Selles artiklis räägib füüsika ja matemaatika juhendaja, kuidas arvutada kehale kiirenduse või aeglustuse ajal kogetud ülekoormust. Seda materjali käsitletakse koolis väga halvasti, nii et õpilased ei tea sageli, kuidas seda rakendada ülekoormuse arvutamine, aga vastavad ülesanded leiab eksamilt ja füüsika eksamilt. Nii et lugege see artikkel lõpuni või vaadake lisatud videoõpetust. Saadud teadmised on teile eksamil kasulikud.
Alustame määratlustega. Ülekoormus nimetatakse keha massi ja sellele kehale maapinnal mõjuva gravitatsioonijõu suuruse suhteks. Kehakaal on jõud, mis mõjub keha küljelt toele või vedrustusele. Pea meeles, kaal on jõud! Seetõttu mõõdetakse kaalu njuutonites, mitte kilogrammides, nagu mõned arvavad.
Seega on ülekoormus dimensioonitu suurus (njuutonid jagatakse njuutonitega, selle tulemusena ei jää midagi alles). Mõnikord aga väljendatakse seda suurust vabalangemise kiirendustes. Nad ütlevad näiteks, et ülekoormus on võrdne, mis tähendab, et keha kaal on kaks korda suurem kui gravitatsioonijõud.
Ülekoormuse arvutamise näited
Näitame konkreetsetel näidetel, kuidas arvutada ülekoormust. Alustame kõige lihtsamate näidetega ja liigume edasi keerulisemate näidetega.
Ilmselgelt ei koge maas seisev inimene mingeid g-jõude. Seetõttu tahan öelda, et selle ülekoormus on null. Kuid ärgem tehkem ennatlikke järeldusi. Joonistame sellele inimesele mõjuvad jõud:
Inimesele mõjuvad kaks jõudu: gravitatsioon, mis tõmbab keha maa poole, ja reaktsioonijõud, mis vastandub sellele maapinnalt, suunatud ülespoole. Tegelikult, kui täpne olla, siis see jõud mõjub inimese jalataldadele. Kuid sel konkreetsel juhul pole see oluline, nii et seda saab edasi lükata mis tahes kehapunktist. Joonisel on see koondatud inimese massikeskmest.
Toele (maa pinnale) rakendatakse inimese raskust, vastuseks Newtoni 3. seadusele mõjub inimesele toe küljelt võrdne ja vastassuunaline jõud. Nii et keha massi leidmiseks peame leidma toe reaktsioonijõu suuruse.
Kuna inimene seisab paigal ega kuku läbi maapinna, siis talle mõjuvad jõud kompenseeritakse. See tähendab, ja vastavalt . See tähendab, et ülekoormuse arvutamine annab sel juhul järgmise tulemuse:
Mäleta seda! Ülekoormuste puudumisel on ülekoormus 1, mitte 0. Nii imelik kui see ka ei kõla.
Teeme nüüd kindlaks, millega võrdub vaba langeva inimese ülekoormus.
Kui inimene on vabalangemise seisundis, siis mõjub talle ainult gravitatsioon, mida ei tasakaalusta miski. Puudub toetusreaktsiooni jõud, nagu pole ka kehakaalu. Inimene on nn kaaluta olekus. Sel juhul on ülekoormus 0.
Astronautid on raketi stardi ajal horisontaalasendis. Ainult nii suudavad nad teadvust kaotamata taluda ülekoormust, mida nad kogevad. Kujutame seda joonisel:
Selles olekus mõjuvad neile kaks jõudu: toe reaktsioonijõud ja raskusjõud. Nagu eelmises näites, on astronautide kaalumoodul võrdne toe reaktsioonijõu väärtusega: . Erinevus seisneb selles, et toe reaktsioonijõud ei ole enam võrdne gravitatsioonijõuga, nagu see oli eelmisel korral, kuna rakett liigub ülespoole kiirendusega. Sama kiirendusega kiirendavad kosmonaudid raketiga sünkroonselt.
