KLASYFIKACJA SIŁ DZIAŁAJĄCYCH NA APARAT RUCHU CZŁOWIEKA
ZEWNĘTRZNE |
WEWNĘTRZNE |
||||
Rzeczywiste |
Pozorne |
Rzeczywiste |
Pozorne |
||
Aktywne |
Pasywne |
Bezwładnościowe |
Aktywne |
Pasywne |
Bezwładnościowe |
- Q
- siły natury
- siły pochodzące od maszyn i biomaszyn |
- siła reakcji podłoża (R)
- siła nośna
- siła wyporu wody
- siła oporu płynów
- siła tarcia zewnętrznego |
- Fb - Siła bezwładności
- Fo - Siła odśrodkowa |
- Fm - siła skurczu mięśniowego
- Q części ciała |
ŚCISKANIE - reakcje powierzchni stawowych
ROZCIĄGANIE - reakcje więzów - tarcie wewnętrzne |
Fb - siła bezwładności
Fo - siła odśrodkowa |
- maszyna - posiada własne źródło energii
- biomaszyna - istoty zywe mogące wytwarzać ruch za pomocą własnych mięśni (np. człowiek, zwierzę)
Q - siła ciężkości ; F - siła
Pojęcia, które wystąpiły na zajęciach:
Ciężar (Q) to siła ciężkości ciała obdarzonego jakąś masą.
Masa to czynnik powodujący powstawanie ciężości. Jej jednostką jest kg.
Środek masy punkt, w którym gromadzona jest cała masa ciała, jest osią obrotu dla ciała.
Środek ciężkości - punkt przyłożenia siły ciężkości.
Siła to przyczyna zmiany warunków ruchu ciała człowieka lub jego części
Ramię siły odległość punktu obrotu ciała od kierunku danej siły. Np. klamka, dziadek do orzechów, klucz francuski, itp.
Przyspieszenie grawitacyjne to przyspieszenie ciał wynikające z przyciągania grawitacyjnego.
Grawitacja (siła grawitacji) to siła z jaką ziemia przyciąga ciała posiadające masę. Grawitacja ziemi wynosi 9,81 m/s2.
Tarcie to siła przeciwdziałająca do ruchu ciała.
Praca - Kiedy zachodzi praca? Gdy ciało poddane działaniu siły zostanie przesunięte na pewną odległość. Np. (przykład z zajęć) przenosząc worek z cementem z punktu A do punktu B wykonamy pracę. Jednak przenosząc worek z punktu A do punktu B i przenosząc go z powrotem do punktu A praca nie zostanie wykonana. Dlaczego? Bo pozostanie on w tym samym miejscu, jakim będzie punkt A.
Wzór na pracę: W = F . S
gdzie:
W - praca
F - siłą
S - przesunięcie (nazywane też wektorem przemieszczenia bądź wektorem przesunięcia).
Jednostka: [W]=N . m = J
Moc to zdolność do wykonania pracy w określonym czasie.
Wzór na moc: P=W/t (W dzielone na t)
gdzie:
P - moc
W - praca
t - czas
Jednostka: [P]= J/s (Dżul na sekundę)
Energia kinetyczna to energia związana z ruchem ciała.
Wzór na energię kinetyczną:
gdzie:
Ek - energia kinetyczna
m - masa
V - prędkość
Jednostka: [Ek] = kg . m2/s2 = N . m = J
Energia potencjalna to energia związana z wysokością ciała będącego w spoczynku.
Wzór na energię potencjalną:
gdzie: Ep = m . g . h
Ep - energia kinetyczna
m - masa
g - prędkość
h - wysokość
Jednostka: [Ep] = kg . m/s2 . m= N . m = J
Pęd to ruch obiektu fizycznego.
Punkt materialny to ciało, które ma masę, ale ma tak małe rozmiary, że stanowi punkt.
Wektor (wg T. Waldona - strzałka) - wielkość fizyczna zaznaczana w postaci strzałki mająca kierunek zwrot i jakąś wartość.
Skalar - wielkość fizyczna charakteryzowana przez wartość wyrażoną w odpowiedniej jednostce.
Zasada zachowania energii wiąże się z tym, że nic w przyrodzie tak naprawdę nie ginie.
