Интересные факты о равновесии

10 фактов о реакции тела на экстремальные и опасные условия

Мы все слышали о людях, которых сжигали на кострах, замораживали и размалывали мощными прессами. Что происходит на самом деле с человеческим организмом, когда он подвергается таким экстремальным испытаниям?

Ускорение

Сила притяжения никогда особо не влияла на людей до конца Первой мировой войны, когда пилоты начали таинственным образом терять сознание в полете. Благодаря офицеру ВВС США Джону Стаппу люди тогда узнали очень многое о том, как сила гравитации и в целом перегрузка влияет на человеческое тело.

Стапп подверг себя испытанию силами в 35 g, что эквивалентно ускорению в 343 метра в секунду в квадрате. Его кости сломались, зубные пломбы вылетели. Но реальный эффект, как он выяснил, был в его крови.

Обратите внимание

Когда ускорение происходит вдоль горизонтальной оси, тело переживает перегрузку сравнительно хорошо, потому что кровоток остается в той же горизонтальной плоскости. Когда силы тяжести действуют на тело по вертикали, все не так хорошо. После определенного порога (4-5 g для некоторых людей), у наших систем не хватает сил, чтобы качать кровь.

Отрицательные силы притяжения вызывают те же самые проблемы, препятствуя кровотоку, и приводят к тому, что кровь очень быстро накапливается в одном месте. Справиться с этим помогают костюмы для перегрузок. Пневматические камеры в костюмах удерживают кровь на месте, предотвращая потерю сознания у пилотов.

Стапп пережил и свой последний запуск, когда ускорился до 1017 километров в час, остановился на одну секунду и весил более 3500 килограммов несколько мгновений. Умер он у себя дома, тихо и мирно, в возрасте 89 лет.

Давление

Декомпрессионная болезнь, хорошо известная водолазам и дайверам, начинается, когда человеческий организм чувствует внезапное падение окружающего давления. Кровь не может эффективно растворять газы, например, азот. Вместо этого газы остаются в кровотоке в виде пузырьков.

В тяжелых случаях пузырьки накапливаются в кровеносных сосудах и блокируют кровоток, что вызывает головокружение, заторможенность или даже смерть. Мягкая форма декомпрессионной болезни, ДКБ I, как правило, приводит к боли в суставах и отеку тканей. Дайверы, которые подвергают себя изменению давления на постоянной основе, могут упустить нужный момент и повредить суставы.

ДКБ II и вовсе может убить. Люди, пострадавшие от этого типа заболевания, испытывают головокружение, паралич и шок.

Холод

Когда температура тела падает до 30 градусов по Цельсию, все функции организма замедляются. Усталость, неуклюжесть и задержка реакции на внешние стимулы проявляются в числе первых симптомов. Одной из первых систем, которые отказывают на отметке в 30 градусов, является терморегуляция, или способность организма поддерживать свою внутреннюю температуру.

Сердце будет постепенно замедляться вместе с функцией легких, пока остальные части тела будут страдать от нехватки кислорода. Кроме того, быстро выходит из строя система почек, затапливая тело разбавленной версией мочи. Это вещество просачивается в кровь и другие органы, вызывая шок или другие проблемы с сердцем.

Важно

Замедленный метаболизм и работа систем организма приводят к гипотермии и требуют тщательного лечения.

Тепло

Тепловой удар происходит, когда внутренняя температура тела поднимается выше 40 градусов по Цельсию. Классический тепловой удар медленно развивается с воздействием тепла, например, во время летней жары.

Тепловой удар поражает и людей, которые выполняют физические задачи в жарких условиях, например, промышленные рабочие и спортсмены. В любом случае только около 20% пострадавших выживают без лечения, а многие выжившие переживают некоторые повреждения мозга.

Влажность увеличивает шансы на тепловой удар, поскольку удерживает пот от испарения, что замедляет способность организма избавлять себя от жары. Как только температура ядра клеток достигает 42 градусов по Цельсию, всего за 45 минут они разрушаются. Ткани набухают, в тело попадают токсины.

В более легких случаях, которые называются тепловым истощением, только кровеносная система замедляет работу. При полном тепловом ударе перестает правильно работать нервная система, что приводит к шоку, судорогам и головокружению.

Огонь

Горячий воздух и влажность могут серьезно повредить тело. Огонь же, что неудивительно, приведет к серьезным повреждениям, разрушению и смерти тела. Исследователи из Университета Западной Флориды поджигали трупы (разумеется, владельцы которых завещали себя на опыты) и документировали все, что с ними происходит.

Обычное человеческое тело сгорает за семь часов. Сначала сгорает верхняя кожа, высыхая и трескаясь, а после — воспламеняясь. Дермальные слои кожи сгорают примерно за пять минут. Затем огонь берется за жировой слой. Жир — весьма эффективное топливо, как горючее топливо или древесина в костре.

Горит как свеча, тает, впитывается в «фитиль» и сгорает за часы. Пламя также высушивает мышцы, сокращает их и заставляет тело двигаться. Обычно огонь горит, пока не останутся только кости, если только они не трескаются, обнажая мозг. Зубы, кстати, не горят.

Совет

В ходе исследования имитировался огонь с места преступления. Но во время кремации огонь гораздо жарче и тело сгорает быстрее. Большинство процессов кремации проходит при температуре 600-800 по Цельсию. Даже при такой температуре может понадобиться несколько часов, чтобы тело полностью превратилось в прах.

Ученые говорят, что горящее тело пахнет как свиные ребрышки на барбекю.

Голодание

Мы знаем, что голод убивает, но в деталях все выглядит еще ужаснее. Желудок уменьшается физически, а значит иногда может быть неудобно снова есть нормальное количество еды, даже если она спасет вас. Сердце и сердечные мышцы физически уменьшаются, а значит, уменьшаются их функции и снижается артериальное давление. Длительное голодание приводит к анемии.

У женщин может полностью прекратиться менструация. Когда вашему телу не хватает сахара, оно начинает разрушать жиры. Звучит неплохо для некоторых из нас, но когда накопленный жир быстро сгорает, он высвобождает соединения под названием кетоны, наряду с энергией. Кетоны нарастают, приводят к тошноте и усталости, а также неприятному запаху изо рта.

