Warning: include() [function.include]: open_basedir restriction in effect. File(/usr/local/zend-5.2/share/pear/templates.php) is not within the allowed path(s): (/home/users/s/smconsult/domains/firewalking.su:/usr/local/zend/share/pear/:/tmp/:/home/users/s/smconsult/tmp/) in /home/users/s/smconsult/domains/firewalking.su/templates/siteground-j15-39/index.php on line 49

Designed by:
SiteGround web hosting Joomla Templates
Физика огнехождения. | Печать |  E-mail

Рассмотрим для примера случай прикосновения к телу более теплому, чем рука. Если это тело имеет сравнительно невысокую плотность и небольшую теплопроводность, то уменьшение его температуры в месте контакта будет более заметным, чем для тела плотного и хорошо проводящего тепло. Это следует из того, что тело малой плотности обладает малой объемной теплоемкостью (эта величина равна количеству тепла, которое надо сообщить телу, чтобы единицу его объема нагреть на один градус), и поэтому даже небольшие потери тепла связаны с заметным уменьшением температуры. Важно и то, что из-за малой теплопроводности тела эти потери медленно восполняются за счет подвода тепла от соседних участков.
Короче говоря, прикасаясь к нагретому телу, мы охлаждаем его (точнее, охлаждаем часть тела, граничащую с местом прикосновения) тем сильнее, чем оно менее плотно и чем хуже проводит тепло.

 

Этому можно найти немало подтверждений из житейского опыта. Мы знаем, например, что деревянная ложка с горячими щами не так обжигает рот, как серебряная, и пить горячий чай из берестяной кружки легче, чем из алюминиевой.

 

Если мы положим в духовку пятак и древесный уголек, нагреем их градусов до двухсот, а затем, быстро распахнув дверцу духовки, потрогаем пальцем эти предметы, то убедимся, что пятак жгуче горяч, а легкий, как пушинка, уголек кажется едва теплым. Этот простой опыт дает ключ к пониманию известного феномена «хождения по огню». Речь идет о танцах, часто ритуальных, имеющих распространение у некоторых народов в разных концах света. При исполнении такого танца его участники касаются обнаженными ступнями раскаленных докрасна углей прогоревшего костра, ходят по этим углям, не обжигая ног.

«Хождение по огню» многие считают загадочным явлением, так как предполагается значительное температурное воздействие на ступни «огнепроходца». Преодоление боли, возникшей при этом, связывают с самовнушением. Что же касается невосприимчивости кожи к ожогу, то это считается особенностью кожи танцора, и именно в этом пытаются отыскать разгадку феномена. Вместе с тем и здесь, в «огнехождении», главную роль играют теплофизические свойства тел, отдающих и воспринимающих тепло, и связанные с этими свойствами процессы теплообмена. Фактически раскаленные угли охлаждаются под ступней «огнепроходца» до умеренных температур, близких к порогу безопасности. Это в буквальном смысле можно увидеть — за «огнепроходцем» остаются темнеющие следы. Скорее всего именно об этом явлении говорит Вергилий в «Энеиде»:

Жар пожирает, а мы идем, сильные верой,
Через огонь и следы оставляем на тлеющих углях!
Конечно, свечение гаснет лишь в тонком слое угля, и темный след, отпечатанный на розовом ковре огня, снова разгорается, как только нога переступает на другое место.
Попробуем рассмотреть более подробно процесс теплообмена при соприкосновении двух тел, например, в случае прикосновение руки к теплому утюгу. Тепловая задача, обобщающая явления такого типа, детально рассматривается в теории теплопроводности. Формулируется эта задача так: име-
Чтобы процесс соприкосновения двух тел (с точки зрения их теплообмена) соответствовал случаю соприкосновения «полубесконечных» сред, нужно, чтобы выполнялись следующие соотношения:
l’ >> L’, l’ >>d
l’’ >> L’’, l >>d

Если температура соприкасающихся физических тел различна, то после соприкосновения постепенно меняется картина распределения тепла в различных участках этих тел. Однако остается неизменной температура на поверхности соприкосновения, в частности на поверхности кожи руки, касающейся более теплого или более холодного предмета. Остаются две полубесконечные среды с разными свойствами и температурами;
эти среды мгновенно соприкасаются, и между ними начинается теплообмен; требуется найти распределение температур в средах для последующих моментов времени, то есть выяснить, как будет изменяться их температура во времени и в пространстве.
Понятие «полубесконечная» или «полуограниченная» среда часто встречается в тепловых задачах. В нашем случае оно, грубо говоря, означает, что глубина, на которую за время прикосновения распространится тепло из одной среды в другую, заметно меньше размеров соприкасаемых тел. Кроме того, эта глубина должна быть существенно меньше линейных размеров, характеризующих площадь контакта между телами. Эти условия в реальных случаях выполняются почти всегда. Отметим, что в нашем примере (рука и утюг) за несколько секунд тепло от утюга практически проникает в кожу всего лишь на доли миллиметру.
Конечно, те несколько секунд, которыми мы себя ограничиваем, охватывают лишь начальную стадию теплообмена. Однако именно эта стадия наиболее интересна в нашей задаче, так как уже первой секунды хватает на то, чтобы сформировалось температурное ощущение.
В теории теплопроводности есть формула, которая позволяет подсчитать изменение температуры поверхности тел при их соприкосновении. Применительно к нашему примеру формула эта выглядит так:

