Сколько может выдержать человеческое тело. Задачи по физике с элементами астрономии Какой удар током мы можем выдержать

По степени воздействия климатогеографических факторов на человека существующая классификация подразделяет (условно) горные уровни на :

Низкогорье - до 1000 м. Здесь человек не испытывает (по сравнению с местностью, расположенной на уровне моря) отрицательного влияния недостатка кислорода даже при напряженной работе;

Среднегорье - в пределах от 1000 до 3000 м. Здесь в условиях покоя и умеренной деятельности в организме здорового человека не наступает сколько-нибудь существенных изменений, поскольку организм легко компенсирует недостаток кислорода;

Высокогорье - свыше 3000 м. Для этих высот характерно то, что уже в условиях покоя в организме здорового человека обнаруживается комплекс изменений, вызванных кислородной недостаточностью.

Если на средних высотах на организм человека воздействует весь комплекс климатогеографических факторов, то на высокогорье решающее значение приобретает недостаток кислорода в тканях организма - так называемая гипоксия.

Высокогорье в свою очередь может быть также условно разбито (рис. 1) на следующие зоны (по Е. Гиппенрейтеру):

а) Зона полной акклиматизации-до 5200-5300 м. В этой зоне благодаря мобилизации всех приспособительных реакций организм успешно справляется с кислородной недоста­точностью и проявлением других отрицательных факторов воздействия высоты. Поэтому здесь еще можно располагать длительно действующие посты, станции и т. п., то есть жить и работать постоянно.

б) Зона неполной акклиматизации - до 6000 м. Здесь, несмотря на ввод в действие всех компенсаторно-приспособительных реакций, организм человека уже не может в полной мере противодействовать влиянию высоты. При длительном (в течение нескольких месяцев) пребывании в этой зоне развивается усталость, человек слабеет, теряет в весе, наблюдается атрофия мышечных тканей, резко снижается активность, развивается так называемая высотная детериорация - прогрессирующее ухудшение общего состояния человека при длительном пребывании на больших высотах.

в) Зона адаптации - до 7000 м. Приспособление организма к высоте здесь носит непродолжительный, временный характер. Уже при относительно коротком (порядка двух-трех недель) пребывании на таких высотах наступает истощение адаптационных реакций. В связи с этим в организме проявляются отчетливые признаки гипоксии.

г) Зона частичной адаптации-до 8000 м. При пребывании в этой зоне в течение 6-7 дней организм не может обеспечить необходимым количеством кислорода даже наиболее важные органы и системы. Поэтому их деятельность частично нарушается. Так, пониженная работоспособность систем и органов, ответственных за восполнение энергетических затрат, не обеспечивает восстановление сил, и деятельность человека в значительной мере происходит за счет резервов. На таких высотах происходит сильное обезвоживание организма, что также ухудшает его общее состояние.

д ) Предельная (летальная) зона - свыше 8000 м. Постепенно утрачивая сопротивляемость к действию высоты, человек может находиться на этих высотах за счет внутренних резервов только крайне ограниченное время, порядка 2 - 3 дней.

Приведенные величины высотных границ зон имеют, разумеется, средние значения. Индивидуальная переносимость, а также ряд факторов, изложенных ниже, могут изменять указанные величины для каждого горовосходителя на 500 - 1000 м.

Приспособление организма к высоте зависит от возраста, пола, физического и психического состояния, степени тренированности, степени и продолжительности кислородного голодания, интенсивности мышечных усилий, наличия высотного опыта. Большую роль играет и индивидуальная устойчивость организма к кислородному голоданию. Предшествовавшие заболевания, неполноценное питание, недостаточный отдых, отсутствие акклиматизации значительно снижают устойчивость организма к горной болезни - особому состоянию организма, наступающему при вдыхании разреженного воздуха. Большое значение имеет быстрота набора высоты. Перечисленными условиями объясняется то, что одни люди ощущают некоторые признаки заболевания горной болезнью уже на относительно небольших высотах - 2100 - 2400 м, другие бывают устойчивы к ним до 4200 - 4500 м, но при подъеме на высоты 5800 - 6000 м признаки горной болезни, выраженные в различной степени, проявляются почти у всех людей.

На развитие горной болезни воздействуют также некоторые климатогеографические факторы: усиленная солнечная радиация, низкая влажность воздуха, продолжительные низкие температуры и резкий их перепад между ночью и днем, сильные ветры, степень электризации атмосферы. Поскольку эти факторы зависят, в свою очередь, от широты местности, удаленности от водных пространств и тому подобных причин, то одна и та же высота в различных горных районах страны оказывает на одного и того же человека различное влияние. Например, на Кавказе признаки заболевания горной болезнью могут проявляться уже на высотах 3000-3500 м, на Алтае, Фанских горах и Памиро-Алае - 3700 - 4000 м, Тянь-Шане - 3800-4200 м и Памире - 4500-5000 м.

Признаки и характер воздействия горной болезни

Горная болезнь может проявляться внезапно, особенно в тех случаях, когда человек за короткий промежуток времени значительно превысил границы своей индивидуальной переносимости, испытал чрезмерное перенапряжение в условиях кислородного голодания. Однако чаще всего горная болезнь развивается постепенно. Первыми ее признаками являются общая усталость, не зависящая от объема выполненной работы, апатия, мышечная слабость, сонливость, недомогание, головокружение. Если человек продолжает оставаться на высоте, то симптомы болезни нарастают: нарушается пищеварение, возможна частая тошнота и даже рвота, появляется расстройство ритма дыхания, озноб и лихорадка. Процесс выздоровления протекает довольно медленно.

На первых этапах развития болезни не требуется специальных мер излечения. Чаще всего после активной работы и полноценного отдыха симптомы болезни исчезают - это свидетельствует о наступлении акклиматизации. Иногда болезнь продолжает прогрессировать, переходя во вторую стадию - хроническую. Симптомы ее такие же, но выражены в значительно более сильной степени: головная боль может быть крайне острой, сильнее проявляется сонливость, сосуды кистей рук переполнены кровью, возможно носовое кровотече­ние, резко выражена одышка, грудная клетка становится широкой, бочкообразной, наблюдается повышенная раздражительность, возможна потеря сознания. Эти признаки говорят о серьезном заболевании и необходимости срочной транспортировки больного вниз. Иногда перечисленным проявлениям болезни предшествует стадия возбуждения (эйфории), очень напоминающая алкогольное опьянение.

Механизм развития горной болезни связан с недостаточным насыщением крови кислородом, что сказывается на функциях многих внутренних органов и систем. Из всех тканей организма нервная -наиболее чувствительна к кислородной недостаточности. У человека, попавшего на высоту 4000 - 4500 м и склонного к заболеванию горной болезнью, в результате гипоксии сначала возникает возбуждение, выражающееся в появлении чувства самодовольства и собственной силы. Он становится веселым, говорливым, но при этом теряет контроль над своими действиями, не может реально оценить обстановку. Через некоторое время наступает период депрессии. Веселость сменяется угрюмостью, сварливостью, даже драчливостью, а то и еще более опасными приступами раздражительности. Многие из таких людей во сне не отдыхают: сон беспокоен, сопровождается фантастическими сновидениями, носящими характер дурных предчувствий.

На больших высотах гипоксия оказывает более серьезное воздействие на функциональное состояние высших нервных центров, вызывая притупление чувствительности, нарушение правильности суждения, потерю самокритичности, интереса и инициативы, иногда потерю памяти. Заметно уменьшается скорость и точность реакции, в результате ослабления процессов внутреннего торможения расстраивается координация движении. Появляется психическая и физическая депрессия, выражающаяся в замедленности мышления и действий, заметной потере интуиции и способности к логическому мышлению, изменении условных рефлексов. Однако при этом человек считает, что его сознание не только ясно, но и необычно остро. Он продолжает делать то, чем занимался до серьезного воздействия на него гипоксии, несмотря на подчас опасные последствия своих поступков.

У заболевшего может появиться навязчивая идея, чувство абсолютной правильности своих поступков, нетерпимости к критическим замечаниям, а это, если в таком состоянии окажется руководитель группы-человек, отвечающий за жизнь других людей, становится особенно опасным. Замечено, что под влиянием гипоксии люди часто не делают никаких попыток выйти из явно опасной ситуации.

Важно знать, какие наиболее распространенные изменения в поведении человека происходят на высоте под воздействием гипоксии. По частоте возникновения эти изменения располагаются в следующей последовательности:

Несоразмеримо большие усилия при выполнении задания;

Более критическое отношение к другим участникам путешествия;

Нежелание выполнять умственную работу;

Повышенная раздражительность органов чувств;

Обидчивость;

Раздражительность при замечаниях по работе;

Трудность в концентрации внимания;

Замедленность мышления;

Частое, навязчивое возвращение к одной и той же теме;

Трудность запоминания.

В результате гипоксии может нарушиться и терморегуляция, из-за чего в отдельных случаях при низкой температуре снижается выработка организмом тепла, и в то же время повышаются его потери через кожу. В этих условиях человек, заболевший горной болезнью, более подвержен охлаждению, чем другие участники путешествия. В других случаях возможно появление озноба и повышение температуры тела на 1-1,5°С.

Гипоксия оказывает влияние и на многие другие органы и системы организма.

Органы дыхания.

Если в состоянии покоя человек на высоте не испытывает одышки, недостатка воздуха или затруднения дыхания, то при физической нагрузке в высотных условиях все эти явления начинают заметно ощущаться. Например, один из участников восхождения на Эверест на каждый шаг на высоте 8200 метров делал 7-10 полных вдохов и выдохов. Но даже и при таком медленном темпе передвижения он отдыхал до двух минут через каждые 20-25 метров пути. Другой участник восхождения за один час движения при нахождении на высоте 8500 метров поднялся по достаточно легкому участку на высоту только около 30 метров.

Работоспособность.

Общеизвестно, что любая мышечная деятельность, и особенно интенсивная, сопровождается повышением кровоснабжения работающих мышц. Однако, если в условиях равнины необходимое количество кислорода организм может обеспечить сравнительно легко, то с подъемом на большую высоту, даже при максимальном использовании всех приспособительных реакций, снабжение мышц кислородом осуществляется непропорционально степени мышечной активности. В результате такого несоответствия развивается кислородное голодание, а недоокисленные продукты обмена веществ накапливаются в организме в избыточных количествах. Поэтому работоспособность человека с увеличением вы­соты резко снижается. Так (по Е. Гиппенрейтеру ) на высоте 3000 м она составляет 90%, на высоте 4000 м . -80%, 5500 м- 50%, 6200 м- 33% и 8000 м- 15-16% от максимального уровня работы, произведенной на высоте уровня моря.

Даже по окончании работы, несмотря на прекращение мышечной деятельности, организм продолжает находиться в напряжении, потребляя некоторое время повышенное количество кислорода для того, чтобы ликвидировать кислородную задолженность. Следует отметить, что время, в течение которого ликвидируется эта задолженность, зависит не только от интенсивности и продолжительности мышечной работы, но и от степени тренированности человека.

Второй, хотя и менее важной причиной снижения работоспособности организма является перегрузка системы дыхания. Именно дыхательная система за счет усиления своей деятельности до определенной поры может компенсировать резко возрастающий кислородный запрос организма в условиях разреженной воздушной среды.

Таблица 1

Однако возможности легочной вентиляции имеют свой предел, которого организм достигает раньше, чем возникает предельная работоспособность сердца, чем снижается до минимума необходимое количество потребляемого кислорода. Такие ограничения объясняются тем, что понижение парциального давления кислорода приводит к усилению легочной вентиляции, а следовательно, и к усиленному «вымыванию» из организма CO 2 . Но уменьшение парциального давления СО 2 снижает активность деятельности дыхательного центра и тем самым ограничивает объем легочной вентиляции.

На высоте легочная вентиляция достигает предельных величин уже при выполнении средней для обычных условий нагрузки. Поэтому максимальное количество интенсивной работы за определенное время, которую турист может вы­полнить в условиях высокогорья, меньше, а восстановительный период после работы в горах длиннее, чем на уровне моря. Однако при длительном пребывании на одной и той же высоте (до 5000-5300 м) за счет акклиматизации организма уровень работоспособности повышается.

Система пищеварения.

На высоте значительно изменяется аппетит, уменьшается всасывание воды и питательных веществ, выделение желудочного сока, изменяются функции пищеварительных желез, что приводит к нарушению процессов пищеварения и усвоения пищи, особенно жиров. В результате человек резко теряет вес. Так, в период одной из экспедиций на Эверест альпинисты, прожившие на высоте более 6000 м в течение 6-7 недель, потеряли в весе от 13,6 до 22,7 кг. На высоте человек может ощутить мнимое чувство полноты желудка, распирание в подложечной области, тошноту, поносы, не поддающиеся медикаментозному лечению.

Зрение.

На высотах порядка 4500 м нормальная острота зрения возможна только при яркости в 2,5 раза больше обычной для равнинных условий. На этих высотах происходит сужение периферического поля зрения и заметное «затуманивание» зрения в целом. На больших высотах снижается также точность фиксации взгляда и правильность определения расстояния. Даже в условиях среднегорья зрение ночью слабеет, а срок адаптации к темноте удлиняется.

Болевая чувствительность

по мере нарастания гипоксии снижается вплоть до полной ее потери.

Обезвоживание организма.