Ваши кости тоже могут надолго ослабеть после временного голодания. Эффекты, оказанные на мозг, тоже весьма удивят. Без жизненно важных питательных веществ вроде калия и фосфора повреждения мозга гарантированы. Вы можете физически потерять серое вещество мозга — даже если возобновите питание.

Некоторые потери будут постоянными, как и нарушения функций головного мозга. Растущие дети и подростки могут позднее в жизни столкнуться с проблемами здоровья, женщины — с невозможность вынести ребенка до срока.

Возможно, более странным покажется тот факт, что люди, страдающие от долгосрочного голодания, часто обрастают плотным слоем крошечных мягких волосков под названием lanugo, которые помогают организму регулировать температуру.

Высота

Даже если вы не боитесь высоты, вы наверняка испытаете легкое головокружение, если посмотрите с края высотного дома. По большей части, это психологическое, но ничего не поделаешь. Равновесие — хитрая вещь. Когда мы на земле, мы ориентируемся по стационарным устойчивым объектам. Когда мы находимся на вершине 16-этажного здания, равновесие не работает.

Ближайший стационарный объект (кроме пола под ногами) находится так далеко, что организм не может использовать его, чтобы успокоить себя. Качка здания тоже добавляет проблему. Когда вы достаточно высоко, все слегка покачивается, и это замечает ваше тело, даже если разум — нет. Чем выше мы, тем больше качка и тем сложнее удержать равновесие.

Обратите внимание

Если качка слишком сильная (например, уже на высоте 30 этажей), это может смутить наш центр тяжести. Люди, которые плохо оценивают расстояния, страдают от акрофобии. Исследование показало, что те, кто переоценил высоту здания, испытывал более сильную реакцию на его вершине.

Полученные результаты позволяют предположить прямую связь между восприятием и страхом.

Химикаты

Сероводород — довольно неприятная штука. Вы знакомы с ним по запаху тухлых яиц. В больших количествах сероводород, возможно, убивал динозавров и прочую доисторическую живность.

Но все живые продукты производят это химическое вещество в очень небольших количествах, и это помогает регулировать скорость, с которой происходят наши внутренние процессы. Совсем недавно было обнаружено новое использование сероводорода — мышей помещали в состояние анабиоза.

При введении надлежащей дозы сероводорода он замедлял скорость метаболизма в организме у мышей и снижал температуру намного ниже порога гипотермии. Все функции организма, в том числе кровообращение и легочная деятельность, почти останавливались.

В испытаниях на животных сероводород подавляет нормальное функционирование тела, что, возможно, будет бесценным инструментом в замедлении нанесения урона ожогами и заболеваниями, пока человек не может получить надлежащее лечение.

Радиация

Радиоактивный распад высвобождает энергию в окружающую среду. Эта энергия взаимодействует с клетками организма, либо убивая их на месте, либо заставляя их мутировать. Мутации перерастают в рак, а некоторые виды радиоактивных материалов серьезно поражают конкретные части тела.

Например, радиоактивный йод накапливается в щитовидной железе, вызывая рак щитовидной железы, особенно у детей. Однако, чтобы увеличить риск развития рака, человек должен подвергнуться относительно большому количеству радиационного облучения. Обычный человек подвергается воздействию 0,24 – 0,3 бэр радиации в год.

Важно

Чтобы риск заболевания раком вырос на 0,5%, вам нужно около 10 бэр. На уровне 200 бэр начинается лучевая болезнь. Лучевая болезнь вызывает кратковременные эффекты — рвоту, понижение уровня эритроцитов и повреждения костного мозга.

Повреждения костей вызывают другие, более скрытые проблемы: костный мозг отвечает за выработку тромбоцитов, которые необходимы в процессе свертывания крови.

Одиночество

Чувство одиночества — это нормально. Даже в самых набитых людьми комнатах мы можем ощущать непреодолимое чувство одиночество. Однако хроническое одиночество может иметь вполне реальное воздействие на наш организм.

По словам психологов из Чикагского университета, люди, которые жалуются на чувство одиночества, обладают серьезно подавленной иммунной системой по весьма интересной причине. Поскольку одинокие люди смотрят на мир как на опасное недружелюбное место, их иммунная система зациклена на борьбе с бактериальными инфекциями.

Постепенно она становится неспособной производить такое множество противовирусных антител, а организм становится более восприимчивым к вирусным болезням. Также одинокие люди более восприимчивы к повышенному кровяному давлению, поскольку напряжение в артериях связано с хроническим одиночеством и проблемным сном.

Постоянный стресс оставляет нас более уязвимыми для болезней сердца и инсультов.

Вода (бонус)

Все мы знаем об опасности обезвоживания, но насколько опасен избыток воды в организме? Водная интоксикация вызывает всевозможные проблемы, из которых самая опасная и смертоносная — гипонатриемия.

Когда почки не могут избавиться от дополнительной воды, они толкают ее в кровоток, где она разжижает кровь и вызывает серьезное снижения уровня электролитов. Без достаточного количества соли в организмы вы будете страдать от головной боли, истощения, рвоты и дезориентации.

После того как кровь больше не сможет справиться с этим, вода устремляется в клетки, которые набухают. Когда у клеток не хватит возможности для расширения, например, в головном и спинном мозге, ситуация станет смертельной. Начнется отек мозга, кома, судороги и смерть.

Если пить слишком много, можно столкнуться и с другой проблемой.

Совет

В воде могут быть загрязняющие вещества. Если вы регулярно пьете больше воды, чем рекомендовано, загрязнения из воды перекочуют в ваше тело в таком объеме, что тело не сможет справиться с ситуацией.

Орган равновесия – вестибулярный аппарат

Мы все с вами двигаемся: ходим, прыгаем или качаемся на качели. Но независимо от того, в каком положении наше тело, мы всегда можем определить, где низ, а где верх, с какой стороны право или лево.

А ещё более удивительное явление – то, что мы с вами можем отлично сохранять равновесие. И наше тело всегда знает, как распределить свой вес, чтобы, например, идти прямо и не падать.

За всё это отвечает крошечная, но очень непросто устроенная система – вестибулярный аппарат!

Все наши движения вестибулярный аппарат оценивает мгновенно. Благодаря ему мы можем ориентироваться в любом пространстве, даже не имея опоры. В обычной жизни вестибулярному аппарату помогают наши глаза и кожные рецепторы. Так, давление на подошвы ног, сообщает о силе земного притяжения. Наклон головы ощущается за счёт чувствительности шеи.

Для надёжности, вестибулярных аппарата у нас два. Располагаются они во внутреннем ухе, правом и левом. Каждый состоит из трёх полукружных трубочек, называемых каналами, которые заполнены жидкостью. За счёт неё они реагируют на наклоны нашей головы или всего туловища. В основании каждой такой трубочки есть чувствительные волоски и желеобразный колпачок.

Чтобы тебе было легче понять, как это выглядит, представь себе наполненную водой трубку, которая с одной стороны плотно закрыта. С другой её стороны натянут воздушный шарик. Если такую трубку наклонять вверх-вниз, шарик будет периодически колебаться. Примерно так работает и вестибулярный аппарат.

Мы наклоняемся вправо – жидкость перетекает в правую сторону, колпачок, похожий на шарик, склоняется вниз, чувствительные волоски дают сигнал в мозг, что тело наклонилось. И мозг мгновенно понимает, что мир перед нашими глазами нужно воспринимать искажённо, с наклоном.

Ведь тебе не кажется, что земля покосилась – ты точно знаешь, что наклонилось твоё тело.

Другой орган вестибулярного аппарата реагирует на ускорение нашего тела, то есть он понимает, что мы бежим или едем в автобусе. Не будь такого органа, мы бы впадали в панику, видя, что картинка за окном транспорта меняется так быстро. Этот орган называется ОТОЛИТОВЫМ.

Он состоит из двух мешочков, которые тоже заполнены вязкой жидкостью, и в них тоже есть рецепторные клетки с ресничками. Но здесь на реснички действуют мелкие, но довольно тяжёлые кристаллики.

При ускорении в том или ином направлении кристаллы смещаются, а реснички дают сигнал, как быстро происходит движение и в какую сторону.

Обратите внимание

Вся информация в сочетании с сигналами от глаз, рецепторов давления в подошвах ног, рецепторов в мышцах и суставах даёт мозгу полное представление о дви жении тела и его положении в пространстве. Мозг посылает мышцам команды, как изменить положение тела, чтобы сохранить равновесие.

ВЕСТИБУЛЯРНЫЙ АППАРАТ ОБЯЗАТЕЛЬНО НУЖНО ТРЕНИРОВАТЬ. Его развитие заканчивается к 15 годам. И тут подойдёт любой спорт. Ну а самые выносливые аппараты должны быть у космонавтов, ведь в космосе нет ни силы притяжения, ни гравитации. И люди со слабым вестибулярным аппаратом совсем запутаются, где они находятся.

Исследование вестибулярного аппарата

Чтобы проверить, как работает твой вестибулярный аппарат, воспользуемся простым опытом.

Вытяни руку с повернутой к лицу ладонью на расстояние примерно 30 сантиметров. Взгляд зафиксируй на ладони и одновременно в течение полуминуты качай головой сбоку набок со скоростью двух качаний в секунду.

Если твой вестибулярный аппарат работает нормально, ты будешь чётко различать кожные складки на ладони.

Это значит, что вестибулярный аппарат посылает приказ глазным мышцам совершить поворот глаз в направлении, противоположном повороту головы.

Проведём другой опыт. Держи голову неподвижно, а ладонь перемещай в одной плоскости со скоростью двух взмахов в секунду. Складки на ладони будут не такими чёткими.

На этих простых опытах мы убедились, что контроль за положением глаз и нашей ориентацией в пространстве гораздо лучше, когда мы одновременно получаем информацию от вестибулярного аппарата и нашего зрения.

А если же мы положимся лишь на наши глаза, мозг теряет чёткость изображения, потому что не может так быстро следить за двигающимися предметами.

Для того, чтобы оставить комментарий необходимо зарегистрироваться, либо войти на сайт под своим логином и паролем

Каталог статей

10 интересных фактов об ушах

1. Мужчины хуже слышат?

Мужчины чаще сталкиваются с проблемой потери слуха, чем женщины. И у них нет дополнительного фильтра, как предполагают многие. Просто они чаще вовлечены в шумные профессии и это нередко повреждает слух.

2. Громкая музыка и ваши уши

Музыка не вредна для слуха, проблемы начинаются только, когда дело касается громкой музыки. Громкая музыка является проблемой не только в клубах и пабах, но и в ваших наушниках. Кстати, прослушивание музыки через наушники увеличивает число бактерий в 700 раз.

3. Уши являются самоочищающимся органом

Уши самоочищаются. Поры в ушном проходе производят ушную серу, а мелкие волоски, называемые ресничками, выталкивают ее из ушей. При неправильном использовании наушников, можно повредить уши.

4. Опасные децибелы

Малейший звук, который вы может услышать составляет 0 децибел. Уровень громкости реактивного двигателя составляет 120 децибел, а ружейного выстрела 140 децибел. Если в течение 8-ми часов на вас воздействует 90 децибел и больше, это может повредить ваш слух. Все, что превышает 140 децибелов, вызывает немедленное повреждение.

5. Потеря слуха – распространенное явление

Около трех из пяти людей в возрасте от 60 лет и выше в той или иной степени сталкиваются с проблемой потери слуха. А 40 процентам из этих людей потребуется слуховой аппарат.

6. Звук океана в ракушке

Звук бушующего океана, который мы слышим, когда прикладываем морскую ракушку к уху – это не океан, а звук крови, бегущей по венам в ухе.

7. Дети часто болеют ушными инфекциями

Вода, которая оказалась в ухе может привести к потере слуха. Это чаще всего случается у детей, и может вызвать болезненную ушную инфекцию. Ее легко вылечить, но нельзя игнорировать.

