Инерчни сили, възникващи при взаимодействие със спортни уреди при движение по праволинейна или криволинейна траектория на спортиста или спортния уред

                                  

Бягане по криволинейна траектория         Хвърляне чук ~~~~ Ветроходство при зимни условия

При движение на тялото по крива линия принудително в ОЦТ на тялото възниква инерчна сила насочена в посоката обратна на кривината на траекторията и се нарича центробежна сила

Пример: При взаимодействието на атлета със спортни уреди и съоръжения (хвърляне на чук), чрез мускулните сили спортният уред се ускорява до определено ниво и на свой ред масата му въздейства на тялото на спортиста. Центробежната сила Fцб възниква заради принудителното движение на масата на чука по криволинейна траектория. Съгласно третия закон на динамиката като противодействие на чука в ръцете на спортиста възниква противопоставяща се центростремителна сила, която уравновесява Fцб. При въртенето на чука, Fцб може да надхвърли неколкократно теглото на спортиста. За уравновесяване на събарящото действие на центробежната сила, спортистът накланя тялото си в обратна посока и отговаря на нея чрез центростремителна сила действаща в контакта на спортиста с чука. Върху крайниците се получава повишено натоварване. Резултантната сила сумира векторно върху опорния крак центробежната сила и силата на теглото. Това означава, че резултантната сила надвишава теглото на спортиста. Центростремителната сила възниква едновременно с центробежната сила и дава своето отражение върху компонентите на мускулната сила в долните крайници. Увеличеното натоварване върху опората предизвиква увеличение на мускулната сила върху туловището (ОЦТ). Наклоняването на спортиста в обратна посока на чука компенсира чрез теглото събарящото действие на центробежната сила. Образуват се два противостоящи въртящи моменти - моментът съставен от произведението на центробежната сила и рамото й, което е перпендикуляра от опората (предно поставения крайник) към направлението на F цб и моментът образуван от силата на теглото умножена по разстоянието от опората върху предно поставения крайник до направлението на силата на теглото.

 

 

 

 

Центробежната сила се определя по формулата, където m е масата на уреда, а aцб  е ускорението му. Противодейства й центростремителната сила, чието направление е противоположно на центробежната и е насочено от уреда към оста на въртене. Общата им приложна точка е хватът на ръката към дръжката на уреда. Центробежната и центростремителната сили са равностойни по време на въртене, взаимно се уравновесяват, вследствие на което състезателите запазват устойчиво равновесие - Fцб = Fц.стр. В центростремителната сила се включват мускулните сили на спортиста и теглото на тялото уравновесяващо събарящото действие на центробежната сила. Причината за възникване на центробежна сила е принудителното движение на тялото по криволинейна траектория. Заради това центробежната сила, чиято приложна точка е ОЦТ на тялото е насочена към външната страна на кривата. Силата възниква в съответствие с първия закон на Нютон.

Инерчни сили при праволинейно движение

 Fi – инерчна сила при  теглене и изтласкване   Изхвърляне

     

При постъпателно движение спортиста или спортния уред

При вдигане на тежести възникват значителни инерчни сили – Fi = m.a. Във фазата на теглене щангата се движи ускорително, инерчната сила действа надолу и е равна на разликата между мускулната сила на атлета и сумата от теглото на щангата и собственото тегло на атлета. Във фазата на изтласкване щангата се движи закъснително и възникналата инерчна сила от уреда е в противоположна посока, действа нагоре, а създаденото отрицателно ускорение подпомага бързото влизане на атлета под щангата. Отрицателното ускорение означава, че спортистът прекратява тегленето на щангата. Тогава тя продължава за кратко време движението си нагоре, но това време е достатъчно за състезателя да постави ръцете и тялото си под щангата в подготовка на изтласкването й до горно положение.  Реалните инерчни сили се проявяват и при случаите, когато човек спира движението на някакъв спортен уред или тяло (например вратар улавя летяща срещу него топка, спира движението на партньор в акробатиката и др.). Отчитането на реалните инерчни сили става спрямо инерциалната отправна система - тялото на атлета. Възникналите инерчни сили при постъпателните движения и ротациите имат изключително значение за техническото изпълнение на спортните упражнения. Точното навременно управление на инерчните сили в спорта са тънката разделителна линия между триумфа и неуспеха, който може да е придружен и с тежки контузии при екстремалните условия например на алпийските ски-дисциплини.

