Главная Обратная связь

Дисциплины:






Динамика составных движений



В динамике абсолютно твердого тела действие силы рассматри­вается как причина изменения движения. Однако если силы уравно­вешены, то изменения движения не произойдет. В деформируемом теле возникает при этом деформация и связанное с нею изменение напря­жения внутри тела (статическое действие).

Сила, действующая статически, уравновешена другой силой и вызывает не ускорение, а только деформацию тела. Силу, действу­ющую статически, измеряют уравновешивающей ее силой. Если на данное тело М действуют с одинаковыми силами F A и F B два тела А и В , то эти силы взаимно уравновешиваются. Обе силы

действуют статически, ускорения нет, скорость тела М не изменяется. Каждая из этих сил (действие имеет равное и противо­положное противодействие (реакции R A и R B ). В случае уравновеши­вания имеются три тела (М, А, В) и два взаимодействия. Следует подчеркнуть, что уравновешиваются F A и F B . Соответствующие действия и противодействия F A и # А , а также F B и R B не уравно­вешиваются, так как они приложены к разным телам.

Как показано на рис. 30, б, силы могут действовать статически в покое (реакция опоры R уравновешивает силу тяжести гимнаста G ), а также (рис. 30, в) в движении, направленном перпендикулярно к уравновешивающей силе (реакция опоры R уравновешивает силу тяжести скользящего конькобежца G ), и в движении по направлению уравновешенной силы (сопротивление воздуха и трение лыж о снег Q уравновешивают при постоянной скорости спуска скатывающую составляющую S силы тяжести лыжника G — рис. 30, г). Реакция опоры R уравновешивает нормальную составляющую ( N ). Уравновешенная сила независимо от покоя или направления движения сама по себе не изменяет скорости тела.

Во всех случаях уравновешенная сила обусловливает только де­формацию того тела, к которому она приложена. Нелишне заметить, что при взаимном уравновешивании статически действуют обе силы.

Сила, действующая динамически, не уравновешена другой силой. Она вызывает ускорение, а также деформацию тела, к которому приложена. Такую силу измеряют по изменению движений тела, к которому она приложена, но при этом обычно не определяют затрат работы на деформацию.

Сила F m , приложенная к телу М), вызовет ускорение, зависящее от массы этого тела. Однако в реальных условиях необ­ходимо учитывать, что всегда существуют другие тела (Земля, среда — воздух, вода и пр.), которые могут оказывать тормозящее действие. Поэтому в принципе и здесь не будет взаимодействия только

двух тел. Сила, действующая динамически (действие), вызывает ускорение и деформацию, а также противодействие ускоряемого тела — силу инерции. Зная массу ускоряемого тела и его ускорение под действием динамической силы, определяют ее величину и направление.



Силы, приложенные к звеньям тела человека, действуя динами­чески, приводят к различному результату. В зависимости от того, как направлены силы относительно скорости движущегося тела, различают:

— движущие силы, которые совпадают с направлением ско­рости (попутные) или образуют с ним острый угол и могут, совершать положительную работу;

— тормозящие силы, которые направлены противоположно направлению скорости (встречные) или образуют с ним тупой угол и могут совершать отрицательную работу;

— отклоняющие силы, перпендикулярные к направлению скорости и увеличивающие кривизну траектории;

— возвращающие силы, также перпендикулярные к направ­лению движения, но уменьшающие .кривизну траектории.

Обе последние группы сил непосредственно не изменяют величину тангенциальной (касательной) скорости.

От соотношения сил, приложенных к каждому звену тела, зависит и результат их действия.

Тормозящие силы имеются всегда. Если движущие силы больше тормозящих, то их разность—ускоряющая сила—обусловлива­ет увеличение скорости, сообщает телу положительное ускорение, со­вершает положительную работу, увеличивает кинетическую энергию тела. Необходимо подчеркнуть, что не вся движущая сила обуслов­ливает ускорение, а только ее избыток над тормозящей силой, т. е. ускоряющая сила. Значит не вся движущая сила совершает работу по передвижению звеньев. Значительная часть работы переходит в механическую энергию деформации и, кроме того, в немеханические формы энергии (прежде всего в тепловую). Если нет движущих сил (у них нулевая величина — движение происходит по инерции) или они меньше тормозящих, то их разность — замедляющая сила — уменьшает скорость, обусловливает отрицательное ускорение (замед­ление). От соотношения отклоняющих и возвращающих сил зависит действие поворачивающей силы, изменяющей кривизну траектории. С уменьшением поворачивающей силы траектория выпрямляется, приближаясь к прямолинейной.

Силы, приложенные к звену в месте контакта с соседним, — су­ставные силы. Силы, приложенные к звену тела на плече силы, создают относительно оси сустава суставные моменты. Действие их в основном такое же, как и самих сил: ускоряющее, замедляющее, поворачивающее. В конечном счете именно действие суставных сил и суставных моментов сил и вызывает изменение положений тела и изменение движений.

Скорости звеньев изменяются в результате импульсов сил и моментов сил. Множество сил обусловливает для каждого звена в сочленении результирующий импульс момента сил. Каждое звено

изменяет скорость вращения вокруг оси в суставе вследствие именно к нему приложенных сил. Причины движений для каждого звена в биокинематических цепях разные. Именно поэтому в материальной системе при ее разнообразных движениях нельзя найти одну равно­действующую силу, которая заменяла бы для всех звеньев все силы, приложенные к каждому звену. Можно лишь устанавливать равно­действующие силы и моменты сил для каждого звена.

В материальной системе не действуют аксиомы статики о при­ложении двух равных и противоположных сил и р переносе вектора силы по его направлению. Приложение двух сил или перенос силы вызывает деформацию и изменяет напряжение. Вектор силы в мате­риальной системе не скользящий, а связанный, и поэтому его пере­носить нельзя. По этой же причине в материальной системе нельзя складывать параллельные силы (тяжести, инерции) и понятия «центр тяжести», «центр инерции» для нее не имеют физического смысла. Однако для расчетов, а также для уяснения характера процессов применяют прием отвердения. Условно считают биомеханическую систему на данный момент времени отвердевшей, превратившейся в одно твердое тело. Тогда можно найти положения ЦМ такими же способами, как центра тяжести твердого тела; можно привести силы к точке; возможен перенос реакции опоры в ЦМ и другие операции. Делаются в биомеханике и иные допущения: множество фактических источников сил сводится к немногим; тело человека рассматривается по редуцированной (сокращенной) схеме (14 или 16 звеньев вместо более 200) и др. Считается, что усилия передаются от одного звена к другому без потерь, в то время как полнота передачи определяется суставной жесткостью, зависящей от мышечных суставных моментов, от напряженности мышц. Делая подобные упрощения, без которых вообще невозможно изучать движения человека, следует ясно понимать характер и степень допущений, чтобы правильно оценивать получае­мые результаты.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...