Ваздухопловна медицина/Садржај/Ваздухопловна физиологија

Увод

Ваздушно пространство које окружује Земљину површину укључујући ту и нама све доступнији свемир, састоји се од материје и од енергије. Свака природна појава везана је за промену облика материје. Физика проучава кретање материје у природи и узајамно дејство различитих облика метерије и енергије. У једном кубном сантиметру гаса на температури од 0°С и при притиску од 1 атмосфере налази се преко 2,7×10¹³, који садрже два или више атома.

За Ваздухопловну медицину посебно је значајно познавање оног дела физике који проучава понашање гасова, принципе деловања силе, потиска у течностима и начине на који се врши размена топлоте и простире светлост и звук.

Извесне физичке особине гасова, посебо су значајне при разним променама притиска и састава гасова земљине атмосфере, јер могу испољити разне утицаје на летачке активности и организам пилота. Људско тело нормално функционише само ако је разлика у притиску у њему и изван њега мала. Зато се у току летења, без обзира на висину, мора увек обезедити равнотежа у дејству притиска гасова на организам пилота и космонаута.

При разматрању дејства било каквог притиска ( атмосферског, воденог или гасова које организам користи при дисању), а који делује на људско тело морају се узети у обзир сви закони физике, везано за ову материју, како би се њиховом правилном применом у пракси обезбедила и одржала стална равнотежа притиска на организам човека.

Основни гасни закони

Бојл-Мариотов закон

Анимација која приказује однос између притиска и запремине гаса када је температура стална

Бојлов закон је један од закона гасова. Име је добио по ирском природњаку Роберту Бојлу и француском физичару Едму Мариоту. Применљив је на гасовита тела која се понашају приближно као идеални гасови.

Дефиниција;

• То значи за колико пута повећамо притисак толико пута ћемо смањити запремину и обрнуто уз услов да је темпертура константна.

Извођење закона;

• PV=const

Ако се запремина повећава

• P1V1=const
• V1>V => P1<P
• Значи да је производ притиска и запремине такође једнак константи:
• pV = const

или

• p1V1 = p2V2

Примена Бојл-Мариотов закона; При удисању са ширењем грудног коша повећава се запремина грудне шупљине. Дакле, притисак у грудној шупљина се смањује. Атмосферски притисак се не мења, те ваздушни струја прелази од области са већим притиском (атмосфера) у област са мањим (грудни кош). Обрнут процес се одвија при издисању, дакле запремина грудног коша се смањује те долази до повећања притиска и струјања ваздуха у супротном смеру.

Хенријев закон

William Henry

Гасови се у природи налазе и растворен у разним течностима. Гасови растворени у течности задржавају своје особине, тако да врше притисак иако су апсорбовани. Колико ће се гаса растворити у некој течности зависи од парцијалног притиска који он врши на површину течности, као и од његове температуре. Дефиниција;

• Количина гаса која се може растворити у некој течности, на датој температури, директно је пропорционална парцијалном притиску који гас врши на површину течности.

Другим речима, са повећањем притиска повећава се и капацитет течности да раствори гас, док се са повећањем температуре тај капацитет смањује.

Примена Хенријевог закона; Закон има велику примену код удисања гасова под повишеним притиском, који се растварају у организму који је углавном састављен од течности.

На растварања гасова утичу два фактора: притисак и температура;

• Притисак - ако се у затвореној комори напуњеној течношћу, повећава притисак, онда ће се ваздух у комори полако растварати у течности све до одређене количине која представља максимално засићење течности за тај притисак (засићење). Када се притиска у комори смањи, издваја се гас из течности, како би се поново постигао притисак околине. Уколико се притисак смањи полако, гас се издваја без икаквих проблема. Међутим, уколико се промена притиска врши убрзано, молекула гаса се групише у мехуриће.
• Температура - повећањем температуре убрзава се ослобађање гаса јер се смањује и простор између молекула течности где се налази растворен гас. Пример за ово је појава мехурића у води пре кључања. Међутим, због скоро константне температуре организма, њен утицај на апсорпцију гасова је занемарљиве.

Растварања гасова у организму нема утицаја на дисање при нормалном атмфосферском притиску, али је веома битно за пилоте када дишу кисеоник под повишеним притиском, или у случају наглог губитка притиска у кабини авиона, када због смањења притисак околине растворени гасови теже да се издвоје из ткива. Како издвајање, често није довољно брзо формирају мехуриће, што може довести до појаве декомпресионе болести.

Далтонов закон

John Dalton

Далтонов закон је општи закон о гасовима и објашњава понашање гасова не разматрајући чињеницу да су они начешће мешавина која је састављена од више гасова.

Дефиниција;

• Притисак који врши гасна мешавина једнак је збиру притисака који би вршио сваки од њих ако би сам заузимао укупну запремину.

• P (укупни притисак) = P1 + P2 + P3 ... Pn

У основи ово значи да сваки гас у мешавини делује независно од других. Притисак сваког гаса у мешавини називамо парцијални притисак, а његова висина зависи од количине тог гаса и укупног притиска мешавине.

Парцијални притисак, појединачно сваког гаса у мешавине може се израчунати помоћу формуле;

• А = а×P/100
• А - делимични притисак
• а - проценат гаса у мешавине
• P- апсолутни притисак гасне мешавине

Чарлсов закон

Волумен гаса се мења са променом температуре ако је притисак непромењен

При сталној запремини притисак је сразмеран температури и густини.

Дефиниција;

• Притисак гаса директно варира са температуром, ако је запремина стална, волумен гаса ће се мењати са променом температуре ако је притисак непромењен, или ако запремина остаје непромењена,а расте температура, повећава се притисак.

Атмосферски притисак

Атмосферски притисак је директна последица тежине ваздуха, то је тежина ваздушног стуба који врши притисак на живин стуб површине 1 см² и зноси 760 ммНg или 1 бар (101,3 кРa). Притисак ваздуха разликује се са променом места и времена јер се количина (и тежина) ваздуха изнад Земље исто тако разликује. Атмосферски притисак се смањује за 50% на висини од око 5 km (као што се и око 50% укупне масе атмосфере налази унутар најнижих 5 km). Просечни атмосферски пристисак измерен на морском нивоу износи око 101.3 кило паскала.

Притисак (p) је количник силе која делује на површину или уопштено, притисак се дефинише као однос силе (F) и површине (S) на коју та сила делује под правим углом. Овај однос представља се формулом:

$p\,$

$={\frac {F}{S}}$

У међународном систему мерних јединица (SI) притисак се мери паскалом (Ра),који је дефинисан као сила од 1 њутна (N) по 1 m², што се претставља формулом:

$1Pa\,$

$={\frac {1N}{1m^{2}}}$

Промена атмосферског притиска, парцијалног притиска кисеоника и температуре са висином

Висина(m)	Притисак (mmHg)	Притисак кисеоника(mmHg)	Температура(°С)
на нивоу мора	760 (664-803)	159	+15
5.500	380	75	- 21
11.000	190	38	- 52
15.000	88	18	- 55
19.350	47	0	- 55

Симулација промене притиска и температуре у атмосфери са висном

• Симулатор атмосфере

• Симулатор атмосфере(друга верзија)