 

При изпълнение на завои в ски-алпийски дисциплини възникват инерчни сили от центробежен характер. Тези сили са в резултат на движението на масата на тялото принудително по криволинейна траектория. Според първия закон на Нютон в ОЦТ на скиора се появява инерчна центробежна сила Fцб насочена по посока на външната част на траекторията. По направлението на долния крайник на спортиста се получава сумарната сила Fрез, която е векторна сума на силата на теглото P и Fцб и представлява диагонала на успоредника образуван от съставящите го сили Fцб и P. Заради много голямата центробежна сила в сравнение с теглото P, състезателят силно се наклонява по посока на радиуса на завоя близо до терена. Така при поддържането на равновесието на спортиста се получава сравнение на два въртящи момента. Единият се изчислява като се умножи Fцб и рамото r1, а другият е произведението на силата и рамото r2. Рамото r2 е с много по--голяма дължина, защото силата на теглото P е много по-малка от Fцб. В контакта на скиора с терена се подава мускулната сила на долните крайници и теренът отвръща на нея с реакция на опората R (според третия закон на Нютон - за действието и противодействието). Долният крайник на скиора е изпънат за да поеме високото натоварване и да се увеличи рамото r2 стабилизиращо движението му. Така сумарната действаща в опората сила Fрез се получава като диагонал на успоредника съставен от силите P и Fцб. Повишеното натоварване получено от Fрез увеличава мускулната сила Fm вложена от спортиста в опората. Хоризонталната компонента Fmx отговаря на центростремителната сила Fmx = Fцб = m.V2/r. r е радиуса на криволинейната траектория. Fmy е вертикалната компонента противодействаща на теглото P. При завъртането на спортиста участват и сгъването и разгъването на ръцете и тялото, които променят инерчния момент на тялото. Според закона за запазване на момента на количеството движение J*w = const. J е инерчен момент, а w е ъгловата скорост. Ако инерчният момент се намали заради сгъване на ръцете, увеличава се ъгловата скорост w, за да се запази стойността на произведението J*w = const. Чрез сгъване и разгъване на ръцете и забиване на щека се контролира ротационното движение. При състезателни условия теренът предлага препятствия на скиорите-алпийци. Издълбаването на състезателното трасе е много отчетливо при спортисти със задни номера. Закръглението може да бъде разположено не само хоризонтално, но и във вертикално направление. При промяната на профила на терена възниква центробежна сила, която сменя направлението си според профила на издълбания терен. Възникналите инерчни центробежни сили силно смущават равновесието на спортиста и може да доведат до излизане от правилната линия линия на движение. На показаните фигури различни състезатели упражняват еднотипни по характер технически умения в дисциплините гигантски слалом и слалом.

При сноубордиста който се движи по вертикално разположена криволинейна траектория посоката на инерчната сила Fцб е отново насочена към външната част на траекторията. Диаграмата на силите се подчинява пак на законите на Нютон. Fцб е насочена по посока на долните крайници и предизвиква голямото им натоварване. На Fцб съответства Fm, която представлява центростремителната сила, тъй като е насочена противоположно на Fцб.

Инерчни взаимодействия възникват при изпълнение на прав удар с ръка в карате. Едната ръка се изтегля назад, а другата се ускорява за изпълнение на удара. Използва се спирането на ръката след достигане на максималното й сгъване и при спирането й се появява инерчна сила стремяща се да завърти рамената и да ускори ръката изпълняваща удара.