Файл: teory.doc

К основным динамическим характеристикам относятся сила и масса. Сила в механике – это мера взаимодействия тел. Масса – это с одной стороны количество материи, содержащейся в теле, а с другой – мера инертности тела. В движениях человека силы, приложенные к массам частей, тела обусловливают движения этих частей тела [21].

Силы, влияющие на движение человека, делятся на внешние и внутренние. Внешними силамидля человека служат силы, приложенные к телу извне. Для подтягивания на перекладине к числу внешних сил относятся сила тяжести (вес) собственного тела, сила упругости перекладины, сила трения между грифом и ладонями, а также внешние отягощения и сопротивления. Каждая из этих сил характеризуется величиной, направлением, точкой приложения.

Внутренними силамидля тела человека служат силы, возникающие внутри тела при взаимодействии его частей. Для подтягивания на перекладине значение имеют такие внутренние силы, как пассивные силы опорно-двигательного аппарата, силы инерции частей тела, силы тяги мышц.

1.2.2.1 Двигательный аппарат человека.

Двигательный аппаратчеловека можно представить как самодвижущийся рычажный механизм, состоящий примерно из 600мышц, 200костей, нескольких сотен сухожилий. Кости и их соединения (суставы, связки и пр.) составляют скелет, являющийся твердой опорой тела человека.

Двигательный аппарат обычно разделяют на звенья,называя звеном часть тела, расположенную между двумя соседними суставами или между суставом и дистальным (более удаленным от туловища) концом. Так, звеньями тела являются кисть, предплечье, голова и т.д. [3].

Движенья в звеньях тела осуществляются благодаря усилиям мышц, прикрепляющихся к костям скелета. Можно сказать, что мышцы составляют активную часть двигательного аппарата человека. Любое движение -это результат действия тяги одной или нескольких мышц, изменяющий взаимное расположение звеньев тела. Направлением тяги мышцы считается прямая линия, соединяющая центры мест ее начала и прикрепления. Обычно вращение в суставе обеспечивается группой мышц, причем направление тяги любой из мышц данной группы только в редких случаях полностью совпадает с направлением движения звена. В таком случае результат совместного действия двух и более мышц определяетсяравнодействующеймышечных сил, величина и направление которой зависят от взаимного расположения мышц и величины развиваемых ими усилий. Напомним, что равнодействующей называют силу, которая производит такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил. Так, например, направление тяги большой грудной мышцы и широчайшей мышцы спины не совпадает с направлением движения плеча в фазе подъема туловища при подтягивании на перекладине, но их равнодействующая вносит существенный вклад в выполнение данного движения.

Кости, соединённые подвижно в суставах, с точки зрения механики – это рычаги, которые служат для передачи действия силы на расстояние. Суставы представляют собой точку опоры рычага. Таким образом, рычаг является принципиальным механизмом, служащим для передачи и полезного использования механической энергии в двигательном аппарате [18].

В целом двигательный аппарат человека можно рассматривать как систему рычагов, подвижно соединенных в суставных сочленениях. Движение костных рычагов в ту или иную сторону относительно суставов, а также их фиксация осуществляется в результате взаимодействия мышечных сил и сил внешней нагрузки. Законы изменения взаимного расположения звеньев тела под действием внешних сил и сил тяги мышц подчиняется законам, известным в механике как "правила рычага".

Поскольку любое поступательное движение (например, движение туловища вверх в фазе подъёма) складывается из вращательных движений в суставах, для силы важна не столько её величина, сколько вращательная способность, численно равная произведению силы на её плечо, т.е. на расстояние от направления действия силы до оси вращения. Такая вращающая способность называется моментом силы. Когда момент силы тяги мышц равен моменту сил сопротивления – часть тела, к которой приложены силы, находится в равновесии. Для начала движения части тела необходимо, чтобы один из моментов был больше другого. Так, при подтягивании в фазе подъёма момент силы тяги мышц, производящих подтягивание, больше момента силы тяжести, поэтому мышцы сокращается, звенья тела движутся в сторону тяги мышц, которые в данном случае совершают преодолевающую работу. В фазе опускания момент силы тяжести становится больше момента силы тяги мышц, поэтому звенья тела движутся в противоположном направлении, мышцы растягиваются, выполняя при этом уступающую работу. При «зависании» в какой-либо точке траектории движения моменты сил мышц и силы тяжести равны друг другу, тело остаётся неподвижным. Мышцы в этом случае совершают удерживающую работу. Работа мышц в преодолевающем и уступающем режимах относится к динамической форме сокращения, а в удерживающем - к статической.

1.2.2.2 Масса тела, сила тяжести, вес тела.

Массафизического тела – это количество вещества, содержащееся в теле или в отдельном звене. Вместе с тем масса тела - это величина, выражающая его инертность. Под инертностью понимается свойство, присущее всем телам, состоящее в том, что для изменения скорости тела на заданную величину нужно, чтобы действие на него другого тела длилось некоторое время. Чем время больше, тем инертнее тело. Масса тела не зависит от того, в каких взаимодействиях участвует тело, ни от того, как оно движется. Что бы с телом ни происходило, его масса остаётся одной и той же. Масса выражается в килограммах [6]. Но в повседневной жизни мы привыкли в килограммах выражать вес. Во избежание путаницы попробуем разобраться во взаимосвязи веса и массы.

