2.4. Устойчивость твердого тела и системы тел
Устойчивость объекта характеризуется его способностью, противодействуя нарушению равновесия, сохранять положение. Различают статические показатели устойчивости как способность сопротивляться нарушению равновесия и динамические как способность восстановить равновесие.
Статическим показателем устойчивости твердого тела служит (в ограниченно-устойчивом равновесии) коэффициент устойчивости. На рис. 51, а опрокидывающий момент создается опрокидывающей силой (Fопр), приложенной на плече (h) относительно линии опрокидывания (О), вокруг которой происходит отклонение тела. Момент устойчивости относительно той же линии опрокидывания возникает с начала приложения силы Fопр. Наибольшим он становится в начале опрокидывания (предельный момент устойчивости), далее плечо силы тяжести G уменьшается и момент устойчивости уменьшается до нуля (в граничном положении — ОЦТ над линией опрокидывания).
а — коэффициент устойчивости тела; б, в — угол устойчивости (}; г — статическая и динамическая устойчивость системы тел; д — поверхность опоры (пунктир) и площадь эффективной опоры (заштрихована) (ориг.)
Коэффициент устойчивости равен отношению предельного момента устойчивости к моменту опрокидывающему. Когда коэффициент устойчивости покоящегося тела равен единице и больше нее, опрокидывания нет. Если же он меньше единицы, равновесие не может быть сохранено.
Однако сопротивление только этих двух механических факторов (двух моментов сил) для системы тел, если она может изменять конфигурацию, не исчерпывает действительной картины. Предположим, что сопротивляющийся борец (рис. 51, г), согнув ноги, опустит строго вертикально центр тяжести своего тела. От этого ни сила тяжести его тела, ни ее плечо, а значит, и момент устойчивости не изменятся. Но понизится точка приложения Fonp плечо этой силы уменьшится, меньше станет ее момент. Таким способом борец может увеличить коэффициент устойчивости своего тела путем уменьшения опрокидывающего момента. Отклонив назад тело, он не изменит опрокидывающий момент, но увеличит плечо силы тяжести своего тела и момент устойчивости. Здесь он тоже выиграет в статической устойчивости. Борец, напрягая мышцы и упираясь в ковер, создает еще внешнюю горизонтальную силу (силу трения), направленную в его сторону, уменьшая этим действие опрокидывающей тяги. Последнее зависит также от готовности мышц борца противодействовать внезапному ее приложению. Обманными действиями можно резко ухудшить их готовность и малой тягой вызвать опрокидывание. Самое существенное для биомеханической системы не в пассивном использовании силы тяжести тела, а в активных мышечных тягах, сохраняющих и изменяющих позу тела. В системе тел каждое звено должно быть в равновесии, сохраняя ее конфигурацию (позу тела человека).
Следовательно, коэффициент устойчивости тела и зафиксированной системы тел характеризует статическую устойчивость как способность сопротивляться нарушению равновесия. У человека при определении устойчивости всегда надо еще учитывать активное противодействие мышечных тяг и готовность к сопротивлению.
Динамическим показателем устойчивости твердого тела служит угол устойчивости. Это угол, образованный линией действия силы тяжести и прямой, соединяющей центр тяжести с соответствующим краем площади опоры (см. рис. 51, б, в). Станем отклонять тело, пока линия тяжести не дойдет до границы площади опоры (граничное положение тела — вершина потенциального барьера). У тела, поставленного стоймя (рис. 51, б), база устойчивости (/i) меньше, чем у того же тела, лежащего плашмя (/2) (см. рис. 51, в). Значит, линия тяжести ближе к границе, за которой начнется опрокидывание. Центр тяжести надо поднять для опрокидывания в первом случае на меньшую высоту (h1), чем во втором (h2) Угол устойчивости в первом случае (1) явно меньше, чем во втором (2).
Физический смысл угла устойчивости состоит в том, что он равен углу поворота (<р), на который надо повернуть тело для начала его опрокидывания. Угол устойчивости показывает, в каких пределах еще восстанавливается равновесие. Он характеризует степень динамической устойчивости: если угол больше, то и устойчивость больше. Этот показатель удобен для сравнения степени устойчивости одного тела в разных направлениях (если площадь опоры не круг и линия силы тяжести не проходит через его центр).
Сумма двух углов устойчивости в одной плоскости рассматривается как угол равновесия в этой плоскости. Он характеризует запас устойчивости в данной плоскости, т. е. определяет размах перемещений центра тяжести до возможного опрокидывания в ту или другую сторону (например, у слаломиста при спуске на лыжах, гимнастки на бревне, борца в стойке).
В случае равновесия биомеханической системы для применения динамических показателей устойчивости нужно учесть существенные уточнения.
Во-первых, площадь эффективной опоры человека не всегда совпадает с поверхностью опоры. У человека, как и у твердого тела, поверхность опоры ограничена линиями, соединяющими крайние точки опоры (или внешние края нескольких площадей опоры) (см. рис. 51, д). Но у человека часто граница площади эффективной опоры расположена внутри контура опоры, так как мягкие ткани (стопа босиком) или слабые звенья (концевые фаланги пальцев в стойке на руках на полу) не могут уравновесить нагрузку. Поэтому линия опрокидывания смещается кнутри от края опорной поверхности, площадь эффективной опоры меньше площади опорной поверхности.
Во-вторых, человек никогда не отклоняется всем телом относительно линии опрокидывания (как кубик), а перемещается относительно осей каких-либо суставов, не сохраняя полностью позы (например, при положении стоя —движения в голеностопных суставах).
В-третьих, при приближении к граничному положению нередко становится трудно сохранить позу и наступает не просто опрокидывание «отвердевшего тела» вокруг линии опрокидывания, а изменение позы с падением. Это существенно отличается от отклонения и опрокидывания твердого тела вокруг грани опрокидывания (кантование).
Таким образом, углы устойчивости в ограниченно-устойчивом равновесии характеризуют динамическую устойчивость как способность восстановить равновесие. При определении устойчивости тела человека необходимо также учитывать границы площади эффективной опоры, надежность сохранения позы до граничного положения тела и реальную линию опрокидывания.
В физических упражнениях часто встречается удерживающая связь (жесткая). Тогда условия сохранения равновесия требуют учета двусторонней связи путем рассмотрения соответствующих реактивных сил, вызванных такой связью.
- 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)