Стан навантаження. Вестибулярний апарат як інерційна система орієнтації

>>Фізика: Перевантаження та невагомість

«...Погляд мій зупинився на годиннику. Стрілки показували 9 годин 7 хвилин за московським часом. Я почув свист і все наростаючий гул, відчув, як гігантська ракета затремтіла всім своїм корпусом і повільно, дуже повільно відірвалася від стартового пристрою... Могутні Двигуни ракети створювали музику майбутнього, мабуть, ще більш хвилюючу і прекрасну, ніж найбільші твори минулого. .» Так описував свій старт у космос 12 квітня 1961 р. перший космонавт Юрій Олексійович Гагарін (1934-1968).
Що ж має відчувати людина, яка перебуває на борту космічного корабля?
Після включення ракетного двигуна, коли ракета-носій починає розганятися, на людину масою mу космічному кораблі діятимуть дві сили: сила тяжіння mgта сила реакції опори N. Так як прискорення ракети спрямоване вгору, то переважаючою виявляється сила реакції опори: N>mg. Їх рівнодіюча F=N-mgза другим законом Ньютона дорівнює добутку маси на прискорення:

звідки

Вага космонавта Рза третім законом Ньютона дорівнює за величиною силою реакції Nтому

До старту ракети вага космонавта дорівнювала силі тяжіння mg. Тепер, як це видно з останньої рівності, його вага збільшилася, перевищивши силу тяжіння на величину ма.
Стан тіла, за якого його вага перевищує силу тяжкості, називають перевантаженням.
«Я відчув, — згадував Гагарін, — якась непереборна сила дедалі більше втискає мене в крісло. І хоча воно було розташоване так, щоб до краю скоротити вплив величезної тяжкості, що навалюється на моє тіло, було важко поворухнути рукою та ногою...»
При перевантаженні не тільки все тіло починає сильніше давити на опору, але і окремі частини цього тіла починають сильніше давити один на одного. У людини в стані перевантаження утруднюється дихання, погіршується серцева діяльність, відбувається перерозподіл крові, її приплив або відлив до голови і т. д. Тому переносити значні навантаження можуть лише добре треновані люди.
Кількісно навантаження характеризують ставленням а/g, яке позначають буквою nі називають коефіцієнтом навантаження.При n-кратної навантаження, тобто коли а=ng, вага людини (і будь-якого іншого тіла) збільшується в ( 1+n) раз.
Чим менший часдії навантаження, тим більше навантаження здатний витримати людина. Так, встановлено, що людина, перебуваючи у вертикальному положенні, досить добре переносить навантаження від 8 gза 3 з до 5 gза 12–15 с. При миттєвій діїКоли вони тривають менше 0,1 с, людина здатна переносити двадцятикратні і навіть великі перевантаження.
Після вимкнення двигунів, коли космічний корабель виходить на орбіту навколо Землі, його прискорення, як ми знаємо, стає рівним прискоренню вільного падіння: а = g. Таке ж прискорення буде і в космонавта, що знаходиться всередині корабля. Це прискорення спрямоване вниз, до центру Землі, і тому тепер із двох сил Nі mg, що діють на космонавта, переважна виявляється сила тяжіння. Їх рівнодіюча F=mg-Nза другим законом Ньютона дорівнює добутку маси прискорення космонавта, тобто. тg. Тому

