Определение общего центра тяжести тела человека
Сила тяжести тела - это мера его притяжения к Земле (с учетом влияния вращения Земли). По величине сила тяжести равна массе тела, умноженной на ускорение свободного падения:
G = m • g , где
m - масса тела (кг);
g - ускорение свободного падения (ускорение тела, сообщаемое телу силой тяжести 9,81 м/с2).
G имеет гравитационную природу, приложена к телу и направлена к центру Земли. Точку приложения силы тяжести называют центром тяжести (ЦТ).
На каждое звено и на все тело человека всегда действует сила тяжести (как внешняя сила), вызванная притяжением и вращением Земли.
Когда тело покоится на опоре (или подвешено), тогда сила тяжести, приложенная к телу, прижимает его к опоре (или отрывает от подвеса). Это действие тела на опору (верхнюю или нижнюю) измеряется весом тела.
Вес тела (статический, Р) - это мера воздействия тела в покое на опору (или подвес), с которой тело (вследствие его притяжения к Земле) действует на опору или подвес.
Сила реакции опоры относится к силам упругости, и всегда направлена перпендикулярно поверхности. Она противостоит любой силе, которая заставляет тело двигаться перпендикулярно опоре. Для того чтобы рассчитать ее нужно выявить и узнать числовое значение всех сил, которые действуют на тело, стоящее на опоре.
Реакция опоры – это мера противодействия опоры при действии на неё тела, находящегося с ней в контакте (в покое или движении). Она равна силе действия тела на опору, направлена в противоположную сторону и приложена к этому телу.
Обычно человек, находясь на горизонтальной опоре, испытывает её противодействие своему весу. В этом случае опорная реакция, как и вес тела, направлена перпендикулярно опоре. Это нормальная реакция опоры. Если поверхность не плоская, то нормальная опорная реакция перпендикулярна плоскости, касательной к точке опоры.
Когда вес статический, то и реакция опоры статическая, по величине она равна статическому весу. Если человек на опоре движется с ускорением, направленным вверх, то к статическому весу добавляется сила инерции и возникает динамическая реакция опоры. Реакция опоры – сила пассивная (реактивная). Она не может сама по себе вызвать положительные ускорения. Но без неё, если нет опоры, если не от чего оттолкнуться (или притянуться), человек не может перемещаться. Если отталкиваться от горизонтальной опоры не строго вверх, то сила давления на опору приложена не под прямым углом к её поверхности. Тогда реакция опоры также не перпендикулярна поверхности, её можно разложить на нормальную и касательную составляющие. Когда соприкасающиеся поверхности ровные, без выступов, шипов и т.п. (асфальт и подошва ботинка), то касательная составляющая реакции опоры и есть сила трения.
Касательная реакция может быть обусловлена не только трением, но и другими взаимодействиями (например, шипы беговых туфель, вонзающиеся в дорожку). Равнодействующая нормальной реакции опоры и касательной называется общей реакцией опоры. Общая реакция опоры только при свободном неподвижном положении над опорой (или под опорой) проходит через ОЦТ человека. Во время движений отталкивания или амортизации она обычно не проходит через ОЦТ, образуя относительно него момент.
Сила трения – это мера противодействия движению тела, направленная по касательной к соприкасающимся поверхностям тел. Сила трения измеряется произведением нормального давления и коэффициентом трения:
^ T = NKтр; [T]= MLT ˉ²,
где Kтр – коэффициент трения.
Как видно по смыслу формулы, коэффициент трения – это отношение силы трения к силе нормального давления, которая прижимает трущиеся поверхности одну к другой.
Силы трения, направленные навстречу движению, тормозят его. Они вызывают отрицательное ускорение, совершают отрицательную работу. Силы трения, направленные одинаково с движением, не создают положительного ускорения, не совершают положительной работы. Они не дают точке контакта движущегося тела «проскальзывать» назад. Таким же образом действуют и опорные реакции. Как и силы трения, они обеспечивают опору телу человека при отталкивании. Без них невозможно отталкивание, но в самодвижущихся системах движущие силы не они.