Новый физический фейерверк

Уокер Джирл

1.49. Падения с высоты со счастливым концом

Февраль 1955 года: парашютист прыгает с парашютом из самолета С-119 с высоты 370 м. Парашют не раскрывается, и десантник падает с этой высоты спиной в снег, оставляя за собой воронку глубиной 1 м. Его эвакуируют вертолетом в больницу, где у него обнаруживают лишь несколько переломов и синяков.

Март 1944 года: во время бомбового рейда над Германией сержант британских Королевских ВВС Николас Алкемэйд, стрелок бомбардировщика «Ланкастер», обнаруживает, что самолет горит, а до парашюта невозможно дотянуться. И он спрыгивает без парашюта с высоты 5,5 км, падает на кроны деревьев, а затем в снег, получив лишь царапины и синяки.

Вторая мировая война: лейтенант советских

ВВС Иван Чисов принимает решение выпрыгнуть с парашютом из самолета, атакованного дюжиной «мессершмитов». Не желая стать мишенью для немецких стрелков, он намеревается раскрыть парашют не сразу, а после того, как минует вражеские самолеты. Падая с высоты 7 км, летчик теряет сознание. К счастью, он приземляется в снежное ущелье. Несмотря на довольно сильный удар, через 4 месяца он уже снова в строю.

Возможно, еще более невероятным был трюк, исполнявшийся Генри Ламоте в течение многих лет. Он прыгал с высоты 12 м плашмя в бассейн глубиной всего 30 см, ударяясь животом о воду с силой, в 70 раз превышающей вес его тела. (Трюк очень опасный, его нельзя повторять. Я слышал об одном молодом дурачке, который попробовал повторить трюк, и его парализовало от шеи до ног.)

В прессе часто пишут о других выживших при падении с большой высоты (и о многих других не выживших). Почему кому-то все же удается выжить?

ОТВЕТ • Смертельную опасность, естественно, представляет удар о землю (или о другую твердую поверхность), во время которого на человека действует огромная сила. Эта сила прямо пропорциональна импульсу, который падающий приобрел непосредственно перед ударом, и обратно пропорциональна длительности соударения. Импульс зависит от массы и скорости падающего. Если падение происходит с большой (порядка нескольких сотен метров) высоты, в какой-то момент он перестает ускоряться и летит дальше с так называемой терминальной (предельной) скоростью. Хотя притяжение Земли продолжает на него действовать, но оно уравновешивается сопротивлением воздуха, и ускорение становится равным нулю. Величина этой терминальной скорости зависит от позиции падающего: если он расставил ноги и руки, то сопротивление воздуха будет больше, чем если бы он падал ногами или головой вниз. Соответственно, в первом случае будет ниже и терминальная скорость. Однако в сам момент приземления после падения с большой высоты распластанная поза едва ли дает преимущества.

Длительность удара – более важный фактор. Если удар «жесткий», он может длиться от 0,001 до 0,01 с, и сила, останавливающая падение, наверняка приведет к летальному исходу. Но если соударение «мягче» (требуется больше времени, чтобы остановиться), останавливающая падение сила будет меньше. Падение в глубокий снег удлиняет процесс соударения настолько, что сила удара может уменьшиться до уровня, позволяющего выжить. Очевидно, 30 см воды оказывались для Ламоте достаточными, чтобы выжить при прыжках.

Люди, падающие головой вниз, гораздо реже выживают, чем при ином расположении, поскольку позвоночник, ствол головного мозга и сам мозг очень чувствительны к повреждениям.

1.50. Cпасительный прыжок с парашютом

Это случилось в апреле 1987 года во время очередного прыжка с парашютом. Парашютист Грегори Робертсон заметил, что член того же клуба Дебби Вильямс столкнулась с третьим парашютистом из группы, потеряла сознание и потому не может открыть свой парашют. Робертсон в этот момент был значительно выше Вильямс и сам еще не успел открыть свой парашют, прыгая с высоты 4 км. Он как-то умудрился подлететь к Дебби Вильямс, подстроившись под ее скорость, поймал ее и открыл сначала ее парашют, а потом и свой – максимум за 10 с до удара о землю. Вильямс получила значительные внутренние повреждения, поскольку в момент приземления не контролировала себя, но выжила. Как Робертсон смог догнать Вильямс?

