V tem članku učitelj fizike in matematike govori o tem, kako izračunati preobremenitev, ki jo doživlja telo med pospeševanjem ali zaviranjem. Ta snov je v šoli zelo slabo obdelana, zato učenci zelo pogosto ne vedo, kako jo izvajati izračun preobremenitve, vendar so ustrezne naloge na Enotnem državnem izpitu in Enotnem državnem izpitu iz fizike. Zato preberite ta članek do konca ali si oglejte priloženo video vadnico. Pridobljeno znanje vam bo koristilo na izpitu.
Začnimo z definicijami. Preobremenitev je razmerje med težo telesa in velikostjo gravitacijske sile, ki deluje na to telo na površini zemlje. Telesna teža- to je sila, ki deluje s telesa na nosilec ali vzmetenje. Upoštevajte, da je teža ravno moč! Zato se teža meri v newtonih in ne v kilogramih, kot nekateri verjamejo.
Tako je preobremenitev brezdimenzionalna količina (newtoni deljeni z newtoni, kar povzroči, da ne ostane nič). Vendar je včasih ta količina izražena kot pospešek zaradi gravitacije. Pravijo na primer, da je preobremenitev enaka , kar pomeni, da je teža telesa dvakrat večja od sile gravitacije.
Primeri izračuna preobremenitve
Na konkretnih primerih bomo pokazali, kako izračunati preobremenitev. Začnimo z najpreprostejšimi primeri in preidimo na bolj zapletene.
Očitno oseba, ki stoji na tleh, ne doživi nobene preobremenitve. Zato bi rad rekel, da je njegova preobremenitev enaka nič. A ne delajmo prenagljenih zaključkov. Narišimo sile, ki delujejo na to osebo:
Na človeka delujeta dve sili: gravitacijska sila, ki privlači telo k tlom, in reakcijska sila, ki ji nasprotuje s strani zemeljske površine, usmerjena navzgor. Pravzaprav, če smo natančni, ta sila deluje na podplate človekovih stopal. Toda v konkretnem primeru to ni pomembno, zato ga je mogoče odložiti s katere koli točke na telesu. Na sliki je narisan stran od človeškega središča mase.
Teža osebe se nanaša na oporo (na površino zemlje), kot odgovor, v skladu s tretjim zakonom Newtona, na osebo s strani opore deluje enaka po velikosti in nasprotno usmerjena sila. To pomeni, da moramo za določitev teže telesa najti velikost sile reakcije tal.
Ker človek miruje in ne pade skozi tla, se sile, ki delujejo nanj, kompenzirajo. To je in, v skladu s tem,. To pomeni, da izračun preobremenitve v tem primeru daje naslednji rezultat:
Zapomni si to! Če ni preobremenitev, je preobremenitev 1, ne 0. Ne glede na to, kako čudno se sliši.
Ugotovimo sedaj, čemu je enaka preobremenitev osebe, ki je v prostem padu.
Če je človek v stanju prostega pada, potem nanj deluje le sila težnosti, ki je nič ne uravnoteži. Ni sile reakcije tal in ni teže telesa. Človek je v tako imenovanem breztežnostnem stanju. V tem primeru je preobremenitev 0.
Astronavti so med izstrelitvijo v raketi v vodoravnem položaju. Le tako lahko prenesejo preobremenitev, ki jo doživljajo, ne da bi izgubili zavest. To ponazorimo na sliki:
V tem stanju nanje delujeta dve sili: sila reakcije tal in sila gravitacije. Kot v prejšnjem primeru je modul teže astronavtov enak velikosti podporne reakcijske sile: . Razlika bo v tem, da nosilna reakcijska sila ni več enaka gravitacijski sili kot zadnjič, saj se raketa giblje pospešeno navzgor. Z enakim pospeškom astronavti pospešujejo tudi sinhrono z raketo.
Nato v skladu z 2. Newtonovim zakonom v projekciji na os Y (glej sliko) dobimo naslednji izraz: , od koder . To pomeni, da je zahtevana preobremenitev enaka:
Povedati je treba, da to ni največja preobremenitev, ki jo morajo astronavti doživeti med izstrelitvijo rakete. Preobremenitev lahko doseže do 7. Dolgotrajna izpostavljenost takim preobremenitvam na človeško telo neizogibno vodi v smrt.
