Положително претоварване. Претоварвания, ефектът им върху човек в различни условия

В тази статия учител по физика и математика говори за това как да изчисли претоварването, изпитвано от тялото по време на ускорение или спиране. Този материал е много слабо покрит в училище, така че учениците много често не знаят как да го прилагат изчисляване на претоварването, но съответните задачи се намират на Единния държавен изпит и Единния държавен изпит по физика. Така че прочетете тази статия до края или гледайте приложения видео урок. Знанията, които придобиете, ще ви бъдат полезни на изпита.

Да започнем с определенията. Претоварванее съотношението на теглото на тялото към големината на силата на гравитацията, действаща върху това тяло на повърхността на земята. Телесно тегло- това е силата, която действа от тялото върху опората или окачването. Моля, имайте предвид, че теглото е точно сила! Следователно теглото се измерва в нютони, а не в килограми, както някои смятат.

По този начин претоварването е безразмерна величина (нютони, разделени на нютони, в резултат на което не остава нищо). Въпреки това, понякога тази величина се изразява като ускорение, дължащо се на гравитацията. Те казват например, че претоварването е равно на , което означава, че теглото на тялото е два пъти по-голямо от силата на гравитацията.

Примери за изчисляване на претоварване

Ще ви покажем как да изчислите претоварването на конкретни примери. Да започнем с най-много прости примерии преминете към по-сложни.

Очевидно човек, който стои на земята, не изпитва никакво претоварване. Затова бих искал да кажа, че претоварването му е нулево. Но нека не правим прибързани заключения. Нека начертаем силите, действащи върху този човек:

Към човек се прилагат две сили: силата на гравитацията, която привлича тялото към земята, и противодействащата му сила от страната на земната повърхност, насочена нагоре. Всъщност, за да бъдем точни, тази сила се прилага върху стъпалата на краката на човек. Но в конкретния случай това няма значение, така че може да се отложи от всяка точка на тялото. На фигурата тя е начертана далеч от центъра на масата на човека.

Теглото на човек се прилага върху опората (към повърхността на земята), в отговор, в съответствие с 3-тия закон на Нютон, еднаква по големина и противоположно насочена сила действа върху човека от страната на опората. Това означава, че за да намерим теглото на тялото, трябва да намерим големината на силата на реакция на земята.

Тъй като човек стои неподвижно и не пада през земята, силите, които действат върху него, се компенсират. Това е, и, съответно,. Тоест изчисляването на претоварването в този случай дава следния резултат:

Запомни това! При липса на претоварвания, претоварването е 1, а не 0. Колкото и странно да звучи.

Нека сега определим на какво е равно претоварването на човек, който е в свободно падане.

Ако човек е в състояние на свободно падане, тогава върху него действа само силата на гравитацията, която не се балансира от нищо. Няма сила на реакция на земята и няма телесно тегло. Човек е в така нареченото състояние на безтегловност. В този случай претоварването е 0.

Астронавтите са вътре хоризонтално положениев ракетата по време на нейното изстрелване. Само така могат да издържат на претоварването, което изпитват, без да загубят съзнание. Нека изобразим това на фигурата:

В това състояние върху тях действат две сили: силата на земната реакция и силата на гравитацията. Както в предишния пример, модулът на теглото на астронавтите е равен на големината на силата на опорна реакция: . Разликата ще бъде, че силата на опорната реакция вече не е равна на силата на гравитацията, както миналия път, тъй като ракетата се движи нагоре с ускорение. Със същото ускорение синхронно с ракетата се ускоряват и астронавтите.

Тогава, в съответствие с 2-ри закон на Нютон в проекция върху оста Y (виж фигурата), получаваме следния израз: , откъдето . Тоест необходимото претоварване е равно на:

Трябва да се каже, че това не е най-голямото претоварване, което астронавтите трябва да изпитат по време на изстрелване на ракета. Претоварването може да достигне до 7. Продължителното излагане на такива претоварвания върху човешкото тяло неизбежно води до смърт.

В долната точка на „мъртвия контур“ две сили ще действат върху пилота: надолу - сила, нагоре, към центъра на „глухия контур“ - сила (от страната на седалката, на която седи пилотът) :

Там ще бъде насочено и центростремителното ускорение на пилота, където km/h m/s е скоростта на самолета и е радиусът на „примката”. Тогава отново, в съответствие с 2-рия закон на Нютон, в проекция върху ос, насочена вертикално нагоре, получаваме следното уравнение:

Тогава теглото е . И така, изчислението на претоварването дава следния резултат:

Много значително претоварване. Единственото нещо, което спасява живота на пилота е, че не трае много дълго.