Seejärel saame vastavalt Newtoni 2. seadusele projektsioonis Y-teljele (vt joonist) järgmise avaldise: , kust . See tähendab, et soovitud ülekoormus on võrdne:
Pean ütlema, et see ei ole suurim ülekoormus, mida astronaudid raketi stardi ajal peavad kogema. Ülekoormus võib ulatuda kuni 7. Pikaajaline kokkupuude selliste ülekoormustega inimkehale viib paratamatult surmani.
"Surnud ahela" alumises punktis mõjuvad piloodile kaks jõudu: alla - jõud , üles, "surnud ahela" keskele - jõud (istme küljelt, kus piloot istub):
Sinna suunatakse ka piloodi tsentripetaalne kiirendus, kus km / h m / s on lennuki kiirus, "surnud ahela" raadius. Seejärel saame vastavalt Newtoni 2. seadusele projektsioonis vertikaalselt ülespoole suunatud teljele järgmise võrrandi:
Siis kaal on 
. Seega annab ülekoormuse arvutus järgmise tulemuse:
Väga märkimisväärne ülekoormus. Piloodi elu päästab vaid see, et see ei kesta kuigi kaua.
Ja lõpuks arvutame välja ülekoormuse, mida auto juht kiirendusel kogeb.
Seega on auto lõppkiirus km/h m/s. Kui auto kiirendab selle kiiruseni puhkeasendist c, siis on selle kiirendus m / s 2. Auto liigub horisontaalselt, seetõttu on tugireaktsioonijõu vertikaalkomponent tasakaalustatud gravitatsiooniga, st. Horisontaalses suunas kiirendab juht koos autoga. Seetõttu on Newtoni 2-seaduse kohaselt kiirendusega kaassuunatud telje projektsioonis toetusreaktsioonijõu horisontaalkomponent võrdne .
Toe kogu reaktsioonijõu väärtuse saab leida Pythagorase teoreemi abil: 
. See on võrdne kaalumooduliga. See tähendab, et nõutav ülekoormus on võrdne:
Täna õppisime ülekoormust arvutama. Pidage seda materjali meeles, see võib olla kasulik füüsika ühtse riigieksami või OGE ülesannete lahendamisel, samuti erinevatel sisseastumiseksamitel ja olümpiaadidel.
Valmistas Sergei Valerievich
Ülekoormus on kõigi õhusõidukile mõjuvate jõudude (va kaal) resultandi ja õhusõiduki massi suhe.
Ülekoormused on määratletud ühendatud koordinaatsüsteemis:
nx- pikisuunaline ülekoormus; nu- tavaline ülekoormus; nz- külgmine ülekoormus.
Täielik ülekoormus määratakse valemiga
Pikisuunaline ülekoormus nx tekib mootori tõukejõu ja takistuse muutumisel.
Kui mootori tõukejõud on suurem kui takistus, on ülekoormus positiivne. Kui takistuse väärtus on suurem kui mootori tõukejõud, on ülekoormus negatiivne.
Pikisuunaline ülekoormus määratakse valemiga
Külgmine ülekoormus nz tekib libiseva õhusõiduki lennu ajal. Kuid külgsuunalise aerodünaamilise jõu Z suurusjärk on väga väike. Seetõttu võetakse arvutustes külgmine ülekoormus võrdseks nulliga. Külgmine ülekoormus määratakse valemiga
Vigurlennu manöövrite sooritamisega kaasneb peamiselt suurte normaalsete g-jõudude esinemine.
Tavaline ülekoormus nu nimetatakse tõstejõu ja õhusõiduki massi suhteks ja see määratakse valemiga
Tavaline ülekoormus, nagu näha valemist (11.5), tekib tõstejõu toimel. Rahuliku atmosfääriga tasasel lennul on tõstejõud võrdne lennuki kaaluga, seetõttu on ülekoormus võrdne ühega:
Riis. 6 Tsentrifugaalinertsjõu mõju piloodile a - lööginurga järsu suurenemisega, b - lööginurga järsu vähenemisega
Kõverlennul, kui tõstejõud muutub suuremaks kui lennuki kaal, on g-jõud suurem kui üks.
