Теперь для доказательности можно оценить, достаточна ли была сила, действующая со стороны упавшего снега, чтобы раздавить височную кость о нижележащий неровный профиль под ней. Так же некоторые медики спрашивают, почему же тогда при падении и давлении снега не сломались кости конечностей? Всё это можно оценить и объяснить с позиций физики.
Попытаюсь максимально простым языком без терминов, названий законов и формул показать достаточность такого обвала для причинения имеющейся травмы. В качестве единицы сил выбираю систему измерения - килограмм-силу, так как эти цифры можно оценивать буквально на бытовом опыте, все представляют себе действие килограмма. А вот Ньютон, который больше почти в 10 раз, уже труднее прикладывать к бытовому опыту, если человек не технарь.
Итак, скорее всего, потеряв ровную опору под ногам при падении, Коля у дна оказался почти в горизонтальном положении с завалом на правую сторону, соответственно рефлекторно согнув и подставив правую руку для амортизации падения, что соответствует его положению в ручье. То, что на плечевой части руки гематома, говорит о том, что рука первой ударно встретила дно и самортизировала. Достаточно ли только этого для пролома кости черепа, если под голову попала какая-то возвышенная неровность? Поскольку не известно, сколь достаточна была амортизация, сказать затруднительно. Может, отчасти травма началась ещё при ударе о дно и дала свою долю в получении травмы. А потому следует рассмотреть вариант, что мог сделать вес обвалившегося снега? Если мог проломить висок, то не важно, насколько успешно амортизировал падение Коля, а важно само положение, что висок оказался над достаточно мелкой выпуклостью, каковой может быть и просто камешек, и выступ неровности большого камня.
Посчитаем, каков был вес столба снега на проекции головы. Приставляю тетрадь к голове (20 см. х 15 см.) и вижу, что части головы ещё точат из-за тетради. Значит, примерно возьмем площадь 20х20 см., 4 квадратных дециметра. Несколько сантиметров неточности не повлияют на порядок оценочных цифр. Теперь предполагаем примерную высоту упавшего снега, это где-то с полтора метра. Вес мокрого снега, но не самого тяжёлого и не столь тяжёлого, как лёд, в среднем около 500 кг. на кубометр. Соответственно на кубический дециметр (литровая банка) приходится полкило снега. Полтора метра высоты это столбик из 15-и дециметров, то есть, 7,5 кг. снега (0,5 кг.Х15 дм.**3). А проекция на площадь головы 4 квадратных дм., то есть, 4 таких столбика. Итого: 7,5 кг х 4 кв.дм = 30 кг. Только на проекцию головы в завале должно давить около 30 кг снега.
Теперь посчитаем давление этого веса над головой на саму травмируемую поверхность, поскольку вся сила этого веса будет передана на площадь самой нижней опоры головы (за непринципиальной тепловой потерей и напряжений). Пусть выпуклость камня соприкасаемая с виском головы Коли, соответственно размерам центрального пролома его травмы, составляла примерную площадь 2Х3 см., около 6 кв. см. Тогда на каждый сантиметр приходится давление 5 кг/кв.см (30 кг/6 кв.см = 5 кг/кв.см). Уже на этом этапе прикидки можно сравнить с цифрами, которые нам известны. Давление колеса легкового автомобиля на 1 кв.см. дороги составляет 2,3 - 3 кг/кв.см.
Иногда, под видом обращения к научной медицине упрощают постановку задачи в определении причины травмы и уже не совсем адекватно отвечают на эту постановку задачи, достаточно безотносительную к реальным причинам получения травмы. Такое упрощение может звучать, например, так: поскольку при испытании прочности черепа он выдерживает даже более 1000 кг. нагрузки, то нужно отбросить принцип компрессии, поскольку этой 1000 кг. не присутствовало.
Однако, формализм такого подхода можно показать на простой картинке, что компрессия не сводится к единственному варианту по формату испытаний для проверки прочности целостной конструкции черепа.
1. Примерно так проверялась бы прочность целостной конструкции черепа на сдавливание.
2. Но может быть вариант и такого сдавливания с выпуклым включением сверху, например, у виска.
