Krafter, till standardaccelerationen av fritt fall på jordens yta. Eftersom g-kraften är förhållandet mellan två accelerationer är g-kraften en dimensionslös storhet, men g-kraften anges ofta i enheter av g(uttalas "samma"), lika med 9,80665 m/s². Överbelastning vid 0 g testas av en kropp i fritt fall under påverkan av endast gravitationskrafter, det vill säga i ett tillstånd av viktlöshet. Överbelastningen av en kropp som vilar på jordens yta vid havsnivån är lika med 1.
Överbelastning är en vektormängd. För en levande organism är överbelastningens verkningsriktning mycket viktig. När de är överbelastade tenderar mänskliga organ att förbli i samma tillstånd (likformig rätlinjig rörelse eller vila). Med en positiv g-kraft (accelerationen riktas från benen till huvudet, och g-kraftsvektorn är från huvudet till benen), går blodet från huvudet till benen, magen går ner. Negativ G-kraft ökar blodflödet till huvudet. Den mest gynnsamma positionen för människokroppen, i vilken han kan uppfatta de största överbelastningarna, ligger på rygg, vänd mot rörelsens accelerationsriktning, det mest ogynnsamma för att överföra överbelastning är i längdriktningen med fötterna i riktning mot acceleration. När en bil krockar med ett fast hinder kommer en person som sitter i en bil att uppleva en rygg-bröstöverbelastning. En sådan överbelastning tolereras utan större svårighet. En vanlig person tål överbelastningar upp till 15 g nära 3-5 sekunder utan att förlora medvetandet. Överbelastningar från 20-30 g och mer kan en person motstå utan förlust av medvetande inte mer än 1-2 sekunder och beroende på storleken på överbelastningen.
Ett av huvudkraven för militära piloter och astronauter är kroppens förmåga att uthärda överbelastningar. Utbildade piloter i anti-g-dräkter kan uthärda g-krafter från -3 ... -2 g upp till +12 g . Vanligtvis vid positiv överbelastning 7-8 g i ögonen "rodnar", synen försvinner, och personen förlorar gradvis medvetandet på grund av utflödet av blod från huvudet. Motståndet mot negativa, uppåtgående g-krafter är mycket lägre. Astronauter under start uthärdar överbelastningen liggandes. I denna position verkar överbelastningen i riktning mot bröstet - ryggen, vilket gör att du kan motstå flera minuters överbelastning i flera enheter. g. Det finns speciella anti-g-dräkter, vars uppgift är att underlätta verkan av överbelastning. Dräkterna är en korsett med slangar som blåses upp från luftsystemet och håller den yttre ytan av människokroppen, något som förhindrar utflödet av blod.
Överbelastning ökar belastningen på maskinernas struktur och kan leda till att de går sönder eller förstörs, såväl som till förflyttning av lösa eller dåligt säkrade laster. Värdet av överbelastning som tillåts enligt operativ dokumentation för passagerarflygplan [ Vad?] är 2,5 g .
Exempel på överbelastningar och deras betydelser:
| Exempel på överbelastning | Värde, g |
|---|---|
| En person (eller något föremål), i ett stationärt tillstånd i förhållande till jorden | 1 |
| Passagerare på ett flygplan som lyfter | 1,5 |
| Fallskärmshoppare landar vid 6 m/s | 1,8 |
| Fallskärmshoppare som öppnar fallskärm | upp till 10,0 (Po-16, D1-5U) upp till 16 (Ut-15 ser. 5) |
| Kosmonauter under nedstigning i rymdfarkosten Soyuz | upp till 3,0-4,0 |
| Pilot av ett sportflygplan som utför konstflyg | -7 till +12 |
| Överbelastning (långsiktig), motsvarande gränsen för mänskliga fysiologiska förmågor | 8,0-10,0 |
| Rekord för icke-dödlig nödnedstigning |
Jordöverbelastningar
När en bil krockar med ett fast hinder kommer en person som sitter i en bil att uppleva rygg-bröst överbelastning. En sådan överbelastning tolereras utan större svårighet. En vanlig person tål överbelastningar upp till 15 g ca 3 - 5 sekunder utan medvetslöshet. Överbelastningar från 20 - 30 g och mer kan en person motstå utan förlust av medvetande inte mer än 1 - 2 sekunder och beroende på överbelastningens storlek.
