Dintr-un motiv special din lume mare atentie se concentrează în mod special pe viteza de accelerație a mașinii de la 0 la 100 km/h (în SUA de la 0 la 60 mph). Experții, inginerii, pasionații de mașini sport, precum și pasionații de mașini obișnuite, cu un fel de obsesie, monitorizează constant caracteristici tehnice mașini, care dezvăluie de obicei dinamica accelerației mașinii de la 0 la 100 km/h. Mai mult, tot acest interes se observă nu numai la mașinile sport pentru care dinamica accelerației de la oprire este foarte importantă, ci și la mașinile de clasă economică complet obișnuite.
În zilele noastre, cea mai mare parte a interesului pentru dinamica accelerației este îndreptată spre electrică mașini moderne, care au început să înlocuiască încet supercarurile sport cu viteza lor incredibilă de accelerare din nișa auto. De exemplu, acum câțiva ani părea pur și simplu fantastic că o mașină putea accelera până la 100 km/h în puțin peste 2 secunde. Dar astăzi unele moderne s-au apropiat deja de acest indicator.
Acest lucru vă face, în mod natural, să vă întrebați: ce viteză de accelerare a unei mașini de la 0 la 100 km/h este periculoasă pentru sănătatea umană? La urma urmei, cu cât mașina accelerează mai repede, cu atât mai multă sarcină suferă șoferul, care este (șezat) la volan.
Sunteți de acord cu noi că corpul uman are propriile sale anumite limite și nu poate rezista la sarcinile crescânde nesfârșite care acționează și exercită asupra lui în timpul accelerației rapide. vehicul, un anumit impact. Să aflăm împreună ce accelerație maximă a unei mașini poate fi suportată teoretic și practic de o persoană.
Accelerația, după cum probabil știm cu toții, este o simplă schimbare a vitezei unui corp pe unitatea de timp. Accelerația oricărui obiect pe sol depinde, de regulă, de gravitație. Gravitația este o forță care acționează asupra oricărui corp material care se află aproape de suprafața pământului. Forța gravitațională de pe suprafața pământului constă din gravitație și forța centrifugă de inerție, care apare din cauza rotației planetei noastre.
Dacă vrem să fim absolut precisi, atunci 1g supraîncărcare umană stând la volanul unei mașini se formează atunci când mașina accelerează de la 0 la 100 km/h în 2,83254504 secunde.
Și așa, știm că atunci când este supraîncărcat în 1g persoana nu are probleme. De exemplu, o mașină Tesla Model S de serie (o versiune specială scumpă) poate accelera de la 0 la 100 km/h în 2,5 secunde (conform specificației). În consecință, șoferul aflat la volanul acestei mașini va experimenta o supraîncărcare de 1,13 g.
Aceasta, după cum vedem, este mai mult decât suprasolicitarea pe care o experimentează o persoană în viața obișnuită și care apare din cauza gravitației și, de asemenea, din cauza mișcării planetei în spațiu. Dar acest lucru este destul de puțin și supraîncărcarea nu prezintă niciun pericol pentru oameni. Dar, dacă ne urcăm la volanul unui dragster puternic (mașină sport), atunci imaginea de aici este complet diferită, deoarece vedem deja diferite cifre de suprasarcină.
De exemplu, cel mai rapid poate accelera de la 0 la 100 km/h în doar 0,4 secunde. Ca urmare, se dovedește că această accelerație provoacă supraîncărcare în interiorul mașinii 7,08 g. Acest lucru este deja, după cum puteți vedea, mult. Conducând un vehicul atât de nebun, nu te vei simți foarte confortabil și totul datorită faptului că greutatea ta va crește de aproape șapte ori față de înainte. Dar, în ciuda acestei stări nu foarte confortabile cu o astfel de dinamică de accelerație, această (această) suprasarcină nu este capabilă să te omoare.