2. То же, но снизу.
Можно без расчётов, просто на представлениях бытового опыта увидеть разницу в этих видах сдавливания. Если мы с одной и той же силой надавим на яблоко, например, разными поверхностями ножа: 1) плоской частью рукоятки, 2) тупой стороной лезвия, 3) острой стороной лезвия, то в первом случае при той же силе нажима мы вообще не травмируем яблоко, во втором - поверхностно повредим, в третьем - расколем пополам. То есть, одна и та же сила давления в зависимости от контактирующей поверхности может вовсе почти не повредить, поверхности повредить и повредить максимально глубоко. Зависит это от площади контакта приложенной силы, на которой сосредотачивается вся эта сила. Точно так же, если с одной и той же силой ударить полено обухом топора и его лезвием, будет разный эффект травмирования полена. Чем меньше площадь контакта для одни и той же приложенной силы, тем сильнее травмирование в этой области. Выступ под виском - это небольшая площадь контакта.
Если бы под виском Коли не оказалась твёрдая выпуклость (которая по площади должна быть немного меньше формы причинённого центрального пролома), тогда можно было бы свести задачу к форме того испытания, которым проверялась прочность целостной конструкции черепа. В случаях же 2 и 3 на картинке - это совсем другая реальная задача с совсем другой целью - определение прочности конкретной кости на излом, на изгиб. И одну задачу нельзя формально подменять другой, чтобы оставалась адекватность решения.
Теперь о задаче определения прочности конкретной кости. Известно, что у всех костей разная прочность, как и формы их строения, участвующие в этой прочности одним из аргументов. Самые крупные кости ног, само собой, держат больше всего вертикальную нагрузку по жизни, а значит, должны целесообразно иметь максимальную прочность на сжатие по вертикали. Так оно и есть, это самые прочные трубчатые (такая форма улучшает прочность) и имеют максимальную прочность относительно других костей, выдерживают и полторы тонны при сжатии по их вертикали. При растяжении по этой же линии эта прочность уже уменьшается в разы, поскольку организм почти и не оказывается в условиях растяжения костей. Но самая меньшая прочность каждой кости - это на излом. Для примера можно взять обычную палку. Труднее всего её сломать путём вертикально давления. Можно в землю забить кувалдой, так и не сломав. Несколько легче её порвать, если сильно растягивать за концы. И совсем уж легко просто об колено сломать. Примерно то же соотношение прочности и для кости между этими видами травмирования.
Если взять височный участок черепа, то он вообще защищён выступающими скуловым и надбровными более прочными костями, которые как раз прикрывают слабое звено тонкой, плоской и достаточно не прочной кости виска для возможности травмирования при ударе о плоскость. Если ударить плоской доской по виску, то удар на себя примут скула, бок надбровья и верхняя часть черепа. Именно так целесообразно в ямке между другими более прочными и утолщёнными костями защищать менее прочную часть. Всё природа продумала. На зато, если размер травмирующей поверхности помещается в эту ямку между более прочными выступами костей, не являясь широкой плоскостью, то испытание на излом менее прочная кость может не пройти и при меньшей силе воздействия. Остаётся лишь где-то в справочниках найти информацию о предельной прочности височной части на излом (а не на растяжение и сжатие, хотя, эти параметры отчасти пропорционально и участвуют и в характеристике на излом). Судя по целесообразности помещённости виска в ямку между другими костями, следует, что это наименее прочный костный участок виска, нуждающийся в защите другими окружающими формами. Так же об этом говорит достаточная плоская форма и тонкость участка этой кости, что тоже является факторами прочности.
Но статическое давление массы под действием силы тяжести - это ещё не всё, не вся сила воздействия, получаемая при завале. Столб снега над головой во время падения при обрушении набирает кинетическую энергию, равную потенциальной по высоте падения, и имеет силу ещё и ударного воздействия на встреченную при падении опору. Порядок этого воздействия тоже можно примерно оценить.
