Объектов окружающей среды

Внешние силы обладают особенностями, значение которых важно для понимания динамики. Они могут быть мысленно приложены к цент­ру тяжести системы как изменяющие его движение, могут изменять и ее кинетический момент, что невозможно для внутренних сил. В этом главный смысл разделения сил на эти группы (внешние и внутренние силы).

В числе внешних для тела человека сил будут рассмотрены: дистантные силы (тяжести) и контактные (силы веса и инерции внешних тел, сопротивления среды, реакции опоры, трения и упругой дефор­мации).

Сила тяжести и вес

Сила тяжести тела — это мера притяжения тела к Земле с учетом уменьшения силы притяжения вследствие суточного вращения Земли. Сила тяжести тела равна геометрической (векторной) сумме гравитационной и инерционной (центробежной) сил и при­ложена как равнодействующая всех сил тяжести частиц тела к его центру тяжести.

Все тела на Земле находятся в поле земного тяготения. Тело массы т притягивается Землей массы М с силою F по линии, соединяю­щей их центры масс.

Сила тяготения зависит только от масс и расстояния

.Для определения величины силы тяжести применяется стати­ческое измерение — по действию тела на площадку пру­жинных весов. Под действием силы тяжести тело само оказывает дав­ление на опору (нижнюю или верхнюю) — проявляется вес тела.

Вес тела (статический) — это мера его воздействия в покое на покоящуюся же связь (опору, подвес), как на препятствие, ме­шающее падению.

Рычажные весы с гирями не улавливают различие в весе, связанное с местоположением пункта взвешивания, посколькувес гирь изме­няется так же, как вес тела.

Вес тела равен его силе тяжести, но вес сила контактная, при­ложенная не к телу, а к опоре тела, сила же тяжести—дистантная сила, которая приложена к самому телу.

Для определения величины силы применяется также динами­ческое измерение — по ускорению свободно падающего тела (для технических расчетов принимают 981 см/сек), В разных пунктах Земли это ускорение различно, но в некоторых практических задачах это различие можно не учитывать. Для приближенных расче­тов (в учебных заданиях) его считают равным 9,8 или даже 10,0 м/сек.

Сила тяжести тела человека и вес удержи­ваемых им тел вызваны земным тяготением и поэтому служат для человека внешними силами.

Поскольку вес (как и сила тяжести) изменяется от ускорения тела, различают статический вес (тело покоится) и динамический вес.Последний есть геометрическая сумма статического веса и силы инер­ции при ускорении по вертикали. Например, при приседании или оттал­кивании силы инерции направлены против ускорения. Они или увели­чивают или уменьшают динамический вес тела (его общую силу дав­ления на опору).

На горизонтальной плоскости сила тяжести (G) вызывает опорную реакцию (R); обе силы взаимно уравновешены. На нак­лонной плоскости составляющие силы тяжести соответ­ственно вызывают опорную реакцию R_N и силу трения Т. Вне опоры сила тяжести вызывает у всех звеньев свободно падающего тела одинаковое ускорение, поэтому на взаимное расположение и относительное движение частей тела сила тяжести в полете не влияет. Поскольку тело не действует на опору, то нет веса — тело находится в состоянии невесомости.

Итак, сила тяжести тела действует: а) на опо­ру в покое — как статический вес; б) на опору пpи вертикальном ускорении—как динами­ческий вес и в) вне опоры — как причина уско­рения свободно падающего тела.

В положении на опоре силы тяжести либо проходят через оси суста­вов тела и тянут части тела вниз, либо действуют на плече силы тяжести (d) и обладают моментом относительно оси суста­ва — ai(,(g). Так же действуют на тело человека своим весом и внеш­ние тела, удерживаемые или приводимые в движение человеком. Стало быть, при опоре вес звеньев тела и отягощений всегда влияет на рас­положение и движение звеньев тела. Изменять статический вес внеш­них тел и своих частей тела человек не может, но и з м е н я т ь мо­менты сил тяжести, а также динамический вес можно и иногда нужно — в зависимости от задачи движения и конк­ретных условий.

Силы инерции внешних тел

Сила инерции внешнего тела в инерциальной системе отсчета (реальная сила) — это мера действия на тело человека со стороны тела, ускоряемого им. Она равна произведению массы внешнего тела на его ускорение, направлена в сторону, противоположную ускорению, и приложена к рабочей точке тела человека (место его контакта с ускоряемым телом или опорой).

При движениях человек, изменяя скорость внешних тел, сооб­щает им ускорение. Как противодействие ускоряющей силе действия человека возникает внешняя сила инерции ускоряемых тел. Сила инерции внешнего тела, действующая на тело человека,— это реакция, испытываемая телом человека со стороны ускоряемого тела, которому он, и только он, сообщает ускорение. При толкании штанги возникает ее ускорение от груди и рук (а), направленное вверх (рис. 30, а). Сила инерции штанги, приложенная к груди и рукам, обус­ловлена ускоряющей силой F^, равна ей по величине и направлена противоположно (вниз); она складывается с весом штанги. Если атлет замедляет движение штанги, направленное вниз (опуская ее на по­мост), то ускорение штанги также направлено вверх. Сила же инерции штанги, как и ее вес, направлена вниз и приложена к рукам атлета (см. рис. 30,6).

Силы инерции как внешние силы проявляются также при замед­лении человеком движения внешних тел, т. е. при их торможении. Примером проявления сил инерции может быть, в частности, действие внешних материальных объектов, в том числе жидкостей, газов— удар волны, порыв ветра.

Все это — примеры реальной (ньютоновой) силы инерции, отсчи­тываемой в инерциалыюй системе отсчета и приложенной к уско­ряющему телу со стороны ускоряемого в поступательном движении.

При искривлении траектории внешнего тела силой человека во вращательном движении центробежная сила, как сила инерции вращаемого тела (равная по модулю центростремительной тяге спортсмена), направлена по радиусу от центра и приложена к рабочей точке тела человека (см. рис. 30, в).

Рис. 30. Сила инерции:

а, б, в — реальная при ускорениях: а — положительном,б —отрицательном,. в — нормальном,

Во вращательном движении полная сила инерции тела составляет­ся изтангенциальнойсоставляющей при угловом ускорении) и нормальной — при центростремительном ускорении).