Выделение воды из организма, как известно, осуществляется в основном почками (1,5 л воды в сутки), кожей (1 л), легкими (около 0,4 л) и кишечником (0,2-0,3 л). Установлено, что общий расход воды в организме даже в состоянии полного покоя составляет 50-60 г в час. При средней физической нагрузке в нормальных климатических условиях на высоте уровня моря расход воды возрастает до 40-50 граммов в сутки на каждый килограмм веса человека. Всего в среднем в обычных условиях в сутки выделяется около 3 л воды. При усиленной мышечной деятельности, особенно в условиях жары, резко возрастает выделение воды через кожу (иногда до 4-5 л). Но напряженная мышечная работа, совершаемая в условиях высокогорья, в связи с недостатком кислорода и сухостью воздуха, резко усиливает легочную вентиляцию и тем самым увели­чивает количество воды, выделяемой через легкие. Все это приводят к тому, что общая потеря воды у участников слож­ных высокогорных путешествий может достигнуть 7-10 л в сутки.

Статистика свидетельствует, что в условиях высокогорья более чем в два раза увеличивается заболеваемость органов дыхания . Воспаление легких часто принимает крупозную форму, протекает значительно тяжелее, а рассасывание воспалительных очагов - намного медленнее, чем в условиях равнины.

Воспаление легких начинается после физического переутомления и переохлаждения. В начальной стадии отмечается плохое самочувствие, некоторая одышка, учащенный пульс, кашель. Но уже примерно через 10 часов состояние заболевшего резко ухудшается: частота дыхания - свыше 50, пульс - 120 в минуту. Несмотря на прием сульфаниламидов, уже че­рез 18-20 часов развивается отек легких, представляющий в условиях высокогорья большую опасность. Первые признаки острого отека легких: сухой кашель, жалобы на сдавливания несколько ниже грудины, одышка, слабость при физической нагрузке. В серьезных случаях имеет место кровохарканье, удушье, тяжелое расстройство сознания, после чего наступает смерть. Течение болезни зачастую не превышает и одних суток.

В основе образования отека легких на высоте лежит, как правило, явление повышения проницаемости стенок легочных капилляров и альвеол, вследствие чего в альвеолы легких проникают посторонние вещества (белковые массы, элементы крови и микробы). Поэтому полезная емкость лег­ких в течение короткого времени резко сокращается. Гемоглобин артериальной крови, омывающей внешнюю поверхность альвеол, заполненных не воздухом, а белковыми массами и элементами крови, не может в должной степени насытиться кислородом. В результате от недостаточного (ниже допустимой нормы) снабжения кислородом тканей организма человек быстро погибает.

Поэтому, даже в случае малейшего подозрения на заболевание органов дыхания, группа немедленно должна принять меры к скорейшему спуску заболевшего вниз, желательно до высот порядка 2000-2500, метров.

Механизм развития горной болезни

Сухой атмосферный воздух содержит:азота 78,08%, кис­лорода-20,94%, углекислоты-0,03%, аргона-0,94% и дру­гих газов-0,01%. При подъеме на высоту это процентное соотношение не изменяется, но изменяется плотность воздуха, а следовательно, и величины парциальных давлении этих газов.

По закону диффузии газы переходят из среды с более высоким парциальным давлением в среду с более низким давлением. Газообмен, как в легких, так и в крови человека осуществляется благодаря имеющейся разности этих давлений.

При нормальном атмосферном давлении 760 мм p т. ст. парциальное давление кислорода составляет:

760х0,2094=159 мм рт. ст., где 0,2094 - процентное содержание кислорода в атмосфере, равное 20,94%.

В этих условиях парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе (вдыхаемого с воздухом и попадающего в альвеолы легких) составляет около 100 мм рт. ст. Кислород плохо растворим в крови, но он связывается белком гемогло­бина, находящегося в красных кровяных шариках - эритроцитах. При обычных условиях благодаря высокому парциальному давлению кислорода в легких гемоглобин в артериальной крови насыщается кислородом до 95%.

При прохождении через капилляры тканей гемоглобин крови теряет около 25% кислорода. Поэтому венозная кровь несет в себе до 70% кислорода, парциальное давление которого, как нетрудно убедиться из графика (рис. 2), составляет

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Парциальное давление кислорода мм . pm . cm .

Рис. 2.

в момент протекания венозной крови к легким по окончании цикла кровообращения всего 40 мм рт. ст. Таким образом, между венозной и артериальной кровью существует значительный перепад давления, равный 100-40=60 мм рт. ст.

Между углекислотой, вдыхаемой с воздухом (парциальное давление 40 мм рт. ст.), и углекислотой, притекающей с венозной кровью к легким по окончании цикла кровообращения (парциальное давление 47-50 мм рт: ст.), перепад давления составляет 7-10 мм рт. ст.

В результате существующего перепада давлений кислород переходит из легочных альвеол в кровь, а непосредственно в тканях организма этот кислород из крови диффундирует в клетки (в среду с еще более низким парциальным давлением). Углекислота, наоборот, сначала из тканей переходит в кровь, а затем, при подходе венозной крови к легким, - из крови в альвеолы легкого, откуда она и выдыхается в окружающий воздух (рис. 3).

Рис. 3.

С восхождениемна высоту парциальные давления газов уменьшаются. Так, на высоте 5550 м (что соответствует атмосферному давлению 380 мм рт. ст.) для кислорода оно равно:

380х0,2094=80 мм рт. ст.,

то есть снижается вдвое. При этом, естественно, уменьшается парциальное давление кислорода и в артериальной крови, в результате чего уменьшается не только насыщение гемоглобина крови кислородом, но и за счет резкого сокращения разности давлений между артериальной и венозной кровью значительно ухудшается переход кислорода из крови в ткани. Так возникает кислородная недостаточность-гипоксия, могущая привести к заболеванию человека горной болезнью.

Естественно, что в организме человека возникает ряд защитных компенсаторно-приспособительных реакций. Так, в первую очередь, недостаток кислорода приводит к возбуждению хеморецепторов - нервных клеток, очень чувствительных к снижению парциального давления кислорода. Их возбуждение служит сигналом для углубления, а затем и учащения дыхания. Происходящее при этом расширение легких увеличивает их альвеолярную поверхность и способствует тем самым более быстрому насыщению гемоглобина кислородом. Благодаря этой, а также ряду других реакций в организм поступает большое количество кислорода.

Однако с усилением дыхания увеличивается вентиляция легких, при которой происходит усиленное выведение («вымывание») углекислоты из организма. Это явление особенно усиливается при интенсификации работы з условиях высокогорья. Так, если на равнине в состоянии покоя в течение одной минуты из организма удаляется приблизительно 0,2 л СО 2 , а при напряженной работе-1,5-1,7 л, то в условиях высокогорья в среднем за минуту организм теряет около 0,3-0.35 л СО 2 в состоянии покоя и до 2,5 л при напряженной мышечной работе. В результате в организме возникает недостаток СО 2 - так называемая гипокапния, характеризующаяся снижением парциального давления углекислого газа в артериальной крови. Но ведь углекислый газ играет важную роль в регулировании процессов дыхания, кровообращения и окисления. Серьезный недостаток СО 2 может привести к параличу дыхательного центра, к резкому падению артериального давления, ухудшению работы сердца, к нарушению нервной деятельности. Так, снижение артериального давления СО 2 на величину от 45 до 26 мм. р т. ст. снижает кровообращение мозга почти наполовину. Вот почему в баллоны, предназначенные для дыхания на больших высотах, заполняют не чистый кислород, а его смесь с 3-4% углекислого газа.

Понижение содержания СО 2 в организме нарушает кислотно-щелочное равновесие в сторону избытка щелочей. Стараясь восстановить это равновесие, почки в течение нескольких дней усиленно удаляют из организма вместе с мочой этот как бы избыток щелочей. Тем самым достигается кислотно-щелочное равновесие на новом, более низком уровне, которое и является одним из основных признаков завершения периода адаптации (частичной акклиматизации). Но при этом нарушается (уменьшается) величина щелочного резерва организма. При заболевании горной болезнью уменьшение этого резерва способствует дальнейшему ее развитию. Это объясняется тем, что достаточно резкое уменьшение количества щелочей снижает способность крови связывать кислоты (в том числе к молочную кислоту), образующиеся при напряженной работе. Это в короткий срок изменяет кислотно-щелочное соотношение в сторону избытка кислот, которое нарушает работу ряда ферментов, приводит к дезорганизации процесса обмена веществ и, самое главное, у тяжелобольного возни­кает торможение дыхательного центра. В результате дыхание становится поверхностным, углекислый газ не полностью выводится из легких, накапливается в них и препятствует доступу кислорода к гемоглобину. При этом быстро наступает удушье.

Из всего сказанного следует, что хотя основной причиной возникновения горной болезни является недостаток кислорода в тканях организма (гипоксия), но достаточно большую роль здесь играет и недостаток углекислоты (гипокапния).

Акклиматизация

При длительном пребывании на высоте в организме наступает ряд изменений, суть которых сводится к сохранению нормальной жизнедеятельности человека. Этот процесс называется акклиматизацией. Акклиматизация - сумма приспособительно-компенсаторных реакций организма, в результате которых поддерживается хорошее общее состояние, сохраняется постоянство веса, нормальная работоспособность и нормальное протекание психологических процессов. Различают полную и неполную, или частичную, акклиматизацию.

В связи с относительно небольшим сроком пребывания в горах для горных туристов и альпинистов характерны частичная акклиматизация и адаптация-кратковременное (в отличие от окончательного или длительного) приспособление организма к новым климатическим условиям.

В процессе приспособления к недостатку кислорода в организме происходят следующие изменения:

Поскольку кора головного мозга отличается чрезвычайно высокой чувствительностью к кислородной недостаточности, организм в условиях высокогорья в первую очередь стремится удержать должное кислородное снабжение центральной нервной системы за счет уменьшения снабжения кислородом других, менее важных органов;

В значительной степени чувствительна к недостатку кислорода и система дыхания. Дыхательные органы реагируют на недостаток кислорода сначала более глубоким дыханием (увеличением его объема):

Таблица 2

а затем уже и нарастанием частоты дыхания:

В результате некоторых реакций, обусловленных кислородной недостаточностью, в крови увеличивается не только количество эритроцитов (красных кровяных телец, содержащих гемоглобин), но и количество самого гемоглобина (рис. 4).

Все это вызывает увеличение кислородной емкости крови, то есть возрастает способность крови переносить кислород к тканям и таким образом снабжать ткани необходимым его количеством. Следует отметить, что увеличение числа эритроцитов и процентного содержания гемоглобина бывает более выраженным, если восхождение сопровождается интенсивной мышечной нагрузкой, то есть если процесс адаптации носит активный характер. Степень и темп роста числа эритроцитов и содержания гемоглобина зависят также от географических особенностей тех или иных горных районов.

Увеличивается в горах и общее количество циркулирующей крови. Однако нагрузка на сердце при этом не возрастает, так как одновременно происходит расширение капилляров, увеличивается их число и протяженность.

В первые дни пребывания человека в условиях высокогорья (особенно у малотренированных людей) увеличивается минутный объем сердца, возрастает пульс. Так, у физически слабо подготовленных горовосходителей на высоте 4500м пульс возрастает в среднем на 15, а на высоте 5500 м - на 20 ударов в минуту.

По окончании процесса акклиматизации на высотах до 5500 м все эти параметры снижаются до нормальных величин, характерных для обычной деятельности на низких высотах. Восстанавливается и нормальная работоспособность желудочно-кишечного тракта. Однако на больших высотах (бо­лее 6000 м) пульс, дыхание, работа сердечно-сосудистой системы так и не снижаются до нормального значения, ибо здесь некоторые органы и системы человека постоянно находятся в условиях определенного напряжения. Так, даже в период сна на высотах 6500-6800 м частота пульса составляет около 100 ударов в минуту.

Совершенно очевидно, что для каждого человека периоднеполной (частичной) акклиматизации имеет различную длительность. Значительно быстрее и с меньшими функциональными отклонениями она наступает у физически здоровых людей в возрасте от 24 до 40 лет. Но в любом случае 14-дневный срок пребывания в горах в условиях активной акклиматизации является достаточным для приспособления нормального организма к новым климатическим условиям.

Для исключения вероятности серьезного заболевания горной болезнью, а также для сокращения сроков акклиматизации можно рекомендовать следующий комплекс мероприятий, проводимых как до выезда в горы, так и в период путешествия.

Перед длительным высокогорным путешествием, включающим в трассу своего маршрута перевалы выше 5000 м, все кандидаты должны быть подвергнуты специальному врачебно-физиологическому обследованию. Лица, плохо переносящие кислородную недостаточность, физически недостаточно подготовленные, а также перенесшие в период предпоходной подготовки воспаление легких, ангину или серьезный грипп, к участию в таких походах не должны допускаться.

Период частичной акклиматизации можно сократить, если участники предстоящего путешествия заранее, за несколько месяцев до выхода в горы, приступят к регулярным занятиям по общефизической подготовке, особенно по повышению выносливости организма: бег на длинные дистанции, плавание, подводный спорт, коньки и лыжи. При таких тренировках в организме возникает временный недостаток кислорода, который тем выше, чем больше интенсивность и длительность нагрузки. Поскольку организм здесь работает в условиях, несколько сходных по кислородной недостаточности с пребыва­нием на высоте, у человека вырабатывается повышенная устойчивость организма к недостатку кислорода при выполнении мышечной работы. В дальнейшем в условиях гор это облегчит приспособление к высоте, ускорит процесс адаптации, сделает его менее болезненным.

Следует знать, что у физически неподготовленных к высокогорному путешествию туристов жизненная емкость легких в начале похода даже несколько уменьшается, максимальная работоспособность сердца (по сравнению с тренированными участниками) также становится меньше на 8-10%, а реакция увеличения гемоглобина и эритроцитов при кислородной недостаточности запаздывает.

Непосредственно в период похода проводятся следующие мероприятия: активная акклиматизация, психотерапия, психопрофилактика, организация соответствующего питания, применение витаминов и адаптогенов (средств, повышающих работоспособность организма), полный отказ от курения и алкоголя, систематический контроль за состоянием здоровья, применение некоторых лекарств.

Активная акклиматизация для альпинистских восхождений и для высокогорных туристских походов имеет различие в методах ее проведения. Это различие объясняется, прежде всего, существенной разницей высот объектов восхождения. Так, если для альпинистов эта высота может составлять 8842 м, то для наиболее подготовленных туристских групп она не будет превышать 6000-6500 м (несколько перевалов в районе хребтов Высокая Стена, Заалайского и некоторых других на Памире). Разница состоит и в том, что восхождение на вершины по технически сложным маршрутам совершается в течение нескольких дней, а по сложным траверсам - даже и недель (без значительной потери высоты на отдельных промежуточных этапах), в то время как в высокогорных туристских походах, имеющих, как правило, большую протяженность, на преодоление перевалов затрачивают меньше времени.

Меньшие высоты, меньший срок пребывания на этих W - сотах и более быстрый спуск со значительной потерей высоты в большей степени облегчают процесс акклиматизации для туристов, а достаточно многократное чередование подъемов и спусков смягчает, а то и вообще прекращает развитие горной болезни.

Поэтому альпинисты при высотных восхождениях вынуждены в начале экспедиции выделять до двух недель для тренировочных (акклиматизационных) восхождений на более низкие вершины, отличающихся от основного объекта восхождения на высоту порядка 1000 метров. Для туристских же групп, маршруты которых проходят через перевалы высотой 3000-5000 м, специальных акклиматизационных выходов не требуется. Для этой цели, как правило, достаточно выбора такой трассы маршрута, при которой в течение первой недели - 10 дней высота проходимых группой перевалов нарастала бы постепенно.

Поскольку наибольшее недомогание, вызванное общей усталостью еще не втянувшегося в походную жизнь туриста, ощущается обычно в первые дни похода, то даже при организации дневки в это время рекомендуется провести занятия по технике движения, по строительству снежных хижин или пещер, а также разведочные или тренировочные выходы на высоту. Указанные практические занятия и выходы должны производиться в хорошем темпе, что заставляет организм быстрее реагировать на разреженность воздуха, активнее приспосабливаться к изменениям климатических условий. Интересны в этом отношении рекомендации Н.Тенцинга: на высоте даже на биваке нужно быть физически активным - греть снеговую воду, следить за состоянием палаток, проверять снаряжение, больше двигаться, например, после установки палаток принимать участие в строительстве снежной кухни, помогать разносить готовую пищу по палаткам.

Существенное значение в профилактике горной болезни имеет и правильная организация питания. На высоте более 5000 м рацион суточного питания должен иметь не менее 5000 больших калорий. Содержание углеводов в рационе должно быть увеличено на 5-10% по сравнению с обычным питанием. На участках, связанных с интенсивной мышечной деятельностью, в первую очередь следует употреблять легко­усваиваемый углевод - глюкозу. Увеличенное потребление углеводов способствует образованию большего количества углекислоты, в которой организм испытывает недостаток. Количество потребляемой жидкости в условиях высокогорья и, особенно, при совершении интенсивной работы, связанной с движением по сложным участкам маршрута, должно быть не менее 4-5 л в сутки. Это самая решающая мера борьбы с обезвоживанием организма. Кроме того, увеличение объема потребляемой жидкости способствует выведению из организма через почки недоокисленных продуктов обмена.

Организм человека, совершающего длительную интенсивную работу в условиях высокогорья, требует повышенного (в 2-3 раза) количества витаминов, особенно тех, которые входят в состав ферментов, участвующих в регуляции окислительно-восстановительных процессов и тесно связанных с обменом веществ. Это витамины группы В , где наиболее важны B 12 и B 15 , а также B 1 , B 2 и B 6 . Так, витамин B 15 , помимо сказанного, способствует повышению работоспособности организма на высоте, существенно облегчая выполнение больших и интенсивных нагрузок, повышает эффективность использования кислорода, активизирует кислородный обмен в клетках тканей, повышает высотную устойчивость. Этот витамин усиливает механизм активной адаптации к недостатку кислорода, а также окисление жиров на высоте.

Кроме них, важную роль играют и витамины С , РР и фолиевая кислота в сочетании с глицерофосфатом железа и метацилом. Такой комплекс оказывает влияние на увеличение количества эритроцитов и гемоглобина, то есть на увеличение кислородной емкости крови.

На ускорение процессов адаптации оказывают влияние и так называемые адаптогены-женьшень, элеутерококк и акклиматизин (смесь элеутерококка, лимонника и желтого сахара). Е.Гиппенрейтер рекомендует следующий комплекс препаратов, повышающих приспособляемость организма к гипоксии и облегчающих течение горной болезни: элеутеро­кокк, диабазол, витамины А, B 1 , В 2 , B 6 , B 12 , С, РР, пантотенат кальция, метионин, глюконат кальция, глицерофосфат кальция и хлористый калий. Эффективна и смесь, предложенная Н.Сиротининым: 0,05 г аскорбиновой кислоты, 0,5 г. лимонной кислоты и 50 г глюкозы на один прием. Можно рекомендовать и сухой черносмородиновый напиток (в брикетах по 20 г), содержащий лимонную и глютаминовую кислоты, глюкозу, хлористый и фосфорнокислый натрий.

Как долго по возвращении на равнину организм сохраняет те изменения, которые произошли в нем в процессе акклиматизации?

По окончании путешествия в горах в зависимости от высоты маршрута, приобретенные в процессе акклиматизации изменения со стороны дыхательной системы, кровообращения и состава самой крови проходят достаточно быстро. Так, повышенное содержание гемоглобина снижается до нормы за 2-2,5 месяца. За такой же период снижается и повышенная способность крови к переносу кислорода. То есть акклиматизация организма к высоте сохраняется всего лишь до трех месяцев.

Правда, после многократных выездов в горы в организме вырабатывается своеобразная «память» на приспособительные реакции к высоте. Поэтому при очередном выезде в горы его органы и системы уже по «проторенным дорожкам» быстрее находят верный путь для приспособления организма к недостатку кислорода.

Оказание помощи при горной болезни

Если, несмотря на принятые меры, у кого-либо из участников высокогорного похода проявляются симптомы горной болезни, необходимо:

При головной боли принимать цитрамон, пирамидон (не более 1,5 г в сутки), анальгин (не более 1 г на разовый прием и 3 г в сутки) или их комбинации (тройчатка, пятерчатка);

При тошноте и рвоте - аэрон, кислые фрукты или их соки;

При бессоннице - ноксирон, когда человек плохо засыпает, или нембутал, когда сон недостаточно глубокий.

При применении лекарств в условиях высокогорья следует проявлять особую осторожность. В первую очередь это относится к биологически активным веществам (фенамин, фенатин, первитин), стимулирующим деятельность нервных клеток. Следует помнить, что эти вещества создают лишь крат­ковременный эффект. Поэтому их лучше применять только при крайней необходимости, да и то уже при спуске, когда продолжительность предстоящего движения не велика. Передозировка этих средств пр иводит к истощению нервной системы, к резкому снижению работоспособности. Особенно опасна передозировка этих средств в условиях длительной кислородной недостаточности.

Если группа приняла решение о срочном спуске вниз заболевшего участника, то при спуске необходимо не только систематически наблюдать за состоянием больного, но и регулярно делать инъекции антибиотиков и средств, стимулирующих сердечную и дыхательную деятельность человека (лобелии, кардиамин, коразол или норадреналин).

ВОЗДЕЙСТВИЕ СОЛНЦА

Солнечные ожоги.

От длительного воздействия солнца на организм человека на коже образуются солнечные ожоги, которые могут стать причиной болезненного состояния туриста.

Солнечная радиация - поток лучей видимого и невидимого спектра, имеющих различную биологическую активность. При облучении солнцем имеет место одновременное воздействие:

Прямой солнечной радиации;

Рассеянной (поступившей за счет рассеяния части потока прямой солнечной радиации в атмосфере или отражения от облаков);

Отраженной (в результате отражения лучей от окружающих предметов).

Величина потока солнечной энергии, приходящейся на тот или иной определенный участок земной поверхности, зависит от высоты стояния солнца, которое, в свою очередь, определяется географической широтой данного участка, временем года и суток.

Если солнце находится в зените, то его лучи проходят самый короткий путь через атмосферу. При высоте стояния солнца 30° этот путь увеличивается вдвое, а при заходе солнца - в 35,4 раза больше, чем при отвесном падении лучей. Проходя через атмосферу, особенно через нижние ее слои, содержащие во взвешенном состоянии частицы пыли, дыма и водяных паров, солнечные лучи в определенной мере поглощаются и рассеиваются. Поэтому, чем больше путь этих лучей через атмосферу, чем больше она загрязнена, тем меньшую интенсивность солнечной радиации они имеют.

С подъемом на высоту толщина атмосферы, через которую проходят солнечные лучи, уменьшается, причем исключаются наиболее плотные, увлажненные и запыленные нижние ее слои. В связи с увеличением прозрачности атмосферы интенсивность прямой солнечной радиации возрастает. Характер изменения интенсивности показан на графике (рис. 5).

Здесь интенсивность потока на уровне моря принята за 100%. Из графика видно, что величина прямой солнечной радиации в горах значительно возрастает: на 1-2% с подъемом на каждые 100 метров.

Общая интенсивность потока прямой солнечной радиации даже при одинаковой высоте стояния солнца изменяет свою величину в зависимости от сезона. Так, летом в связи с повышением температуры увеличивающаяся влажность и запыленность настолько понижают прозрачность атмосферы, что величина потока при высоте стояния солнца 30° на 20% меньше, чем зимой.

Однако не все составляющие спектра солнечных лучей изменяют свою интенсивность в одинаковой мере. Особенно резко увеличивается интенсивность ультрафиолетовых лучей-наиболее активных в физиологическом отношении: она имеет ярко выраженный максимум при высоком положении солнца (в полдень). Интенсивность этих лучей этот период в одинаковых погодных условиях время, необходимое для

покраснения кожи, на высоте 2200 м в 2,5 раза, а на высоте 5000 м в 6 раз меньше, чем на высоте 500 ветров (рис. 6). С уменьшением высоты стояния солнца эта интенсивность резко падает. Так, для высоты 1200 м эта зависимость выражается следующей таблицей (интенсивность ультрафиолетовых лучей при высоте стояния солнца 65° принята за 100%):

Таблица4

Если облака верхнего яруса ослабляют интенсивность прямой солнечной радиации обычно лишь в незначительных пределах, то более плотные облака среднего и особенно нижнего ярусов могут снизитьее донуля.

В общей величине приходящей солнечной радиации существенную роль играет рассеянная радиация. Рассеянная радиация освещает места, находящиеся в тени, а при закрытии солнца над какой-нибудь местностью плотными облаками она создает общую дневную освещенность.

Характер, интенсивность и спектральный состав рассеянной радиации связаны с высотой стояния солнца, прозрачностью воздуха и отражательной способностью облаков.

Рассеянная радиация при ясном небе без облаков, вызванная преимущественно молекулами газов атмосферы, по своему спектральному составу резко отличается как от других видов радиации, так и от рассеянной при облачном небе. Максимум энергии в ее спектре смещен в область более коротких волн. И хотя интенсивность рассеянной радиации при безоблачном небе составляет всего 8-12% от интенсивности прямой солнечной радиации, обилие в спектральном составе ультрафиолетовых лучей (до 40-50% всего количества рассеянных лучей) говорит о значительной ее физиологической активности. Обилием лучей коротковолнового спектра объясняется и ярко-голубой цвет неба, синева которого тем интенсивнее, чем чище воздух.

В нижних слоях воздуха при рассеянии солнечных лучей от крупных взвешенных частиц пыли, дыма и водяных паров максимум интенсивности смещается в область более длинных волн, в результате чего цвет неба становится белесым. При белесоватом небе или при наличии слабого тумана общая интенсивность рассеянной радиации возрастает в 1,5-2 раза.

При появлении облаков интенсивность рассеянной радиации возрастает еще сильнее. Ее величина тесно связана с количеством, формой и расположением облаков. Так, если при высоком стоянии солнца небо закрыто облаками на 50-60%, то интенсивность рассеянной солнечной радиации достигает величин, равных потоку прямой солнечной радиации. При дальнейшем увеличении облачности и особенно при ее уплотнении интенсивность снижается. При кучево-дождевых облаках она может быть даже ниже, чем при безоблачном небе.

Следует учитывать, что если поток рассеянной радиации тем выше, чем ниже прозрачность воздуха, то интенсивность ультрафиолетовых лучей в этом виде радиации прямо пропорциональна прозрачности воздуха. В суточном ходе изменения освещенности наибольшее значение рассеянной ультрафиолетовой радиации приходится на середину дня, а в годовом - на зиму.

На величину общего потока рассеянной радиации оказывает влияние и энергия лучей, отраженных от земной поверхности. Так, при наличии чистого снежного покрова рассеянная радиация увеличивается в 1,5-2 раза.

Интенсивность отраженной солнечной радиации зависит от физических свойств поверхности и от угла падения солнечных лучей. Влажный чернозем отражает всего 5% падающих на него лучей. Это объясняется тем, что отражательная способность значительно снижается при увеличении влажности и шероховатости почвы. Зато альпийские луга отражают 26%, загрязненные ледники-30%, чистые ледники и снежные поверхности - 60-70%, а свежевыпавший снег-80-90% падающих лучей. Таким образом, при движении в высокогорье по заснеженным ледникам на человека воздействует отраженный поток, практически равный прямой солнечной радиации.

Отражательная способность отдельных лучей, входящих в спектр солнечного света, не одинакова и зависит от свойств поверхности земли. Так, вода практически не отражает ультрафиолетовых лучей. Отражение последних от травы составляет всего лишь 2-4%. В то же время для свежевыпавшего снега максимум отражения смещен в область коротковолнового диапазона (ультрафиолетовых лучей). Следует знать, что количество ультрафиолетовых лучей, отраженных от земной поверхности, тем больше, чем светлее эта поверхность. Интересно отметить, что отражательная способность кожи человека для ультрафиолетовых лучей равна в среднем 1-3%, то есть 97-99% этих лучей, падающих на кожу, поглощается ею.

В обычных условиях человек сталкивается не с одним из перечисленных видов радиации (прямой, рассеянной или отраженной), а с их суммарным воздействием. На равнине это суммарное воздействие при определенных условиях может более чем в два раза превысить интенсивность облучения прямыми солнечными лучами. При путешествии же в горах на средних высотах интенсивность облучения в целом может в 3,5-4 раза, а на высоте 5000-6000 м в 5-5,5 раза превысить обычные равнинные условия.

Как уже было показано, с подъемом на высоту особенно возрастает суммарный поток ультрафиолетовых лучей. На больших высотах их интенсивность может достигать величин, превышающих интенсивность ультрафиолетового облучения при прямой солнечной радиации в условиях равнины в 8-10 раз!

Воздействуя на открытые участки тела человека, ультрафиолетовые лучи проникают в кожу человека на глубину всего лишь от 0,05 до 0,5 мм, вызывая при умеренных дозах облучения покраснение, а затем и потемнение (загар) кожи. В горах открытые участки тела подвержены воздействию солнечной радиации в течение всего светлого времени дня. Поэтому, если заранее не приняты необходимые меры по защите этих участков, легко может возникнуть ожог тела.

Внешне первые признаки ожогов, связанных с солнечной радиацией, не соответствуют степени поражения. Эта степень выявляется несколько позже. По характеру поражения ожоги в целом делятся на четыре степени. Для рассматриваемых солнечных ожогов, при которых поражению подвержены только верхние слои кожи, присущи лишь первые две (наиболее легкие) степени.

I -самая легкая степень ожога, характеризующаяся покраснением кожи в области ожога, отечностью, жжением, болью и некоторым развитием воспаления кожи. Воспалительные явления проходят быстро (через 3-5 дней). В области ожога остается пигментация, иногда наблюдается шелушение кожи.

II степень характеризуется более резко выраженной воспалительной реакцией: интенсивное покраснение кожи и, отслоение эпидермиса с образованием пузырей, наполненных прозрачной или слегка мутноватой жидкостью. Полное восстановление всех слоев кожи наступает через 8-12 дней.

Ожоги I степени лечат методом дубления кожи: обожженные участки смачивают спиртом, раствором марганцевокислого калия. При лечении ожогов II степени производят первичную обработку места ожога: протирание бензином или 0,5%-ным. раствором нашатырного спирта, орошение обожженного участка растворами антибиотиков. Учитывая возможность внесения инфекции в походных условиях, участок ожога лучше закрыть асептической повязкой. Редкая смена повязки способствует скорейшему восстановлению пораженных клеток, так как при этом не травмируется слой нежной молодой кожи.

В период горного или горнолыжного путешествия от воздействия прямых солнечных лучей больше всего страдают шея, мочки ушей, лицо и кожа наружной стороны кистей рук. В результате воздействия рассеянных, а при движении по снегу и отраженных лучей, ожогам подвергаются подбородок, нижняя часть носа, губы, кожа под коленями. Таким образом, практически любой открытый участок тела человека подвержен ожогу. В теплые весенние дни при движении в высокогорье, особенно в первый период, когда тело еще не имеет загара, ни в коем случае нельзя допускать длительного (свыше 30 минут) нахождения на солнце без рубашки. Нежные кожные покровы живота, поясницы и боковых поверхностей грудной клетки наиболее чувствительны к ультрафиолетовым лучам. Нужно стремиться к тому, чтобы в солнечную погоду, особенно в середине дня, все участки тела были защищены от воздействия всех видов солнечных лучей. В дальнейшем, при повторных многократных воздействиях ультрафиолетового облучения, кожа приобретает, загар и становится менее чувствительна к этим лучам.

Кожа рук и лица наименее восприимчива квоздействию ультрафиолетовых лучей.

Рис. 7

Но в связи с тем, что именно лицо и руки наиболее открытые участки тела, они больше всего страдают от ожоговсолнечнымилучами.Поэтому в солнечные дни, лицо следует защищать марлевой повязкой. Для того чтобы марля не лезла в рот при глубоком дыхании, целесообразно в качестве груза для оттяжки марли использовать кусок проволоки (длина 20-25 см, диаметр 3 мм}, пропущенной через нижнюю часть повязки и изогнутой по дуге (рис. 7).

При отсутствии маски части лица, наиболее подверженные ожогу, можно покрывать защитным кремом типа «Луч» или «Нивея », а губы - бесцветной губной помадой. Для защиты шеи к головному убору со стороны затылка рекомендуется подшить сложенную вдвое марлю. Особенно следует беречь плечи и кисти рук. Если при ожоге

плеч пострадавший участник не может нести рюкзак и весь его груз дополнительной тяжестью ложится на других товарищей, то при ожоге кистей пострадавший не сможет обеспечить надежной страховки. Поэтому в солнечные дни ношение рубашки с длинными рукавами обязательно. Тыльные стороны кистей рук (при движении без перчаток) необходимо покрывать слоем защитного крема.

Снежная слепота

(ожог глаз) возникает при сравнительно недолгом (в течение 1-2 часов) движении по снегу в солнечный день без защитных очков в результате значительной интенсивности ультрафиолетовых лучей в горах. Эти лучи воздействуют на роговицу и конъюктиву глаз, вызывая их ожог. Уже через несколько часов в глазах появляется резь («песок») и слезотечение. Пострадавший не может смотреть на свет, даже на зажженную спичку (светобоязнь). Наблюдается некоторое припухание слизистой оболочки, в дальнейшем может наступить слепота, которая при своевременном принятии мер бесследно проходит через 4-7 дней.

Для защиты глаз от ожогов необходимо применять защитные очки, темные стекла которых (оранжевого, темно-фиолетового, темно-зеленого или коричневого цвета) в значительной мере поглощают ультрафиолетовые лучи и снижают общую освещенность местности, препятствуя утомляемости глаз. Полезно знать, что оранжевый цвет улучшает чувство рельефа в условиях снегопада или небольшого тумана, создает иллюзию солнечного освещения. Зеленый цвет скрашивает контрасты между ярко освещенными и теневыми участками местности. Поскольку яркий солнечный свет, отраженный от белой снежной поверхности, оказывает через глаза сильное возбуждающее действие на нервную систему, то ношение защитных очков с зелеными стеклами оказывает успокаивающее действие.

Применение защитных очков из органического стекла в высокогорных и горнолыжных путешествиях не рекомендуется, так как спектр поглощаемой части ультрафиолетовых лучей у такого стекла значительно уже, и часть этих лучей, имеющих наиболее короткую длину волны и оказывающих наибольшее физиологическое воздействие, все-таки поступает к глазам. Длительное воздействие такого, даже уменьшенного количества ультрафиолетовых лучей, может, в конце концов, привести к ожогу глаз.

Также не рекомендуется брать в поход очки-консервы, плотно прилегающие к лицу. Не только стекла, но и кожа закрытого ими участка лица сильно запотевает, вызывая неприятное ощущение. Значительно лучшим является применение обычных очков с боковинками, выполненными из широкого лейкопластыря {рис. 8).

Рис. 8.

Участники длительных походов в горах должны обязательно иметь запасные очки из расчета одна пара на три человека. При отсутствии запасных очков можно временно воспользоваться повязкой на глаза из марли или наложить на глаза картонную ленту, сделав в ней предварительно узкие прорези для того, чтобы видеть лишь ограниченный участок местности.

Первая помощь при снежной слепоте: покой для глаз (темная повязка), промывание глаз 2%-ным раствором борной кислоты, холодные примочки из чайного отвара.

Солнечный удар

Тяжелое болезненное состояние, внезапно возникающее при длительных переходах в результате многочасового воздействия инфракрасных лучей прямого солнечного потока на непокрытую голову. При этом в условиях похода наибольшему воздействию лучей подвергается затылок. Происходящий при этом отток артериальной крови и резкий застой венозной крови в венах мозга ведут к его отеку и потере сознания.

Симптомы этого заболевания, а также действия группы при оказании первой помощи такие же, как и при тепловом ударе.

Головной убор, защищающий голову от воздействия сол­нечных лучей и, кроме того, сохраняющий возможность теплообмена с окружающим воздухом (вентиляции) благодаря сетке или ряду отверстий, - обязательная принадлежность участника горного путешествия.

1. По какой траектории движутся планеты вокруг Солнца?

2. Известно, что первая, вторая и третья космические скорости соответственно равны 7,9; 11,2 и 16,5км/с. Выразить эти скорости в м/с и км/ч.

3. Чему равна скорость МКС (Международной космической станции) и транспортного космического корабля «Союз-ТМ-31» после стыковки относительно друг друга?

4. Космонавты орбитальной космической станции «Салют-6» наблюдали приближение транспортного корабля «Прогресс». «Скорость корабля 4 м/с», - сказал Юрий Романенко. Относительно какого тела имел в виду космонавт скорость корабля – относительно Земли или относительно станции «Салют»?

5. Представим, что с космодрома, расположенного на экваторе, запущены четыре одинаковых спутника Земли на одинаковую высоту: на север, юг, запад, и восток. При этом каждый следующий спутник запускали через 1 мин. после предыдущего. Столкнуться ли в полёте спутники? Какой из них было легче запускать? Орбиты считать круговыми. (Ответ: спутники, запущенные вдоль экватора, столкнутся, а те, что запускают на север и юг, столкнуться не могут, т. к. они будут обращаться в разных плоскостях, угол между которыми равен углу поворота Земли за 1 мин. В сторону вращения Земли, т. е. на восток, спутник запустить легче, т. к. при этом используется скорость вращения Земли, дополняющая скорость, сообщаемую ракетой-носителем. Труднее всего запускать спутник на запад).

6. Расстояние между звёздами принято выражать в световых годах. За световой год принимается расстояние, проходимое светом в вакууме за один год. Выразить световой год в километрах. (Ответ: 9,5*10 12 км).

7. Туманность Андромеды видна невооружённым глазом, но отстоит от Земли на расстоянии 900 тыс. св. лет. Выразить это расстояние в километрах. (Ответ: 8,5*10 18 км) .

8. Скорость искусственного спутника Земли 8 км/с, а пули винтовки 800 м/с. Какое из этих тел движется быстрее и во сколько раз?

9. За какое время свет проходит расстояние от Солнца до Земли? (Ответ: 8 мин 20 с).

10. Самая близкая к нам звезда находится в созвездии Центавра. Свет от неё идёт до Земли 4,3 года. Определить расстояние до данной звезды. (Ответ: 270 000 а.е.).

11. Советский космический корабль «Восток-5» с Валерием Быковским на борту 81 раз облетел вокруг Земли. Подсчитать расстояние (в а.е.), пройденное кораблём, считая орбиту круговой и отстоящей от поверхности Земли на 200 км. (Ответ: 0,022 а.е.) .

12. Экспедиция Магеллана совершила кругосветное путешествие за 3 года, а Гагарин облетел земной шар за 89 минут. Пути, пройденные ими, приблизительно равны. Во сколько раз средняя скорость полёта Гагарина превышала среднюю скорость плавания Магеллана? (Ответ: 20 000) .

13. Звезда Вега, в направлении которой со скоростью 20 км/с движется наша Солнечная система, находится от нас на расстоянии 2,5*10 14 км. Через сколько времени мы бы оказались вблизи этой звезды, если бы она сама не перемещалась в мировом пространстве? (Ответ: через 400 000 лет ).

14. Какое расстояние проходит Земля при движении вокруг Солнца за секунду? за сутки? за год? (Ответ: 30 км ; 2,6 млн. км; 940 млн. км ).

15. Найти среднюю скорость движения Луны вокруг Земли, считая орбиту Луны круговой. Среднее расстояние от Земли до Луны 384 000 км, а 16. период обращения равен суток. (Ответ: 1 км/с) .

16. За какое время ракета приобретёт первую космическую скорость 7,9 км/с, если она будет двигаться с ускорением 40 м/с 2 ? (Ответ: 3,3 мин) .

17. Какое время понадобилось бы космическому кораблю, разгоняемую фотонной ракетой с постоянным ускорением 9,8 м/с 2 , чтобы достичь скорости, равной 9/10 скорости света? (Ответ: 320 суток) .

18. Космическая ракета разгоняется из состояния покоя и, пройдя расстояние 200 км, достигает скорости 11 км/с. С каким ускорением она двигалась? Каково время разгона? (Ответ: 300 м/с 2 ; 37с) .

19. Советский космический корабль-спутник «Восток-3» с космонавтом Андрияном Николаевым на борту совершил 64 оборота вокруг Земли за 95 часов. Определить среднюю скорость полёта (в км/с). Орбиту корабля считать круговой и отстоящей на 230 км от поверхности Земли. (Ответ: 7,3 км/с ).

20. На каком расстоянии от Земли должен находиться космический корабль, чтобы радиосигнал, посланный с Земли и отражённый кораблём, вернулся на Землю через 1,8 с после его отправления. (Ответ: 270 000 км ).

21. Астероид Икар обращается вокруг Солнца за 1,02 года, находясь в среднем на расстоянии 1,08 а.е. от него. Определить среднюю скорость движения астероида. (Ответ: 31,63км/с) .

22. Астероид Гидальго обращается вокруг Солнца за 14,04 года, находясь в среднем на расстоянии 5,82 а.е. от него. Определить среднюю скорость движения астероида. (Ответ: 12,38 км/с) .