Kui lennuk liigub mööda kõverat rada, on tsentripetaaljõud, nagu juba mainitud, tõstejõud, st õhurõhk tiibadele. Selle tsentripetaaljõu väärtuse korral on alati võrdne, kuid vastupidine tsentrifugaaljõu inertsjõud, mida väljendab tiibade survejõud õhule. Pealegi toimib tsentrifugaaljõud nagu raskus (mass) ja kuna see on alati võrdne tsentripetaaljõuga, siis viimase suurenemisel suureneb see sama palju. Seega on aerodünaamiline ülekoormus sarnane lennuki (piloodi) massi suurenemisega.
Kui tekib ülekoormus, tundub piloodile, et tema keha on muutunud raskemaks.
Tavaline ülekoormus jaguneb positiivseks ja negatiivseks. Kui ülekoormus surub piloodi istmele, siis see ülekoormus positiivne kui ta aga eraldab ta istmelt ja hoiab teda rakmete küljes - negatiivne (joonis 6).
Esimesel juhul voolab veri peast jalgadesse, teisel juhul pähe.
Nagu juba mainitud, võrdub kõverjoonelise liikumise tõstejõu suurenemine lennuki massi suurenemisega sama palju, siis
(11.6)
(11.7)
kus n ur - ühekordselt kasutatav ülekoormus.
Valemist (11.7) on näha, et saadaoleva ülekoormuse suuruse määrab tõstetegurite reserv (ründenurkade reservid) tasapinnalise lennu jaoks vajalikust ohutu väärtuseni (Su TR või Su KR).
Maksimaalse võimaliku normaalse ülekoormuse saab saavutada siis, kui lennul antud kiirusel ja lennukõrgusel kasutatakse täielikult ära õhusõiduki võime tekitada tõstejõudu. Selle ülekoormuse võib saada juhul, kui õhusõiduk viiakse järsult (ilma märgatava lennukiiruse vähenemiseta) C y \u003d C y max:
(11.8)
Siiski on ebasoovitav viia õhusõiduk sellise ülekoormuse alla, kuna sellega kaasneb stabiilsuse kaotus ja seiskumine pöörlemisse või pöörlemisse. Seetõttu ei soovitata suurel lennukiirusel, eriti sukeldumisest väljumisel, juhtnuppu järsult enda poole pöörata. Seetõttu võetakse maksimaalne võimalik või saadaolev ülekoormus väiksemaks, et vältida õhusõiduki sattumist raputusrežiimi. Selle ülekoormuse määramise valem on
(11.9)
Lennukite Yak-52 ja Yak-55 puhul on olemasolevate ülekoormuste graafilised sõltuvused lennukiirusest näidatud joonisel fig. 7, joonis fig. 8. Lendude sooritamisel lennukitel Yak-52 ja Yak-55 piiravad olemasolevat tavalist ülekoormust peamiselt lennuki tugevusomadused.
Lennuki Yak-52 maksimaalne lubatud tööülekoormus:
ratastel šassiiga:
positiivne +7;
negatiivne -5;
koos suusaraamiga:
positiivne +5;
negatiivne -3.
Lennuki Yak-55 maksimaalne lubatud tööülekoormus:
koolitusversioonis:
positiivne +9;
negatiivne -6;
destilleerimise versioonis:
positiivne +5;
negatiivne -3.
Nende ülekoormuste ületamine lennu ajal on keelatud, kuna lennuki konstruktsioonis võivad ilmneda jääkdeformatsioonid.
Ühtlaste kõverjoonte manöövrite sooritamisel sõltub ülekoormus elektrijaama tõukejõu reservist. Tõukejõu reserv määratakse tingimuse järgi, et kogu manöövri jooksul hoitakse etteantud kiirust.
Piirake olemasoleva tõukejõu ülekoormust PREV nimetatakse suurimaks ülekoormuseks, mille juures elektrijaama tõukejõud tasakaalustab endiselt takistust. See määratakse valemiga
(11.10)
Piiratav saadaolev tõukejõu ülekoormus sõltub lennukiirusest ja kõrgusest, kuna ülaltoodud tegurid mõjutavad saadaolevat tõukejõudu Pp ja aerodünaamilist kvaliteeti K kiirusel.
Iga kiiruse väärtuse jaoks võetakse saadaolevad tõukejõu väärtused Pp (V) kõveralt, koefitsiendi Su väärtus vastava kiiruse V polaarväärtusest ja arvutatakse valemiga (11.10).
