Účinok mechanických síl na organizmus

Účinok mechanických síl na organizmus

Gravitačné sily, vplyv pretlaku a podtlaku

Typy interakcií:

Okrem mechanického pôsobenia štyri druhy síl, štyri rozličné typy interakcií, (príčina fyzikálnych procesov a reakcií vo vesmíre):

silné interakcie: Oblasť pôsobenia elementárne častice a atómové jadro. (držia jadro pokope).

elektromagnetické interakcie: Pôsobia medzi telesami, ktoré nesú elektrický náboj vrátane všetkých častíc s elektrickým a magnetickým momentom.

slabé interakcie: prejavujú v určitých reakciách medzi elementárnymi časticami (napr. medzi letónmi). Spôsobuje premeny, pri ktorých vznikajú neutrína, napr. beta premeny.

gravitačná interakcia: je najslabšia v porovnaní s ostatnými interakciami.

Vzdialenosti na ktoré príslušné sily pôsobia sú rôzne:

štruktúru jadier určujú vlastnosti silnej interakcie. (silné a slabé interakcie majú krátky dosah).

štruktúru atómov vlastnosti elektromagnetickej interakcie. Hmota v makroskopickom priestore je elektrický neutrálna, preto elektromagnetická interakcia nie je v makrosvete určujúca.

gravitačná sila sa stáva významná, rozhodujúca v makroskopickom svete, v ktorom žijeme. Gravitácii sa podriaďuje všetko - od svetla až po hviezdy. Nie sú pre ňu prekážkou ani medzihviezdné vzdialenosti. V mikroskopickom meradle bezvýznamná.

Gravitačné pole. Gravitačná sila.

Všeobecný gravitačný zákon: Isaac Newton (r. 1687)

,

kde k je gravitačná konštanta, ktorej hodnota je 6,67.10^-11 N.m².kg^-2,

M a m hmotnosti H.B. vo vzdialenosti r.

Intenzita gravitačného poľa v danom mieste poľa:



Platí:               K = a_g

Gravitačné zrýchlenie,

                    resp.

Gravitačný potenciál v danom mieste gravitačného:



Tiažové a gravitačné zrýchlenie

gravitačná sila   F_g = m.a_ga

zotrvačná sila    F_z = m. w ².r

        Výslednica F_g a F_z je tiažová sila:

                        F_G = m.g,          kde g je tiažové zrýchlenie.

Priestor v okolí Zeme - tiažové pole.

        Na rovníku: 9,780 m.s^-2

        Na póloch: 9,830 m.s^-2

        U nás: 9,81 m.s^-2

Norbert Wiener : Gravitačnú silu nevieme vytvárať, je to jediná sila, ktorú nevieme využiť. Je pre človeka spojencom i nepriateľom.

* Stav beztiaže na Zemi neexistoval v procese vývoja ....

* Rozvoj kozmonautiky ..... Vestibulárne orgány ..... vnútorné ucho.....

* Vplyv gravitácie na človeka sa prejavil v celom rade fyziologických funkcií,

na psychike,

na hmotnosti tela,

na tvare tela ... (telo polotekutá kvapka ... )

Predstavte si stav bez gravitácie:

udržiavanie osobnej hygieny (sprchovanie, umývanie, močenie)...,

prijímanie tekutej potravy ...

Celkovo stav bez zemskej príťažlivosti je “čudný”:

Vzduch ohriaty ľudským telom .....

Horenie zápalky.....

ľahšie a ťahšie časti tela (žalúdok, dutiny, tekutiny) strácajú tieto prívlastky.

ochabnutie všetkých končatín a tela ....

Medzistavcové platničky .... a kozmonauti počas dlhého letu vyrastú o 2 až 4 cm. Kosti strácajú vápnik a rednú. Vylučovanie vápnika sa ustaľuje asi po mesiaci. Znižuje sa tvorba kostí, ktorá sa zastavuje na 11 deň.

