Невесомость. Приспособлен ли человек к невесомости?

Невесомость. Приспособлен ли человек к невесомости?

Само слово невесомость говорит о том, что у тела отсутствует вес, то есть оно не давит на опору и не растягивает подвес. Причина невесомости заключается в том, что сила всемирного тяготения (взаимное притяжение всех тел во Вселенной) сообщает телу и его опоре одинаковые ускорения. Поэтому всякое тело, которое движется под действием только силы всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости.

Первые научно-теоретические разработки вопросов, связанных с оценкой возможного влияния на организм человека отсутствия силы тяжести, были проведены К. Э. Циолковским (17.09.1957-19.09.1935). В его трудах выдвигаются предположения о том, что при невесомости изменяются двигательная функция, пространственная ориентировка, могут возникнуть иллюзорные ощущения положения тела, головокружения, приливы крови к голове. Длительное отсутствие силы тяжести, по его мнению, может постепенно привести к изменению формы живых организмов, утрате или перестройке некоторых функций и навыков. Трудами Циолковского, были предопределены основные направления экспериментальных исследований влияния невесомости на биологические объекты (изучение сенсорных, двигательных, вегетативных реакций).

Действительно, основными эффектами невесомости являются снятие гидростатического давления крови и тканевой жидкости, а так же весовой нагрузки на костно-мышечный аппарат. Реакции организма, обусловленные длительным пребыванием в невесомости, выражают, по существу, его приспособление к новым условиям внешней среды и протекают по типу «атрофии от бездействия».

При переходе из условий земной гравитации к условиям невесомости у большинства космонавтов наблюдается реакция организма, называемая синдромом космической адаптации. По симптомам это состояние похоже на морскую болезнь: снижение аппетита, головокружение, головная боль, тошнота, иногда встречаются пространственные иллюзии. Все эти эффекты обычно проходят после 3-6 суток полёта. При длительном (несколько недель и более) пребывании человека в космосе отсутствие гравитации начинает вызывать в организме определённые изменения, носящие негативный характер: быстрое атрофирование мышц – мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в результате понижаются все физические характеристики организма.

Однако конкретное изучение проблемы началось недавно.

Известно, что каждое тело под действием тяжести оказывает определенное давление на свою опору. При этом безразлично, в каком положении оно находится по отношению к последней: непосредственно стоит на ней или подвешено к ней. И в том и в другом случае возникает сила, которая и называется весом тела.

Вес любого тела, находящегося на Земле, является постоянным только в условиях некоторого ограниченного участка земной поверхности. Стоит переместить тело за пределы этого участка, и вес его изменится. Так, если какой-либо груз, взвешенный в Москве, перевезти на одну из дрейфующих станций Северного полюса, то обнаружится отчетливо выраженная прибавка в весе. Конечно, для обнаружения этой разницы необходимо использовать пружинные весы. Обычные гиревые весы ничего в данном случае не покажут, так как вес гирь, применяемых для взвешивания, будет изменяться в той же пропорции, что и вес взвешиваемых грузов.

Почему происходят подобные изменения веса? Дело в том, что величина давления тела на свою опору является результатом действия двух факторов: земного притяжения и центробежной силы, возникающей при вращении Земли вокруг своей оси.

Наша планета у полюсов несколько сплюснута. Расстояние от поверхности Земли до ее центра здесь меньше, чем у экватора. Поскольку же сила земного притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра Земли, она имеет у полюсов большую величину. Эффект центробежной силы, возникающей от вращения земного шара, также неодинаков.

Наибольшая линейная скорость поверхности Земли — в районе экватора, наименьшая — в районе полюсов. Центробежный эффект уменьшает вес тела вследствие того, что сила, с которой тело отрывается от Земли, направлена в сторону, противоположную силе земного притяжения. Таким образом, тела на полюсе весят больше еще и потому, что эффект центробежной силы здесь выражен слабее по сравнению с другими местами земной поверхности.

Центробежный эффект особенно заметно проявляется при движении тел на поверхности Земли. Так, поезд, идущий из Москвы во Владивосток, весит меньше, чем поезд, идущий в обратном направлении. В первом случае его скорость складывается с линейной скоростью земной поверхности, во втором — вычитается из нее. То же, только в более резко выраженной форме, имеет место и при движении самолетов на Восток или на Запад. Если принять вес самолета в 10 тысяч килограммов, то при полете в районе экватора на Восток со скоростью около тысячи километров в час такой самолет будет весить на 100 килограммов меньше, чем при стоянке в районе полюса. Понятно, что и летчик при этом будет весить соответственно меньше.

Еще большее изменение веса происходит при движении артиллерийских снарядов. При скорости в 2 500 метров в секунду их вес уменьшается примерно на 10 процентов, что заметно отражается на дальности полета.

Дальнейшее увеличение скорости движения тел приводит к еще большему снижению их веса. Последний при скорости в 8 километров в секунду (около 29 тысяч километров в час) полностью исчезнет. Аппарат, двигающийся с такой быстротой вокруг Земли, уже не будет ею притягиваться, поскольку сила тяготения в этом случае уравновесится центробежной силой.