Deci, cum trebuie să accelereze o mașină pentru a ucide o persoană (șoferul)? De fapt, este imposibil să răspundem fără ambiguitate la această întrebare. Ideea aici este următoarea. Fiecare organism al oricărei persoane este pur individual și este firesc ca consecințele expunerii la anumite forțe asupra unei persoane să fie, de asemenea, complet diferite. Supraîncărcare pentru unii la 4-6g chiar și pentru câteva secunde va fi deja (este) critic. O astfel de suprasolicitare poate duce la pierderea cunoștinței și chiar la moartea acelei persoane. Dar, de obicei, o astfel de supraîncărcare nu este periculoasă pentru multe categorii de oameni. Există cazuri cunoscute de supraîncărcare 100 g a permis unei persoane să supraviețuiască. Dar adevărul este că acest lucru este foarte rar.
Supraîncărcare este raportul dintre rezultanta tuturor forțelor (cu excepția greutății) care acționează asupra aeronavei și greutatea aeronavei.
Supraîncărcările sunt definite în sistemul de coordonate asociat:
nx- suprasarcina longitudinala; nу- suprasarcina normala; nz- suprasarcina laterala.
Supraîncărcarea completă este determinată de formulă
Suprasarcină longitudinală nх apare atunci când forța motorului și tracțiunea se schimbă.
Dacă tracțiunea motorului este mai mare decât rezistența, atunci suprasarcina este pozitivă. Dacă cantitatea de rezistență este mai mare decât forța motorului, atunci suprasarcina este negativă.
Supraîncărcarea longitudinală este determinată de formulă
Suprasarcină laterală nz apare atunci când aeronava zboară în stare de alunecare. Dar din punct de vedere al mărimii, forța aerodinamică laterală Z este foarte mică. Prin urmare, în calcule, suprasarcina laterală este considerată egală cu zero. Supraîncărcarea laterală este determinată de formulă
Efectuarea manevrelor acrobatice este însoțită în principal de apariția unor supraîncărcări normale mari.
Supraîncărcare normală nу se numește raportul de sustentație la greutatea aeronavei și este determinat de formulă
Suprasarcina normală, după cum se poate observa din formula (11.5), este creată de forța de ridicare. În zborul orizontal într-o atmosferă calmă, forța de ridicare este egală cu greutatea aeronavei, prin urmare, suprasarcina va fi egală cu unitatea:
Orez. 6 Efectul forței de inerție centrifugă asupra pilotului a - cu o creștere bruscă a unghiului de atac, b - cu o scădere bruscă a unghiului de atac
În zborul curbat, când forța de ridicare devine mai mare decât greutatea aeronavei, suprasarcina va fi mai mare de unu.
Când un avion se mișcă de-a lungul unei căi curbe, forța centripetă este, așa cum am menționat deja, ridicare, adică presiunea aerului pe aripi. În acest caz, mărimea forței centripete este întotdeauna însoțită de o forță de inerție centrifugă egală, dar opusă ca direcție, care este exprimată prin forța de presiune a aripilor asupra aerului. Mai mult decât atât, forța centrifugă acționează ca greutatea (masa) și, deoarece este întotdeauna egală cu forța centripetă, atunci când aceasta din urmă crește, crește cu aceeași cantitate. Astfel, suprasarcina aerodinamică este similară cu o creștere a greutății aeronavei (pilot).
Când apare suprasarcină, pilotul simte ca și cum corpul său a devenit mai greu.
Supraîncărcarea normală este împărțită în pozitiv și negativ. Când suprasarcina apasă pe pilot în scaun, atunci această suprasarcină pozitiv, dacă îl desparte de scaun și îl ține de centurile de siguranță - negativ (Fig. 6).
În primul caz, sângele va curge de la cap la picioare, în al doilea caz, va curge la cap.
După cum sa menționat deja, o creștere a portanței în mișcarea curbilinie este echivalentă cu o creștere a greutății aeronavei cu aceeași valoare, apoi
(11.6)
(11.7)
Unde nivel n - suprasarcina disponibila.
Din formula (11.7) este clar că cantitatea de suprasarcină disponibilă este determinată de rezerva coeficienților de susținere (marja unghiurilor de atac) de la cei necesari pentru zborul orizontal până la valoarea sa sigură (Su TR sau Su CR).
