8. Класс рычага для данной задачи.
Сравнивать
1. Механические преимущества рычагов второго и третьего рода.
2. Работу, выполненную мышцами в рычагах второго и третьего рода.
3. Устойчивость объекта в двух заданных ситуациях, когда меняется положение центра тяжести и площадь опоры.
Изображать
1. Линию направления действия мышцы.
2. Ротационный компонент силы, момент силы поступательного движения и момент плеча для данной силы действующего рычага.
Введение
Задачей этой книги является исследование биомеханики человеческого тела — сложнейшего механизма со следующей целью: понять, как суставная структура и мышечная функция отвечают сопутствующим и, одновременно, противоречивым потребностям организма в подвижности и стабильности. Знание физических принципов, которые управляют телом и сил, действующих на него, является предпосылкой к исследованию структуры и функции отдельных его частей. Это знание приобретается через изучение механики. Наука о механике человеческого тела называется биомеханикой и состоит из двух основных областей: кинематики и кинетики. Кинематика — это область биомеханики, включающая в себя описание движения без учета сил, вызывающих это движение. Кинетика — это область биомеханики, относящаяся к силам, вызывающим движение, или сохраняющим равновесие.
Основным содержанием данной части является биомеханика, относящаяся к жестким объектам, т. е. тело мы будем рассматривать так, будто оно сделано из твердых костных рычагов. В общем, ни кости, ни структуры, к ним прикрепляющиеся, не являются ни жесткими, ни твердыми. Скорее ткани, которые составляют эти структуры, внутренне реагируют на воздействующие на них силы, в соответствии с особенностями собственного тканевого состава. Внутренние реакции сил, характеристика материалов или характеристики тканей, из которых построено тело, рассматриваются в IV части книги.
Общие понятия
Биомеханика — наука о законах механического движения в живых системах.
В самом широком смысле к живым системам (биосистемам) относят:
• целостные организмы (например, человек);
• их органы и ткани, а также жидкости и газы в них (внутриорганизменные системы);
• объединения организмов (например, совместно действующая пара акробатов, противодействующие борцы).
Биомеханика спорта как учебная дисциплина изучает движения человека в процессе физических упражнений. Она рассматривает двигательные действия «спортсмена» как системы взаимно связанных активных движений (объект познания). При этом исследуют механические и биологические причины движений и зависящие от них особенности двигательных действий в различных условиях.
Для лучшего понимания сути и роли механического движения человека рассмотрим основные понятия о движении в общем и о движениях организма (например, человека) в частности.
Механическое движение в живых системах проявляется как: а) передвижение всей биосистемы относительно ее окружения (среды, опоры, физических тел) и б) деформация самой биосистемы — передвижение одних ее частей относительно других. Основные законы механики Ньютона описывают движение абстрактных абсолютно твердых тел, которые не деформируются. Таких тел в природе не существует. Но в так называемых твердых телах деформации бывают столь малы, что их нередко можно и не учитывать. В живых же системах существенно изменяется относительное расположение их частей. Эти изменения и есть движения человека. Сами части живых систем (например, позвоночный столб, грудная клетка) также подчас существенно деформируются. Поэтому, изучая движение живой системы, имеют в виду, что работа сил тратится и на передвижение тела в целом, и на деформации. При этом всегда имеются потери энергии, ее рассеяние. Чисто механического движения вообще в природе не существует. Оно всегда сопровождается превращениями механической энергии в другие виды (например, в тепловую) и его потерями.
Механическое движение человека, изучаемое в биомеханике спорта, происходит под воздействием внешних механических сил (тяжести, трения и многих других) и сил тяги мышц, управляемые центральной нервной системой и, следовательно, обусловлены физиологическими процессами. Поэтому для достаточно полного понимания природы живого движения необходимо не только изучение собственно механики движений, но и рассмотрение их биологической стороны. Именно она определяет причины организации механических сил.