Horisontaalses tasapinnas manööverdamisel ülekoormusega, mis on väiksem kui võimalik, kuid suurem kui piirav tõukejõud, kaotab lennuk kiirust või lennukõrgust.
Lennunduses ja kosmosemeditsiinis peetakse ülekoormust inimesele liikumisel mõjuva kiirenduse suuruse näitajaks. See on sellest tulenevate liikuvate jõudude ja inimkeha massi suhe.
Ülekoormust mõõdetakse maismaatingimustes kehamassi kordsete ühikutes. Maapinnal oleva inimese jaoks on ülekoormus võrdne ühega. Inimkeha on sellega kohanenud, seega on see inimestele nähtamatu.
Kui väline jõud annab ükskõik millisele kehale kiirenduse 5 g, siis ülekoormus võrdub 5-ga. See tähendab, et keha kaal on nendes tingimustes originaaliga võrreldes kasvanud viis korda.
Tavalise lennuki õhkutõusmisel kogevad reisijad salongis 1,5 g ülekoormust. Rahvusvaheliste standardite kohaselt on tsiviilõhusõidukite ülekoormuste maksimaalne lubatud väärtus 2,5 g.
Langevarju avamise hetkel mõjuvad inimesele inertsiaalsed jõud, mis põhjustab ülekoormuse, mis ulatub 4 g-ni. Sel juhul sõltub ülekoormuse indikaator õhukiirusest. Sõjaväe langevarjurite jaoks võib see olla vahemikus 4,3 g kiirusel 195 kilomeetrit tunnis kuni 6,8 g kiirusel 275 kilomeetrit tunnis.
Reaktsioon ülekoormustele sõltub nende suurusest, tõusu kiirusest ja keha algseisundist. Seetõttu võivad esineda nii väiksemad funktsionaalsed nihked (raskustunne kehas, liigutusraskused jne) kui ka väga tõsised seisundid. Need hõlmavad täielikku nägemise kaotust, südame-veresoonkonna, hingamisteede ja närvisüsteemide talitlushäireid, samuti teadvusekaotust ja väljendunud morfoloogiliste muutuste esinemist kudedes.
Pilootide keha vastupidavuse suurendamiseks lennukiirendusele kasutatakse anti-g ja kõrgust kompenseerivaid ülikondi, mis ülekoormamisel tekitavad survet kõhuseinale ja alajäsemetele, mis viib väljavoolu viivitamiseni. verd keha alumisse poolde ja parandab aju verevarustust.
Kiirendustele vastupidavuse suurendamiseks viiakse läbi treening tsentrifuugil, keha karastamine, hapniku hingamine kõrge rõhu all.
Väljapääsmisel, lennuki konarlikul maandumisel või langevarjule maandumisel tekivad olulised ülekoormused, mis võivad põhjustada ka orgaanilisi muutusi siseorganites ja selgroos. Nende vastupanu suurendamiseks kasutatakse spetsiaalseid sügavate peatugedega toole ja keha kinnitamist vöödega, jäsemete nihke piirajaid.
Ülekoormus on ka gravitatsiooni ilming kosmoselaeva pardal. Kui maapealsetes tingimustes on gravitatsiooni tunnuseks kehade vabalangemise kiirendus, siis kosmoselaeva pardal on ülekoormuskarakteristikuteks ka vabalangemise kiirendus, mis on suurusjärgus võrdne reaktiivjoa vastassuunalise kiirendusega. Selle väärtuse ja väärtuse suhet nimetatakse "ülekoormusteguriks" või "ülekoormuseks".
Kanderaketi kiirendusosas määrab ülekoormuse mittegravitatsiooniliste jõudude resultant - tõukejõud ja aerodünaamiline takistusjõud, mis koosneb kiirusele vastupidises suunas suunatud tõmbejõust ja sellega risti olevast tõstejõust. See tulemus tekitab mittegravitatsioonilise kiirenduse, mis määrab ülekoormuse.
Selle koefitsient kiirendussektsioonis on mitu ühikut.
