, чем на Земле, называют перегрузкой.
Если пользоваться системой отсчета, в которой тело находится в состоянии покоя, то вес тела равен (и по величине и по направлению) действующей на него силе тяжести (формула 8.7). Поэтому можно сказать, что перегрузку испытывает тело, находящееся в системе отсчета, в которой сила тяжести превышает земную. Величину перегрузки принято характеризовать отношением силы тяжести, действующей в данной системе отсчета, к силе тяжести на Земле. Например, если космический корабль стартует с ускорением а = 4g, то согласно формуле (8.3) вес тела в корабле равен 5mg, а вес тела на земле равен mg. Отношение этих величин равно пяти. Поэтому в корабле человек испытывает пятикратную перегрузку.
Рис. 8.4. Перегрузки, возникающие при выходе самолета из пикирования
Перегрузки испытывает и летчик, выводящий самолет из пикирования, рис. 8.4. Если радиус кривизны в нижней части траектории — R и самолет движется со скоростью v, то возникает центростремительное ускорение 
направленное вверх. Следовательно, в нижней точке траектории летчик давит на сиденье с силой:
Пропорции и размеры человеческого тела, сила мышц и прочность костей приспособлены к существованию в условиях земной силы тяжести. Поэтому если человек оказывается в системе, где сила тяжести значительно превышает земную, он испытывает затруднения в выполнении самых обычных движений.
|
|
|
Для подготовки человека к работе в условиях значительной перегрузки необходимы специальные тренировки. Для этого используют центрифугу, которая представляет собой кабину, вращающуюся в горизонтальной плоскости на длинной штанге, рис. 8.5.
Рис. 8.5. Принцип создание перегрузок на центрифуге
Пусть радиус штанги г, и кабина вращается с угловой скоростью ω. В этом случае кабина имеет центростремительное ускорение ац = ω 2 · r и на тело внутри нее действует сила инерции Fи = m ω2 r. Согласно принципу Д'Аламбера, сила тяжести в кабине равна векторной сумме силы инерции и силы тяжести на Земле:
Fтяж=Fи+тg.
Ее величина находится по теореме Пифагора:
Величина перегрузки определяется отношением силы тяжести в кабине к земной силе тяжести:
Таким способом при большой угловой скорости вращения можно создать практически любую перегрузку.
В табл. 8.1 представлены значения перегрузок, возникающих в некоторых условиях.
Таблица 8.1
Значения некоторых перегрузок
| Условия перегрузки | Перегрузка |
| Перегрузка неподвижно стоящего человека | |
| Пассажир при взлете самолета | до 1,5 |
| Парашютист во время раскрытия парашюта при скорости падения 30 м/с | 1,8 |
| «------» ------» ------» ------» ---------40м/с | 3,3 |
| «------» ------» ------» ------» --------- 50 м/с | 5,2 |
| Летчик в момент катапультирования из самолета | ДО 16 |
| Перегрузки при спуске космического корабля «Восток» | до 8—10 |
| Перегрузки при спуске космического корабля «Союз» | до 3—4 |
В табл. 8.2 представлены значения кратковременных перегрузок, переносимых человеком.
Таблица 8.2
Кратковременные перегрузки, относительно безболезненно переносимые тренированным человеком
| Направление местной силы тяжести | Перегрузка |
| в направлении «спина — грудь» и «грудь — спина» | до 30 |
| в направлении «голова — ноги» | до 20 |
| в направлении «ноги — голова» | до 8 |
|
|
|
Для того, чтобы человек мог переносить значительные перегрузки, применяются специальные устройства: катапультные и амортизационные кресла, привязные системы, защитные шлемы и др.
Невесомость
Невесомость возникает внутри любого аппарата, который движется под действием одной единственной силы — силы тяготения. В этом случае сила инерции равна по величине и противоположна по направлению силе тяготения и сила тяжести внутри аппарата равна нулю (формула 8.2). Поэтому предметы, покоящиеся относительно станции, не оказывают воздействия на опору и их вес равен нулю.
Невесомостью называется такое состояние тела, при котором его вес равен нулю.
Невесомость возникает, например, внутри космического корабля, который движется в безвоздушном пространстве с выключенными двигателями.
Практика показала, что работа человека в условиях невесомости требует специальных навыков, а длительное пребывание в невесомости отрицательно сказывается на физическом состоянии человека и животных. Все это необходимо учитывать при подготовке пилотируемых космических полетов.
Для работы в условиях невесомости и пониженной силы тяжести (например, на Луне) космонавт должен понимать суть этих явлении и, конечно, уметь правильно двигаться. Знания о двигательной активности человека в невесомости и при пониженной силе тяжести накапливаются в ходе специальных медико-биологических экспериментов, широко использующих биомеханические методы. Такие эксперименты, например, показали, что при пониженном тяготении темп и энерготраты локомоторных движений человека снижаются; локомоции и состояние человека характеризуются увеличенным сгибанием в крупных суставах; становится доступен способ передвижения прыжками.
Кратковременное состояние невесомости в земных условиях можно создать в самолете, движущемся по параболической траектории. Это используется при подготовке космонавтов. Кроме того, Для имитации пониженного тяготения разработаны специальные стенды. С помощью биомеханики разрабатываются также средства, облегчающие движения человека в необычных условиях.
|
|
|
