Разные тела изменяют скорость под действием сил по-разному. Это свойство тел называется инертностью.

Инертность – свойство физических тел, от которого зависит величина получаемых ускорений при их взаимодействии.

Инерционные характеристики – это характеристики тела или системы тел. Среди инерционных характеристик различают: массу тела и момент инерции тела .

Масса тела (m ) – мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению: m= F /a ,

где: m – масса; F – сила; a – ускорение.

Масса тела зависит от количества вещества, которым обладает тело и характеризует его свойство – как именно приложенная сила может изменить его движение. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой.

В атлетизме при тренировке спортсмены используют штангу различной массы. Из личного опыта им известно, что придать штанге, имеющей большую массу ускорение значительно сложнее, чем штанге маленькой массы.

В случае вращательного движения мало знать массу тела, важно еще знать распределение масс относительно оси вращения. Например, фигурист при вращении прижимает руки к туловищу, а затем разводит их в стороны. Общая масса системы при этом не изменяется, а распределение масс становится другим, и это сказывается на движении, оно замедляется (Н.Б. Кичайкина, 2000). В механике существует характеристика, определяющая меру инертности тела во вращательном движении – момент инерции тела.

Момент инерции тела (J ) – мера инертности твердого тела при вращательном движении.

Момент инерции зависит от распределения массы относительно оси вращения. Его достаточно легко найти для простых геометрических фигур (шар, цилиндр и др.), но определить его в многозвенной системе тела человека при различных позах непросто.

Силовые характеристики.

Изменение скорости движения тел происходит под действием сил. Другими словами сила является не причиной движения, а причиной изменения движения. Силовые характеристики раскрывают связь действия силы с изменением движений. К силовым характеристикам при поступательном движении относятся:

· сила;

· импульс силы;

· импульс тела (количество движения ).

Сила (F ) – мера механического действия одного тела на другое. Сила определяется формулой: F =ma , где m – масса тела; a – ускорение.

Импульс силы (S ) – мера воздействия силы на тело за промежуток времени. Эта механическая характеристика равна произведению силы на промежуток времени. Импульс силы характеризует площадь под кривой «время – сила» (рис. 3.2).

Значение импульса силы отталкивания не зависит от формы кривой «время-сила», а определяется только площадью под кривой. Зарегистрировать силу давления на опору позволяет методика тензодинамометрии . При этом характер кривой давления на опору зависит от уровня развития скоростно-силовых качеств спортсмена. Спортсмен, обладающий высоким уровнем развития скоростно-силовых качеств мышц ног способен развить высокий уровень силы за короткий промежуток времени.

Импульс тела (количество движения , Q ) – векторная величина, характеризующая его способность передаваться другому телу. Импульс тела определяется по формуле: Q = mV.

Импульс тела имеет то же направление, что и скорость. Если тело покоится, его импульс равен нулю. При взаимодействии тел их импульсы могут быть переданы от одного тела к другому. Например, в результате взаимодействия тела человека с опорой изменяется импульс тела (количество движения тела). Чем больший импульс приобретает тело человека в результате взаимодействия с опорой, тем выше или дальше будет прыжок.

К силовым характеристикам при вращательном движении относятся:

· момент силы;

· импульс момента силы;

· кинетический момент.

Момент силы (М ) – векторная величина, мера механического действия одного тела на другое при вращательном движении. Момент силы определяется по формуле: M = F h , где h – плечо силы.

Плечо силы – перпендикуляр, опущенный из оси вращения на линию действия силы.

Костные звенья в организме человека представляют собой рычаги. При этом результат действия мышцы определяется не столько развиваемой ею силой, сколько моментом силы. Особенностью строения опорно-двигательного аппарата человека является небольшие значения плеч сил тяги мышц. В то же время внешняя сила, например, сила тяжести, имеет большое плечо (рис. 3.3). Поэтому для противодействия большим внешним моментам сил мышцы должны развивать большую силу тяги.

Момент силы считают положительным, если сила вызывает поворот тела против часовой стрелки, и отрицательным, при повороте тела по часовой стрелке. На рис. 3.3. сила тяжести гантели создает отрицательный момент силы, так как стремится повернуть предплечье в локтевом суставе по часовой стрелке. Сила тяги мышц-сгибателей предплечья создает положительный момент, так как стремится повернуть предплечье в локтевом суставе против часовой стрелки.

Импульс момента силы (S м ) – мера воздействия момента силы относительно данной оси за промежуток времени.