Överbelastning i förhållande till en person:
1 - 1 g .
3 - 15 g inom 0,6 sek.
5 - 22 g .
Ett av huvudkraven för militära piloter och astronauter är kroppens förmåga att uthärda överbelastningar. Utbildade piloter i anti-g-dräkter kan uthärda g-krafter från -3 ... -2 g upp till +12 g . Motståndet mot negativa, uppåtgående g-krafter är mycket lägre. Vanligtvis vid 7-8 g ögonen "rodnar", synen försvinner, och personen förlorar gradvis medvetandet på grund av ett blodflöde till huvudet. Astronauter under start uthärdar överbelastningen liggandes. I denna position verkar överbelastningen i riktning mot bröstet - ryggen, vilket gör att du kan motstå flera minuter av en överbelastning på flera enheter av g. Det finns speciella anti-g-dräkter, vars uppgift är att underlätta verkan av överbelastning. Dräkterna är en korsett med slangar som blåser upp från luftsystemet och håller den yttre ytan av människokroppen, något som förhindrar utflödet av blod.
Överbelastning av utrymme
Under uppskjutningen utsätts astronauten för acceleration, vars värde varierar från 1 till 7 g.
Överbelastningar i samband med acceleration orsakar en betydande försämring av människokroppens funktionella tillstånd: blodflödet i cirkulationssystemet saktar ner, synskärpan och muskelaktiviteten minskar.
Med uppkomsten av viktlöshet kan en astronaut uppleva vestibulära störningar, och en känsla av tyngd i huvudregionen kvarstår under lång tid (på grund av ökat blodflöde till det). Samtidigt sker anpassning till viktlöshet som regel utan allvarliga komplikationer: en person behåller sin arbetsförmåga och framgångsrikt utför olika arbetsoperationer, inklusive de som kräver fin koordination eller stora energiutgifter. Motorisk aktivitet i ett tillstånd av viktlöshet kräver mycket mindre energi än liknande rörelser i viktlöshet.
Med longitudinell acceleration har astronauten visuella illusioner. Det verkar för honom som om föremålet han tittar på skiftar i riktning mot den resulterande vektorn för acceleration och gravitation.
Med vinkelaccelerationer uppstår en uppenbar förskjutning av synobjektet i rotationsplanet. Denna så kallade nästan-gyral illusion är en följd av effekten av g-krafter på de halvcirkelformade kanalerna (organen i innerörat).
Slutsats:
Om blodflödet i ett tillstånd av tyngdlöshet är en storleksordning större än på jorden, kommer förlusten av medvetande på grund av överdrivet blodflöde till huvudet att vara både för mindre g och för summan av sekunder som astronauten kan motstå . Men det finns en + Eftersom vi befinner oss i en avlägsen framtid, till exempel våra anti-g-dräkter, som, kompletta med 350r, kommer att vara en storleksordning bättre för att hjälpa till att upprätthålla medvetandet under starka och långvariga överbelastningar + artificiell gravitation spara, vilket borde skapa en motvikt mot överbelastningar på 2-5 sekunder.
Enligt läkare tål den mänskliga hjärnan överbelastningar på cirka 150 g om de inte verkar på hjärnan i mer än 1–2 ms; med en minskning av överbelastningar ökar den tid under vilken en person kan uppleva dem, och en överbelastning på 40 g, även vid långvarig exponering, anses vara relativt säker för huvudet.
En överbelastning på upp till 72 g anses vara säker, överbelastningar från 72 till 88 g faller in i den mellanliggande "röda" zonen, och om 88 g överskrids anses en huvudskada vara mycket sannolik. Viktigt i EuroNCAP-metoden är också bedömningen av trycket som verkar på den mänskliga bröstkorgen: en bröstkompression på 22 mm anses vara säker, kompression på 50 mm anses vara begränsande.