Na spodnji točki "mrtve zanke" bosta na pilota delovali dve sili: navzdol - sila, navzgor, v sredino "gluhe zanke" - sila (s strani sedeža, na katerem pilot sedi) :
Tja bo usmerjen tudi centripetalni pospešek pilota, kjer je km/h m/s hitrost letala in je polmer "zanke". Nato spet v skladu z 2. Newtonovim zakonom v projekciji na os, ki je usmerjena navpično navzgor, dobimo naslednjo enačbo:
Potem je teža 
. Torej izračun preobremenitve daje naslednji rezultat:
Zelo pomembna preobremenitev. Edina stvar, ki reši življenje pilota, je, da ne traja prav dolgo.
In končno, izračunajmo preobremenitev, ki jo občuti voznik avtomobila med pospeševanjem.
Torej je končna hitrost avtomobila km/h m/s. Če avto pospeši do te hitrosti iz mirovanja v c, potem je njegov pospešek enak m/s 2. Avto se giblje vodoravno, zato je navpična komponenta sile reakcije tal uravnotežena s silo gravitacije, tj. V vodoravni smeri voznik pospešuje skupaj z avtomobilom. Zato je po Newtonovem 2-zakonu v projekciji na os, ki je sousmerjena s pospeškom, vodoravna komponenta reakcijske sile podpore enaka .
Velikost celotne reakcijske sile podpore najdemo s pomočjo Pitagorovega izreka: 
. To bo enako masnemu modulu. To pomeni, da bo zahtevana preobremenitev enaka:
Danes smo se naučili izračunati preobremenitev. Zapomnite si to gradivo, lahko je koristno pri reševanju nalog iz enotnega državnega izpita ali enotnega državnega izpita iz fizike, pa tudi na različnih sprejemnih izpitih in olimpijadah.
Gradivo je pripravil Sergey Valerievich
letalo Preobremenitev je brezdimenzijska količina, vendar jo na splošno identificiramo s gravitacijskim pospeškom g. Normalna preobremenitev 1 g pomeni vodoravni ravni let. Če letalo izvaja vodoravni koordinirani obrat z nagibom 60 stopinj, njegova struktura doživi običajno preobremenitev 2 enot (ali 2g).
Dovoljena vrednost preobremenitve za civilna letala je 4,33 v živo. Navaden človek lahko prenese preobremenitve do 5 g. Izurjeni piloti, ki nosijo anti-g obleke, lahko prenesejo g-sile do 9 g. Odpornost na negativne, navzgor usmerjene preobremenitve je veliko manjša. Običajno ob 2-3 g oči "postanejo rdeče" in oseba izgubi zavest zaradi navala krvi v glavo.
| Človek stoji nepremično | 1 g |
| Potnik na letalu med vzletom | 1,5 g |
| Padalec pristaja s hitrostjo 6 m/s | 1,8 g |
| Padalec pri odpiranju padala (ko se hitrost spremeni s 60 na 5 m/s) | 5,0 g |
| Kozmonavti med spuščanjem vesoljskega plovila Soyuz | do 3,0-4,0 g |
| Pilot izvaja akrobatske manevre | do 5 g |
| Pilot, ki dviguje letalo iz potopa | 8,0-9 g |
| Preobremenitev (dolgoročna), ki ustreza meji človekovih fizioloških zmožnosti | 8,0-10,0 g |
| Največja (kratkotrajna) preobremenitev avtomobila, v kateri je oseba uspela preživeti | 179,8 g |
Opombe
Fundacija Wikimedia. 2010.
Oglejte si, kaj je "preobremenitev (aerodinamika)" v drugih slovarjih:
Bóeing 737 (rusko Boeing 737) je najbolj priljubljeno ozkotrupno reaktivno potniško letalo na svetu. Boeing 737 je najbolj množično izdelano reaktivno potniško letalo v vsej zgodovini industrije potniških letal (6160 naročenih letal... ... Wikipedia
Akrobatski manever s povečanjem kota naklona (na primer vstop v hrib) spremlja pozitivna preobremenitev; telo tehta več kot običajno ... Wikipedia
Vrsta je večnamenska in ... Wikipedia
Tip šolskega letala Razvijalec ... Wikipedia
Ta izraz ima druge pomene, glejte Clipper. "Clipper" je večnamensko vesoljsko plovilo s posadko za večkratno uporabo, zasnovano v RSC Energia od leta 2000, da bi nadomestilo vesoljska plovila serije Soyuz ... Wikipedia
Zemeljske preobremenitve
Ko avtomobil trči v nepremično oviro, bo oseba, ki sedi v avtu, občutila preobremenitev hrbta in prsnega koša. Takšno preobremenitev je mogoče prenašati brez večjih težav. Navaden človek lahko prenese preobremenitve do 15 g približno 3-5 sekund brez izgube zavesti. Preobremenitev od 20 - 30 g ali več, lahko oseba zdrži največ 1 - 2 sekundi, ne da bi izgubila zavest, odvisno od velikosti preobremenitve.