8. Слух и равновесие

Ваши уши играют важную роль в том, чтобы держать вас в равновесии. Рядом с улиткой уха расположено три последовательных канала, которые работают как гироскоп, чтобы держать нас в равновесии, и дают информацию о том, где вы находитесь в пространстве. Так при ушной инфекции, некоторые люди испытывают трудности с равновесием.

9. Спорт и изуродованная ушная раковина

У игроков регби часто наблюдается ушная раковина, напоминающая цветную капусту. Это происходит тогда когда внешний хрящ уха, который не содержит костей, неоднократно повреждается.

10. Слух ребенка

У детей более чувствительный слух. При рождении, человеческое ухо способно слышать самый низкий звук в 20 герц (что ниже, чем самый низкий звук у фортепиано) и самый высокий в 20 000 герц.

Интересные факты о слухе

Органы чувств — это наши незаменимые агенты по взаимодействию с окружающим миром. Каждый из них крайне важен. Но сегодня мы поговорим о слухе

Слухи о слухе

Во внутреннем ухе около 25 000 клеток, реагирующих на звук. Диапазон частот, воспринимаемых слухом, лежит между 16 и 20000 герц. С возрастом он сокращается, особенно за счет снижения чувствительности к высоким звукам. К 35 годам верхняя граница слуха падает до 15000 герц.

Ухо наиболее чувствительно к диапазону 2000-2300 герц. Лучший же музыкальный слух (способность различать высоту) приходится на область 80-600 герц. Здесь наше ухо способно различить, например, два звука с частотой 100 герц и 100,1 герца. Всего человек различает 3-4 тысячи звуков разной высоты.

Слуховой барьер

Самый благоприятный звуковой фон колеблется в диапазоне от 45 до 50 децибел (что соответствует негромкому разговору). Все, что звучит громче, невыносимо для наших ушей. Акустологи доказали, что шумовая нагрузка ослабляет иммунитет. И не только… При громкости 65 децибел учащается пульс, при 90 начинается тахикардия.

А постоянный шум в два раза повышает шансы заработать гипертонию. Ученые обнаружили, что у каждого четвертого завсегдатая дискотек через пять лет резко ухудшается слух. На звуки низкой частоты организм столь явно не реагирует, но именно они вызывают чувство необъяснимой тревоги, “беспричинные” боли в ушах, позвоночнике.

Важно

Скрытая угроза исходит от монотонного гула машин, мчащихся по дорожному полотну с “запредельной” скоростью, и круглосуточно работающих механизмов. Впрочем, и “звенящая” тишина не так уж и комфортна для нас. Оказывается, в полнейшей безмолвие человек начинает слышать движение крови по сосудам и собственное сердцебиение…

Слух и равновесие

Ваши уши играют важную роль в том, чтобы держать вас в равновесии. Рядом с улиткой уха расположено три последовательных канала, которые работают как гироскоп, чтобы держать нас в равновесии, и дают информацию о том, где вы находитесь в пространстве. Так при ушной инфекции, некоторые люди испытывают трудности с равновесием.

Полное безмолвие

Знаете ли вы, что причина низкой успеваемости у 30% детей – проблемы со слухом? Многие из них плохо слышат учителя и воспринимают информацию обрывочно.

Вот почему специалисты настаивают проводить диагностику слуха в младенческом возрасте. Если ребенка с поражением внутреннего уха или слухового нерва не лечить, он не научится разговаривать.

Малыш начинает говорить в 1,5-4 года. Но для этого ему нужно слышать себя и голоса родителей…

Сложный возраст

Весьма распространенным заболеванием является возрастная тугоухость или потеря слуха. По данным мировой статистики этим заболеванием страдают 60% пожилых (от 65 до 74 лет) и 72% старых (от 75 и выше) людей. Современны медицинские технологии позволяют улучшать слух с помощью слуховых аппаратов, но только 15% людей с тугоухостью ими пользуются.

Музыкальный слух

Чем мелодичнее язык, на котором говорит человек, тем сильнее у него развит музыкальный слух. Скажем, китайцы с их тональным языком, в котором разница в произношении одного и того же слова способна изменить его значение, воспринимают ее… как вторую родную речь. Поэтому обладают врожденным музыкальным слухом.

Каждому языку присуще специфическое произношение, которое воспринимается как должное носителями, но для иноплеменников звучит странно. Например, польский язык нам кажется шепелявым, немецкий – каркающим, французский ассоциируется с затруднением носового дыхания. В то время как немцам наша речь кажется излишне писклявой, а китайцам, что мы все время кричим и ругаемся.

Цветомузыка

Совет

Художник Василий Кандинский слышал звучание красок, поэт Артюр Рембо соотносил с определенными цветами гласные звуки, композитор Скрябин, считающийся основоположником цветомузыки, видел музыку в цвете… Хотя первая цветомузыка появилась задолго до его рождения. Четыреста лет назад связь между цветами солнечного спектра и музыкой обнаружил Ньютон.

Нота “до” оказалась красного цвета, “ре” фиолетового, “ми” синего, “фа” голубого, “соль” зеленого, “ля” желтого, “си” оранжевого. Феноменом цветного слуха обладал и Николай Римский-Корсаков. Он говорил, что в опере “Садко” его морская тематика звучала в сине-голубых тональностях.

Композитор совершенно логично предполагал, что мелодия в сочетании с декорациями в сине-голубых оттенках психологически воздействует на слушателя.

Особенности слуха

Равновесие

Равновесием называется такое состояние системы, при котором силы, действующие на систему, уравновешены между собой. Равновесие может быть устойчивым, неустойчивым или безразличным.

Понятие равновесия — одно из самых универсальных в естественных науках. Оно применимо к любой системе, будь то система планет, движущихся по стационарным орбитам вокруг звезды, или популяция тропических рыбок в лагуне атолла.

Но проще всего понять концепцию равновесного состояния системы на примере механических систем. В механике считается, что система находится в равновесии, если все действующие на нее силы полностью уравновешены между собой, то есть гасят друг друга.

Если вы читаете эту книгу, например, сидя в кресле, то вы как раз и находитесь в состоянии равновесия, поскольку сила земного притяжения, тянущая вас вниз, полностью компенсирована силой давления кресла на ваше тело, действующей снизу вверх.