23. Комета Швассмана-Вахмана движется по орбите, близкой к круговой с периодом 15,3 года на расстоянии 6,09 а.е. от Солнца. Вычислить скорость её движения. (Ответ: 11,89 км/с).

24. За какое время ракета приобретёт первую космическую скорость 7,9км/с, если она будет двигаться с ускорением 40 м/с 2 ? (Ответ: 3,3с ).

25. Спутник, двигаясь вблизи земной поверхности по эллиптической орбите, тормозится атмосферой. Как это изменит траекторию полёта? (Ответ: Уменьшение скорости переводит эллиптическую траекторию в круговую. Дальнейшее непрерывное уменьшение скорости переводит круговую орбиту в спираль. Этим и объясняется то, что первые ИСЗ существовали ограниченное время. Попадая в плотные слои атмосферы, они нагревались до огромной температуры и испарялись).

26. Можно ли создать спутник, который будет двигаться вокруг земли сколь угодно долго? (Ответ: Практически можно. На высоте порядка несколько тысяч километров сопротивление воздуха почти не влияет на полёт спутника. Кроме того, на спутнике можно установить небольшие ракеты, которые будут, по мере надобности, выравнивать скорость спутника до необходимой).

27. Человеческий организм сравнительно долго может переносить четырёхкратное увеличение своего веса. Какое максимальное ускорение можно придать кораблю, чтобы не превысить этой нагрузки на организм космонавтов, если они не снабжены средствами ослабления нагрузки? Разобрать случаи вертикального взлёта с поверхности Земли, вертикального спуска, движения по горизонтали и полёт вне поля тяготения. (Ответ: По второму закону Ньютона находим, что при отвесном старте с Земли допустимо ускорение 3g 0 , при отвесном спуске 5g 0 , при движении вокруг Земли у её поверхности – g 0 , вне поля тяготения –4g 0 ).

У каждого организма, живущего на нашей планете, имеются пределы своих возможностей. А что может выдержать человек?

Как долго мы проживем в космосе без скафандра?

На эту тему существует множество заблуждений. На самом деле мы сможем там прожить несколько минут.
Прокомментируем несколько мифов, в которые некоторые люди верят до сих пор:

Человек разорвется из-за нулевого давления.
Наша кожа слишком эластичная, чтобы разорваться. Вместо этого наше тело лишь слегка раздуется.
У человека закипит кровь.
В вакууме температура кипения жидкостей действительно ниже, чем на Земле, но кровь будет внутри организма, где давление по прежнему сохранится.
Человек замерзнет из-за низких температур.
В открытом космосе практически ничего нет, поэтому нам будет попросту ничему отдавать свое тепло. Но прохладу мы будем чувствовать все равно, так как с кожи будет испаряться вся влага.

А вот нехватка кислорода может убить человека в первую очередь. Даже если мы попытаемся задержать дыхание, воздух все равно будет вырываться из наших легких с огромной силой и скоростью. В итоге, через 10-20 секунд человек потеряет сознание. Потом в течении одной-двух минут его еще можно будет спасти, вовремя подобрав и оказав необходимую медицинскую помощь, но позже уже нет.

Какой удар током мы можем выдержать?

Электрический ток, проходя через тело человека, может вызвать два вида поражений - электрический удар и электрическую травму.

Более опасен электрический удар, так как при нем поражается весь организм. Смерть наступает от паралича сердца или дыхания, а иногда от того и другого одновременно.

Электрическими травмами называют поражение током внешних частей тела; это ожоги, металлизация кожи и др. Поражения током носят, как правило, смешанный характер и зависят от величины и рода тока, протекающего через тело человека, продолжительности его воздействия, путей, по которым проходит ток, а также от физического и психического состояния человека в момент поражения.

Переменный ток промышленной частоты человек начинает ощущать при 0,6 - 15 мА. Ток 12 - 15 мА вызывает сильные боли в пальцах и кистях. Человек выдерживает такое состояние 5-10 с и может самостоятельно оторвать руки от электродов. Ток 20 - 25 мА вызывает очень сильную боль, руки парализуются, затрудняется дыхание, человек не может самостоятельно освободиться от электродов. При токе 50 - 80 мА наступает паралич дыхания, а при 90-100 мА - паралич сердца и смерть.

Как много мы можем съесть?

Наш желудок может вмещать в себя 3-4 литров еды и питья. Но что если попытаться съесть больше? Практически это невозможно, потому что в этом случае все начнет выходить наружу.

Однако умереть от переедания вполне реально.
Для этого необходимо наполнить себя продуктами, которые могут вступать друг с другом в химические реакции, и образованный при этом газ сможет привести к разрыву желудка.

Как долго мы можем бодрствовать?

Известно, что летчики ВВС, после трех-четырех дней бодрствования впадали в настолько неуправляемое состояние, что разбивали свои самолеты (засыпая за штурвалом). Даже одна ночь без сна влияет на способности водителя так же, как и опьянение. Абсолютный предел добровольного сопротивления сну, составляет 264 часа (около 11 дней). Этот рекорд установил 17-летний Рэнди Гарднер, для ярмарки научных проектов учащихся старших классов в 1965 году. Перед тем, как он заснул в 11-й день, он, фактически представляя собой растение с открытыми глазами.

В июне этого года 26-летнй китаец умер через 11 дней, проведенных без сна в попытке просмотреть все игры Европейского Чемпионата. При этом он потреблял алкоголь и курил, что затрудняет точно установить причину смерти. Но только по причине недостатка сна, определенно, не умер ни один человек. И по очевидным этическим причинам ученые не могут определить этот срок в лабораторных условиях.
Но они смогли сделать это на крысах. В 1999 году исследователи сна из Университета Чикаго поместили крыс на вращающийся диск, расположенный над бассейном с водой. Они непрерывно записывали поведение крыс при помощи компьютерной программы, способной распознать наступление сна. Когда крыса начинала засыпать, диск неожиданно поворачивался, пробуждая ее, отбрасывая ее к стенке и угрожая сбросить ее в воду. Крысы, как правило, умирали через две недели такого обращения. Перед смертью грызуны демонстрировали симптомы гиперметаболизма, состояния, в котором скорость метаболизма организма в состоянии покоя увеличивается настолько, что сжигаются все излишние калории, даже при полной неподвижности тела.
Гиперметаболизм ассоциируется с недостатком сна.

Как много радиации мы способны выдержать?

Радиация представляет собой долговременную опасность, так как она вызывает мутации ДНК, меняя генетический код таким образом, что это приводит к раковому росту клеток. Но какая доза радиации убьет вас немедленно? По словам Питера Каракаппа, инженера-ядерщика и специалиста по радиационной безопасности в Политехническом Институте Ренслера, доза в 5-6 зивертов (Sv) в течение нескольких минут разрушит слишком много клеток, чтобы организм смог с этим справиться. "Чем дольше период накопления дозы, тем выше шансы на выживание, так как организм в это время пытается провести самовосстановление", - пояснил Каракаппа.

Для сравнения, некоторые рабочие на японской атомной электростанции Фукусима получили от 0.4 до 1,5 зивертов радиации в течение часа, во время противостояния аварии в марте прошлого года. Хотя они и выжили, риск заболевания раком у них значительно повышен, говорят ученые.

Даже если удастся избежать аварий на АЭС и взрывов сверхновых, естественный радиационный фон на Земле (от таких источников, как уран в почве, космические лучи и медицинские устройства) увеличивают наши шансы заболеть раком в любой год на 0.025 процента, говорит Каракаппа. Это устанавливает несколько странный предел продолжительности жизни человека.

"Средний человек... получая среднюю дозу фоновой радиации каждый год в течение 4000 лет, в отсутствии других факторов, неизбежно получит рак, вызванный радиацией", - говорит Каракаппа. Другими словами, даже если мы сможем победить все болезни, и отключить генетические команды, которые управляют процессом старения, мы все равно не будем жить более 4000 лет.

Какое ускорение мы можем выдержать?

Грудная клетка защищает наше сердце от сильных ударов, но она не является надежной защитой от рывков, которые стали сегодня возможны благодаря развитию технологии. Какое ускорение способен выдержать этот наш орган?

НАСА и военные исследователи проведи ряд испытаний в попытке ответить на этот вопрос. Целью этих испытаний была безопасность конструкций космических и воздушных летательных аппаратов. (Мы же не хотим, чтобы астронавты теряли сознание при взлете ракеты.) Горизонтальное ускорение - рывок в бок - оказывает отрицательное влияние на наши внутренности, из-за асимметричности воздействующих сил. Согласно недавно опубликованной в журнале "Popular Science" статье, горизонтальное ускорение величиной в 14 g способно оторвать наши органы друг от друга. Ускорение вдоль тела в направлении головы может сместить всю кровь к ногам. Такое вертикальное ускорение величиной от 4 до 8 g лишит вас сознания. (1 g - это та сила тяжести, которую мы ощущаем на земной поверхности, в 14 g - эта сила тяжести на планете, в 14 раз массивнее нашей.)

Ускорение, направленное вперед или назад, является наиболее благоприятным для тела, так как при этом и голова и сердце ускоряются одинаково. Проведенные военными в 1940-х и в 1950-х годах эксперименты по "торможению человека" (в которые, в сущности, использовались ракетные салазки, двигающиеся по всей базе ВВС "Edwards" в Калифорнии), показали, что мы можем тормозить с ускорением 45 g, и при этом остаться в живых, чтобы рассказать об этом. При таком торможении, двигаясь со скоростью выше 1000 км в час, вы можете остановиться за доли секунды, проехав несколько сотен футов. При торможении в 50 g, мы, по оценкам специалистов, мы, вероятно, превратимся в мешок с отдельными органами.

Как долго мы можем жить без кислорода?

Обычный человек может находиться без воздуха максимум 5 минут, тренированный - до 9 минут. Потом у человека начинаются конвульсии, наступает смерть. Основная опасность, которая подстерегает человека при длительном отсутствии поступления воздуха - кислородное голодание головного мозга, очень быстро приводящее к потере сознания и летальному исходу.

Фридайверы - это любители погружения на глубину без всякого снаряжения. Они используют различные техники, которые позволяют натренировать свой организм и обходиться без воздуха длительное время без губительных последствий. От таких тренировок в организме происходят изменения, которые адаптируют человека к кислородному голоданию, - замедление сердечного ритма, повышение уровня гемоглобина, отток крови от конечностей к жизненно важным органам. На глубине более 50 м альвеолы* заполняются плазмой, это поддерживает нужный объем легких, предохраняют их от сжатия и разрушения. Подобные изменения в организме исследователи обнаружили у ловцов жемчуга, которые способны нырять на большие глубины и находиться там от 2 до 6 мин.

3 июня 2012 года в прямом эфире немецкий дайвер Том Ситас провел под водой более двух десятков минут на глазах у изумленной толпы. Рекорд составляет 22 мин 22 сек.

* Альвеола - концевая часть дыхательного аппарата в лёгком, имеющая форму пузырька, открытого в просвет альвеолярного хода. Альвеолы участвуют в акте дыхания, осуществляя газообмен с лёгочными капиллярами.

Какова летальная доза яблок?

Около 1,5 мг цианистого водорода на килограмм тела человека.

Мы все знаем, что яблоки полезны и вкусны. Однако их семена содержат небольшое количество соединения, которое превращается в опасный токсин цианистый водород или синильную кислоту при переваривании.

По оценкам в яблоке содержится около 700 мг цианистого водорода на килограмм сухого веса, а около 1,5 мг цианида на килограмм тела человека может убить. Это значит, что для этого нужно прожевать и проглотить полчашки семечек от яблок за один присест.

Симптомы легкого отравления цианидом включают в себя: спутанность сознания, головокружение, головную боль и рвоту. Большие дозы могут привести к проблемам с дыханием, почечной недостаточности и в редких случаях к смерти.

Но ничего этого не произойдет, если не прожевывать и не перемалывать семечки яблок, а глотать их целиком. Так они пройдут через пищеварительную систему, не причинив вреда.

По сравнению с другими млекопитающими мы взрослеем очень медленно. По медицинским критериям пубертатный возраст у человека начинается в 12-13 лет, подростковый период продолжается до 17-18 лет. После этого девушки обычно уже не прибавляют в росте, а юноши могут расти примерно до 26 лет. То есть на рост и развитие нам отпущена существенная часть жизни.

Мелкие животные растут быстрее, крупные — медленнее. Но даже если сравнивать нас не с быстро растущими и плодящимися мышами, а с млекопитающими более солидных размеров, разница очевидна. Кошки и собаки живут 15-20 лет, но в среднем уже в год достигают размера взрослого животного, а половое созревание наступает еще раньше. Лошадь живет до 25-30 лет, а полного развития достигает в 4-5 лет. У слона, который по продолжительности жизни сравним с человеком (60-70 лет), половая зрелость наступает в 8-12 лет. Наконец, наши ближайшие родственники, шимпанзе, достигают половой зрелости в 6-8 лет.

А по скорости набора роста в детстве человек, как отмечают авторы статьи, больше похож не на млекопитающих, а на рептилий, которые растут всю жизнь, но очень медленно. Мальчики и девочки начинают стремительно вытягиваться в пубертате (с 12-13 лет), а до этого прибавка в росте гораздо менее заметна.

Загадку медленного роста человека пытались разгадать антропологи из Северо-Западного университета, о результатах они написали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

Оказалось, медленным ростом человек расплачивается за свой большой мозг, который пожирает львиную долю энергии.

Впервые ученые детально исследовали развитие человека от рождения до взрослости, используя разные методы сканирования мозга — ПЭТ (позитронно-эмиссионную томографию) и МРТ (магнитно-резонансную томографию). Этими методами они измеряли объем мозга и потребление глюкозы, то есть энергетические затраты. А затем сравнили эти показатели мозга с ростом тела.

