Какую перегрузку испытывает летчик. Перегрузки и их действие на человека в разных условиях. в тренировочном варианте
В данной статье репетитор по физике и математике рассказывает о том, как рассчитать перегрузку, которую испытывает тело в момент разгона или торможения. Данный материал очень плохо рассматривается в школе, поэтому школьники очень часто не знают, как осуществлять расчёт перегрузки , а ведь соответствующие задания встречаются на ЕГЭ и ОГЭ по физике. Так что дочитайте эту статью до конца или посмотрите прилагающийся видеоурок. Знания, которые вы получите, пригодятся вам на экзамене.
Начнём с определений. Перегрузкой
называется отношение веса тела к величине силы тяжести, действующей на это тело у поверхности земли. Вес тела
— это сила, которая действует со стороны тела на опору или подвес. Обратите внимание, вес — это именно сила! Поэтому измеряется вес в ньютонах, а не в килограммах, как некоторые считают.
Таком образом, перегрузка — это безразмерная величина (ньютоны делятся на ньютоны, в результате ничего не остаётся). Однако, иногда эту величину выражают в ускорениях свободного падения. Говорят, к примеру, что перегрузка равна , имея ввиду, что вес тела вдвое больше силы тяжести.
Примеры расчёта перегрузки
Покажем, как осуществлять расчёт перегрузки на конкретных примерах. Начнём с самых простых примеров и перейдём далее к более сложным.
Очевидно, что человек, стоящий на земле, не испытывает никаких перегрузок. Поэтому хочется сказать, что его перегрузка равна нулю. Но не будем делать поспешных выводов. Нарисуем силы, действующие на этого человека:
К человеку приложены две силы: сила тяжести , притягивающая тело к земле, и противодействующая ей со стороны земной поверхности сила реакции , направленная вверх. На самом деле, если быть точным, то эта сила приложена к подошвам ног человека. Но в данном конкретном случае, это не имеет значения, поэтому её можно отложить от любой точки тела. На рисунке она отложена от центра масс человека.
Вес человека приложен к опоре (к поверхности земли), в ответ в соответствии с 3-м законом Ньютона со стороны опоры на человека действует равная по величине и противоположно направленная сила . Значит для нахождения веса тела, нам нужно найти величину силы реакции опоры.
Поскольку человек стоит на месте и не проваливается сквозь землю, то силы, которые на него действуют скомпенсированы. То есть , и, соответственно, . То есть расчёт перегрузки в этом случае даёт следующий результат:
Запомните это! При отсутствии перегрузок перегрузка равна 1, а не 0. Как бы странно это не звучало.
Определим теперь, чему равна перегрузка человека, который находится в свободном падении.
Если человек пребывает в состоянии свободного падения, то на него действует только сила тяжести, которая ничем не уравновешивается. Силы реакции опоры нет, как нет и веса тела. Человек находится в так называемом состоянии невесомости. В этом случае перегрузка равна 0.
Космонавты находятся в горизонтальном положении в ракете во время её старта. Только так они могут выдержать перегрузки, которые они испытывают, не потеряв при этом сознания. Изобразим это на рисунке:
В этом состоянии на них действует две силы: сила реакции опоры и сила тяжести . Как и в прошлом примере, модуль веса космонавтов равен величине силы реакции опоры: . Отличие будет состоять в том, что сила реакции опоры уже не равна силе тяжести, как в прошлый раз, поскольку ракета движется вверх с ускорением . С этим же ускорением синхронно с ракетой ускоряются и космонавты.
Тогда в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось Y (см. рисунок), получаем следующее выражение: , откуда . То есть искомая перегрузка равна:
Надо сказать, что это не самая большая перегрузка, которую приходится испытывать космонавтам во время старта ракеты. Перегрузка может доходить до 7. Длительное воздействие таких перегрузок на тело человека неминуемо приводит к летальному исходу.
В нижней точке «мёртвой петли» на пилота будут действовать две силы: вниз — сила , вверх, к центру «мёртвой петли», — сила (со стороны кресла, в котором сидит пилот):
Туда же будет направлено центростремительное ускорение пилота , где км/ч м/с — скорость самолёта, — радиус «мёртвой петли». Тогда вновь в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось, направленную вертикально вверх, получаем следующее уравнение:
Тогда вес равен 
. Итак, расчёт перегрузки даёт следующий результат:
Весьма существенная перегрузка. Спасает жизнь пилота только то, что действует она не очень длительно.
Ну и напоследок, рассчитаем перегрузку, которую испытывает водитель автомобиля при разгоне.
