В данной статье репетитор по физике и математике рассказывает о том, как рассчитать перегрузку, которую испытывает тело в момент разгона или торможения. Данный материал очень плохо рассматривается в школе, поэтому школьники очень часто не знают, как осуществлять расчёт перегрузки , а ведь соответствующие задания встречаются на ЕГЭ и ОГЭ по физике. Так что дочитайте эту статью до конца или посмотрите прилагающийся видеоурок. Знания, которые вы получите, пригодятся вам на экзамене.
Начнём с определений. Перегрузкой
называется отношение веса тела к величине силы тяжести, действующей на это тело у поверхности земли. Вес тела
— это сила, которая действует со стороны тела на опору или подвес. Обратите внимание, вес — это именно сила! Поэтому измеряется вес в ньютонах, а не в килограммах, как некоторые считают.
Таком образом, перегрузка — это безразмерная величина (ньютоны делятся на ньютоны, в результате ничего не остаётся). Однако, иногда эту величину выражают в ускорениях свободного падения. Говорят, к примеру, что перегрузка равна , имея ввиду, что вес тела вдвое больше силы тяжести.
Покажем, как осуществлять расчёт перегрузки на конкретных примерах. Начнём с самых простых примеров и перейдём далее к более сложным.
Очевидно, что человек, стоящий на земле, не испытывает никаких перегрузок. Поэтому хочется сказать, что его перегрузка равна нулю. Но не будем делать поспешных выводов. Нарисуем силы, действующие на этого человека:
К человеку приложены две силы: сила тяжести , притягивающая тело к земле, и противодействующая ей со стороны земной поверхности сила реакции , направленная вверх. На самом деле, если быть точным, то эта сила приложена к подошвам ног человека. Но в данном конкретном случае, это не имеет значения, поэтому её можно отложить от любой точки тела. На рисунке она отложена от центра масс человека.
Вес человека приложен к опоре (к поверхности земли), в ответ в соответствии с 3-м законом Ньютона со стороны опоры на человека действует равная по величине и противоположно направленная сила . Значит для нахождения веса тела, нам нужно найти величину силы реакции опоры.
Поскольку человек стоит на месте и не проваливается сквозь землю, то силы, которые на него действуют скомпенсированы. То есть , и, соответственно, . То есть расчёт перегрузки в этом случае даёт следующий результат:
Запомните это! При отсутствии перегрузок перегрузка равна 1, а не 0. Как бы странно это не звучало.
Определим теперь, чему равна перегрузка человека, который находится в свободном падении.
Если человек пребывает в состоянии свободного падения, то на него действует только сила тяжести, которая ничем не уравновешивается. Силы реакции опоры нет, как нет и веса тела. Человек находится в так называемом состоянии невесомости. В этом случае перегрузка равна 0.
Космонавты находятся в горизонтальном положении в ракете во время её старта. Только так они могут выдержать перегрузки, которые они испытывают, не потеряв при этом сознания. Изобразим это на рисунке:
В этом состоянии на них действует две силы: сила реакции опоры и сила тяжести . Как и в прошлом примере, модуль веса космонавтов равен величине силы реакции опоры: . Отличие будет состоять в том, что сила реакции опоры уже не равна силе тяжести, как в прошлый раз, поскольку ракета движется вверх с ускорением . С этим же ускорением синхронно с ракетой ускоряются и космонавты.
Тогда в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось Y (см. рисунок), получаем следующее выражение: , откуда . То есть искомая перегрузка равна:
Надо сказать, что это не самая большая перегрузка, которую приходится испытывать космонавтам во время старта ракеты. Перегрузка может доходить до 7. Длительное воздействие таких перегрузок на тело человека неминуемо приводит к летальному исходу.
В нижней точке «мёртвой петли» на пилота будут действовать две силы: вниз — сила , вверх, к центру «мёртвой петли», — сила (со стороны кресла, в котором сидит пилот):
Туда же будет направлено центростремительное ускорение пилота , где км/ч м/с — скорость самолёта, — радиус «мёртвой петли». Тогда вновь в соответствии со 2-м законом Ньютона в проекции на ось, направленную вертикально вверх, получаем следующее уравнение:
Тогда вес равен 
. Итак, расчёт перегрузки даёт следующий результат:
Весьма существенная перегрузка. Спасает жизнь пилота только то, что действует она не очень длительно.
