Новое исследование в области биомеханики измеряет влияние ныряния головой вперед, руками вперед и ногами вперед, а также вероятность получения травм при погружении на разной высоте, предоставляя основанные на данных рекомендации по безопасному погружению и модель для измерения воздействия различных форм по мере их погружения. погрузиться в воду.
Исследователи обнаружили, что у неподготовленных дайверов травмы спинного мозга и шеи, вероятно, возникают на высоте более восьми метров при погружении головой вперед; травма ключицы вероятна на высоте более 12 метров при нырянии с рук; и травма колена, вероятно, выше 15 метров при нырянии ногами вперед.
Исследование «Слэминг-динамика дайвинга и ее последствия для травм, связанных с дайвингом» было опубликовано 27 июля в журнале Science Advances.
Вода в 1000 раз плотнее воздуха, поэтому вы переходите из очень разбавленной среды в очень плотную, и вы испытаете огромное воздействие. Люди могут выбирать, как им нырять, поэтому мы хотели посмотреть на влияние положения ныряльщика. Мы также хотели разработать более универсальную или общую теорию того, как объекты или фронты различной формы погружаются в воду, поэтому мы рассмотрели фронты погружения как людей в разных позах, так и животных и измерили силы удара различных форм.
— Сунгван Юнг, профессор биологической и экологической инженерии Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни и старший автор статьи.
Исследователи использовали напечатанные на 3D-принтере модели головы и туловища человека почти в натуральную величину, туловища и головы с вытянутыми руками и ступнями, а также модели головы морской свиньи, клюва северной олуши и ноги ящерицы-василиска. Ученые исследовали влияние изогнутых, заостренных и плоских форм соответственно на поверхность воды. Они погружали объекты в воду и измеряли силы, действующие на них, и то, как они распределялись во времени, и смогли разработать теоретическую модель, описывающую увеличение силы, действующей на различные формы, и то, как эти силы возрастали с высотой погружения.
Затем они построили график высоты и удара с силой, которую могут выдержать мышцы, связки и кости человека, и нашли вероятность различных травм — ключицы, позвоночника и колена — на разной высоте и в разных положениях ныряния.
«По биомеханике человека существует огромное количество литературы по травмам при падении, особенно у пожилых людей, и спортивным травмам, таким как сотрясения мозга, но я не знаю других работ по травмам при нырянии», — сказал Юнг.
Исследование может помочь людям сделать выбор в пользу более безопасного дайвинга — например, нырять ногами вперед безопаснее с более высоких окуней — и оно также показывает, насколько хорошо ныряющие животные приспособлены к смягчению воздействия дайвинга. Северные олуши, например, имеют меньший угол наклона клюва, что позволяет им нырять в воду со скоростью до 24 метров в секунду. Авторы пишут, что у дельфинов укороченные, сросшиеся шейные позвонки, которые поддерживают их голову во время плавания.
Понимание того, как животные или объекты взаимодействуют друг с другом, является одной из целей более широкой исследовательской программы Юнга. В его лаборатории изучалась механика ныряния животных и то, как животные выпрыгивают из воды; текущий проект посвящен тому, как лиса ныряет в снег.