Здесь приняты такие обозначения: начальная температура поверхности кожи обозначена через Тко (ее можно считать равной 37° С), ее изменение при прикосновении через ?Тк и начальная температура испытуемого тела—через То; и еще введен некоторый коэффициент К, который представляет собой отношение тепловой активности испытуемого тела к тепловой активности кожи. Что такое тепловая активность, будет сказано чуть позже, а пока отметим, что она зависит только от физических свойств тела.
Сразу подчеркнем интересную особенность: изменение температуры на поверхности кожи не зависит от времени; эта температура устанавливается сразу с момента прикосновения и не меняется в дальнейшем.
Это очень любопытный факт, но нужно напомнить, что он имеет место лишь при определенных условиях, в частности в нашем примере при времени сопирикосновения порядка нескольких секунд.
Итак, на поверхности кожи формируется так называемый температурный скачок. Явление это иллюстрируется рисунком, где показаны температурные поля соприкасающихся тел для трех фиксированных моментов времени. Видно, что с течением времени температура меняется во всех точках, куда проникает тепло, за исключением лишь границы, то есть в нашем случае за исключением поверхности кожи. Здесь температура устанавливается сразу и в дальнейшем остается постоянной.
От чего же зависит температура поверхности кожи, определяющая наши температурные ощущения?
Как показывает приведенная выше формула, изменение температуры кожи ДТк зависит прежде всего от разности температур испытуемого тела и самой кожи. Проще говоря, температурное ощущение тем заметнее, чем сильнее отличаются по температуре наш «измерительный прибор», наш «личный термометр» — рука — и предмет, к которому мы прикасаемся. Очевидно, что изменение температуры поверхности кожи может быть как положительным, так и отрицательным — его знак зависит от того, нагрет или охлажден по отношению к коже испытуемый предмет. А если температура окружающей среды будет равна температуре нашего тела, то мир температурных ощущений для нас померкнет — прикосновение к любым телам не сообщит нам никаких ощущений тепла или холода.


Температура железного листа и раскаленных древесных углей существенно различается, однако температурные ощущения при прикосновении к обоим этим объектам будут примерно одинаковыми.
Теперь настала пора поговорить о зависимости температурного ощущения от теплофизическнх характеристик соприкасаемых тел. В нашей главной формуле эта зависимость отражена в коэффициентах тепловой активности, которые, в свою очередь, зависят от плотности тел, удельной теплоемкости и теплопроводности. Причем зависят в одинаковой мере — с увеличением плотности, удельной теплоемкости и теплопроводности тепловая активность растет.
Несколько забегая вперед, отметим, что, проанализировав главную формулу, легко прийти к выводу: чем меньше тепловая активность нагретого тела, тем сильнее мы охлаждаем его при прикосновении и тем прохладнее оно нам кажется. Тело с наибольшей тепловой активностью покажется нам наиболее горячим из всех одинаково нагретых тел; на холоде же такое тело покажется нам наиболее холодным.
Тепловая активность различных веществ меняется в очень широких пределах. Это обусловлено тем, что ;при переходе от одного вещества к другому очень сильно — в тысячи раз — может меняться плотность и теплопроводность. Для иллюстрации приведем примерное значение тепловой активности для некоторых распространенных веществ.
Пушистые, легкие предметы (мех, вата и т. п.)
Легкие пористые тела
Дерево
Органическиe жидкости
Пластмассы
Стекло
Вода
Металлы
10
100— 200
300— 900
400— 900
500— 800
1300—1800
1500
10000