Preťaženie

Pri kozmických letoch (štart a pristávanie ...)

Najviac ovplyvňuje obehový systém ..... poruchy mozog,srdce...

Vyjadruje sa v násobkoch g.

Dôležité je nielen preťaženie ale aj doba

Situácia	Zrýchlenie (g)	Trvanie zrýchlenia (s)
Vymrštenie sedadla katapultom Otvorenie padáka Pristátie padákom Štart lietadla Katapultovanie lietadla	10 - 15 5 - 33 3 - 4 0,5 2,4 - 5	0.25 asi 1 veľmi krátke 10 i viac 1,5

Tabuľka: Zrýchlenia v letectve

Kladné preťaženie

Pri štarte rakety ...... F_z pôsobí v smere F_g.

viac ako 5g .... žilový tlak v nohách 60 kPa

* arteriálny tlak na úrovni srdca 5,3 kPa (normalne 16kPa)

* nedokrvenie mozgu ..... strata vedomia

* nedokrvenie sietnice ..... biela slepota

Záporné preťaženie

pri pristávaní ..... F_z pôsobí proti smeru F_g

nad 3g ..... prekrvenie sietnice a mozgových kapilár- červená slepota

Záporné preťaženie sa znáša horšie ako kladné

Priečné preťaženie

smer F_z zviera s osou tela kozmonauta 30⁰ a? 35⁰( v pololeže)

znesie 12 -25 g aj niekoľko sekúnd

Na kozmických lodiach

Pri horení paliva v I. stupni ..... 9g,

pri horení II stupňa ... 8g

a pri horení III. stupňa ...3g. (len v špeciálnej polohe ).

Kinetózy

vznikajú opakovaným nepravidelným zrýchľovaním (+a, -a)

prejavy ... nevoľnosť, vplyv CNS, dezorientácia...

v dopravných prostriedkoch .....

Tlak v tekutinách

Tekutina ... spoločný názov pre kvapaliny a plyny.

Najdôležitejší plyn - vzduch a najdôlejitejšia kvapalina voda.

Stav tekutiny v kľude charakt. Tlak. Tlak sa definuje vzťahom

O existencii tlaku v plyne svedčí: napätá stena nafúknutej pneumatiky.

O existencii tlaku v kvapaline svedčí napr. vystupovanie vody v potrubí do najvyšších poschodí budov.

Hlavnou jednotkou tlaku je pascal - Pa. Z definičného vzťahu vyplýva

1 Pa = 1 N.m^-2.

1 Pa je tlak, ktorý vyvolá sila 1 N rovnomerne rozložená na ploche 1 m² a pôsobiaca kolmo na plochu.

K meraniu tlaku používame manometre.

Keď pôsobíme na dokonalé tuhé teleso silou .....

Účinkom jej tekutosti sa kvapaliny správajú ináč .....

Tlak je vo všetkých miestach kvapaliny rovnaký - Pascalov zákon.

Tento tlak závisí len na veľkosti vonkajšej sily a na obsahu plochy na ktorú sila pôsobí.

Nezávisí na objeme a hustote kvapaliny.

Tlaková sila pôsobiaca na teleso v kvapaline je vždy kolmá k jeho povrchu.

Tlak v kvapaline vyvolaný tiažovým poľom Zeme

V tiažovom poli Zeme ....... hydrostatická tlaková sila F_h, ......

F_h = G = m.g = r .S.h.g

kde g je veľkosť tiažového zrýchlenia.

Hydrostatický tlak p_h je vyvolaný tiažou kvapaliny:

alebo p_h = h.r .g

Hydrostatický tlak je priamoúmerný hustote kvapaliny a hĺbke miesta pod voľným povrchom kvapaliny.

hrádze rybníkov aj múry pri dne najširšie.

potápači vo veľkých hĺbkach (až 200 m) musia mať špeciálny pancierový skafander. Pevné steny musí mať aj plavidlo určené pre výskum veľkých habok - batyskaf.

