حداکثر ارتفاع ایمن برای انسان در سقوط به آب چه قدر است؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
پرومته

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۱/۲/۷ - ۲۰:۲۱


پست: 2




تماس:

حداکثر ارتفاع ایمن برای انسان در سقوط به آب چه قدر است؟

پست توسط پرومته »

با عرض سلام به همگی دوستان
من دانشجوی رشته دریانوردی هستم و مشغول تحقیق در مورد موضوع حداکثر ارتفاع سقوط ایمن یک فرد از ارتفاع بالا در امواج دریا یا استخر هستم.
این سوال یک سوال کاملا حیاتی برای ما دریانورداست و میتونه در نجات یک فرد که از کشتی عظیم الجثه (که شاید ارتفاع آن ها از 50 متر هم بیشتر باشد) در آب سقوط کرده باشه تاثیر به سزایی داشته باشه.
ممنون میشم اگه در این زمینه من رو راهنمایی کنید.
-

نمایه کاربر
amishtain

نام: AMIRFARHANG

عضویت : جمعه ۱۳۹۰/۱۰/۲۳ - ۱۹:۰۰


پست: 355

سپاس: 112

جنسیت:

Re: حداکثر ارتفاع ایمن برای انسان در سقوط به آب چه قدر است؟

پست توسط amishtain »

والا من توی یه برنامه بود که دیدم طرف گفت من (اگر اشتباه نکنم ارتفاع رو)از 60 متری توی اب پریدم که وقتی به سطح اب رسیدم پاشنه های پای من شکست...
البته من ارتفاعش رو مطمئن نیستم ولی یادم هست که گفت 60 متر اما بازم روش شک دارم...

احسان مختاری نژاد

نام: احسان مختاری نژاد

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۱/۲/۲۴ - ۰۰:۵۳


پست: 29

سپاس: 12

Re: حداکثر ارتفاع ایمن برای انسان در سقوط به آب چه قدر است؟

پست توسط احسان مختاری نژاد »

این ارتفاع کاملا بستگی داره به حالتی که به اب میرسیم(با سر،با پا، چرخشی با چه زاویه ای و ...) اما شما میتونید ارتفاعاتِ ممکنِ مختل را امتحان کنید و نمودار میزان ضربه بر حسب ارتفاع را رسم کنید. نهایتا با «برون یابیِ»این منحنی به جواب مطلوب میرسی...

پرومته

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۱/۲/۷ - ۲۰:۲۱


پست: 2




تماس:

Re: حداکثر ارتفاع ایمن برای انسان در سقوط به آب چه قدر است؟

پست توسط پرومته »

با عرض سلام دوباره به همه دوستان گرامی
یه دریانورد اگه ناچار به ترک کشتی بشه حتی الامکان از ارتفاع بالا با پا به آب سقوط میکنه، به صورت کاملا مستقیم و پاهای بسته و نگاه به جلو تا ضربه ایجاد شده از طرف آب حتی الامکان به پا وارد بشه، از یه طرف هم با لباس کار میپره تو آب که من در این تحقیق از کفش و لباس صرف نظر کردم، این رو هم اضافه کنم که رکورد دنیا در پرش به آب با کف پا 51 متره و با شکم حدودا 10 متر هست.
ما فرض میکنیم سطح مقطع برخورد دو کف پای فرد باشد که حدود 0.04 متر مربع هست.
در حال حاظر تحقیقات ما با توجه به ضریب drag آب تا اینجا پیش رفته که اگه ما حد نهایی ضربه یا فشاری را که یه فرد میتونه به هنگام برخورد به آب را تحمل کنه رو داشته باشیم میتونیم با جاگذاری در فرمول drag آب ( که در این صفحه از سایت ویکیپدیا میتونید ببینید: http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics) مقدار سرعت و در نهایت ارتفاع سقوط را محاسبه کنیم.
لطفا اگه منبعی رو میشناسید که ما بتونیم حد نهایی ضربه ای که فرد میتونه تحمل کنه رو به دست بیاریم به ما معرفی کنید.
با توجه به حدسیات میشه به این نتیجه رسید که مثلا اگه فرد بتونه حد اکثر ضربه 6000 رو تحمل کنه و زمان برخورد به آب تقریبا 0.1 ثانیه باشه و مساحت سطح مقطع دو کف پا 0.04 متر مربع باشه حد اکثر ارتفاع حدودا 75 متر میشه، ممنون میشم که شما منو راهنمایی کنید.
-

sinaron

عضویت : پنج‌شنبه ۱۴۰۱/۱۰/۱۵ - ۰۹:۱۸


پست: 1



جنسیت:

Re: حداکثر ارتفاع ایمن برای انسان در سقوط به آب چه قدر است؟

پست توسط sinaron »

سلام دوست گرامی مدتها برای خود بنده هم سوال بود اخیرا جستجویی کردم جواب درست علمی و منطقی رو درافت کردم که خود موتور گوگل پاسخ رو مستقیما داد:
سوال بنده
what is the maximum height allowed for free fall into the water?
پاسخ گوگل
There is no maximum height. People have survived failed parachute jumps by hitting the water in just the right aerodynamic position. Recall, gravity has a maximum velocity of 32 feet per second so height is irrelevant once you've reached maximum velocity.