Kui Maa tingimustes liikuv kosmoserakett liigub mootorite toimel kiirendusega või kogeb keskkonnatakistust, siis suureneb toele avaldatav rõhk, mis põhjustab ülekoormuse. Kui liikumine toimub tühimikus välja lülitatud mootoritega, siis kaob toele avaldatav surve ja saabub kaaluta olek.
Kosmoselaeva stardi ajal astronaudil, mille väärtus varieerub 1–7 g. Statistika kohaselt kogevad astronaudid harva g-jõude, mis ületavad 4 g.
Võime taluda ülekoormusi oleneb ümbritsevast temperatuurist, sissehingatava õhu hapnikusisaldusest, astronaudi kaalutaolekus viibimise kestusest enne kiirenduse alustamist jne. On ka teisi keerukamaid või vähem tajutavaid tegureid, mille mõju pole veel täielikult mõistetav.
Üle 1 g kiirenduse mõjul võib astronaudil tekkida nägemiskahjustus. 3 g kiirendus vertikaalsuunas, mis kestab üle kolme sekundi, võib põhjustada perifeerse nägemise tõsist kahjustust. Seetõttu on vaja suurendada kosmoseaparaadi kambrite valgustuse taset.
Pikikiirenduse korral on astronaudil visuaalsed illusioonid. Talle tundub, et objekt, mida ta vaatab, nihkub tekkiva kiirendus- ja gravitatsioonivektori suunas. Nurkkiirenduste korral toimub vaateobjekti näiv nihkumine pöörlemistasandil. Seda illusiooni nimetatakse tsirkumgiraalseks ja see on sisekõrva organite ülekoormuse mõju tagajärg.
Arvukad eksperimentaalsed uuringud, mille algatas teadlane Konstantin Tsiolkovski, näitasid, et ülekoormuse füsioloogiline mõju ei sõltu ainult selle kestusest, vaid ka keha asendist. Kui inimene on vertikaalses asendis, nihkub märkimisväärne osa verest keha alumisse poolde, mis põhjustab aju verevarustuse häireid. Nende kaalu suurenemise tõttu nihkuvad siseorganid allapoole ja põhjustavad sidemetes tugevat pinget.
Suurte kiirenduste mõju vähendamiseks paigutatakse astronaut kosmoselaevasse nii, et g-jõud on suunatud piki horisontaaltelge, seljalt rinnale. See asend tagab kosmonaudi aju tõhusa verevarustuse kiirendustel kuni 10 g, lühiajaliselt isegi kuni 25 g.
Kui kosmoselaev naaseb Maale, kui see siseneb atmosfääri tihedatesse kihtidesse, kogeb astronaut aeglustusülekoormusi, see tähendab negatiivset kiirendust. Integraalväärtuse järgi vastab aeglustus kiirendusele alguses.
Atmosfääri tihedatesse kihtidesse sisenev kosmoselaev on orienteeritud nii, et aeglustus g-jõududel on horisontaalne suund. Seega on nende mõju astronaudile minimaalne, nagu ka kosmoselaeva stardi ajal.
Materjal koostati RIA Novosti ja avatud allikate teabe põhjal
Lennuk. Ülekoormus on mõõtmeteta suurus, kuid sageli tähistatakse ülekoormuse ühikut samamoodi kui raskuskiirenduse, g. 1 ühiku (või 1g) ülekoormus tähendab otselendu, 0 vabalangemist või kaaluta olekut. Kui lennuk pöördub konstantsel kõrgusel 60-kraadise kaldega, tekib selle konstruktsiooni ülekoormus 2 ühikut.
Tsiviilõhusõidukite ülekoormuste lubatud väärtus on 2,5. Tavainimene talub mistahes ülekoormust kuni 15G umbes 3-5 sekundit ilma väljalülitumata, kuid inimene talub suuri ülekoormusi 20-30G või rohkem ilma väljalülitumata kuni 1-2 sekundit ja olenevalt seadme suurusest. ülekoormus, näiteks 50G = 0,2 sek. Anti-g ülikondades treenitud piloodid taluvad g-jõude vahemikus -3 ... -2 kuni +12. Vastupidavus negatiivsetele, ülespoole suunatud g-jõududele on palju väiksem. Tavaliselt 7-8 G juures “muutuvad silmad punaseks” ja inimene kaotab pähe tulvava vere tõttu teadvuse.
