Динамические характеристики

Все движения человека изменяются по величине, направлению и скорости. Причиной этих изменений являются действующие на биосистему внешние и внутренние силы. Для анализа механизма движений биосистемы исследуют динамические характеристики, к ним относят инерционные характеристики (свойства тела человека и др. тел)

Инертность - это свойство тела или его частей сохранять свое внутреннее состояние, состояние движения или состояние покоя. Под инерцией внутреннего состояния системы подразумевается напряжение мышц (упругие деформации мышц), температура тела и т.п. Инерция покоя оценивается массой тела, измеряемой отношением величины приложения силы к вызываемому им ускорению:

Инерция движения тела определяется величиной силы необходимой для остановки тела и направленной противоположно движению:

Сила - это мера механического действия одного тела на другое. Числено определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой.

При вращательном движении инертность тела определяется моментом инерции, равным произведению массы тела на квадрат радиуса вращения.

Действие силы определяется моментом силы, равным произведению величины силы на ее плечо:

Ускорение, приобретенное телом, прямо пропорционально действующей силе и обратно пропорционально его инертности:

- линейное ускорение a = F / m;

- угловое ускорение:

Поскольку ускорение есть изменение скорости в единицу времени:

отсюда следует:

Значит, изменение скорости тела зависит от величины силы и времени ее действия (t). Следовательно, можно выделить биомеханические характеристики:

- импульс силы:

- импульс момента силы

где D t = tk - tн - интервал времени от начала до окончания действия силы;

- средние величины силы вращающего момента.

Импульс силы - это мера воздействия силы на твердое тело за данный промежуток времени (в поступательном движении).

Импульс момента силы - это мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вращательном движении)

Вследствие воздействия импульса силы или момента силы тело изменяет свое движение или состояние. Эти изменения определяются количеством движения и кинетическим моментом. Количество движения - это мера поступательного движения, она определяется произведение массы тела на его скорость:

Кинетический момент - это мера вращательного движения, она определяется произведением момента инерции тела относительно оси вращения на его скорость.

Энергетические характеристики показывают, как изменения скорости движения и положения тела изменяют его энергетическое состояние. При движениях тело совершает работу. Механическая работа равна произведению силы на перемещение:

Для оценка силы определяют ее мощность, характеризующую быстроту выполнения работы. Мощность силы - это мера эффективности работы, т.е. быстроты выполнения работы, определяется следующим образом:

Энергия - это запас работоспособности системы. Кинетическая энергия механического движения тела определяет возможность совершения работы.

Потенциальная энергия тела - это энергия его положения, обусловленная взаимным расположением тел или частей тела; это энергия состояния тела, обусловленная внутренним напряжением мышц, температурой тела и др.

где g = 9,8 м/с2 - ускорение свободно падающего тела, h - высота центра масс тела над поверхностью земли, С - модуль упругости, D l - упругая деформация тела.

Полная энергия движущегося тела равна сумме его потенциальной и кинетической энергии в поступательном в вращательном движениях:

Экономичность двигательного аппарата человека характеризуется рядом показателей, в том числе коэффициентом механической эффективности:

где Е - количество метаболической энергии, N - скорость ее расходования, А - энергетическая стоимость метра пути или единицы полезной работы.

- пульсовая стоимость метра пути или единицы полезной работы, например для бега:

Пульсовую стоимость легче измерить, чем энергетическую и, в некоторых случаях, пульсовая стоимость информативнее энергетической.

Биомеханические характеристики являются одним из основных вопросов биомеханики. Без их усвоения нельзя рассчитывать на успех в изучении и практическом применении биомеханики.

Дата добавления: 2015-05-09