Кинетический момент (К ) &‐ векторная величина, мера вращательного движения тела, характеризующая его способность передаваться другому телу в виде механического движения. Кинетический момент определяется по формуле: K =Jω.

Кинетический момент при вращательном движении является аналогом импульса тела (количества движения) при поступательном движении.

Пример. При выполнении прыжка в воду после выполнения отталкивания от мостика, кинетический момент тела человека (К ) остается неизменным. Поэтому если уменьшить момент инерции (J ), то есть произвести группировку, увеличивается угловая скорость ω . Перед входом в воду, спортсмен увеличивает момент инерции (выпрямляется), тем самым он уменьшает угловую скорость вращения.

Лекция № 5

1. Общий обзор динамических характеристик и их классификация.
2. Инерционные характеристики движений
3. Силовые характеристики движений
4. Энергетические характеристики движений

Общий обзор динамических характеристик и их классификация.

Динамические характеристики движений раскрывают причины движения в связи с силами, приложенными к движущимся объектам.

Динамика решает 2 задачи:

1) как изменяется движение тела при действии на него данной силы.

2) какие силы действовали на данное движущееся тело.

К динамическим характеристикам относят:

1) инерционные характеристики – особенности тела человека и движимых им тел;

2) силовые характеристики – особенности взаимодействия звеньев тела и других тел;

3) энергетические характеристики – состояния и изменения работоспособности биомеханических систем

Динамические характеристики связаны с з основными законами механики,которые впервые изложил английский ученый И. Ньютон (1643-1727 гг) в своем главном труде «Математические начала естественной философии»

Динамические характеристики движений

↓

↓

↓

инерционные

силовые

эергетические

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

инертность

масса

момент инерции

сила

момент силы

импульс

импульс момента силы

работа силы

мощность силы

кинетическая энергия

потенциальная энергия

Инерционные характеристики движений

Инертность (инерция) – свойство физических тел, проявляющееся в сохранении движения, а также изменении его под действием сил.

Движение, совершаемое материальной точкой при отсутствии сил, называется движением по инерции.

Закон инерции (1 закон Ньютона) указывает на одно из основных свойств материи – пребывать неизменно в движении. Состояние покоя рассматривается как частный случай движения по инерции, когда скорость равна 0.

Сохранение скорости неизменной (движение как бы по инерции) в реальных условиях возможно только тогда, когда все внешние силы, приложенные к телу, взаимно уравновешены. Это выражается формулой: а = 0, если F = 0.

Масса тела – это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению:

а − ускорение, F – сила.

Измерение массы тела в данном случае основано на 2 законе Ньютона: «изменение движения прямо пропорционально извне действующей силе и происходит по тому направлению, по которому эта сила приложена».

Масса тела во время движения не изменяется. При движении увеличивается или уменьшается не масса тела (мера инертности), а кинетическая энергия, зависящая от скорости тела.

Момент инерции – мера инертности тела при вращательном движении.

Момент инерции относительно данной оси численно равен сумме произведения масс всех его частей (звеньев) и квадратов расстояний каждой части тела до этой оси:

С моментом инерции связан момент количества движения, равный произведению момента инерции на угловую скорость.

Таким образом, угловая скорость тела зависит от расстояния (радиусов) его частей до оси вращения. Когда части тела находятся дальше от оси вращения, то угловое ускорение тела под действием того же момента силы меньше по сравнению с положением, когда части тела ближе к оси вращения.

Силовые характеристики движений

Силовые характеристики движений раскрывают связь действия силы с изменением движений.

Сила – это мера механического действия одного тела на другое.

Измерение силы (как и массы) основано на 2 законе Ньютона. Численно сила определяется произведением массы тела на его ускорение:

Таким образом, имеется «действие» второго тела на первое и «противодействие» первого тела.

Согласно 3 закону Ньютона: «действию всегда существует равное и противоположно направленное противодействие».

Момент силы – мера вращательного действия силы на тело.

Момент силы определяется произведением силы на ее плечо:

Момент силы считают положительным, когда сила вызывает поворот тела против часовой стрелки, и отрицательным при повороте тела по часовой стрелке (со стороны наблюдателя).

Говоря о силе тяги мышц, правильнее говорить о моменте силы мышц.

Импульс силы – мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении).

Импульс силы равен произведению силы и продолжительности ее действия:

Импульс силы определяет прирост линейной скорости, тогда как силой обусловливается только ускорение.

