ВНУТРЕННИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО СИСТЕМЫ СИЛЫ

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 18Следующая ⇒

При биомеханическом исследовании движений человека рассматриваются обычно внутренние относительно его тела силы. Они возникают при взаимодействии частей биомеханической системы тела.

Внутренние силы механической системы — мера взаимодействия входящих в нее тел.

Внутренние силы нельзя мысленно рассматривать как приложенные к центру тяжести системы. Они не могут сами по себе изменять движение ОЦТ системы и ее кинетический момент.

Внутренние силы осуществляют притягивание и отталкивание внутри системы, между ее частями. В абсолютно твердом теле они попарно взаимно уравновешиваются. В системе внутренние силы попарно не уравновешиваются, если приложены к разным частям системы (телам), — каждая производит свое действие.

К внутренним для тела человека силам относятся силы мышечной тяги и силы пассивного противодействия органов и тканей.

Силы мышечной тяги

Силы мышечной тяги приложены к звеньям кинематических цепей внутри тела. Мышцы в своей активности всегда объединены в группы. Силы тяги каждой мышцы изменяются. Поэтому изменяются и тяги отдельной группы мышц и тяги взаимодействующих групп мышц. Мышцы могут по ходу движения включаться в работу, выключаться из нее, а также, изменяя функцию, переходить из одной группы в другую. Совместное действие мышц обеспечивает сохранение и направленное изменение взаимного расположения звеньев.

Работа мышц — основной источник энергии движений человека ( энергетическая функция ). Мышцы, изменяя положение частей тела, обусловливают его воздействие на опору, среду и внешние тела. Посредством мышечных тяг человек управляет движениями, используя внешние силы и остальные внутренние силы ( управляющая функция).

Силы пассивного противодействия

Силы пассивного противодействия включают: опорные реакции в суставах и местах прикрепления мышц и связок, силы сухого и жидкостного трения, силы инерции при ускорениях звеньев, органов и тканей, а также упругие силы деформации упругих образований.

При передаче сил по кинематическим цепям в виде сил давления костей друг на друга в суставах (вследствие воздействия веса частей тела и внешних тел, а также приложенных к костям тяг мышц и связок) возникают опорные реакции . Взаимное смещение органов и тканей при соприкосновении вызывает силы трения. К ним относятся и трение со смазкой (типа граничного и полусухого) и жидкостное трение как в жидких тканях и в прослойках между органами, так и в мягких тканях при их деформации (вязкость).

Вследствие деформаций тела человека возникают также упругие силы в пассивной части двигательного аппарата. Речь идет в первую очередь об упругих силах в связочном аппарате крупных суставов и соединений таких кинематических цепей, как позвоночник.

Все внутренние силы часто называют в отличие от внешних усилиями . В биомеханике усилиями именуют только силы мышечной тяги.

Динамические особенности в движениях человека

Роль сил в движениях человека

В классической механике изучается действие механических сил независимо от их источников, их происхождения. В биомеханике же существенно именно то, каковы источники сил и, следовательно, какова «цена» используемой силы для организма человека. Все силы, приложенные к двигательному аппарату человека, в биомеханике принято рассматривать в качестве так называемого силового поля.

Различают внешнее силовое поле как совокупность всех внешних для человека сил и внутреннее — как совокупность внутренних сил.

Внешнее силовое поле проявляется как силы сопротивления. Их работа отрицательная; для ее преодоления затрачивается энергия движения и напряжения мышц человека. Различают рабочие и вредные сопротивления.

Преодоление рабочих сопротивлений составляет главную задачу движений человека (например, в преодолении веса штанги и заключается цель движений со штангой).

Вредные сопротивления поглощают полезную работу; они в принципе неустранимы (например, силы трения лыж по снегу).

Внешние силы используются человеком в его движениях и как движущие. Для совершения необходимой работы, для преодоления человеком сил сопротивления могут использоваться вес, упругие силы, инерционные и др. Внешние силы являются в этом случае «даровыми» источниками энергии, поскольку человек расходует меньше внутренних запасов энергии мышц.

Человек преодолевает силы сопротивления мышечными силами и соответствующими внешними и совершает как бы две части работы:

а) работу, направленную на преодоление всех сопротивлений (л рабочих и вредных), и б) работу, направленную на сообщение ускорений своим органам движения и перемещаемым внешним объектам.