Tlak plynu vyvolaný tiažovým poľom Zeme

Atmosferická tlaková sila F_a- tlaková sila spôsobená tiažou atmosféry Zeme.

vyvoláva atmosferický tlak p_a.

Atmosferický tlak sa rovná hmotnosti vzdušného ....

Nad hladinou mora 45⁰zemepisnej šírky pri t= 0⁰ C sa rovná tiaži ortuťového stĺpca s výškou 760 mm a prierezom 1 cm², čo sa rovná tlaku 101 kPa.

V bežnom živote si tlak vzduchu ani neuvedomujeme .....

Na porovnanie: ovzdušie nad našimi hlavami má takú hmotnosť ako

75 cm hrubá vrstva ortuti alebo 86,4 cm vrstva olova.

Pretože hustota vzduchu nie je vo všetkých miestach atmosféry rovnaká.....

            Vzťah pre výpočet atmosferického tlaku je:



kde p₀ a r₀ so hodnoty tlaku a hustoty nad hladinou mora.

p_{a    ....}na poveternostných podmienkach.

Podkladom pre predpovede počasia ....

Normálny atmosferický tlak:

p_n = 1,013 25.10⁵ Pa = 1,013 25 hPa.

Tlak vzduchu je súčtom tlakov ......

Čiastkovému tlaku každého plynu hovoríme parciálny tlak.

     Vyrátame ho napr: pre O₂:

        b =101 kPa a obsah kyslíka vo vzduchu je 0,21 (21%)

        parciálny tlak kyslíka: pO₂ = 101.0,21=21,21 kPa.

Meranie tlaku: tlakomermi alebo barometrami (tlakomer kovový alebo aneroid).

Pre presné meranie sa používa tlakomer ortuťový.

ŽIVÉ ORGANIZMY

Pre človeka sú najvýznamnejšie zmeny tlaku:

vo veľkých nadmorských výškach a

veľkých hĺbkach pod morskou hladinou a

pri zmene počasia.

Vplyv meteorologických podmienok .... chorom organizme (obmedzená prispôsobivosť).

Človek je vystavený aj vplyvom umelého prostredia:

napr. v ponorkách, podmorských laboratóriách, kozmických lodiach.

Dysbarizmus a barotrauma

Dysbarizmus - vzniká tlakový rozdiel medzi telovými dutinami a prostredím

Prejavuje v lebkových dutinách a najčastejšie v strednom uchu.

Pri znížení barometrického tlaku (lietadlo stúpa)

je v strednom uchu pretlak - vyklenutie bubienka.

(Pri pretlaku okolo 2 kPa dochádza k úniku vzduchu sluchovou trubicou, tlak sa vyrovná a bubienok sa vracia do pôvodnej polohy).

Pri zvýšení tlaku (zostup lietadla do hĺbky)

sa bubienok vklenuje - vyrovnaniu tlaku dochádza cez Eustachovú trubicu. (Pri negatívnom pretlaku 10,7-12 kPa nemožno vyrovnanie previesť svalovou činnosťou a nastáva barotrauma, ktorá sa prejavuje ako prudká bolesť ucha, prekrvenie až krvácanie do stredoušnej sliznice. Môže dôjsť aj k pretrhnutiu bubienka).

Vyrovnávať tlak napomáha aktívne prehltávanie slín- v lietadle ponúkajú cukríky.

Kesónová choroba - vplyv pretlaku na organizmus

Henryho zákona Množstvo plynu rozpusteného V_p ......

V_p = V_k. a . p.

CO₂ j v krvi asi 23 krát rozpustnejší ako kyslík a až 4-krát rozpustnejší ako dusík

pO₂ = 21,21 kPa sa rozpustí v krvi asi 0,3 ml O₂.

pCO₂ = 5,3 kPa sa rozpustí okolo 2,5 ml oxidu uhličitého.

Parciálny tlak dusíka vo vzduchu je vysoký (79%).

