¿Por qué un paracaidista puede caer al suelo y morir? [duplicar]

No es tan simple. La lesión surge de una variación de la aceleración con la posición sobre partes del cuerpo. En el caso de una caída, cuando la primera parte de ti golpea el suelo (digamos tus pies) y se detiene repentinamente, no hay nada que desacelere el resto de tu cuerpo aparte de la fuerza que los pies pueden transmitirle. Entonces, esta situación da lugar a tensiones de compresión que el tejido del cuerpo simplemente no puede soportar y este último se aplasta.

He esbozado un sistema a continuación cuya descripción matemática le dará una idea completa del problema, si desea escribir y resolver las ecuaciones de movimiento para las masas discretas. Aquí modelamos el cuerpo como una matriz de masas$m_j$separados por resortes (tejido conectivo) con constantes de resorte$k_j$, y todas las masas se mueven hacia el suelo a la misma velocidad$\vec{v}$cuando el primer resorte se detiene abruptamente en su borde inferior. Encontrará, entre otras cosas, una fuerza máxima (proporcional a la tensión del tejido conjuntivo) para cada resorte, que los resortes más bajos experimentan la mayor tensión máxima (correspondiente a la observación diaria de que se magulla en la superficie de un impacto y la lesión disminuye con profundidad es decirdistancia desde el hematoma) y que la tensión máxima en cada resorte se puede "diseñar" considerablemente mediante el uso de un perfil constante de resorte variable. Por lo tanto, también puede jugar con las constantes de resorte y, por ejemplo, diseñar una zona de deformación para un automóvil: elija las constantes de resorte para que los primeros sientan la tensión más alta (la zona de "sacrificio") mientras que los más alejados del impacto sientan mucho menos. y existen perfiles constantes de resorte óptimos definidos para este tipo de cosas.

Contrasta todo esto con el caso en el que imaginas que todo el cuerpo está cargado eléctricamente con una densidad de carga exactamente en proporción a la densidad de masa. Luego aceleras el cuerpo con un enorme campo eléctrico. En este caso, todas las partes del cuerpo siempre se aceleran exactamente a la misma velocidad y no hay tensión entre dos partes del cuerpo. Podría acelerar arbitrariamente rápido con esta configuración y no sentir nada inusual. He leído en alguna parte (o más probablemente me lo ha dicho mi hija) que la nave personal del Emperador Palpatine podría acelerar a$1 600\,g$. Con una unidad electrostática como la de arriba, los ocupantes humanos podrían tolerar esto, ¡no hay problema! (aparte de eso, ahora necesitamos encontrar un ingeniero de fuerza electrostática Imperial...)

Una respuesta Wiki de la comunidad para capturar el resumen más excelente de otro usuario James Large hecho en el comentario:

Dos palabras clave para sacar de las respuestas a continuación son estrés y tensión. Buenas palabras para buscar si quieres aprender más. Y recuerda: "No es la caída lo que te mata, es la tensión interna repentina al final".

Esta es una excelente manera de expresarlo y de resumir mi respuesta. Particularmente el enfoque en la tensión. Fundamentalmente, probamos una consideración cinemática : si todos los puntos experimentan el mismo movimiento, sin importar el tirón, la aceleración o lo que sea, nunca puede resultar una tensión porque el conjunto de puntos que forman el cuerpo sufre una isometría.

Las desviaciones bruscas de esta condición conducen a grandes tensiones dentro del cuerpo, y estas se calculan como se esboza en mi Respuesta que no es de Wiki .

Si se me permite explicarlo por medio de algunos "desvíos". Soy ingeniero estructural (no médico), pero tengo un buen sentido de las fuerzas y la disipación de energía a través de una estructura. En este caso la estructura es el cuerpo humano.

Su pregunta no solo se aplica a los paracaidistas que resultan fatalmente heridos, sino a todas las lesiones relacionadas con un impacto. La única diferencia es el vector en el que se movía la "víctima" antes de detenerse repentinamente. Si una persona viaja a 1 m/s horizontalmente (generalmente caminando), 17 m/s conduciendo (+- conduciendo un automóvil en la ciudad) o 54 m/s (+- velocidad terminal al hacer paracaidismo) y se detiene repentinamente (siendo dt muy pequeño), el cuerpo humano acaba teniendo que absorber, transferir e incluso disipar la energía cinética.

Suponiendo que el peatón, el pasajero de un vehículo y el paracaidista son trillizos idénticos que tienen la misma fisiología, podemos cancelar la masa, la resistencia a la fricción (ambiental y fisiológica (en los cuerpos de las víctimas). Así nos quedamos con una magnitud relativa de energía de 1 contra 17 contra 54. Si todos chocan con masas sólidas enormes que no absorben energía, todos tienen que acomodar cantidades crecientes de energía de alguna manera.

