Безопасность при нырянии: новые рекомендации на основе биомеханики
Новое исследование в области биомеханики измерило силу удара при нырянии головой, руками и ногами вперед, а также вероятность получения травмы на разной высоте. Работа дает основанные на данных рекомендации по безопасному нырянию и создает модель для измерения воздействия на воду объектов разной формы.
Для неподготовленных ныряльщиков исследователи установили, что травма спинного мозга и шеи вероятна при высоте более 8 метров при прыжке головой вперед; травма ключицы вероятна выше 12 метров при прыжке руками вперед; травма колена вероятна выше 15 метров при прыжке ногами вперед.
Исследование "Slamming Dynamics of Diving and its Implications for Diving-Related Injuries" опубликовано 27 июля в Science Advances.
"Вода в 1000 раз плотнее воздуха, поэтому при переходе из разреженной среды в плотную вы испытываете огромную ударную нагрузку", — пояснил Сунгхван Чжун, профессор биологической и экологической инженерии и старший автор статьи.
Ученые использовали 3D-печатные модели в натуральную величину: головы и торса, торса с головой и вытянутыми руками, а также стоп. Также использовались модели головы морской свиньи, клюва северной олуши и стопы василиска для изучения воздействия на поверхность воды изогнутых, заостренных и плоских форм соответственно. Измеряя силы, действующие на объекты при погружении, они разработали теоретическую модель, описывающую рост силы удара для разных форм в зависимости от высоты прыжка.
Затем они сопоставили высоту и силу удара с пределом прочности мышц, связок и костей человека, определив вероятность различных травм (ключицы, позвоночника, колена) на разных высотах и при разных положениях для ныряния.
Исследование может помочь в выборе более безопасного способа ныряния — например, прыжок ногами вперед безопаснее с большей высоты. Оно также демонстрирует, насколько хорошо животные, ныряющие в воду, приспособлены к смягчению удара. Например, северные олуши имеют особый угол клюва, позволяющий им нырять со скоростью до 24 м/с. У дельфинов укороченные и сросшиеся шейные позвонки, которые поддерживают голову при выпрыгивании.
"Как инженеры, мы хорошо умеем заставлять самолет летать в воздухе и подводную лодку двигаться в воде. Но пересечение границы раздела сред, как мы видим в животном мире, — непростая задача. Возможно, это исследование прольет свет на новые инженерные решения в будущем", — отметил Чжун.