Cпортсмены на Играх в Токио оказываются в опасных условиях, поскольку жара выше 39 градусов может стать критической точкой для атлетов - показало компьютерное моделирование

Horizontal spacer

A computational fluid dynamics simulation of an athlete sat on a running track showing temperature ranges on different parts of the body. The torso and head are blue and the legs a green.

Новое моделирование, которое показывает воздействие жары и влажности на Токийском стадионе, выявило опасные условия, с которыми сталкиваются спортсмены, рискуя получить тепловой удар, обезвоживание и истощение на самых жарких за всю историю Играх.

Специалисты подразделения Manufacturing Intelligence компании Hexagon, чье программное обеспечение для компьютерного моделирования используется такими производителями, как Airbus, Toyota и Samsung, смоделировали воздействие жары и повышенной влажности на спортсмена-мужчину, соревнующегося на дистанции 10 000 м (самая длинная дистанция соревнований, проводимых на стадионе). Несмотря на то, что забеги проводятся после захода солнца (на 1-е июля — 20:30 по летнему времени), расчеты на моделях показывают, что спортсмены по-прежнему находятся в изнурительных условиях.

Расчеты показывают, что даже при средних погодных условиях июля (27 °C и влажности 70 %) температура тела бегунов на 10 000 метров может быть выше 39 °C. Температура выше 38 °C считается температурой лихорадки, при этом исследования показывают, что для оптимального протекания биохимических реакций человеку необходимо поддерживать свою внутреннюю температуру между 35 и 39 °C. При «ощущаемой» температуре (то есть температуры по ощущению человека) выше 32,2 °C люди могут подвергаться тепловому удару, тепловым судорогам и тепловому истощению.

Были серьезные беспокойства по поводу решения провести жарким летом этого года игры в Токио, появились обоснованные опасения, что нельзя бегать при такой жаре и влажности. Средние температуры в Токио в конце июля и начале августа являются самыми высокими среди всех городов, принимавших Олимпиаду с 1984 года, а когда в последний раз Токио принимал игры в 1964 году, официальные лица перенесли игры на октябрь из-за аналогичных опасений по поводу жары. Самой большой угрозой для участников может быть тепловой удар, вызванный длительным действием высоких температур и влажности при незначительном ветре или полном его отсутствии. Все это может вызвать обморок, судороги и общее истощение.

Чтобы показать, насколько близко спортсмены могут приблизиться к опасному порогу воздействия жары при изменении температуры всего на несколько градусов, специалисты смоделировали два разных сценария:

  • Условия выше среднего: незначительная скорость ветра, температура воздуха 32 °C, влажность 90 %
  • Средние условия для этого времени года: незначительная скорость ветра, температура воздуха 27 °C и влажность 70 %.

Компьютерное моделирование показало, насколько серьезным будет воздействие, вызванное незначительными изменениями погодных условий. Если температура воздуха поднимется выше среднего значения всего на пять градусов, то рассчитанная с помощью модели температура внутри тела может повыситься до 39,77 °C, а температура кожи до 37 °C.

Кроме того, в более «жарком» из двух сценариев внутренняя температура головы спортсмена может превышать 40 °C, в то время как даже в средних условиях такая температура составляет 39,2 °C. Из всех органов мозг является одним из наиболее уязвимых к воздействию тепла, которое может изменять тонкий рисунок нейронной активности, приводя к гибели нейронов и судорогам. Бедра и таз (с температурой 40,7 °C) — другие части тела, которые, как было показано, особенно подвержены воздействию высоких внутренних температур, когда температура воздуха превышает среднюю.

Влажность также играет важную роль в результативности и здоровье спортсмена. Средняя влажность в Токио в июле составляет 70 %, но если влажность поднимется до 90 %, спортсмены будут терять в виде пота в среднем 810 мл по сравнению с 630 мл за время примерно 30-минутного забега. Хотя пот, испаряясь на коже, помогает телу остыть, в те дни, когда воздух уже содержит много влаги, испарение будет иметь гораздо меньшую эффективность для охлаждения тела, поэтому отрицательное воздействие на спортсменов в этих условиях усугубляется. В то же время обезвоживание ускоряет повышение температуры всего тела, еще больше усиливая негативное воздействие.

