наука

от Крис Уудфорд. Последна актуализация: 6 октомври 2020 г.

Вие крещите по небето, прибрани безопасно в пилотската кабина на реактивен изтребител, когато внезапно се чува силен гръм и двигателят спира. Ами това е просто страхотно, нали? Тук се приближавате с може би 2000 км/ч (1200 мили в час), на няколко километра/мили над земята и вашият самолет е избрал точно този момент да се развали! Какво правиш? Изхвърлете възможно най-скоро, изчакайте самолетът да излети и след това ударете парашута си. С късмет се плъзгате безопасно на земята и живеете, за да летите още един ден. Що се отнася до спасяването на живота, парашутите са сред най-простите и ефективни от изобретенията. Как точно работят те? Нека да разгледаме отблизо!

Снимка: Традиционен кръгъл парашут. Въпреки че военните парашутисти все още ги използват, сега те са до голяма степен остарели за развлекателно гмуркане. Снимка от Крис Дезмънд с любезното съдействие на американския флот.

Съдържание

  1. Как работи парашут на теория?
    • Какво причинява въздушното съпротивление?
    • Терминална скорост
    • Колко ви забавя парашутът?
  2. Каква форма са парашутите?
  3. Какви са частите на традиционния, кръгъл парашут?
  4. Как работи парашут на практика?
    • По-меки кацания
  5. Открийте повече

Как работи парашут на теория?

Снимка: Парашутите с квадратна форма "овен въздух" са много по-често срещани от парашутите с кръгла форма, защото са по-лесни за управление и управление. Снимка от Шанън К. Касиди с любезното съдействие на американския флот.

Хвърлете топката във въздуха и, рано или късно, тя винаги пада обратно на земята. Това е така, защото Земята дърпа всичко към себе си със сила, наречена гравитация. Вероятно сте научили в училище, че силата на гравитацията на Земята е приблизително еднаква по целия свят (тя варира малко, но не толкова) и че ако изпуснете тежък камък и леко перо от върха на небостъргач, гравитацията ги привлича към земята с абсолютно същата скорост.

Ако нямаше въздух, перото и камъкът щяха да се ударят в земята едновременно. На практика камъкът стига до земята много по-бързо, не защото тежи повече, а защото перата се развява и хваща във въздуха при падане. Въздушното съпротивление (наричано още съпротивление) го забавя.

Снимка: Парашутите са направени от здрав лек найлон и трябва да бъдат опаковани много внимателно, за да се отворят правилно, когато са разположени. Снимка от Гари Уорд с любезното съдействие на американския флот.

Какво причинява въздушното съпротивление?

Това, че въздухът е невидим, не означава, че го няма. Земната атмосфера е пълна с газови молекули, така че ако искате да се движите по въздуха - като се разхождате, с кола, в самолет или висите от парашут - трябва да ги изтласкате от пътя. Наистина забелязваме това само когато се движим със скорост.

Въздушното съпротивление прилича малко на начина, по който водата натиска тялото ви, когато сте в плувен басейн - с изключение на това, че въздухът е невидим! Ако скочиш от дъска за гмуркане или направиш шкембе, неудобната форма на тялото ти ще създаде голяма съпротива и бързо ще те спре, когато се блъснеш във водата. Но ако направите остра заострена форма с ръце и се потопите грациозно, тялото ви ще раздели водата чисто и ще продължите да се движите бързо, докато влизате в нея. Когато скочиш или се провалиш, тялото ти се забавя бързо, защото водата не може да се измъкне достатъчно бързо от пътя. Когато се гмуркате, разделяте водата плавно пред себе си, за да може тялото ви бързо да се плъзга през нея. С парашутите това е забавящият ефект, който искаме.

Ако паднете от самолет без парашут, относително компактното ви тяло се приближава във въздуха като камък; отворете парашута си и създавате по-голямо въздушно съпротивление, като се носите на земята по-бавно и безопасно - много повече като перо. Просто казано, тогава парашут работи, като увеличава въздушното ви съпротивление при падане.

Терминална скорост

Когато сила дърпа нещо, тя кара този обект да се движи по-бързо, което го кара да набира скорост. С други думи, това кара обекта да се ускори. Както всяка друга сила, гравитацията кара падащите предмети да се ускоряват - но само до определена точка.

Ако изскочите от самолет, тялото ви трябва да се ускорява с 10 метра в секунда (32 фута в секунда) всяка секунда, в която падате. Ние наричаме това ускорение от 10 метра в секунда в секунда (или накратко 10 метра в секунда на квадрат и го записваме така: 10m/s/s или 10m/s 2). Ако бяхте достатъчно високо от земята, тогава след около минута и половина (да кажем 100 секунди), теоретично бихте паднали с около 1000 метра в секунда (3600 км/ч или 2200 мили в час), което е приблизително толкова бързо тъй като най-бързите реактивни изтребители са летели някога!

