Псевдоневесомость

Современная медицина достаточно активно исследует влияние невесомости на организм человека в лечении и реабилитации различных заболеваний, в том числе и травм различного происхождения. Этот интерес вызван именно тем, что в состоянии невесомости биологические и биохимические процессы происходящие внутри человека идут немного по-другому, чем в условиях земного притяжения.

Если говорить научным языком, то невесомость — это состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, отсутствует. То есть понятие невесомости неразрывно связано с отсутствием силы тяжести.

При этом при отсутствие силы тяжести в условиях невесомости происходит следующее:

  • снятие силы тяжести вышележащих отделов тела на нижележащие;
  • снятие напряжения мышц;
  • уменьшение нагрузки на кости;
  • смещение жидких сред организма и снятие гидростатического давления;
  • перераспределение жидких сред организма;
  • снижение общей мышечной деятельности.

Фактически происходит снижение внешней нагрузки на человеческое тело. А если снижается нагрузка, то процесс заживления различных травм происходит быстрее.

В связи с тем, что невесомость неразрывно связана с силой тяжести, то создать невесомость на Земле невозможно. Возможно только моделирование условий невесомости.

В настоящий момент самым простым способом моделирования невесомости является вода или какая-то другая жидкость, по своим физическим свойствам близкая к воде. Такое моделирование невесомости было названо псевдоневесомостью.

Как же происходит такое моделирование в условиях воды или жидкости?

Пробовали ли вы когда-нибудь поднять на руках взрослого человека? Это очень тяжело. Но если вы попробуете проделать это в воде, это не составит большого труда.

И чем выше плотность воды, тем легче сделать это. В мёртвом море человек с лёгкостью может лежать на воде и читать книгу. Человек как бы парит в невесомости. Это происходит благодаря выталкивающей силе воды, способности, впервые открытой Архимедом.

Уравновешивая силу тяжести, она и создаёт состояния псевдоневесомости, когда сила тяжести, действующая на организм, значительно уменьшается и организм начинает функционировать в уникальных условиях. В этих условиях организм способен к саморегуляции и самовосстановлению, самостоятельно решая самые различные проблемы со здоровьем. В состоянии псевдоневесомости открываются капилляры, улучшается кровоток. Это означает, что в отсутствие силы тяжести улучшается кровоснабжение и питание всех органов и тканей, разглаживаются мелкие морщины, улучшается работа всего организма.

То есть мы можем использовать моделирование невесомости при помощи воды для лечебных и реабилитационных целей.

Но вода обладает некоторыми специфическими физическими свойствами. С одной стороны моделирование состоянии невесомости – это хорошо, но с другой стороны при использовании воды могут возникнуть ряд бытовых неудобств. Например, протечка воды.

Так возможно ли заменить воду на какой-то сухой материал, который бы по некоторым физическим свойствам напоминал бы воду?

Это может первоначально показаться странным, но и это возможно. Достаточно просто снова вспомнить ту же самую физику. Например, вода обладает способностью заполнять собой объем любой формы. Точно также могут заполнять объем любой формы сыпучие вещества. А это означает одно, что при определенных условиях мы можем использовать сухое вещество, способное заполнить собой объем любой формы, для моделирования невесомости.

Такими же физическими свойствами должно обладать это вещество для того, чтобы мы могли его использовать для моделирования состояния невесомости?

Это вещество не должно быть хрупким, то есть не должно из себя представлять кристаллы. Оно должно быть достаточно твердым и обладать идеальными формами, которые будут сокращать трение между частицами, чтобы по своим физическим свойствам данное вещество было похоже на воду. Размер этих частиц должен быть достаточно мал, чтобы процесс моделирования жидкости был максимально приближен к идеальному. Такое возможно только тогда, когда частица имеет сферическую формы, размер частицы должен быть примерно до 200 микрометров, а материал из которого она сделана по своим свойствам должен напоминать стекло

Почему форма частиц обязательно должна быть сферой?

Это достаточно просто и легко объяснимо. Идеальная сфера не имеет углов, зазубрин, вмятин. Такая форма частиц позволяет снизить трение между ними, а за счет маленьких размеров наполнитель начинает по своим физическим свойствам напоминать воду. То есть у него появляется точно такая же способность, как и у воды заполнять собой все пространство, подстраиваясь под него.

Так что же может быть той самой идеальной микросферой, которая позволяет моделировать состояние невесомости?

Наиболее подходящими по своим свойствам являются микростеклосферы. Микростеклосферы, или проще «микросферы» — это полые стеклянные шарики очень маленьких размеров (от 10 до 200 микрометров). Для сравнения – 200 микрометров это одна пятая часть миллиметра.

Стеклянные микросферы изготавливаются из природных минералов – полевого шпата и кварца – на специализированных предприятиях. В России таких предприятий всего три. Производство микросфер трудоёмкое и энергоёмкое. Минералы предварительно очищаются от примесей, перерабатываются и при высокой температуре особым образом распыляются, что позволяет получить идеальную сферическую форму микросфер, причем внутри они получаются полые. Особый вид микросфер – медицинские. Данные микросферы обрабатывают специальным составом — кремнийорганическим веществом. Такой состав покрытия придаёт микросферам бактерицидные свойства. К тому же такие микросферы гипоаллергенны.

При таком подходе моделирования невесомости происходит следующим образом.

Наполнитель помещается в специальный мешок, например, в наволочку из специального материала.

При расположении на полученном изделии какой-либо части тела человека и изменении её положения, происходит движение не между телом и изделием, а между слоями наполнителя, так как внутреннее трение наполнителя гораздо меньше трения скольжения между частью тела и изделием.

Сила нормального давления Р1 равна:

Р1 = mg;

с учётом трения Р 1т = k*mg – Р2т = n* mg и

Р1т >> Р2т;

где Р1 – сила нормального давления,

Р1т – сила внешнего трения;

Р2т – сила внутреннего трения,

n – вязкость или коэффициент внутреннего трения,

и так как n << k , то наполнитель по своим свойствам приближается к жидкости и создаётся эффект «псевдоплавания» и в силу этого объём наполнителя, оставаясь постоянным, очень легко под действием внешнего давления (Р) меняет форму. В этом случае применим закон Паскаля: внешнее давление (Р) на наполнитель передаётся во все стороны равномерно. И поэтому применим закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость (или вещество, приближённое к ней по свойствам) действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, заключённой в объёме погружённого тела: F = p*v*g, где v – объём тела, погружённого в жидкость; p – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения, Р1 – вес тела. Если F = Р1 , тело переходит в свободное состояние. Именно такое моделирование псевдоневесомости создает детский медицинский матрас «Альсария-Бэйби» Методику моделирования псевдоневесомости используют в неонатологии (отдел медицины, занимающийся новорожденными) ещё с 80-х годов с целью реабилитации новорожденных с перинатальной патологией, особенно патологией нервной системы, пневмониями, недоношенных. Явление псевдоневесомости может быть использовано в лечении и реабилитации после полученных травм различного характера и тяжести. Например, при травмах опорно-двигательного аппарата, поражениях ЦНС, ожогах и т.д.