Вы не проваливаетесь и не взлетаете именно потому, что пребываете в состоянии равновесия.

Различают три типа равновесия, соответствующие трем физическим ситуациям.

Устойчивое равновесие

Именно его большинство людей обычно и понимают под «равновесием». Представьте себе шар на дне сферической чаши.

В состоянии покоя он находится строго в центре чаши, где действие силы гравитационного притяжения Земли уравновешено силой реакции опоры, направленной строго вверх, и шар покоится там подобно тому, как вы покоитесь в своем кресле.

Если сместить шар в сторону от центра, откатив его вбок и вверх в направлении края чаши, то, стоит его отпустить, как он тут же устремится обратно к самой глубокой точке в центре чаши — в направлении положения устойчивого равновесия.

Обратите внимание

Вы, сидя в кресле, находитесь в состоянии покоя благодаря тому, что система, состоящая из вашего тела и кресла, находится в состоянии устойчивого равновесия.

Поэтому при изменении каких-то параметров этой системы — например, при увеличении вашего веса, если, предположим, вам на колени сел ребенок, — кресло, будучи материальным объектом, изменит свою конфигурацию таким образом, что сила реакции опоры возрастет, — и вы останетесь в положении устойчивого равновесия (самое большее, что может произойти, — подушка под вами промнется чуть глубже).

В природе имеется множество примеров устойчивого равновесия в различных системах (и не только механических). Рассмотрим, например, отношения хищник—жертва в экосистеме.

Соотношение численностей замкнутых популяций хищников и их жертв достаточно быстро приходит в равновесное состояние — столько-то зайцев в лесу из года в год стабильно приходится на столько-то лис, условно говоря.

Если по каким-либо причинам численность популяции жертв резко изменяется (из-за всплеска рождаемости зайцев, например), экологическое равновесие будет очень скоро восстановлено за счет быстрого прироста поголовья хищников, которые начнут истреблять зайцев ускоренными темпами, пока не приведут поголовье зайцев в норму и не начнут сами вымирать от голода, приводя в норму и собственное поголовье, в результате чего численности популяций и зайцев, и лис придут к норме, которая наблюдалась до всплеска рождаемости у зайцев. То есть в устойчивой экосистеме также действуют внутренние силы (хотя и не в физическом понимании этого слова), стремящиеся вернуть систему в состояние устойчивого равновесия в случае отклонения системы от него.

Аналогичные эффекты можно наблюдать и в экономических системах. Резкое падение цены товара приводит к всплеску спроса со стороны охотников за дешевизной, последующему сокращению товарных запасов и, как следствие, росту цены и падению спроса на товар — и так до тех пор, пока система не вернется в состояние устойчивого ценового равновесия спроса и предложения.

(Естественно, в реальных системах, и в экологических, и в экономических, могут действовать внешние факторы, отклоняющие систему от равновесного состояния — например, сезонный отстрел лис и/или зайцев или государственное ценовое регулирование и/или квотирование потребления.

Такое вмешательство приводит к смещению равновесия, аналогом которого в механике будет, например, деформация или наклон чаши.)

Неустойчивое равновесие

Не всякое равновесие, однако, является устойчивым. Представьте себе шар, балансирующий на лезвии ножа. Направленная строго вниз сила земного притяжения в этом случае, очевидно, также полностью уравновешена направленной вверх силой реакции опоры.

Но стоит отклонить центр шара в сторону от точки покоя, приходящейся на линию лезвия хоть на долю миллиметра (а для этого достаточно мизерного силового воздействия), как равновесие будет мгновенно нарушено и сила земного притяжения начнет увлекать шар всё дальше от него.

Примером неустойчивого природного равновесия служит тепловой баланс Земли при смене периодов глобального потепления новыми ледниковыми периодами и наоборот (см. Циклы Миланковича).

Важно

Среднегодовая температура поверхности нашей планеты определяется энергетическим балансом между суммарным солнечным излучением, достигающим поверхности, и суммарным тепловым излучением Земли в космическое пространство. Неустойчивым этот тепловой баланс становится следующим образом. В какую-то зиму выпадает больше снега, чем обычно.

На следующее лето тепла не хватает, чтобы растопить излишки снега, и лето оказывается также холоднее обычного вследствие того, что из-за переизбытка снега поверхность Земли отражает обратно в космос большую долю солнечных лучей, чем прежде.

Из-за этого следующая зима оказывается еще более снежной и холодной, чем предыдущая, а следующим за ней летом на поверхности остается еще больше снега и льда, отражающего солнечную энергию в космос…

Нетрудно увидеть, что чем больше такая глобальная климатическая система отклоняется от исходной точки теплового равновесия, тем быстрее нарастают процессы, уводящие климат еще дальше от нее. В конечном итоге, на поверхности Земли в приполярных областях за долгие годы глобального похолодания образуются многокилометровые напластования ледников, которые неумолимо продвигаются в направлении всё более низких широт, принося с собой на планету очередной ледниковый период. Так что трудно себе представить более шаткое равновесие, чем глобально-климатическое.

Особого упоминания заслуживает разновидность неустойчивого равновесия, называющаяся метастабильным, или квазиустойчивым равновесием. Представьте себе шар в узкой и неглубокой канавке — например, на повернутом острием вверх лезвии фигурного конька.

Незначительное — на миллиметр-другой — отклонение от точки равновесия приведет к возникновению сил, которые вернут шар в равновесное состояние в центре канавки.

Однако уже чуть большей силы хватит для того, чтобы вывести шар за пределы зоны метастабильного равновесия, и он свалится с лезвия конька.

Метастабильные системы, как правило, обладают свойством пребывать какое-то время в состоянии равновесия, после чего «срываются» из него в результате какой-либо флуктуации внешних воздействий и «сваливаются» в необратимый процесс, характерный для нестабильных систем.

Типичный пример квазиустойчивого равновесия наблюдается в атомах рабочего вещества некоторых типов лазерных установок.