N₂ sa nezúčastouje na metabolizme a ako neutrálny plyn sa hromadí v krvi a v tkanivách najmä tukových ......

Ak sa znižuje atmosferický tlak, .....nastáva difúzia dusíka z tkanív do krvi.

Dusík sa metabolizmu nezúčastouje preto zostáva v podobe bublín v tkanive nejaký čas a vyvoláva tzv. dekokmpresnú chorobu.

Najčastejšie sú postihnuté kĺby, kosti, mozog.

Bubliny dusíka nachádzajúce sa v žilovej krvi môžu spôsobiť uzáver pľúcnej mikrocirkulácie - plynová embólia.

Následky rýchlej dekompresie môžu byť aj trvalé.

Depresiu treba robiť postupne. Príznaky, ktoré sprevádzajú náhlu dekompresiu sa volajú kesónová choroba alebo choroba potápčov.

Príčinou vážneho ohrozenia zdravia i života potápačov je aj dusík vdychovaný pod tlakom.

Tým sa koncentrácia dusíka v krvi a tkanivových tekutinách zvyšuje.

Proti negatívnym dôsledkom presýtenia krvi a tkanív dusíkom (hĺbkové opojenie, kŕče, stav bezvedomia....) jediným protiopatrením je rýchlo znížiť tlak vdychovaného vzduchu (vytiahnutím potápača z vody).

Vplyv podtlaku na organizmus

* Približne do nadmorskej výšky 2000 m je nasýtenie krvi kyslíkom normálne.

* Tlak na polovicu pôvodnej hodnoty klesne vo výške asi 5400 m.

* Až do tejto výšky nasýtenie krvi kyslíkom je takmer 80%

* S poklesom celkového atmosferického tlaku s rastúcou výškou sa znižuje aj parciálny tlak kyslíka.

* Už vo výške niekoľko kilometrov sa stáva vzduch pre človeka nedýchateľným. Dostavuje sa kyslíkový hlad. Aby človek mal dostatočné množstvo kyslíka, začína prudšie dýchať.

* Ak ani týmto spôsobom si nezabezpečí dostatok kyslíka stráca vedomie.

* Náš organizmus nemá zásoby kyslíka, preto bez dodávky kyslíka môže prežiť najviac niekoľko minút.

* V stave pokoja človek prečerpá cez pľúca okolo 450 l vzduchu za hodinu.

* Pri náhlom prechode zo zeme do výšok nad 3000 m prichádza nevoľnosť.

Príčinou je:

nedostatok kyslíka a

nedostatoene rýchle vyrovnanie tlaku vzduchu v lebkových dutinách a v strednom uchu.

Prvou reakciou organizmu je:

zníženie srdcového minútového objemu

a zrýchlenie dýchania.

Príznaky tzv. výškovej hypoxie (nedostatok O₂): bolesť hlavy, skrátený dych búchanie srdca závraty a pod.

Nastupujú kompenzčné mechanizmy v dýchacom a obehovom systéme.

Povrchné a zrýchlené dýchanie vedie ..... väčšie prekrvenie mozgu a srdcového svalu. Ak nestačia kompenzačné mechanizmy, vznikajú príznaky tzv. horskej choroby.

Horská choroba sa vyskytuje u horolezcov vo veľhorách alebo ľudí pracujúcich vo vysokohorských podmienkach.

Prvé potiaže sa vyskytujú vo výškach nad 3000 m nad morom, neprichádzajú náhle. Únava a bolesti po odpočinku miznú. Plná aklimatizácia nastupuje v treťom týždni vysokohorského pobytu.

Výška nad 7800 m je pásmom smrti, nik sa tu nemôže zdržiavať bez kyslíkového prístroja dlhšie ako dva tri dni.

K vonkajším prejavom horskej choroby patrí modrasté sfarbenie pier, nechtov a slizníc spôsobené nedostatočným okysličením krvi, a zrýchlené dýchanie.