Ülekoormus on vektorsuurus, mis on suunatud kiiruse muutumise suunas. Elusorganismi jaoks on see hädavajalik. Ülekoormatuse korral kipuvad inimorganid jääma samasse olekusse (ühtlane sirgjooneline liikumine või puhkus). Positiivse G-jõuga (pea-jalg) voolab veri peast jalgadesse. Kõht läheb alla. Negatiivsel korral tõuseb veri pähe. Magu võib koos sisuga välja tulla. Kui teine auto põrkab vastu seisvale autole, kogeb istuja selja ja rindkere ülekoormust. Sellist ülekoormust talutakse ilma suuremate raskusteta. Astronaudid taluvad õhkutõusmise ajal ülekoormust lamades. Selles asendis on vektor suunatud rinnale tagasi, mis võimaldab teil vastu pidada mitu minutit. Kosmonautid ei kasuta anti-G seadmeid. Need on täispuhutavate voolikutega korsett, mis on õhusüsteemist täis puhutud ja hoiavad kinni inimkeha välispinnast, takistades veidi vere väljavoolu.
Märkmed
Wikimedia sihtasutus. 2010 .
Vaadake, mis on "Ülekoormus (lennundus)" teistes sõnaraamatutes:
G-jõud: G-jõu (lennunduse) tõste-raskuse suhe G-jõud (tehnika) kiirendavates objektides G-jõud (male) malesituatsioon, kus nupud (joonis) ei suuda oma ülesannetega toime tulla. Ülekoormus ... ... Vikipeedia
1) P. massikeskmes on tekkiva jõu R (tõukejõu ja aerodünaamilise jõu summa, vt Aerodünaamilised jõud ja momendid) suhe n lennuki massi m ja raskuskiirenduse g korrutisesse: n \u003d R / mg (P. määramisel ... … jaoks Tehnoloogia entsüklopeedia
Suurimad neymax ja väikseimad neymini lubatud väärtused normaalse ülekoormuse ny konstruktsiooni tugevuse osas. E. p väärtus määratakse tugevusstandardite alusel erinevate projekteerimisjuhtumite jaoks, näiteks manööverdamiseks, konarlikul lennul. Kõrval… … Tehnoloogia entsüklopeedia
Oleme kõik kuulnud eepilisi lugusid inimestest, kes elasid üle kuuli pähe, elasid üle 10. korruselt kukkumise või kuude kaupa merel ringi rännanud. Kuid piisab, kui paigutada inimene ükskõik kuhu teadaolevas universumis, välja arvatud õhuke kosmosekiht, mis ulatub paar miili kõrgemale Maa merepinnast või sellest allapoole, ja inimese surm on vältimatu. Ükskõik kui tugev ja elastne meie keha mõnes olukorras ka ei tunduks, on see kosmose kui terviku kontekstis hirmutavalt habras.
Paljud piirid, mille piires keskmine inimene suudab ellu jääda, on üsna täpselt määratletud. Näitena võib tuua tuntud "kolme reegli", mis määrab, kui kaua saame olla ilma õhu, vee ja toiduta (vastavalt umbes kolm minutit, kolm päeva ja kolm nädalat). Muud piirangud on vastuolulisemad, kuna inimesed testivad neid harva (või ei testi neid üldse). Näiteks kui kaua sa suudad enne surma ärkvel olla? Kui kõrgele suudad enne lämbumist tõusta? Kui suurele kiirendusele suudab teie keha vastu pidada, enne kui see laguneb?
Aastakümneid kestnud katsed on aidanud määratleda piirid, milles me elame. Mõned neist olid sihipärased, mõned juhuslikud.
Kui kaua saame ärkvel olla?
Teatavasti langesid õhuväe piloodid pärast kolme-neljapäevast ärkvelolekut nii kontrollimatusse olekusse, et kukkusid oma lennukid alla (uinusid roolis). Isegi üks magamata öö mõjutab juhi võimekust samamoodi nagu joove. Vabatahtliku unekindluse absoluutne piir on 264 tundi (umbes 11 päeva). Selle rekordi püstitas 17-aastane Randy Gardner keskkooli teadusprojektide messil 1965. aastal. Enne kui ta 11. päeval magama jäi, oli ta tegelikult avatud silmadega taim.