Импульс момента силы – мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вращательном движении).

Импульс момента силы определяет изменение угловой скорости:

Pz = Мz (F) ▪ ∆ t

Pz – импульс момента силы Мz – момент силы ∆ t – промежуток времени.

Инерционные характеристики

Свойство инертности тел раскрывается в первом законе Ньютона:

«Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и

прямолинейного движения до тех пор, пока внешние приложенные силы

,не изменят это состояние».

Иначе говоря, всякое тело сохраняет скорость, пока ее не изменяв силы.

Понятие об инертности

Любые тела сохраняют скорость неизменной при отсутствии внешних воздействий одинаково. Это свойство, не имеющее меры, и предлагается называть инерцией 1 . Разные тела изменяют скорость под действием сил по-разному. Это их свойство, следовательно, имеет меру: его называют инертностью. Именно инертность и представляет интерес, когда надо оценить, как изменяется скорость.

Инертность - свойство физических тел, проявляющееся в посте-пенном изменении скорости с течением времени под действием сил.

Сохранение скорости неизменной (движение как бы по инерции) в реальных условиях возможно только тогда, когда все внешние силы, приложенные к телу, взаимно уравновешены. В остальных случаях неуравновешенные внешние силы изменяют скорость тела в соответ-ствии с мерой его нертности.

Масса тела

Масса тела - это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению:

Измерение массы тела здесь основано на втором законе Ньютона: «Изменение движения прямо пропорционально извне действующей силе и происходит по тому направлению, по которому эта сила приложена».

Масса тела зависит от количества вещества тела и характеризует его свойство - как именно приложенная сила может изменить его движение. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой 1 .

При исследовании движений часто бывает необходимо учитывать не только величину массы, но и как говорится, ее распределение в теле.

На распределение материальных точек в теле указывает местоположение центра масс тела. В абсолютно твердом теле имеются три точки, положения которых совпадают: центр масс, центр инерции и центр тяжести. Однако это совершенно различные понятия. В ЦМ пересекаются направления сил, любая из которых вызывает поступательное движение тела.

Момент инерции тела

Момент инерции тела - это мера инертности тела при враща-тельном движении. Момент инерции тела относительно оси равен сумме произведений масс всех материальных точек тела на квадраты их расстояний от данной оси:

В деформирующейся системе тел, когда ее части отдаляются от оси вращения, момент инерции системы увеличивается. Инерционное со-противление увеличивается с отдалением частей тела от оси вращения пропорционально квадрату расстояния. Поскольку материальные точ-ки в теле расположены на разных расстояниях от оси вращения, для ряда задач удобно вводить понятие «радиус инерции».

Радиус инерции тела - это сравнительная мера инертности дан-ного тела относительно его разных осей. Он измеряется корнем квадратным из отношения момента инерции (относительно данной оси) к массе тела:

Найдя опытным путем момент инерции тела, можно рассчитать радиус инерции (R ин), величина которого характеризует распределение материальных точек в теле относительно данной оси.

Знать о моменте инерции очень важно для понимания движения, хотя точное количественное определение этой величины в конкретных случаях нередко затруднено.

Один на один с врагом [Русская школа рукопашного боя] Кадочников Алексей Алексеевич

Массово-инерционные характеристики модели

В биомеханике совокупность показателей, характеризующих распределение масс в теле человека, принято называть геометрией масс. Для биомеханических расчетов нужны точные сведения об этих показателях.

Таблица 3

К массово-инерционым характеристикам тела человека относятся:

Массы и координаты центров масс всего тела в целом и отдельных его частей (звеньев);

Моменты инерции тела при разных позах и положениях оси вращения;

Радиусы инерции отдельных звеньев (сегментов) тела;

Центры качаний физического маятника и т. п.

Понятие массы и силы вытекают из первого закона Ньютона, который обобщает принцип инерции:

«Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние».

Понятие массы. Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения в механике называют инертностью, а закон Ньютона – законом инерции. С проявлением этого закона человек постоянно сталкивается в повседневной жизни.

Из опыта известно, что различные тела при одинаковом воздействии со стороны других тел неодинаково изменяют скорость своего движения. Иными словами, они приобретают различные ускорения. Из этого следует, что ускорения зависят не только от величины воздействия, но и от свойств самого тела.

В физике всякое свойство тел выражается определенной величиной. Например, свойство тела занимать часть пространства выражается его объемом.