И накрая, нека изчислим претоварването, изпитвано от водача на автомобила по време на ускорение.

И така, крайната скорост на автомобила е km/h m/s. Ако автомобил се ускори до тази скорост от покой в ​​c, тогава неговото ускорение е равно на m/s 2. Автомобилът се движи хоризонтално, следователно вертикалният компонент на силата на реакция на земята се балансира от силата на гравитацията, т.е. IN хоризонтална посокашофьорът ускорява заедно с колата. Следователно, съгласно 2-закона на Нютон, в проекция върху оста, сънасочена с ускорението, хоризонталната компонента на опорната противодействаща сила е равна на .

Намираме големината на общата сила на опорна реакция, използвайки Питагоровата теорема: . Тя ще бъде равна на модула на теглото. Тоест необходимото претоварване ще бъде равно на:

Днес научихме как да изчисляваме претоварването. Запомнете този материал, той може да бъде полезен при решаване на задачи от Единния държавен изпит или Единния държавен изпит по физика, както и на различни входни изпитии олимпиадата.

Материалът е подготвен от Сергей Валериевич

самолет. G-силата е безразмерна величина, но единицата g-сила често се обозначава по същия начин като гравитационното ускорение. ж. Претоварване от 1 единица (или 1g) означава прав полет, 0 означава свободно падане или безтегловност. Ако самолет се завърти на постоянна височина с наклон от 60 градуса, неговата конструкция изпитва претоварване от 2 единици.

Допустимата стойност на претоварване за граждански самолети е 2,5. Обикновен човекможе да издържи всяко претоварване до 15G за около 3-5 секунди, без да изключва, но човек може да издържи големи претоварвания от 20-30G или повече, без да изключва за не повече от 1-2 секунди в зависимост от размера на претоварването, за пример 50G = 0,2 сек. Обучени пилоти в анти-g костюми могат да понасят g-сили от −3…−2 до +12. Устойчивостта на отрицателни, възходящи претоварвания е много по-ниска. Обикновено при 7-8 G очите се "зачервяват" и човекът губи съзнание поради прилив на кръв към главата.

Претоварването е векторна величина, насочена по посока на промяната на скоростта. Това е основно за живия организъм. Когато са претоварени, човешките органи са склонни да останат в същото състояние (равномерно линейно движение или покой). При положително претоварване (глава-крака) кръвта тече от главата към краката. Стомахът пада надолу. Ако е отрицателен, кръвта идва в главата. Стомахът може да се спука заедно със съдържанието му. Когато друга кола се блъсне в спряла кола, седящият ще изпита претоварване на гърба и гърдите. Такова претоварване може да се толерира без много затруднения. По време на излитане астронавтите понасят претоварване, докато лежат. В тази позиция векторът е насочен към гърдите назад, което ви позволява да издържите няколко минути. Космонавтите не използват устройства против претоварване. Представляват корсет с надуваеми маркучи, които се надуват от въздушна система и задържат външна повърхностчовешко тяло, което леко възпрепятства изтичането на кръв.

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „Претоварване (авиация)“ в други речници:

Претоварване: Претоварване (авиация) съотношението на повдигане към тегло Претоварване (инженерство) при ускоряващи се обекти Претоварване (шах) шахматна ситуация, при която фигурите (фигурата) не могат да се справят с възложените задачи. Претоварване... ... Уикипедия

1) P. в центъра на масата, съотношението n на получената сила R (сумата на тягата и аеродинамичната сила, вижте Аеродинамични сили и моменти) към произведението на масата на самолета m и ускорението на свободното падане g : n = R/mg (при определяне на P. за ... ... Енциклопедия на техниката

Най-големият neymax и най-малкият neymin допустими стойности на нормалното претоварване ny по отношение на структурната якост. Стойността на e.p. се определя въз основа на стандартите за якост за различни конструктивни случаи, например за маневра, полет в неравни условия. от…… Енциклопедия на техниката

Силата, приложена към тялото, се измерва в единици SI в нютони (1 н = 1 kg m/s 2). В техническите дисциплини килограмът сила често се използва традиционно като единица за измерване на сила (1 kgf, 1 килограма) и подобни единици: грам сила (1 gs, 1 Ж), тон-сила (1 ц, 1 T). 1 килограм сила се определя като силата, упражнена върху тяло с маса 1 килограманормално ускорение, равно по дефиниция на 9.80665 m/s 2(това ускорение е приблизително равно на ускорението на гравитацията). Така, според втория закон на Нютон, 1 kgf = 1 килограма· 9,80665 m/s 2 = 9,80665 н. Можем също да кажем, че тяло с маса 1 килограма, подпряна на опора, има тегло 1 kgfЧесто, за краткост, килограм-сила се нарича просто „килограм“ (и тон-сила, съответно, „тон“), което понякога създава объркване сред хората, които не са свикнали да използват различни единици.