Aga kui kaua ta sureb?
Tänavu juunis suri 26-aastane hiinlane, kes oli 11 päeva magamata, kui üritas kõiki EM-mänge vaadata. Samal ajal tarvitas ta alkoholi ja suitsetas, mistõttu on surma täpset põhjust raske välja selgitada. Aga lihtsalt unepuuduse tõttu ei surnud kindlasti mitte ühtegi inimest. Ja arusaadavatel eetilistel põhjustel ei saa teadlased seda perioodi laboris kindlaks teha.
Kuid nad said sellega hakkama rottide peal. 1999. aastal panid Chicago ülikooli uneuurijad rotid veebasseini kohale pöörlevale kettale. Nad registreerisid pidevalt rottide käitumist arvutiprogrammi abil, mis suudab ära tunda une alguse. Kui rott hakkas magama jääma, pöördus ketas ootamatult, äratades selle, paiskudes vastu seina ja ähvardades vette visata. Rotid surid tavaliselt pärast seda kahenädalast ravi. Enne surma ilmnesid närilistel hüpermetabolismi sümptomid – seisund, mille korral keha ainevahetuse kiirus puhkeolekus suureneb nii palju, et kõik liigsed kalorid põletatakse ära isegi siis, kui keha on täiesti liikumatu. Hüpermetabolism on seotud unepuudusega.
Kui palju kiirgust suudame taluda?
Kiirgus on pikaajaline oht, kuna see põhjustab DNA mutatsioone, muutes geneetilist koodi viisil, mis viib vähirakkude kasvuni. Aga milline kiirgusdoos tapab su kohe? Rensleri polütehnilise instituudi tuumainseneri ja kiirgusohutuse spetsialisti Peter Caracappa sõnul hävitab 5-6 sieverti (Sv) annus mõne minuti jooksul liiga palju rakke, et organism ei suudaks sellega toime tulla. "Mida pikem on annuse kogunemise periood, seda suurem on ellujäämise võimalus, kuna keha üritab sel ajal end parandada," selgitas Caracappa.
Võrdluseks, mõned Jaapani Fukushima tuumaelektrijaama töötajad said eelmise aasta märtsis toimunud õnnetusega silmitsi seistes tunnis 0,4–1 Sv kiirgust. Kuigi nad jäid ellu, on nende vähirisk märkimisväärselt suurenenud, väidavad teadlased.
Isegi kui tuumaõnnetusi ja supernoova plahvatusi vältida, suurendab Maa loomulik taustkiirgus (nt pinnases leiduv uraan, kosmilised kiired ja meditsiiniseadmed) meie võimalusi haigestuda vähki igal aastal 0,025 protsenti, ütleb Caracappa. See seab inimese elueale mõnevõrra veidra piiri.
"Keskmine inimene ... kes saab igal aastal 4000 aasta jooksul keskmist doosi taustkiirgust, muude tegurite puudumisel haigestub vältimatult kiirgusest põhjustatud vähki," ütleb Caracappa. Teisisõnu, isegi kui suudame võita kõik haigused ja lülitada välja vananemisprotsessi kontrollivad geneetilised käsud, ei ela me ikkagi kauem kui 4000 aastat.
Kui suurt kiirendust suudame taluda?
Rinnakorv kaitseb meie südant tugevate löökide eest, kuid see ei ole usaldusväärne kaitse tõmbluste eest, mis on saanud võimalikuks tänu tänapäeva tehnoloogia arengule. Millisele kiirendusele see meie organ vastu peab?
NASA ja sõjalised teadlased on sellele küsimusele vastamiseks läbi viinud mitmeid katseid. Nende katsete eesmärk oli kosmose- ja õhusõidukite konstruktsioonide ohutus. (Me ei taha, et astronaudid raketi õhkutõusmisel minestaksid.) Horisontaalne kiirendus – tõmblemine küljele – avaldab mõjuvate jõudude asümmeetria tõttu negatiivset mõju meie sisemusele. Hiljuti ajakirjas Popular Science avaldatud artikli kohaselt on 14-grammine horisontaalne kiirendus võimeline meie organid laiali rebima. Kiirendus mööda keha pea suunas võib kogu vere nihutada jalgadesse. Selline vertikaalne kiirendus 4–8 g muudab teid teadvusetuks. (1 g on gravitatsioonijõud, mida tunneme maapinnal, 14 g juures on see gravitatsioonijõud meie omast 14 korda massiivsemal planeedil.)
