Вынужденное воспламенение горючих систем, его сущность. лекция 8
ЛЕКЦИЯ 8.
Вынужденное воспламенение горючих систем,
его сущность
Рассмотренные процессы воспламенения на практике встречаются очень редко. Но, несмотря на это, изучение этого процесса очень важно с точки зрения предотвращения возможности непроизвольного самовоспламенения и самовозгорания горючих веществ и материалов, которые могут привести к взрыву и пожару.
Чаще всего пожары происходят в результате вынужденного воспламенения горючих веществ и материалов от источника зажигания.
Вынужденным воспламенением (зажиганием) называется возникновение горения под воздействием источника зажигания.
По своей физической сущности зажигание или вынужденное воспламенение не отличается от процесса самовоспламенения, так как условия самоускорения реакции окисления у них одни и те же, т.е. взаимодействие горючего вещества и окислителя наступает после повышения температуры системы выше определенного значения.
Первое (основное) отличие между этими процессами заключается в том, что при самовоспламенении вся смесь разогревается равномерно и доводится постепенно до температуры самовоспламенения. В результате этого реакция окисления протекает во всем объеме газовой смеси. Процесс горения может возникнуть равномерно в любой точке рассматриваемого пространства или во всем объеме одновременно.
В случае зажигания вся горючая смесь может оставаться сравнительно холодной, до температуры воспламенения достаточно нагревания только ее незначительной части.
Второе отличие состоит в том, что при самовоспламенении процесс самоускорения химической реакции нарастает сравнительно медленно, т.е. велик период индукции, а при зажигании процесс воспламенения происходит значительно быстрее, так как разогрев смеси от внешнего источника тепла производится локально, но значительно быстрее и до более высокой температуры. Поэтому индукционный период почти отсутствует или очень мал.
Под источником зажигания понимают горячее или накаленное тело, а также электрический разряд с запасом энергии и температуры, достаточных для возникновения горения других веществ.
В зависимости от внешнего источника тепла и его особенностей различают разные способы или виды зажигания. Источником зажигания может быть разогретое постороннее тело или локально разогретая стенка сосуда с горючей газовой смесью, электрическая искра, постороннее пламя, адиабатическое сжатие или ударная волна и т.д.
Зажигание от различных источников зажигания
Зажигание от нагретой поверхности. Рассмотрим механизм воспламенения для этого случая. Предположим, что температура поверхности тела повысилась до некоторого значения Т1(рис. 18.6).Если с этой поверхностью соприкасается среда, не способная к реакции окисления, то распределение температуры в ней изобразится кривой Т1А1.
При соприкосновении горючей смеси с поверхностью кривая температура становится иной, что обусловлено дополнительным выделением тепла в результате реакции окисления (кривая T1A
). Если повысить температуру тела до Т2, то в инертной среде это вызовет распределение температуры по кривой Т2А2, но с более резким спадом, чем в предыдущем случае.
В горючей же смеси в результате увеличения скорости выделения тепла с повышением температуры кривая температур будет опускаться медленнее, чем кривая Т2А2. Повышая температуру тела, можно найти такую температуру Т2, при которой температура смеси понижаться не будет, и кривая температур примет вид Т2А
. Если еще повысить температуру, то температура горючей смеси вследствие большой скорости выделения тепла не сможет быть постоянной и начнет быстро возрастать (по мере удаления от источника тепла) до тех пор, пока не произойдет воспламенение (кривая Т3А’3). Таким образом, температура Т2 является для этих условий предельной, т.е. температурой воспламенения.
Зажигание электрической искрой. Зажигание горючих газовых смесей электрической искрой – один из распространенных видов вынужденного воспламенения, особенно в двигателях и теплосиловых установках. Механизм этого процесса значительно сложнее, чем рассмотренный выше тепловой механизм поджигания нагретым телом уже потому, что сам электрический заряд в газовом пространстве – сложное физическое явление.
В зоне разряда возникает интенсивное возбуждение молекул газа и их ионизация. Это объясняется тем, что в очень малом по объему “канале” проскока термодинамическая температура газа возрастает мгновенно до нескольких тысяч градусов. Время действия разряда – тысячные доли секунды, но время тепловой релаксации системы достаточно невелико. И поэтому можно рассматривать поджигающую искру как своеобразное разогретое газообразное тело. В соответствии с этим существует две концепции искрового зажигания:
– ионная теория зажигания;
– тепловая теория зажигания.
Согласно ионной теории, рассматривающей механизм зажигания с чисто химической точки зрения, эффективность зажигания газовых смесей должно зависеть от силы тока в сети перед ее размыканием, т.е. должна быть прямо пропорциональна силе тока в первой степени.
В случае теплового механизма зажигания зажигающая способность должна быть пропорциональна квадрату силы тока, так как из курса физики известно, что количество тепла, выделяемого в электрической сети пропор-ционально квадрату силы тока 
. Однако опыт показывает, что зажигающая способность электрической искры пропорциональна первой степени силы тока, что подтверждает ионную теорию зажигания. При искровом зажигании для каждого вида горючего, каждого состава смеси газов существует некоторое предельное наименьшее значение мощности электрического разряда, начиная с которого смесь способна воспламеняться, т.е. возникает фронт пламени и происходит его дальнейшее распространение за пределы зоны зажигания.
Наименьшее значение мощности электрической искры способно поджечь горючую смесь данного вида и состава, называется критической энергией зажигания.
С позиций тепловой теории воспламенения, предложенной академиком Зельдовичем, электрическая искра заменяется точечным источником тепла, выделяющим в момент времени 
= 0 некоторое количество тепла, равное Q Дж, способное поджечь критический объем смеси, который может дальше поддерживать горение. Решив уравнение нестационарной теплопроводности для нейтральной среды с постоянным коэффициентом температуропроводностиa в декартовой системе координат, получим количество тепла, необходимое для нагрева смеси от Т0 доТ
некоторого объема, который способен воспламенить всю смесь:
Это выражение позволяет проанализировать влияние различных физико-химических факторов и параметров горючей газовой смеси на энергию вынужденного зажигания, если принять Езаж.~Q. Количественно энергия вынужденного зажигания Езаж. горючих газовых систем ничтожно малая величина, и колеблется от десятых долей до нескольких миллиджоулей. Минималъное значение критической энергии вынужденного зажигания наиболее распространенных горючих газовоздушных смесей Екрсоставляет 0.2–0.3 мДж.
