2.1. Сила
Сила — это мера механического воздействия одного тела на другое. Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное приложением этой силы: F=ma;
Таким образом, измерение силы, как и измерение массы, основано на 2-м законе Ньютона. Поскольку этот закон раскрывает зависимости в поступательном движении, то и сила как вектор определяется только в случае такого простейшего вида движения по массе и ускорению,
Источники сил. Уже указывалось, что ускорение зависит от системы отсчета. Поэтому и сила, определяемая по ускорению, тоже зависит от системы отсчета. В инерциальной системе отсчета источником силы для данного тела всегда служит другое материальное тело. Коль скоро взаимодействуют два материальных объекта, то в этих условиях проявляется 3-й закон Ньютона3.
Если на одно тело действует другое тело, то оно изменяет движение первого. Но и первое тело в этом взаимодействии также изменяет движение другого. Обе силы приложены к разным объектам, каждая проявляет соответствующий эффект. Их нельзя заменить одной равнодействующей, поскольку они приложены к разным объектам. Именно поэтому они друг друга и не уравновешивают.
В неинерциальной системе отсчета рассматривают кроме взаимодействий двух тел еще особые силы инерции («фиктивные»), для которых 3-й закон Ньютона не применим.
Измерение сил. Применяется статическое измерение силы, т. е. измерение при помощи уравновешивающей силы (когда ускорение равно нулю), и динамическое — по ускорению, сообщаемому телу ее приложением.
При статическом действии силы на данное тело (М) действуют два тела (А и В); всего имеется три материальных объекта (рис. 23, а). Силы Fа и fв, приложенные к телу М, равны по величине и противоположны по направлению, они взаимно уравновешиваются. Их равнодействующая равна нулю. Ускорение, вызванное ими, также равно нулю. Скорость не изменяется (остается постоянной — равномерное движение или относительная неподвижность).
Силу fa, действующую статически, можно измерить уравновешивающей ее силой fв .
Рассмотрим три случая проявления статического действия силы, когда все тела неподвижны —
а)гимнаст в висе на перекладине; опорная реакция уравновешивает силу тяжести тела (G);
б) уравновешенное тело движется перпендикулярно уравновешенной силе тяжести — конькобежец скользит по льду; опорная реакция уравновешивает силу тяжести тела (G); последняя прямо не влияет на скорость скольжения;
в) уравновешенное тело по инерции движется по направлению действия уравновешенной силы; горнолыжник скользит с постоянной скоростью по склону; силы сопротивления (воздуха и трения лыж по снегу — Q) уравновешивают скатывающую составляющую силы тяжести (G). Во всех трех случаях вне зависимости от состояния покоя или направления движения тела уравновешенная сила не изменяет движения; скорости в направлении ее действия постоянны.
Следует подчеркнуть, что во всех случаях статическое действие силы вызывает деформацию тела.
При динамическом действии силы на данное тело М действует неуравновешенная сила. В задачах по теоретической механике часто рассматривается лишь эта одна движущая сила, как мера действия лишь одного движущего тела.
Движущая сила — это сила, которая совпадает с направлением движения (попутная) или образует с ним острый угол и при этом может совершать положительную работу (увеличивать энергию тела).
Однако в реальных условиях движений человека всегда существует среда (воздух или вода), действуют опора и другие внешние тела (снаряды, инвентарь, партнеры, противники и др.). Все они могут оказывать тормозящее действие. Более того, ни одного реального движения без участия тормозящих сил просто не бывает.
Тормозящая сила направлена противоположно направлению движения (встречная) или образует с ним тупой угол. Она может совершать отрицательную работу (уменьшать энергию тела).
Часть движущей силы, равная по величине тормозящей уравновешивает последнюю — это уравновешивающая сила (Fyp).
Избыток же движущей силы над тормозящей — ускоряющая сила (Fуск) — вызывает ускорение тела с массой m согласно 2-му закону Ньютона (Fy=ma).