Kehale on kõige soodsam ette- või tahapoole suunatud kiirendus, kuna sel juhul kiirendatakse võrdselt nii pead kui südant. Sõjalised "pidurduskatsed" 1940. ja 1950. aastatel (sisuliselt kasutati raketikelkudega, mis liikusid üle kogu Edwardsi õhuväebaasi Californias) näitasid, et me võime pidurdada 45-grammise kiirendusega ja oleme endiselt elus, et sellest rääkida. Sellise pidurdamisega saate kiirusel üle 1000 km/h liikudes peatuda sekundi murdosaga, olles läbinud mitusada jalga. 50 g pidurdamisel muutume ekspertide sõnul tõenäoliselt eraldi elundite kotiks.
Millistele keskkonnamuutustele suudame vastu pidada?
Erinevad inimesed suudavad vastu pidada erinevatele muutustele oma tavapärastes atmosfääritingimustes, olgu selleks siis temperatuuri, rõhu või õhu hapnikusisalduse muutus. Ellujäämise piirid on seotud ka sellega, kui aeglaselt toimuvad keskkonnamuutused, kuna meie keha suudab äärmuslikele tingimustele reageerides järk-järgult kohandada oma hapnikutarbimist ja muuta ainevahetust. Kuid sellegipoolest saame umbkaudselt hinnata, mida me suudame vastu pidada.
Enamik inimesi hakkab ülekuumenemise all kannatama pärast 10 minutit äärmiselt niiskes ja kuumas keskkonnas (60 kraadi Celsiuse järgi). Külmumisest põhjustatud surma piiride kindlaksmääramine on keerulisem. Inimene sureb tavaliselt siis, kui tema kehatemperatuur langeb 21 kraadini. Kuid see, kui kaua see aega võtab, sõltub sellest, kui "külmaga harjunud" ollakse ja kas "talveune" salapärane, varjatud vorm, mis teadaolevalt aeg-ajalt esineb, on esile kerkinud.
Ellujäämispiirid on pikaajalise mugavuse huvides palju paremini paika pandud. NASA 1958. aasta raporti kohaselt võivad inimesed elada lõputult keskkonnas, mille temperatuur on vahemikus 4 kuni 35 kraadi Celsiuse järgi, seni, kuni viimane temperatuur langeb alla 50 protsendi suhtelisest õhuniiskusest. Väiksema õhuniiskuse korral tõuseb maksimaalne temperatuur, kuna õhus olev väiksem niiskus hõlbustab higistamist ja seeläbi keha jahutamist.
Nagu võib näha ulmefilmidest, kus astronaudi kiiver avatakse väljaspool kosmoselaeva, ei suuda me väga madala rõhu või hapnikutaseme juures kaua vastu pidada. Normaalse atmosfäärirõhu korral sisaldab õhk 21 protsenti hapnikku. Me sureme lämbumisse, kui hapnikusisaldus langeb alla 11 protsendi. Liiga palju hapnikku tapab ka, põhjustades järk-järgult mitme päeva jooksul kopsupõletikku.
Me kaotame teadvuse, kui rõhk langeb alla 57 protsendi atmosfäärirõhust, mis vastab tõusule 4500 meetri kõrgusele. Ronijad suudavad ronida kõrgematele mägedele, kuna nende kehad kohanevad järk-järgult vähenenud hapnikukogusega, kuid keegi ei saa elada piisavalt kaua ilma üle 7900 meetri kõrguste hapnikupaakideta.
See on umbes 8 kilomeetrit kõrgemal. Ja teadaoleva universumi servani on veel peaaegu 46 miljardit valgusaastat.
Natalia Volchover (Natalie Wolchover)
"Little Mysteries of Life" (Life's Little Mysteries)
august 2012
Tõlge: Gusev Aleksander Vladimirovitš