Зная величину критического радиуса зажигающего объема газовой смеси и минимальную температуру вынужденного зажигания газовоздушных смесей, критическую энергию зажигания можно определить аналитически:
где RKp– критический радиус объема смеси, которая может воспламениться (экспериментально установлено, что Rкр.» 0.5 мм);Ср– средняя теплоемкость газовой смеси; Т
– температура вынужденного зажигания (или температура воспламенения).
Температура воспламенения –наименьшая температура, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.
Тогда можно записать Qкp
0.5.10–9Cр Т.
Если принять, чтоТ для большинства углеводородов равна ~300°С, средняя теплоемкость при этой температуре равна Ср ≈ 1,4 кДж/(м3.с), то получим, что QKp.≈ 0.21.10–6 кДж, т.е. Qкp.≈ Екр ≈ 0.2 мДж.
Если учесть, что у некоторых углеводородов значение критической энергии Екрменьше и по соображениям техники безопасности следует ввести поправочный коэффициент запаса, критическую энергию зажигания горючих и взрывоопасных углеводородных смесей с воздухом условно можно принять равной Екр.» 0.1 мДж. Критическая энергия зажигания зависит от различных факторов:
а).от состава горючей смеси (рис. 18.7);
б).от скорости газовоздушной смеси (рис. 8.8);
в).от давления (рис. 1 8.9).
Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения) и влияющие на них факторы
Для возникновения и распространения процесса горения необходимо, как отмечалось ранее, наличие горючего, окислителя и высокотемпературного источника зажигания.
В химическую реакцию окисления могут вступать лишь молекулы горючего и окислителя, энергия которых в момент соударений превышает энергию активации. Для этого нужно, чтобы молекулы горючего и окислителя встретились в системе, и произошло их соударение. При этом возможны три вида соударений:
– окислитель –окислитель;
– горючее –горючее;
– окислитель – горючее.
Только в третьем случае вид соударений является эффективным, так как протекает с выделением тепла. Но для того, чтобы выделившееся тепло было достаточно для дальнейшего развития химической реакции, необходимо определенное соотношение концентраций горючего и окислителя.
Самые благоприятные условия для развития химической реакции будут тогда, когда соотношение горючего и окислителя будет соответствовать стехиометрической концентрации. Будут существовать также и такие концентрации горючего и окислителя (больше или меньше стехиометрии), когда протекание химической реакции невозможно, так как процесс горения не будет развиваться.
Нижний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) НКПВ – минимальное содержание горючего в смеси (горючее вещество – окислительная среда), при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.
Верхний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) ВКПВ – максимальное содержание горючего в смеси (горючее вещество – окислительная среда), при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.
Рассмотрим процесс воспламенения газовоздушной смеси в пределах концентраций горючего от 0 до 100 %, то увидим, что смесь является взрывопожароопасной не при всех концентрациях (рис. 1 8.10). Все смеси горючего с концентрациями от 0 до НКПВ не способнывоспламеняться даже от мощного источника зажигания это область безопасных концентраций. В пределах от НКПВ до ВКПВ смесь горючего с воздухом способна воспламеняться и сгорать со скоростью взрыва, при этом пламя распространяется на весь объем горючей смеси – это область воспламенения. Область концентраций выше ВКПВ, вплоть до 100 % называется пожароопасной.
Значение НКПВ используется при определении категорий производств по пожаровзрывоопасности.Значения НКПВ и ВКПВ следует применять при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых концентраций газов, паров, пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальным источником зажигания.
Существуют экспериментальные методы определения КПВ, заключающиеся в зажигании газа-паро-пыле-воздушных смесей заданной концентрации исследуемого вещества в объеме реакционного сосуда и установлении факта наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя концентрацию горючего в смеси, устанавливают ее минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.
НКПВ газа- и паровоздушных смесей рассчитывают по предельной теплоте сгорания. Установлено, что количество тепла, выделяющееся при горении смесей на НКПВ, представляет собой почти для всех горючих веществ примерно постоянную величину, равную ~1830 кДж/м3
Из выражения для определения предельной теплоты горения 
можно определить нижний концентрационный предел:
об %
НКПВ и ВКПВ можно определить и по аппроксимированной формуле
= 100/an b),
где n– число молекул кислорода, необходимое для полного окисления горючего; а и b– константы, значения которых приведены в таблице.
Метеоры и метеориты – готовые работы
Метеором называют частицы пыли или осколки космических тел (комет или
астероидов), которые при входе в верхние слои атмосферы Земли из космоса,
сгорают, оставляя после себя полоску света, которую мы наблюдаем. Популярное
название метеора – это падающая звезда.
Земля, всё время подвергается постоянной бомбардировке объектами
из космоса. Они различаются по размеру, от камней весом в несколько
килограммов, до микроскопических частиц, весящих меньше миллионной доли грамма.
По оценкам некоторых специалистов, Земля в течение года захватывает больше 200
млн. кг различного метеорного вещества. А в сутки вспыхивает около одного
миллиона метеоров. Всего лишь десятая часть их массы достигает поверхности в
форме метеоритов и микрометеоритов. Остальная часть, сгорает в атмосфере, порождая
метеорные следы.
Метеорное вещество входит обычно в атмосферу со скоростью около 15 км/сек.
Хотя, в зависимости от направления по отношению к движению Земли, скорость
может колебаться от 11 до 73 км/с. Частицы среднего размера, нагреваясь от
трения испаряются, давая вспышку видимого света на высоте около 120 км.
Оставляя кратковременный след ионизированного газа и гаснут к высоте порядка 70 км.
Чем больше масса метеорного тела, тем ярче он вспыхивает. Эти следы,
сохраняемые 10–15 минут, могут отражать радиолокационные сигналы. Поэтому, для
обнаружения метеоров, которые слишком слабы для визуального наблюдения (а также
метеоров, появляющихся при дневном свете), используют методы радиолокации.