Supraîncărcarea normală maximă posibilă poate fi obținută atunci când, în zbor la o viteză și o altitudine de zbor date, capacitatea aeronavei de a crea portanță este utilizată pe deplin. Această suprasarcină poate fi obținută în cazul în care aeronava este adusă brusc (fără o scădere vizibilă a vitezei de zbor) la C y = C y max:
(11.8)
Cu toate acestea, nu este de dorit să se aducă aeronava la o astfel de supraîncărcare, deoarece va exista o pierdere a stabilității și o blocare într-o rotire a cozii sau rotație. Din acest motiv, nu este recomandat să înclinați strâns maneta spre dvs. la viteze mari de zbor, mai ales când ieșiți dintr-o scufundare. Prin urmare, suprasarcina maximă posibilă sau disponibilă este considerată a fi mai mică ca valoare, pentru a preveni intrarea aeronavei în modul agitare. Formula pentru determinarea acestei suprasarcini are forma
(11.9)
Pentru aeronavele Yak-52 și Yak-55, dependențele grafice ale supraîncărcărilor disponibile de viteza de zbor sunt prezentate în Fig. 7, Fig. 8. Când se efectuează zboruri pe aeronave Yak-52 și Yak-55, suprasarcina normală disponibilă este limitată în principal de caracteristicile de rezistență ale aeronavei.
Suprasarcină operațională maximă admisă pentru aeronava Yak-52:
cu șasiu pe roți:
pozitiv +7;
negativ -5;
cu șasiu de schi:
pozitiv +5;
negativ -3.
Suprasarcină operațională maximă admisă pentru aeronava Yak-55:
în versiunea de antrenament:
pozitiv +9;
negativ -6;
în varianta de distilare:
pozitiv +5;
negativ -3.
Depășirea acestor supraîncărcări în zbor este interzisă,întrucât în structura aeronavei pot apărea deformaţii reziduale.
La efectuarea manevrelor curbe în regim de echilibru, suprasarcina depinde de rezerva de forță a centralei electrice. Rezerva de tracțiune este determinată din condiția menținerii unei viteze date pe toată durata manevrei.
Suprasarcină maximă pentru PR de tracțiune disponibilă se numește cea mai mare suprasarcină la care forța centralei încă echilibrează rezistența. Este determinat de formula
(11.10)
Supraîncărcarea maximă pentru tracțiunea disponibilă depinde de viteza și altitudinea zborului, deoarece factorii de mai sus afectează tracțiunea disponibilă Рр și calitatea aerodinamică K depinde de viteză. Pentru a calcula dependența lui n la PREV este necesar să existe curbe Рр (V) pentru diferite altitudini și o grilă de polari.
Pentru fiecare valoare a vitezei, valorile forței disponibile sunt preluate din curba Рр (V), valoarea coeficientului Cy este determinată din polar pentru viteza corespunzătoare V și calculată folosind formula (11.10).
Atunci când manevrează într-un plan orizontal cu o suprasarcină mai mică decât cea disponibilă, dar mai mare decât tracțiunea maximă, aeronava va pierde viteza sau altitudinea de zbor.
Cu toții am auzit poveștile epice despre oameni împușcați în cap, căzând de la etajul 10 sau pierduți în mare de luni de zile. Dar este suficient să plasezi o persoană oriunde în universul cunoscut, cu excepția unui strat subțire de spațiu care se extinde la câteva mile deasupra sau sub nivelul mării pe Pământ, iar moartea unei persoane este inevitabilă. Oricât de puternic și elastic ar părea corpul nostru în unele situații, în contextul cosmosului în ansamblu, este înfricoșător de fragil.
Multe dintre limitele în care o persoană obișnuită poate supraviețui sunt destul de bine definite. Un exemplu este celebra „regula celor trei”, care determină cât timp putem rămâne fără aer, apă și mâncare (aproximativ trei minute, trei zile și, respectiv, trei săptămâni). Alte limite sunt mai controversate deoarece oamenii le testează rar (sau nu le testează deloc). De exemplu, cât timp poți sta treaz înainte de a muri? Cât de sus te poți ridica înainte să te sufoci? Câtă accelerație poate rezista corpul tău înainte de a se rupe?
Experimentele efectuate de-a lungul deceniilor au ajutat la definirea granițelor în care trăim. Unele dintre ele au fost cu un scop, altele au fost accidentale.
Cât timp putem rămâne treji?
