|
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 = ag
Gravitačné zrýchlenie,
 resp. 
Gravitačný potenciál v danom
mieste gravitačného:
Tiažové a gravitačné zrýchlenie
| gravitačná sila Fg = m.ag
a |
| zotrvačná sila Fz = m. w
2.r |
Výslednica Fg
a Fz je tiažová sila:
FG = 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 ...... Fz pôsobí v smere
Fg. |
| 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 ..... Fz pôsobí proti smeru Fg |
| nad 3g ..... prekrvenie sietnice a mozgových kapilár-
červená slepota |
Záporné preťaženie sa znáša horšie ako kladné
Priečné preťaženie
| smer Fz 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 Fh, ......
Fh = G = m.g = r .S.h.g
kde g je veľkosť tiažového zrýchlenia.
Hydrostatický tlak ph
je vyvolaný tiažou kvapaliny:
 alebo
ph = 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
Fa - tlaková sila spôsobená tiažou atmosféry Zeme.
| vyvoláva atmosferický tlak pa. |
Atmosferický tlak sa rovná hmotnosti vzdušného ....
Nad hladinou mora 450 zemepisnej 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.
pa .... na poveternostných
podmienkach.
Podkladom pre predpovede počasia
....
Normálny atmosferický tlak:
pn = 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 Vp ......
Vp = Vk . 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. |
|