Снимка: 1) Теоретично свободно падане: В това упражнение парашутистът практикува свободно падане, плавайки над огромен хоризонтално монтиран въздушен вентилатор. Силата на въздуха, изтласкващ се нагоре, е точно равна на теглото на водолаза, което го дърпа надолу, така че той плува във въздуха. Снимка от Гари Л. Джонсън с любезното съдействие на американския флот.

На практика това просто не се случва. След около 12 секунди достигате скорост, при която силата на въздушното съпротивление (изтласквайки ви нагоре) се увеличава толкова много, че балансира силата на гравитацията (издърпвайки ви надолу). В този момент няма чисто ускорение и вие продължавате да падате с постоянна скорост, наречена вашата терминална скорост. За съжаление, терминалната скорост за падащ човек (с изпънати ръце в класическата позиция за свободно падане) е около 55 метра в секунда (200 км/ч или 125 мили в час), което все още е достатъчно бързо, за да ви убие - особено ако сте падане от самолет!

Снимка: 2) Свободно падане на практика: В действителност не въздухът се движи покрай вас - вие се движите във въздуха - но физиката е все същата: след като достигнете крайна скорост, силата на въздуха върху тялото ви ви тласка нагоре точно е равно на силата на гравитацията, която те дърпа надолу. Снимка от Ашли Майърс с любезното съдействие на американския флот.

Колко ви забавя парашутът?

Перата падат по-бавно от камъните, тъй като крайната им скорост е по-ниска. Така че друг начин да разберете как работи парашутът е да осъзнаете, че той драстично намалява вашата терминална скорост, като увеличава въздушното ви съпротивление при падане. Прави това, като се отваря зад вас и създава голяма повърхност от материал с огромно количество съпротивление. Парашутите са проектирани да намалят скоростта на терминала ви с около 90 процента, така че да удряте земята със сравнително ниска скорост от около 5-6 метра в секунда (приблизително 20 км/ч или 12 мили в час) - обикновено, за да можете да кацнете на крака си и си тръгнете невредими.

Каква форма са парашутите?

Снимка: Парашутистите често все още използват кръгли улеи, защото те са ефективен начин да приведете много хора бързо и безопасно на земята на доста малко място. Това падане на парашут се състоя в Латвия през юни 2018 г. Снимка от Gina Danals с любезното съдействие на американския флот.

Традиционно парашутите бяха кръгли (с форма на купол) и с висящите си окачващи линии при падането изглеждаха малко като медузи. Те имаха отвори за отдушници, които позволяваха на въздуха да излиза, което им помагаше да не се люлеят при слизането им, а линиите им осигуряваха много основно управление. Повечето съвременни парашути са правоъгълни (дизайн, известен като въздушен таран). Те имат редица клетки, които се надуват, когато въздухът се „тарани“ в тях, така че те образуват доста твърдо, извито крило на аеродинамично крило, което е много по-управляемо и управляемо от куполообразен парашут. Кръглите улеи все още се използват широко от военните парашутисти, тъй като те работят добре за отпускане на много хора заедно, на доста малка площ, на относително ниска надморска височина; парашутистите просто се опитват да стигнат бързо до земята, а не да демонстрират техниката си с парашутизъм. Водолазите за отдих, от друга страна, смятат, че кръглите улеи са остарели: на практика всички от тях вече използват дизайна на въздушния въздух.

Какви са частите на традиционния, кръгъл парашут?

Ако някога сте виждали парашут, разпънат на земята, ще знаете, че има много отделни части и може да е много сложно нещо да се опаковате обратно в контейнера си, за да се отвори правилно следващия път. Какви са всички битове и какво правят? Ето някои от по-важните, но има още немалко, които пропуснах за яснота.

  1. Пилотен улей: Малък парашут, който отваря големия, основен парашут.
  2. Bridle: Свързва пилотния улей с основния улей.
  3. Апекс или горен отвор: Позволява бавно изтичане на въздух от горната част на основния улей. Това предотвратява изтичането на въздух от страните на навеса, който има тенденция да люлее парашута диво при падане.
  4. Сенник: Основна част на парашута.
  5. Пола: Долна част на балдахина (помислете за висяща пола на човек).
  6. Линии за окачване: Разпределете тежестта на парашутиста равномерно по навеса.
  7. Връзки: Свържете окачващите линии към щранговете.
  8. Risers: Свържете връзките към сбруята
  9. Контролни линии: Начертал съм само една, но може да има няколко различни за управление и спиране.
  10. Сбруя и контейнер: Сбруята е частта, която носите (самата тя е направена от множество компоненти); контейнерът изглежда подобен на раница и държи опакования парашут и всички негови частици, готови за действие!

Как работи парашут на практика?

