Магнитный шлем

[22sobaki.livejournal.com]

Профессиональный игрок в американский футбол в течение сезона получает 500-600 ударов в голову, и более половины из них происходит при столкновении с головами других игроков.


Ускорение, воздействующее при этом на мозг, составляет от 20g до 150g (а уже 100g достаточно, чтобы получить сотрясение мозга). В итоге у 96% бывших игроков NFL - травматическая энцефалопатия - болезнь профессиональных боксеров.

Однажды нейробиолог Raymond Colello смотрит матч по американскому футболу, в очередной раз расстраивается из-за столкновений, подходит к холодильнику, чтобы достать пивка, видит на дверце магнитики и выдает мысль: надо вмонтировать в шлем магниты.

Colello предлагает вмонтировать в боковую и переднюю части шлема неодимовые магниты так, чтобы при сближении двух шлемов возникали бы силы отталкивания. По утверждению ученого, магнитные пластины весом в 1/3 фунта (150 г) на расстоянии 6 мм друг от друга создадут силу отталкивания в 45 кг (441 Н).

Испытания показали, что магнитный шлем работает: снижает ускорение (перегрузку) при ударе со 140g до 88g, тогда как стандартные на сегодня шлемы - со 140g до 96g. На очереди краш-тесты на манекенах - изобретатель хочет быть уверен, что поступательное движение действительно замедляется, а не переходит, например, во вращательное.

Предполагается, что удорожание каждого шлема на 100$ и утяжеление его на 450 г не остановит Национальную футбольную лигу.



http://news.sciencemag.org/brain-behavior/2014/11/could-magnets-helmets-reduce-football-concussions
https://www.sciencenews.org/article/magnets-helmets-might-make-football-safer

Comments

[koshovske.livejournal.com]

кажется не совсем верный расчет. Обычно летит весь организм (80-100кг), увенчаный головой. Вот в этом случае полкилограмма - небольшая прибавка.

[ed-jan-lt.livejournal.com]

Голова закреплена весьма подвижно. Систему нельзя рассматривал как одно физическое тело. Человек - система тел, скреплённых между собой гибкими связями.
В момент столкновения с головой противника в первое мгновение передаётся кинетическая энергия только самого шлема (минус та незначительная часть, что поглотится из за деформации внешней оболочки. Голова внутри шлема продолжает двигаться, сжимая амортизирующие конструкции. Чем дальше голова двигается в шлеме, чем сильнее давление конструкций замедляющее скорость этой самой головы. Соответственно, такое-же давление передаётся на на внешнюю оболочку шлема и дальше - на противника, добавляясь к кинетической энергии самого шлема. Таким образом, кинетическая энергия головы передаётся противнику не мгновенно, а удар растянут во времени пока амортизация сжимается от нуля до предела. Соответственно - ускорение меньше. Здесь важно именно ускорение. Вы можете не спеша надавить на голову противника (толкнуть), передать ей такую же кинетическую энергию и подвинуть её на очень приличное расстояние без всяких болезненных ощущений. Но если ударить, и череп сместится всего на мм, и это всё произойдёт за долю секунды, так что мозг не успеет стронуться с места и останется неподвижным, то получится такой нехилый удар мозга о череп, который может вывести мозг из строя.
Кинетическая энергия шлема передаётся практически мгновенно. Поэтому его масса критична.

Аналогичный процесс происходит и при передачи кинетической энергии тела через гибкий позвоночник - голове. Масса тела спортсмена может вообще не учавствовать при столкновениях головами. При определённой позиции, при столкновении головами, шеи будут загибаться так, что головы будут оставаться неподвижны, а тела при этом - продолжать двигаться вперёд, пока не столкнутся друг с другом. Даже если напрячь шею и придать такое положение позвоночнику, чтобы он передавал голове часть кинетической энергии тела, всё равно эта часть будет небольшая. Как бы вы ни напрягали мышцы шеи, позвоночник всё равно будет гнуться и выше определённой нагрузки шея просто сломается.
Свободно падающее тело только через секунду достигнет скорости, о которой мы говорим. За это время оно пролетит 10м. Как думаете, выдержит ли шея, если сбросить 100-килограммового спортсмена головой вниз с 4-го этажа?

[koshovske.livejournal.com]

кстати, спасибо, вспомнил про шею и про то, как инструкторы по технике безопасности задавали хитрый вопрос о том, почему испытания строительных касок на амортизирующую способность проводят сбросом 5кг с высоты 1м. Почему не больше? Оказывается, больше выдержит не всякая шея.