Objaśnienie do rysunku:
Załóżmy, że u góry na półce leży cegła. Im wyżej ona leży, tym większą posiada energię potencjalną (1). W chwili, gdy energia potencjalna naszej cegły jest maksymalna na danym poziomie, to energia kinetyczna wynosi 0, dlatego, że cegła pozostaje w spoczynku.
Podczas, gdy zrzucimy naszą cegłę z półki nabierze ona prędkości i w chwili zetknięcia z ziemią (2) rozwinęła ona maksymalną prędkość. Maksymalną dlatego, że następne, co zajdzie to zatrzymanie cegły i jej odbicie. Co dalej za tym idzie, analogicznie, energia potencjalna naszej cegły spadnie do 0 dlatego, że energia potencjalna przekazana została na rzecz energii kinetycznej, a po drugie korzystając ze wzoru na energię potencjalną, jeżeli wysokość będzie wynosiła 0 to i energia potencjalna będzie zerowa.
Z drugiej strony, jeżeli stoimy z naszą cegłą na dole i nadamy jej energię kinetyczną, rzucając ją do góry na półkę, to jej prędkość w pewnej chwili zacznie maleć, a wraz ze wzrostem wysokości energia potencjalna zacznie rosnąć. Gdy cegła zatrzyma się na półce, energia kinetyczna spadnie do 0, gdyż przestanie się ona poruszać, a energia potencjalna znów osiągnie maksymalną wartość dla danej wysokości.
Wniosek? Energia potencjalna i kinetyczna są powiązane. Gdyż oddając energię kinetyczną uzyskujemy energię potencjalną i odwrotnie, oddając energię potencjalną uzyskujemy energię kinetyczną.
(1) Zakładamy to na takiej podstawie, że z im wyższej wysokości spadnie, tym większe narobi szkody.
(2) Poprzez zetknięcie rozumiemy ułamek sekundy, gdy już jej dotyka, ale jeszcze jest w ruchu. Jeszcze nie ulega zderzeniu ani zatrzymaniu przez podłoże.
Zadania na środek ciężkości. Jak rozwiązywać?
Tą tabelę należy wykuć na pamięć!
Segment ciała |
Położenie środka ciężkości |
% całkowitego ciężaru ciała |
Głowa i szyja |
„ucho” |
7 |
Tułów |
|
43 |
Ramię |
0,47 |
3 |
Przedramię |
0,42 |
2 |
Ręka |
0,5 |
1 |
Udo |
0,44 |
12 |
podudzie |
0,42 |
5 |
stopa |
0,5 |
2 |
1. Wpisujemy naszą bryłę w układ współrzędnych.
2. Wyznaczamy środki ciężkości każdego segmentu korzystając z tabeli Położenie środka ciężkości.
3. Odczytujemy współrzędne każdego ze środków ciężkości w formacie (X;Y).
4. Obliczamy masę każdego segmentu korzystając z tabeli
% całkowitego ciężaru ciała.
Wzór: m = masa całkowita . % całkowitego ciężaru ciała
5. Obliczamy ciężary każdego segmentu ciała
Wzór: Q = m . g
6. Następnie obliczamy Momenty Sił odrębnie dla OSI X oraz odrębnie dla OSI Y.
Wzór: M = Q . d
gdzie „d” stanowią współrzędne każdego ze środka ciężkości w zależności dla której osi wykonujemy obliczenia!
7. Sumujemy Momenty sił dla OSI X oraz odrębnie dla OSI Y.
8. Obliczamy całkowity ciężar naszej bryły. Aby to zrobić musimy policzyć ile segmentów ma nasza bryła i wszystkie ciężary dodać do siebie.
Q = Q1 + Q2 + Q3 + … Qn
9. Obliczamy współrzędną X oraz współrzędną Y na podstawie wzoru:
X |
Y |
Gdzie: X - współrzędna X, Mx - suma momentów sił dla osi X, Q - ciężar całej bryły; |
Gdzie: Y - współrzędna Y, My - suma momentów sił dla osi y, Q - ciężar całej bryły; |
10. Nanosimy nasz środek ciężkości na wykres.
Zadania na obliczanie środków ciężkości (przykłady z rozwiązaniami) znajdziesz tam:
są to pliki:
Biomechanika - zadania - Środek Ciężkości.doc
Biomechanika - zadania - Środek Ciężkości - część 2 - 8 zadań.doc
Wyszukiwarka