نوشته محدودیتی وجود نداره، اگر آموزشهای چتربازی حین سفوط رو بدونید( که اصول ساده ای داره و قابل دریافت از اینترنت هستن!..) و در موقعیت درست ایرودینامیکی فرود بیاید مشکلی ایجاد نمیشه همونطور که چتربازانی پس از باز نشدن چترشان از ارتفاعات خیلی زیاد به درون آب سقوط کرده اند و اتفاق خاصی برایشان نیفتاده ، پس ارتفاع بی معناست ... ( سرعت جسم در حسن سقوط به حد ثابتی میرسه که بیشتراز اون سرعت امکان نداره چون نیروی مقاومت هوا با نیروی گرانش در سرعتی خاص مساوی میشن و سرعت بیش از حدی زیادتر نمیشه ،، فرمولهاشو میتونید در بخش فیزیک مطالعه کنید ..)

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2469

سپاس: 4615

جنسیت:

تماس:

Re: حداکثر ارتفاع ایمن برای انسان در سقوط به آب چه قدر است؟

پست توسط rohamavation »

ببین گفته سقوط ازاد از پاراشوت اسمی نبرده با جستجو متوجه شدم که میزان بقای سقوط به سرعت کاهش سرعت بدن در اثر ضربه بستگی داره و این به سطح سقوط بستگی دارد.
استون بیان می کند که پریدن از ارتفاع 150 فوت (46 متر) یا بالاتر در خشکی و 250 فوت (76 متر) یا بیشتر روی آب، 95٪ تا 98٪ کشنده است. 150 فوت / 46 متر بیا اینطور بهت بگم بیایید به این موضوع به شکل دیگری نگاه کنیم: شما فقط در حال حرکت از یک مایع به مایع دیگر هستید. بی ضرر به نظر می رسد، درسته با مشخص شدن مشکل، وقتی به آب برخورد می کنیم در سرعت نهایی هستیم. نیروی پسا (در هر دو محیط) تقریباً برابر است با:
$F_D\, =\, \tfrac12\, \rho\, v^2\, C_D\, A = \rho \left( \frac{1}{2} v^2 C_D A \right)$
می توانید تصور کنید که همه چیز به جز اصطلاح چگالی همان چیزی است که در ابتدا از محیط هوا به آب منتقل می کنید. این کاملاً دقیق نیست، زیرا این اعداد رینولدز بسیار متفاوت هستند اما برای اینجا به اندازه کافی خوب است.
این بدان معنی است که نیرو (و به تبع آن، شتاب) به سادگی با همان عاملی تغییر می کند که چگالی با آن تغییر می کند. همچنین، ما می دانیم که شتاب اولیه ناشی از درگ 1g بود، تا کاملاً با گرانش مقابله کند، که تعریف سرعت پایانی است. که منجر به یک تخمین ساده از شتاب در برخورد با آب می شود. من فرض می کنم که ما در سطح دریا هستیم.
$\frac{a_2}{a_1} = \frac{ a_2 }{1 g}= \frac{ \rho_{H20} } { \rho_{Air} } = \frac{1000}{1.3} \\
a_2 \approx 770 g$
حداکثر شتابی که یک فرد می تواند تحمل کند به مدت زمان شتاب بستگی دارد، اما یک حد بالایی وجود دارد که شما (بدون مرگ) برای مدت زمانی آن را تحمل نخواهید کرد.
توجه داشته باشید که ورود یک غواص حرفه ای به شما کمکی نمی کند - به این دلیل است که موقعیت آیرودینامیکی سرعت ضربه زدن شما را نیز افزایش می دهد.
چه مقدار از نیروها در هنگام ورود به آب مربوط به کشش سطحی است؟مگر اینکه اشتباه مفهومی مرتکب شده باشم (که بسیار ممکن است)، کشش سطحی اساساً هیچ نقشی در میرایی ضربه یک جسم سریع با سطح مایع ندارد.
برای مشاهده این موضوع، یک راه ساده برای مدل‌سازی آن این است که وانمود کنیم که آب آنجا نیست، بلکه فقط سطح آن است، و ببینیم وقتی یک جسم این سطح را تغییر شکل می‌دهد چه اتفاقی می‌افتد. اجازه دهید یک کره با چگالی $\rho=1.0\text{g/cm}^3$ و شعاع r=1ft با سرعت $v=200\text{mph}$ وجود داشته باشد، و اجازه دهید با سطح مشترک برخورد کند و تا نیمه فرو رود و سطح مشترک را روی سطح کره کشیده شود.
قبل از برخورد، انرژی سطحی قسمت مشترکی که کره با آن برخورد می کند، است
