7. Что такое картина действующих на тело сил? Провести анализ на примерах.
В ходе педагогического биомеханического анализа техники понятие силы может быть использовано в форме общей оценки: большая, достаточная, средней величины, недостаточная.
В телесно-двигательной практике на тело исполнителя всегда действует несколько других сил. При этом результат воздействия (т.е. равнодействующая сила), которая и придает телу исполнителя ускорение, равна векторной сумме воздействующих сил: fi = F1 + F2 + F3...
Примером может быть движение гимнаста посредством маха вперед при размахиваниях в висе на перекладине. На спортсмена в этом случае (рис. А) действует сила тяжести R, составляющими которой являются взаимно перпендикулярные силы F1 как создающая линейное ускорение ОЦМ тела гимнаста, и F2, как создающая центростремительное ускорение тела.
В другом примере, прыжке в длину (рис. Б), на спортсмена действует сила тяжести Fm=mg и сила противодействия среды (воздуха) - Fc. Ускоренное движение тела в этом случае создает равнодействующая этих сил - Fp. В двух приведенных примерах в процессе познания упражнения решаются разные задачи.
А Б
Рис. Силы, действующие на тело спортсмена.
А - R - сила тяжести; F1 - сила, создающая линейное ускорение; F2 - сила, создающая центростремительное ускорение совместно с реакцией опоры (грифа перекладины).
Б - Fc- сила сопротивления среды (воздуха); Fp- равнодействующая сила; mg - сила тяжести
8. Дать полную характеристику внешним и внутренним (относительно тела человека) силам.
Внешние силы вызваны действием внешних для человека тел (опора, снаряды, др. люди, среда и т.п.). Только при их наличии возможно изменение траектории и скорости центра масс (ЦМ); без них движение ЦМ не изменяется.
1. Сила инерции внешнего тела – это мера действия на тело человека со стороны внешнего ускоряемого тела. Численно она равна массе ускоряемого тела, умноженная на его ускорение: Fин. = - ma
Знак минус указывает, что инерция внешнего тела направлена в сторону противоположную ускорению. Она приложена в месте контакта с ускоряемым телом, в рабочей точке тела человека.
Например, ускоряя ядро: его инерция направлена в сторону метателя (такая инерция воспринимается сопротивлением), рабочая точка – ладонь спортсмена. Другой пример, человек ловит набивной мяч, т.е. уменьшает его скорость (сила инерции воспринимается как напор); рабочая точка – то место, которым пойман мяч.
2. Сила упругой деформации – мера действия деформированного тела на другие тела, вызывающие эту деформацию, она равна:
Fупр. = μ Δl
где Δl – величина деформации тела, μ – коэффициент жесткости или упругости.
Если сжимать динамометр, растягивать эспандер, изгибать доску трамплина или батут, то при этом возникают упругие силы. Нарастая, они останавливают деформацию. Человек совершил работу, передал энергию деформированным внешним телам. После прекращения действия деформирующие силы, потенциальная энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию движущегося тела. В этом случае сила деформированного тела совершает положительную работу (например, покрытия беговых дорожек).
3. Силы тяжести и вес.
Сила тяжести – это мера притяжения тела к Земле, которая приложена к центру тяжести тела; она равна: G = mg
Вес тела – это мера воздействия тела в покое на опору (или подвесу), которая мешает его падению. Р = mg
Т.к. сила тяжести и вес тела приложены к различным точкам, это не одна и та же величина.
4. Сила реакции опоры – мера противодействия опоры действию на нее тела, находящегося с ней в контакте. Она равна (по третьему закону Ньютона) силе действия на опору, направлена в противоположную сторону и приложена к этому телу. Реакция опоры – сила пассивная. Она не может сама по себе вызвать положительное ускорение. Однако без нее – если нет опоры, человек не может активно перемещаться (например, разворот пловца).
5. Сила трения – сопротивление, возникающее при перемещение одного тела по поверхности другого. Различают трение скольжения (лыжи) и терние качения (колеса велосипеда, подшипники).
T = Nkтр, где N- величина нормального давления (прижимающая сила), kтр – коэффициент трения.
6. Сила действия среды.
При выполнении движений человеку приходится преодолевать сопротивление воздуха и воды.
R = Sm Cx ρ V, где Sm – площадь наибольшего поперечного сечения тела (мидель), Cx – коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы тела, ρ – плотность среды (воды или воздуха), V – относительная скорость среды и тела.
Силы внутренние относительно тела человека возникают при взаимодействии частей тела человека друг с другом. Они сами по себе не могут изменить движения тела, его ОЦМ или центра масс отдельных биозвеньев. Они сами не могут способствовать перемещению тела относительно внешних тел (как системы отсчета). Вместе с тем, только внутренними силами тяги мышц человека управляет непосредственно, вызывая движения отдельных звеньев и биомеханических пар, и в конечном итоге перемещением всего тела в целом.
В частности, внутренние силы проявляются как силы отталкивания и притягивания внутри тела. В абсолютно твердом теле такие силы взаимно уравновешены, поэтому деформации и напряжения в них не возникают. В теле человека внутренние силы могут действовать статически, при этом возникают только напряжения в деформированных тканях, и динамически, это вызывает движение звеньев и изменение позы.
Выделяют внутренние силы активного действия (мышечная работа) и пассивные механические силы (пассивное взаимодействие).
Силы мышечной тяги, приложенные к костям скелета, служат источниками энергии движения, сохраняют необходимые позы, управляют движениями, изменяют взаимодействие тела человека с окружающими физическими объектами (среда, опора, снаряды и другие люди).
Силы пассивного взаимодействия в отличие от сил мышечной тяги не вызваны непосредственно физиологической активностью, биологическими процессами, хотя в некоторой степени и зависят от них.
По мере совершенствования движений становится возможным лучше использовать мышечные силы. Техническое мастерство проявляется в повышении роли внешних (привести примеры) и пассивных внутренних сил как движущих. Обеспечивается не только экономность, экономичность (КПД), но и проявление максимума мышечных сил, а также значительная быстрота достижения этого максимума при движении.