Все это лишь подтверждает то положение, что в условиях равномерного движения космического корабля в межпланетном пространстве все предметы, находящиеся внутри такого корабля, станут невесомыми. Правда, закон взаимного притяжения тел действителен в любой области Вселенной, а значит, и для тел, заключенных в космическом корабле. Однако взаимное притяжение этих предметов ничтожно мало по сравнению с притяжением Земли. Если, например, два тела весом по сто килограммов находятся на расстоянии одного метра друг от друга, то они притягивают друг друга с силой приблизительно в 1/40 миллиграмма. Понятно, что это не может оказать заметного влияния на предметы, которые практически будут находиться в условиях отсутствия веса до тех пор, пока при приближении космического корабля к другой планете не станет проявляться ее притяжение. Но вес тел изменяется не только скоростью их движения в пределах земной поверхности. При подъеме над нашей планетой сила ее притяжения, как уже говорилось, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Конечно, для обнаружения заметной разницы в весе тела его нужно поднять на соответствующую высоту. Так, на расстоянии в 6 400 километров от нашей планеты вес тела становится в четыре раза меньше, чем на поверхности Земли.

Каким образом у нас возникает ощущение собственного веса?

При любом положении человека на опорной поверхности (стоя, сидя, лежа) давление его тела вызывает такое же давление со стороны опоры — так называемую силу реакции опоры. Это приводит к некоторой временной деформации тканей организма, в первую очередь в местах соприкосновения тела с опорой. Находящиеся в тканях разветвления нервов получают соответствующие раздражения, идущие в мозг и вызывающие у человека ощущение веса тела, его тяжести.

В обыденной жизни бывает немало ситуаций (правда, кратковременных), когда происходит уменьшение веса человека, вплоть до почти полной невесомости. Наиболее знакомое всем ощущение невесомости наблюдается при опускании в лифте, находящемся внутри здания или в шахте. В первое мгновение, когда человек еще не приобрел скорости лифта, его тело давит на пол лифта значительно меньше, чем обычно, особенно если движение начинается достаточно энергично. В результате возникает ощущение невесомости. Но уже через короткий промежуток времени тело человека приобретает такую же скорость, что и лифт, и вес его возвращается к нормальному. Легко можно представить такой случай, когда ускорение лифта во время всего спуска будет равным ускорению, вызываемому земным притяжением, то есть около 9,81 м/сек2. Тогда человек в лифте станет невесомым.

Аналогичное явление возникает при парашютном прыжке. В первые секунды, пока парашют не раскрыт и сопротивление воздуха ничтожно (вследствие малой начальной скорости падения), человек почти не имеет веса. Конечно, для этого нужно прыгать из неподвижного аппарата, например, из аэростата. При прыжке с самолета человек летит сначала со скоростью последнего, сопротивление воздуха при этом оказывается достаточно значительным и сила веса — достаточно ощутимой вследствие взаимного давления парашютиста на воздух и воздуха на парашютиста.

Во всех описанных выше случаях действие невесомости проявляется очень недолго. Более продолжительное уменьшение веса тела человек испытывает при нахождении в воде, особенно соленой. Но и здесь снижение веса выражено незначительно, хотя и вполне ощутимо, особенно в момент выхода из воды.

Таким образом, людям приходится сталкиваться с явлениями изменения веса тела и на Земле.

Следовательно, эти явления и их влияние на человека можно изучить, что весьма важно для решения ряда вопросов, связанных с космическими полетами.

Межпланетные сообщения будут длиться много дней, а иногда и месяцев. За это время человек подвергнется действию ряда необычных факторов, в том числе и невесомости. Как это отразится на его жизнедеятельности и работоспособности, что нужно учитывать при этом для обеспечения нормальных бытовых условий (включая сюда питание, одежду, сон, передвижение внутри корабля и т. п.) — все подобные вопросы требуют ответа для правильной организации и эффективного обеспечения космических полетов. Необходимо также предварительно выяснить, какие органы будут испытывать наибольшие затруднения в условиях невесомости, возможны ли приспособление организма к этим условиям и разработка мероприятий, ускоряющих такое приспособление.

Следует сразу оговориться, что сейчас ученые пока еще не могут изучать влияние невесомости в течение сколько-нибудь длительного времени. Такие исследования будут проводиться лишь после создания ракет, совершающих полеты вокруг Земли с животными. Однако и теперь в распоряжении ученых имеются некоторые данные, позволяющие судить о действии невесомости на человека. Помимо давно уже изучаемых реакций организма на прыжки (например, с парашютом), на опускание в лифтах и т. п., предприняты и специальные опыты, где состояние невесомости продолжалось в течение нескольких секунд и даже минут. Наконец, для оценки влияния невесомости используются известные научные сведения о степени зависимости тех или иных функций организма от явлений, связанных с весом. При этом определяется, какие физиологические процессы происходят с участием веса тканей и какие процессы не зависят от последнего.

В итоге делаются ориентировочные выводы о возможностях того или другого органа к работе в условиях невесомости. Отсюда можно сделать вывод о том, что если имеются зрительные ориентиры и есть возможность использования чувства осязания, то вполне реально сохранение пространственной ориентировки и в условиях невесомости, когда сигналы из вестибулярного аппарата не возникают. Тренировка может дать многое для нормального функционирования организма.

Вышеописанные и другие подобные же эксперименты позволяют высказать предположение, что и в условиях длительной невесомости имеется возможность сохранения известного минимума работоспособности человека. Конечно, для прямого доказательства этого нужны соответствующие исследования на животных и предварительные наблюдения на людях.

Добавить комментарий