Следовательно, скорость не остается постоянной, а изменяется, т. е. возникает ускорение. Это и есть динамическое действие силы F.
Силу Fуск, действующую динамически, можно измерить по массе тела и его ускорению.
Классификация сил. Силы, которые, изучают при анализе движений человека, в зависимости от общих признаков делятся на группы. По способу взаимодействия тел все силы делятся на д и с т а н т н ы е, возникающие на расстоянии без непосредственного соприкосновения тел, и контактные, которые возникают лишь при соприкосновении тел.
К дистантным силам в механике относят силы всемирного тяготения, из которых в биомеханике изучаются силы земного тяготения, проявляющиеся в силах тяжести. Контактные силы включают упругие силы и силы трения.
По влиянию на движение различают силы а к т и в н ы е (или задаваемые) и реакции связи. Напоминаем, что связи —это ограничения движения объекта, осуществляемые другими телами. Сила, с которой связь противодействует движению, и представляет собою реакцию связи. Она заранее неизвестна и зависит от действия на тело других сил и движения самого тела.
Реакции связи сами по себе не вызывают движения, они только противодействуют активным силам или уравновешивают их. Если же реакции связи не уравновешивают активных сил, тогда и начинается движение под действием последних.
По источнику возникновения относительно системы (например, тела человека) силы различают в н е ш н и е, вызванные действием тел внешних относительно системы, и внутренние, вызванные взаимодействиями внутри системы. Это деление необходимо при определении возможностей действия тех или иных сил. Одну и ту же силу следует считать внешней или внутренней в зависимости от того, относительно какого объекта мы ее рассматриваем.
По способу приложения силы в механике делят на сосредоточенные, приложенные к телу в одной точке, и распределенные. Последние делят на поверхностные и объемные.
По характеру силы бывают постоянные и переменные. В качестве примера постоянной силы можно назвать силу тяжести (в данном пункте Земли). Одна и та же сила может изменяться в зависимости от нескольких условий. Практически в движении человека постоянные силы почти не встречаются. Все силы переменные. Они меняются в зависимости от времени (мышца с течением времени изменяет силу тяги), расстояния (в разных пунктах Земли даже «постоянная сила» тяжести различна), скорости (сопротивление среды зависит от относительной скорости тела и среды).
Поскольку в биомеханике особенно важно взаимодействие тела человека с внешним окружением, вызываемое движениями частей тела, далее будут подробно рассмотрены силы внешние и внутренние относительно системы (тела человека). Взаимодействие физических объектов — главная причина изменения движений. Поэтому мере взаимодействия — силе — в биомеханике уделяется особое внимание.
- Биомеханика Курс лекций
- 5. Кинематические характеристики движений человека…………………………………………………..41
- 6.Динамические характеристики движений человека……………………………………………………...49
- 1.1.Движение как форма бытия материи.