Preobremenitve za ljudi:
1 - 1 g .
3 - 15 g za 0,6 sek.
5 - 22 g .
Ena glavnih zahtev za vojaške pilote in kozmonavte je sposobnost telesa, da prenese preobremenitve. Izurjeni piloti v anti-g oblekah lahko prenesejo g-sile od -3 ... -2 g do +12 g . Odpornost na negativne, navzgor usmerjene preobremenitve je veliko manjša. Običajno ob 7-8 g oči "postanejo rdeče", vid izgine in oseba postopoma izgubi zavest zaradi navala krvi v glavo. Med vzletom astronavti prenašajo preobremenitev leže. V tem položaju preobremenitev deluje v smeri prsi-hrbet, kar vam omogoča, da zdržite preobremenitev več g enot za nekaj minut. Obstajajo posebne protipreobremenitvene obleke, katerih naloga je ublažiti posledice preobremenitve. Obleke so steznik s cevmi, ki se napihnejo z zračnim sistemom in držijo zunanjo površino človeškega telesa ter rahlo ovirajo odtok krvi.
Preobremenitev prostora
Med izstrelitvijo je astronavt podvržen pospešku, katerega vrednost se giblje od 1 do 7 g.
Preobremenitve, povezane s pospeševanjem, povzročijo znatno poslabšanje funkcionalnega stanja človeškega telesa: pretok krvi v cirkulacijskem sistemu se upočasni, ostrina vida in mišična aktivnost se zmanjšata.
Z nastopom breztežnosti lahko astronavt doživi vestibularne motnje, občutek teže v predelu glave traja dolgo časa (zaradi povečanega pretoka krvi). Hkrati se prilagoditev na breztežnost praviloma zgodi brez resnih zapletov: oseba ohranja delovno sposobnost in uspešno opravlja različne delovne operacije, vključno s tistimi, ki zahtevajo dobro koordinacijo ali velike porabe energije. Motorična aktivnost v stanju breztežnosti zahteva veliko manjšo porabo energije kot podobna gibanja v pogojih teže.
Med vzdolžnim pospeševanjem astronavt doživlja vizualne iluzije. Zdi se mu, da se predmet, ki ga gleda, premika v smeri nastalega vektorja pospeška in gravitacije.
Pri kotnih pospeških pride do navideznega gibanja predmeta gledanja v ravnini vrtenja. Ta tako imenovana cirkumgiralna iluzija je posledica učinkov preobremenitve polkrožnih kanalov (organov notranjega ušesa).
Zaključek:
Če je pretok krvi v breztežnostnem stanju za red velikosti večji kot na Zemlji, se bo izguba zavesti zaradi prekomernega pretoka krvi v glavo pojavila tako pri nižji g kot v količini sekund, ki jih lahko zdrži astronavt. .A obstaja ena + Ker smo v daljni prihodnosti, bodo naše anti-G obleke, na primer, ki prihajajo s 350 rublji, za red velikosti boljše pri ohranjanju zavesti med močnimi in dolgotrajnimi preobremenitvami + bi jih morali rešiti z umetna gravitacija, ki naj bi v 2-5 sekundah ustvarila protiutež preobremenitvam.
Po mnenju zdravnikov lahko človeški možgani prenesejo preobremenitve okoli 150 g, če delujejo na možgane največ 1–2 ms; z zmanjšanjem preobremenitev se čas, v katerem jih lahko oseba doživi, poveča, preobremenitev 40 g, tudi pri dolgotrajni izpostavljenosti, pa velja za relativno varno za glavo.
Preobremenitev do 72 g velja za varno, preobremenitve od 72 do 88 g sodijo v vmesno »rdeče« območje, pri preseganju 88 g pa je zelo verjetna poškodba glave. Pomemben vidik metode EuroNCAP je ocena pritiska, ki deluje na prsni koš osebe: stiskanje prsnega koša 22 mm velja za varno, stiskanje 50 mm velja za največjo.
letalo G-sila je brezdimenzijska količina, vendar je pogosto enota g-sile označena na enak način kot gravitacijski pospešek. g. Preobremenitev 1 enote (ali 1g) pomeni naravnost let, 0 pomeni prosti pad ali breztežnost. Če se letalo obrača na konstantni višini z nagibom 60 stopinj, je njegova konstrukcija preobremenjena za 2 enoti.