Значения тепловой активности приведены в системе единиц СИ.
Тепловая активность такого биологического объекта, как человеческая кожа, обычно лежит в пределах от 800 до 1500 единиц. Наибольшая тепловая активность характерна для полнокровной кожи, наименьшая—для сухой и омертвелой, какая бывает на мозолях.
Теперь попробуем более детально проанализировать зависимость температурного ощущения от отношения тепловой активности кожи руки и объекта, к которому прикасается рука.
Прежде всего отметим, что когда коэффициент К значительно больше единицы, то есть когда тепловая активность испытуемого тела значительно больше тепловой активности кожи, то кожа принимает температуру предмета. Из таблицы следует, что наибольшие значения К соответствуют случаю прикосновения к металлу, и, следовательно, когда мы прикасаемся к металлу, поверхность кожи почти в точности принимает его температуру. Если говорить о руке как своеобразном термометре, то наилучшие результаты следует ожидать при измерении температуры именно в этом случае: рецепторы на поверхности кожи сообщат о температуре металла, мало искаженной самим процессом прикосновения, то есть измерением.
В том случае, когда К значительно меньше единицы, то есть когда тепловая активность испытуемого тела значительно меньше, чем тепловая активность кожи, температура ее почти .не изменяется. Именно поэтому легкие, пушистые тела, то есть тела с очень малой тепловой активностью, например, мех, кажутся теплыми даже в лютый мороз. Что же касается определения температуры таких предметов с помощью руки, то здесь нельзя ожидать даже самых скромных успехов: мы не определим эту температуру и в том случае, когда она отличается на десятки градусов от температуры руки.
Если тепловая активность руки и испытуемого тела примерно близка, то есть если K~1 (это имеет место, например, когда рукой мы трогаем головку ребенку), то, согласно нашей основной формуле, мы почувствуем разницу температур вдвое меньшую, чем существует в действительности. Так, например, если у ребенка жар и его температура превосходит нашу на три градуса, то на коже руки температура повысится лишь па полтора градуса. Это, конечно, практически не может ввести нас в заблуждение — опыт вносит свои поправки в градуировку терморецепторов для этого случая, и температуру удается оценить достаточно точно.
Ну и, наконец, несколько слов о загадках «огнехождения». Прежде всего напомним, что на поверхности кожи ступни температура устанавливается сразу после соприкосновения и держится на постоянном уровне в течение всего времени, пока нога танцора касается горячих углей. Это обстоятельство позволяет танцору не спешить — он чувствует, что температурное воздействие одно и то же и через полсекунды и через три секунды. Поэтому танцоры, по свидетельству очевидцев, позволяют себе стоять на раскаленных углях по нескольку секунд неподвижно, что, конечно, производит сильное впечатление на зрителей.
Наше восхищение танцами на горячих углях в значительной мере базируется на неверном представлении, что, соприкасаясь с нагретым предметом, кожа в точности принимает его температуру. Главная наша формула н уже проведенный ее анализ напоминают, что это совсем не обязательно. Попробуем произвести некоторые приближенные расчеты. Примем следующие исходные данные: температура углей 600°С, их тепловая активность 100 единиц, тепловая активность кожи 1500 единиц. Подставив эти величины в нашу формулу, получим, что подъем температуры па коже составляет 35°С, а значит, общая температура достигает 72°С. Такая температура, конечно, не из приятных, но от 600° С, с которыми ассоциируется прикосновение к раскаленным углям, она чрезвычайно далека.
Чтобы получить температурные ощущения, которые характерны для «огнехожде-иия», надо сплясать па толстом стальном листе, нагретом по отношению к температуре нашего тела на 35°С, то есть сплясать на листе, нагретом до 72°С. Как мы знаем, при прикосновении к металлу кожа практически принимает его температуру. И потому наш экспериментальный танец на металлическом листе создаст иллюзию хождения по углям, правда, с той разницей, что для стороннего наблюдателя это зрелище будет лишено всякой привлекательности. То ли дело — жаркое дыхание углей!
И все же при рассчитанном нами подъеме температуры кожи могут появиться ожоги первой степени, проявляющиеся в виде покраснения кожного покрова. Подъем температуры может быть уменьшен, если тепловая активность углей будет ниже принятых нами 100 единиц, а тепловая активность кожи больше 1500 единиц. В этом смысле искусство «огнехождения» состоит, во-первых, в приготовлении мелкопористых углей с малой тепловой активностью и, во-вторых, в специальной подготовке кожи на ступнях ног. Кроме того, не исключено» что в момент возбуждения за счет интенсификации процессов кровообращения тепловая активность кожи тоже возрастает.
Следует отметить, что наши расчеты соответствуют случаю, когда нежная, живая кожа, где находятся терморецепторы, ничем не защищена. В действительности же ее по крывают омертвелые, мозолистые подушки на ступнях, и это, бесспорно, облегчает «огнехождение», надев на ноги кожаные тапочки, по углям, наверное, смог бы пройти каждый.
Еще один элемент подготовки: в углях не должно быть предметов с высокой тепловой активностью, скажем, камешков или гвоздей. Прикосновение к ним неизбежно вызовет ожог.
Вопрос о возникновении ожогов при «огнехождении» может быть рассмотрен более корректно. При этом должны быть учтены количественные соотношения между температурой на поверхности кожи и временем ее воздействия для получения определенного физиологического действия. Здесь, конечно, есть свои тонкости, но они никак не отменяют наших выводов касательно физической стороны теплообмена.
Отметим еще одно полезное следствие из нашей основной формулы, приведенной на стр..
С учетом реальных температурных условий, в которых приходится бывать человеку, можно прийти к выводу, что одежда, касающаяся тела, должна обладать малой тепловой активностью. Нарушение этого требования, в частности, приведет к тому, что одежда более холодная, чем наше тело, при прикосновении к нему будет неприятно холодить.
Этот хорошо подтверждаемый практикой вывод, так же как и другие примеры, рассмотренные выше, лишний раз напоминает, что многие вещи, совершенно, казалось бы, далекие от большой науки, могут быть д<г конца поняты и объяснены лишь в рамках четких научных обобщений.




ИСТОЧНИК


Лыков А. В. Теория теплопроводности. Изд-во «Высшая школа», М., 1967.
 
 Создание и поддержка сайта Вебстудия "Натали".