Se știe că piloții Forțelor Aeriene, după trei-patru zile de trezi, au căzut într-o stare atât de incontrolabilă încât și-au prăbușit avioanele (adormit la comenzi). Chiar și o noapte fără somn afectează capacitatea șoferului în același mod ca și intoxicația. Limita absolută a rezistenței voluntare la somn este de 264 de ore (aproximativ 11 zile). Acest record a fost stabilit de Randy Gardner, în vârstă de 17 ani, pentru târg proiecte științifice elevi de liceu în 1965. Înainte de a adormi în a 11-a zi, era în esență o plantă cu ochii deschiși.
Dar cât timp i-ar lua să moară?
În iunie anul acesta, un tânăr chinez de 26 de ani a murit după ce 11 zile petrecute fără somn încercând să urmărească toate meciurile Campionatului European. În același timp, a consumat alcool și a fumat, ceea ce face dificilă stabilirea cu exactitate a cauzei morții. Dar cu siguranță nici o persoană nu a murit din cauza lipsei de somn. Și din motive etice evidente, oamenii de știință nu pot determina această perioadă în condiții de laborator.
Dar au reușit să o facă la șobolani. În 1999, cercetătorii de somn de la Universitatea din Chicago au plasat șobolani pe un disc care se învârte plasat deasupra unui bazin de apă. Ei au înregistrat continuu comportamentul șobolanilor folosind program de calculator capabil să recunoască debutul somnului. Când șobolanul începea să adoarmă, discul se întorcea brusc, trezindu-l, aruncându-l de perete și amenințăndu-l că îl aruncă în apă. De obicei, șobolanii au murit după două săptămâni de la acest tratament. Înainte de moarte, rozătoarele prezentau simptome de hipermetabolism, o afecțiune în care rata metabolică a organismului în repaus crește atât de mult încât toate caloriile în exces sunt arse, chiar și atunci când corpul este complet imobil. Hipermetabolismul este asociat cu lipsa somnului.
Câte radiații putem rezista?
Radiațiile reprezintă un pericol pe termen lung, deoarece provoacă mutații ADN, schimbând codul genetic într-un mod care duce la creșterea celulelor canceroase. Dar ce doză de radiații te va ucide imediat? Potrivit lui Peter Caracappa, inginer nuclear și specialist în securitatea radiațiilor la Institutul Politehnic Rensler, o doză de 5-6 sieverți (Sv) în câteva minute va distruge prea multe celule pentru ca organismul să le poată face față. „Cu cât perioada de acumulare a dozei este mai lungă, cu atât sunt mai mari șansele de supraviețuire, deoarece organismul încearcă să se repare singur în acest timp”, a explicat Caracappa.
Prin comparație, unii lucrători de la centrala nucleară Fukushima din Japonia au primit între 0,4 și 1 Sv de radiații într-o oră în timp ce se confruntau cu accidentul din martie trecut. Deși au supraviețuit, riscul lor de cancer a crescut semnificativ, spun oamenii de știință.
Chiar dacă accidentele nucleare și exploziile de supernove sunt evitate, radiațiile naturale de fond de pe Pământ (de la surse precum uraniul din sol, razele cosmice și dispozitivele medicale) măresc șansele noastre de a face cancer în orice an cu 0,025 la sută, spune Caracappa. Acest lucru stabilește o limită oarecum ciudată pentru durata vieții umane.
„Persoana medie... expusă la o doză medie de radiații de fond în fiecare an timp de 4.000 de ani, în absența altor factori, va dezvolta inevitabil cancer indus de radiații”, spune Caracappa. Cu alte cuvinte, chiar dacă am putea învinge toate bolile și am opri comenzile genetice care controlează procesul de îmbătrânire, tot nu am trăi mai mult de 4.000 de ani.
Câtă accelerație putem suporta?
Cuvia toracică ne protejează inima de impacturi puternice, dar nu este o protecție fiabilă împotriva smucirilor care au devenit posibile astăzi datorită dezvoltării tehnologiei. Ce accelerație poate rezista acest organ al nostru?
