Компьютерное моделирование показало, что спортсмены на Играх в Токио оказываются в опасных условиях, поскольку жара выше 39 градусов Цельсия может стать критической точкой для бегунов.
28 Июль 2021
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 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 тысяч метров (самая длинная дистанция соревнований, проводимых на стадионе). Несмотря на то, что забеги проводятся после захода солнца (на 1е июля — 20:30 по летнему времени), расчеты моделей показывают, что спортсмены по-прежнему находятся в изнурительные условия.
Расчеты показывают, что даже при средних погодных условиях июля (27 °C и влажность 70 %) температура тела бегунов на 10 тысяч 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, При этом эксперты предупреждали 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 %.
Моделирование показывает, 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 тыс. 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 Цельсия 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 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 суставной системы JOS-2 (модель JOS), 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.
Кейт Ханна (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 «точку перелома» внутренней температуры в 39 °C, вопрос только времени».
Посмотреть видео о моделировании и узнать больше о науке, которая за этим стоит, можно здесь.
Контактная информация:
Рэйчел Митчелл (Rachel Mitchell), директор по работе с клиентами
Тел.: 0076017800760179
Hexagon является мировым лидер в области систем для цифровой реальности, объединяющих сенсорные, программные и автономные технологии. Мы используем данные для повышения эффективности, продуктивности, качества и безопасности в промышленном производстве, инфраструктуре, государственном секторе и мобильности.
Наши технологии формируют производственные и человеческие экосистемы, которые становятся все более взаимосвязанными и автономными, обеспечивая масштабируемое, устойчивое будущее.
Подразделение Hexagon Manufacturing Intelligence предлагает решения, использующие данные проектирования и конструирования, производства и метрологии, чтобы сделать производственный процесс более интеллектуальным. Дополнительную информацию можно найти на сайте hexagonmi.com.
Hexagon (Nasdaq Стокгольм: HEXA B) насчитывает около
24,500 сотрудников в 50 странах, чистый объем продаж составляет около 5.4bn млрд. евро. Дополнительная информация на сайте hexagon.com следите за нами на @HexagonAB.
