Šajā rakstā fizikas un matemātikas pasniedzējs stāsta par to, kā aprēķināt ķermeņa pārslodzi paātrinājuma vai palēninājuma laikā. Skolā šis materiāls tiek ļoti slikti aplūkots, tāpēc skolēni ļoti bieži nezina, kā to īstenot pārslodzes aprēķins, bet atbilstošos uzdevumus atrod eksāmenā un eksāmenā fizikā. Tāpēc izlasiet šo rakstu līdz beigām vai noskatieties pievienoto video pamācību. Iegūtās zināšanas jums noderēs eksāmenā.
Sāksim ar definīcijām. Pārslodze sauc par ķermeņa svara attiecību pret gravitācijas spēka lielumu, kas uz šo ķermeni iedarbojas uz zemes virsmas. Ķermeņa masa ir spēks, kas no ķermeņa sāniem iedarbojas uz balstu vai balstiekārtu. Atcerieties, ka svars ir spēks! Tāpēc svaru mēra ņūtonos, nevis kilogramos, kā daži uzskata.
Tādējādi pārslodze ir bezizmēra lielums (ņūtonus dala ar ņūtoniem, rezultātā nekas nepaliek). Tomēr dažreiz šis lielums tiek izteikts brīvā kritiena paātrinājumos. Viņi saka, piemēram, ka pārslodze ir vienāda ar, kas nozīmē, ka ķermeņa svars ir divreiz lielāks par gravitācijas spēku.
Pārslodzes aprēķinu piemēri
Konkrētos piemēros parādīsim, kā aprēķināt pārslodzi. Sāksim ar vienkāršākajiem piemēriem un pāriesim pie sarežģītākiem.
Acīmredzot cilvēks, kas stāv uz zemes, neizjūt nekādus g spēkus. Tāpēc es gribu teikt, ka tā pārslodze ir nulle. Bet neizdarīsim pārsteidzīgus secinājumus. Uzzīmēsim spēkus, kas iedarbojas uz šo personu:
Cilvēkam tiek pielietoti divi spēki: gravitācija, kas pievelk ķermeni zemei, un reakcijas spēks, kas tam pretojas no zemes virsmas, vērsts uz augšu. Patiesībā, precīzāk sakot, šis spēks tiek pielietots cilvēka pēdu zolēm. Bet šajā konkrētajā gadījumā tam nav nozīmes, tāpēc to var atlikt no jebkura ķermeņa punkta. Attēlā tas ir atdalīts no cilvēka masas centra.
Uz balstu (uz zemes virsmu) tiek pielikts cilvēka svars, kā atbilde, saskaņā ar Ņūtona 3. likumu, uz cilvēku no balsta puses iedarbojas vienāds un pretēji virzīts spēks. Tātad, lai atrastu ķermeņa svaru, mums jāatrod atbalsta reakcijas spēka lielums.
Tā kā cilvēks stāv uz vietas un nekrīt caur zemi, tad tiek kompensēti spēki, kas uz viņu iedarbojas. Tas ir, un, attiecīgi, . Tas ir, pārslodzes aprēķins šajā gadījumā dod šādu rezultātu:
Atceries šo! Ja nav pārslodžu, pārslodze ir 1, nevis 0. Lai cik dīvaini tas neizklausītos.
Tagad noteiksim, ar ko ir vienāda ar brīvā kritiena cilvēka pārslodze.
Ja cilvēks atrodas brīvā kritiena stāvoklī, tad uz viņu iedarbojas tikai gravitācija, kuru nekas nelīdzsvaro. Nav atbalsta reakcijas spēka, tāpat kā nav ķermeņa svara. Cilvēks atrodas tā sauktajā bezsvara stāvoklī. Šajā gadījumā pārslodze ir 0.
Raķetes palaišanas laikā astronauti atrodas horizontālā stāvoklī. Tikai tādā veidā viņi var izturēt pārslodzi, ko viņi piedzīvo, nezaudējot samaņu. Attēlosim to attēlā:
Šajā stāvoklī uz tiem iedarbojas divi spēki: atbalsta reakcijas spēks un gravitācijas spēks. Tāpat kā iepriekšējā piemērā, astronautu svara modulis ir vienāds ar atbalsta reakcijas spēka vērtību: . Atšķirība būs tāda, ka atbalsta reakcijas spēks vairs nav vienāds ar gravitācijas spēku, kā tas bija pagājušajā reizē, jo raķete virzās uz augšu ar paātrinājumu. Ar tādu pašu paātrinājumu kosmonauti paātrinās sinhroni ar raķeti.