До сих пор считалось, что мозг поглощает больше всего энергии у новорожденного младенца, так как отношение размера мозга к телу в этот момент максимально. Но теперь исследователи подсчитали, что

максимальное количество глюкозы мозг поглощает в возрасте 4- 5 лет. В этот период энергетические затраты мозга составляют 66% энергии метаболизма в покое.

Это гораздо больше, чем тратят на развитие мозга наши ближайшие родственники — человекообразные обезьяны.

И выяснилось, что в этот период рост тела сильно замедляется. Получается, что мозг просто-напросто «объедает» весь остальной организм, для роста не хватает энергии.

«После какого-то возраста становится трудно определить возраст ребенка по его росту, — замечает Кристофер Кузава, первый автор исследования. — Мы скорее можем судить о возрасте по его речи и поведению. Наша работа показала, почему так происходит. Когда мозг развивается наиболее бурно, рост тела почти останавливается, потому что мозг забирает все ресурсы».

Как объясняют исследователи,

на пике энергетических затрат в мозге максимально увеличивается число синапсов — контактов между нервными клетками.

Такая сеть контактов дает возможность ребенку в этом возрасте учиться очень многим вещам, которые будут ему нужны в дальнейшем.

Большой мозг вообще дорого обходится человеку, и первое неудобство, которое он испытывает, — это тяжелые роды, так как у новорожденного большая голова. А чтобы приобрести сложнейшую систему контактов между нейронами, мозгу человека требуется много энергии (калорийная пища) и длительный период развития. В течение длинного детства ребенок обучается массе разных вещей, которые делают человека человеком, в первую очередь, конечно, овладевает речью. Длинное детство диктует и особенности человеческих семейных отношений: родители долго заботятся о ребенке и при этом не только растят его, но и воспитывают и учат.

Еще одна деталь жизни человека и человекообразных обезьян привлекла внимание ученых и породила гипотезу. В отличие от подавляющего большинства млекопитающих женщины и самки высших приматов довольно долго живут после окончания репродуктивного периода, то есть после наступления менопаузы. С точки зрения биологии жизнь после репродукции бесполезна, так как ресурсы тратятся, а размножения не происходит.

Для объяснения этого феномена у человека и других высших приматов .

Женские особи, вышедшие из репродуктивного возраста, начинают «работать бабушками» и помогают своим дочерям растить детей. Тем самым они повышают выживаемость этих детей, увеличивая шансы на сохранение и передачу своих генов.

А дети с родительской и бабушкиной заботой могут довольно долго оставаться маленькими и беспомощными, что дает им возможность растить большой мозг и развивать интеллект. Круг замкнулся, можно читать сначала.

ВВЕДЕНИЕ

1. Привести примеры космических физических тел.
2. Когда был запущен первый искусственный спутник Земли?
3. Кто стал первым космонавтом Земли?
4. Когда состоялся первый полёт человека в космос?
5. О каких достижениях современной космонавтики вы знаете?

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

1. По какой траектории движутся планеты вокруг Солнца?

2. Известно, что первая, вторая и третья космические скорости соответственно равны 7,9; 11,2 и 16,5км/с. Выразить эти скорости в м/с и км/ч.

3. Чему равна скорость МКС (Международной космической станции) и транспортного космического корабля «Союз-ТМ-31» после стыковки относительно друг друга?

4. Космонавты орбитальной космической станции «Салют-6» наблюдали приближение транспортного корабля «Прогресс». «Скорость корабля 4 м/с», - сказал Юрий Романенко. Относительно какого тела имел в виду космонавт скорость корабля – относительно Земли или относительно станции «Салют»?

5. Представим, что с космодрома, расположенного на экваторе, запущены четыре одинаковых спутника Земли на одинаковую высоту: на север, юг, запад, и восток. При этом каждый следующий спутник запускали через 1 мин. после предыдущего. Столкнуться ли в полёте спутники? Какой из них было легче запускать? Орбиты считать круговыми. (Ответ: спутники, запущенные вдоль экватора, столкнутся, а те, что запускают на север и юг, столкнуться не могут, т. к. они будут обращаться в разных плоскостях, угол между которыми равен углу поворота Земли за 1 мин. В сторону вращения Земли, т. е. на восток, спутник запустить легче, т. к. при этом используется скорость вращения Земли, дополняющая скорость, сообщаемую ракетой-носителем. Труднее всего запускать спутник на запад).

6. Расстояние между звёздами принято выражать в световых годах. За световой год принимается расстояние, проходимое светом в вакууме за один год. Выразить световой год в километрах. (Ответ: 9,5*10 12 км).

7. Туманность Андромеды видна невооружённым глазом, но отстоит от Земли на расстоянии 900 тыс. св. лет. Выразить это расстояние в километрах. (Ответ: 8,5*10 18 км) .

8. Скорость искусственного спутника Земли 8 км/с, а пули винтовки 800 м/с. Какое из этих тел движется быстрее и во сколько раз?

9. За какое время свет проходит расстояние от Солнца до Земли? (Ответ: 8 мин 20 с).

10. Самая близкая к нам звезда находится в созвездии Центавра. Свет от неё идёт до Земли 4,3 года. Определить расстояние до данной звезды. (Ответ: 270 000 а.е.).

11. Советский космический корабль «Восток-5» с Валерием Быковским на борту 81 раз облетел вокруг Земли. Подсчитать расстояние (в а.е.), пройденное кораблём, считая орбиту круговой и отстоящей от поверхности Земли на 200 км. (Ответ: 0,022 а.е.) .

12. Экспедиция Магеллана совершила кругосветное путешествие за 3 года, а Гагарин облетел земной шар за 89 минут. Пути, пройденные ими, приблизительно равны. Во сколько раз средняя скорость полёта Гагарина превышала среднюю скорость плавания Магеллана? (Ответ: 20 000) .

13. Звезда Вега, в направлении которой со скоростью 20 км/с движется наша Солнечная система, находится от нас на расстоянии 2,5*10 14 км. Через сколько времени мы бы оказались вблизи этой звезды, если бы она сама не перемещалась в мировом пространстве? (Ответ: через 400 000 лет ).

14. Какое расстояние проходит Земля при движении вокруг Солнца за секунду? за сутки? за год? (Ответ: 30 км ; 2,6 млн. км; 940 млн. км ).

15. Найти среднюю скорость движения Луны вокруг Земли, считая орбиту Луны круговой. Среднее расстояние от Земли до Луны 384 000 км, а 16. период обращения равен суток. (Ответ: 1 км/с) .

16. За какое время ракета приобретёт первую космическую скорость 7,9 км/с, если она будет двигаться с ускорением 40 м/с 2 ? (Ответ: 3,3 мин) .

17. Какое время понадобилось бы космическому кораблю, разгоняемую фотонной ракетой с постоянным ускорением 9,8 м/с 2 , чтобы достичь скорости, равной 9/10 скорости света? (Ответ: 320 суток) .

18. Космическая ракета разгоняется из состояния покоя и, пройдя расстояние 200 км, достигает скорости 11 км/с. С каким ускорением она двигалась? Каково время разгона? (Ответ: 300 м/с 2 ; 37с) .

19. Советский космический корабль-спутник «Восток-3» с космонавтом Андрияном Николаевым на борту совершил 64 оборота вокруг Земли за 95 часов. Определить среднюю скорость полёта (в км/с). Орбиту корабля считать круговой и отстоящей на 230 км от поверхности Земли. (Ответ: 7,3 км/с ).

20. На каком расстоянии от Земли должен находиться космический корабль, чтобы радиосигнал, посланный с Земли и отражённый кораблём, вернулся на Землю через 1,8 с после его отправления. (Ответ: 270 000 км ).

21. Астероид Икар обращается вокруг Солнца за 1,02 года, находясь в среднем на расстоянии 1,08 а.е. от него. Определить среднюю скорость движения астероида. (Ответ: 31,63км/с) .

22. Астероид Гидальго обращается вокруг Солнца за 14,04 года, находясь в среднем на расстоянии 5,82 а.е. от него. Определить среднюю скорость движения астероида. (Ответ: 12,38 км/с) .

23. Комета Швассмана-Вахмана движется по орбите, близкой к круговой с периодом 15,3 года на расстоянии 6,09 а.е. от Солнца. Вычислить скорость её движения. (Ответ: 11,89 км/с).

24. За какое время ракета приобретёт первую космическую скорость 7,9км/с, если она будет двигаться с ускорением 40 м/с 2 ? (Ответ: 3,3с ).

25. Спутник, двигаясь вблизи земной поверхности по эллиптической орбите, тормозится атмосферой. Как это изменит траекторию полёта? (Ответ: Уменьшение скорости переводит эллиптическую траекторию в круговую. Дальнейшее непрерывное уменьшение скорости переводит круговую орбиту в спираль. Этим и объясняется то, что первые ИСЗ существовали ограниченное время. Попадая в плотные слои атмосферы, они нагревались до огромной температуры и испарялись).

26. Можно ли создать спутник, который будет двигаться вокруг земли сколь угодно долго? (Ответ: Практически можно. На высоте порядка несколько тысяч километров сопротивление воздуха почти не влияет на полёт спутника. Кроме того, на спутнике можно установить небольшие ракеты, которые будут, по мере надобности, выравнивать скорость спутника до необходимой).

27. Человеческий организм сравнительно долго может переносить четырёхкратное увеличение своего веса. Какое максимальное ускорение можно придать кораблю, чтобы не превысить этой нагрузки на организм космонавтов, если они не снабжены средствами ослабления нагрузки? Разобрать случаи вертикального взлёта с поверхности Земли, вертикального спуска, движения по горизонтали и полёт вне поля тяготения. (Ответ: По второму закону Ньютона находим, что при отвесном старте с Земли допустимо ускорение 3g 0 , при отвесном спуске 5g 0 , при движении вокруг Земли у её поверхности – g 0 , вне поля тяготения –4g 0 ).

МАССА ТЕЛ. ПЛОТНОСТЬ

1. Сравнить массу Земли с массой Солнца.

2. Найти отношение массы Солнца к суммарной массе восьми больших планет солнечной системы. (Ответ: около740) .

3. Масса третьего советского искусственного спутника Земли составляла 1327 кг, а первые четыре американских спутника имели следующие массы: «Эксплорер-1» -13,9 кг, «Авангард-1» - 1,5 кг, «Эксплорер-3» - 14,1 кг («Эксплорер-2» не вышел на орбиту), «Эксплорер-4» - 17,3 кг. Подсчитать отношение массы третьего искусственного спутника к суммарной массе четырёх американских спутников. (Ответ: 28).

4. Какое тело Солнечной системы имеет самую большую массу?

5. Космонавт, находящийся в открытом космосе, тянет за трос, другой конец которого прикреплён к космическому кораблю. Почему корабль не приобретает какой-либо значительной скорости в направлении к космонавту? ( Ответ: масса космического аппарата во много раз превышает массу космонавта, поэтому корабль дополнительно приобретает ничтожно малую скорость).

6. Плотность земной коры составляет 2700кг/м 3 , а средняя плотность всей планеты 5500кг/м 3 . Чем это можно объяснить? Какой вывод можно сделать о плотности вещества в центре Земли, исходя из этих данных?

СИЛА ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ. СИЛА ТЯЖЕСТИ. НЕВЕСОМОСТЬ

1. Под действием какой силы изменяется направление движения ИСЗ, запущенных в околопланетное пространство?

2. Сила тяги ракетных двигателей космического корабля, стартующего вертикально вверх, 350кН, а сила тяжести корабля 100кН. Изобразите эти силы графически. Масштаб: 1см – 100кН.

3. Вокруг Земли вращается автоматическая станция. Одинакова ли сила тяжести, действующая на станцию в случаях, когда она находилась на стартовой площадке и на орбите?

4. Масса самоходного аппарата-лунохода 840кг. Какая сила тяжести действовала на луноход, когда он находился на Земле и на Луне? ( Ответ: 8200 Н на Земле; 1370 Н на Луне) .

5. Известно, что на Луне на тело массой 1кг действует сила тяжести, равная 1,62 Н. определить каким будет на Луне вес космонавта, масса которого 70кг.

6. Самый крупный в нашей стране телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 6м установлен в Ставропольском крае на горе Пастухова, его вес составляет 8500кН. Определить его массу.

7. Космонавты решили определить массу планеты, на которую их доставил ракетоплан. Для этой цели они использовали пружинные весы и килограммовую гирю. Каким образом они выполнили своё намерение, если радиус планеты им был известен заранее из астрономических измерений? (Ответ: воспользовавшись пружинными весами, следует измерить вес гири на этой планете. Затем воспользоваться закон всемирного тяготения, из которого получаем: (Ответ: ) .

8. На каком расстоянии от центра Земли находится барицентр (центр тяжести) системы Земля-Луна? (Ответ: По закону всемирного тяготения ; ) .

9. Вычислить силу, прижимающую космонавта массой 80кг к сидению кабины: а) перед началом подъёма корабля; б) при вертикальном подъёме на участке, где ракета движется с ускорением 60м/с 2 ; в) при полёте по орбите. (Ответ: 800Н; 5600Н; 0) .

10. Радиус планеты Марс составляет 0,53 радиуса Земли, а масса – 0,11 массы Земли. Во сколько раз сила притяжения на Марсе меньше силы притяжения того же тела на Земле? (Ответ: 2,55) .

11. Радиус планеты Юпитер составляет 11,2 радиуса Земли, а масса – 318 массы Земли. Во сколько раз сила притяжения на Юпитере больше силы притяжения того же тела на Земле? (Ответ: 2,5) .