Метеор
Этот метеорит никто не наблюдал при падении. Его космическая
природа установлена на основании изучения вещества. Такие метеориты называют
находками, и они составляют около половины мировой коллекции метеоритов. Другая
половина – падения, «свежие» метеориты, поднятые вскоре после того, как они
упали на Землю. К ним относится метеорит Пикскилл, с которого начался наш
рассказ о космических пришельцах. Падения имеют для специалистов большой
интерес, чем находки: о них можно собрать некоторую астрономическую информацию,
а вещество их не изменено земными факторами.
Метеоритам принято давать имена по географическим названиям мест,
соседствующих с местом падения или находки. Чаще всего это название ближайшего
населенного пункта (например, Пикскилл), но выдающимся метеоритам присваивают
более общие имена. Два самых крупных падения XX в. произошли на территории
России: Тунгусское и Сихотэ-Алинское.
Метеориты делятся на три больших класса: железные, каменные и
железо-каменные. Железные метеориты состоят в основном из никелистого железа. В
земных горных породах естественный сплав железа с никелем не встречается, так
что присутствие никеля в кусках железа указывает на его космическое (или
промышленное!) происхождение.
Включения никелистого железа есть в большинстве каменных
метеоритов, поэтому космические камни, как правило, тяжелее земных. Главные же
их минералы – силикаты (оливины и пироксены). Характерным признаком основного
типа каменных метеоритов – хондритов – является наличие внутри них округлых
образований – хондр. Хондриты состоят из того же вещества, что и весь остальной
метеорит, но выделяются на его срезе в виде отдельных зернышек. Их
происхождение пока не вполне ясно.
Третий класс – железокаменные метеориты – это куски никелистого
железа с вкраплениями зерен каменистых материалов.
Вообще метеориты состоят из тех же элементов, что и земные горные
породы, но сочетания этих элементов, т.е. минералы, могут быть и такими, какие
на Земле не встречаются. Это связано с особенностями образования тел,
породивших метеориты.
Среди падений преобладают каменистые метеориты. Значит, таких
кусков больше летает в космосе. Что касается находок, то здесь преобладают
железные метеориты: они прочнее, лучше сохраняются в земных условиях, резче
выделяются на фоне земных горных пород.
Метеориты являются осколками малых планет – астероидов, которые
населяют в основном зону между орбитами Марса и Юпитера. Астероидов много, они
сталкиваются, дробятся, изменяют орбиты друг друга, так что некоторые осколки
при своем движении иногда пересекают орбиту Земли. Эти осколки и дают
метеориты.
Организовать инструментальные наблюдения падений метеоритов, с
помощью которых можно с удовлетворительной точностью вычислить их орбиты, очень
трудно: само явление очень редкое и непредсказуемое. В нескольких случаях это
удалось сделать, и все орбиты оказались типично астероидными.
Интерес астрономов к метеоритам был вызван в первую очередь тем,
что долгое время они оставались единственными образцами внеземного вещества. Но
и сегодня, когда вещество других планет и их спутников становится доступным
лабораторному исследованию, метеориты не потеряли своего значения. Вещество,
составляющее крупные тела Солнечной системы, подвергалось длительному
преобразованию: оно плавилось, разделялось на фракции, вновь застывало, образуя
минералы, не имеющие уже ничего общего с тем веществом, из которого все
образовалось. Метеориты же являются обломками мелких тел, которые такой сложной
истории не прошли. Одни из типов метеоритов – углистые хондриты – вообще
представляют собой слабоизмененное первичное вещество Солнечной системы. Изучая
его, специалисты узнают, из чего образовались крупные тела Солнечной системы, в
том числе и наша планета Земля.
Метеорный поток
Основная часть метеорного вещества в Солнечной системе, обращается
вокруг Солнца по определенным орбитам. Характеристики орбит метеорных роев
могут быть рассчитаны по наблюдениям метеорных следов. Используя этот способ,
было показано, что многие метеорные рои имеют те же самые орбиты, что и
известные нам кометы. Эти частицы могут быть распределены по всей орбите или
сконцентрированы в отдельных скоплениях. В частности, молодой метеорный рой
может долго оставаться с концентрированным около родительской кометы. Когда при
движении по орбите, Земля пересекает такой рой, в небе нами наблюдается
метеорный поток. Эффект перспективы, порождает оптическую иллюзию того, что
метеоры, которые в действительности движутся по параллельным траекториям,
кажутся исходящими из одной точки в небе, которую принято называть радиантом.
Эта иллюзия и есть эффект перспективы. В действительности эти метеоры
порождаются частицами вещества, входящими в верхние слои атмосферы по
параллельным траекториям. Это великое множество метеоров, наблюдаются в течение
ограниченного периода времени (обычно несколько часов или дней). Известно
множество ежегодных потоков. Хотя только некоторые из них порождают метеорные
дожди. С особенно плотным роем частиц Земля сталкивается очень редко. И тогда
может возникнуть исключительно сильный поток с десятками или сотнями метеоров
каждую минуту. Обычно хороший регулярный поток дает около 50 метеоров в час.
В дополнение ко множеству регулярных метеорных потоков, в течение
года наблюдаются и спорадические метеоры. Они могут прийти с любого
направления.
Микрометеорит
Это частица метеоритного вещества, которая настолько невелика, что
теряет свою энергию еще до того, как она могла бы воспламениться в атмосфере
Земли. Микрометеориты выпадают на Землю как дождь мельчайших пылевых частиц.
Количество вещества, ежегодно выпадающего на Землю в такой форме, оценивается в
4 млн. кг. Размер частиц обычно меньше 120 мкм. Такие частицы удается собрать в
ходе космических экспериментов, а железные частицы благодаря их магнитным
свойствам могут быть обнаружены и на поверхности Земли.
Происхождение метеоритов
Если имеются сведения об очень ярком болиде, который мог
завершиться выпадением метеорита, следует постараться собрать наблюдения этого
болида случайными очевидцами на возможно большей площади. Нужно, чтобы очевидцы
с места наблюдения показали путь болида на небе. Желательно измерить
горизонтальные координаты (азимут и высоту) каких-нибудь точек этого пути
(начала и конца). При этом используются простейшие приборы: компас и эклиметр –
инструмент для измерения угловой высоты (это по сути дела транспортир с
закрепленным в его нулевой точке отвесом). Когда такие измерения выполнены в
нескольких пунктах, по ним можно построить атмосферную траекторию болида, а
затем поискать метеорит вблизи проекции на землю ее нижнего конца.
Сбор сведений об упавших метеоритах и поиск их образцов являются
увлекательными задачами для любителей астрономии, но сама постановка таких
задач во многом связана с некоторым везением, удачей, которую важно не
упустить. А вот наблюдения метеоритов могут проводиться систематически и
приносить ощутимые научные результаты. Разумеется, такой работой занимаются и
профессиональные астрономы, вооруженные современной аппаратурой. Например, в их
распоряжении имеются радиолокаторы, при помощи которых метеоры можно наблюдать
даже днем. И все же правильно организованные любительские наблюдения, которые к
тому же не требуют сложных технических средств, до сих пор играют определенную
роль в метеоритной астрономии.
Метеориты: падения и находки
Нужно сказать, что научный мир вплоть до конца XVIII в.
относился скептически к самой возможности падения с неба камней и кусков
железа. Сообщения о подобных фактах рассматривались учеными как проявления
суеверий, ведь тогда еще не было известно никаких небесных тел, обломки которых
могли бы попадать на Землю. Например, первые астероиды – малые планеты – были
открыты только в начале XIX в.
Первая научная работа, утверждавшая космическое происхождение
метеоритов, появилась в 1794 г. Ее автор, немецкий физик Эрнст Хладни,
сумел дать единое объяснение трем загадочным явлениям: пролетам по небу
огненных шаров, падениям на Землю оплавленных кусков железа и камня после
пролетов и находкам странных оплавленных железных глыб в разных местах Земли.
Согласно Хладни, все это связано с поступлением на Землю космического вещества.
Кстати сказать, одной из таких необычных железных глыб была
многопудовая «крица», вывезенная российским академиком Петром Симоном Палласом
из Сибири и положившая начало национальной коллекции метеоритов России. Эта
железная глыба со включенными в нее зернами минерала оливина получила имя «Палласово
железо» и впоследствии дала название целому классу железокаменных метеоритов – палластиты.
Антарктида
Хотя метеориты падают на всем земном шаре, чаще всего они попадают
в океаны и погружаются на дно. Но есть на Земле, в восточной Антарктике,
огромные бесплодные равнины голубого льда. На этих равнинах время от времени
попадаются кусочки скальных пород.
Исследования мест падений метеоритов
Яркий прочерк на небе, зарегистрированный почти в сумерках 13
августа 1999 г., является не вспышкой метеора, а «солнечным зайчиком» от
спутника. Этот спутник, Иридиум-52, один из семейчтва спутников цифровой связи
Иридиум. «Вспышки» вызываются отражением солнечного света от гладких антенн.
Один из 100000 метеоритов, падающих на Землю, имеет разрушительную
силу. За последние 200 лет наблюдений на территории США в жилище попало 23
метеорита, а на территории бывшего СССР 4 метеорита.
1511 г. Генуя (Италия). Во время солнечного затмения
произошел метеорный дождь. В результате убито несколько рыбаков и священник. 1684 г.
Тобольск (Россия). В результате падения метеорита пробит купол церкви. 1836 г.
Бразилия. В результате падения метеорита убита овца. 1911 г. Египет.
Упавшим метеоритом убита собака.
12 ноября 1982 г. в г. Везерсфилд (шт. Коннектикут, США)
Роберт и Ванда Донахью сидели вечером у телевизора, когда в прихожей раздался
удар и послышался звон осыпающейся штукатурки. Пожилые супруги обнаружили в
крыше дома и потолке дыру размером в человеческую голову, а на кухне под столом
каменный метеорит диаметром 13 см и массой 2,7 кг. приехавшие по вызову
ученые не поленились даже заглянуть в пылесос с помощью которого хозяева
произвели уборку перед приездом гостей. и обнаружили там несколько осколков
метеорита. Метеорит попал в коллекцию и получил названье «Донахью».
9 октября 1992 г. в 8 часов вечера каменный метеорит весом
12,3 кг упал в г. Пикскил (штю Нью-Йорк, США) на багажник стоящего во дворе
автомобиля и от удара раскололся на несколько частей сильно помяв багажник. На
шум выбежала молодая хозяйка автомобиля. Метеорит был еще теплый. Она сообщила
в ближайший университет. Через несколько часов у дома собрались ученые,
коллекционеры, сотрудники музея, пресса, представители аукциона Сотби и т.д. Ученые
подтвердили, что это каменный метеорит (хондрит) и хозяйка за него получила
70000 $. Так что упавший с неба камень был к счастью.
Кратер Чиксулуб
Большой земной ударный кратер на северном побережье полуострова
Юкатан в Мексике, в настоящее время в значительной степени скрытый осадочными
породами. Считается, что он связан с произошедшим 65 млн. лет назад ударным
событием, которое, по-видимому, явилось причиной массового вымирания живых
существ, включая динозавров.
Метеорит Гоба
Самый большой известный метеорит в мире. Его размеры 3х3х1 м.
Принадлежит к типу железных метеоритов и весит приблизительно 55000 кг. Он все еще находится на месте падения в Намибии, где был обнаружен в 1928 г. Метеорит
покрыт слоем ржавого эродированного вещества; с учетом эрозии первоначальная
масса метеорита должна превышать 73000 кг.
Сихотэ-Алинский дождь
Большой метеоритный дождь, выпавший 12 февраля 1947 г. в
восточной Сибири. Самый большой найденный метеорит весил 1745 кг, но по имеющимся оценкам, на поверхность Земли упали тысячи осколков, общий вес которых
достигает 100 т. Большинство их не найдено.
Самый большой метеорит из находящихся в музеях мира. Этот железный
метеорит был найден Робертом Пири в Гренландии в 1897 г. Вес – 31 тонна.
Экспонируется в Хейденском планетарии в Нью-Йорке.
Интересные истории
9 октября 1992 г. Америка жила ожиданием Колумбова дня:
приближалась 500-я годовщина открытия Нового Света великим мореплавателем. 18-летняя
Мишель Напп из маленького городка Пикскилл (штат Нью-Йорк) вечером смотрела
телевизор. Вдруг она услышала громкий шум на улице. Девушка испугалась и
вызвала по телефону полицию, которая установила, что на этот раз «нарушителем» явился
космический странник: рядом с поврежденной машиной Наппов лежал оплавленный
камень почти 9 кг.
