В следующий раз, когда вы соберетесь прыгнуть с доски для прыжков в воду, чтобы спастись от летней жары, подумайте вот о чем: В животном мире есть такие обитатели, которые могут посрамить даже самых ловких олимпийских ныряльщиков. Возьмем, к примеру, ганнета. В поисках свежей рыбы эта белая морская птица может погружаться в воду со скоростью 55 миль в час. Это почти в два раза больше, чем скорость элитных спортсменов, прыгающих с 10-метровых платформ.
Теперь инженеры могут самостоятельно измерить, как влияет дайвинг на человеческое тело, причем ни один человек при этом не пострадал. Они создали манекены, похожие на манекены для краш-тестов, оснастили их датчиками силы и опустили в воду. Результаты, опубликованные 27 июля в журнале Science Advances, показывают, насколько неестественно для человеческого тела погружаться с головой в воду.
"Люди не предназначены для погружения в воду", - говорит Сунгван Юнг, инженер-биолог из Корнельского университета и один из авторов исследования.
Группа Юнга провела последние несколько лет, изучая, как различные живые существа падают в воду. Сначала они сосредоточились на животных: например, на ганнете, морской свинье и ящерице василиске, которая известна тем, что бегает по поверхности воды, прежде чем гравитация заставит их опустить ноги под воду.
Вероятно, тело этих животных эволюционировало и адаптировалось к водной среде. Им может понадобиться нырять под воду, чтобы найти пищу или избежать хищников, надвигающихся сверху. У людей, которые развивались в более сухой, наземной среде, такой биологической потребности нет. Для нас эта тенденция делает ныряние гораздо более опасным.
"Люди разные", - говорит Юнг. "Люди ныряют в воду ради удовольствия и, скорее всего, часто получают травмы".
Юнг и его коллеги хотели измерить силу, которую испытывает человеческое тело при столкновении с поверхностью воды. Для этого они напечатали манекены на 3D-принтере и оснастили их датчиками. Датчики могли регистрировать силу, которую испытывал манекен-дайвер, и, в свою очередь, как эта сила менялась при всплеске.
Они измерили три различные позы, каждая из которых имитировала одно из ныряющих животных. Чтобы имитировать округлую голову морской свиньи, манекен опускался в воду головой вперед. Чтобы имитировать заостренный клюв птицы, во второй позе руки манекена были соединены в форме буквы V за головой. А чтобы повторить, как падает ящерица, в третьей позе манекен погружался в воду ногами.
Когда тела испытали силу удара, исследователи обнаружили, что скорость изменения силы варьируется в зависимости от формы. Тела округлой формы, например, голова человека, испытывали более сильные толчки, чем тела более острой формы.
Исходя из этого, они определили несколько высот, выше которых ныряние в той или иной позе будет опасным. По их мнению, при нырянии ногами вперед с высоты около 50 футов возникает риск травмы колена. При нырянии руками вперед с высоты около 40 футов вы можете испытать силу, достаточную для повреждения ключицы. А ныряние головой вперед с высоты всего 27 футов может привести к травме спинного мозга, считают исследователи.
Скорее всего, в местном бассейне вы не встретите прыжков в воду с такой высоты, но не исключено, что вы прыгнете с такой высоты, скажем, при прыжке со скалы.
"Моделирование действительно надежное, и очень интересно посмотреть на различные воздействия", - сказал Чет Мориц, который изучает процесс восстановления людей после травм спинного мозга в Университете Вашингтона и не принимал участия в работе над статьей.
Травмы спинного мозга встречаются нечасто, но предупреждения у бассейна, призывающие не нырять на мелководье, имеют под собой веские основания: Травма может быть совершенно изнурительной. Исследование 2013 года показало, что большинство травм спинного мозга происходят в результате падений или автомобильных аварий, а на долю дайвинга приходится 5 процентов из них.
Но Мориц отмечает, что известные ему случаи травм спинного мозга происходят при ударе о дно бассейна, а не о поверхность, которую тщательно изучают эти инженеры. "Из моего опыта я не знаю никого, кто получил бы травму спинного мозга от удара о саму воду", - говорит он.
Тем не менее, Юнг считает, что если люди не могут отказаться от дайвинга, то его исследование может, по крайней мере, сделать это занятие более безопасным. "Если вам действительно необходимо заниматься дайвингом, то полезно следовать подобным рекомендациям", - говорит он. Иными словами: Старайтесь не погружаться в воду с головой".
Группа Юнга проводит это исследование не только для того, чтобы улучшить предупреждения о безопасности при погружении. Они пытаются создать снаряд с заостренной передней частью, вдохновленный птичьим клювом, который сможет лучше проникать через глубокую воду.