Терминологията на руската ракетна наука традиционно използва „килограми“ и „тонове“ (по-точно килограм-сила и тон-сила) като единици за тяга за ракетни двигатели. Така че, когато говорят за ракетен двигателс тяга от 100 тона, те означават, че този двигател развива тяга от 10 5 килограма· 9,80665 m/s 2$\приблизително $10 6 н.

Често срещана грешка

Като объркват нютони и килограм-сила, някои смятат, че сила от 1 килограм-сила придава ускорение от 1 на тяло с тегло 1 килограм. m/s 2, т.е. пишат грешното „равенство“ 1 kgf / 1 килограма = 1 m/s 2. В същото време е очевидно, че всъщност 1 kgf / 1 килограма = 9,80665 н / 1 килограма = 9,80665 m/s 2- така се допуска грешка от почти 10 пъти.

Пример

<…>Съответно, силата, която притиска частиците в рамките на среднопретегления радиус, ще бъде равна на: 0,74 G/mm 2 · 0,00024 = 0,00018 G/mm 2 или 0,18 mG/mm 2 . Съответно, сила от 0,0018 mG ще притисне средна частица с напречно сечение 0,01 mm 2.
Тази сила ще даде на частицата ускорение, равно на съотношението й към масата на средната частица: 0,0018 mG / 0,0014 mG = 1,3 m/sec 2. <…>

(Подчертаване аполофакти.) Разбира се, сила от 0,0018 милиграма сила би дала на частица с маса 0,0014 милиграма ускорение почти 10 пъти по-голямо от това, което е изчислил Мухин: 0,0018 милиграма сила / 0,0014 милиграма = 0,0018 мг· 9,81 m/s 2 / 0,0014 mg $\приблизително $ 13 m/s 2 . (Може да се отбележи, че само с коригирането на тази грешка, дълбочината на кратера, изчислена от Мухин, която би трябвало да се е образувала под лунния модул по време на кацане, веднага ще падне от 1,9 м, които Мухин изисква, до 20 см; останалата част от изчислението обаче е толкова абсурдна, че тази поправка не може да я коригира).

Телесно тегло

A-приори, телесно теглое силата, с която тялото притиска опора или окачване. Теглото на тяло, лежащо върху опора или окачване (т.е. неподвижно спрямо Земята или друго небесно тяло) е равно

(1)

\begin(align) \mathbf(W) = m \cdot \mathbf(g), \end(align)

където $\mathbf(W)$ е теглото на тялото, $m$ е масата на тялото, $\mathbf(g)$ е ускорението на гравитацията в дадена точка. На повърхността на Земята гравитационното ускорение е близко до нормалното ускорение (често закръглено до 9,81 m/s 2). Тяло с маса 1 килограмаима тегло $\приблизително $1 килограма· 9,81 m/s 2$\приблизително $1 kgf. На повърхността на Луната гравитационното ускорение е приблизително 6 пъти по-малко, отколкото на повърхността на Земята (по-точно, близо до 1,62 m/s 2). Така телата на Луната са приблизително 6 пъти по-леки от тези на Земята.

Често срещана грешка

Бъркат телесно тегло и маса. Масата на тялото не зависи от небесното тяло, тя е постоянна (ако пренебрегнем релативистичните ефекти) и винаги е равна на една и съща стойност - и на Земята, и на Луната, и в безтегловност

Пример

Пример

Във вестник „Дуел”, № 20, 2002 г., авторът описва страданието, което трябва да изпитат астронавтите на лунния модул при кацане на Луната, и настоява за невъзможността за такова кацане:

астронавти<…>изпитват продължително претоварване, чиято максимална стойност е 5. Претоварването е насочено по гръбначния стълб (най-опасното претоварване). Попитайте военните пилоти дали можете да стоите в самолет 8 минути. при петкратно претоварване и дори го контролира. Представете си, че след три дни във водата (три дни полет с нулева гравитация до Луната), вие сте излезли на сушата, поставени сте в лунната кабина и теглото ви е станало 400 kg (g-force 5), вашето гащеризона беше 140 кг, а раницата ти зад гърба - 250 кг. За да ви предпазят от падане, ви държат с кабел, прикрепен към колана ви за 8 минути, а след това още 1,5 минути. (без столове, без легла). Не огъвайте краката си, облегнете се на подлакътниците (ръцете трябва да са върху контролите). Изтече ли кръвта от главата ти? Очите ви почти слепи ли са? Не умирай и не припадай<…>
Наистина е лошо да принуждавате космонавтите да контролират кацането в „изправено“ положение с дългосрочно 5-кратно претоварване - това е просто НЕВЪЗМОЖНО.