- 1.2. Формы движения материи
- 1.3. Движения человека
- 2. Предмет биомеханики
- 2.1. Объект познания
- 2.2. Область изучения
- 3. Задачи биомеханики
- 3.1. Общая задача изучения движений
- 3.2. Частные задачи биомеханики
- 4. Содержание биомеханики
- 4.1. Теория биомеханики
- 4.2. Метод биомеханики
- 4.3. Связи биомеханики с другими науками
- Тема 2.Развитие биомеханики как науки
- 1.История развития биомеханики
- 2.Предпосылки возникновения биомеханики
- 2.1. Развитие физических знаний
- 2.2. Биологические предпосылки биомеханики
- 2.3. Разработка методик изучения движений
- 2.3.1. Механические устройства
- 2.3.2. Светохимичесная регистрация
- 2.3.3. Электротехническая аппаратура
- 3. Становление теории биомеханики
- 3.1. Механическое направление
- 3.2. Функционально-анатомичесное направление
- 3.3. Физиологическое направление
- 3.4. Системно-структурный подход
- 4. Современный этап развития биомеханики
- 4.1. Теоретические основы
- 4.2. Методики исследования
- 4.3. Практическое применение
- 4.4. Биомеханика физических упражнений
- Тема 3. Топография тела человека
- 1.Общие данные о теле человека
- 2.Оси и плоскости
- 3.Краткие данные о центре тяжести тела человека
- 4.Организм, орган, система органов, ткани
- 5.Клетки и ткани организма. Строение и функция тканей
- 6.Спинной мозг. Позвоночник
- 7.Механизм движений туловища и головы
- 8.Движения позвоночного столба и головы
- 9.Механизм движений верхней конечности
- 10.Некоторые данные о конституции человека
- 11.Нервная регуляция позы и движений
- 12.Функциональный анализ положения человека в позе стоя
- Тема 4. Тело человека как биомеханическая система
- 1. Механические свойства звеньев и их соединений
- 1.1. Виды нагрузок и характер их действия
- 1.2. Упругие деформации
- 2. Соединения звеньев
- 2.1. Кинематические пары
- 2.2. Кинематические цепи
- 2.3. Степени свободы движений
- 2.4. Геометрия движений
- 3. Звенья как рычаги
- 3.1. Виды рычагов в теле человека
- 3.2. Условия сохранения положения звеньев и их движения как рычагов
- 3.3. «3Олотое правило» механики1 в движениях человека
- 4. Биомеханические свойства мышц
- 4.1. Механические свойства мышц
- 4.2. Режимы работы мышц
- 5. Механическое действие мышц
- 5.1. Величина и направление тяги мышцы
- 5.2. Результат тяги мышцы
- 5.3. Виды и разновидности работы мыши,
- 6. Групповые взаимодействия мышц
- 6.1. Рабочие и опорные напряжения
- 6.2. Взаимодействующие группы мышц
- 6.3. Взаимодействие групп мышц при разных сопротивлениях
- Разгибатель
- 6.4. Перераспределение напряжений мышц
- Тема 5. Кинематические характеристики движений человека
- 1. Системы отсчета расстояния и времени 2. Пространственные характеристики 3. Временные характеристики 4. Пространственно-временные характеристики 5. Кинематические особенности движений человека.
- 1. Системы отсчета расстояния и времени
- 1.1. Выбор тела отсчета
- 1.2. Начало и направление отсчета расстояния
- 1.3. Единицы отсчета расстояния
- 1.4. Начало и единицы отсчета времени
- 2. Пространственные характеристики
- 2.1. Координаты точки, тела и системы
- 2.2. Перемещение точки, тела и системы
- 2.3. Траектория точна
- 3. Временные характеристики
- 20.1. Момент времени
- 3.2. Длительность движения
- 3.3. Темп движений
- 3.4. Ритм движений
- 4. Пространственно-временные характеристики
- 4.1. Скорость точки и тела
- 4.2. Ускорение точки и тела
- 5. Кинематические особенности движений человека
- 5.1. Составное движение и его составляющие
- 5.2. Сложение скоростей и ускорений в составном движении
- 5.3. Изменение скоростей в движениях человека
- Тема 6.Динамические характеристики движений человека
- 1. Инерционные характеристики
- 1.1. Понятие об инертности
- 1.2. Масса тела
- 1.3. Момент инерции тела
- Радиус инерции — это сравнительная мера инертности данного тела относительно его разных осей. Он измеряется корнем квадратным из отношения момента инерции относительно данной оси
- 2.Силовые характеристики
- 2.1. Сила
- 2.2. Момент силы
- 2.3. Действие силы
- 3. Внешние относительно системы силы
- Внешние относительно системы силы — мера воздействия на нее объектов окружающей среды.
