6. Динамические характеристики – отношение приложенной силы к вызываемому ею ускорению М (F) – момент силы линейное ускорение...

Информация о документе:

Дата добавления: 08/02/2016 в 17:05
Количество просмотров: 15
Добавил(а): Ольга Соколова
Название файла: 6_dinamicheskie_harakteristiki_otnoshenie_prilozhe.doc
Размер файла: 150 кб
Рейтинг: 0, всего 0 оценок

6. Динамические характеристики – отношение приложенной силы к вызываемому ею ускорению М (F) – момент силы линейное ускорение...


6. Динамические характеристики


Динамические характеристики условно подразделяются на инерционные и силовые характеристики.


а) Инерционные характеристики.


Масса – мера инертности тела при поступательном движении.

– отношение приложенной силы к вызываемому ею ускорению

[m] = кг

Момент инерции – это мера инертности тела при вращательном движении.

М (F) – момент силы

І – отношение монета силы относительно данной оси к вызываемому им угловому ускорению.

Ускорение, приобретаемое телом, обратно пропорционально его инертности и прямо пропорционально воздействующей силе.

линейное ускорение

угловое ускорение


б) Силовые характеристики.


Сила – мера механического воздействия одного тела на другое в данный момент времени.

- произведение массы тела и его ускорения.

Момент силы – мера вращающего действия силы на тело.

– произведение силы на её плечо

Плечо силы – расстояние от центра момента (точки, относительно которой определяется момент силы) до линии действия силы.

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

– произведение силы и продолжительности её действия

– импульс силы.

Импульс момента силы – (для вращательного движения) мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени.

Количество движения – мера поступательного движения тела, характеризующая его способность передаться другому телу в виде механического движения.

Кинематический момент – произведение момента инерции на угловую скорость.


Действующие силы.

Каждое движение, производимое человеком, и любое положение, в котором он находится, обусловлено воздействием ряда сил.

Силы, действующие на тело человека разделяются на внешние и внутренние.

Внешние силы приложены к человеку извне или возникают при его взаимодействии с внешними телами (противником, спортивными снарядами и др.). Например, сила тяжести (сила гравитации), сила реакции опоры, сила сопротивления среды. ) Внутренние силы возникают внутри тела человека при взаимодействии частей тела.

Каждая из сил характеризуется:

величиной

направлением

точкой приложения.


1) Внешние силы:

Сила тяжести тела – мера его притяжения к земле, приложена в месте положения ОУТ тела и направлена отвесно вниз

Вес тела – мера его воздействия в покое на покоящуюся опору


Силы действия среды:

Выталкивающая сила – мера действия среды на погруженное в неё тело.

FA= ρg Она измеряется весом вытесненного объёма жидкости и направлена вверх.

Лобовое сопротивление - сила, с которой среда (вода или воздух) препятствует движению тела относительно неё.

– коэффициент лобового сопротивления

ρ

[] = МLТ

Величина лобового сопротивления зависит от площади поперечного сечения тела, его обтекаемости, плотности и вязкости среды, относительной скорости тела.

Подъемная сила – сила, действующая со стороны среды на тело, расположенное под углом к направлению движения.

ρ

– коэффициент подъемной силы

Реакция опоры – мера противодействия опоры при действии на неё тела, находящегося с ней в контакте (в покое ли движении). Она равна силе действия тела на опору, направлена в противоположную сторону и приложена к этому телу.

– если тело расположено вертикально

Если N направлено под углом: то её горизонтальная составляющая – это сила трения F.

Сила трения – мера противодействия движению тела, направлена по касательной к соприкасающимся поверхностям тел.

T = Nk

Сила терния измеряется произведением нормального давления и коэффициента трения.


Сила упругой деформации: мера действия деформированного тела на другие тела, вызвавшие эту деформацию.

– деформация, изменение длинны

– коэффициент упругости (жесткости) тела.


2) Внутренние силы возникают внутри тела человека при взаимодействии частей тела. Внутренне силы разделяются на:

а) пассивные

б) активные.

а) К пассивным внутренним силам относятся:

  • сила элластической тяги мягких тканей (связок, суставных сумок, фасций, мышц и др.), которая возникает при их растяжении;

  • сила сопротивления костей, хрящей, определяемая их физико-химическими свойствами;

  • сила молекулярного сцепления синовиальной жидкости, находящейся в полости суставов.

б) Основной активнойвнутренней силой является:

  • сила сокращения мышц.