звідки

Це означає, що опора не реагує на присутність космонавта. За третім законом Ньютона таке можливе лише в тому випадку, якщо і сам космонавт не має жодного впливу на свою опору, тобто його вага дорівнює нулю.
Стан тіла, при якому його вага дорівнює нулю, називається невагомістю.
Слід пам'ятати, що невагомість означає відсутність ваги, а чи не маси. Маса тіла, що перебуває у стані невагомості, залишається такою ж, якою була.
У стані невагомості всі тіла та їх окремі частини перестають тиснути одне на одного. Космонавт у своїй перестає відчувати власний тягар; предмет, випущений із його пальців, нікуди не падає; маятник завмирає у відхиленому положенні; зникає різницю між підлогою і стелею. Всі ці явища пояснюються тим, що гравітаційне поле повідомляє всім тілам у космічному кораблі те саме прискорення. Саме тому випущений космонавтом предмет (без повідомлення йому швидкості) нікуди не падає: він не може ні «наздогнати» якусь стінку кабіни, ні «відстати» від неї; всі вони - і предмети та стіни - рухаються з однаковим прискоренням.
Поруч із невагомість за умов орбітального польоту грає роль специфічного подразника, що діє організм людини. Вона істотно впливає на багато його функцій: слабшають м'язи і кістки, організм зневоднюється і т. д. Проте всі ці зміни, викликані невагомістю, оборотні. За допомогою лікувальної фізкультури та лікарських препаратів нормальні функції організму можуть бути знову відновлені.
У стані невагомості може бути не тільки космонавт в орбітальній космічної станції, але й будь-яке тіло, що вільно падає (без обертання). Щоб випробувати цей стан, достатньо зробити простий стрибок: між моментом відриву від Землі та моментом приземлення ви будете невагомі!
Готуючи космонавтів до космічному польоті, стан невагомості моделюють у спеціальних літаках-лабораторіях Для відтворення на літаку стану невагомості треба перевести літак у режим набору висоти параболічної траєкторії з прискоренням, рівним прискоренню вільного падіння. Поки літак рухатиметься висхідною, а потім низхідною частиною параболи, пасажири в ньому будуть невагомі.

???
1. Що таке навантаження? Коли вона настає?
2. Що називають коефіцієнтом навантаження?
3. У скільки разів збільшується вага тіла при n-кратному навантаженні? Чому?
4. Які сили діють на космонавта в ракеті, що стартує? Як вони спрямовані? Яка з них більша? Зробіть відповідний рисунок.
5. Що таке невагомість? Коли вона з'являється?
6. Як невагомість впливає організм людини?

Завантажити підручники та книги онлайн, планування з фізики, курси та завдання з фізики для 9 класу

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до цього уроку,

«...Погляд мій зупинився на годиннику. Стрілки показували 9 годин 7 хвилин за московським часом. Я почув свист і все наростаючий гул, відчув, як гігантська ракета затремтіла всім своїм корпусом і повільно, дуже повільно відірвалася від стартового пристрою... Могутні Двигуни ракети створювали музику майбутнього, мабуть, ще більш хвилюючу і прекрасну, ніж найбільші твори минулого. .» Так описував свій старт у космос 12 квітня 1961 р. перший космонавт Юрій Олексійович Гагарін (1934-1968).

Що ж має відчувати людина, яка перебуває на борту космічного корабля?

Після включення ракетного двигуна, коли ракета-носій починає розганятися, на людину масою m в космічному кораблі діятимуть дві сили: сила тяжіння mg і сила реакції опори N. Так як прискорення ракети a спрямоване вгору, переважна виявляється сила реакції опори: N > mg. Їх рівнодіюча F = N – mg за другим законом Ньютона дорівнює добутку маси на прискорення:

Вага космонавта Р за третім законом Ньютона дорівнює за величиною силою реакції N, тому

P = mg + ma = m(g + a).

До старту ракети вага космонавта була дорівнює силітяжкості mg. Тепер, як видно з останньої рівності, його вага збільшився, перевищивши силу тяжкості на величину ma.
Стан тіла, за якого його вага перевищує силу тяжкості, називають перевантаженням.

«Я відчув, — згадував Гагарін, — якась непереборна сила дедалі більше втискає мене в крісло. І хоча воно було розташоване так, щоб до краю скоротити вплив величезної тяжкості, що навалюється на моє тіло, було важко поворухнути рукою та ногою...»