Этот случай представляет собой скорее исключение, чем правило:
падающие с неба камни или куски железа – их называют метеоритами – ведут себя
удивительно миролюбиво по отношению к людям. Достоверно зафиксировано только
два случая
Городок Пикскилл
Когда Пикскильский метеорит пролетал над США в 1992 году, его
успели снять на видео 16 человек, пока он не врезался в машину. Этот эффектный
болид пересек воздушное пространство нескольких штатов США за 40 секунд своего
полета, пока не приземлился в Пикскиле, пригороде Нью-Йорка.
Самые знаменитые падения метеоритов
Во время работы Колби Наварро за компьютером в крышу дома вломился
булыжник из космоса, попал в принтер, ударился в стену и остался лежать возле
каталожного ящика. Это произошло около полуночи 26 марта в местечке Форест Парк
штата Иллинойс (США) неподалеку от Чикаго.
Метеорит в Чикаго
попадания метеоритов в людей (оба без серьезных последствий),
ничтожен и причиненный ими материальный ущерб. Никакой мистики в этом «дружелюбии»
нет: падение метеорита – явление редкое и может произойти с равной вероятностью
в любой точке земного шара. А люди до сих пор занимают не так уж много места на
своей планете. Вот и падают небесные странники в океаны, на которые приходится
более 2/3 земной поверхности, в обширные безлюдные пустыни, леса, полярные
районы – в полном соответствии с законами математической статистики. Поэтому
любой из нас не только практически не рискует получить удар метеорита, но даже
имеет очень мало шансов увидеть его падение.
Впрочем, отчаиваться не стоит. Наблюдать прибытие на Землю
космического вещества может каждый. Достаточно в ясную ночь провести хотя бы
час, всматриваясь в звездное небо, и вы наверняка заметите огненную черту,
прорезающую небосвод. Это – падающая «звезда», или метеор. Иногда их бывает
много – целые звездные ливни. Но сколько бы их не пролетело, вид звездного неба
не изменится: падающие звезды не имеют никакого отношения к звездам настоящим.
В космическом пространстве, окружающем нашу планету, движется
множество твердых тел самых разных размеров – от пылинок до глыб с
поперечниками в десятки и сотни метров. Чем больше размер тел, тем реже они
встречаются. Поэтому пылинки сталкиваются с Землей ежедневно и ежечасно, а
глыбы – раз в сотни и даже тысячи лет.
Совершенно различны и сопровождающие эти столкновения эффекты.
Маленькое тело массой в доли грамма, вторгаясь в земную атмосферу с огромной
скоростью (десятки километров в секунду), раскаляется от трения о воздух и
целиком сгорают на высотке 80–100 км. Наблюдатель на Земле видит в этот
момент метеор. Если же в атмосферу влетает кусок побольше, например размером с
кулак, и притом не с самой большой скоростью, – атмосферу может сработать как
тормоз и погасить космическую скорость, прежде чем кусок полностью сгорит.
Тогда его остаток упадет на поверхность Земли. Это и есть метеорит. Падение
метеорита сопровождается полетом по небу огненного шара и громоподобными
звуками. Такие явления мало кому доводилось наблюдать. Наконец, когда масса
влетевшего тела еще больше атмосфера уже не может погасить всю его скорость, и
оно врезается в поверхность Земли, оставляя на ней космический шрам – метеоритный
кратер или воронку.
Если посмотреть в телескоп на Луну, то видно, что вся ее
поверхность буквально изрыта такими кратерами – следами метеоритной
бомбардировки, которой Луна подвергалась в прошлом. Земля тоже получила в
прошлом космические удары (см. статью «Астероидная угроза»). Их следы в виде
метеоритных кратеров (иногда их называют астроблемы – «звездные раны») остались
на поверхности нашей планеты. Наиболее известный из них – кратер в Аризоне – имеет
в поперечнике более 1 км и образовался 50 тыс. лет назад. Сухой климат
пустыни обеспечил его хорошую сохранность. Внешние следы других космических
шрамов в значительной степени стерты последующими геологическими процессами.
Одно из крупнейших известных ныне таких образований находится на севере Сибири.
Это Попигайский метеоритный кратер диаметром 100 км.
Методы физической реабилитации при ожирении | гуз областной врачебно-физкультурный диспансер
Снижение объема физической активности, вследствие урбанизации и автоматизации процессов труда при высоком уровне психоэмоционального напряжения оказывает неблагоприятное влияние на деятельность различных органов и систем. Поэтому повышение массы тела является фактором риска развития артериальной гипертонии, сахарного диабета, ишемической болезни сердца, атеросклероза и других сопутствующих заболеваний.
Как было сказано выше, одной из основных причин возникновения ожирения наряду с нарушением режима питания является снижение физической активности человека, поэтому проведение реабилитации с использованием физических упражнений при данном заболевании представляется достаточно аргументированным.
Активная физическая деятельность, регулярные занятия физической культурой и спортом играют важную роль в поддержании нормального веса. Лечебное влияние физических упражнений при ожирении осуществляется в основном по механизму трофического действия. Физические упражнения оказывают общетонизирующее влияние на организм и нормализующее воздействие на нервную и эндокринную регуляцию всех трофических процессов, способствует восстановлению нормальных моторно-висцеральных рефлексов, что приводит к нормализации нарушенной функции.
Физические упражнения, тонизируя ЦНС, повышают и активность желез внутренней секреции, активность ферментативных систем организма. Специально подбирая физические упражнения, можно воздействовать преимущественно на жировой, углеводный или белковый обмен. Так, длительно выполняемые упражнения «на выносливость» увеличивают энерготраты организма за счет сгорания углеводов и жиров; силовые упражнения влияют на белковый обмен и способствует восстановлению структур тканей, в частности при дистрофиях, вызванных нарушением питания и адинамией. Специфическое лечебное действие физических упражнений может проявляться и по механизму формирования компенсаций.