Итак, конечная скорость автомобиля равна км/ч м/с. Если автомобиль ускоряется до этой скорости из состояния покоя за c, то его ускорение равно м/с 2 .Автомобиль движется горизонтально, следовательно, вертикальная составляющая силы реакции опоры уравновешена силой тяжести, то есть . В горизонтальном направлении водитель ускоряется вместе с автомобилем. Следовательно, по 2-закону Ньютона в проекции на ось, сонаправленную с ускорением, горизонтальная составляющая силы реакции опоры равна .
Величину общей силы реакции опоры найдём по теореме Пифагора: 
. Она будет равна модулю веса. То есть искомая перегрузка будет равна:
Сегодня мы научились рассчитывать перегрузку. Запомните этот материал, он может пригодиться при решении заданий из ЕГЭ или ОГЭ по физике, а также на различных вступительных экзаменах и олимпиадах.
Материал подготовил , Сергей Валерьевич
Самолёта. Перегрузка - безразмерная величина, однако часто единица перегрузки обозначается так же, как ускорение свободного падения , g . Перегрузка в 1 единицу (или 1g) означает прямолинейный полет, 0 - свободное падение или невесомость. Если самолёт выполняет вираж на постоянной высоте с креном 60 градусов, его конструкция испытывает перегрузку в 2 единицы.
Допустимое значение перегрузок для гражданских самолётов составляет 2,5. Обычный человек может выдерживать любые перегрузки до 15G около 3-5 сек без отключения, но большие перегрузки от 20-30G и более человек может выдерживать без отключения не более 1-2 сек и зависимости от размера перегрузки, например 50G=0.2 сек. Тренированные пилоты в антиперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки от −3…−2 до +12 . Сопротивляемость к отрицательным, направленным вверх перегрузкам, значительно ниже. Обычно при 7-8 G в глазах «краснеет» и человек теряет сознание из-за прилива крови к голове.
Перегрузка - векторная величина, направленная в сторону изменения скорости. Для живого организма это принципиально. При перегрузке органы человека стремятся оставаться в прежнем состоянии (равномерного прямолинейного движения или покоя). При положительной перегрузке (голова-ноги) кровь уходит от головы в ноги. Желудок уходит вниз. При отрицательной-кровь подступает в голову. Желудок может вывернуться вместе с содержимым. Когда в неподвижную машину врезается другое авто - сидящий испытает перегрузку спина-грудь. Такая перегрузка переносится без особых трудностей. Космонавты во время взлёта переносят перегрузку лёжа. В этом положении вектор направлен грудь-спина, что позволяет выдержать несколько минут . Противоперегрузочных средств космонавты не применяют. Они представляют из себя корсет с надуваемыми шлангами, надувающимися от воздушной системы и удерживают наружную поверхность тела человека, немного препятствуя оттоку крови.
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Перегрузка (авиация)" в других словарях:
Перегрузка: Перегрузка (авиация) отношение подъёмной силы к весу Перегрузка (техника) в ускоряющихся объектах Перегрузка (шахматы) шахматная ситуация, когда фигуры (фигура) не в состоянии справиться с поставленными задачами. Перегрузка… … Википедия
1) П. в центре масс отношение n результирующей силы R (сумма тяги и аэродинамической силы, см. Аэродинамические силы и моменты) к произведению массы летательного аппарата m на ускорение свободного падения g: n = R/mg (при определении П. для… … Энциклопедия техники
Наибольшее nэymax и наименьшее nэymin допустимые по прочности конструкции значения нормальной перегрузки ny. Значение Э. п. определяется на основании Норм прочности для различных расчётных случаев, например для манёвра, полёта при болтанке. По… … Энциклопедия техники
Перегрузкой называется отношение равнодействующей всех сил (кроме веса), действующих на самолет, к весу самолета.
В связанной системе координат определены перегрузки:
nх - продольная перегрузка; nу - нормальная перегрузка; nz - боковая перегрузка.
Полная перегрузка определяется по формуле
Продольная перегрузка nх возникает при изменении тяги двигателя и лобового сопротивления.
Если тяга двигателя больше лобового сопротивления, то перегрузка положительная. Если же величина лобового сопротивления больше силы тяги двигателя, то перегрузка отрицательная.
Продольная перегрузка определяется по формуле
Боковая перегрузка nz возникает при полете самолета со скольжением. Но по величине боковая аэродинамическая сила Z очень мала. Поэтому в расчетах боковую перегрузку принимают равной нулю. Боковая перегрузка определяется по формуле
Выполнение фигур пилотажа в основном сопровождается возникновением больших нормальных перегрузок.