Dovoljena vrednost preobremenitve za civilna letala je 2,5. Običajna oseba lahko zdrži vsako preobremenitev do 15G za približno 3-5 sekund, ne da bi se izklopila, vendar lahko oseba zdrži velike preobremenitve 20-30G ali več, ne da bi se izklopila za največ 1-2 sekundi, odvisno od velikosti preobremenitev, na primer 50G = 0,2 sek. Izurjeni piloti v anti-g oblekah lahko prenesejo g-sile od −3…−2 do +12. Odpornost na negativne, navzgor usmerjene preobremenitve je veliko manjša. Običajno pri 7-8 G oči "pordečijo" in oseba izgubi zavest zaradi navala krvi v glavo.
Preobremenitev je vektorska veličina, usmerjena v smeri spremembe hitrosti. To je temeljno za živ organizem. Človeški organi ob preobremenitvi težijo k temu, da ostanejo v enakem stanju (enakomerno linearno gibanje ali mirovanje). Pri pozitivni preobremenitvi (glava-noge) teče kri iz glave v noge. Želodec se spusti. Če je negativen, pride kri v glavo. Želodec lahko poči skupaj z vsebino. Ko se drug avto zaleti v stoječ avto, bo sedeča oseba doživela preobremenitev hrbta in prsnega koša. Takšno preobremenitev je mogoče prenašati brez večjih težav. Med vzletom astronavti prenašajo preobremenitev leže. V tem položaju je vektor usmerjen v prsni koš, kar vam omogoča, da zdržite nekaj minut. Kozmonavti ne uporabljajo naprav proti g obremenitvi. So steznik z napihljivimi cevmi, ki se napihnejo z zračnim sistemom in držijo zunanjo površino človeškega telesa ter rahlo ovirajo odtok krvi.
Opombe
Fundacija Wikimedia. 2010.
Oglejte si, kaj je "preobremenitev (letalstvo)" v drugih slovarjih:
Preobremenitev: Preobremenitev (letalstvo) razmerje med vzgonom in težo Preobremenitev (inženiring) pri pospeševanju predmetov Preobremenitev (šah) šahovska situacija, kjer se figure (figure) ne morejo spopasti z dodeljenimi nalogami. Preobremenitev... ... Wikipedia
1) P. v središču mase, razmerje n nastale sile R (vsota potiska in aerodinamične sile, glej Aerodinamične sile in momenti) do produkta mase letala m in pospeška prostega pada g : n = R/mg (pri določanju P. za ... ... Enciklopedija tehnologije
Največja neymax in najmanjša neymin dovoljene vrednosti normalne preobremenitve ny glede na konstrukcijsko trdnost. Vrednost e.p., določena na podlagi standardov trdnosti za različne konstrukcijske primere, na primer za manevriranje, let v neravninah. avtor…… Enciklopedija tehnologije
Sila, ki deluje na telo, se meri v enotah SI v newtonih (1 n = 1 kg m/s 2). V tehničnih disciplinah se kilogram sile pogosto tradicionalno uporablja kot enota za merjenje sile (1 kgf, 1 kg) in podobne enote: gram-sila (1 gs, 1 G), tonska sila (1 ts, 1 T). Sila 1 kilogram je definirana kot sila, s katero deluje na telo z maso 1 kg normalni pospešek, ki je po definiciji enak 9,80665 m/s 2(ta pospešek je približno enak težnemu pospešku). Tako je po Newtonovem drugem zakonu 1 kgf = 1 kg· 9,80665 m/s 2 = 9,80665 n. Lahko tudi rečemo, da telo z maso 1 kg, ki leži na nosilcu, ima težo 1 kgf Pogosto se zaradi jedrnatosti kilogram-sila preprosto imenuje "kilogram" (in tonska sila "tona"), kar včasih povzroča zmedo med ljudmi, ki niso navajeni uporabljati različnih enot.
Ruska terminologija raketne znanosti tradicionalno uporablja "kilograme" in "tone" (natančneje, kilogram-sila in tona-sila) kot enoti za potisk raketnih motorjev. Ko torej govorijo o raketnem motorju s potiskom 100 ton, mislijo, da ta motor razvije potisk 10 5 kg· 9,80665 m/s 2$\približno 10 $ 6 n.
Pogosta napaka
Nekateri zamenjujejo newtone in kilogram-silo, zato nekateri verjamejo, da sila 1 kilogram-sile daje telesu, ki tehta 1 kilogram, pospešek 1. m/s 2, torej zapišejo zmotno »enakost« 1 kgf / 1 kg = 1 m/s 2. Hkrati je očitno, da je dejansko 1 kgf / 1 kg = 9,80665 n / 1 kg = 9,80665 m/s 2- torej je dovoljena skoraj 10-kratna napaka.
