"И вот истребитель входит в вираж! Перегрузка составляет 9 ДЖИ!!!" - задорно кричит комментатор на авиашоу, вводя в заблуждение зрителей. Гад.
Я постараюсь объяснить, почему это не совсем правильно, а также в чем непосредственно измеряется перегрузка и какая она бывает.
Для начала - понятие перегрузки
Человек неподвижно стоит на земле. Если отбросить все пренебрежимо малые составляющие, какие на него действуют силы? Правильный ответ - это сила земного притяжения и сила реакции опоры. Человек, стоя на тверди, не проваливается и не летит никуда с ускорением - значит, сила реакции опоры уравнивается с силой притяжения.
Я говорил, что не буду грузить читателя формулами, но тут оно правда нужно. Тем более, формулы и не сложные вовсе...
Здесь у нас G - это сила, с которой объект (человек) давит на опору из-за воздействия силы земного притяжения. Получается она умножением массы m на ускорение свободного падения g. Черточками обозначены векторные величины, то есть, имеющие направление действия.
Именно по этой причине масса обозначается буквой без черты, поскольку обозначает меру инертности тела и направления не имеет.
А N - это реакция опоры, собственно. Она противоположна силе земного притяжения и равна ей по своей величине.
Теперь перейдем непосредственно к понятию перегрузки.
Перегрузка - это отношение ускорения тела в каком-либо направлении к ускорению свободного падения.
И измеряется перегрузка в единицах, ни в каких ни в g! Потому что если силу поделить на силу или ускорение поделить на ускорение - ничего не останется, останутся безразмерные единицы.
А измерение перегрузки в "джи" вводят для удобства.
Для чего я приводил картинку с человечком? А вот для чего. Для самолета опора - это воздух. Соответственно, сила реакции опоры - это аэродинамическая сила, которая складывается из силы сопротивления и подъемной силы. Сейчас даже нарисую, чтобы словами не кидаться:
Вот тут самолет летит горизонтально с, допустим, нулевым углом атаки (очень быстро). Летит он без ускорения в какой-либо плоскости, значит, его перегрузка по вертикальной оси равна единице, а по продольной и боковой осям - нулю.
Теперь тема такая. Руль высоты отклонился от балансировочного положения, изменился угол атаки, соответственно, изменилась подъемная сила. Но сила тяжести то осталась прежней. Значит, самолет будет двигаться с ускорением в вертикальной плоскости. И вот, отношение этих сил и будет являться перегрузкой. Чем энергичнее маневрирует самолет и чем на большей скорости это происходит, тем выше величина этой самой перегрузки.
Поскольку и самолет в целом, и все его элементы в частности, и человек, находящийся внутри, имеют инерцию, то они будут сопротивляться этому ускорению и действовать в противоположном направлении согласно 3-му закону Ньютона.
А если самолет совершает маневр, например, начала снижения, опуская нос и уменьшая угол атаки, то перегрузка может быть меньше единицы или даже отрицательной. Человек при этом может испытывать эффект невесомости. Такое используется при тренировках космонавтов, самолет выполняет длительное пикирование с перегрузкой 0.
Понятное дело, что все должно происходить в какой-то системе отсчета. Рассмотрим случай, когда дело происходит в пространстве, жестко связанным с самолетом. Например, для человека, сидящего в кресле и пристегнутого к нему ремнями. Тогда для него можно условно разложить перегрузку по трем осям:
- продольная или тангенциальная перегрузка - действует в направлении "грудь-спина";
- нормальная или вертикальная перегрузка - действует в направлении "голова-ноги";
- боковая перегрузка - тут, надеюсь, понятно.
Возникают эти составляющие при соответствующих маневрах - продольная при разгоне/торможении самолета, человек кивает головой вперед-назад; боковая - когда самолет выполняет, например, корректировку направления при движении по взлетной полосе, и самое интересное - нормальная перегрузка при маневрах в вертикальной плоскости, когда человека либо вжимает в кресло, либо он испытывает эффект невесомости.
Перегрузки, вообще говоря, вещь не очень приятная и полезная. В первую очередь, это нагрузка на летчика и конструкцию летательного аппарата. При больших положительных (положительная - значит человека вжимает в кресло) значениях нормальной перегрузки, кровь либо отливает от головы к ногам, что может вызвать потерю сознания, либо, в случае отрицательных перегрузок, приливает к голове с большой силой, а это может стать причиной разрыва кровеносных сосудов. Обычный человек может выдержать +10-12 единиц нормальной перегрузки в течение нескольких секунд. С отрицательной все гораздо сложнее и индивидуальнее.
Негативные эффекты перегрузок подавляются с помощью так называемого противоперегрузочного костюма. Вот как он выглядит:
Во время действия перегрузки ноги и живот летчика обжимаются с помощью сжатого воздуха, препятствуя оттоку крови от головы. Помогает!
Некоторые факты о перегрузках
- Тренированные летчики могут выдерживать до 8-9 единиц нормальной перегрузки в течение длительного времени и не терять сознания;
- Во время катапультирования летчик кратковременно испытывает перегрузки до 20 единиц в течение 0.15-0.2 секунды;
- Космонавты в своих кабинах располагаются практически лежа, чтобы перегрузки при разгоне на ракете или при торможении в атмосфере (а это, на секундочку, 4-5 единиц в течение нескольких минут) для них превращались в продольные, которые переносятся значительно легче, чем нормальная и боковая;
- В момент отрыва пассажирского лайнера от земли, пассажиры испытывают нормальную перегрузку в пределах 1.1-1.2 единиц, при разворотах - около 1.1-1.15;
- Самая большая перегрузка, которую испытал человек и выжил - 179.8 единиц при аварии болида F1. Этим человеком был Дэвид Перли.
Спасибо за внимание, подписывайтесь! Впереди еще много интересного :)