12. Радиус планеты Венера составляет 0,95 радиуса Земли, а масса – 0,82 массы Земли. Во сколько раз сила притяжения на Венере меньше силы притяжения того же тела на Земле? (Ответ: 1,1) .

13. Радиус планеты Сатурн составляет 9,5 радиуса Земли, а масса – 95,1 массы Земли. Во сколько раз сила притяжения на Сатурне отличается от силы притяжения того же тела на Земле? (Ответ: 1,05) .

14. Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. Найти на линии, соединяющей центры Земли и Луны, точку, в которой равны друг другу силы притяжения Земли и Луны, действующие на помещённое в этой точке тело. ((Ответ: Искомая точка находится от центра - Луны на расстоянии 0,1 S, где S – расстояние между центрами Земли и Луны) .

15. Найти на каком расстоянии от центра Земли период обращения ИСЗ будет равен 24 часам, так что спутник сможет занимать относительно вращающейся Земли неизменное положение. (Ответ: 42 200км ).

16. Радиус одного их астероидов r = 5км. Допустим, что плотность астероида равна =5,5кг/м 3 , найти ускорение силы тяжести на его поверхности. (Ответ : 0,008м/с 2 ).

17. Подсчитать ускорение свободного падения на поверхности Солнца, если известны: радиус земной орбиты R = 1,5*10 8 км, радиус Солнца r = 7*10 5 км и время обращения Земли вокруг Солнца Т = 1 год. (Ответ: 265м/с 2 ).

18. Герои романа Жюль Верна «Из пушки на Луну» летели в снаряде. Пушка «Колумбиада» имела длину ствола 300м. Учитывая, что для полёта на Луну снаряд при выстреле из ствола должен был бы иметь скорость не менее 11,1км/с, подсчитать во сколько раз «возрастал вес» пассажиров внутри ствола. Движение внутри ствола считать равноускоренным. (Ответ: более чем в 20 000 раз) .

19. По закону всемирного тяготения Луна притягивается и к Земле и к Солнцу. К чему сильнее и во сколько раз? (Ответ: К Солнцу в два с лишним раза сильнее).

20. Как объяснить кажущееся противоречие между результатами, полученными при решении предыдущей задачи, и тем фактом, что Луна остаётся спутником Земли, а не Солнца? (Ответ: Земля и Луна притягиваются к Солнцу не порознь, а как одно тело. Точнее говоря, к Солнцу притягивается общий центр тяжести системы Земля-Луна, называемый барицентром. Он и обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите. Земля и Луна обращаются вокруг барицентра, совершая полный оборот за месяц. По остроумному выражению замечательного популяризатора точных наук Я.И.Перельмана, Солнце «не вмешивается во внутренние отношения Земли и Луны, «точнее – почти не вмешивается».)

21. Вообразим, что на Луне в точках, наиболее и наименее удалённых от Земли, находятся два космонавта. Какой из них будет весить больше в тот момент, когда Луна окажется на отрезке, соединяющем центры Земли и Солнца? (Ответ: Диаметр Луны по сравнению с её расстоянием до Солнца мал. Поэтому Солнце мало изменит лунный вес космонавта. Земля же, находясь ближе к Луне, окажет существенное влияние. Поэтому космонавт, находящийся в точке, расположенной ближе к Земле, будет весить меньше).

22. На какой высоте над поверхностью Земли вес тела будет втрое меньше, чем на её на поверхности? (Ответ: H = R Земли ( - 1) .

23. В 1935 г. в созвездии Кассиопеи была открыта звезда, названная белым карликом Кейпера. Радиус её равен 3300км, а масса в 2,8 превышает массу Солнца. Радиус Солнца – 3,48*10 5 км, а масса – 2*10 30 кг.
а) Какова плотность вещества звезды?
б) Каково ускорение свободного падания на её поверхности?
в) Сколько весил бы 1см 3 земного воздуха (плотность 0,0013 г/см 3) на поверхности звезды? Влияние атмосферы звезды не учитывать.
г) Если вещество звезды однородно, то сколько весит 1см 3 этого вещества на самой звезде? ( Ответ: 36т/см 3 ; 35 000км/с 2 ; 45т; 130 млн. т) .

24. Одинаково ли растянет пружину динамометра одно и тоже тело на Земле и на Луне?

25. Представьте себе, что в земле прорыт сквозной колодец, проходящий через её центр. Каким было бы движение камня, брошенного в такой колодец? Докажите, что камень через некоторое время остановился бы, если бы не сгорел. Где произошла бы остановка? Если бы в колодце создать вакуум, то движение камня продолжалось бы бесконечно долго. Однако и тогда эту систему нельзя было бы считать вечным двигателем. Почему? (Ответ: колебательным; В центре Земли скорость камня была бы максимальной. Вследствие силы сопротивления воздуха колебания камня были бы затухающими. Камень остановился бы в центре Земли. Следует различать существующее в природе вечное движение и вечный двигатель. Под вечным двигателем понимается машина, совершающая работу без уменьшения запасов сообщённой ей энергии. Если рассматриваемый камень заставить производить работу, то кинетическая энергия камня будет уменьшаться. Следовательно, он не вечный двигатель. Вечный двигатель принципиально невозможен, и изобретать его бесполезно).

26. Почему ИСЗ не падают на Землю под влиянием силы тяжести? (Ответ: они падают, но не успевают упасть Скорость их движения такова, что, «упав» на какое расстояние ВС по вертикали, спутник успевает переместиться на расстояние АВ по горизонтали. В результате он оказывается на таком же расстоянии от поверхности Земли, что и раньше).

27. Почему тела внутри космического корабля, летящего с выключенными двигателями, невесомы?

28. В чём ошибка следующего утверждения: «Так как масса Солнца в 300 000 раз больше массы Земли, то Солнце должно сильнее притягивать Землю?»

29. Какие явления убеждают нас в существовании всемирного тяготения?

30. Известно, что детскую игрушку ванька-встаньку невозможно заставить лежать. Проверьте, будет ли сохранять ванька-встанька горизонтальное (лежачее) положение при свободном падении. (При выполнении этого опыта необходимо, чтобы игрушка падала на что-то мягкое, иначе она может разбиться).

31. Можно ли на космическом корабле-спутнике, двигающемся по круговой орбите вокруг Земли, взвешивать на пружинных или рычажных весах? (Ответ: Нет).

32. Могут ли космонавты в случае необходимости пользоваться на корабле-спутнике Земли обычным медицинским термометром? (Ответ: Да).

33. Чтобы восполнить потери воздуха для жизнеобеспечения на орбитальной станции «Салют», транспортный корабль «Прогресс» доставил баллоны с воздухом. Производит ли воздух давление на стенки баллона в условиях невесомости? Должен ли баллон для хранения газа на борту станции быть таким же прочным, как и на Земле? (Ответ: Производит, беспорядочное движение молекул существует и в состоянии невесомости. Должен).

34. Если сосуд частично заполненный жидкостью, поместить внутри космического корабля, то что произойдёт с жидкостью после выключения двигателей корабля? Разобрать два случая: для смачивающей и несмачивающей жидкости. (Ответ: несмачивающая жидкость примет форму шара (если в сосуде достаточно пространства). Смачивающая жидкость растечётся по всей поверхности сосуда, и форма, принятая жидкостью, будет зависеть от формы сосуда и степени его наполнения).

35. Одинаковая ли сила трения действует на космонавта на Луне и на Земле?

36. Как бы стала двигаться Луна, если бы исчезло тяготение между Луной и Землёй? Если бы прекратилось движение Луны по орбите?

37. Может ли космонавт определить вертикальность или горизонтальность приборов с помощью отвеса или уровня во время полёта в ИСЗ? (Ответ: не может, т.к. тела в космических кораблях находятся в состоянии невесомости) .

38. Вес тела на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Одинаковое ли усилие потребуется, чтобы сообщить скорость луноходу по горизонтальной ровной поверхности на Луне и на Земле? Время, в течение которого аппарат приобретает скорость, и другие условия считать одинаковыми. Трением пренебречь. (Ответ: Одинаково. Усилие, необходимое для изменения скорости тела при прочих равных условиях, зависит только от массы тела, которая одна и та же как на Земле, так и на Луне).

39. Какими часами можно измерять время в искусственных спутниках: песочными, ходиками или пружинными? (Ответ: пружинными) .

40. Будет ли тонуть в воде стальной ключ в условиях невесомости, например, на борту орбитальной космической станции, внутри которой поддерживается нормальное атмосферное давление воздуха? (Ответ: ключ может находиться в любой точке жидкости, поскольку в условиях невесомости на ключ не действуют ни сила тяжести, ни архимедова сила) .

41. Плотность пенистой стали (стали с пузырьками газа) почти такая же, как у бальзы. Такая сталь получается, когда при затвердевании в расплавленном состоянии она содержит пузырьки газа. Почему пенистую сталь удаётся получать лишь в состоянии невесомости, а не в земных условиях? (Ответ: в земных условиях пузырьки газа под действием архимедовой силы успевают выделиться из стали до её затвердевания).

42. На стекле находится большая капля ртути. Какую форму она примет, если её вместе с о стеклом поместить в космический корабль, летящий с выключенными двигателями? (Ответ: сферическую, т.к. в космическом корабле, летящем с выключенными двигателями, наблюдается состояние невесомости).

43. Придумайте приспособление, позволяющее космонавту шагать в условиях невесомости, например, по полу или стенке орбитальной станции. (Ответ: например, башмаки с магнитными подошвами, если пол (стенки) станции или корабля сделаны из магнитных материалов) .

44. Ответьте на следующие вопросы: а) Как в условиях невесомости перелить воду из одного сосуда в другой? б) как нагреть воду? в) Как отразится невесомость на процессе кипячения воды? г) Как повернуть ракету вокруг её оси? Как изменить направление её полёта? д) Как измерить массу тела в условиях невесомости? е) Как создать искусственную тяжесть? ж) Нужен ли маховик поршневой машине, работающей в межпланетном пространстве? (Ответ: а) Воду из сосуда можно выдавить сжатым воздухом или надавливанием на стенки сосуда, если они эластичные. б) Спиртовка, керосинка гореть не будут, т. к. не будет конвекции воздуха, а значит, и доступа кислорода. Можно использовать паяльную лампу, инфракрасные лучи электрической спирали и токи высокой частоты. в)Т.к. при нагревании воды конвекции не будет, то нагреется ряд местных объёмов воды до кипения. пар, расширяясь, вытеснит всю воду из сосуда, прежде чем она закипит. г) С помощью небольших ракет, расположенных соответствующим образом, или изменяя направление вытекания продуктов сгорания из основной ракеты. д) На тело надо подействовать известной силой упругости (например, пружиной) и измерить ускорение, полученное телом. е) Привести корабль во вращение вокруг одной из осей его симметрии. ж) Нужен).

ДАВЛЕНИЕ. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

1. Какое давление на лунный грунт оказывал астронавт, масса которого со снаряжением 175кг, а ботинок оставлял след площадью 410см 2 ? (Ответ: 42 кН) .

2. Предполагают, что Луна когда-то была окружена атмосферой, но постепенно потеряла её. Чем это можно объяснить?

3. Зачем космонавту нужен скафандр?

4. Первый выход в открытый космос совершил Алексей Леонов 18 марта 1965г. Давление в скафандре космонавта составляло 0,4 нормального атмосферного давления. Определить числовое значение этого давления. (Ответ: 40 530 Па) .

5. На какой высоте над уровнем моря атмосферное давление равно давлению в скафандре космонавта? (Ответ: 5 км) .

6. На какую высоту на Марсе поднимется столбик ртути в барометре, если давление его атмосферы составляет 0,01 от нормального атмосферного давления Земли? (Ответ: 7,6 мм ).

7. На какую высоту на Венере поднимется столбик ртути в барометре, если давление её атмосферы у поверхности составляет в 90 раз больше нормального атмосферного давления Земли? (Ответ: 68,4 м ) .

8. Можно ли измерить давление воздуха внутри корабля-спутника Земли ртутным барометром? барометром-анероидом?

ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ. ЗАКОН АРХИМЕДА

1. Производит ли жидкость давление на стенки и дно сосуда в условиях невесомости, например на борту ИСЗ? (Ответ: не производит, т. к. давление жидкости на дно и стенки сосуда обусловлено действием силы тяжести) .

2. Каковы были бы результаты опыта по изучению давления жидкости, проводимого в лаборатории на лунной поверхности? Производит ли жидкость давление на дно и стенки сосуда на Луне? Почему? А на Марсе? (Ответ: производит, но давление меньше, чем на Земле в 6 раз; на Марсе меньше в 2,7 раз).

3. Может ли космонавт набрать жидкость в пипетку во время полёта на космическом корабле, если в кабине поддерживается нормальное атмосферное давление? (Ответ: Может) .

4. Представим себе, что в лаборатории, установленной на Луне, поддерживается нормальное атмосферное давление. Какой будет высота ртутного столба, если проделать опыт Торричелли в такой лаборатории? Не выльется ли ртуть полностью из трубки? (Ответ: Высота ртутного столба в этих условиях будет в 6 раз больше и составит 456 см. т. к. сила тяжести на Луне в 6 раз меньше. Для опыта Торричелли потребовалась бы трубка длиной 5 м) .

5. Справедливы ли законы Паскаля и Архимеда внутри корабля-спутника? (Ответ: оба справедливы) .

6. Справедлив ли закон сообщающихся сосудов внутри корабля-спутника Земли?

7. В земных условиях для испытания косморнавта в состоянии невесомости применяют различные способы. Один из них заключается в следующем: человек в специальном скафандре погружается в воду, в которой он не тоне и не всплывает. При каком условии это возможно? (Ответ: сила тяжести, действующая не скафандр с человеком, должна уравновешиваться архимедовой силой) .

