Исследователей из Корнеллского университета (США) интересовало, как можно сократить количество травм у дайверов, которые они получают при погружении в воду. В рамках своей работы они сравнивали различные типы прыжков воду, выполненные с разной высоты, чтобы определить оптимальную технику.
Для начала ученые определили, при каких условиях неподготовленные пловцы и дайверы чаще всего получают травмы. Оказалось, что травмы спинного мозга и шеи появляются при погружении головой вперед с высоты более восьми метров; травмы ключицы — при прыжках руками вперед (щучкой) с высоты больше 12 метров при ; и травма колена возникают в случае прыжков ногами вперед (солдатиком) с высоты больше 15 метров.
«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», — рассказал Сунгван Юнг, профессор биологической и экологической инженерии Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни и старший автор статьи.
Science Advances
Чтобы провести эксперименты, ученые 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. Исследователи изучали, как изогнутые, заостренные и плоские формы тела животных и птиц влияют на соприкосновение с водой. Для этого они погружали объекты в воду и измеряли силы, действующие на них, а также то, как они распределялись во времени. На основе этого специалисты 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.
Это исследование может помочь людям сделать выбор в пользу более безопасного дайвинга — например, уже стало понятно, что нырять ногами вперед безопаснее с более высоких платформ. Работа также 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.