I den här artikeln berättar en handledare i fysik och matematik om hur man beräknar den överbelastning som kroppen upplever vid tidpunkten för acceleration eller retardation. Detta material är mycket dåligt övervägt i skolan, så eleverna vet ofta inte hur de ska implementera överbelastningsberäkning, men motsvarande uppgifter finns vid tentamen och tentan i fysik. Så läs den här artikeln till slutet eller titta på den bifogade videohandledningen. Kunskapen du får kommer att vara användbar för dig på provet.
Låt oss börja med definitioner. Överbelastning kallas förhållandet mellan vikten av en kropp och storleken på tyngdkraften som verkar på denna kropp vid jordens yta. Kroppsviktär kraften som verkar från sidan av kroppen på ett stöd eller upphängning. Kom ihåg att vikt är makt! Därför mäts vikten i newton, och inte i kilo, som vissa tror.
Överbelastning är alltså en dimensionslös kvantitet (newton divideras med newton, inget blir kvar som ett resultat). Men ibland uttrycks denna kvantitet i fritt fallaccelerationer. De säger till exempel att överbelastningen är lika med, vilket betyder att kroppens vikt är dubbelt så stor som tyngdkraften.
Exempel på beräkning av överbelastning
Låt oss visa hur man beräknar överbelastningen på specifika exempel. Låt oss börja med de enklaste exemplen och gå vidare till mer komplexa.
Uppenbarligen upplever en person som står på marken inga g-krafter. Därför vill jag säga att dess överbelastning är noll. Men låt oss inte dra några slutsatser. Låt oss rita krafterna som verkar på denna person:
Två krafter appliceras på en person: gravitationen, som attraherar kroppen till jorden, och reaktionskraften, som motverkar den från jordytan, riktad uppåt. I själva verket, för att vara exakt, appliceras denna kraft på fotsulorna på en person. Men i det här fallet spelar det ingen roll, så det kan skjutas upp från vilken punkt som helst på kroppen. I figuren är den avstängd från en persons masscentrum.
En persons vikt appliceras på stödet (till jordens yta), som svar, i enlighet med Newtons 3:e lag, verkar en lika och motsatt riktad kraft på personen från sidan av stödet. Så för att hitta kroppens vikt måste vi hitta storleken på stödets reaktionskraft.
Eftersom en person står stilla och inte faller genom marken kompenseras de krafter som verkar på honom. Det vill säga, respektive . Det vill säga, beräkningen av överbelastning i detta fall ger följande resultat:
Kom ihåg det här! I avsaknad av överbelastningar är överbelastningen 1, inte 0. Hur konstigt det än kan låta.
Låt oss nu bestämma vad överbelastningen av en person som är i fritt fall är lika med.
Om en person är i ett tillstånd av fritt fall, så verkar bara gravitationen på honom, som inte balanseras av någonting. Det finns ingen stödreaktionskraft, precis som det inte finns någon kroppsvikt. En person befinner sig i det så kallade tillståndet av viktlöshet. I detta fall är överbelastningen 0.
Astronauterna befinner sig i ett horisontellt läge i raketen under uppskjutningen. Endast på detta sätt kan de stå emot den överbelastning som de upplever utan att förlora medvetandet. Låt oss skildra detta i figuren:
I detta tillstånd verkar två krafter på dem: stödets reaktionskraft och tyngdkraften. Liksom i föregående exempel är astronauternas viktmodul lika med storleken på stödets reaktionskraft: . Skillnaden blir att stödets reaktionskraft inte längre är lika med tyngdkraften, som den var förra gången, eftersom raketen rör sig uppåt med acceleration . Med samma acceleration accelererar astronauterna synkront med raketen.