Так и свойство тела, которое называют инертностью, выражают его массой. Это свойство не зависит ни от условий внешнего воздействия, ни от характера движения. Что бы с телом ни происходило, где бы оно ни двигалось, масса его остается одной и той же.

Таким образом, масса – это физическая величина, которая наряду с такими величинами, как длина, время и др., входит в число основных величин международной системы единиц (СИ).

В качестве эталона массы на международном конгрессе в 1889 году была принята масса специально изготовленного цилиндра из сплава платины и иридия. Эта единица массы получила название килограмм – 1 кг. С достаточной для практики точностью можно считать, что массой в 1 кг обладает 1 л чистой воды при температуре 15 °C.

Для описания упоминаемого в первом законе Ньютона «воздействия со стороны других тел» в механике вводят понятие силы и говорят: на тело действует сила.

Понятие силы (и момента силы) подробно излагается в следующей главе.

Рабочая модель позволяет для конкретного телосложения человека (роста и массы) рассчитать положение его центра масс и моменты инерции для любой позы тела, что очень важно для анализа построения движений.

Из книги Современные будзюцу и будо автора Дрэгер Донн

Категории и характеристики Современные дисциплины характеризуют обычно как методы самообороны либо как тактику ведения тренировочного и настоящего боя с противником. Строго говоря, ни одна современная дисциплина не является воинским искусством; спорно и

Из книги Один на один с врагом [Русская школа рукопашного боя] автора Кадочников Алексей Алексеевич

Определение положения центра масс модели При исследовании движений человека, как правило, возникает необходимость учитывать не только величину массы, но и ее распределение в теле. На распределение массы тела указывает расположение так называемого центра масс

Из книги Греко-римская борьба: учебник автора Автор неизвестен

Определение моментов инерции модели Момент инерции тела есть мера инертности тела при вращательном движении.Моментом инерции модели (системы тел) относительно некоторой оси называется физическая величина, равная сумме произведений масс mi отдельных звеньев (тел) на

Из книги Дзюдо [Система и борьба: учебник] автора Шулика Юрий Александрович

2.2. Количественные характеристики движений Все двигательные действия в спортивной борьбе могут быть описаны кинематическими характеристиками и динамическими параметрами (схема 2.1., 2.2.).Схема 2.1.Кинематические составляющие движений Поскольку основная задача в

Из книги Вся поплавочная снасть автора Балачевцев Максим

3.2. Количественные характеристики движений В связи с тем, что в основе дзюдо лежит принцип парирования атаки противника, биомеханические основы ударной техники в настоящей главе описываться не будут.Все двигательные действия в видах спортивной борьбы могут быть описаны

Из книги Учебник подводной охоты на задержке дыхания автора Барди Марко

Удилище, его конструкция и характеристики Что же представляет собой штекерное удилище? Его длина может быть от 8 до 16 метров, хотя существуют более короткие и более длинные модели, но это, скорее, исключение, чем правило. Максимальная же длина штекерных удилищ доходит до

Из книги Теория и методика подтягиваний (части 1-3) автора Кожуркин А. Н.

Характеристики лесы Диаметр (толщина) Одна из основных характеристик лесы. После огромного количества публикаций в периодических изданиях многие рыболовы стали ходить в магазины с микрометрами. И это действительно необходимо. В 90 % случаев производитель (а, вернее, не

Из книги Морские узлы в обиходе автора Джарман Колин

Общие спортивные характеристики Прежде чем начать подробный анализ методик, лучше всего подходящих для физической подготовки подводного охотника, определим физико-спортивные характеристики идеального охотника. На самом деле, стоит отметить, что такие характеристики

Из книги Красота по-рублевски автора Луковкина Аурика

Характеристики воды Прозрачность воды обусловлена местными течениями, типом дна, погодными условиями и присутствием поблизости рек и проливов (для морской воды). Если дно илистое, то наиболее вероятно, что вода будет менее прозрачной, особенно после волнения; напротив,

Из книги Антираковая диета. Продукты, которые мы должны есть, чтобы защититься от опасного недуга автора Хаят Давид

1.2.1 Кинематические характеристики подтягивания. 1.2.1.1 Пространственные характеристики. Нередко из-за неудачно выбранного исходного положения спортсмен на соревнованиях не может показать результат, который без труда демонстрирует на тренировках. Ненадёжный хват,

Из книги Развитие интеллектуальных способностей подростков в условиях спортивной деятельности: теоретико-методологические и организационные предпосылки автора Кузьменко Галина Анатольевна