При перевантаженні не тільки все тіло починає сильніше давити на опору, але і окремі частини цього тіла починають сильніше давити один на одного. Людина у стані перевантаження утрудняється дихання, погіршується серцева діяльність, відбувається перерозподіл крові, її приплив чи відплив до голови тощо. буд. Тому переносити значні навантаження можуть лише добре треновані люди.

Кількісно перевантаження характеризують відношенням a/g, яке позначають буквою n і називають коефіцієнтом навантаження. При n-кратному перевантаженні, тобто коли a = ng, вага людини (і будь-якого іншого тіла) збільшується в (1 + n) разів.

Чим менший час дії перевантаження, тим більше перевантаження здатна витримати людина. Так, встановлено, що людина, перебуваючи у вертикальному положенні, досить добре переносить навантаження від 8g за 3 с до 5g за 12-15 с. При миттєвій дії, коли вони тривають менше 0,1 с, людина здатна переносити двадцятикратні і навіть перевантаження.

Після вимкнення двигунів, коли космічний корабель виходить на орбіту навколо Землі, його прискорення, як відомо, стає рівним прискоренню вільного падіння: a = g. Таке ж прискорення буде і в космонавта, що знаходиться всередині корабля. Це прискорення спрямоване вниз, до центру Землі, і тому тепер із двох сил N і mg, що діють на космонавта, переважає сила тяжіння. Їх рівнодіюча F = mg – N за другим законом Ньютона дорівнює добутку маси прискорення космонавта, тобто. mg. Тому

Це означає, що опора не реагує на присутність космонавта. За третім законом Ньютона таке можливе лише в тому випадку, якщо і сам космонавт не має жодного впливу на свою опору, тобто його вага дорівнює нулю.

Стан тіла, при якому його вага дорівнює нулю, називається невагомістю.

Слід пам'ятати, що невагомість означає відсутність ваги, а чи не маси. Маса тіла, що перебуває у стані невагомості, залишається такою ж, якою була.

У стані невагомості всі тіла та їх окремі частини перестають тиснути одне на одного. Космонавт у своїй перестає відчувати власний тягар; предмет, випущений із його пальців, нікуди не падає; маятник завмирає у відхиленому положенні; зникає різницю між підлогою і стелею. Всі ці явища пояснюються тим, що гравітаційне поле повідомляє всім тілам у космічному кораблі те саме прискорення. Саме тому випущений космонавтом предмет (без повідомлення йому швидкості) нікуди не падає: він не може ні «наздогнати» якусь стінку кабіни, ні «відстати» від неї; всі вони - і предмети та стіни - рухаються з однаковим прискоренням.

Поруч із невагомість за умов орбітального польоту грає роль специфічного подразника, що діє організм людини. Вона істотно впливає на багато його функцій: слабшають м'язи і кістки, організм зневоднюється і т. д. Проте всі ці зміни, викликані невагомістю, оборотні. За допомогою лікувальної фізкультури, а також лікарських засобів нормальні функції організму можуть бути знову відновлені.

У стані невагомості може бути не тільки космонавт в орбітальній космічній станції, але й будь-яке тіло, що вільно падає (без обертання). Щоб випробувати цей стан, достатньо зробити простий стрибок: між моментом відриву від Землі та моментом приземлення ви будете невагомі!

Готуючи космонавтів до космічного польоту, стан невагомості моделюють у спеціальних літаках-лабораторіях. Для відтворення на літаку стану невагомості треба перевести літак у режим набору висоти параболічної траєкторії з прискоренням, рівним прискоренню вільного падіння. Поки літак рухатиметься висхідною, а потім низхідною частиною параболи, пасажири в ньому будуть невагомі.

1. Що таке навантаження? Коли вона настає? 2. Що називають коефіцієнтом навантаження? 3. У скільки разів збільшується вага тіла при n-кратному навантаженні? Чому? 4. Які сили діють на космонавта в ракеті, що стартує? Як вони спрямовані? Яка з них більша? Зробіть відповідний рисунок. 5. Що таке невагомість? Коли вона з'являється? 6. Як невагомість впливає організм людини?

. Невагомість - стан, при якому вага тіла дорівнює нулю. Наступ у тіл стану невагомості означає, що тіла не тиснуть на опору і, отже, ними діє сила реакції опори, вони рухаються лише під впливом сили тяжіння Землі.

Невагомість у житті Явище невагомості можливе і на Землі. Під впливом прискорення вага тіла може зменшуватися і навіть стає негативною. Класичний приклад, який наводять фізики - ліфт, що падає. Якщо ліфт рухається вниз з прискоренням, то тиск на підлогу ліфта, а отже, і вага буде зменшаться. Причому якщо прискорення дорівнює прискоренню вільного падіння, якщо ліфт падає, вага тіл стане нульовим. Цей ефект широко застосовується для симуляції невагомості під час підготовки космонавтів. Також, якщо літак знижуватиметься особливою - балістичною - траєкторією, то протягом кількох десятків секунд предмети в його салоні перебувають у стані невагомості. Також невагомість на дуже короткий часвідчувають парашутисти, щойно вистрибнули з літака, спортсмени-стрибуни і батутисти при досягненні верхньої точки стрибка і т.д.

ВПЛИВ НЕВЕСОМОСТІ НА ЛЮДИНИ Виникає відчуття крену, «перевернутості», запаморочення та ін. Артеріальний тиск нестійкий, частіше знижений. Дихання, спочатку дещо прискорене, швидко нормалізується, а надалі уповільнюється. Після тривалого перебуванняу невагомості значно зменшується маса тіла, головним чином за рахунок втрати води (посилення діурезу). Посилене виведення кальцію з організму Точність рухів може дещо знижуватися. Зменшується м'язова сила. Втрата натрію (синдром сольового виснаження), дегідратація (спрага) та зменшення об'єму циркулюючої крові.

В даний час у нашій країні і за кордоном накопичений великий науковий матеріалпро вплив такої невагомості на психофізіологічні функції людей. У цьому плані всі піддослідні поділяються на три основні групи. У першу групу входять особи, які переносять короткочасну невагомість без помітного погіршення загального самопочуття, не втрачають працездатності в польоті і лише відчувають послаблення чи полегшення внаслідок втрати тяжкості. власного тіла. До другої групи включаються особи, які відчувають в період невагомості ілюзії падіння, а також почуття перевертання, обертання тіла в невизначеному положенні, підвішеності вниз головою і т. д. всього періоду невагомості і іноді поєднуються з швидким розвиткомсимптомів морської хвороби. В окремих представників цієї групи ілюзії падіння досягають украй ступеня, супроводжуються почуттям жаху. При цьому спостерігається повна дезорієнтація у просторі та втрата контакту з оточуючими людьми.

МЕТОДИ БОРОТЬБИ З НАСЛІДКАМИ НЕВАГОМОСТІ. Порушення роботи організму людини, спричинені невагомістю, оборотні. Прискорене відновлення нормальних функційможе бути досягнуто за допомогою фізіотерапії та лікувальної фізкультури, а також застосуванням лікарських препаратів. Несприятливий вплив невагомості на організм людини у польоті можна попередити або обмежити за допомогою різних засобівта методів (м'язове тренування, електростимуляція м'язів).

ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ В ЖИТТІ Людина, що стоїть нерухомо Парашутист приземленні зі швидкістю 6 м/с Парашутист при розкритті парашута Льотчик спортивного літака при виконанні фігур вищого пілотажу Космонавти при спуску в космічному кораблі

ВПЛИВ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ НА ЛЮДИНУ хворобливі відчуття головний бількровотеча з носа втрата зору та свідомості.