Величина силы сокращения мышц зависит от анатомических и физиологических условий. Направление её определяется равнодействующей.

Точкой приложения силы сокращения мышц является центр фиксации мышцы на подвижном (перемещаемом) звене.


Таблица

Классификация биомеханических характеристик

и

Биомеханические характеристики

их единицы измерения



Кинематические

Энергетические

Динамические

Для поступательного движения

Для вращательного движения

Для поступательного и вращательного движения

Для поступательного движения

Для вращательного движения

м координата усл. ед.


м траектория м

м перемещение град.


с длительность с


м/с скорость град./с


м/с ускорение град./с




1/мин темп 1/мин

– ритм –





Работа, Дж


Энергия, Дж


Мощность, Вт


Экономичность (коэффициент механической эффективности, %)


Энергетическая стоимость,

, и пульсовая стоимость , 1/м





Масса, кг


Сила, Н




Импульс силы, Нс




Количество движения,





Момент инерции,


Момент силы, (вращающий момент)



Импульс момента силы, Нмс



Кинетический момент,



7. Энергетические характеристики


Переходим к рассмотрению энергетических характеристик. Большинство из них вычисляется из кинематических и динамических характеристик.

Механическая работа есть произведение силы на перемещение:

.


Например, для того чтобы подняться по канату на высоту 5 м, мальчик с массой тела в 30 кг выполняет работу около 1500 джоулей:

30 кг 9,8 м/с5 м 300 Н 5 м = 1500 Дж.

Если этот подъём длится 10с, развиваемая мальчиком мощность равна 1500 Дж: 10 с = 150 Вт. Это значительная мощность (вспомните, как ярко светит такая электрическая лампочка).

Мощность механической работы вычисляется по формуле

.

Последний переход в преобразовании формулы особенно важен. Он даёт возможность определить мощность коротких интенсивных движений (например, ударов по мячу, боксерских ударов и других ударных действия), когда механическую работу определить трудно, но можно измерить силу и скорость. Так, при ударе классного футболиста по мячу сила действия может достигать 400 Н, а скорость вылета мяча 30 м/с. В этом случае развиваемая мощность составляет 12000 Вт. Образно говоря, при таком ударе на короткий миг зажигается 120 электрических лапочек, по 100 Вт каждая.


Совершаемая человеком механическая работа расходуется на увеличение потенциальной и кинетической энергии человеческого тела, спортивных снарядов и других предметов.

Потенциальная энергия () и кинетическая энергия тела в поступательном () и вращательном () движениях определяются по формулам:

; ; ,

где g= 9,8 м/с – ускорение свободно падающего тела, h – высота центра масс тела над поверхностью земли, v – линейная скорость, w – угловая скорость, m – масса, J момент инерции.

Полная энергия движущего тела согласно теореме Кенига равна сумме его потенциальной энергии и кинетической энергии в поступательном и вращательном движениях:

.

До сих пор речь шла о механической работе и мощности. Но, как известно, в форму механической энергии превращается меньшая часть энергии, образующейся в мышцах. Большая её часть переходит в тепло.

Подобно тому, как технические машины (автомобиль, тепловоз) характеризуются коэффициентом полезного действия, экономичность двигательного аппарата человека описывается рядом аналогичных показателей. В их числе:

Коэффициент механической эффективности:

,

где: КМЭ – коэффициент механической эффективности; Е – количество метаболической энергии (метаболическая энергия образуется в клетках нашего тела в результате трех типов биохимических реакций: креатинкиназной, анаэробного гликолиза и окислительного фосфорилирования), Дж; Ė– скорость её расходования, Вт;


Энергетическая стоимостьметра пути или единицы полезной работы. Для того чтобы определить энергетическую стоимость бега, нужно разделить скорость расходования метаболической энергии на скорость бега:

;


Пульсовая стоимость метра пути или единицы полезной работы; например, пульсовая стоимость ходьбы, бега и других циклических локомоций вычисляется по формуле:

.

Пульсовую стоимость проще измерить, чем энергетическую. И кроме того, в некоторых ситуациях пульсовая стоимость информативнее энергетической (например, при биомеханическом контроле за двигательной деятельностью в условиях жары).

Биомеханические характеристики – один из хрестоматийных вопросов биомеханики. Без свободного владения сведениями о биомеханических характеристиках так же нельзя рассчитывать на успех в изучении и практическом применении биомеханики, как невозможно считать книгу, не зная алфавита.