Przeciążenie

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
ppłk John Stapp podczas testów oddziaływania przeciążenia na organizm ludzki

Przeciążenie (używany jest także termin nadważkość)[1] to stan, w jakim znajduje się ciało poddane działaniu sił zewnętrznych innych, niż siła grawitacji, których wypadkowa powoduje przyspieszenie inne niż wynikające z siły grawitacji. Przyjęto wyrażać przeciążenie jako wielokrotność standardowego przyspieszenia ziemskiego. Tak zdefiniowane przeciążenie jest wektorem, mającym kierunek i zwrot.

Przeciążenie może być powodowane przez wibracje, manewry obiektu takiego jak samolot czy samochód, ciąg silników napędowych statku kosmicznego, ciśnienie gazów przyspieszających w lufie pocisk, kolizje itp.

g to składowa pionowa przeciążenia ciała znajdującego się na powierzchni Ziemi w spoczynku lub w ruchu ustalonym, 0 g odpowiada stanowi nieważkości (spadek swobodny pod działaniem sił grawitacji). Znajomość przewidywanych przeciążeń umożliwia obliczenie obciążeń i odpowiednie zaprojektowanie konstrukcji obiektów technicznych a także ocenę narażeń, jakim poddawane będą w rozważanych okolicznościach organizmy żywe.

Przeciążenie (jak i niedociążenie) może mieć wyłącznie wartość dodatnią (lub równą 0).
Znak przyspieszenia charakteryzuje umowny kierunek działania sił:

  • dodatnie
    • Gz+ siły działają w dół na sylwetkę stojącego człowieka, od głowy do stóp (np. ruszająca winda w górę)
    • Gx+ siły działają wzdłuż sylwetki stojącego człowieka, od klatki piersiowej do pleców (np. przyspieszanie auta)
  • ujemne
    • Gz- siły działają w górę na sylwetkę stojącego człowieka, od stóp do głowy (np. ruszająca winda w dół)
    • Gx- siły działają wzdłuż sylwetki stojącego człowieka, od pleców do klatki piersiowej (np. hamowanie auta)

Z uwagi na położenie delikatnie ukrwionych organów (mózg, gałki oczne) kierunek przyspieszenia powoduje odpowiednio napływ lub odpływ krwi powodując zmianę jej ciśnienia w tych narządach.
W przypadku napływu krwi i wzrostu jej ciśnienia wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia wylewów do mózgu zagrażających zdrowiu i życiu lub do gałek ocznych zagrażających częściowym lub trwałym upośledzeniem widzenia. Z tego też powodu organizm człowieka dużo lepiej znosi przeciążenia dodatnie niż ujemne.

Największe, jednak najkrócej działające, przeciążenia występują w trakcie katapultowania (w niektórych radzieckich konstrukcjach nawet 20-22 g, w zachodnich samolotach 12-14g), podczas wyczynowej akrobacji lotniczej, podczas walki powietrznej samolotu myśliwskiego (do 10 g). Duże przeciążenia występują podczas szybkiego wyprowadzenia (wyrwania) z lotu nurkowego i ogólnie podczas wszystkich manewrów lotniczych wykonywanych podczas lotu z dużą prędkością po łuku. Człowiek w stanie spoczynku poddany jest przeciążeniu 1 g, a 0 g w stanie nieważkości.

Długotrwałe przeciążenie dodatnie doprowadza do zaburzeń widzenia (krew odpływa z siatkówki oka), a im większa jest wartość przeciążenia tym krócej może ono działać na organizm bez obawy o niekorzystny wpływ na stan zdrowia. Ponadto występują zaburzenia świadomości (pod postacią przymglenia lub częściowego zamroczenia) - co jest związane z zaburzeniami w ukrwieniu mózgu.

Skutki przeciążenia można zmniejszać np. stosując skafander przeciwprzeciążeniowy czy umieszczając pilota w pozycji leżącej. Przyspieszenia poprzeczne (np. plecy - piersi) mogą być około dwukrotnie większe niż dodatnie. Głównymi objawami są utrudnienie oddychania i trudności w poruszaniu kończynami. Powolny wzrost przyspieszenia jest znoszony lepiej niż szybki. Ważną rolę odgrywa systematyczny trening i dobra sprawność fizyczna pilota.[2]

W życiu codziennym stanu przeciążenia można doświadczyć np. w ruszającej lub zatrzymującej się windzie, w zakręcającym lub pokonującym nierówności samochodzie, w czasie podróży samolotem – szczególnie gdy występują turbulencje. W życiu codziennym największe przeciążenia występują podczas wypadków drogowych a także katastrof lotniczych, są one powodem obrażeń wielonarządowych.

Duże przeciążenia, głównie w celu badania ich wpływu na pilotów i astronautów, uzyskuje się w wirówce przeciążeniowej.

Codzienne przeciążenia[edytuj | edytuj kod]

  • 3,5 g – podczas kaszlu
  • 2,9 g – podczas kichania

Największe przeciążenia przeżyte przez człowieka[edytuj | edytuj kod]

  • Dobrowolne:
    • Ppłk John Stapp w 1954 r. doznał przeciążenia 46,2 g w saniach rakietowych[3]. W wyniku tego eksperymentu popękały mu naczynia krwionośne w gałce ocznej (okresowa utrata wzroku, który J. Stapp odzyskał – szczęśliwie siatkówki w oczach nie były uszkodzone).
  • Mimowolne:
    • Kierowca F1, David Purley w roku 1973 w wyniku gwałtownego hamowania (z 173 km/h do zera, na odcinku 66 cm), przeżył przeciążenie 179,3 g. Złamał w wielu miejscach nogi, miednicę i żebra.[4]
    • W 2003 roku Kenny Bräck był uczestnikiem przerażającego wypadku w wyścigu IRL IndyCar Series, podczas którego zderzyły się dwa samochody - Jego i Tomasa Schecktera. Pojazdy zahaczyły o siebie kołami, czego skutkiem było wyniesienie się w powietrze, zderzenie z siatką graniczną toru i rozpad auta na drobne kawałki. Najwyższy wynik podany przez urządzenie do pomiaru zmian przyśpieszenia, które jest montowane w samochodach wyścigowych był równy 214 g (!)

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Kopernik, astronomia, astronautyka : przewodnik encyklopedyczny Praca zbiorowa pod red. Włodzimierza Zonna, Warszawa, PWN, 1973, str. 193, hasło "nadważkość".
  2. Maria Kapuścińska "Fizyka. Podręcznik dla studentów farmacji" wydanie IV, Warszawa, 1982, s. 38n ISBN 83-200-0687-2
  3. Ejection Site: Fastest Man on Earth- John Paul Stapp
  4. http://www.asag.sk/bio/purley.htm