Sedan, i enlighet med Newtons 2:a lag i projektionen på Y-axeln (se figur), får vi följande uttryck: , varifrån . Det vill säga den önskade överbelastningen är lika med:
Jag måste säga att detta inte är den största överbelastningen som astronauter måste uppleva under en raketuppskjutning. Överbelastning kan nå upp till 7. Långvarig exponering för sådana överbelastningar på människokroppen leder oundvikligen till döden.
Vid den nedre punkten av "död loop" kommer två krafter att verka på piloten: ned - kraft , uppåt, till mitten av "död loop" - kraft (från sidan av sätet där piloten sitter):
Pilotens centripetalacceleration kommer också att riktas dit, där km / h m / s är flygplanets hastighet, är radien för den "döda slingan". Återigen, i enlighet med Newtons andra lag i projektionen på axeln riktad vertikalt uppåt, får vi följande ekvation:
Då är vikten 
. Så överbelastningsberäkningen ger följande resultat:
En mycket betydande överbelastning. Det enda som räddar pilotens liv är att det inte håller särskilt länge.
Och slutligen beräknar vi den överbelastning som föraren av bilen upplever under acceleration.
Bilens sluthastighet är alltså km/h m/s. Om bilen accelererar till denna hastighet från vila i c, är dess acceleration m / s 2. Bilen rör sig horisontellt, därför balanseras den vertikala komponenten av stödreaktionskraften av gravitationen, det vill säga. I horisontell riktning accelererar föraren med bilen. Därför, enligt Newtons 2-lag i projektionen på axeln som riktas med accelerationen, är den horisontella komponenten av stödreaktionskraften lika med .
Värdet på stödets totala reaktionskraft kan hittas av Pythagoras sats: 
. Det kommer att vara lika med viktmodulen. Det vill säga den erforderliga överbelastningen kommer att vara lika med:
Idag lärde vi oss hur man beräknar överbelastning. Kom ihåg detta material, det kan vara användbart när du löser uppgifter från Unified State Exam eller OGE i fysik, såväl som vid olika inträdesprov och olympiader.
Förberedd av Sergey Valerievich
Överbelastningär förhållandet mellan resultanten av alla krafter (utom vikt) som verkar på flygplanet och flygplanets vikt.
Överbelastningar definieras i det kopplade koordinatsystemet:
nx- längsgående överbelastning; nu- normal överbelastning; nz- lateral överbelastning.
Full överbelastning bestäms av formeln
Längsgående överbelastning nx uppstår när motorns dragkraft och motstånd ändras.
Om dragkraften på motorn är större än luftmotståndet är överbelastningen positiv. Om dragvärdet är större än motorns dragkraft är överbelastningen negativ.
Longitudinell överbelastning bestäms av formeln
Sidoöverbelastning nz inträffar under flygning av ett flygplan med glidning. Men storleken på den laterala aerodynamiska kraften Z är mycket liten. Därför, i beräkningarna, tas den laterala överbelastningen lika med noll. Lateral överbelastning bestäms av formeln
Utförandet av aerobatiska manövrar åtföljs huvudsakligen av förekomsten av stora normala g-krafter.
Normal överbelastning nu kallas förhållandet mellan lyftet och flygplanets vikt och bestäms av formeln
Normal överbelastning, som framgår av formel (11.5), skapas av en lyftkraft. Vid plan flygning med en lugn atmosfär är lyftkraften lika med flygplanets vikt, därför kommer överbelastningen att vara lika med en:
Ris. 6 Effekten av centrifugalkraften av tröghet på piloten a - med en kraftig ökning av anfallsvinkeln, b - med en kraftig minskning av anfallsvinkeln
Vid krökt flygning, när lyftkraften blir större än flygplanets vikt, kommer g-kraften att vara större än en.
När ett flygplan rör sig längs en krökt bana är centripetalkraften, som redan nämnts, lyftkraften, det vill säga lufttrycket på vingarna. Med detta värde på centripetalkraften finns det alltid en lika men motsatt riktning centrifugalkraften av tröghet, som uttrycks av vingarnas tryckkraft på luften. Dessutom fungerar centrifugalkraften som en vikt (massa), och eftersom den alltid är lika med centripetalkraften, ökar den med samma mängd när den senare ökar. Således liknar aerodynamisk överbelastning en ökning av vikten på ett flygplan (pilot).