В основе проведения занятий физическими упражнениями лежит принцип определения величины предельных нагрузок, установление допустимого их уровня и адаптация занимающихся к постепенно возрастающим нагрузкам. Для обеспечения эффективности тренирующих занятий необходимо активизировать функциональные резервы сердечнососудистой системы. К сожалению, среди большого количества методик расширения двигательной активности людей недостаточно четко определены критерии величин предельных нагрузок с учетом функционального статуса каждого занимающегося. Каждый этап реабилитации должен строится исходя из индивидуальных возможностей пациентов, а значит необходимо составлять план тренирующих нагрузок на оптимальном уровне, т.е. в каждом конкретном случае установить индивидуальную поэтапную программу занятий физическими упражнениями. Среди большого количества работ не найдено общепринятых методик занятий физическими упражнениями, отсутствует классификация самих физических упражнений, а так же имеются противоречивые данные по поводу точных методик контроля и регуляции физических нагрузок в соответствии состояния занимающихся, т.е. не осуществляется оптимального педагогического контроля при проведении групповых занятий лечебной гимнастики с людьми, страдающими избыточной массой тела.
Все вышесказанное требует еще раз заострить внимание на методике проведения занятий физическими упражнениями при ожирении в соответствии с состоянием каждого занимающегося, на разработке методик индивидуальных программ физических нагрузок, а так же на конкретных методиках по этапам физической реабилитации.
При лечении и реабилитации больных с ожирением применяется комплекс методов, важнейшими среди которых являются физические упражнения и диета, направленный на выполнение следующих задач
- улучшение и нормализацию обмена веществ, в частности, жирового обмена;
- уменьшение избыточной массы тела;
- нормализация функций сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и других систем организма, страдающих при ожирении;
- улучшение и нормализация двигательной сферы больного;
- повышение неспецифической сопротивляемости.
Важное место в лечении и реабилитации при ожирении занимает рациональное питание с ограничением жиров и углеводов. Количество жира в суточном рационе снижают до 0,7 – 0,8 г/кг, при этом должны присутствовать растительные жиры, резко ограничивают количество углеводов – до 2,5 – 2,7 г/кг (суточная норма 5,2 – 5,6 г/кг), прежде всего за счет исключения сахара, хлеба, кондитерских изделий, сладких напитков и др. Количество белков в пище остается нормальным – 1,3 – 1,4 г/кг или немного выше, что предупреждает потери тканевого белка, повышает энерготраты за счет усвоения белков, создает чувство сытости. В рационе питания кроме того нужно предусмотреть
1) ограничение в суточном приеме свободной жидкости до 1 – 1,2 л, что усиливает распад жира как источника «внутренней» воды;
2) ограничение количества поваренной соли до 5 – 8 г в день. Пищу готовят почти без соли, добавляя ее во время еды, исключают соленые продукты;
3) исключение алкогольных напитков, которые ослабляют самоконтроль за потреблением пищи и сами являются источником энергии;
4) исключение возбуждающих аппетит блюд и продуктов пряностей, крепких бульонов и соусов;
5) режим 5 – 6 разового (дробного) питания с добавлением к рациону между основными приемами пищи овощей и фруктов;
6) употребление в питании продуктов (чернослив, курага, свекла), способствующих нормальному опорожнению кишечника, с этой целью хороший самомассаж живота, ползание на четвереньках.
Необходимым условием успешного лечения, а тем более восстановления больных ожирением является правильный режим двигательной активности. Метод лечебной физкультуры является патогенически обоснованным, а потому важным и неотъемлемым элементом комплексной реабилитации больных ожирением. При выборе физических упражнений, определении скорости и интенсивности их выполнения следует учитывать, что упражнения на выносливость (длительные умеренные нагрузки) способствуют расходу большого количества углеводов, выходу из депо нейтральных жиров, их расщеплению и преобразованию.
ЛФК назначается во всех доступных формах, подбор их должен соответствовать возрастным и индивидуальным особенностям больных, обеспечивая повышенные энерготраты. Целесообразно использование физической нагрузки средней интенсивности, способствующей усиленному расходу углеводов и активизации энергетического обеспечения за счет расщепления жиров.
В.И. Дубровский считает, что при правильном комплексном лечении, включающем физические упражнения и рациональную диету, все проявления ожирения исчезают, особенно при первичной, алиментарной, форме.
По его мнению, задачи лечебной физкультуры состоят в следующем
– стимулировать обмен веществ, повышая окислительно-восстановительные процессы и энергозатраты;
– способствовать улучшению нарушенного функционального состояния сердечно-сосудистой системы и дыхания;
– снизить массу тела больного в сочетании с диетотерапией;
– повысить физическую работоспособность;
– способствовать нормализации жирового и углевидного обмена.
Методика физической реабилитации лиц с ожирением В.И. Дубровского учитывает как показания, так и противопоказания к назначению лечебной физкультуры в соответствии со степенью развития заболевания.
Так, показаниями к назначению лечебной физкультуры служат первичное и вторичное ожирение I, II, III, IV степеней. В этом случае возможны утренняя гигиеническая гимнастика, лечебная гимнастика, упражнения на тренажерах, дозированные прогулки по ровной местности и с восхождениями (терренкур), специальные упражнения в бассейне, плавание в открытых водоемах, бег, туризм, гребля, катание на велосипеде, лыжах, коньках, подвижные и спортивные игры.
Противопоказания касаются в основном занятий на тренажерах
– ожирение любой этиологии IV степени;
– сопутствующие заболевания, сопровождающиеся недостаточностью кровообращения II и III стадии;
– гипертензионные и диэнцефальные кризы;
– обострения калькулезного холецистита;
– повышение АД выше 200120 мм рт. ст.;
– урежение пульса до 60 ударов в минуту.
Другие формы лечебной физкультуры противопоказаны при гипертензионных и диэнцефальных кризах, обострении сопутствующих заболеваний.
В лечебной физкультуре общая физическая нагрузка должна быть субмаксимальной и индивидуализированной в соответствии с функциональными возможностями организма больного. Для достижения наибольшего эффекта различные формы лечебной физкультуры должны чередоваться в течение дня. Продолжительность каждой процедуры лечебной гимнастики – от 5 до 45-60 мин. В лечебной гимнастике следует использовать предметы и снаряды-медицинболы (1-4 кг), гантели (1-3 кг), эспандеры и т. д.
Наибольший эффект снижения массы тела и улучшения функционального состояния сердечно-сосудистой системы у больных первичной формы – I степени вызывают упражнения на тренажерах (велотренажер, гребной велоэргометр, тредмил – беговая дорожка).
Больным со II степенью ожирения в возрасте до 40 лет, имеющим функциональные изменения сердечно-сосудистой системы или признаки миокарднодистрофии при сопутствующей гипертонической болезни не выше I стадии либо артериальной гипертензии, ранее занимавшихся физической культурой или спортом, следует рекомендовать во время занятий на тренажерах физическую нагрузку, вызывающую прирост частоты сердечных сокращений на 75 % от исходной частоты сердечного ритма (в покое), при этом следует 5 мин нагрузки чередовать с 3-минутными паузами для отдыха. Продолжительность одного занятия – от 30 до 90 мин, а курс – 18-20 процедур.
У больных с ожирением III степени и сопутствующими заболеваниями (гипертоническая болезнь.На стадии в фазе ремиссии, недостаточность кровообращения не выше I стадии), физически не подготовленных в возрасте до 60 лет во время занятий на тренажерах рекомендуют физическую нагрузку, вызывающую прирост частоты сердечных сокращений на 50 % от исходной частоты сердечного ритма (в покое). При этом следует чередовать 8-минутные нагрузки с 5-минутными паузами для отдыха. Продолжительность занятия – от 20 до 60 мин. На курс – 18-20 процедур.
Занятия на тренажерах целесообразно сочетать с лечебной гимнастикой, специальными физическими упражнениями в бассейне для воздействия на мышцы брюшного пресса и другими формами лечебной физкультуры.
Бег в течение 1-2 мин следует чередовать с ходьбой и дыхательными упражнениями. Прогулки следует проводить 2-3 раза в течение дня, начиная с 2-3 км и достигая постепенно 10 км в день (дробно).
Во время прогулок можно чередовать медленную ходьбу с ускоренной (50-100 м), после чего рекомендуются дыхательные упражнения и спокойная ходьба. Постепенно ускоренную ходьбу увеличивают до 200-500 м. После тренировки в течение 2-3 мес. показан бег трусцой, начиная с 25-50 м и постепенно увеличивая до 300-500 м за счет нескольких пробежек в течение дня. Бег разрешается в любое время дня, а также вечером.
В.И. Дубровский также рекомендует в качестве еще одного средства самомассаж как самостоятельное воздействие, а также в процедурах лечебной гимнастики. Самомассаж, по его мнению, увеличивает энерготраты и снижает массу тела.
Другой исследователь, С.Н. Попов, разработал целый комплекс занятий лечебной физкультурой в виде макроциклов, которые подразделяются на два периода вводный, или подготовительный, и основной. Во вводном (подготовительном) периоде основная задача – преодолеть сниженную адаптацию к физической нагрузке, восстановить обычно отстающие от возрастных нормативов двигательные навыки и физическую работоспособность, добиться желания активно и систематически заниматься физкультурой. С этой целью применяются следующие формы ЛФК лечебная гимнастика (с вовлечением крупных мышечных групп), дозированная ходьба в сочетании с дыхательными упражнениями, самомассаж. Основной период предназначен для решения всех остальных задач лечения и восстановления. Помимо ЛГ, УГГ больным рекомендуют дозированную ходьбу и бег, прогулки, спортивные игры, активное использование тренажеров. В последующем физические упражнения направлены на то, чтобы поддержать достигнутые результаты реабилитации; применяются бег, гребля, плавание, велосипед, зимой – ходьба на лыжах.
Одним из важных факторов профилактики и лечения ожирения является правильное дыхание чтобы жиры освободили заключенную в них энергию, они должны подвергнуться окислению.
Занятия должны быть длительными (45 – 60 мин и более), движения выполняются с большой амплитудой, в работу вовлекаются крупные мышечные группы, используются махи, круговые движения в крупных суставах, упражнения для туловища (наклоны, повороты, вращения), упражнения с предметами. Большой удельный вес в занятиях лиц с избыточным весом должны занимать циклические упражнения, в частности ходьба и бег.
При этом необходимо учитывать следующее.
1) занятия ходьбой и бегом могут быть рекомендованы больным с III степенью ожирения очень осторожно, так как излишняя статическая нагрузка может привести к нарушениям в опорно-двигательном аппарате, в этом случае больным можно рекомендовать занятия на гребном и велотренажере, плавание.
2) допуск к занятиям, особенно бегом, осуществляет врач при удовлетворительном функциональном состоянии занимающихся, в процессе занятий необходим систематический медико-педагогический контроль.
Дозированная ходьба очень медленная – от 60 до 70 шагов/мин (от 2 до 3 км/ч) при ожирении ІІІ степени; медленная – от 70 до 90 шагов/мин (от 2 до 3 км/ч) при ожирении ІІІ степени; средняя – от 90 до 120 шагов/мин (от 4 до 5,6 км/ч) при ожирении ІІ – І степени;быстрая– от 120 до 140 шагов/мин (от 5,6 до 6,4 км/ч) при ожирении ІІ – І степени; очень быстрая – более 140 шагов/мин. Ее применяют для лиц с хорошей физической тренированностью.
Особое внимание нужно обратить на дыхание дышать следует глубоко и ритмично, выдох должен быть продолжительнее вдоха (2 – 3 – 4 шага – вдох, на 3 – 4 – 5 шагов – выдох). Первые недели тренировок в ходьбе необходим кратковременный отдых 2 – 3 мин для выполнения дыхательных упражнений.
Бег «трусцой», бег дозированный. Беговое занятие строится следующим образом перед бегом проводится разминка (10 – 12 мин), затем бег «трусцой» 5 – 6 мин плюс ходьба (2 – 3 мин); затем отдых (2 – 3 мин) – и так 2 – 3 раза за все занятие. Постепенно интенсивность бега увеличивается, а продолжительность уменьшается до 1 – 2 мин, количество серий доводится до 5 – 6, а пауза между ними увеличивается. После 2 – 3 недель (или более) тренировок переходят к более длительному бегу умеренной интенсивности до 20 – 30 мин с 1 – 2 интервалами отдыха.
Примерная схема занятий по физической реабилитации
– больные с ожирением ІІІ степени и удовлетворительным состоянием сердечно-сосудистой системы 3 раза в неделю занимаются ЛГ, по одному разу – дозированной ходьбой и спортивными играми.