- 3.1. Сила тяжести и вес
- 3.2. Силы инерции внешних тел
- 3.3.Силы сопротивления среды
- 3.4. Реакции опоры
- 3.5. Силы трения
- 3.6. Силы упругой деформации
- 4. Внутренние относительно системы силы
- 4.1. Силы мышечной тяги
- 4.2. Силы пассивного противодействия
- 5.Динамические особенности в движениях человека
- 5.1. Роль сил в движениях человека
- 5.2. Совместное действие сил
- Тема 7.Биодинамика двигательных качеств
- 1.Биологические и физиологические механизмы развития двигательных качеств
- 10 20 30 40-10-2 Сила, н
- 2.Характеристика двигательных (локомоторных) качеств
- Расстояние между полосами, мк
- 3.Сила. Силовые качества
- 4.Развитие силы и ее измерение
- 5.Методика развития (тренировка) силы мышц
- Сплошная линия — данные мужчин; пунктирная — данные женщин. По горизонтали — суставной угол; по вертикали — сила (в фунтах)
- 7.Физическая работоспособность.
- 8.Развитие быстроты
- 1.Предельная скорость одиночных движений.
- 2.Максимальный темп двигательных действий.
- 3.Скорость двигательной реакции.
- 9.Развитие ловкости
- 10.Развитие выносливости.
- 11.Развитие гибкости
- Тема 8.Биомеханические основы спортивной техники
- 1. Показатели совершенства спортивной техники
- 1.1. Общие показатели технического мастерства
- 1.2. Мастерство при стабилизации кинематической структуры
- 1.3. Мастерство при стабилизации динамической структуры
- 1.4. Мастерство при вариативности спортивных действий
- 2. Направления развития системы движений
- 2.1. Интеграция и дифференциация
- 2.2. Стабилизация и вариативность
- 2.3. Стандартизация и индивидуализация
- 2.4. Соотношение произвольности и автоматизма в управлении
- 2.5. Фиксация и прогрессированив
- 3. Пути овладения техникой и ее совершенствования
- 3.F. Формирование и перестройка систем движений
- 4. Психологический аспект управления двигательными действиями
- 5. Проблема целесообразной индивидуализации выполнения упражнения
- 6. Надежность выполнения упражнений и действий
- Тема 9. Элементы теории ошибок
- 1. Двигательные ошибки в спорте (их место и причины)
- 2. Классификация двигательных ошибок
- 3. Обнаружение, распознавание и оценка технических ошибок
- 4. Устранение ошибок
- Тема 10. Методика биомеханического качественного анализа
- 1. Методы качественного биомеханического анализа
- 2. Правила качественного биомеханического анализа
- 10. Последовательность рассмотрения движений:
- 3. Приемы анализа
- 4. Типичные ошибки качественного биомеханического анализа
- Тема 11. Основы контроля за технической подготовленностью
- 1. Задачи и виды контроля
- Сила, проявленная при подъеме штанги до подседа:
- Гониограммы изменения угла в правом тазобедренном суставе (а) и угла «скручивания» фронтальной оси плеч относительно фронтальной оси таза (в) в толкании ядра (фаза финального разгона):
- 2. Контроль за объемом техники
- 3. Контроль за разносторонностью техники
- 4. Контроль за эффективностью техники
- 4.1. Определение абсолютной эффективности техники
- 4.2. Определение сравнительной эффективности техники
- 4.3. Определение реализационной эффективности техники
- 234 "Гладкий" бег,с
- Показатели реализационной эффективности техники баскетболистов:
- 5. Разновидности оценок эффективности техники
- Та бл и ца 41 Эффективность техники метания копья
- 6. Контроль за освоенностью техники
- Изменение скорости и точности прямого нападающего удара в волейболе в зависимости от установки тренера
- Тема 12.Структура движений человека и управление ими
- 1.Двигательное действие как система движений.