NASA și cercetătorii militari au efectuat o serie de teste în încercarea de a răspunde la această întrebare. Scopul acestor teste a fost siguranța structurilor spațiale și aeriene aeronave. (Nu dorim ca astronauții să-și piardă cunoștința atunci când racheta decolează.) Accelerația orizontală - o smucitură în lateral - are un efect negativ asupra interiorului nostru, din cauza asimetriei forțelor care acționează. Potrivit unui articol recent din Popular Science, o accelerație orizontală de 14 g ne poate rupe organele. Accelerația de-a lungul corpului spre cap poate muta tot sângele către picioare. O astfel de accelerație verticală de 4 până la 8 g te va face inconștient. (1 g este forța gravitațională pe care o simțim pe suprafața pământului; 14 g este forța gravitațională pe o planetă de 14 ori mai masivă decât a noastră.)
Accelerația îndreptată înainte sau înapoi este cea mai benefică pentru corp, deoarece accelerează în mod egal capul și inima. Experimentele de „frânare umană” ale armatei din anii 1940 și 1950 (care implicau în esență o sanie cu rachete care se deplasează în jurul bazei aeriene Edwards din California) au arătat că am putea frâna la o accelerație de 45 g și să fim încă în viață pentru a spune povestea. Cu acest tip de frânare, atunci când călătoriți cu viteze de peste 600 mph, vă puteți opri într-o fracțiune de secundă după ce ați parcurs câteva sute de metri. La 50 g de frânare, experții estimează că probabil ne vom transforma într-o pungă de organe separate.
La ce schimbări de mediu putem rezista?
Oameni diferiți sunt capabili să reziste la diferite schimbări ale condițiilor atmosferice obișnuite, indiferent dacă este vorba despre o schimbare a temperaturii, presiunii sau conținutului de oxigen din aer. Limitele supraviețuirii sunt, de asemenea, legate de cât de încet apar schimbările de mediu, deoarece corpurile noastre sunt capabile să ajusteze treptat consumul de oxigen și să modifice metabolismul ca răspuns la condiții extreme. Dar, cu toate acestea, putem estima aproximativ la ce putem rezista.
Majoritatea oamenilor încep să sufere de supraîncălzire după 10 minute de a fi într-un mediu extrem de umed și fierbinte (60 de grade Celsius). Stabilirea limitelor decesului cauzat de frig este mai dificilă. O persoană moare de obicei când temperatura corpului scade la 21 de grade Celsius. Dar cât de mult durează aceasta depinde de cât de „obișnuită cu frigul” este o persoană și dacă s-a manifestat forma misterioasă, latentă de „hibernare”, despre care se știe că apare uneori.
Limitele de supraviețuire sunt mult mai bine stabilite pentru confort pe termen lung. Conform unui raport NASA din 1958, oamenii pot trăi pe termen nelimitat mediu, a cărei temperatură este cuprinsă între 4 și 35 de grade Celsius, cu condiția ca aceasta din urmă să apară în umiditatea relativa nu mai mult de 50 la sută. Cu o umiditate mai scăzută, temperatura maximă crește, deoarece mai puțină umiditate în aer facilitează procesul de transpirație și, prin urmare, răcește corpul.
După cum se poate vedea din filmele science fiction în care casca astronautului se deschide spre exterior nava spatiala, nu putem supraviețui mult timp la niveluri foarte scăzute de presiune sau oxigen. La presiunea atmosferică normală, aerul conține 21% oxigen. Vom muri de sufocare dacă concentrația de oxigen scade sub 11 la sută. Prea mult oxigen ucide, de asemenea, provocând pneumonie treptat timp de câteva zile.
Leșinăm atunci când tensiunea arterială scade sub 57 la sută presiunea atmosferică, care corespunde unei ridicări la o înălțime de 4500 de metri. Alpiniștii sunt capabili să urce munți mai înalți, pe măsură ce corpul lor se adaptează treptat la cantitatea redusă de oxigen, dar nimeni nu poate supraviețui suficient de mult fără rezervoare de oxigen la altitudini de peste 7.900 de metri.
E la vreo 8 kilometri în sus. Și mai sunt încă aproape 46 de miliarde de ani lumină până la marginea universului cunoscut.
Natalie Wolchover
„Micile mistere ale vieții”
august 2012
Traducere: Gusev Alexander Vladimirovici