На планете Земля существует 14 вершин, находящихся на высоте более 8 000 метров над уровнем моря. Получить "Корону Земли", то есть побывать на всех 14 вершинах, считается наивысшим достижением в альпинизме. За всю историю человечества это удалось только 32 альпинистам, среди которых и трое наших соотечественников – Денис Урубко, Василий Пивцов и Максут Жумаев. Давайте рассмотрим, как понимание физики помогает альпинистам успешно преодолевать основные трудности восхождения: гравитацию, низкую температуру и давление.

Восхождение – это движение вдоль склона горы к вершине. Склон представляет из себя ледяной, снежный или каменистый покров. Без необходимого инвентаря и определённых навыков не было бы возможности двигаться вверх.

Представьте, что вы идёте по скользкому льду.

Чтобы не скользить, вполне достаточно обуви с хорошей нескользящей подошвой, а физики сказали бы, что это обувь с повышенным коэффициентом трения. Как определить нужный коэффициент? В этом нам поможет знание законов механики.

Представим склон в виде наклонной доски, на которой стоит нога альпиниста и выпишем все силы, которые действуют на неё: сила трения (F_тр), сила притяжения (mg) и сила нормальной реакции (N).

Чтобы нога не скользила вниз, необходимо уравновесить силы относительно друг друга, в нашем случае это выполнение равенства:

mgsinΘ=μN=μmgcosΘ

tgΘ=μ

Мы получили простой вывод: чем выше угол наклона склона тем, больший коэффициент трения должен быть у ботинок альпиниста. В реальности для преодоления особо сложных участков альпинисты используют специальные металлические крепления для ботинок – альпинистские кошки.

Наличие специальных приспособлений не гарантирует успешности восхождения, для это помимо отличной физической формы требуются навыки и знания о том, как всем этим правильно распорядиться.

Давайте понаблюдаем за тем, как держат себя на склоне опытные альпинисты (А) и новички (B).

Мы видим, как опытный альпинист держит корпус тела отклонённым от склона, тогда как новичок пытается прижаться к нему. В чем же разница? Опытный альпинист, отклоняя корпус, переносит вес тела на ноги, тем самым увеличивая силу нормальной реакции (N), что в свою очередь приводит к увеличению трения (F_тр). Опытный альпинист находится в более устойчивом положении, следовательно – в более безопасном.

Знаете ли вы, что на каждые 100 метров подъёма в горах, температура в среднем падает на 2 градуса Цельсия. На высотах более 8000 метров температура опускается до -60 градусов по Цельсию.

Следовательно, первоочередная задача – не допустить переохлаждения (вплоть до полного замерзания).

Во время восхождения, помимо холода, человек испытывает запредельные физические нагрузки, соответственно, одежда должна отвечать как минимум трём параметрам. 

1. Одежда должна быть тёплая, но не перегревать человека. 

2. Одежда должна быть прочная, но не сковывать движения. 

3. Одежда должна быть лёгкая, но при этом отвечать первым двум параметрам. 

К сожалению, человек ещё не придумал такой тип универсальной ткани, который отвечал бы всем вышеперечисленным параметрам, но выход был найден.

Основная идея защиты от холода при восхождении заключается в том, чтобы использовать многослойную одежду, где каждый слой будет выполнять свою особую роль. Гардероб всех северных народов составлен именно по такому принципу. Структура кожи и шерсти животных, обитающих в северных регионах, тоже соответствует такому принципу.

Базовый слой. Одежда, которая контактирует непосредственно с вашей кожей. Главная задача этого слоя – впитывать пот и быстро высыхать. Лучшие материалы для этой цели – шерсть и синтетика.

Средний слой. Следующий слой призван сохранять тепло. Безоговорочным хитом ля одежды этого слоя является флис – синтетическое трикотажное полотно из полиэстера.

Верхний слой. Внешний слой должен защищать от ветров и механических повреждений. Как правило, специальная куртка из плотного материала, но она должна пропускать микроскопические капли влаги изнутри ("дышать").

До этого мы рассматривали препятствия, которые можно найти не только в горах. Холод Северного полюса, обледенение или даже дальние пешие переходы, требующие сил. Но с пониженным давлением сталкиваются только альпинисты.

Многие из вас знают, что такое очень холодно, а также, что такое усталость от длительной ходьбы или бега, но что такое давление, объяснить гораздо сложнее.

Представим человека как воздушный шарик. Если погрузить шарик в воду, то вода начнет оказывать давление на его стенки и в итоге немного его сожмет, это и есть воздействие высокого давления. Вы могли это испытать, когда глубоко ныряли под воду и чувствовали давление на уши.

Теперь поговорим о низком давлении, которое испытывают альпинисты. На высоте в 8000 метров воздух в нашем шарике будет давить на стенки изнутри, тем самым распирая шарик, тоже самое происходит с нашим телом.

Низкое давление есть причина главной опасности для альпиниста – кислородной недостаточности (гипоксия). Что такое кислородная недостаточность? Удельное содержание кислорода одинаково на всех высотах, везде приблизительно 20%. Но низкое давление означает, что воздух, который есть газ, расширен и количество всех элементов в нём пропорционально меньше. В итоге лёгкие альпиниста, вдыхая воздух, получают пропорционально меньше молекул кислорода.

90% всех восхождений на высочайшие вершины проходят с использованием высотных кислородных систем. Данная система представляет из себя баллон с кислородом, систему регуляции подачи и дыхательной маски.

Главным риском использования кислородных систем является преждевременное израсходование кислорода. Фактически этот момент соответствует тому, как человек оказывается мгновенно в безвоздушном пространстве (подобное явление может быть и при разгерметизации салона самолёта на высоте более чем 8000 метров). В первую же секунду, за счёт падения внешнего давления, воздух, находящийся в легких, начнёт расширяться, если мгновенно не выдохнуть этот воздух разорвёт лёгкие. Низкое давление будет способствовать испарению воды через лёгкие (вспомните, при какой температуре кипит вода на вершине горы и на низменности). Вода начнет "выкипать" в мышцах и мягких тканях, что вызовет капиллярные разрывы в них. Все эти явления смертельно опасны для человека.