$E_i=\gamma A_1=\gamma\pi r^2$
و پس از برخورد، سطح کشیده شده دارای انرژی سطحی است
$E_f=\gamma A_2=2\gamma\pi r^2$
و بنابراین اتلاف انرژی توسط کره تبدیل می شود
$\Delta E=E_f-E_i=\gamma\pi r^2$
که در مورد آب تبدیل می شود
$E_k=\frac{1}{2}\left(\frac{4}{3}\pi r^3\rho\right)v^2$
در ضمن انرژی جنبشی توپ است$E_k=\frac{1}{2}\left(\frac{4}{3}\pi r^3\rho\right)v^2$که این است$474085 Joule$
و از این رو کشش سطحی کمتر از یک میلیونم کاهش سرعت مربوط به برخورد کره با سطح مایع را فراهم می کند. بنابراین جزء کشش سطحی ناچیز است.
من گمان می‌کنم که کشش حرکتی بیشتر اتلاف انرژی واقعی را فراهم می‌کند
من به دنبال معادله ای هستم که بتوانم اعداد را به آن وصل کنم تا بفهمم یک شخص تا چه عمقی در آب فرو می رود قبل از اینکه تکانه از بین برود و آنها شروع به شناور شدن به سمت بالا کنند، بسته به اینکه از چه ارتفاعی می پرند.
برای ساده نگه داشتن آن، فرض می کنم سقوط مستقیم 90 درجه، ابتدا پاها، و موقعیت در آب تا زمانی که تکانه از بین برود، حفظ می شود.تصویر
در لحظه غوطه ور شدن جسم، دو نیرو بر روی آن وارد می شود: عمق ترمینال
$F_B=V(\rho_{water}-\rho_{object})g$، نیروی شناوری و نیروی پسا $F_D$
$F_D$ معمولاً به صورت $F_D=kv$ مدل‌سازی می‌شود که v سرعت و k یک ضریب درگ است.
پس معادله حرکت این است:
$ma=-F_B-F_D$
$ma=-F_B-kv$
$m\frac{dv}{dt}=-F_B-kv$
$-m\frac{dv}{F_B+kv}=dt$
$-m\int_{v_0}^{v(t)}\frac{dv}{F_B+kv}=\int_0^tdt$جایی که v0 سرعت بعد از غوطه وری است. اگر جسم از ارتفاع H سقوط کند، $\frac12 mv_0^2\approx mgH$ است.
$-\frac{m}{k}\ln\frac{kv(t)+F_B}{kv_0+F_B}=t$
$kv(t)+F_B=(kv_0+F_B)e^{-\frac{k}{m}t}$
$\frac{dx(t)}{dt}=\frac1k\Big((kv_0+F_B)e^{-\frac{k}{m}t}-F_B\Big)\tag{1}$
$\int_0^{x(t)}dx(t)=\int_0^t\Big[\frac1k\Big((kv_0+F_B)e^{-\frac{k}{m}t}-F_B\Big)\Big]dt$
$x(t)=\frac1k\Big[\int_0^t\Big((kv_0+F_B)e^{-\frac{k}{m}t}dt-\int_0^tF_Bdt\Big]$
$x(t)=-\frac{m}{k^2}(kv_0+F_B)(e^{-\frac{k}{m}t}-1)-\frac{F_Bt}{k}\tag{2}$
در نقطه‌ای v(t) صفر می‌شود و شناوری باعث می‌شود شیء جهت معکوس کند، بنابراین یک مقدار حداقل برای x(t) وجود دارد. می توانیم $t_{min}$ را به صورت زیر پیدا کنیم:
$\frac{dx(t)}{dt}=\frac1k\Big((kv_0+F_B)e^{-\frac{k}{m}t}-F_B\Big)=0$
$e^{-\frac{k}{m}t}=\frac{F_B}{kv_0+F_B}\tag{3}$
$t_{min}=\frac{m}{k}\ln\frac{kv_0+F_B}{F_B}\tag{4}$
$e^{-\frac{k}{m}t}-1=-\frac{kv_0}{kv_0+F_B}\tag{5}$
$x_{min}=\frac{mv_0}{k(kv_0+F_B)}-\frac{mF_B}{k^2}\ln\frac{kv_0+F_B}{F_B}\tag{6}$
(6) نشان دهنده عمیق ترین چیزی است که یک جسم فرو می رود، قبل از اینکه شناور شروع به حرکت دوباره آن به سمت بالا کند.
شما همچنین باید احتمال زنده ماندن را در نظر بگیرید. پرش به داخل آب بیان می کند که پرش بیش از 76 متر به احتمال زیاد کشنده است و پرش بیش از 46 متر به احتمال زیاد منجر به آسیب ستون فقرات می شود
فرض کن جرم شما 80 کیلو باشد ارتفاع پرش 50 متر باشه سطح تماس هم 700 سانتیمتر مربع باشه خوب سرعت هم حساب کردم $J=\Delta p=-(80\times31.3)=-2504\,N\cdot s$ خوب زمان برخورد 0.3s گرفتم $F_{average}=\frac{J}{\Delta t}=-8348\,N$ خوب شما $a=\frac{F_{average}}{m}=-104\,m/s^2$ یا شتاب $11\, g.$ این خیلی زیاده .کشنده نیست اما قطعا باعث اسیب میشه
تصویر

ارسال پست