МЕТОДИ БОРОТЬБИ З НАСЛІДКАМИ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ. Методи боротьби з небезпечними навантаженнями запропонував К. Е. Ціолковський. Один з них – приміщення космонавта при старті та фініші ракети в рідину із щільністю, рівної щільностітіла людини. Другий спосіб, підтверджений численними дослідами та застосовуваний у сучасній космонавтиці, полягає у розташуванні тіл космонавтів так, щоб прискорення було спрямоване перпендикулярно довгій осі людського тіла. Останнє робиться для того, щоб, зменшуючи розміри деформації кровоносних судин, звести до мінімуму порушення умов кровообігу. Для профілактики рекомендується виконувати різні вправидля вестибулярного апарату

Під час старту космічного корабля космонавти зазнають перевантажень. Цей термін означає, що вага космонавта по модулю стає більшою за силу тяжкості. З'ясуємо чому це відбувається.

Після включення ракетного двигуна, коли ракета починає розганятися, її рух та рух космонавта здійснюються з прискоренням, спрямованим вертикально нагору. При цьому вага космонавта буде більшою за силу тяжіння:

P = m (g + a)> mg.

^ Відношення сили, з якою тіло тисне на опору у разі прискореного руху нагору, до його ваги в інерційній системі відліку називають перевантаженням. Коли вага тіла більша за силу тяжкості, кажуть, що тіло зазнає перевантаження. Перевантаження випробовують пасажири ліфтів, космонавти під час зльоту на ракеті в космос, льотчики під час виходу з пікірування тощо. Внаслідок перевантаження збільшується як вага людини загалом, а й кожного її органу. Здорова людинаможе без шкоди для здоров'я витримувати короткочасні триразові навантаження, тобто. збільшення ваги втричі. Космонавтам під час старту і посадки космічного корабля доводиться витримувати багаторазові навантаження.

Питання до учнів під час викладу нового матеріалу

1. За яких умов вага тіла дорівнює за модулем силою тяжіння, що діє на це тіло?

2. Чи вага гиря, що висить на нитці? Чому дорівнює вага, якщо нитку перерізати?

3. Чи вага у дерева, що росте у дворі?

4. Камінь кинули вертикально нагору. У які моменти польоту він перебуває у стані невагомості, якщо можна знехтувати опором повітря? Чи зміниться відповідь, якщо камінь кинути під кутом до горизонту?

5. Чому необхідно враховувати навантаження?

6. Що спільного в падінні тіл на Землю, обертанні Місяця навколо Землі, припливах і відливах?

Закріплення вивченого матеріалу

1. Тренуємося вирішувати задачі

1. У ліфті встановили динамометр, у якому підвісили тіло масою 1 кг. Що покаже динамометр, якщо:

а) ліфт рухається поступово;

б) ліфт піднімається нагору з прискоренням 5 м/с2;

в) ліфт опускається вниз із прискоренням 5 м/с2?

2. Літак робить «мертву петлю», описуючи у вертикальній площині коло радіусом 250 м. У скільки разів вага льотчика в нижній частині траєкторії більша за силу тяжкості, якщо швидкість літака – 100 м/с?

3. Учень стверджує, що вага людини, яка знаходиться в ліфті, обов'язково збільшується, коли ліфт рухається вгору, і зменшується, коли ліфт рухається вниз. Чи згодні ви з цим твердженням? Рішення

Твердження неправильне: вага залежить від швидкості ліфта, як від його прискорення.

4. Космічний корабельвідразу після старту рухається вертикально вгору з прискоренням 40 м/с2. З якою силою космонавт масою 70 кг давить на крісло кабіни? Чому дорівнює у разі коефіцієнт перевантаження?

2. Контрольні питання

1. Наведіть приклади рухів, коли вага тіла дорівнює силі тяжкості, що діє на це тіло.

2. Наведіть приклади рухів, при яких вага тіла менша за силу тяжіння, що діє на нього (більше сили тяжіння, що діє на нього).

3. Чи зникає сила тяжіння тіла до Землі під час переходу тіла до стану невагомості?

4. Коли виникають навантаження?

5. Чи залежить вага тіла від його місцезнаходження?