- 1.1. Виды систем
- 1.2. Состав системы движений
- 1.3. Структура системы движений
- 2. Виды структур в системе движений
- 2.1. Кинематические структуры
- 2.2. Динамические структуры
- 2.3. Информационные структуры
- 2.4. Обобщенные структуры
- 3. Физическое упражнение как управляемая система
- 3.1. Понятие об управлении
- 3.2. Информация и ее передача
- 3.3. Двигательная задача и программа действия
- 4. Управление движениями в переменных условиях
- 4.1. Управляющие и сбивающие воздействия
- 4.2. Отклонения и коррекции
- 4.3. Функциональная структура действия
- 5. Координация движений человека
- 5.1. Нервная координация
- 5.2. Мышечная координация
- 5.3. Двигательная координация
- 6. Формирование систем движений
- 6.1. Построение системы движений
- 6.2. Перестройка системы движений
- 7.Развитие двигательной активности и координации движений
- 7. Изменение движений при физическом воспитании
- 7.1. Возраст и структура движений
- 7.2. Влияние половых различий на структуру движений
- 7.3. Влияние тренировки на структуру движений
- Тема 13. Управление непереместительнымй действиями
- 1. Управление позой и ее медленными изменениями
- 2.Равновесие тела человека
- 2.1. Силы уравновешиваемые при сохранении колошения
- 2.2. Условия равновесия системы тел
- 2.3. Виды равновесия твердого тела
- 2.4. Устойчивость твердого тела и системы тел
- 3.Сохранение и восстановление положения тела человека
- 3.1. Пассивное и активное уравновешивание
- 3.2. Равновесие колебательного типа
- 3.3. Управление сохранением положения
- Тема 14. Движения на месте
- 1 Закономерности перемещения оцт при постоянной опоре
- 1.1. Сохранение и изменение движения центра масс системы
- 1.2. Взаимодействие опоры, опорных и подвижных звеньев
- 1.3. Роль реактивных внешних сил
- 1.4. Сохранение и изменение количества движения системы
- 1.5. Преодолевающие и уступающие движения
- 1.6. Обеспечение равновесия
- 2. Фазовая структура движений на месте
- 2.1. Фазы разгона и торможения
- 2.2. Граничные позы и их роль
- 2.3. Передача скоростей в биокинематичесних цепях
- 3. Последовательность разбора движений
- 3.1. Определение исходного и конечного положений
- 3.2. Определение кинематических и динамических характеристик
- 3.3. Установление фазового состава
- 3.4. Условия равновесия и движения и определение действующих мышц
- 3.5. Оценка эффективности выполнения задачи
- 4. Движения при верхней опоре
- 4.1. Механизм притягивания
- 4.2. Уступающие движения при верхней опора
- 4.3. Подтягивание в висе и опускание
- 5.Движения при нижней опоре
- 5.1. Механизм отталкивания
- 5.2. Уступающее приближение к опоре
- 5.3. Сгибание и выпрямление рук в упоре лежа
- Тема 15. Движения вокруг оси и перемещающие движения
- 1. Условия вращательного движения
- 1.1. Источник центростремительного ускорения
- 1.2. Оси вращения
- 1.3. Взаимодействие вращающегося и удерживающего тел
- 2. Способы управления движениями биомеханической системы вокруг осей
- 3. Управление вращением тела
- 4.Перемещающие движения
- 4.Механизмы скоростных движений
- 4.1. Суммирование движений и скоростей
- 4.2. Последовательность ускоряющих движений
- 4.3. Баллистическая работа мышц
- 4.4. Наращивание начальной скорости
- 4.5. Передача количества движения
- 5.Виды веремещающих действий
- 5.1.Перемещение тел с разгоном
- Тема 16. Биомеханика локомоций
- 1.Сущность и виды локомоций
- 3.Биодинамика ходьбы
- 4.Биодинамика бега
- Горизонтальная скорость бега, м/с
- 4 5 6 Скорость бега, м/с
- Корреляция между длиной тела, длиной ноги и длиной шага
- 5. Биодинамика прыжка
- 5.1 Подготовка н отталкиванию
- 5.2. Отталкивание
- 5.3. Полет
- 5.4. Амортизация
- 6.Биомеханика различных видов спорта
- Расход энергии при различных видах спортивной деятельности (ккал)