Электроны в атомах рабочего тела лазера занимают метастабильные атомные орбиты и остаются на них до пролета первого же светового кванта, который «сбивает» их с метастабильной орбиты на более низкую стабильную, испуская при этом новый квант света, когерентный пролетающему, который, в свою очередь, сбивает с метастабильной орбиты электрон следующего атома и т. д. В результате запускается лавинообразная реакция излучения когерентных фотонов, образующих лазерный луч, которая, собственно, и лежит в основе действия любого лазера.

Безразличное равновесие

Промежуточный случай между устойчивым и неустойчивым равновесием — так называемое безразличное равновесие, при котором любая точка системы является точкой равновесия, и отклонение системы от исходной точки покоя ничего не изменяет в раскладе сил внутри нее. Представьте себе шар на абсолютно гладком горизонтальном столе — куда бы вы его ни сместили, он останется в состоянии равновесия.

Слова «градусник», «равновесие», «чертеж», «опыт», «кислота» придумал Михаил Ломоносов

24.05.11
12396
Статьи

При переводе на русский язык курса экспериментальной физики Христиана Вольфа (первого учебника на русском), Ломоносов вводит в русский язык новые слова.

В предисловии к учебнику Ломоносов написал: «Сверх сего принужден я был искать слов для наименования некоторых физических инструментов, действий и натуральных вещей, которые хотя сперва покажутся несколько странны, однако надеюсь, что они со временем чрез употребление знакомее будут».

Ранее Ломоносов слушал лекции Вольфа, которые он читал не на латыни, как было принято в те времена, а на немецком языке. Это подтолкнуло Ломоносова к выводу: и в России преподавание надо вести на родном языке.

Совет

Среди введенных Ломоносовым слов есть заимствования: атмосфера, барометр, горизонт, диаметр, метеорология, микроскоп, оптика, периферия, селитра, формула и т. п. (международные термины, прочно вошедшие в русский язык), и кальки: зажигательное стекло, земная ось, крепкая водка, негашеная известь.

Ломоносов с большим тактом и тонким ощущением русского языка умело находил среди самых простых и обыденных слов такие, которые оказались вполне пригодными для выражения научных понятий. Такие слова, как опыт, предмет, кислота, движение, наблюдение, явление, частицы, легко и свободно вошли с помощью Ломоносова в научный язык.

Он старался заменить иноязычные термины наиболее точными русскими аналогами (лат. tubus opticus — рус. зрительная груба), вплоть до терминализации диалектных форм (луда — подводный камень). Но обязательный перевод специальных терминов на русский язык не был для Ломоносова самоцелью.

Без перевода оставались слова и сочетания, к которым невозможно было подыскать равнозначное русское слово, а также термины, уже получившие к тому времени широкое распространение во многих языках мира.

Некоторые предложенные им обозначения хотя и не привились или были вытеснены другими, все же свидетельствуют о напряженности его поисков, большом творческом процессе.

«Отличавший», «отонченный», «оредевший воздух» — ищет Ломоносов русское слово для того понятия, которое мы сейчас называем — «разреженный воздух», «окружное течение крови» (циркуляция), «безвоздушное место» (вакуум), «густой свет» (интенсивный), «управительная сила магнита», «зыблющееся движение» (волновое), «коловратное движение» (вращательное), «завостроватая фигура» (конусообразная) и многое другое. В тех же случаях, когда иностранные слова прочно вошли в научный обиход или ввести их представлялось почему-либо необходимым, Ломоносов старался придать им наиболее простую и свойственную русскому языку форму.

Список слов, введение которых в русский язык приписывается М.В.

Ломоносовуавтограф атмосфера барометр гашеная известь горизонт градусник движение диаметр земная ось квадрат кислород кислота крепкая водка манометр метеорология микроскоп минус наблюдение нелепость оптика опыт периферия полюс магнита поршень предложный падеж предмет преломление лучей равновесие селитра сферический термометр тленность удельный вес упругость формула частицы чертеж

явление

Похожее

Равновесие Нэша

Давайте быстро поделим 100$. Вы и я решаем, сколько из сотни мы требуем и одновременно озвучиваем суммы. Если наша общая сумма меньше ста, каждый получает то, что хотел.

Если общее количество больше ста, тот, кто попросил наименьшее количество, получает желаемую сумму, а более жадный человек получает то, что осталось. Если мы просим одинаковую сумму, каждый получает 50 $.

Сколько вы попросите? Как вы разделите деньги?

Существует единственный выигрышный ход.

Для начала по научному:

Равновесие Нэша (англ.

 Nash equilibrium) названо в честь Джона Форбса Нэша — так в теории игр называется тип решений игры двух и более игроков, в котором ни один участник не может увеличить выигрыш, изменив своё решение в одностороннем порядке, когда другие участники не меняют решения. Такая совокупность стратегий выбранных участниками и их выигрыши называются равновесием Нэша.

Концепция равновесия Нэша (РН) впервые использована не Нэшем; Антуан Огюст Курно показал, как найти то, что мы называем равновесием Нэша, в игре Курно. Соответственно, некоторые авторы называют его равновесием Нэша-Курно.

Однако Нэш первым показал в своей диссертации по некооперативным играм в 1950-м году, что подобные равновесия должны существовать для всех конечных игр с любым числом игроков.

До Нэша это было доказано только для игр с 2 участниками с нулевой суммой Джоном фон Нейманом и Оскаром Моргенштерном (1947).

А теперь решение задачки, которая была представлена в начале поста: 

Обратите внимание

Требование 51 $ даст вам максимальную сумму независимо от того, что выберет ваш противник. Если он попросит больше, вы получите 51 $. Если он попросит 50 $ или 51 $, вы получите 50 $. И если он попросит меньше 50 $, вы получите 51 $. В любом случае нет никакого другого варианта, который принесет вам больше денег, чем этот. Равновесие Нэша — ситуация, в которой мы оба выбираем 51 $.

А теперь немного об этом человеке:

Джон Нэш родился 13 июня 1928 г. в Блюфилде, штат Вирджиния, в строгой протестантской семье. Отец работал инженером в компании Appalachian Electric Power, мама до замужества успела 10 лет проработать школьной учительницей.

В школе учился средне, а математику вообще не любил — в школе ее преподавали скучно. Когда Нэшу было 14, к нему в руки попала книга Эрика Т. Белла «Великие математики».

