Естественные и управляющие силы при движениях спортсмена.

Действующие на тело спортсмена в ходе выполнения двигательных действий силы и моменты сил разделяются на две группы. Это силы естественного характера и управляющие. Первые действуют независимо от суставных движений человека, вторые же являются прямым следствием последних и составляют основу двигательной активности человека.

Указанные силы действуют одновременно, что создает определенные сложности при их нахождении в процессе биомеханического исследования. При анализе управляющих воздействий вводятся некоторые специальные понятия, касающиеся характера движения тела как целого в пространстве. Оно (движение тела) может рассматриваться как программное, пассивное и естественное.

Программное движение представляет собой перемещение тела спортсмена в пространстве, обеспечивающее достижение цели двигательного действия, т.е. выполнения соответствующей программы места и ориентации.

Естественное движение представляет собой перемещение тела человека в пространстве с неизменной позой. Иными словами, если представить себе, что в определенный момент времени тело спортсмена как бы "отвердевает", и суставные углы остаются неизменными, то действующие на него в такой ситуации силы называются естественными. Естественные силы не зависят от суставных движений, а определяются внешними телами (сила тяжести, реакции опоры) и условиями движения (силы инерции, сопротивления внешней среды и др.)

Пассивным движением является такое перемещение тела человека в пространстве, при котором его мышцы расслаблены и не принимают участие в изменении позы. Такое движение в спорте возможно лишь теоретически, однако его рассмотрение может быть полезным для определения суставных моментов сил при нахождении спортсмена в статических положениях.

Одной из задач биомеханического анализа движения является определение управляющих сил и моментов сил, создаваемых благодаря суставным движениям человека и обеспечивающим выполнение программы движения. В процессе решения этой задачи естественное движение сравнивается с программным. В результате определяются те силовые добавки, которые должны быть обеспечены суставными (управляющими) движениями.

Законы Ньютона для поступательного и вращательного движений.

Формулировка законов Ньютона зависит от характера движения тел, которое можно представить как совокупность поступательного и вращательного движений.

При описании законов динамики поступательного движения следует учитывать, что все точки физического тела движутся одинаково, и для описания закономерностей этого движения можно заменить все тело одной точкой, содержащей количество вещества, соответствующее всему телу. В данном случае закон движения тела как целого в пространстве не будет отличаться от закона движения указанной точки.

Первый закон Ньютона устанавливает причину, вызывающую движение или изменяющую его скорость. Такой причиной является взаимодействие тела с другими телами. Это отмечено в одной из формулировок первого закона Ньютона: "Если на тело не действуют другие тела, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения".

Мерой взаимодействия тел, в результате которого изменяется характер их движения, является сила. Таким образом, если какое-либо физическое тело, например тело спортсмена, приобрело ускорение, то причину следует искать в действии силы со стороны другого тела.

Используя понятие силы, можно сформулировать первый закон Ньютона и по-другому: "Если на тело не действуют силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения".

Второй закон Ньютона устанавливает количественную связь между силой взаимодействия тел и приобретаемым ускорением. Так, при поступательном движении приобретаемое телом ускорение прямо пропорционально действующей на тело силе. Чем больше указанная сила, тем большее ускорение приобретает тело.

Для учета свойств взаимодействующих тел, проявляющихся при сообщении им ускорения, вводится коэффициент пропорциональности между силой и ускорением, который называется массой тела. Введение массы позволяет записать второй закон Ньютона в виде:

F

a = ——

m

где а — вектор ускорения; F — вектор силы; m — масса тела.

Следует обратить внимание, что в приведенной формуле ускорение и сила — векторы, следовательно, они не только связаны пропорциональной зависимостью, но и совпадают по направлению.

Массу тела, вводимую вторым законом Ньютона, связывают с таким свойством тел, как инертность. Она является мерой данного свойства. Инертность тела представляет собой его способность сопротивляться изменению скорости. Так, тело, обладающее большой массой и, соответственно, инертностью, трудно разогнать и не менее трудно остановить.

Третий закон Ньютона дает ответ на вопрос о том, как именно взаимодействуют тела. Он утверждает, что при взаимодействии тел сила действия со стороны одного тела на другое равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей со стороны другого тела на первое.

Например, толкатель ядра, разгоняя свой снаряд, действует на него с определенной силой F, одновременно такая же по величине, но противоположная по направлению сила действует на кисть спортсмена и через нее на все тело в целом. Если это не учитывать, атлет может не удержаться в пределах сектора для метания, и попытка не будет засчитана.

В случае, если физическое тело взаимодействует одновременно с несколькими телами, все действующие силы складываются по правилу сложения векторов. В таком случае в первом и втором законах Ньютона имеется в виду равнодействующая всех сил, действующих на тело.