Нормальной перегрузкой nу называется отношение подъемной силы к весу самолета и определяется по формуле
Нормальная перегрузка, как видно из формулы (11.5), создается подъемной силой. В горизонтальном полете при спокойной атмосфере подъемная сила равна весу самолета, следовательно, перегрузка будет равна единице:
Рис. 6 Действие центробежной силы инерции на летчика а - при резком увеличении угла атаки, б - при резком уменьшении угла атаки
В криволинейном полете, когда подъемная сила становится больше веса самолета, перегрузка будет больше единицы.
При движении самолета по криволинейной траектории центростремительной силой является, как уже говорилось, подъемная сила, т. е. давление воздуха на крылья. При этом величине центростремительной силы всегда сопутствует равная, но противоположная по направлению центробежная сила инерции, которая выражается силой давления крыльев на воздух. Причем центробежная сила действует подобно весу (массе), а так как она всегда равна центростремительной силе, то при увеличении последней возрастает во столько же раз. Таким образом, аэродинамическая перегрузка подобна увеличению веса самолета (летчика).
При появлении перегрузки летчику кажется, что его тело стало тяжелее.
Нормальная перегрузка делится на положительную и отрицательную. Когда перегрузка прижимает летчика к сиденью, то эта перегрузкаположительная, если же отделяет его от сиденья и удерживает на привязных ремнях -отрицательная (Рис. 6).
В первом случае кровь будет отливать от головы к ногам, во втором случае - приливать к голове.
Как уже говорилось, увеличение подъемной силы в криволинейном движении равносильно увеличению веса самолета на ту же величину, тогда
(11.6)
(11.7)
где n ур - располагаемая перегрузка.
Из формулы (11.7) видно, что величина располагаемой перегрузки определяется запасом коэффициентов подъемной силы (запасов углов атаки) от потребного для горизонтального полета до его безопасного значения (Су ТР или Су КР).
Максимально возможная нормальная перегрузка может быть получена тогда, когда в полете на данной скорости и высоте полета будут полностью использованы возможности самолета по созданию подъемной силы. Эту перегрузку можно получить в том случае, когда самолет резко (без заметного уменьшения скорости полета) выводится на С у =С у макс:
(11.8)
Однако до такой перегрузки нежелательно доводить самолет, так как произойдет потеря устойчивости и срыв в штопор или штопорное вращение. По этой причине не рекомендуется на больших скоростях полета, особенно при выходе из пикирования, отклонять резко ручку управления на себя. Поэтому максимально возможную или располагаемую перегрузку принимают меньшей по величине, чтобы предупредить выход самолета на режим тряски. Формула определения этой перегрузки имеет вид
(11.9)
Для самолетов Як-52 и Як-55 графические зависимости располагаемых перегрузок от скорости полета показаны на Рис. 7, Рис. 8. При выполнении полетов на самолетах Як-52 и Як-55 располагаемая нормальная перегрузка в основном ограничена по прочностным характеристикам самолета.
Максимально допустимая эксплуатационная перегрузка для самолета Як-52:
с колесным шасси:
положительная +7;
отрицательная -5;
с лыжным шасси:
положительная +5;
отрицательная -3.
Максимально допустимая эксплуатационная перегрузка для самолета Як-55:
положительная +9;
отрицательная -6;
в перегоночном варианте:
положительная +5;
отрицательная -3.
Превышение в полете этих перегрузок запрещается, так как могут появиться остаточные деформации в конструкции самолета.
При выполнении установившихся криволинейных маневров перегрузка зависит от запаса тяги силовой установки. Запас тяги определяется из условия сохранения заданной скорости в течение всего маневра.
Предельной перегрузкой по располагаемой тягеnу ПРЕД называется наибольшая перегрузка, при которой тяга силовой установки еще уравновешивает лобовое сопротивление. Она определяется по формуле
(11.10)
Предельная по располагаемой тяге перегрузка зависит от скорости и высоты полета, так как вышеуказанные факторы влияют на располагаемую тягу Рр и от скорости аэродинамическое качество К. Для расчета зависимости n у ПРЕД V необходимо иметь кривые Рр (V)для различных высот и сетку поляр.
Для каждого значения скорости с кривой Рр (V) снимают значения располагаемой тяги, определяют с поляры для соответствующей скорости V снимают величину коэффициента Су и рассчитывают по формуле (11.10).
При маневрировании в горизонтальной плоскости с перегрузкой меньше располагаемой, но более предельной по тяге самолет будет терять скорость или высоту полета.