Данное моделирование посвящено забегу на 10 000 м, самому длинному забегу, проводимому на стадионе, но полученные данные позволяют лучше понять суровые условия, с которыми сталкиваются все спортсмены на Играх, особенно участвующие в соревнованиях на выносливость, и тех спортсменов, которые соревнуются на палящей полуденной температуре, которая может превышать 30 °C. Изменение климата было названо ключевым фактором повышения температуры в Токио, при этом средняя температура повысилась на 2,9 градуса с 1900 года, что более чем в три раза выше среднемировой скорости повышения температуры.

Для создания этих моделей специалисты использовали вычислительную гидродинамику (CFD) — дисциплину моделирования тепловых/жидкостных и газовых процессов. Программное обеспечение Cradle CFD от Hexagon использует неструктурированную сетку для точного представления сложной геометрии. Данный комплекс обычно используется для проектирования систем кондиционирования воздуха, оценки комфорта рабочего места водителя и даже разработки более эффективных сушильных машин.

Модель учитывает скорость ветра и влажность воздуха, тепло, выделяемое спортсменами в течение 30 минут (приблизительная продолжительность забега), а также воздушный поток, создаваемый при беге. Комфортность тела спортсмена анализируется с помощью модели терморегуляции человека JOS-2 , разработанной исследовательской группой из Университета Васеда, Япония. При расчетах модель JOS способна учитывать размер тела, пол и возраст человека. Используя совместно модель терморегуляции и модель вычислительной гидродинамики (CFD), можно проанализировать влияние изменений окружающей среды на внутреннюю температуру и состояние кожи по всему телу.

Keith Hanna, вице-президент по маркетингу центра компьютерного моделирования и инженерного анализа подразделения Manufacturing Intelligence компании Hexagon, сказал: ”Было много дискуссий по поводу решения о проведении Игр летом в Токио. Эти модели демонстрируют экстремальные условия, в которых будут соревноваться спортсмены. Спортсмены привыкли соревноваться на пределе своих возможностей. Эти модели показывают, как условия, в которых проводятся состязания, влияют на результативность, а также указывают на опасности, возникающие, когда человеческое тело доводится до крайности. Особо стоит обратить внимание на небольшой диапазон изменений: сдвиг температуры всего на пару градусов может оказывать огромное влияние, поэтому узнать, сможем ли мы преодолеть «критическую точку» внутренней температуры в 39 °C, вопрос только времени.”

Посмотреть видео о моделировании и узнать больше о науке, которая за этим стоит, можно здесь.


Contact:
Rachel Mitchell, директор по работе с клиентами
Tel: 07583 008200
media.mi@hexagon.com

О компании Hexagon
Hexagon - мировой лидер в области сенсорных, программных и решений, предоставляющих данные и инструментарий для повышения экономической эффективности, производительности и качества в различных отраслях промышленности, включая производство, а также в сфере инфраструктуры, обеспечения безопасности и мобильности.

Технологии компании Hexagon изменяют экосистемы городов и промышленные экосистемы, делая их всё более масштабируемыми, взаимосвязанными и способными работать автономно, а значит, будущее становится экологически устойчивым.

Hexagon Manufacturing Intelligence — подразделение компании Hexagon. Решения Hexagon Manufacturing Intelligence, использующие данные проектирования и инжиниринга, производства и метрологии выводят предприятия на новый уровень эффективности.

Общий штат Hexagon (Nasdaq, Стокгольм: HEXA B) насчитывает примерно 20000 работников в 50 странах, а объем продаж составляет примерно 3,8 млрд евро. Подробная информация на сайте hexagon.com и в Твиттере @HexagonAB.

Full Article: