Перегрузки. Акселерометры

Перегрузки

Рассмотрим движущийся с ускорением лифт (рис. 87), как пример неинерциальной системы отсчета. Если вектор ускорения a лифта направлен вертикально вверх (рис. 87), то вес тела массой m будет превышать по модулю силу тяжести. Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Часто под перегрузкой понимают соотношение веса человека, двигающегося с ускорением, и веса того же человека, неподвижно стоящего на Земле.

Перегрузки обычно измеряют в числе стандартных значений ускорения свободного падения.

Рис. 1. Вес тела в лифте, движущемся с ускорением. Вектор ускорения a направлен вертикально вверх

В обычных условиях на человека действуют сила тяжести и сила реакции опоры. На горизонтальной опоре при отсутствии ускорения эти силы равны и противоположны по направлению. Такое состояние естественно для человека. При ускоренном движении системы (в неинерциальной системе отсчета) могут возникнуть особые состояния, называемые перегрузками и невесомостью (a=g).

Действие перегрузки испытывают космонавты, как при взлете космической ракеты, так и на участке торможения при входе космического корабля в плотные слои атмосферы. Большие перегрузки испытывают летчики при выполнении фигур высшего пилотажа.

Перегрузки могут оказывать существенное влияние на организм человека, т. к. в этих состояниях происходит отток крови, изменяется взаимное давление внутренних органов друг на друга, возникает их деформация и т. п. Поэтому человек способен выдерживать лишь ограниченные перегрузки.

Акселерометры

Прибор для измерения ускорений или перегрузок называют акселерометром. Эти устройства применяются в гравиметрии, при испытаниях различных механизмов и двигателей, в виброметрии, для измерения ускорения движущихся объектов (автомобилей, летательных аппаратов и т. п.).

По назначению акселерометры бывают линейными и максимальными. Линейные акселерометры измеряют ускорение как функцию времени, а максимальные акселерометры измеряют время достижения заданным объектом максимального или заданного значения ускорения в кратковременном процессе (например, при ударе).

В зависимости от вида движения акселерометры бывают линейными и угловыми. В случае если акселерометр снабжен записывающим устройством, его называют акселерографом.

В линейном механическом акселерометре ускорение воспринимается маятниковым устройством, в котором под действием ускорения происходит отклонение маятника от положения равновесия, фиксируемое отклонением стрелки измерительного прибора. Механические акселерометры применяются при больших значениях ускорений.

В электромеханическом акселерометре измерение производится, например, с помощью пьезодатчика, который изменяет свои электрические параметры в зависимости от механической деформации, зависящей от ускорения.

В емкостных акселерометрах используется микрогрузик (массой 1 мкг) в виде гребенки, подвешенной на упругих элементах. В термоконвекционных акселерометрах (рис. 88) «грузиком» является газ (воздух). Внутри акселерометра в центре каверны расположен нагревательный элемент. Вокруг него с четырех сторон (по двум осям) расположены термодатчики, измеряющие распределение температуры, создаваемое конвекционным потоком воздуха (рис. 88, (а)). Если ускорения отсутствуют, распределение симметрично относительно вертикальной оси (рис. 88, (б)). В случае наличия ускорения распределение смещается, и термодатчики фиксируют это (рис. 88, (в)).

Рис. 2. Схема и устройство термоконвекционного акселерометра