1.2.1.2 Временны?е характеристики. Время виса при подтягивании. Спортсмены, претендующие на высокий спортивный результат, должны обеспечить надёжный хват на протяжении всех четырёх минут, отведённых на выполнение упражнения. Для большинства спортсменов, имеющих

Из книги автора

1.2.2 Динамические характеристики подтягивания. К основным динамическим характеристикам относятся сила и масса. Сила в механике – это мера взаимодействия тел. Масса – это с одной стороны количество материи, содержащейся в теле, а с другой – мера инертности тела. В

Из книги автора

Материалы и их характеристики Полиэстер, иногда обозначается английской аббревиатурой PES, можно увидеть в плетеных веревках из трех прядей, плетенках, сердечниках с плетеной оболочкой и др. Поверхность может быть как гладкой, так и слегка шероховатой для большего

Из книги автора

Из книги автора

Таблица характеристики продуктов

Из книги автора

4.3. Процесс развития интеллектуальных способностей подростка-спортсмена: взаимообусловленность актуальной модели интеллекта и модели деятельности Разум есть тот сознаваемый человеком закон, по которому должна совершаться его жизнь. Л. Н. Толстой Процесс развития

Классификация динамических характеристик движений человека

Вращательное движение тела

Мерой изменения положения тела при вращательном движении является угол поворота фи. Чтобы знать положение тела во вращательном движении в любой момент времени, надо знать зависимость угла поворота фи от времени: фи = фи(t).

Данное уравнение выражает закон вращательного движения тела. Основными кинематическими характеристиками вращательного движения тела являются его угловая скорость (ω ) и угловое ускорение (e ) .

При вращательном движении тела разные его точки имеют различные линейные скорости и ускорения. Линейная скорость точки вращающегося тела численно равна произведению угловой скорости на радиус вращения и направлена по касательной к окружности вращения (перпендикулярно радиусу вращения R ): V = ω R.

Таким образом, линейные скорости точек вращающегося тела пропорциональны их расстояниям от оси вращения (чем дальше удалена точка от оси вращения, тем большую линейную скорость она имеет).

Пример. При выполнении гимнастом большого оборота на перекладине линейная скорость точки, расположенной в области тазобедренного сустава составляет 10,8 м/с, а точки, расположенной в области голеностопного сустава – 18,0 м/с.

В таблице 3.2. представлена взаимосвязь кинематических характеристик при поступательном и вращательном движениях тела.

Таблица 3.2.

Взаимосвязь показателей при поступательном и вращательном движении тела (Н.Б. Кичайкина, 2000)

Скорость движений человека и движимых им тел изменяются под действием сил. Чтобы раскрыть механизм движений (причины их возникновения и направленность их изменений) исследуют динамические характеристики. К ним относятся:

· инерционные характеристики (особенности тела человека и движимых им тел);

· силовые (особенности взаимодействия звеньев тела и других тел);

· энергетические (характеристики состояния систем).

Разные тела изменяют скорость под действием сил по-разному. Это свойство тел называется инертностью.

Инертность – свойство физических тел, от которого зависит величина получаемых ускорений при их взаимодействии.

Инерционные характеристики – это характеристики тела или системы тел. Среди инерционных характеристик различают: массу тела и момент инерции тела .

Масса тела (m ) – мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению: m= F /a ,

где: m – масса; F – сила; a – ускорение.

Масса тела зависит от количества вещества, которым обладает тело и характеризует его свойство – как именно приложенная сила может изменить его движение. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой.

В атлетизме при тренировке спортсмены используют штангу различной массы. Из личного опыта им известно, что придать штанге, имеющей большую массу ускорение значительно сложнее, чем штанге маленькой массы.

В случае вращательного движения мало знать массу тела, важно еще знать распределение масс относительно оси вращения. Например, фигурист при вращении прижимает руки к туловищу, а затем разводит их в стороны. Общая масса системы при этом не изменяется, а распределение масс становится другим, и это сказывается на движении, оно замедляется (Н.Б. Кичайкина, 2000). В механике существует характеристика, определяющая меру инертности тела во вращательном движении – момент инерции тела.

Момент инерции тела (J ) – мера инертности твердого тела при вращательном движении.

Момент инерции зависит от распределения массы относительно оси вращения. Его достаточно легко найти для простых геометрических фигур (шар, цилиндр и др.), но определить его в многозвенной системе тела человека при различных позах непросто.