Въпреки това, както вече беше показано, в началото на спускането астронавтите са претърпели претоварване от $\approx$ 0,66 g - тоест значително по-малко от нормалното им земно тегло (и не са имали раница на гърба си - те са били директно свързани към животоподдържащата система на кораба). Преди кацане тягата от двигателя почти балансира теглото на кораба на Луната, така че свързаното ускорение е $\approx$ 1/6 g - така че по време на кацането те изпитват по-малко напрежение, отколкото ако просто стоят на земята . Всъщност една от задачите на описаната кабелна система беше именно да помогне на астронавтите да останат на крака в условия на ниско тегло.

G-силата обаче често се определя в единици за стандартно гравитационно ускорение ж(произнася се „же“), равно на 9,80665 m/s². Претоварване при 0 жсе тества от тяло в състояние на свободно падане под въздействието само на гравитационни сили, тоест в състояние на безтегловност. Натоварването, изпитвано от тяло, лежащо върху повърхността на Земята на морското равнище, е 1.

Претоварването е векторна величина. За живия организъм посоката на претоварването е много важна. Когато са претоварени, човешките органи са склонни да останат в същото състояние (равномерно линейно движение или покой). При положително претоварване (ускорението е насочено от краката към главата, а векторът на претоварване е от главата към краката), кръвта се движи от главата към краката, стомахът се спуска надолу. При отрицателно претоварване притокът на кръв към главата се увеличава. Най-благоприятното положение на човешкото тяло, в което той може да възприема най-големите претоварвания, е легнало по гръб, обърнато към посоката на ускорението на движението, най-неблагоприятното за пренасяне на претоварвания е в надлъжна посока с крака към посоката на ускорение. Когато кола се сблъска с неподвижно препятствие, човек, който седи в колата, ще изпита претоварване на гърба и гърдите. Такова претоварване може да се толерира без много затруднения. Един обикновен човек може да издържи на претоварване до 15 ж близо до 3-5 секундибез загуба на съзнание. Претоварване от 20-30 ж или повече, човек може да издържи не повече от 1-2 секунди, без да загуби съзнание, в зависимост от големината на претоварването.

Едно от основните изисквания към военните пилоти и космонавти е способността на тялото да издържа на претоварване. Обучени пилоти в анти-g костюми могат да издържат на g-сили от −3…−2 ж до +12 ж . Обикновено при положително претоварване 7-8 ж очите „почервеняват“, зрението изчезва и човекът постепенно губи съзнание поради изтичане на кръв от главата. Устойчивостта на отрицателни, възходящи претоварвания е много по-ниска. По време на излитане астронавтите понасят претоварване, докато лежат. В тази позиция претоварването действа в посока гърди - гръб, което ви позволява да издържите претоварване от няколко единици за няколко минути ж. Има специални костюми против претоварване, чиято задача е да облекчат ефектите от претоварването. Костюмите представляват корсет с маркучи, които се надуват от въздушна система и задържат външната повърхност на човешкото тяло, като леко възпрепятстват изтичането на кръв.

Претоварването увеличава напрежението върху конструкцията на машините и може да доведе до тяхната повреда или разрушаване, както и до преместване на незакрепени или лошо закрепени товари. Стойността на претоварване, разрешена от експлоатационната документация за пътнически самолет [кои?] е 2,5 ж .

Примери за претоварвания и техните значения:

Пример за претоварване	Стойност, g
Човек (или всеки обект) в неподвижно състояние спрямо Земята	1
Пътник в самолет по време на излитане	1,5
Кацане на парашутист със скорост 6 m/s	1,8
Парашутист отваря парашута си	до 10.0 (Po-16, D1-5U) до 16 (Ut-15 сер. 5)
Космонавти по време на спускане в космическия кораб "Союз".	до 3,0-4,0
Пилот на спортен самолет, изпълняващ акробатични маневри	от −7 до +12
Претоварване (дългосрочно), съответстващо на границата на физиологичните възможности на човека	8,0-10,0
Рекорд за нефатално аварийно спускане на космическия кораб Союз	20-26 (според различни източници): 37
Предишен запис на (краткотрайно) претоварване на превозно средство, при което човек е успял да оцелее	179,8
Най-голямото (краткотрайно) претоварване, при което човек успява да оцелее. Кени Брак, IRL IndyCar, катастрофира в последното състезание за сезона във Форт Уърт	214
Претоварването, изпитвано от автоматичната междупланетна станция „Венера-7” при спиране в плътните слоеве на атмосферата на Венера.	350
Претоварване, което може да издържи едно твърдотелно устройство (SSD).	1500
Претоварване на снаряда при изстрел (в началото на цевта)	47 000

