Ảnh hưởng của lực ly tâm lên cơ thể

Bởi những thay đổi nhanh chóng về vận tốc và hướng của chuyển động trong máy bay hoặc tàu vũ trụ, một loại lực gia tốc đc sinh ra ảnh hưởng đến cơ thể trong quá trình bay. Vì dụ sự tăng tốc tuyến tính xảy ra khi bắt đầu cất cánh hay sự giảm tốc khi kết thúc chuyến bay, mỗi khi có sự thay đổi đột ngột của chuyển động lực ly tâm đều được sinh ra.

Lực ly tâm

Khi máy bay chuyển động, lực ly tâm được tính bằng công thức:

f = mv²/r

trong đó: f: lực ly tâm

m: khối lượng của vật

v: vận tốc của vật

r: bán kính của chuyển động

Từ công thức này ta nhận thấy lực ly tâm tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc của vật và tỷ lệ thuận với độ sắc nét chuyển động (bán kính nhỏ).

Đo gia tốc (G)

Khi một phi công ngồi vào chỗ của mình, lực mà anh ta tác động lên chiếc ghế là kết quả của trọng lực tác dụng lên cơ thể của anh ta gọi là trọng lượng. cường độ của trọng lượng là +1G bởi nó chính bằng trọng lực. Nếu lực mà anh ta tác động lên chiếc ghế bằng 5 lần trọng lượng cơ thể thì lực đó là +5G.

Nếu chiếc máy bay bay theo một quỹ đạo nhất định và người trên máy bay được giữ chặt vs chiếc ghế bằng dây an toàn thì có 1 lực ly tâm G tác động lên cơ thể; nếu như các lực của dây an toàn tác động lên cơ thể bằng chính trọng lượng cơ thể thì lực li tâm G là - 1G.

Ảnh hưởng của lực ly tâm lên cơ thể

Ảnh hưởng lên hệ tuần hoàn

Ảnh hưởng quan trọng nhất của lực ly tâm là trên hệ tuần hoàn, bởi vì sự lưu thông của máu trong cơ thể phụ thuộc vào độ mạnh của lực ly tâm.

Khi một phi công phải chịu 1 lực G, máu luôn có xu hướng chảy về nơi thấp nhất của cơ thể. Do đó nếu lực ly tâm có giá trị là 5G và người lái ở vị trí bất động thì áp suất tĩnh mạch chân bị tăng lên rất nhiều lần (khoảng 450mmHg). Ở vị trí ngồi, áp lực khoảng 300mmHg. Ngoài ra khi áp lực trong tĩnh mạch chân tăng lên những mạch thụ động giãn ra nên một lượng lớn máu trong cơ thể di chuyển vào những mạch ở vùng thấp của cơ thể. Lượng máu về tim ít làm giảm cung lượng tim.

Hình. Những thay đổi về áp suất động mạch tâm thu (đỉnh đường cong) và tâm trương (đáy đường cong) sau khi người ngồi tiếp xúc đột ngột và liên tục với lực gia tốc từ trên xuống dưới 3,3 G.

Những thay đổi trong huyết áp tâm thu và tâm trương ( tương ứng trên và dưới đường cong) trong phần trên của cơ thể khi có tác động của lực ly tâm có giá trị khoảng 3,3G đột nhiên tác động lên một người ở tư thế ngồi. Nhận thấy rằng áp lực giảm xuống dưới mức 22mmHg trong vòng vài giây đầu tiên sau khi tăng tốc nhưng sau đó quay trở lại mức huyết áp tâm thu khoảng 55mmHg và huyết áp tâm trương là 20mmHg trong vòng 10-15 giây. Sự phục hồi thứ cấp này chủ yếu là do sự kích thích lên các thụ cảm áp lực gây ra các phản xạ tăng áp.

Khi lực tác động lớn hơn 4-6G gây ra chứng hoa mắt trong vòng vài giây và bất tỉnh ngay sau đó. Nếu tốc độ tiếp tục tăng lực ly tâm mạnh hơn có thể dẫn đến tử vong.

Ảnh hưởng lên cột sống

Khi lực ly tâm quá cao dù chưa tới 1 giây cũng có thể bẻ gãy đốt sống. Mức độ gia tốc một người bình thường có thể chiu đc ở tư thế ngồi trước khi gây gãy các đốt sống là khoảng 20G.

Phản lực G

Những tác động của phản lực G lên cơ thể ít gây tổn thương hơn lực tác động của lực li tâm G. Một phi công có thể chịu được phản lực khoảng -4 đến -5 G mà không có tồn thương vĩnh viễn nào, mặc dù có sự sung huyết não tạm thời trong giai đoạn đầu. đôi khi có xuất hiện rối lọa tâm thần kéo dài 15-20 ph như là hậu quả của chứng phù não. Đôi khi các hản lực G có thể rất lớn (ví dụ -20G) và tăng lượng máu trong các mạch não khiến áp lực trong mạch lên đến 300-400mmHg phá vỡ các mạch máu nhỏ ở vỏ não . tuy nhiên các mạch máu não bị vỡ ít hơn so với dự đoán ban đầu bởi: khi có lực ly tâm tác động lên khiến máu về não nhiều thì dịch não tủy lại có xu hướng dịch chuyển ngược lại so với dòng màu, dịch não tủy như một đệm áp lực cho não để ngăn ngừa tình trạng vỡ mạch máu trong não. Do mắt không được bảo vệ bởi hộp sọ nên khi tình trạng sung huyết xảy ra khiến cho mắt bị mù tạm thời với biểu hiện “red out” (viền mắt đỏ?).

Bảo vệ cơ thể chống lại lực ly tâm

Các quy định riêng và các loại thiết bị được phát triển để bảo vệ các phi công chống lại các tác động tiêu cực lên hệ tuần hoàn của lực li tâm. Trước hết là việc các phi công ngồi hơi ngả người về phía trước đồng thời co cứng cơ bụng thì có thể ngăn chặn việc máu dồn về phần thấp của cơ thể. Ngoài ra bộ trang phục chống lại lực ly tâm được nghiên cứu và ứng dụng để ngăn chặn sự tập trung máu về bụng và chân. Cách thức đơn giản nhất để chống lại phản lực G là bơn túi nén ở chân và bụng. về mặt lí thuyết, cơ thể phi công khi được mặc một bộ quàn áo nước có thể chịu được sự ảnh hưởng của lực ly tâm lên hệ tuần hoàn của cơ thể bởi vì áp lực của nước tác động lên bề mặt cơ thể trong suốt quá trình có lực ly tâm sẽ gần như cân bằng với các lực bên trong cơ thể. Tuy nhiên vẫn luôn có khí trong phổi và được vận chuyển đến các mô như tim, phổi và sự tổn thương nghiêm trọng cơ hoành mặc dù đã được mặc áo nước. Vì vậy ngay cả khi các phương pháp bảo vệ đã được áp dụng, mức giới hạn an toàn vẫn sẽ chỉ ở mức dưới 10G.