Tad saskaņā ar Ņūtona 2. likumu projekcijā uz Y asi (skat. attēlu) iegūstam šādu izteiksmi: , no kurienes . Tas ir, vēlamā pārslodze ir vienāda ar:
Jāsaka, ka šī nav lielākā pārslodze, kas astronautiem jāpiedzīvo raķetes palaišanas laikā. Pārslodze var sasniegt pat 7. Ilgstoša šādu pārslodžu iedarbība uz cilvēka organismu neizbēgami noved pie nāves.
"Mirušās cilpas" apakšējā punktā uz pilotu iedarbosies divi spēki: uz leju - spēks , uz augšu, līdz "mirušās cilpas" centram - spēks (no sēdekļa puses, kurā pilots sēž):
Tur tiks novirzīts arī pilota centripetālais paātrinājums, kur km / h m / s ir lidmašīnas ātrums, ir "mirušās cilpas" rādiuss. Tad atkal saskaņā ar Ņūtona 2. likumu projekcijā uz asi, kas vērsta vertikāli uz augšu, iegūstam šādu vienādojumu:
Tad svars ir 
. Tātad pārslodzes aprēķins dod šādu rezultātu:
Ļoti ievērojama pārslodze. Pilota dzīvību glābj tikai tas, ka tas neturas ļoti ilgi.
Un, visbeidzot, mēs aprēķinām pārslodzi, ko automašīnas vadītājs piedzīvo paātrinājuma laikā.
Tātad automašīnas gala ātrums ir km/h m/s. Ja automašīna paātrinās līdz šim ātrumam no miera stāvokļa c, tad tā paātrinājums ir vienāds ar m / s 2. Automašīna pārvietojas horizontāli, tāpēc atbalsta reakcijas spēka vertikālā komponente tiek līdzsvarota ar gravitāciju, tas ir. Horizontālā virzienā vadītājs paātrina ar automašīnu. Tāpēc saskaņā ar Ņūtona 2 likumu projekcijā uz asi, kas virzīta kopā ar paātrinājumu, atbalsta reakcijas spēka horizontālā sastāvdaļa ir vienāda ar .
Atbalsta kopējā reakcijas spēka vērtību var atrast ar Pitagora teorēmu: 
. Tas būs vienāds ar svara moduli. Tas ir, nepieciešamā pārslodze būs vienāda ar:
Šodien mēs uzzinājām, kā aprēķināt pārslodzi. Atcerieties šo materiālu, tas var noderēt, risinot uzdevumus no vienotā valsts eksāmena vai OGE fizikā, kā arī dažādos iestājeksāmenos un olimpiādēs.
Sagatavoja Sergejs Valerijevičs
Pārslodze ir visu spēku (izņemot svaru), kas iedarbojas uz gaisa kuģi, rezultāta attiecība pret gaisa kuģa svaru.
Pārslodzes ir noteiktas savienotajā koordinātu sistēmā:
nx- gareniskā pārslodze; nu- normāla pārslodze; nz- sānu pārslodze.
Pilnu pārslodzi nosaka pēc formulas
Gareniskā pārslodze nx rodas, mainoties dzinēja vilcei un pretestībai.
Ja dzinēja vilce ir lielāka par pretestību, tad pārslodze ir pozitīva. Ja pretestības vērtība ir lielāka par dzinēja vilces spēku, tad pārslodze ir negatīva.
Garenisko pārslodzi nosaka pēc formulas
Sānu pārslodze nz notiek lidmašīnas lidojuma laikā ar slīdēšanu. Bet sānu aerodinamiskā spēka Z lielums ir ļoti mazs. Tāpēc aprēķinos sānu pārslodze tiek pieņemta vienāda ar nulli. Sānu pārslodzi nosaka pēc formulas
Akrobātisko manevru izpildi galvenokārt pavada lielu normālu g spēku rašanās.
Normāla pārslodze nu sauc par pacēluma attiecību pret gaisa kuģa svaru un nosaka pēc formulas
Normālu pārslodzi, kā redzams no formulas (11.5), rada celšanas spēks. Līmeņā lidojumā ar mierīgu atmosfēru pacelšanas spēks ir vienāds ar lidmašīnas svaru, tāpēc pārslodze būs vienāda ar vienu:
Rīsi. 6 Centrbēdzes inerces spēka ietekme uz pilotu a - ar strauju uzbrukuma leņķa palielināšanos, b - ar strauju uzbrukuma leņķa samazināšanos
Liektā lidojumā, kad pacelšanas spēks kļūst lielāks par lidmašīnas svaru, g-spēks būs lielāks par vienu.
Lidmašīnai pārvietojoties pa izliektu ceļu, centripetālais spēks, kā jau minēts, ir pacelšanas spēks, t.i., gaisa spiediens uz spārniem. Ar šo centripetālā spēka vērtību vienmēr pastāv vienāds, bet pretējs virziena centrbēdzes inerces spēks, ko izsaka ar spārnu spiediena spēku uz gaisu. Turklāt centrbēdzes spēks darbojas kā svars (masa), un, tā kā tas vienmēr ir vienāds ar centrbēdzes spēku, tad, kad pēdējais palielinās, tas palielinās par tādu pašu daudzumu. Tādējādi aerodinamiskā pārslodze ir līdzīga gaisa kuģa (pilota) svara pieaugumam.
Kad notiek pārslodze, pilotam šķiet, ka viņa ķermenis ir kļuvis smagāks.
Parastā pārslodze ir sadalīta pozitīvajā un negatīvajā. Kad pārslodze piespiež pilotu pie sēdekļa, tad šī pārslodze pozitīvs ja viņš tomēr atdala viņu no sēdekļa un tur pie siksnām - negatīvs (6. att.).
Pirmajā gadījumā asinis no galvas aiztecēs uz pēdām, otrajā – uz galvu.
Kā jau minēts, pacēluma palielināšanās izliektajā kustībā ir līdzvērtīga lidmašīnas svara pieaugumam par tādu pašu apjomu, tad
(11.6)
(11.7)
kur n ur - vienreizējās lietošanas pārslodze.
No formulas (11.7) redzams, ka pieejamās pārslodzes lielumu nosaka pacēluma koeficientu (uzbrukuma leņķu rezerves) rezerve no līdzenam lidojumam nepieciešamās līdz tās drošai vērtībai (Su TR vai Su KR).
Maksimālo iespējamo normālo pārslodzi var iegūt, kad lidojumā ar noteiktu ātrumu un lidojuma augstumu tiek pilnībā izmantota gaisa kuģa spēja radīt pacēlumu. Šo pārslodzi var iegūt, ja gaisa kuģis pēkšņi (bez manāma lidojuma ātruma samazināšanās) tiek sasniegts C y \u003d C y max:
(11.8)
Tomēr nav vēlams nogādāt lidmašīnu līdz šādai pārslodzei, jo tiks zaudēta stabilitāte un iestrēgsies griešanās vai griešanās. Šī iemesla dēļ lielā lidojuma ātrumā, īpaši izejot no niršanas, nav ieteicams strauji novirzīt vadības sviru pret sevi. Tāpēc maksimālā iespējamā jeb pieejamā pārslodze tiek pieņemta kā mazāka, lai novērstu lidmašīnas pāriešanu kratīšanas režīmā. Šīs pārslodzes noteikšanas formula ir
(11.9)
Lidmašīnām Yak-52 un Yak-55 pieejamo pārslodžu grafiskās atkarības no lidojuma ātruma ir parādītas attēlā. 7, att. 8. Veicot lidojumus ar Yak-52 un Yak-55 lidmašīnām, pieejamo normālo pārslodzi galvenokārt ierobežo lidmašīnas stiprības raksturlielumi.
Maksimālā pieļaujamā ekspluatācijas pārslodze lidmašīnām Yak-52:
ar riteņu šasiju:
pozitīvs +7;
negatīvs -5;
ar slēpju šasiju:
pozitīvs +5;
negatīvs -3.
Maksimālā pieļaujamā ekspluatācijas pārslodze lidmašīnām Yak-55:
apmācības versijā:
pozitīvs +9;
negatīvs -6;
destilācijas versijā:
pozitīvs +5;
negatīvs -3.
Pārsniegt šīs pārslodzes lidojuma laikā ir aizliegts, jo var parādīties atlikušās deformācijas gaisa kuģa konstrukcijā.
Veicot vienmērīgus līknes manevrus, pārslodze ir atkarīga no spēkstacijas vilces spēka. Vilces rezervi nosaka no nosacījuma, ka tiek uzturēts dotais ātrums visa manevra laikā.
Ierobežojiet pārslodzes pieejamo vilces spēku PREV sauc par lielāko pārslodzi, pie kuras spēkstacijas vilces spēks joprojām līdzsvaro pretestību. To nosaka pēc formulas
(11.10)
Ierobežojošā pieejamā vilces pārslodze ir atkarīga no lidojuma ātruma un augstuma, jo iepriekš minētie faktori ietekmē pieejamo vilces spēku Pp un aerodinamisko kvalitāti K uz ātrumu.
Katrai ātruma vērtībai pieejamās vilces vērtības tiek ņemtas no Pp (V) līknes, koeficienta Su vērtība tiek ņemta no polāra atbilstošajam ātrumam V un aprēķināta pēc formulas (11.10).
Manevrējot horizontālā plaknē ar pārslodzi, kas ir mazāka par pieejamo, bet lielāka par ierobežojošo vilci, gaisa kuģis zaudēs ātrumu vai lidojuma augstumu.
Aviācijas un kosmosa medicīnā pārslodze tiek uzskatīta par indikatoru, kas norāda uz paātrinājuma lielumu, kas ietekmē cilvēku, kad viņš pārvietojas. Tā ir iegūto kustīgo spēku attiecība pret cilvēka ķermeņa masu.
Pārslodzi mēra ķermeņa svara daudzkārtņu vienībās sauszemes apstākļos. Cilvēkam uz zemes virsmas pārslodze ir vienāda ar vienu. Cilvēka ķermenis ir tam pielāgots, tāpēc cilvēkiem tas ir neredzams.
Ja ārējs spēks jebkuram ķermenim piešķir paātrinājumu 5 g, tad pārslodze būs vienāda ar 5. Tas nozīmē, ka ķermeņa svars šādos apstākļos ir palielinājies piecas reizes, salīdzinot ar oriģinālu.
Parastās lidmašīnas pacelšanās laikā pasažieri salonā piedzīvo 1,5 g pārslodzi. Saskaņā ar starptautiskajiem standartiem civilās lidmašīnas maksimālā pieļaujamā pārslodzes vērtība ir 2,5 g.
Izpletņa atvēršanas brīdī cilvēks tiek pakļauts inerces spēku iedarbībai, izraisot pārslodzi, kas sasniedz 4 g. Šajā gadījumā pārslodzes indikators ir atkarīgs no gaisa ātruma. Militārajiem desantniekiem tas var svārstīties no 4,3 g ar ātrumu 195 kilometri stundā līdz 6,8 g ar ātrumu 275 kilometri stundā.
Reakcija uz pārslodzēm ir atkarīga no to lieluma, pieauguma ātruma un ķermeņa sākotnējā stāvokļa. Līdz ar to var rasties gan nelielas funkcionālas novirzes (smaguma sajūta ķermenī, kustību grūtības u.c.), gan ļoti nopietni stāvokļi. Tie ietver pilnīgu redzes zudumu, sirds un asinsvadu, elpošanas un nervu sistēmu disfunkciju, kā arī samaņas zudumu un izteiktu morfoloģisku izmaiņu rašanos audos.
Lai palielinātu pilotu ķermeņa izturību pret paātrinājumiem lidojuma laikā, tiek izmantoti anti-g un augstuma kompensācijas tērpi, kas pārslogoti rada spiedienu uz vēdera sienu un apakšējām ekstremitātēm, kas izraisa aizplūšanas aizkavēšanos. asinis ķermeņa lejasdaļā un uzlabo asins piegādi smadzenēm.
Lai palielinātu pretestību paātrinājumiem, treniņš tiek veikts uz centrifūgas, ķermeņa sacietēšana, skābekļa elpošana zem augsta spiediena.
Izglābjoties, rupji nolaižoties lidmašīnai vai nolaižoties uz izpletņa, rodas ievērojamas pārslodzes, kas var izraisīt arī organiskas izmaiņas iekšējos orgānos un mugurkaulā. Lai palielinātu izturību pret tiem, tiek izmantoti speciāli krēsli ar dziļiem galvas balstiem un ķermeņa nostiprināšanu ar jostām, ekstremitāšu pārvietošanās ierobežotājiem.
Pārslodze ir arī gravitācijas izpausme uz kosmosa kuģa. Ja sauszemes apstākļos gravitācijas raksturlielums ir ķermeņu brīvā kritiena paātrinājums, tad uz kosmosa kuģa pārslodzes raksturlielumos ietilpst arī brīvā kritiena paātrinājums, kas pēc lieluma ir vienāds ar strūklas paātrinājumu pretējā virzienā. Šīs vērtības attiecību pret vērtību sauc par "pārslodzes koeficientu" vai "pārslodzi".
Nesējraķetes paātrinājuma sekcijā pārslodzi nosaka negravitācijas spēku rezultants - vilces spēks un aerodinamiskais pretestības spēks, kas sastāv no ātrumam pretēji vērsta pretestības spēka un tam perpendikulāra pacelšanas spēka. Šis rezultāts rada negravitācijas paātrinājumu, kas nosaka pārslodzi.
Tās koeficients paātrinājuma sadaļā ir vairākas vienības.
Ja kosmosa raķete Zemes apstākļos pārvietojas ar paātrinājumu dzinēju iedarbībā vai piedzīvo vides pretestību, tad palielināsies spiediens uz balstu, kas izraisīs pārslodzi. Ja kustība notiek ar izslēgtiem dzinējiem tukšumā, tad spiediens uz balstu pazudīs un iestāsies bezsvara stāvoklis.
Kosmosa kuģa palaišanas laikā uz astronauta, kura vērtība svārstās no 1 līdz 7 g. Saskaņā ar statistiku, astronauti reti piedzīvo g spēkus, kas pārsniedz 4 g.
Spēja izturēt pārslodzes ir atkarīga no apkārtējās vides temperatūras, skābekļa satura ieelpotajā gaisā, astronauta uzturēšanās ilguma bezsvara stāvoklī pirms paātrinājuma uzsākšanas u.c. Ir arī citi sarežģītāki vai mazāk uztverami faktori, kuru ietekme vēl nav pilnībā izprotama.
Ja paātrinājums pārsniedz 1 g, astronautam var rasties redzes traucējumi. Paātrinājums par 3 g vertikālā virzienā, kas ilgst vairāk nekā trīs sekundes, var izraisīt nopietnus perifērās redzes traucējumus. Tāpēc ir nepieciešams palielināt apgaismojuma līmeni kosmosa kuģa nodalījumos.
Ar garenisko paātrinājumu astronautam ir vizuālas ilūzijas. Viņam šķiet, ka objekts, uz kuru viņš skatās, pārvietojas iegūtā paātrinājuma un gravitācijas vektora virzienā. Ar leņķisko paātrinājumu notiek redzama redzes objekta nobīde rotācijas plaknē. Šo ilūziju sauc par cirkumgirālu, un tā ir sekas pārslodzes ietekmei uz iekšējās auss orgāniem.
Neskaitāmi eksperimentāli pētījumi, kurus uzsāka zinātnieks Konstantīns Ciolkovskis, parādīja, ka pārslodzes fizioloģiskā ietekme ir atkarīga ne tikai no tās ilguma, bet arī no ķermeņa stāvokļa. Kad cilvēks atrodas vertikālā stāvoklī, ievērojama asiņu daļa tiek novirzīta uz ķermeņa apakšējo pusi, kas izraisa smadzeņu asins piegādes traucējumus. Sakarā ar to svara pieaugumu iekšējie orgāni tiek novirzīti uz leju un izraisa spēcīgu saišu sasprindzinājumu.
Lai samazinātu lielu paātrinājumu ietekmi, astronauts tiek ievietots kosmosa kuģī tā, lai g-spēki būtu vērsti pa horizontālo asi, no muguras uz krūtīm. Šī pozīcija nodrošina efektīvu asins piegādi kosmonauta smadzenēm pie paātrinājumiem līdz 10 g, bet īslaicīgi pat līdz 25 g.
Kosmosa kuģim atgriežoties uz Zemes, kad tas nonāk blīvajos atmosfēras slāņos, astronauts piedzīvo palēninājuma pārslodzes, tas ir, negatīvu paātrinājumu. Integrālās vērtības izteiksmē palēninājums atbilst paātrinājumam sākumā.
Kosmosa kuģis, kas iekļūst blīvajos atmosfēras slāņos, ir orientēts tā, lai palēninājuma g-spēkiem būtu horizontāls virziens. Tādējādi to ietekme uz astronautu tiek samazināta līdz minimumam, tāpat kā kosmosa kuģa palaišanas laikā.
Materiāls sagatavots, pamatojoties uz informāciju no RIA Novosti un atklātajiem avotiem
Lidmašīna. Pārslodze ir bezizmēra lielums, tomēr bieži vien pārslodzes mērvienību apzīmē tāpat kā gravitācijas paātrinājumu, g. 1 vienības (vai 1 g) pārslodze nozīmē taisnu lidojumu, 0 — brīvu kritienu vai bezsvara stāvokli. Ja gaisa kuģis griežas nemainīgā augstumā ar 60 grādu sānsvere, tā struktūra piedzīvo 2 vienību pārslodzi.
Pieļaujamā pārslodžu vērtība civilajiem gaisa kuģiem ir 2,5. Vienkāršs cilvēks var izturēt jebkuru pārslodzi līdz 15G apmēram 3-5 sekundes bez izslēgšanas, bet cilvēks var izturēt lielas pārslodzes no 20-30G vai vairāk, neizslēdzoties ne ilgāk kā uz 1-2 sekundēm un atkarībā no ierīces lieluma. pārslodze, piemēram, 50G = 0,2 sek. Apmācīti piloti anti-g tērpos var paciest g-spēkus no -3 ... -2 līdz +12. Izturība pret negatīviem, augšup vērstiem g-spēkiem ir daudz mazāka. Parasti pie 7-8 G acis “kļūst sarkanas” un cilvēks zaudē samaņu, jo galvā plūst asinis.
