.Действие на сили перпендикулярно спрямо опората

(резюме)

При вертикалното действие на силите на тялото спрямо опората (терена) възникват пет сили, от които три се намират в общия център на тежестта(ОЦТ), а две са в контакта на стъпалата на спортиста с опората. Силите намиращи се в ОЦТ са мускулната сила Fm, силата на тежестта P и инерчната сила Fi = m.a . Силата на тежестта P се намира в ОЦТ съгласно закона за взаимното привличане между телата на Нютон и е насочена надолу към терена винаги. Мускулната сила Fm (възникваща заради изправянето на долните крайници) действа в две точки от тялото - нагоре в основата на туловището (ОЦТ) и в контакта на стъпалата с опората. Затова едната й компонента Fm се поставя в ОЦТ, а втората Fm' - в контакта на стъпалата с опората. Мускулната сила Fm предизвиква с тласкането на туловището нагоре (заради изправянето на долните крайници) и произвежда инерчна сила Fi = m.a в ОЦТ насочена надолу според първия закон на Нютон и принципа на Даламбер. За удобство инерчната сила Fi = m.а се записва само като m.a (според втория закон на Нютон F = m.a).

В контакта с опората ( на стъпалото) действа втората компонента на мускулната сила Fm' , която предизвиква поява на сила на реакция на опората R. Двете сили са равни по големина и противоположни по посока. R е насочена нагоре, а Fm' - надолу. Силата R възниква заради третия закон на Нютон описващ действието на силите между две тела. Така силите насочени нагоре може да запишем от лявата страна на равенството, а тези насочени надолу - от дясната страна и получаваме уравненията Fm = P + m.a за силите намиращи се в ОЦТ и R = Fm' за силите намиращи се в контакта на стъпалото с опората. Уравнения | Fm = P + m.a ; R = Fm' ;

 

(край на резюмето)

Едно от значимите взаимодействия между външните и вътрешните сили е при движенията: бързо приклякване от стоеж, бързо изправяне от клек и отскок перпендикулярно нагоре. Мускулната сила действа перпендикулярно спрямо опората и преминава през ОЦТ. Знакът минус за допълнителната сила на Д’Аламбер потвърждава обстоятелството, че посоката й е винаги обратна на движението на ОЦТ. По този начин действащата в ОЦТ мускулна сила на спортиста и инерчната сила Fi = m.a са винаги с противоположни посоки.   

    

Действие на сили, перпендикулярно на опората

FM , M  - мускулни сили (вътрешни). Мускулните сили в долните крайници възникват заради заради съкращаването на мускулите упражняващи своето действие върху залавните им места към скелета и изтласкват стъпалата надолу, а долната част на туловището нагоре. Според третия закон на Нютон приложените в пода сили предизвикват реакция на опората R и двете сили M и R са равни и противоположни. M= R. Следователно те се уравновесяват. Компонентата на мускулната сила FM действаща нагоре към туловището придвижва общия център на тежестта нагоре. Според първия закон на Нютон действието на силата FM върху масата на туловището m предизвиква инерчна сила (Fi = m.a) насочена обратно на движението, в случая надолу. Ако спортистът сгъва долните крайници, мускулната сила действа надолу FM и тогава посоката на инерчната сила (m.a) е насочена нагоре.

P – тегло/сила на тежестта/ (вътрешна, активна)

Rопорна реакция (пасивна сила)

Fi ma - инерчна сила  (допълнителна сила на Д’Аламбер)

FM = P  + m.a   - силите насочени нагоре са поставени от лявата страна на равенството, а насочените надолу - отдясно

FM - P m.a = 0 общо уравнение на действащите сили в ОЦТ

           .    ако мускулната сила FM  = 0             ускорението запазва отрицателната си стойност и става равно на земното ускорение g ; от  формулата за определяне на теглото P = m . g

Ускорението а  зависи от двете сили FM  и P. То може да бъде нула (FM  = P), положително (FM  > P) или отрицателно (FM  < P). Важно обстоятелство при анализа е фактът, че инерчната сила (m.a) е насочена надолу при разгъване на долните крайници и насочена нагоре при сгъването им. Ако инерчната сила (m.a) съвпада с посоката на силата на теглото P , натискът върху опората се увеличава със стойността на инерчната сила (m.a) и натискът намалява, когато посоката на инерчната сила е срещу силата на теглото. Този способ се използва твърде много в спорта и като за пример е представена алпийската ски-техника. В нея сгъването на долните крайници намалява натиска върху терена и силата на триене, която зависи от вертикалния натиск. Подобен резултат на облекчаване се постига и като се приложи натиск върху терена, последван от сгъване на долните крайници.

Графика на ускорението при бързо приклякване от стоеж

- в интервала t0 t1 ускорението е отрицателно (FM  < P), допълнителната инерчна сила на Д’Аламбер Fi е положителна (насочена нагоре) и следователно тялото привидно олеква с величина, равна на големината на инерчната сила – облекчаване от приклякването. Насочената надолу стрелка показва посоката на движение на ОЦТ (тялото на спортиста), което създава инерчна сила облекчаваща натиска върху ските.

- в точка t1 ускорението е равно на нула (FM  = 0), ОЦТ е достигнал най-голяма скорост на движение и започва амортизиране на скоростта, ОЦТ забавя своето движение.

- в интервала t1 t2, ОЦТ се движи закъснително,  ускорението става отрицателно (FM  < P), допълнителната инерчна сила е положителна – облекчаване от издигането му и намаляване на силата на теглото.

a

Графика на ускорението при бързо изправяне от клек

- в интервала t1 t2  ускорението става положително (FM  > P), а допълнителната инерчна сила – отрицателна, следователно тя се прибавя към теглото на тялото – това е обременяване от изправянето, а насочената нагоре стрелка указва движението на тялото предизвикващо увеличаването на теглото, заради насочената надолу инерчна сила (m.a).

- в интервала t0 t1  ускорението е положително (FM  > P), допълнителната инерчна сила Fi е отрицателна и тялото привидно натежава - обременяване от издигането на тялото и ОЦТ.

Във фазата на обременяване се изпълнява закантването, като при съвременните тенденции на ски техниката е тази фаза  да бъде сведена до минимум.

При алпийските ски дисциплини и ски скоковете при разгъване и сгъване на кинематичната верига на системата „скиор – ски” , преминавайки през фазите на облекчаване и обременяване на снежната опора, скиорите изменят динамичния си натиск N и по този начин намаляват и увеличават силата на триене Fтр. =  k . N. При сгъване на биокинематичната верига натискът върху ските се намалява, а при разгъването й - се увеличава. По-голямата част от техническите действия по завъртане на ските в необходимата посока се изпълняват във фазите на високо и ниско облекчаване, които са начини за промяна на вертикалната сила на нормалния натиск N. Това спомага те да се изпълняват с максимална бързина (според терена) и с минимален разход на мускулна сила, поради намаляването на силата на триене Fтр.

Обременяването и облекчаването при движение на ОЦТ нагоре и надолу играят голяма роля при спортните дисциплини.

q

Графика на ускорението при отскок перпендикулярно нагоре

- в интервала t0 t1  от началото на отскока до отделянето от опората ускорението е положително (FM  > P)

- в точка t1 ускорението е равно на нула (FM  = 0) , от този момент действа отрицателно ускорение, равно на g.