Некоторые особенности поведения человека при перегрузках и невесомости

В обычных условиях на человека действуют сила тяжести и си­ла реакции опоры. При отсутствии ускорения эти силы равны и противоположно направлены. Такое состояние естественно для человека.

При ускоренном движении системы могут возникнуть особые состояния, называемые перегрузками и невесомостью.

Рассмотрим некоторые примеры.

Пусть человек находится в кабине лифта (в ракете), который поднимается вверх с ускорением а (рис. 4.2). На человека дейст­вуют сила тяжести mg и сила реакции опоры F_p. По второму зако­ну Ньютона, F + mg = та, или в скалярной форме с учетом на-

правления сил.

Другой пример: человек находится в кабине лифта (внутри спускаемого космического аппарата), который замедленно, т. е. с торможением, опускается вниз (рис. 4.3). Направления сил и ус­корения соответствуют предыдущему примеру, поэтому и в этом случае получаем формулу (4.1). Человек испытывает перегрузки.

Перегрузки могут оказывать существенное влияние на орга­низм человека, так как в этих состояниях происходит отток кро­ви, изменяется взаимное давление внутренних органов друг на друга, возникает их деформация и т. п. Поэтому человек способен выдерживать лишь ограниченные перегрузки. На рис. 4.4 схема­тически показаны положения тела и приведены соответствующие значения перегрузок, которые может в течение по крайней мере нескольких минут выносить здоровый человеческий организм без того, чтобы произошли какие-либо серьезные нарушения.

Если лифт (или космический корабль) ускоренно движется вниз (рис. 4.5) или замедленно вверх, то

Как видно, реакция опоры меньше силы тяжести F_p < mg. Ес­ли а — g, то F = О — состояние невесомости. Это такое

состояние,

при котором действующие на систему внешние силы не вызывают взаимных давлений частиц системы друг на друга.

Для биологических объектов невесомость — необычное xотябы, хотя и в обыденной жизни встречаются кратковре­менные периоды частичной невесомости: прыжки, качели, на­чало движения вниз скоростного лифта и т. п.

Отсутствие действия опоры при невесомости приводит к общей детренированности и связанному с этим снижению работоспособности; при этом уменьшается мышечная масса, происходит деми­нерализация костной ткани. Поэтому космонавтам в условиях не­весомости приходится проводить специальные тренировочные, физические упражнения или носить особые костюмы, которые, затрудняя движение, позволяют догружать работу мышц.

В обычных условиях гидростатическое давление pgh крови в верхней части тела меньше, чем в нижней. В невесомости кровь равномерно распределяется в организме; это означает, что верх­няя часть тела переполнена кровью по сравнению с обычным со­стоянием, ощущается тяжесть в голове, появляется отечность ли­ца.

Вестибулярный аппарат (см. § 4.3) на невесомость будет реаги­ровать так, как будто отсутствует гравитационное поле, возник­нут вестибулярные расстройства.

Рассмотрим подробнее особенности движения тела человека в условиях невесомости.

Практическое освоение человеком законов механики происхо­дит с раннего детства: мы учимся сидеть, стоять, ходить, бегать, совершать физические упражнения, работать, кататься на вело­сипеде и т. п. Все это постигается нами в основном без теоретиче­ских знаний соответствующих законов. Человек привыкает к бес­сознательному совершению механических действий. Так, при толкании ядра человек инстинктивно упирается ногой, чтобы не упасть при «отдаче»; ударяя молотком, рабочий непроизвольно напрягает мышцы, препятствующие вращению корпуса, и т. д.

Парадоксально, но человек настолько привыкает к законам механики, что начинает замечать их проявление в особых, редких и малопривычных случаях.

К таким особенностям и практически важным проявлениям за­конов механики относится двигательная деятельность человека в условиях невесомости или, как принято говорить, в безопорном пространстве. Нетрудно подсчитать, пользуясь законом сохране­ния импульса, что если человек массой 100 кг в состоянии невесо­мости бросит тело массой 0,1 кг со скоростью 3 м/с, то сам он начи­нает двигаться в противоположную сторону со скоростью 0,3 см/с. Если бросок сделать с размахом руки, то тело человека начнет поворачиваться. Таково необычное, по сравнению с земными усло­виями, проявление законов сохранения импульса и момента им­пульса. Остановиться человек сможет, только взаимодействуя с другими телами. Если человек в состоянии невесомости захочет

сделать упражнение «угол», которое доста­точно четко выполняют гимнасты в обычных условиях, то движение ног вызовет встреч­ный поворот корпуса (рис. 4.6). Поворот кор­пуса в условиях невесомости, в том числе и при свободном падении, совершают путем вращения конечностями. Так, например, ко­нусообразные вращательные движения ру­кой над головой вызовут вращение корпуса вокруг оси симметрии (рис. 4.7).

Если в условиях невесомости человек бу­дет завинчивать гайку, то он сам начнет вра­щаться в противоположном направлении.

В условиях невесомости действуют те же известные законы Ньютона, но в силу нео­бычности условий человек должен привыкать к движениям в невесомости. Резкие движе­ния головой, руками или ногами, отбрасыва­ние каких-либо предметов могут существенно изменить движение тела человека.

Это учитывается космонавтами как при подготовке к космическим полетам, так и во время полета. Первый человек планеты, вы­шедший в открытый космос, А. А. Леонов пишет в своей книге, что «...после некото­рой подготовки человек сможет даже при безопорном «плавании» в невесомости быст­ро и точно ориентировать свое тело в любомнаправлении исключительно за счет мышечных усилий, не при­бегая к помощи технических средств». И далее: «По-видимому, в невесомости, при наличии самой незначительной точки опоры, можно выполнять любые работы без заметных нарушений коор­динации движений».