När en överbelastning inträffar verkar det för piloten som om hans kropp har blivit tyngre.
Normal överbelastning delas in i positiv och negativ. När en överbelastning pressar piloten mot sätet, då denna överbelastning positiv om han däremot skiljer honom från sätet och håller honom på selen - negativ (Fig. 6).
I det första fallet kommer blodet att rinna från huvudet till fötterna, i det andra fallet kommer det att rinna till huvudet.
Som redan nämnts är en ökning av lyftkraften i kurvlinjär rörelse ekvivalent med en ökning av flygplanets vikt med samma mängd, då
(11.6)
(11.7)
Var n ur - engångsöverbelastning.
Från formel (11.7) kan man se att mängden tillgänglig överbelastning bestäms av reserv av lyftkoefficienter (reserver av anfallsvinklar) från det som krävs för planflygning till dess säkra värde (Su TR eller Su KR).
Maximal möjlig normal överbelastning kan erhållas när flygplanets förmåga att skapa lyft är fullt utnyttjad under flygning vid en given hastighet och flyghöjd. Denna överbelastning kan erhållas i fallet när flygplanet plötsligt (utan en märkbar minskning av flyghastigheten) bringas till C y \u003d C y max:
(11.8)
Det är dock inte önskvärt att föra flygplanet till en sådan överbelastning, eftersom det kommer att bli en förlust av stabilitet och ett stall i ett snurr eller ett snurr. Av denna anledning, vid höga flyghastigheter, särskilt när du lämnar ett dyk, rekommenderas det inte att kraftigt avleda kontrollspaken mot dig själv. Därför anses den maximala möjliga eller tillgängliga överbelastningen vara mindre för att förhindra att flygplanet går in i skakläget. Formeln för att bestämma denna överbelastning är
(11.9)
För flygplanen Yak-52 och Yak-55 visas de grafiska beroenden av tillgängliga överbelastningar på flyghastigheten i fig. 7, Fig. 8. Vid flygningar på Yak-52 och Yak-55 flygplan begränsas den tillgängliga normala överbelastningen huvudsakligen av flygplanets styrka.
Den högsta tillåtna operativa överbelastningen för Yak-52-flygplanet:
med hjulchassi:
positiv +7;
negativ -5;
med skidchassi:
positiv +5;
negativ -3.
Den maximalt tillåtna operativa överbelastningen för Yak-55-flygplanet:
i träningsversion:
positiv +9;
negativ -6;
i destillationsversionen:
positiv +5;
negativ -3.
Det är förbjudet att överskrida dessa överbelastningar under flygning, eftersom restdeformationer i flygplanets struktur kan uppstå.
När man utför stadiga kurvlinjära manövrar beror överbelastningen på kraftverkets dragkraftsreserv. Dragkraftsreserven bestäms utifrån tillståndet att hålla en given hastighet under hela manövern.
Begränsa överbelastning för tillgänglig dragkraft PREV kallas den största överbelastningen, vid vilken kraftverkets dragkraft fortfarande balanserar motståndet. Det bestäms av formeln
(11.10)
Den begränsande tillgängliga dragkraftsöverbelastningen beror på flyghastigheten och höjden, eftersom ovanstående faktorer påverkar den tillgängliga dragkraften Pp och den aerodynamiska kvaliteten K på hastigheten.
För varje hastighetsvärde tas de tillgängliga dragkraftsvärdena från Pp (V)-kurvan, värdet på koefficienten Su tas från polaren för motsvarande hastighet V och beräknas med formeln (11.10).
Vid manövrering i ett horisontellt plan med en överbelastning som är mindre än tillgänglig, men mer än den begränsande dragkraften, kommer flygplanet att förlora hastighet eller flyghöjd.
- I kontakt med 0
- Google+ 0
- OK 0
- Facebook 0