Suponiendo que el peatón camina hacia la esquina de un escritorio enorme, el tejido de su cuádriceps soportará la peor parte del evento y, por lo tanto, tendrá que absorber parte de la energía en forma de carga puntual en su cuádriceps. Esto ocurre por la deformación del tejido, posiblemente rompiendo algo de tejido muscular y en el proceso provocando un pequeño hematoma. La energía que no es absorbida por la deformación se transferiría al fémur, que se doblaría ligeramente bajo la carga y luego transferiría la energía a la rodilla y la cadera. El peatón se doblará a la altura de la cadera, cayendo ligeramente hacia adelante, etc. Podría entrar en más detalles aquí, pero creo que entiendes el punto. La única baja en este evento de 1 m/s a 0 m/s es el cuádriceps que tiene un hematoma.

Escalar esto a la persona en el vehículo que viaja a 17 m/s mostrará una imagen diferente. Suponiendo que se trata de un automóvil moderno con suficientes características de seguridad (zona de deformación, bolsa de aire y cinturón de seguridad), generalmente un evento de 17 m/s a 0 m/s dará como resultado que el automóvil absorba la mayor parte de la energía cinética para reducir la velocidad del automóvil + pasajero aumentando la el tiempo necesario para desacelerar de 17 m/s a 0 m/s y, por lo tanto, la persona en el automóvil tendrá que adaptarse a una fuerza de impacto menor. Supongamos que la energía disipada debido a las funciones de seguridad es proporcional a la velocidad y suponemos que efectivamente ha reducido la energía que el cuerpo del pasajero tiene que absorber. Esto deja el cuerpo moviéndose a (digamos) 10 m/s antes de que se despliegue la bolsa de aire y se tensen los cinturones de seguridad. Cuando lo hacen, el cuerpo se mueve contra los cinturones de seguridad y la bolsa de aire. El cinturón de seguridad reparte la carga contra el pecho y la clavícula, provocando hematomas. Efectivamente, el cinturón de seguridad tiene pretensado mientras que la bolsa de aire reduce el recorrido de la cabeza, lo que reduce la tensión en el cuello del pasajero. No obstante, el cerebro del pasajero aún se mueve a 10 m/s y empuja contra el cráneo desde el interior en t = 0 y, por lo tanto, se deforma levemente y posiblemente se magulla causando una conmoción cerebral.

Ahora a nuestro paracaidista que se mueve a 54 m/s y no tiene forma de aumentar el dt. Su cuerpo tiene que acomodar toda la energía en muy poco tiempo. Asumiendo que tiene experiencia, intentará usar los músculos de sus piernas para actuar como resortes y así extender dt y absorber parte de la energía. Sin embargo, es poco probable que los cuádriceps y los glúteos del esqueleto humano sean lo suficientemente fuertes como para absorber tanto y, por lo tanto, no aterrizará de pie. Lo más probable es que aterrice sobre sus nalgas, que se comprimirán antes de que la fuerza (de reacción) se transfiera a través del tejido muscular a los huesos pélvicos, a la articulación SI, a la columna vertebral. Por lo tanto, su espalda experimentará una compresión excesiva en los discos y huesos. Los órganos internos (tejidos blandos) seguirían moviéndose a mayor velocidad en comparación con otros órganos más rígidos. También se deforman fácilmente, permitiendo que otros tejidos blandos viajen más distancia. En esencia, tiene tejidos blandos en la cavidad torácica y las áreas abdominales que se mueven a diferentes velocidades entre sí, causando tensión y posiblemente desgarros entre ellos. En pocas palabras, la estructura ósea y muscular se somete a esfuerzos al límite de sus capacidades y, por lo tanto, no puede proteger los tejidos blandos (intestino y cerebro). Estos están sujetos a inmensas fuerzas que nunca tuvieron la intención de acomodar y romper. El resultado es una hemorragia interna y la persona se desangra internamente. Por supuesto, también pueden ocurrir (y ocurren) daños secundarios a fragmentos óseos que perforan órganos, etc. causando tensión y posiblemente desgarros entre ellos. En pocas palabras, la estructura ósea y muscular se somete a esfuerzos al límite de sus capacidades y, por lo tanto, no puede proteger los tejidos blandos (intestino y cerebro). Estos están sujetos a inmensas fuerzas que nunca tuvieron la intención de acomodar y romper. El resultado es una hemorragia interna y la persona se desangra internamente. Por supuesto, también pueden ocurrir (y ocurren) daños secundarios a fragmentos óseos que perforan órganos, etc. causando tensión y posiblemente desgarros entre ellos. En pocas palabras, la estructura ósea y muscular se somete a esfuerzos al límite de sus capacidades y, por lo tanto, no puede proteger los tejidos blandos (intestino y cerebro). Estos están sujetos a inmensas fuerzas que nunca tuvieron la intención de acomodar y romper. El resultado es una hemorragia interna y la persona se desangra internamente. Por supuesto, también pueden ocurrir (y ocurren) daños secundarios a fragmentos óseos que perforan órganos, etc.

Espero que esto responda a su pregunta de una manera trivial.