«Прочитав эту книгу, я сумел сам, без посторонней помощи, доказать малую теорему Ферма» — пишет Нэш в своей автобиографии. Так его математический гений заявил о себе.

Учёба

Затем последовала учёба в Политехническом институте Карнеги (ныне частный Университет Карнеги-Меллона), где Нэш пробовал изучать химию, прослушал курс международной экономики и потом окончательно утвердился в решении заняться математикой.

В 1948 году, окончив институт с двумя дипломами — бакалавра и магистра, — он поступил в Принстонский университет. Институтский преподаватель Нэша Ричард Даффин снабдил его одним из самых лаконичных рекомендательных писем.

В нем была единственная строчка: «Этот человек — гений!»

Работы

В Принстоне Джон Нэш услышал о теории игр, в ту пору только представленной Джоном фон Нейманом и Оскаром Моргенштейном.

Теория игр поразила его воображение, да так, что в 20 лет Джон Нэш сумел создать основы научного метода, сыгравшего огромную роль в развитии мировой экономики. В 1949 году 21-летний ученый написал диссертацию о теории игр.

Сорок пять лет спустя он получил за эту работу Нобелевскую премию по экономике. Вклад Нэша описали так: зафундаментальный анализ равновесия в теории некооперативных игр.

Важно

Нейман и Моргенштейн занимались так называемыми играми с нулевой суммой, в которых победа одной стороны неизбежно означает поражение другой. В 1950 — 1953 гг.

Нэш опубликовал четыре без преувеличения революционные работы, в которых представил глубокий анализ «игр с ненулевой суммой» — особого класса игр, в которых все участники или выигрывают, или терпят поражение. Примером такой игры могут стать переговоры об увеличении зарплаты между профсоюзом и руководством компании.

Эта ситуация может завершиться либо длительной забастовкой, в которой пострадают обе стороны, либо достижением взаимовыгодного соглашения.

Нэш сумел разглядеть новое лицо конкуренции, смоделировав ситуацию, впоследствии получившую название «равновесие по Нэшу» или «некооперативное равновесие», при которой обе стороны используют идеальную стратегию, что и приводит к созданию устойчивого равновесия. Игрокам выгодно сохранять это равновесие, так как любое изменение только ухудшит их положение.

В 1951 году Джон Нэш стал работать в Массачусетском Технологическом институте (MIT) в Кэмбридже. Коллеги его особенно не любили, т. к. он был очень эгоистичен, однако относились к нему терпеливо, ведь его математические способности были блестящими.

Там у Джона завязались близкие отношения с Элеанор Стиэр, которая вскоре уже ждала от него ребёнка. Так Нэш стал отцом, однако он отказался дать свое имя ребенку для записи в свидетельство о рождении, а также отказался оказывать какую-либо финансовую поддержку. В 1950-х гг. Нэш был знаменит.

Он сотрудничал с корпорацией RAND, занимающейся аналитическими и стратегическими разработками, в которой работали ведущие американские ученые. Там, опять-таки благодаря своим исследованиям в области теории игр, Нэш стал одним из ведущих специалистов в области ведения «холодной войны».

Кроме этого, работая в MIT Нэш написал ряд статей по вещественной алгебраической геометрии и теории римановых многообразий, высоко оценённые современниками.

Болезнь

Совет

Вскоре Джон Нэш встретил Алисию Лард и в 1957 г. они поженились. В июле 1958 г. журнал Fortune назвал Нэшавосходящей звездой Америки в «новой математике». Вскоре жена Нэша забеременела, но это совпало с болезнью Нэша — онзаболел шизофренией. В это время Джону было 30 лет, а Алисии — всего 26.

В начале Алисия пыталась скрыть все происходящее от друзей и коллег, желая спасти карьеру Нэша. Однако спустя несколько месяцев безумного поведения, Алисия насильно поместила мужа в частную психиатрическую клинику в пригороде Бостона, McLean Hospital, где ему поставили диагноз «параноидальная шизофрения». После выписки он внезапно решил уехать в Европу.

Алисия оставила новорожденного сына своей матери и последовала за мужем. Она вернула своего мужа в Америку. По возвращении они обосновались в Принстоне, где Алисия нашла работу. Но болезнь Нэша прогрессировала: он постоянно чего-то боялся, говорил о себе в третьем лице, писал бессмысленные почтовые карточки, звонил бывшим коллегам.

Они терпеливо выслушивали его бесконечные рассуждения о нумерологии и состоянии политических дел в мире.

https://www.youtube.com/watch?v=94Ab-2EjsPE

Ухудшение состояния мужа все сильнее угнетало Алисию. В 1959 г. он лишился работы. В январе 1961 года полностью подавленная Алисия, мать Джона и его сестра Марта приняли трудное решение: поместить Джона в Trenton State Hospital в Нью Джерси, где Джон прошел курс инсулиновой терапии — жесткое и рискованное лечение, 5 дней в неделю в течении полутора месяцев.

После выписки коллеги Нэша из Принстона решили ему помочь, предложив ему работу в качестве исследователя, однако Джон опять отправился в Европу, но на этот раз один. Домой он отправлял только загадочные письма. В 1962 году, после 3 лет смятения, Алисия развелась с Джоном. При помощи матери она вырастила сына сама. Позднее оказалось, что у него тоже шизофрения.

Несмотря на развод с Алисией коллеги-математики продолжали помогать Нэшу — они дали ему работу в Университете и устроили встречу с психиатром, которой выписал анти-психотические лекарства. Состояние Нэша улучшилось, и он стал проводить время с Элеонорой и своим первым сыном Джоном Дэвидом.

 «Это было очень обнадёживающее время, — вспоминает сестра Джона Марта. — Это был достаточно долгий период. Но затем все стало меняться». Джон перестал принимать лекарства, опасаясь, что они могут оказать подавляющие влияние на мыслительную активность и симптомы шизофрении опять проявились.

В 1970 г. Алисия Нэш, будучи уверенной, что она совершила ошибку, предав мужа, приняла его вновь, и теперь уже как пансионера, это возможно и спасло его от состояния бездомности. В последующие годы Нэш продолжал ходить в Принстон, записывая на досках странные формулы.