– больные с ожирением ІІ – І степенис сопутствующими заболеваниями, но с удовлетворительным состоянием сердечно-сосудистой системы 2 раза в неделю – ЛГ, 2 раза – дозированная ходьба (ДХ), по одному разу дозированный бег (ДБ) и спортивные игры (СИ).
– больные с ожирением ІІ – І степени без сопутствующих заболеваний 2 раза – ЛГ, 1 раз – ДХ, 2 раза – ДБ, 1 раз – СИ.
Плавание, как и гребля, также оказывает положительный эффект при ожирении, поскольку занятия этими видами спорта приводят к значительнымэнерготратам. Занятия греблей и плаванием можно организовать на санаторном и поликлинических этапах. В случае необходимости используются гребные тренажеры. Занятие плаванием состоит из 3 частей вводной (10 – 15 мин) – занятие в зале («сухое» плавание); основной (30 – 35 мин) – плавание умеренной интенсивности различными способами с паузами для отдыха и дыхательных упражнений (5 – 7 мин) и заключительной (5 – 7 мин) – упражнения у бортика для восстановления функций кровообращения и дыхания [5, с. 265-266].
Занятия на тренажерах. В комплексном лечении ожирения занятия на тренажерах занимают существенное место. При этом следует учитывать, что систематические физические упражнения, выполняемые на тренажерах (с чередованием каждые 3 – 5 мин работы и отдыха) в течение 60 – 90 мин занятий, благоприятно влияют на клинические показатели и наиболее эффективно воздействуют на липидный обмен. При этом ЧСС под нагрузкой не должна превышать 65 – 75% от индивидуального максимального пульса.
В процессе занятий обязательны система контроля за состоянием здоровья и самоконтроль. С этой целью измеряют ЧСС и АД, оцениваются показатели самочувствия и проводят функциональные пробы (проба Мартине, велоэргометрический тест, дыхательные пробы Штанге, Генчи и др.).
При эндокринных и церебральных формах ожирения нагрузка умереннее, длительность занятий – 20 – 30 мин, используются упражнения для средних мышечных групп и дыхательные упражнения (диафрагмальное дыхание). Упражнения на выносливость назначаются позже и довольно осторожно, силовые упражнения не рекомендуются. Используется также массаж, водные процедуры, другие физиопроцедуры по показаниям.
Физические упражнения при ожирении. Физические упражнения при ожирении – серьезная проблема. Многие люди до сих пор думают, что сбрасывать вес можно только прыгая или быстро бегая. При этом качество выполнения упражнений при существенном «перевесе» страдает. А еще больший дискомфорт испытывают суставы и связки спортсмена-любителя. Именно поэтому самая «отчаянная» тренировка для похудения – не лучший вариант, если у вас диагностировали ожирение. Прежде всего, посоветуйтесь с хирургом относительно здоровья ваших суставов и связок и возможностей заниматься физической работой. Ну а мы дадим рекомендации по подбору комплекса упражнений даже для самых «тяжелых» случаев ожирения. Физические упражнения при ожирении второй-третьей степени. Правда состоит в том, что для качественного «разгона» обмена веществ недостаточно «как-то» двигаться. Вы должны соблюдать режим – две силовые тренировки в неделю и 200 минут кардиоактивности. Только так повышается эффективность любой диеты, и человек получает «страховку» от лишних килограммов, когда диета закончится. Если доктор запрещает вам спорт из-за суставов, это не значит, что нужно худеть лежа на диване. Идеальным вариантом при большом лишнем весе является калланетика. Эта система силовых упражнений для снижения веса практически не содержит упражнений, которые бы создавали давление на суставы, а значит идеально подходит при ожирении. Заниматься калланетикой можно дома, под видео, что позволит вам не стесняться никого, да еще и деньги экономить. Кроме того, этот вид силовой активности только ускоряет обмен веществ в организме и уменьшает объемы тела, но не ведет к накачке мускулов или увеличению объемов тела. Практикуйте ее дважды в неделю по часу. 200 минут кардиоактивности в ситуации ортопедических проблем лучше всего набирать в бассейне. Вода снимает значительную часть вредной нагрузки, не дает инерции и ударам травмировать суставы и связки. Плавание дает отдых вашему позвоночнику. Сочетание трех часов в бассейне с двумя часами калланетики в неделю обычно помогает избавиться от проблем вроде одышки и постоянной усталости при ожирении 2-3 степени всего за 3 месяца.
Физические упражнения при ожирении первой степени. Итак, вы похудели и хотели бы увеличить скорость сброса веса, и сохранить здоровье. Во все тяжкие бросаться не стоит – для вас все еще актуален «запретный список» тренировок, которые несут значительный риск травмы при большом весе. Прежде всего, вам стоит на время отказаться от тай-бо, ки-бо, степа и фитбокса. Ударная нагрузка и постоянные прыжки могут повредить колени и голеностопы. Переходите к этим видам активности только, когда ваш ИМТ начнет попадать под категорию «лишний вес». Вместо «прыгающих» тренировок попробуйте «танцующие» – Зумба, Латина, Танец живота. Не любите танцевать? Можно попробовать сайклинг или самостоятельные занятия на кардиотренажерах. Не стоит заниматься в тренажерном зале с большими весами. Этот совет хочется особенно адресовать мужчинам. Поверьте, форсирование событий не сделает из вас Аполлона, а вот травму получить вы вполне сможете. Это не значит, что в тренажерный зал путь закрыт – тренируйтесь со средними весами и большим количеством повторений, включайте функциональные упражнения. А если не любите заниматься самостоятельно, походите на тренировки HotIron. Первая ступень этой программы поможет сбросить лишний вес, и подготовить вас к более интенсивным силовым программам. Прекрасным дамам можно также порекомендовать тренажерку с легкими весами, или уроки силовой аэробики. Если вы добросовестно отзанимались калланетикой некоторое время, вы будете готовы. Ну а если вы только открыли для себя мир спорта, при легкой степени ожирения, следует обратить внимание на статические упражнения –– калланетика, пилатес, йога и бодифлекс помогут укрепить мышцы быстрее и безопасней, чем тренировки со свободными весами. Старайтесь усиливать нагрузку постепенно, и меняйте стиль тренировок каждые три месяца, чтобы похудение не замедлялось. И, конечно же, советуйтесь с инструкторами в клубе, читайте полезные статьи и книги, чтобы быть в курсе новинок тренинга!