Pārslodze ir vektora lielums, kas vērsts ātruma maiņas virzienā. Dzīvam organismam tas ir būtiski. Pārslodzes gadījumā cilvēka orgāni mēdz palikt tādā pašā stāvoklī (vienmērīga taisnvirziena kustība vai atpūta). Ar pozitīvu G spēku (no galvas līdz pēdai) asinis plūst no galvas uz kājām. Kuņģis iet uz leju. Ja tas ir negatīvs, asinis paceļas uz galvu. Kuņģis var izrādīties kopā ar saturu. Kad cita automašīna ietriecas stāvošā automašīnā, sēdošā persona piedzīvos muguras un krūškurvja pārslodzi. Šāda pārslodze tiek panesama bez lielām grūtībām. Astronauti pacelšanās laikā iztur pārslodzi guļus stāvoklī. Šajā pozīcijā vektors ir vērsts uz krūtīm atpakaļ, kas ļauj izturēt vairākas minūtes. Kosmonauti neizmanto anti-G ierīces. Tās ir korsete ar piepūšamām šļūtenēm, kas piepūstas no gaisa sistēmas un notur cilvēka ķermeņa ārējo virsmu, nedaudz novēršot asiņu aizplūšanu.
Piezīmes
Wikimedia fonds. 2010 .
Skatiet, kas ir "Pārslodze (aviācija)" citās vārdnīcās:
G-spēks: G-spēks (aviācijas) pacelšanas un svara attiecība G-spēks (tehniskais) paātrinātos objektos G-spēks (šahs) šaha situācija, kad figūras (figūra) nespēj tikt galā ar saviem uzdevumiem. Pārslodze ... ... Wikipedia
1) P. masas centrā ir iegūtā spēka R (vilces un aerodinamiskā spēka summa, sk. Aerodinamiskie spēki un momenti) attiecība n ar gaisa kuģa masas m un gravitācijas paātrinājuma g reizinājumu: n \u003d R / mg (nosakot P par ... … Tehnoloģiju enciklopēdija
Lielākās neymax un mazākās neymin pieļaujamās normālas pārslodzes vērtības konstrukcijas stiprības ziņā. E.p vērtība tiek noteikta, pamatojoties uz stiprības standartiem dažādiem konstrukcijas gadījumiem, piemēram, manevram, lidojumam nelīdzenas laikā. Ar…… Tehnoloģiju enciklopēdija
Mēs visi esam dzirdējuši episkus stāstus par cilvēkiem, kuri izdzīvojuši pēc lodes galvā, izdzīvojuši kritienu no 10. stāva vai mēnešiem ilgi klīst pa jūru. Taču pietiek ar cilvēka novietošanu jebkur zināmajā Visumā, izņemot plānu kosmosa slāni, kas stiepjas pāris jūdzes virs jūras līmeņa uz Zemes vai zem tā, un cilvēka nāve ir neizbēgama. Lai cik stiprs un elastīgs dažās situācijās šķistu mūsu ķermenis, kosmosa kontekstā kopumā tas ir biedējoši trausls.
Daudzas robežas, kurās vidusmēra cilvēks var izdzīvot, ir diezgan labi noteiktas. Kā piemēru var minēt labi zināmo "trīsnieku likumu", kas nosaka, cik ilgi varam iztikt bez gaisa, ūdens un ēdiena (attiecīgi aptuveni trīs minūtes, trīs dienas un trīs nedēļas). Citi ierobežojumi ir pretrunīgāki, jo cilvēki tos pārbauda reti (vai nepārbauda vispār). Piemēram, cik ilgi jūs varat palikt nomodā pirms nāves? Cik augstu tu vari piecelties pirms nosmakšanas? Cik lielu paātrinājumu jūsu ķermenis var izturēt, pirms tas sadalās?
Gadu desmitiem ilgi eksperimenti ir palīdzējuši noteikt robežas, kurās mēs dzīvojam. Daži no tiem bija mērķtiecīgi, daži bija nejauši.
Cik ilgi mēs varam palikt nomodā?
Zināms, ka gaisa spēku piloti pēc trīs četru dienu nomodā nokļuva tik nekontrolējamā stāvoklī, ka avarēja ar savām lidmašīnām (aizmiguši pie stūres). Pat viena nakts bez miega ietekmē vadītāja spējas tāpat kā reibums. Brīvprātīgas miega pretestības absolūtais ierobežojums ir 264 stundas (apmēram 11 dienas). Šo rekordu uzstādīja 17 gadus vecais Rendijs Gārdners vidusskolas zinātnes projektu gadatirgū 1965. gadā. Pirms viņš aizmiga 11. dienā, viņš patiesībā bija augs ar atvērtām acīm.