Вестела – это сила, с которой тело воздействует на опору (или подвес) вследствие притяжения к Земле. Когда нет никакой опоры, нет и веса, т.е. тело, находящееся в свободном падении, ничего не весит. Но при этом его масса не изменяется.

Как и любая другая сила, вес выражается в ньютонах. При взвешивании какого либо физического тела на пружинных весах измеряется сила, с которой это тело растягивает пружину под воздействием исключительно силы притяжения к Земле. Именно поэтому в стандартных условиях вес тела Рчисленно равен силе тяжестиF_g, которая в соответствии со вторым законом Ньютона, равна произведению массы телаmна ускорение свободного паденияg:F_g= m*g.

Хотя для неподвижного тела сила веса равна силе тяжести, эти две силы нужно чётко различать: сила тяжести приложена к самому телу, притягиваемому Землёй, а вес тела – к опоре или подвесу. В тех случаях, когда эти силы равны и нас интересует только величина силы, а не точка её приложения, смешение понятий сила тяжести и сила веса не приводит к ошибкам.

При условии неизменности ускорения свободного падения масса тела пропорциональна силе тяжести, а значит и весу тела. Интересно, что если какое-либо тело взвесить на одних и тех же пружинных весах сначала на экваторе, а затем на полюсе, показания весов будут отличаться примерно на полпроцента из-за разницы в величине ускорения свободного падения, которая вызвана различным расстоянием до центра Земли и её суточным вращением [13].

Для измерения какой-либо физической величины необходимо сначала выбрать эталон этой физической величины. В качестве эталона массы принята масса платиновой гири-образца, хранящейся в Международном бюро мер и весов в Париже и именуемая килограммом (кг). Но самое интересное, что в качестве эталона силы принята та же самая платиновая гиря. Любая пружина, растянутая подвешенной к ней гирей-эталоном, будет действовать с определённой силой, которую называют килограмм-сила и обозначаюткГ. Нужно обратить внимание на то, что определения этих двух величин, получивших почти одинаковые названия (килограмм-сила и килограмм-масса), и обозначения (кГ и кг) основаны на совершенно различных свойствах одного и того же тела – парижской гири-образца. Сила определена по притяжению образца Землёй, а масса – как мера инертности гири, т.е. её способности получать те или иные ускорения под действием различных сил.

Таким образом, если говорят, что спортсмен весит 70 килограммов, это означает не что иное, как то, что его масса составляет 70 кг (килограмм-массы), а вес – 70 кГ (килограмм-силы).

Сила веса возникает в результате притяжения Земли, но по величине она может отличаться от силы притяжения Земли. Это бывает в тех случаях, когда кроме Земли и подвеса на данное тело действуют какие-либо другие тела [14]. Поясним это на примере, связанном с подтягиванием на перекладине.

Когда речь идёт о силе, действующей на гриф перекладины во время подтягиваний, т.е. о силе, которая на совершенно законных основаниях называется весом, то нет ничего удивительного в том, что такая сила может претерпевать разнообразные количественные изменения в различных фазах цикла подтягиваний. Это связано с тем, что сила давления на гриф определяется не только силой тяжести, а является равнодействующей всех сил, действующих на гриф в местах расположения хвата. Так, при висе в исходном положении сила, действующая на гриф перекладины, численно равна силе тяжести, при разгоне тела в начальной части фазы подъёма – больше её, а при торможении при опускании в вис – меньше. При гашении остаточной скорости в момент прихода в исходное положение эта сила может достигать таких высоких значений, что вызванная ею дополнительная ударная нагрузка на кисти (называемая перегрузкой)может привести к срыву с перекладины.

Геометрия масс.Распределение масс между звеньями тела и внутри звеньев называется геометрией масс [3]. Наиболее общим показателем распределения масс в теле служит общий центр тяжести тела (ОЦТ) [21]. Общий центр тяжести тела располагается в зависимости от телосложения человека. В симметричном положении человека стоя с опущенными руками ОЦТ находится на уровне от 1 до 5 крестцового позвонков. С изменением формы тела за счёт иного расположения его частей изменяет своё положение и ОЦТ. В некоторых положениях тела ОЦТ может быть за пределами тела. Чтобы определить, как будет смещаться ОЦТ при движениях человека, нужно определить массы частей тела и расположение их центров тяжести

В человеческом теле около 70 звеньев. Для решения практических задач обычно используется пятнадцатизвенная модель. Величина массы отдельных звеньев тела человека для такой модели в среднем составляет: головы - . 7% от массы всего тела, туловища - 46.4% , плеча - 2.6%, предплечья - 1.8%, кисти - 0.7% , бедра - 12.2%, голени -1 4.6% , стопы - 1.4% [4].

Зная массу тела, массу любого звена можно рассчитать по формуле:

(1.1)