Чтобы не сильно вдаваться в формулы по физике и расчёты со всякими коэффициентами характеристики костей, которые ещё надо где-то найти для уточнения, можно применить наиболее простую и элементарную логику оценки порядка воздействия, не требующую знаний больше общеобразовательных. Используем единственную простую формулу для свободного падения:
h=(gt^2)/2 (высота падения равна половине произведения ускорения свободного падения, умноженного на квадрат времени падения). Из этого получается, что при высоте падения, например, 2 метра (предполагаем для ледяной капсулы между крутизнами берегов) время падения будет составлять 0,63 секунды. За это время столб снега наберёт скорость V=gt=10х0,63=6,3 м/сек.
Практически с точки зрения физики удара - это абсолютно неупругий удар определённой массы снега о бесконечно большую массу (дна, головы на дне). Вся набранная энергия движения должна преобразоваться силой сопротивления встреченной преграды в изменение внутреннего состояния вещества, деформацию и разрыв внутренних связей вещества. Это и есть разрушение-травма. Немного уходит на нагрев и другие остаточные напряжения в веществе, но происходит значительное разрушение в самом слабом звене сопротивления и прочности.
Вот тут и нужно бы по другим формулам, физическим законам и экспериментальным коэффициентам определить возможность такого разрушения. Но выбираем лёгкий путь примерной оценки и доступности простому пониманию. По практическому опыту знаем, что трещина, то есть, такая степень разрушения вещества, происходит для нашего восприятия мгновенно. То есть, разрушение связей вещества длится доли секунды. В кости это начинается с микротрещин, объединяющихся до полной потери связи на большом участке - трещины, перелома. Для примера можно представить, как возникает от удара трещина в чугуне, поскольку характеристики кости близки к прочности чугуна. Удар - и тут же трещина. В судебной медицине при определении разных параметров удара время контакта удара принимается от 0,04 до 0,07 секунды.
Потому примем с запасом время разрушения кости во время удара, например, около 0,1 сек. Тогда, если получится сила воздействия, достаточная для разрушения, то разрушение возможно. За это время вся имеющаяся скорость падающего объекта должна обнулиться, а энергия движения должна превратиться в силу разрушения связей внутри взаимодействующего вещества.
Прикинем ускорение замедления скорости при ударе:
a=v/t=6,3/0,1=63 м/сек^2.
Значит, останавливая падающий снег в 30 кг. кость должна была сопротивляться ему (действие равно противодействию) с силой:
Fc=ma=30х63=1890 н = 189 кгс.
Но это сопротивление нужно только для погашения скорости. А ещё продолжает постоянно действовать сила земного тяготения, равная 30 кгс, в том же направлении, что скорость упавшего снега. Итого, кость виска в момент удара упавшего столба снега имела силу, работающую на изгиб, или излом - 219 кгс. А с учётом того, что и сама голова, имеющая вес более 3-х кг и ложась на камень, точно так же набрала на энергию падения и тоже обнулила скорость на камне (если амортизация рукой плохо сработала), то пропорционально весу головы по отношению к уже рассчитанному для массы снега, это будет добавка ещё около 10 кгс. Итого, общее воздействие на область виска могло достигать около 229 кгс, округлим до 230 кгс.
Вот, к примеру, цитата из официального источника судебной медицины:
Из переломов плоских костей наибольшее значение приобретают повреждения костей черепа. Механическая травма черепа сопряжена в основном с непосредственным воздействием на его свод, который может выдерживать нагрузку от 1600 до 8000 Н. Чем ближе по своей конструкции свод черепа к полусфере, тем он при прочих равных условиях более устойчив к внешним воздействиям.
1600 Н - это 160 кгс, 8000 Н - это 800 кгс.
Височная часть - плоская, значит, самая непрочная и соответствует наименьшей цифре.
Итого видим, что сила удара столба снега по голове (сравним 160 кгс и наши 230 кгс) вполне способна травмировать череп. Даже если подсчитанную силу воздействия уменьшить где-то на треть, на всякий случай, если наши средние и с запасом значения разных параметров были ещё меньше.
В пересчёте на площадь примерно 6 кв. см. возвышенной опоры под плоской костью виска сила снежного удара с падением составляла бы под 40 кг/см^2. Это вполне соответствует наезду на голову автомобиля, с камешком на дороге, попавшим под висок.