Ну и напоследок, рассчитаем перегрузку, которую испытывает водитель автомобиля при разгоне.
Итак, конечная скорость автомобиля равна км/ч м/с. Если автомобиль ускоряется до этой скорости из состояния покоя за c, то его ускорение равно м/с 2 .Автомобиль движется горизонтально, следовательно, вертикальная составляющая силы реакции опоры уравновешена силой тяжести, то есть . В горизонтальном направлении водитель ускоряется вместе с автомобилем. Следовательно, по 2-закону Ньютона в проекции на ось, сонаправленную с ускорением, горизонтальная составляющая силы реакции опоры равна .
Величину общей силы реакции опоры найдём по теореме Пифагора: 
. Она будет равна модулю веса. То есть искомая перегрузка будет равна:
Сегодня мы научились рассчитывать перегрузку. Запомните этот материал, он может пригодиться при решении заданий из ЕГЭ или ОГЭ по физике, а также на различных вступительных экзаменах и олимпиадах.
Материал подготовил , Сергей Валерьевич
Земные Перегрузки
При столкновении автомобиля с неподвижной преградой сидящий в автомобиле человек испытает перегрузку спина-грудь. Такая перегрузка переносится без особых трудностей. Обычный человек может выдерживать перегрузки до 15 g около 3 - 5 секунд без потери сознания. Перегрузки от 20 - 30 g и более человек может выдерживать без потери сознания не более 1 - 2 секунд и зависимости от величины перегрузки.
Перегрузки применительно к человеку:
1 - 1 g .
3 - 15 g в течение 0,6 сек.
5 - 22 g .
Одно из основных требований к военным летчикам и космонавтам - способность организма переносить перегрузки. Тренированные пилоты в противоперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки от −3 … −2 g до +12 g . Сопротивляемость к отрицательным, направленным вверх перегрузкам, значительно ниже. Обычно при 7 - 8 g в глазах «краснеет», пропадает зрение, и человек постепенно теряет сознание из-за прилива крови к голове. Космонавты во время взлёта переносят перегрузку лёжа. В этом положении перегрузка действует в направлении грудь - спина, что позволяет выдержать несколько минут перегрузку в несколько единиц g. Существуют специальные противоперегрузочные костюмы, задача которых - облегчить действие перегрузки. Костюмы представляют из себя корсет со шлангами, надувающимися от воздушной системы и удерживавшими наружную поверхность тела человека, немного препятствуя оттоку крови.
Космические перегрузки
При старте на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g.
Перегрузки, связанные с ускорением, вызывают значительное ухудшение функционального состояния организма человека: замедляется ток крови в системе кровообращения, снижаются острота зрения и мышечная активность.
С наступлением состояния невесомости у космонавта могут возникнуть вестибулярные расстройства, длительное время сохраняется чувство тяжести в области головы (за счет усиленного притока крови к ней). Вместе с тем адаптация к невесомости происходит, как правило, без серьезных осложнений: человек сохраняет работоспособность и успешно выполняет различные рабочие операции, в том числе те из них, которые требуют тонкой координации или больших затрат энергии. Двигательная активность в состоянии невесомости требует гораздо меньших энергетических затрат, чем аналогичные движения в условиях весомости.
При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести.
При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта так называемая окологиральная иллюзия является следствием воздействия перегрузок на полукружные каналы (органы внутреннего уха).
Вывод:
Если приток крови в состоянии невесомости на порядок больше чем на Земле, то и потеря сознания из за чрезмерного притока крови к голове будет как при меньшем g , так и по сумме сек которые может выдержать космонавт.. Но есть один + Т.к мы в далеком будущем наши противоперегрузочные костюмы например которые в комплекте с 350р будут на порядок лучше способствовать сохранения сознания при сильных и длительных перегрузках + должна спасать искусственная гравитация которая за 2-5 сек должна создавать противовес перегрузкам.
По данным медиков, головной мозг человека может выдержать перегрузки около 150 g, если они действуют на мозг не более 1–2 мс; со снижением перегрузок растет время, в течение которого человек может их испытывать, а перегрузка 40 g даже при длительном воздействии считается относительно безопасной для головы.
Безопасной считается перегрузка до 72 g, в промежуточную «красную» зону попадают перегрузки от 72 до 88 g, а при превышении 88 g травма головы считается высоковероятной. Немаловажной в методике EuroNCAP является и оценка давления, действующего на грудь человека: безопасным считается сжатие грудной клетки на 22 мм, предельным – сжатие на 50 мм.
Инфляция – это длительный и устойчивый процесс. Нередко ее путают с банальным повышением цен. Для инфляционного процесса характерен общий рост цен – , при этом, например, в отдельных отраслях или на определенные товарные категории может наблюдаться сезонное снижение стоимости. Кроме того, стоимость товара, как ключевой флюгер инфляционных процессов, имеет свои особенности, в зависимости от вида и причины возникновения инфляции.
Традиционная экономическая наука называет следующие причины инфляции:
Обесценивание денег может проходить как под преимущественным воздействием внешнего характера и внутренних причинных составляющих.
Все эти причины встречаются в странах с открытой экономикой. К ним можно отнести:
Если рассматривать причины инфляции в России, то приводило к ее усиление падение цен на топливо и цветные металлы, являющиеся основным экспортным товаром.
Однако не только влияние внешнего рынка приводит к инфляционным процессам, но и внутренние экономические причины в стране привести к этому явлению.
Если рассматривать Россию, то причинами инфляции становится отставание отраслей потребительского сектора по сравнению с отраслью тяжелой промышленности, а также недостаток в регулировании хозяйственного сектора.
В исследованиях разных экономических школ можно найти различные объяснения причин, порождающих инфляционные процессы. А вопрос основных факторов пока остается неизменным. В науке принято принимать две их группы: монетарные и немонетарные.
Относятся к этому следующие:
В данном случае дальнейшее развитие инфляционной составляющей напрямую связано с тем, что скорость оборачиваемости денежных единиц растет намного быстрее, чем производственный рост. Но увеличение скорости оборота может являться следствием усовершенствования банковского дела и системы.
Последователи немонетарной теории объясняют причины инфляции кратко и понятно: она вызываются как оборотом денег, так и действием сферы производственной. Сама она появляется в результате роста производственных затрат, ожиданий последствий от изменений в структурах спроса. Далее рост зарплаты, прибыли налога и т.д. вызывает возникновение шока предложений.
Так как повышенные ставки налогов приводит к тому, что замедляется рост производства и последующих продаж производимого товара.
У инвесторов пропадает стимул вкладывать свои деньги в производство. Народ ждет повышающихся цен, активно закупая товары впрок. Это естественно вызывает инфляцию спроса и вслед за ним растут цены.
Ускорение течения инфляционной составляющей напрямую связано с основными экономическими ресурсами. В основной массе вялотекущие процессы обесценивания денежных единиц, рост безработицы или дефицит товарной составляющей формируется на фоне роста стоимости следующих категорий:
В целом в процессах инфляционной направленности положение двух величин «на качелях» - спроса/предложения, именно их балансирование напрямую влияет на стоимостную составляющую денежных единиц. В целом поддержанием этого баланса занимается антиинфляционная политика.
Ее задачи заключаются в поддержании баланса в пределах экономических категорий и отраслей в целом. Антиинфляционной направленности политика - это комплексная мера гос. урегулирования экономики, нацеленная на борьбу с инфляционными проявлениями.
Стратегия, которая включает в себя меры, механизмы с ориентировкой на долговременные результаты. Тактика с обхватом мер и механизмов с направлением на краткосрочные результаты.
Антиинфляционная стратегия состоит из механизмов долгосрочного действия. Поэтому ее воздействие ощутимо экономикой лишь по истечении определенного времени.
На первом месте данной стратеги стоит уменьшении инфляционных ожиданий, в частности, что касается цен. Достигнуть этого можно двумя методами:
На втором месте этой стратегии – долгосрочная денежная политика. Цель, которой регулирование роста денежной массы, а методами являются жесткие лимиты на ежегодный прирост массы денег. На третьем месте стоит бюджетная политика и прочие составляющие элементы хозяйственно-экономической деятельности.
Ранее инфляция возникала в основном в период войн. Сегодня инфляция - непременный атрибут рыночной экономики. Она является ее дестабилизирующим фактором. В числе основных причин, которые вызывают инфляцию, различают монетарные, структурные и внешние.
Теоретически инфляция является следствием переполнения обращения денежной массой, т.е. возникает при превышении спроса над предложением. Избыточное предложение денег обесценивает их, что влечет за собой рост цен на товары и услуги.
Различают инфляцию спроса, когда производство не успевает за растущим спросом на товары, и инфляцию предложения, когда рост цен провоцируется увеличением производственных издержек.
Для того чтобы инфляцию сменил обратный процесс - дефляция, необходимо при неизменном объеме товарного рынка обеспечить снижение денежной массы.
К монетарным факторам относят неоправданную эмиссию денег для краткосрочных нужд государства, а также наличие бюджетного дефицита. В последнем случае инфляция возникает за счет дополнительной денежной эмиссии, которая идет на погашение госдолга. Инфляция может стать следствием избыточного инвестирования, когда его объем превышает потребности и возможности экономики.
Обесценивает деньги и опережающий рост зарплаты, который не соответствует темпам роста промышленного производства и не способствует увеличению производительности труда.
Структурную инфляцию вызывает отраслевая несбалансированность экономики и неэффективность сложившейся системы управления. Например, инфляцию может вызывать монополизированность экономики, когда производители могут самостоятельно влиять на уровень цен, т.к. не должны поддерживать конкурентоспособность на рынке. Часто инфляция возникает как следствие сговора производителей или поставщиков, которые поднимают цены для повышения собственных доходов, а не под влиянием рыночных причин.
Негативно влияет на экономику и излишняя милитаризированность. Она влечет за собой отставание в развитии потребительского сектора, увеличивает ВВП без повышения производственного потенциала, т.е. возникает товарный и бюджетный дефицит.
Инфляция может возникать и под влиянием внешнеэкономической конъюнктуры. Например, при избыточном притоке иностранной валюты и повышении импортных цен. Также к внешним причинам инфляции относят отрицательное сальдо внешнеторгового платежного баланса, когда импорт существенно превышает экспорт.
Практика последних лет доказывает, что инфляция - это не только экономический, но и социально-политический феномен. Так, например, широко известен термин «инфляционные ожидания». Он означает то, что если общество ожидает роста цен, оно вскоре происходит.
Если цены постоянно растут - значит, в стране инфляция. От чего зависит инфляция и что делается для того, чтобы цены не повышались?
Инфляция - это устойчивый рост общего уровня цен на товары и услуги. При этом отдельные товары могут заметно дорожать, другие - дешеветь, а третьи - вообще не меняться в цене.
В основном цены на товары и услуги зависят от спроса и предложения на рынке, а некоторые цены регулирует государство. Например, если у фермеров случился хороший урожай овощей, цены на помидоры и картошку будут падать. Если государство в это же время повысило акцизы на алкоголь, цены на спиртное резко пойдут вверх. При этом общий уровень цен может вырасти лишь чуть-чуть.
В России инфляцию измеряют так же, как и в большинстве стран мира. Берут так называемую потребительскую корзину - набор продуктов, товаров и услуг, которые регулярно покупает среднестатистический человек или семья. В нее попадает около 500 товаров и услуг - например, продукты, одежда, коммунальные услуги, бытовая техника, автомобили.
При этом надо понимать, что кто-то никогда не ест мясо и не ездит на машине. А кто-то, наоборот, без мяса жить не может и машины меняет каждый год. Потребительская корзина отражает среднее потребление всех жителей страны.
Некоторые из этих товаров люди покупают часто: хлеб, овощи, мясо, бензин. А другие, например автомобиль, приобретают редко, но зато эти расходы очень большие по сравнению с тратами на те же хлеб, овощи и мясо. Таким образом, при расчете потребительской корзины автомобиль занимает в ней большую долю, чем хлеб.
Стоимость этой условной корзины меняется от месяца к месяцу. Это изменение и есть инфляция.
Инфляция - это всегда рост цен. При низкой инфляции цены растут очень медленно, но все же растут. Когда говорят, что инфляция снижается, это значит, что потребительская корзина дорожает медленнее, чем в прошлые годы.
Низкая - до 6% в год. Такая инфляция комфортна и для потребителей, и для предпринимателей. И при этом позволяет экономике развиваться. Именно на таком уровне инфляцию стараются поддерживать в большинстве стран.
Умеренная - от 6 до 10% в год. Она опасна тем, что может выйти из-под контроля и перейти в высокую инфляцию.
Высокая (галопирующая) - от 10 до 100% в год. Она создает нестабильность на рынке, люди и компании не могут планировать свое будущее.
Гиперинфляция - цены растут на сотни и тысячи процентов, в особо тяжелых случаях люди отказываются от денег и переходят на бартер. Обычно гиперинфляция возникает в период тяжелых кризисов и войн.
В постсоветской России рекордно высокая инфляция была зафиксирована в 1992 году - более 2500% в год.
Дефляция - отрицательная инфляция. То есть цены не растут, а снижаются. Дефляция останавливает развитие экономики. Потребители перестают покупать товары в надежде, что они еще сильнее подешевеют. А компании из-за этого сворачивают производство.
Инфляция может расти по многим причинам:
Увеличение спроса. Случается, что люди вдруг начинают покупать больше определенных товаров. Например, когда мобильные телефоны стали доступными по цене, все захотели пользоваться сотовой связью. Сотовые операторы не успевали сразу подстроиться под высокий спрос: не хватало вышек и свободных частот. Поэтому цены на мобильную связь были очень высокими. Любой дефицит вызывает быстрый рост цен. Но когда у операторов появились дополнительные мощности, цены стали снижаться.
Сокращение предложения. Дефицит может возникнуть и по другой причине - если спрос остается тем же, но товаров и услуг становится меньше. Это может произойти из-за неурожая, ограничения на ввоз иностранных товаров, действий монополиста на каком-то рынке. Это тоже ускоряет рост цен.
Ослабление национальной валюты. Если курс иностранных валют растет, то импортные товары автоматически дорожают. Это тоже приводит к росту инфляции.
Высокие инфляционные ожидания. Когда люди и компании ждут, что цены будут сильно расти, они зачастую начинают менять свое потребительское поведение: покупают товары впрок и меньше сберегают. Ведь логичнее купить сегодня дешевле, чем переплачивать завтра. Компании со своей стороны начинают повышать цены на свою продукцию. Например, производитель сыра ждет, что цены на молоко вырастут. Чтобы покрыть свои будущие расходы на сырье, он заранее начинает поднимать цену на свой товар. Все это подстегивает инфляцию. Получается замкнутый круг: все ждут роста цен и цены растут именно потому, что люди этого ждут.
Высокая инфляция - это всегда плохо. И для экономики, и для бизнеса, и для финансовых рынков, и, конечно, для жителей страны. Люди принимают очевидные финансовые решения: избавляются от денег, тратят их как можно скорее, вкладывая в ценные товары, недвижимость, покупают иностранную валюту. Становится невыгодно делать сбережения, открывать вклады, клиенты банков снимают деньги со счетов.
Обычно высокая инфляция еще и малопредсказуема - разгоняется или движется скачками. Из-за роста нестабильности на финансовых рынках предпринимателям становится невыгодно брать долгосрочные кредиты. Невозможно планировать наперед - а ведь это важнейшее условие для роста инвестиций и экономики в целом.
Особенно сильно инфляция бьет по бедным людям, которые живут на фиксированные доходы. Ведь у более состоятельных людей есть способы полностью или частично защититься от инфляции - например, получая проценты по вкладам или инвестируя на финансовом рынке. Именно поэтому инфляцию иногда называют налогом на бедных.
Может показаться, что зафиксировать цены на определенном уровне - хорошее решение. Но такое искусственное вмешательство в экономику приведет к увеличению дисбаланса между спросом и предложением. Производители не будут понимать, сколько товаров производить, магазины - сколько закупать, а в результате покупателям придется стоять в очередях у пустых прилавков.
При замороженных ценах возникнет дефицит, часть товаров придется не покупать, а доставать. Кроме того, товары станут хуже: чтобы остаться на плаву и удержать невыгодные цены, продиктованные сверху, производители будут жертвовать качеством.
Именно по этим причинам в рыночной экономике цены должен диктовать рынок, а не государство.
Лучший сценарий для экономики - стабильная невысокая инфляция, при которой покупательная способность денег сохраняется. Она позволит планировать бюджеты на долгий срок, копить, инвестировать, запускать новые бизнес-проекты. Возможность строить долгосрочные планы - залог развития экономики.
Эксперты считают, что 4% в год - оптимальный уровень инфляции для России. Он позволяет промышленности развиваться, а людям - планировать покупки и сберегать, не боясь обесценения своих доходов и сбережений.
Движение денег в экономике регулируют центральные банки (в нашей стране это Банк России). С помощью инструментов денежно-кредитной политики центробанки могут сдерживать инфляцию в стране.
Например, Банк России планирует удерживать инфляцию вблизи тех самых 4%. Но конкретная цифра - не самоцель, она может измениться. Главное, чтобы при этом уровне инфляции развивалась экономика.