Primer
<…>Skladno s tem bo sila, ki pritiska na delce znotraj tehtanega povprečnega polmera, enaka: 0,74 G/mm 2 · 0,00024 = 0,00018 G/mm 2 ali 0,18 mG/mm 2 . V skladu s tem bo sila 0,0018 mG pritisnila na povprečni delec s presekom 0,01 mm 2.
Ta sila bo dala delcu pospešek, ki je enak njegovemu razmerju z maso srednjega delca: 0,0018 mG / 0,0014 mG = 1,3 m/s 2. <…>
(Poudarek apolofakti.) Seveda bi sila 0,0018 miligrama sile dala delcu z maso 0,0014 miligrama skoraj 10-krat večji pospešek od tistega, kar je izračunal Mukhin: 0,0018 miligrama sile / 0,0014 miligrama = 0,0018 mg· 9,81 m/s 2 / 0,0014 mg $\približno $ 13 m/s 2 . (Možno je opozoriti, da bo samo s popravkom te napake globina kraterja, ki ga je izračunal Mukhin, ki naj bi se med pristankom oblikoval pod luninim modulom, takoj padla z 1,9 m, ki jih zahteva Mukhin, do 20 cm; vendar je preostali del izračuna tako absurden, da ga ta sprememba ne more popraviti).
Telesna teža
A-priory, telesna teža je sila, s katero telo pritiska na oporo ali vzmetenje. Teža telesa, ki leži na nosilcu ali obesu (torej mirujočega glede na Zemljo ali drugo nebesno telo), je enaka
(1)\begin(align) \mathbf(W) = m \cdot \mathbf(g), \end(align)
kjer je $\mathbf(W)$ teža telesa, $m$ masa telesa, $\mathbf(g)$ gravitacijski pospešek na dani točki. Na površju Zemlje je gravitacijski pospešek blizu normalnega pospeška (pogosto zaokrožen na 9,81 m/s 2). Telo z maso 1 kg ima težo $\približno $ 1 kg· 9,81 m/s 2$\približno 1 $ kgf. Na površju Lune je gravitacijski pospešek približno 6-krat manjši kot na površju Zemlje (natančneje, blizu 1,62). m/s 2). Tako so telesa na Luni približno 6-krat lažja kot na Zemlji.
Pogosta napaka
Zamenjujejo telesno težo in maso. Masa telesa ni odvisna od nebesnega telesa, je konstantna (če zanemarimo relativistične učinke) in je vedno enaka - tako na Zemlji kot na Luni in v breztežnostnem stanju.
Primer
Primer
V časopisu "Dvoboj", št. 20, 2002, avtor opisuje trpljenje, ki ga morajo doživeti astronavti lunarnega modula ob pristanku na Luni, in vztraja pri nemožnosti takšnega pristanka:
astronavti<…>doživljajo dolgotrajno preobremenitev, katere največja vrednost je 5. Preobremenitev je usmerjena vzdolž hrbtenice (najnevarnejša preobremenitev). Vprašajte vojaške pilote, če lahko stojite na letalu 8 minut. pri petkratni preobremenitvi in jo celo nadzorovati. Predstavljajte si, da ste po treh dneh v vodi (tri dni leta brez gravitacije na Luno) prišli na kopno, vas namestili v Lunino kabino in vaša teža je postala 400 kg (g-sila 5), vaša kombinezon je bil 140 kg, vaš nahrbtnik za hrbtom pa 250 kg. Da ne bi padli, vas držijo s kablom, pritrjenim na pas, 8 minut in nato še 1,5 minute. (brez stolov, brez postelj). Ne upogibajte nog, naslonite se na naslonjala za roke (roke naj bodo na komandah). Vam je kri odtekla iz glave? Ali imate skoraj slepe oči? Ne umri ali omedli<…>
Resnično je slabo prisiliti kozmonavte, da nadzorujejo pristanek v "stoječem" položaju z dolgotrajno 5-kratno preobremenitvijo - to je preprosto NEMOGOČE.
Vendar, kot je bilo že prikazano, so astronavti na začetku spusta doživeli preobremenitev $\cca$ 0,66 g - to je opazno manj od njihove običajne zemeljske teže (in na hrbtu niso imeli nobenega nahrbtnika - so bili neposredno povezani s sistemom za vzdrževanje življenja na ladji). Pred pristankom je potisk iz motorja skoraj uravnotežil težo plovila na Luni, tako da je s tem povezan pospešek $\približno $ 1/6 g - tako da so med pristankom doživeli manj stresa, kot če bi preprosto stali na tleh . Pravzaprav je bila ena od nalog opisanega kabelskega sistema prav ta, da pomaga astronavtom ostati na nogah v pogojih nizke teže.