Парашутистите улесняват парашутния спорт, но на практика всичко е малко по-сложно! Това, което се опитвате да постигнете, е да получите голямо парче супер-здрав материал, който се отваря отгоре и зад вас по напълно еднакъв начин, когато току-що сте скочили от самолет, крещящ може би десет пъти по-бързо от състезателна кола! Как можеш да издърпаш нещо безопасно зад себе си при тези условия?

Парашутите всъщност са три улея в едно, опаковани в една раница, наречена контейнер. Има основен парашут, резервен парашут (в случай че основният откаже) и малък малък улей в дъното на контейнера, наречен пилотен улей, който помага на основния улей да се отвори. След като се освободите от самолета, задействате пилотния улей (или чрез издърпване на рипкорд, или просто като хвърлите пилотния улей във въздуха). Той бързо се отваря зад вас, създавайки достатъчно сила, за да издърпа основния улей от контейнера. Основният улей трябва да бъде внимателно опакован, така че въжетата, които го свързват с вашия сбруя (известен като окачващи линии), да се отварят правилно и да се изправят зад вас. Основният улей е проектиран да се отваря по забавен начин, така че тялото ви да не бъде спирано и дръпнато твърде внезапно и рязко. Това е по-безопасно и по-удобно за вас, а също така намалява риска от разкъсване или скъсване на парашута.

Силата върху парашут е значителна, така че трябва да бъде направена от наистина здрави материали. Първоначално парашутите са направени от платно или коприна, но вместо това обикновено се използват евтини, леки, синтетични материали като найлон и Kevlar® (химически роднина на найлон).

По-меки кацания

Произведения на изкуството: С любезното съдействие на Службата за патенти и търговски марки на САЩ, от патент на САЩ 6 575 408: Сглобяване на мек десант за парашут от Ричард Дж. Бени и Глен Дж. Браун, възложено на Съединените американски щати (американска армия), 10 юни 2003 г.

Парашутите са изобретени преди около век, но те продължават да се развиват, тъй като изобретателите измислят все по-добри начини за подобряване на тяхната безопасност и управление. Ето един по-усъвършенстван „улей“, проектиран за американската армия през 2001 г. (и патентован през 2003 г.). Той съдържа същите основни характеристики като другите улеи: навес (10, син), пола отдолу (12) и окачващи линии (14) в четири групи, наречени щрангове (16), прикрепени към юзда (22), която поддържа сбруята (26) и парашутистът (P). Но също така има две подобрени функции за безопасност, за да намали риска от парашутист кацане твърде бързо и твърде трудно. В горната част парашутът има юзда с допълнителен контур от въже от двете страни и електрически механизъм за рязане, който да го освободи (розов, отгоре, означен с 28). В средата има това, което е известно като пневматичен мускул (ярко зелен, 24). Има устройство за измерване на надморска височина (сиво, отгоре, 34, 36, 44), което проектира радарни лъчи към земята, за да измери вашата височина и скорост и да разбере кога трябва да бъдат използвани механизмите за безопасност.

Как работи? Това е показано в произведението отдясно. Ако вятърът ви духа прекалено бързо хоризонтално, подходящият електрически механизъм освобождава едно от допълнителните странични въжета, карайки парашута да се наклони на противоположната страна, като по този начин намалите скоростта си. Когато се приближавате до земята, ако вървите твърде бързо, пневматичният мускул се скъсява, придърпвайки ви много по-близо към сенника и така намалявайки скоростта ви.

Какво плъзгане!

Снимка: Космическата совалка Endeavour, идва на кацане на 19 юни 2002 г. Снимката е предоставена от Центъра за полетни изследвания на НАСА Армстронг.

Използването на парашут за безопасно извеждане на човек на земята от самолет е едно нещо. Но какво, ако трябва да донесете цял самолет за почивка по същия начин? Това беше предизвикателството пред НАСА всеки път, когато космическата совалка (космическият самолет за многократна употреба, вече пенсиониран) се връщаше на Земята.

По време на фазата на изстрелването си, Shuttle имаше мощен основен двигател и ракетни ускорители, за да го задвижва в космоса. Но когато се върна отново, не беше нищо друго освен планер, който се носеше във въздуха и разчиташе на коравите си крила, за да го отнесе вкъщи.

След като се върна безопасно в атмосферата на Земята, совалката удари своята 4,5 км (2,8 мили) дълга лента за кацане с около 350 км/ч (220 мили в час) - по-бързо от типичния реактивен самолет (който каца със скорост, по-голяма от 240 км/ч или 150 мили в час ). Когато колелата бяха на земята, екипажът натисна спирачките, за да спре плавателния съд безопасно, но също така използваше хоризонтален парашут, наречен плъзгащ улей, за да помогне. Беше около 12 метра (40 фута) и помогна да се намали скоростта на совалката с около 75 процента, преди да бъде изхвърлен.