Bet cik ilgs laiks būtu nepieciešams, lai viņš nomirtu?
Šā gada jūnijā 26 gadus vecs ķīnietis nomira pēc 11 bezmiega pavadītām dienām, mēģinot noskatīties visas Eiropas čempionāta spēles. Vienlaikus viņš lietoja alkoholu un smēķēja, kas apgrūtina precīza nāves cēloņa noteikšanu. Bet tikai miega trūkuma dēļ noteikti nav miris neviens cilvēks. Un acīmredzamu ētisku iemeslu dēļ zinātnieki nevar noteikt šo periodu laboratorijā.
Bet viņi to varēja izdarīt uz žurkām. 1999. gadā Čikāgas universitātes miega pētnieki novietoja žurkas uz griežamā diska virs ūdens baseina. Viņi nepārtraukti reģistrēja žurku uzvedību, izmantojot datorprogrammu, kas spēj atpazīt miega iestāšanos. Kad žurka sāka iemigt, disks pēkšņi apgriezās, to pamodinot, metot pret sienu un draudot iemest ūdenī. Žurkas parasti nomira pēc divām nedēļām pēc šīs ārstēšanas. Pirms nāves grauzējiem bija hipermetabolisma simptomi, stāvoklis, kurā ķermeņa vielmaiņas ātrums miera stāvoklī palielinās tik daudz, ka tiek sadedzinātas visas liekās kalorijas, pat ja ķermenis ir pilnīgi nekustīgs. Hipermetabolisms ir saistīts ar miega trūkumu.
Cik lielu starojumu mēs varam izturēt?
Radiācija ir ilgtermiņa briesmas, jo tas izraisa DNS mutācijas, mainot ģenētisko kodu tādā veidā, kas izraisa vēža šūnu augšanu. Bet kāda starojuma deva jūs tūlīt nogalinās? Kā norāda Renslera Politehniskā institūta kodolinženieris un radiācijas drošības speciālists Pīters Karakapa, 5-6 sīvertu (Sv) deva dažu minūšu laikā iznīcinās pārāk daudz šūnu, lai organisms ar tām tiktu galā. "Jo ilgāks ir devas uzkrāšanās periods, jo lielākas ir izdzīvošanas iespējas, jo ķermenis šobrīd cenšas sevi salabot," skaidroja Karakapa.
Salīdzinājumam, daži Japānas Fukušimas atomelektrostacijas darbinieki, saskaroties ar avāriju pagājušā gada martā, stundas laikā saņēma 0,4 līdz 1 Sv starojuma. Lai gan viņi izdzīvoja, viņu vēža risks ir ievērojami palielināts, saka zinātnieki.
Pat ja tiek novērstas kodolavārijas un supernovas sprādzieni, Zemes dabiskais fona starojums (no tādiem avotiem kā urāns augsnē, kosmiskie stari un medicīnas ierīces) palielina mūsu izredzes saslimt ar vēzi jebkurā konkrētā gadā par 0,025 procentiem, saka Karakapa. Tas rada zināmu nepāra ierobežojumu cilvēka mūža ilgumam.
"Vidējais cilvēks ... saņemot vidējo fona starojuma devu katru gadu 4000 gadus, ja nav citu faktoru, neizbēgami saslims ar vēzi, ko izraisa radiācija," saka Karakapa. Citiem vārdiem sakot, pat ja mēs varam uzveikt visas slimības un izslēgt ģenētiskās komandas, kas kontrolē novecošanās procesu, mēs joprojām nenodzīvosim ilgāk par 4000 gadiem.
Cik lielu paātrinājumu mēs varam izturēt?
Krūšu loks pasargā mūsu sirdi no spēcīgiem triecieniem, taču tā nav uzticama aizsardzība pret grūdieniem, kas ir kļuvuši iespējami, pateicoties mūsdienu tehnoloģiju attīstībai. Kādu paātrinājumu šis mūsu orgāns spēj izturēt?