Връзки [ | ]

1. , претоварване със статии.
2. Декларация на Третата генерална конференция по мерки и теглилки (1901 г.)(Английски) . Международно бюро за мерки и теглилки. Посетен на 9 април 2013.
3. Денгуб В. М., Смирнов В. Г.Единици за величини. Речник-справочник. - М.: Издателство на стандартите, 1990. - С. 237.
4. Висш пилотаж на леки автомобили
5. Хъмбъл Л.Тегло безтегловност // Наука и живот. - 2007. - № 5. - стр. 36-42.
6. "Союз" без номер. През 1975 г. съветски космонавти оцеляват при падане от космоса (недефиниран) . Аргументи и факти (27 ноември 2014 г.).
7. През 1975 г. съветски космонавти избягват смъртта два пъти в един полет. (недефиниран) . РИА Новости (2 юли 2010 г.).

Претоварване - отношение абсолютна стойностлинейно ускорение, причинено от негравитационни сили към ускорението на гравитацията на земната повърхност. Като съотношение на две сили, g-силата е безразмерна величина, но g-силата често се изразява чрез гравитационното ускорение g. Претоварване от 1 единица (т.е. 1 g) е числено равно на теглото на тяло в покой в ​​гравитационното поле на Земята. Претоварване от 0 g изпитва тяло в състояние на свободно падане под въздействието само на гравитационни сили, тоест в състояние на безтегловност.

Претоварването е векторна величина. За живия организъм посоката на претоварването е много важна. Когато са претоварени, човешките органи са склонни да останат в същото състояние (равномерно линейно движение или покой). При положително претоварване (глава - крака) кръвта се движи от главата към краката, стомахът се спуска надолу. При отрицателно претоварване притокът на кръв към главата се увеличава. Най-благоприятното положение на човешкото тяло, в което той може да възприема най-големите претоварвания, е легнало по гръб, обърнато към посоката на ускорението на движението, най-неблагоприятното за пренасяне на претоварвания е в надлъжна посока с крака към посоката на ускорение. Когато кола се сблъска с неподвижно препятствие, човек, който седи в колата, ще изпита претоварване на гърба и гърдите. Такова претоварване може да се толерира без много затруднения. Средно човек може да издържи претоварване до 15 g за около 3-5 секунди, без да загуби съзнание. Човек може да издържи претоварване от 20-30 g или повече, без да загуби съзнание за не повече от 1-2 секунди, в зависимост от големината на претоварването.

Едно от основните изисквания към военните пилоти и космонавти е способността на тялото да издържа на претоварване. Обучени пилоти в анти-g костюми могат да понасят g-сили от −3…−2 g до +12 g. Устойчивостта на отрицателни, възходящи претоварвания е много по-ниска. Обикновено при 7-8 g очите "почервеняват", зрението изчезва и човекът постепенно губи съзнание поради прилив на кръв към главата. По време на излитане астронавтите понасят претоварване, докато лежат. В тази позиция претоварването действа в посока гърди-гръб, което ви позволява да издържите претоварване от няколко g единици за няколко минути. Има специални костюми против претоварване, чиято задача е да облекчат ефектите от претоварването. Костюмите представляват корсет с маркучи, които се надуват от въздушна система и задържат външната повърхност на човешкото тяло, като леко възпрепятстват изтичането на кръв.

Претоварването увеличава напрежението върху конструкцията на машините и може да доведе до тяхната повреда или разрушаване, както и до преместване на незакрепени или лошо закрепени товари. Допустимата стойност на претоварване за граждански самолети е 2,5 g.

Приблизителни стойности на претоварванията, срещани в живота Човек, стоящ неподвижно1Пътник в самолет по време на излитане 1.5Кацане на парашутист със скорост 6 m/s1.8Парашутист при отваряне на парашут 10.0 (Po-16, D1-5U) до 16 (Ut-15 ser.5)Космонавти по време на спускане в космически кораб"Союз" до 3,0-4,0Пилот на спортен самолет, изпълняващ пилотажни маневри от −7 до +12Претоварване (дългосрочно), съответстващо на границата на физиологичните възможности на човека 8,0-10,0Предишен запис на (краткотрайно) претоварване на превозно средство, при което човек е успял да оцелее 179,8 Най-голямото (краткотрайно) претоварване на автомобил, при което човек успя да оцелее.