ОТВЕТ • Робертсон смог поймать

Вильямс, управляя силой сопротивления воздуха, которое он испытывал при падении. Когда парашютист начинает падать и скорость его падения возрастает, растет и сила сопротивления воздуха, направленная в противоположном направлении по отношению к силе гравитации, притягивающей парашютиста к земле. В какой-то момент эти силы сравняются, и с этого момента парашютист полетит вниз с постоянной – терминальной – скоростью. Величина терминальной скорости зависит от площади поперечного сечения парашютиста в потоке обтекающего его воздуха. Чем меньше эта площадь, то есть если он летит вверх или вниз головой, тем выше терминальная скорость (по сравнению с его скоростью при падении в распластанном положении).

Когда Робертсон заметил, что Вильямс угрожает опасность, он сразу переориентировал тело и полетел дальше головой вниз, уменьшив сопротивление воздуха и увеличив скорость падения. Вильямс падала, не контролируя себя, и испытывала большее сопротивление воздуха, а ее терминальная скорость составила 190 км/ч. Робертсон, летевший головой вниз, достиг скорости 300 км/ч, поравнялся с Вильямс и лишь тогда принял горизонтальное положение и расставил руки и ноги, увеличивая сопротивление воздуха и замедляясь до скорости, с которой летела Вильямс.

1.51. Падение кошек с высоты

Люди редко выживают при падении с большой высоты, но кошкам везет больше. В 1987 году были опубликованы данные о 132 кошках, случайно выпавших с разных этажей – от второго до тридцать второго (6–98 м), причем большая их часть приземлялась на бетонную поверхность.

Выжили 90 % кошек, причем 60 % из них вообще не получили повреждений. Странным образом тяжесть повреждений (то есть количество сломанных костей или смерть) с высотой уменьшалась при падении с этажей выше седьмого или восьмого. (Кошка, выпавшая с 32-го этажа, получила лишь легкие повреждения груди и одного зуба и после 48-часового обследования была выписана домой.) Почему у кошек больше шансов на выживание при падении с большой высоты? (Конечно, благополучный исход не гарантирован, поэтому, если вы живете на высоком этаже, держите кошку подальше от открытых окон. Впрочем, на низких этажах это тоже не помешает, хотя и по другой причине.)

ОТВЕТ • Когда кошка выпадает из окна и летит вниз, она инстинктивно старается переориентировать тело так, чтобы лапы оказались под туловищем. Она использует упругость своих лап, чтобы самортизировать удар при приземлении: такое приземление увеличивает время столкновения и тем самым уменьшает силу, действующую на кошку.

Когда кошка летит, сила сопротивления воздуха, направленная вверх, возрастает. Если кошка падает всего лишь с подоконника на пол, эта сила будет не очень большой. Но когда животное падает с большой высоты, сила сопротивления воздуха может стать достаточной, чтобы уменьшить ускорение. Действительно, если кошка падает с этажа выше шестого, сила сопротивления воздуха может стать достаточно большой и уравновесить силу земного притяжения. И дальше кошка будет падать без ускорения, с постоянной – терминальной – скоростью.

До тех пор, пока терминальная скорость не достигнута, кошка напугана тем, что ускоряется, и держит лапы поджатыми. (Человек тоже воспринимает больше ускорение, чем скорость.) Но при достижении терминальной скорости ускорение исчезает, кошка слегка расслабляется и инстинктивно расставляет лапы (чтобы увеличить сопротивление воздуха).

Как только кошка расставила лапы, сопротивление воздуха автоматически увеличивается, а скорость уменьшается. Чем с большей высоты животное падает, тем значительнее уменьшается скорость – до тех пор, пока вновь не будет достигнута терминальная скорость, равная теперь примерно 100 км/ч. Таким образом, при падении с десятого этажа кошка может приземлиться со скоростью меньшей, чем при падении с пятого, и, соответственно, у нее будет больше шансов выжить.