 Студенты Принстона прозвали его «Фантом». Затем в 1980 гг. Нэшу стало заметно лучше — симптомы отступили и он стал более вовлеченным в окружающую жизнь. Болезнь, к удивлению врачей, стала отступать.

Точнее, Нэш стал учиться не обращать на нее внимания и вновь занялся математикой. «Сейчас я мыслю вполне здраво, как всякий ученый, — пишет Нэш в своей автобиографии. — Не скажу, что это вызывает у меня радость, какую испытывает всякий выздоравливающий от физического недуга.

 Здравое мышление ограничивает представления человека о его связи с космосом».

Признание

В 1994, в возрасте 66 лет, Джон Нэш получил Нобелевскую Премию за свою работу по теории игр. Однако он был лишен возможности прочитать традиционную Нобелевскую лекцию в Стокгольмском университете, так как организаторы опасались за его состояние.

Обратите внимание

Вместо этого был организован семинар (с его участием), на котором обсуждался его вклад в теорию игр. После этого Нэш был приглашен прочитать лекцию в университете Уппсалы, раз уж ему не предоставилось такой возможности в Стокгольме.

По словам приглашавшего его профессора Математического института университета Уппсалы Кристера Кисельмана, лекция была посвящена космологии.

В 2001 году, через 38 лет после развода, Джон и Алисия вновь поженились. Нэш вернулся в свой офис в Принстоне, где продолжает познавать математику и познавать этот мир — мир, в котором вначале он был так успешен; мир, который заставил его пройти через очень сложное заболевание; и всё-таки этот мир принял его вновь.

«Игры разума»

В 1998 году американская журналистка (и профессор экономики Колумбийского университета Сильвия Назар) написала биографию Нэша под названием «A Beautiful Mind: The Life of Mathematical Genius and Nobel Laureate John Nash» (Прекрасный ум: Жизнь гения математики и нобелевского лауреата Джона Нэша). Книга мгновенно стала бестселлером.

В 2001 году под руководством Рона Ховарда по мотивам книги был снят фильм «A Beautiful Mind», в русском прокате «Игры разума». Фильм получил четыре «Оскара» (за лучшие адаптированный сценарий, режиссуру, актрису второго плана и, наконец, лучший фильм), награду «Золотой глобус» и был отмечен несколькими призами Bafta (британская премия за кинематографические достижения).

 Как видим, фильм практически правда. Конечно, с некоторыми «литературными» искажениями.

Интересные факты

• На роль режиссёра фильма был предложен Роберт Редфорд, но его не устроило расписание съёмок.
• На роль Джона Нэша пробовался Том Круз, а на роль Алисии — Сальма Хайек. Любопытно, что она родилась в том же городке Эль Сальвадор, что и её несостоявшаяся героиня.
• Когда Нэш впервые видит Паркера, он обращается к нему как к «большому брату» (намёк на роман Оруэлла «1984»). Ещё одна отсылка к Оруэллу происходит позднее, когда мы видим номер на двери кабинета Нэша — 101.
• В роли рукописи, которую молодой Джон Нэш показывает своему куратору, профессору Хелинджеру, выступает подлинная копия статьи, напечатанной в журнале Econometrica под заголовком «Задача совершения сделки».
• Сценарист фильма Акива Голдсман имел немалый опыт общения с душевнобольными людьми: в свою бытность врачом он лично разрабатывал методики восстановления душевного здоровья детей и взрослых.
• Куратором фильма по математической части стал профессор Барнардского колледжа Дэйв Байер — именно его рукойРасселл Кроу «выводит» на доске мудрёные формулы.
• «Мудрёные формулы» при внимательном рассмотрении представляют собой просто бессмысленный набор греческих букв, стрелок и математических знаков.
• В отличие от своего экранного двойника, отличавшегося редкой преданностью своей «половинке», реальный Джон Нэш в своей жизни несколько раз был женат, а в двадцать с небольшим лет усыновил внебрачного ребенка.
• В части фильма, относящейся к периоду вручения Нобелевской Премии (1994 г.), Нэш говорит о том, что якобы принимает антипсихотики нового типа, однако в действительности Джон Нэш отказался от них еще в 1970 году, и его ремиссия не была связана с приемом нейролептиков.

Где же сегодня применяются открытия Нэша?

Пережив бум в семидесятых-восьмидесятых, теория игр заняла прочные позиции в некоторых отраслях социального знания.

Эксперименты, в которых команда Нэша в свое время фиксировала особенности поведения игроков, в начале пятидесятых были расценены как провал. Сегодня они легли в основание «экспериментальной экономики».

«Равновесие Нэша» активно используется в анализе олигополий: поведении небольшого количества конкурентов в отдельном секторе рынка.

Кроме того, на Западе теория игр активно используется при выдаче лицензий на вещание или связь: выдающий орган математически высчитывает наиболее оптимальный вариант распределения частот.

Точно так же успешный аукционист сам определяет, какую информацию о лотах можно предоставлять конкретным покупателям, чтобы получить оптимальный доход. С теорией игр успешно работают в юриспруденции, социальной психологии, спорте и политике. Для последней характерным примером существования «равновесия Нэша» является институционализация понятия «оппозиция».

Однако теория игр нашла свое применение не только в социальных науках.

Важно

Современная эволюционная теория была бы невозможна без представления о «равновесии Нэша», которое математически объясняет, почему волки никогда не съедают всех зайцев (потому что иначе они через поколение умрут от голода) и почему животные с дефектами делают свой вклад в генофонд своего вида (потому что в таком случае вид может приобрести новые полезные характеристики).

Сейчас от Нэша не ждут грандиозных открытий. Кажется, это уже неважно, поскольку он успел сделать две самые важные вещи в жизни: стал признанным гением в молодости и победил неизлечимую болезнь в старости.

и еще немного научных теорий :  вот вам например Теория струн одной картинкой, а вот Научные теории, которые навредили людям. Вспомним еще про Эффект домино, Эффект Рингельмана и Эффект Кулиджа. А ведь есть еще  Эффект Мейснера и Эффектом Коппа-Этчеллса Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия – http://infoglaz.ru/?p=59212