Влияние сопротивления воздуха на скорость падения тел

Нагрузка на кости и связки в процессе приземления

Человек, который прыгает или падает с некоторой высоты и при­земляется ногами на твердую поверхность, испытывает значитель­ное воздействие на берцовые кости ног. Но наиболее уязвимы кости голени. Воздействующая сила будет максимальной в точке наи­меньшего поперечного сечения — прямо над лодыжкой. Кости голени сломаются в том случае, если сила давления превысит ве­личину — 0,5-10⁵ Н. Если прыгун приземлился на обе ноги, то мак­симальная сила, которой кости ног могут сопротивляться, удваи­вается до 10⁵ Н. Эта сила соответствует примерно 130-кратному увеличению веса нормального человека (75 кг).

Опишем падение (прыжок) с высоты количественно. Сила, дей­ствующая на кости ног, равна:

Если человек приземлится не на твердую поверхность (напри­мер, в воду, мягкий снег, песок) то предельная высота падения бу­дет больше.

На величину скорости падающего тела влияет не только высота падения, но и сила сопротивления воздуха. Так, для человека падение

на землю с высоты третьего этажа всегда опасно. В то же время та­кое падение может быть безопасным для мелких животных. Причина этого состоит в следующем. На падающее тело действуют две силы: сила тяготения, пропорциональная массе тела, и противоположно ей направленная сила сопротивления воздуха, зависящая от размеров поперечного сечения предмета и его скорости.

Скорость падающего тела возрастает до тех пор, пока величина силы сопротивления не сравняется с силой тяжести. После чего падение станет равномерным. Максимальная скорость падения на­зывается предельной скоростью и зависит от отношения площади

падения уменьшается.

Для падающих тел, не являющихся сферическими, площадь по­перечного сечения зависит от ориентации тела относительно зем­ли. Соответственно от ориентации тела зависит и предельная ско­рость падения. Этим пользуются парашютисты для изменения ско­рости в фазе свободного падения.

Предельная скорость падающего человека приблизительно равна 65 м / с в том случае, если он расправит руки и ноги так, как это дела­ет парашютист. Если бы человек имел шарообразную форму, его пре­дельная скорость возросла бы до 105 м/с. Максимальная скорость падения маленького насекомого равна нескольким метрам в секунду.

Если бы сила сопротивления воздуха не ограничивала скорость падения, то капли дождя, падающие с высоты 3000 м, достигали бы Земли на скорости 270 м/с. При этом дождь стал бы причиной невероятных повреждений.

Дата добавления: 2015-05-09