В биомеханике сила действия человека — это сила воздействия на внешнее физическое окружение, передаваемого через рабочие точки тела человека.

Рабочие точки, соприкасаясь с внешними телами, передают движение (количество движения, а также кинетический момент) и кинетическую энергию (поступательного и вращательного движения) внешним телам. Сила действия человека может быть статической, если она уравновешена внешними силами, и динамической, если она вызывает соответствующие ускорения (положительные, отрицательные, тангенциальные, нормальные).

Задача движений, относящихся к спортивной технике, в самом общем виде заключается в уменьшении действия вредных сопротивлений и увеличении эффективности силы действия человека с наилучшим использованием движущих сил — активных мышечных тяг и особенно сил, имеющих иные источники.

К числу тормозящих сил, входящих в сопротивления, относятся все внешние и внутренние силы, в том числе и мышечные. Какие из сил будут играть роль вредных сопротивлений, зависит от условий конкретного упражнения. Только реактивные силы — силы опорной реакции и трения — не могут быть движущими силами: они всегда остаются сопротивлениями — как вредными, так и рабочими.

Эффективность приложения сил в механике определяют по коэффиценту полезного действия (к. п. д.): отношению работы по преодолению рабочих сопротивлений к работе движущихсил. Чем больше к. п. д., тем эффективнее движение.

При энергетических расчетах для оценки роли силы определяют мощность силы, характеризующую важную сторону ее эффекта — быстроту выполнения работы.

Мощность силы — это мера быстроты приращения работы силы. Мощность силы определяется как отношение выполненной работы к затраченному на эту работу времени:

N=A/Dt, где N — мощность; F — сила, совершающая работу; Ds — элементарный путь; D_t— время, затраченное на преодоление пути Ds.

Внутреннее силовое поле включает и движущие силы и сопротивления (как рабочие, так и вредные). В движениях человека движущие силы имеются не всегда (их может не быть в движениях по инерции), а тормозящие — всегда. В связи с тем что все движения в суставах характеризуются криволинейными траекториями, во всех случаях приложены отклоняющие (центростремительные) силы. От соотношения всех названных сил зависят ускорения звеньев.

Как уже указывалось, движений человека без ускорений в принципе не бывает. Следовательно, во всех движениях возникают силы инерции, направление которых противоположно направлению ускорений. Силы инерции внешних тел относятся к внешним силам; силы инерции, вызываемые взаимодействием частей тела человека, — к внутренним. Чрезвычайное обилие сил инерции (реальных — ньютоновых) очень усложняет управление движениями и, конечно, их анализ. При рассмотрении составного движения кинематических цепей необходимо учитывать также многочисленные переносные и поворотные силы инерции, возникающие в кинематических цепях. Следует постоянно помнить о вращательном характере движений: момент даже постоянной силы с изменением угла ее приложения изменяется.

Совместное действие сил

Внешние и внутренние относительно тела человека силы действуют на него совместно. Все эти силы независимо от их источника действуют как механические силы, изменяя механическое движение. В этом смысле они находятся в единстве, как материальные силы: можно производить при соблюдении соответствующих условий их сложение, разложение, приведение и другие операции.

Внешние силы, действуя на тело человека, вызывают появление и изменение соответствующих внутренних сил. Это механические силы противодействия, в число которых входят обусловленные биологическими факторами силы мышечной тяги.

Посредством внутренних сил мышечной тяги человек может вызывать своим действием появление и изменение внешних сил, управляя в известных пределах их воздействием на самого себя.

Силы мышечной тяги — единственные внутренние источники энергии человека. Только посредством этих сил человек может использовать все остальные силы и управлять движениями.

Движения человека представляют собой результат совместного действия внешних и внутренних сил. Внешние силы, как выражающие воздействие внешней среды, обусловливают многие особенности движений. Внутренние силы, как единственные непосредственно управляемые человеком, обеспечивают правильное выполнение заданных движений.

По мере совершенствования движений становится возможным лучше использовать мышечные силы. Техническое мастерство проявляется в повышении удельного веса внешних и пассивных внутренних сил как движущих сил. При необходимости обеспечивается не только экономность (сбережение сил), экономичность (высокий к. п. д. мышечных сил), но и высокий максимум мышечных сил и значительная быстрота достижения этого максимума при движении.

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