NASA un militārie pētnieki ir veikuši virkni testu, mēģinot atbildēt uz šo jautājumu. Šo testu mērķis bija kosmosa un gaisa transportlīdzekļu konstrukciju drošība. (Mēs nevēlamies, lai astronauti noģībtu, raķetei paceļoties.) Horizontālais paātrinājums – raustīšanās uz sāniem – negatīvi ietekmē mūsu iekšpusi, jo darbojas spēku asimetrija. Saskaņā ar jaunāko rakstu, kas publicēts žurnālā Popular Science, 14 g horizontālais paātrinājums spēj saplēst mūsu orgānus. Paātrinājums gar ķermeni virzienā uz galvu var novirzīt visas asinis uz kājām. Šāds vertikāls paātrinājums no 4 līdz 8 g padarīs jūs bezsamaņā. (1 g ir gravitācijas spēks, ko mēs jūtam uz zemes virsmas, 14 g ir gravitācijas spēks uz planētas, kas ir 14 reizes masīvāka par mūsējo.)
Ķermenim vislabvēlīgākais ir paātrinājums, kas vērsts uz priekšu vai atpakaļ, jo šajā gadījumā gan galva, gan sirds tiek paātrināta vienādi. Militārie "cilvēka bremzēšanas" eksperimenti 1940. un 1950. gados (būtībā izmantojot raķešu ragavas, kas pārvietojās pa Edvardsas gaisa spēku bāzi Kalifornijā) parādīja, ka mēs varam bremzēt ar 45 g paātrinājumu un joprojām būt dzīvi, lai par to runātu. Ar šāda veida bremzēšanu, pārvietojoties ar ātrumu virs 1000 km stundā, jūs varat apstāties sekundes daļā, nobraucot vairākus simtus pēdu. Bremzējot pie 50 g, mēs, pēc ekspertu domām, visticamāk pārvērtīsimies par atsevišķu orgānu maisu.
Kādas vides izmaiņas mēs spējam izturēt?
Dažādi cilvēki spēj izturēt dažādas izmaiņas ierastajos atmosfēras apstākļos, vai tās būtu temperatūras, spiediena vai skābekļa satura izmaiņas gaisā. Izdzīvošanas robežas ir saistītas arī ar to, cik lēni notiek vides izmaiņas, jo mūsu ķermenis spēj pakāpeniski pielāgot skābekļa uzņemšanu un mainīt vielmaiņu, reaģējot uz ekstremāliem apstākļiem. Bet tomēr mēs varam aptuveni novērtēt, ko spējam izturēt.
Lielākā daļa cilvēku sāk ciest no pārkaršanas pēc 10 minūtēm ārkārtīgi mitrā un karstā vidē (60 grādi pēc Celsija). Grūtāk ir noteikt nāves robežas no sasalšanas. Cilvēks parasti mirst, kad viņa ķermeņa temperatūra pazeminās līdz 21 grādam pēc Celsija. Taču tas, cik ilgs laiks ir nepieciešams, ir atkarīgs no tā, cik cilvēks ir “pieradis pie aukstuma” un vai ir parādījusies noslēpumainā, latentā “ziemas guļas” forma, kas, kā zināms, notiek reizēm.
Izdzīvošanas robežas ir daudz labāk noteiktas ilgtermiņa komfortam. Saskaņā ar NASA 1958. gada ziņojumu, cilvēki var dzīvot neierobežotu laiku vidē, kas ir no 4 līdz 35 grādiem pēc Celsija, ja vien pēdējā temperatūra ir zemāka par 50 procentiem relatīvā mitruma. Ar mazāku mitrumu maksimālā temperatūra paaugstinās, jo mazāk mitruma gaisā atvieglo svīšanu un tādējādi atdzesē ķermeni.
Kā redzams no zinātniskās fantastikas filmām, kurās astronauta ķivere tiek atvērta ārpus kosmosa kuģa, mēs nespējam ilgi izdzīvot ļoti zemā spiediena vai skābekļa līmenī. Normālā atmosfēras spiedienā gaiss satur 21 procentu skābekļa. Mēs nomirsim no nosmakšanas, ja skābekļa koncentrācija nokritīsies zem 11 procentiem. Pārāk daudz skābekļa arī nogalina, pakāpeniski izraisot pneimoniju vairāku dienu laikā.
Mēs zaudējam samaņu, kad spiediens nokrītas zem 57 procentiem no atmosfēras spiediena, kas atbilst kāpumam 4500 metru augstumā. Alpīnisti spēj kāpt augstākos kalnos, jo viņu ķermeņi pakāpeniski pielāgojas samazinātajai skābekļa padevei, taču neviens nevar dzīvot pietiekami ilgi bez skābekļa tvertnēm virs 7900 metriem.
Tas ir apmēram 8 kilometrus uz augšu. Un līdz zināmā Visuma malai joprojām ir gandrīz 46 miljardi gaismas gadu.
Natālija Volčovera (Natālija Volčovera)
"Little Mysteries of Life" (Life's Little Mysteries)
2012. gada augusts
Tulkojums: Gusevs Aleksandrs Vladimirovičs