8. Допустим, что на борту лунной лаборатории проводят опыт, связанный с архимедовой силой. Каковы будут результаты опыта, например, с камнем, погружённым в воду в такой лаборатории? Не будет ли камень плавать на поверхности воды, так как он весит на Луне в 6 раз легче, чем на Земле? (Ответ: Результаты опыта будут такими же, как на Земле. Вес камня на Луне действительно в 6 раз меньше, чем на Земле, но во столько же раз меньше и вес жидкости, вытесненной телом) .

9. Будет ли тонуть в воде стальной ключ в условиях невесомости, например, на борту орбитальной космической станции, внутри которой поддерживается нормальное атмосферное давление воздуха? (Ответ: Ключ может находиться в любой точке жидкости, поскольку в условиях невесомости на ключ не действуют ни сила тяжести, ни архимедова сила).

10. Сосуд частично заполнен водой, которая не смачивает его стенки. Можно ли в условиях невесомости перелить воду из этого сосуда в другой такой же сосуд? (Ответ: Можно. Можно воспользоваться, например, явлением инерции покоя. Для этого достаточно соединить сосуды в торец и сместить их в сторону сосуда, заполненного жидкостью).

11. Ртутный барометр уронили, и он, сохраняя вертикальное положение падает с большой высоты. Если не учитывать сопротивление воздуха, то можно считать, что барометр при падении находится в состоянии невесомости. Что он будет показывать? (Ответ: под действием атмосферного давления трубка целиком заполнится ртутью. поэтому барометр будет показывать давление, соответствующее давлению высоты столбика ртути в трубке).

12. В сосуде с водой плавает шар, наполовину погрузившись в воду. Изменится ли глубина погружения шара, если этот сосуд с шаром перенести на планету, где сила тяжести в два раза больше. чем на Земле? (Ответ: Не изменится. На планете, где сила тяжести в два раза больше, чем на Земле, и вес воды, и вес шара увеличатся в два раза. Поэтому и вес вытесненной шаром воды возрастёт так же, как и вес шара. Следовательно, глубина погружения шара в воду не изменится).

13. Предположим, что в некотором районе на поверхности Луны твёрдость и плотность грунта совпадают с твёрдостью и плотность грунта в данном месте на Земле.Где легче копать лопатой: на Земле или на Луне? (Ответ: На Земле. Следует учитывать, что успех работы зависит от давления лопаты на грунт).

РАБОТА. ЭНЕРГИЯ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА.

1. Астронавт поднимает образцы лунных пород на борт космического аппарата. Какую работу он при этом совершает, если масса образцов 100кг, а высота подъёма над поверхностью Луны 5м? (Ответ: поскольку ускорение свободного падения на Луне равно 1,6 м/с 2 , то работа равна 800 Дж).

2. Масса космического корабля «Восток», запущенного в околоземное пространство с первым в мире космонавтом Ю.Гагариным, 4725кг. Высота орбиты составляла в среднем 250км над поверхностью планеты. Какую работу совершили ракетные двигатели только для подъёма корабля на такую высоту? Изменением силы тяжести с высотой пренебречь.

3. Совершит ли космонавт работу при равномерном поднятии предметов в космическом корабле во время его движения по инерции, т.е. в состоянии невесомости? при сообщении им скорости?

4. Из суммы каких видов энергий состоит полная механическая энергия ИСЗ?

5. Что происходит с потенциальной и кинетической энергией ИСЗ при переходе на более высокую орбиту?

6. Определите полную механическую энергию каждого килограмма космического аппарата, выведенного в околоземное пространство на орбиту высотой 300 км над земной поверхностью. Кинетическая энергия аппарата превышает потенциальную в 10 раз. (Ответ: 32,3 МДж).

7. Когда расходуется меньше энергии: при запуске ИСЗ вдоль меридиана или вдоль экватора в сторону вращения Земли? (Ответ: При запуске вдоль экватора в сторону вращения Земли. В этом случае скорость суточного вращения земли складывается со скоростью спутника) .

8. Почему для запуска спутника с большей массой на заданную орбиту требуется израсходовать больше энергии, чем для спутника меньшей массы? (Ответ: На одной и той же орбите у спутников разная полная механическая энергия).

9. Советская автоматическая станция «Астрон» массой около 35т, выведенная на орбиту 1983г., обращалась над Землёй на высотах в пределах от 2000км (перигей) до 200 000км (апогей). Определить потенциальную энергию на этих высотах и на сколько изменилась кинетическая энергия при переходе на более высокую орбиту?

10. У Аризонского метеоритного кратера диаметр 1207м, глубина 174м и высота окружающего его вала от 40 до 50 м. Считая массу метеороида (гигантского метеорита) 10 6 т, а скорость равной геоцентрической скорости (30км/с). Определить его кинетическую энергию.

11. Что должен предпринять космонавт, чтобы с корабля-спутника Земли, двигающегося по круговой орбите, отправить на Землю какое-либо тело? (Ответ: Космонавт может достигнуть этого тремя способами. 1) Уменьшить скорость тела по сравнению со скоростью корабля, т. е. отбросить тело назад. 2) Перевести тело на орбиту меньшего радиуса, где, для того чтобы остаться на орбите, телу нужна большая горизонтальная скорость, чем имеется у корабля, а значит, и у тела. Для этого тело нужно отбросить вниз. 3) Сочетая первое со вторым, можно отбросить тело назад и вниз. Наиболее эффективным (энергетически экономным) является первый способ) .

12. Представим, что из космического корабля-спутника с высоты 550км над поверхностью Земли был отправлен по спиральной траектории на Землю контейнер массой 95кг. Для этого его орбитальную скорость уменьшили до 6,5км/с. Контейнер был полностью заторможен атмосферой. Какое количество теплоты выделилось при этом торможении? (Ответ: 2500 МДж) .

13. Механическая энергия каждого килограмма вещества космического аппарата, выведенного на околоземную орбиту высотой 300 км и обладающего первой космической скоростью 8 км/с, равна 34*10 7 дж. Эта энергия составляет лишь 5% энергии, затраченной при доставке каждого килограмма аппарата на орбиту. Пользуясь этими данными, определите количество топлива, израсходованного при выведении на такую орбиту станции «Салют» массой 18 900 кг. (Ответ: 2800 т).

14. Космонавту, находящемуся в открытом космосе, необходимо вернуться на корабль. На земле эта задача нехитрая, знай себе шагай, но в космосе всё значительно сложнее, так как оттолкнуться ногами не от чего Как же космонавту сдвинуться с места? (Ответ: необходимо бросить какой-нибудь предмет (если его не окажется положение космонавта станет трагическим) в сторону, противоположную ракете. Тогда, в соответствии с законом сохранения количества движения, человек приобретёт направленную к ракете скорость).

15. Ракета-носитель доставила спутник на орбиту и разогнала его до нужной скорости. Механизм, отделяющий последнюю ступень ракеты от спутника, сообщил ей скорость (относительно общего центра тяжести) 1км/с. Какую добавочную скорость получит спутник, если его масса 5т, а масса последней ступени без горючего 9т?

16. Если бы космическая ракета выбрасывала свои газы не постепенно, а все вместе одним толчком, то какое количество горючего было бы необходимо, чтобы одноступенчатой ракете массой 1т при скорости вылета газов 2км/с придать первую космическую скорость? (Ответ: m4 т).

17. Из ракетного двигателя за время t равномерно вытекает масса газа m со скоростью истечения u. Какова сила тяги двигателя? (Ответ: ).

18. От двухступенчатой баллистической ракеты общей массой 1т в момент достижения скорости 171м/с отделилась её вторая ступень массой 0,4т со скоростью 185м/с. Определить с какой скоростью стала двигаться первая ступень ракеты. (Ответ: 161,7м/с) .

19. С какой минимальной скоростью относительно космического корабля должен двигаться железный метеорит, чтобы в результате столкновения с кораблём он мог расплавиться? Температура до столкновения с метеоритом равна100 0 С. Считать, что количество теплоты, выделившееся в результате столкновения, распределилось поровну между кораблём и метеоритом. Удельная теплоёмкость железа 460Дж/(кг*К), удельная теплота плавления железа 2,7*10 5 Дж/кг и температура плавления железа 1535 0 С. (Ответ: 2 км) .

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

1. Почему нагревается обшивка спускаемого космического аппарата?

2. Какие способы распространения теплоты возможны внутри корабля-спутника, двигающегося по круговой орбите и заполненного газом? (Ответ: из-за невесомости естественная циркуляция газа почти не имеет место. Если нет и принудительного перемещения газа, то возможны только теплопроводность и излучение).

3. Может ли энергия передаваться конвекцией в условиях невесомости, например, в ИСЗ, когда на борту поддерживается нормальное атмосферное давление? Почему? (Ответ: не может, т. к. в условиях невесомости нет конвекции).

4. Почему в ИСЗ и космических кораблях необходима принудительная циркуляция воздуха? (Ответ: невозможно было бы поддерживать нормальную температуру на борту космического корабля, космонавты дышали бы выдыхаемым воздухом, т. к. в состоянии невесомости нет конвекции, т. е. естественной циркуляции воздуха) .

5. Почему обшивка космических кораблей разрушается, когда при возвращении на Землю они входят в плотные слои атмосферы?

6. Почему космические корабли и ракеты обшивают такими металлами, как тантал и вольфрам?

7. Масса ледяного ядра кометы Галлея 4,97*10 11 т. Считая, что каждую секунду она теряет 30т воды и при своём движении около Солнца бывает 4 месяца, вычислить на сколько оборотов хватит ледяного состава ядра. Период обращения кометы Галлея 76 лет. Определить, через сколько лет её ядро полностью испарится. (Ответ: Потеря льда за сутки 2,6*10 6 т. Но интенсивное испарение воды из ядра происходит только вблизи Солнца, на расстояниях от него не более 1 а.е. При каждом возвращении к Солнцу комета Галлея движется в пределах этого расстояния около 4 мес. (120 суток) и, следовательно, за такой интервал времени теряет 3,1*10 8 т. Отсюда следует, что ледяного состава ядра хватит ещё на 1600 оборотов кометы вокруг Солнца. А поскольку период обращения кометы 76 лет, то её ледяное ядро испарится полностью только через 122 000 лет) .

8. В обычных условиях при кипении пузырьки пара поднимаются к свободной поверхности жидкости. Как должно проходить кипение в состоянии невесомости, например, в ИСЗ, на борту которого поддерживается нормальное атмосферное давление? (Ответ: пузырьки пара, увеличиваясь, не отрываются, а остаются на дне и стенках сосуда, поскольку в условиях невесомости на них не действует архимедова сила).

9. Что произойдёт, если космонавт, выйдя из корабля в открытый космос, откроет сосуд с водой? (Ответ: в безвоздушном пространстве (при малом давлении) вода начнёт кипеть и быстро испаряться. Жидкость охлаждается и затвердевает. Процесс испарения будет продолжаться, но медленно).

10. В двигателях ракеты-носителя космического корабля «Восток» в качестве топлива используют керосин. Какая масса керосина сгорала за 1с работы двигателей, если при этом выделялось 1,5*10 7 кДж энергии?

11. Американский пилотируемый многоразовый транспортный космический корабль «Спейс-Шаттл» в качестве топлива использует жидкий водород, масса топлива в баке при старте 102 т. Вычислить энергию, которая выделяется при сжигании этого топлива во время полёта. Удельная теплота сгорания водорода 120 МДж\кг. (Ответ: 12 240 ГДж.) .

12. Мощность ракеты-носителя корабля «Энергия» 125МВт. Какая масса топлива (керосина) сгорает в двигателях ракеты-носителя за первые 90 с полёта? Удельная теплота сгорания керосина 45 МДж\кг. (Ответ: 250 кг ) .

13. В летний день 1 м 2 земной поверхности, освещённой солнечными лучами, получает за секунду до 1,36 кДж энергии. Какое количество теплоты получит за 10 мин вспаханное поле площадью 20 га? (Ответ: 272 МДж) .

14. Мощность солнечного излучения, падающего на Землю, 2*10 14 кВт. Сколько энергии получает Земля за сутки, если около 55% этой энергии поглощается атмосферой и земной поверхностью, а 45% отражается? Какую массу нефти нужно сжечь, чтобы получить такое же количество энергии? Удельная теплота сгорания нефти 46 МДж\кг. (Ответ: 9,5*10 21 Дж;2,1*10 8 кт) .

15. По проекту Б.К.Иоаннисиани в нашей стране был изготовлен и установлен в Ставропольском крае 6-ти метровый телескоп-рефлектор в 1974г. Стеклянная заготовка, из которой изготовлено зеркало весила 700кН и после отливки при температуре в1600 0 С охлаждалась 736 суток. Считая, что конечной температурой отливки была температура 20 0 С, вычислить энергию, выделившуюся при охлаждении стекла (удельная теплоёмкость стекла 800Дж/(кг* 0 С). (Ответ: 88500 МДж).

16. Спутник массой 2,1т движется со скоростью 7,5 км/с. Какое количество теплоты выделилось бы при столкновении спутника с космическим телом, если в результате столкновения спутник остановился бы относительно Земли? Сколько воды можно было бы нагреть за счёт этой энергии от 0 до 100 0 С? (Ответ: 5,9*10 10 Дж; 3 000 т) .

(Иллюстрированные карточки см. Приложение 1)

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Б.А. Воронцов-Вельяминов «Сборник задач по астрономии», Москва, Просвещение, 1980.
2. А.В. Ротарь «Задачи для юного космонавта», Москва, Просвещение, 1965.
3. М.М. Дагаев, В.М. Чаругин «Астрофизика», книга для чтения по астрономии, Москва, Просвещение, 1988.