В последней записи я рассказала про плечо силы и момент силы. | Биомеханика спорта - А.В. Самсонова

В последней записи я рассказала про плечо силы и момент силы.

Напомню, плечо силы - это расстояние от центра вращения до линии действия силы. Плечо силы используется для анализа вращательных движений (все движения в человеческих суставах - вращательные).

Чаще всего в силовых упражнениях сила тяги мышц противодействует силе тяжести, и именно момент силы тяжести определяет нагрузку на мышцы человека. Как вы помните:

[момент силы тяжести (Н•м)] = [плечо силы тяжести (м)] • [сила тяжести (Н)]

Чтобы рассчитать плечо силы, необходимо найти точку ее приложения. Тогда можно будет начертить и линию действия силы.

В случае силы тяжести точка приложения силы называется центром тяжести. Хотя сила тяжести приложена ко всем частицам тела, ее моделируют как приложенную к одной точке - центру тяжести.

Центр тяжести (ЦТ) - это такая точка, относительно которой сумма положительных моментов силы тяжести равна сумме отрицательных моментов этой же силы.

Для твердых симметричных тел определить центр тяжести, как правило, не сложно - его центр будет совпадать с геометрическим центром фигуры.

Чтобы лучше понять определение ЦТ, представьте себе баскетбольный мяч. Центр тяжести мяча находится ровно посреди мяча. Чтобы удержать мяч на указательном пальце, нужно, чтобы середина мяча находилась строго над местом соприкосновения пальца с мячом - тогда сумма положительных и отрицательных моментов силы тяжести будет равна нулю, ведь место, где палец соприкасается с мячом - это центр вращения. Линия действия силы тяжести направлена вертикально вниз.

Чуть только мяч смещается в какую-либо сторону, он сразу падает.
Как только центр тяжести чуть смещается по горизонтали от центра вращения, плечо силы тяжести увеличивается, а следовательно, появляется момент силы тяжести (положительный или отрицательный), который заставляет мяч падать с пальца.

У штанги центр тяжести находится посреди грифа, при условии, что диски на штанге одинаковые с обеих сторон.

У гантелей ЦТ находится посреди ручки гантели.

В какой-то момент ученые поняли, что понятие центра тяжести неприменимо, если тело находится в невесомости. Было предложено новое понятие - центр масс.

Центр масс (ЦМ) твердого тела - особая точка, в которой пересекаются линии действия всех внешних сил. Если действующая на твердое тело сила проходит через его ЦМ, тело будет двигаться поступательно. Если действующая на твердое тело сила не будет проходить через его ЦМ, тело будет вращаться вокруг точки, проходящей через ЦМ тела.

Как видите, определение центра масс более общее, и оно учитывает взаимодействие со всеми внешними силами, а не только с силой тяжести.

Однако, практическая разница между центром тяжести и центром масс проявляется только в невесомости. В условиях наличия гравитации (например, на Земле) практической разницы нет, оба этих центра находятся в одной и той же точке.

У меня на сайте есть статья, где есть примеры нахождения центров тяжести для простых фигур (с картинками):
https://allasamsonova.ru/centr-mass-i-centr-tjazhesti-tela/

В следующий раз я расскажу про центры тяжести звеньев тела человека, и как они применяются при расчете нагрузки на мышцы человека при выполнении силовых упражнений.