Видове сили

Силата характеризира механичното взаимодействие между телата. Видове:

1. Статично действащи сили

-сила на тежестта в неподвижно положение на тялото върху твърда опора

-силата на тежестта на плувеца - уравновесява се от изместения обем вода

-силата на тежестта при скок с парашут - уравновесява се от въздушното съпротивление и тялото се движи с допустима скорост на падане към земята

2. Според посоката на действие

-движеща сила – съвпада с посоката на движение на тялото или е под остър ъгъл с него - върши положителна работа като увеличава енергията на тялото

-спираща сила – сили на триене, съпротивление на средата – с противоположна посока или действа под ъгъл по-голям от 90 градуса - вършат отрицателна работа и намаляват енергията на тялото

Когато движещата сила надвишава спиращата, възниква ускорение в тялото.

3. Според характера на взаимодействие между телата

     -  контактни – действат при контакт между телата

     -  с дистанционно действие – действащи от разстояние – сила на тежестта

4. Според произхода на силите

- външни - сила на тежестта, сила на опорната реакция, инерчна сила на чуждо тяло, сила на еластичната деформация, мускулната сила на партньора.

- вътрешни – мускулни, реакция на връзките между звената в тялото

Взаимодействие между вътрешни и външни сили

І. Вътрешни сили в човешкото тяло – сами по себе си те не могат да променят положението или състоянието на движение на ОЦТ.

Биват:

а) мускулни сили FM   и създадените от тях моменти

б) сили на еластична деформация на тъканите Fеласт.деформ.

Напрежението на мускулите е основен източник на енергия при движенията на човека. Вътрешните мускулни сили FM   взаимодействат с опората (околната среда) и предизвикват съответна динамична опорна реакция R, която е външна сила за тялото и може да промени положението на ОЦТ.

ІІ. Външни сили

Биват 2 вида:

а) активни – те са в състояние сами да преместят ОЦТ – силата на тежестта ↓Р (ски спорта); мускулна сила на партньор (борба, акробатика).

б) пасивни – сили на опорна реакция Р, сили на триене Fтр., съпротивление на средата Fх, инерчни сили на чужди тела Fi.

Пасивните сили са реакция на дадено действие и при взаимодействие с вътрешните (мускулни) сили могат да действат на тялото и да го приведат в механично движение. Според теорията на динамиката действието на силите върху една система може да се замени с равнодействащата на всички сили и приложната й точка минава през общия център на тежестта на системата. По този начин сумата от силите на теглата на отделните сегменти се събират в обща сила на теглото преминаваща през ОЦТ на тялото на спортиста.

За описанието на равновесието на една система в динамичен режим, освен действащите активни и пасивни сили, Д’Аламбер въвежда и допълнителна инерчна сила – според принципа на Д’Аламбер. Инерчната сила възниква (според първия закон на Нютон) в резултат на ускорението на масата на тялото, върху което е приложена предизвикващата ускорение сила. Посоката й е противоположна на посоката на движение на тялото. Приложната й точка се намира в ОЦТ на тялото според първия закон на Нютон.

 

Съгласно основния принцип на динамиката тяло с маса m, върху което действа сила F, получава ускорение а. Съгласно принципа на действието и противодействието, тялото от което произлиза силата F, получава противодействие, равно по големина и противоположно по посока – това е инерчната сила Fi.

Д’Аламбер приема, че инерчната сила Fi е приложена към ОЦТ на самото гюлле и така тя се явява като фиктивна сила (нарича се допълнителна сила на Д’Аламбер) и се бележи с  (m.a). Възниква, когато масата на гюллето m получи ускорение а, вследствие на тласкащата сила на спортиста F. Така силата на Д'Аламбер се определя по формулата Fi = -m.a. Знакът минус показва, че инерчната сила е противоположна на мускулната сила на спортиста. Механизмът на възникването й се състои в това, че когато ръката приложи тласкаща сила върху гюллето вследствие на третия закон на Нютон гюллето отвръща с обратна по посока сила. Чрез структурата си, гюллето получава ускорение на ОЦТ, което предизвиква поява на инерчна сила на Даламбер противоположна по посока на действието на ръката на спортиста. В сила са първия и третия закони на Нютон. Трябва да се има предвид, че върху ръката действа освен инерчната сила и теглото на гюллето, чиято посока е надолу. Понеже теглото е неизменно опростяваме силовата диаграма и разглеждаме само действието на инерчната сила.

Получава се динамично равновесие на приложената от спортиста мускулна сила и възникналата върху гюллето инерчна сила и така работата се свежда до решаване на задача за статично действащи върху тялото сили :

FM  = - Fi

F + Fi = 0 или

F + ma = 0

Пример: В практиката на спортистите, често се налага, състезателят да сгъва и разгъва долните крайници при отласкване от опората. В тях действа мускулната сила на крайниците в залавните им места в две точки, едната сила Fm е в основата на туловището, в което се намира ОЦТ(общият център на тежестта), а втората Fm' е в стъпалата на крайниците в подиума. Според третия закон на Нютон, действието на силата в крайниците надолу Fm', предизвиква равна по амплитуда и противопожна по посока реакция на опората, действаща в същата точка (контакта на крака на спортиста с опората). Тези сили взаимно се уравновесяват. В сила остава компонентата на мускулната сила Fm действаща в основата на туловището свързано с ОЦТ на тялото. При разгъване на крайниците, тя е насочена нагоре, а при сгъване е надолу. От друга страна в ОЦТ действа и инерчната сила на Даламбер, която е насочена противоположно на посоката на движение, според първия закон на Нютон. Това означава, че мускулната Fm и инерчната Fi сила са взаимно противоположни. При разгъване на долните крайници и отласкване от опората, мускулната сила Fm действа нагоре, а инерчната сила (m.a) действа в посока надолу. При сгъване на крайниците мускулната сила Fm е насочена надолу, а инерчната сила - нагоре в стремежа си да поддържа движението на тялото. В този случай силата на Даламбер възниква заради принудителното движение на масата на туловището.

      Сумата от всички активни и инерчни сили, действащи във всяка точка на тялото по време на движението е равно на нула, съгласно възприетия начин за представяне на всички сили действащи върху тялото като система от статично действащи сили :

Fак.м   +  ∑Fi = 0   

Принципът на Д’Аламбер е валиден също при ротационни движения и за моментите на силите :

Mk + Ј.β = 0, където

k=n

Mk – въртящи моменти на силите

Ј – инерчен момент на тялото

β ъглово ускорение

Заради принципа за статично представяне на силите и моментите върху тялото, уравнението е приравнено на нула, по законите за статиката.

Пример: В някои спортове завъртането на части от тялото предизвикват контразавъртане в други от тях. В ски спорта в слалома се използват често изпълнявани завои за преодоляване на нареденото слаломно трасе. Завъртането на долната част на скиора е съпроводено от контразавъртане на горната част от тялото. При принудителното движение на части от тялото на спортиста, те предизвикват неминуемо инерчни сили върху цялото тяло и в това се изразява принципът на Даламбер при ротационни движения. Подобни примери се наблюдават във фигурното пързаляне, скоковете със свободен летеж в спортната гимнастика, акробатичните скокове, карате, тенис и др., където контролирането на положението на тялото е в съгласие с принципа на Даламбер и закона за запазване на момента на импулса на силата.