10.4. Действие сил, обеспечивающих движения

Динамика – часть науки механики, в которой изучаются движения тел с учетом причин, вызывающих движение, т.е. действующих сил.

В принципиальном плане понятие динамики раскрывается основным уравнением динамики: F = ma, где F – действующая сила, m – масса (мера инертности) тела, a – ускорение движения.

Силы, действующие на физические тела, в том числе и на тело гимнаста, имеют несколько разновидностей. По отношению к телу гимнаста силы могут быть внешними и внутренними, активными и пассивными, о чем подробно говорится в курсе биомеханики. Ниже будут рассмотрены некоторые вопросы динамики гимнастических упражнений с учетом основных сил, действующих на тело гимнаста.

Одна из основных сил, действующих при выполнении гимнастических упражнений – сила тяжести Р. Эта сила – внешняя и может проявляться как активная (например, в первой половине большого оборота) и как пассивная (во второй половине этого упражнения). Другими внешними силами являются: сила реакции опоры – F_оп , сила инерции – F_ин , сила трения ладоней о снаряд – F_mp, упругие силы деформации снарядов – F _уп . Внутренними силами являются силы тяги мышц (активные силы), сопротивления трению в суставах, фасциях (пассивные силы). За счет активных внутренних сил изменяется взаимное расположение звеньев тела гимнаста, выполняются бросковые, хлестообразные и другие маховые и силовые упражнения.

Рассмотрим более подробно силы инерции и их проявления в прямолинейном и криволинейном движениях. В любом из них при наборе скорости, силы инерции пассивны (отрицательны), они препятствуют движению, как бы тормозят движение. И наоборот: в конце движения, при уменьшении его скорости, силы инерции становятся активными (положительными), они способствуют движению. При выполнении оборотовых движений, кроме указанных сил инерции, возникают центростремительная F_цс и центробежная F_цб силы инерции. Первая приложена к телу гимнаста (условно к центру масс – ЦМ), а вторая – к связям, удерживающим гимнаста на снаряде (например, к точкам хвата за гриф перекладины). Обе силы равны по величине и противоположны по направлению действия: F_цс – от периферии к центру, а F _цб – от центра к периферии.

Рис. 182

Рассмотрим в общих чертах динамику большого оборота на перекладине. На рис. 182 изображена идеализированная траектория движения ОЦМ тела гимнаста, выполняющего большой оборот. На окружности (на самом деле траектория несколько отличается от окружности) обозначены наиболее характерные точки расположения ОЦМ, в которых показаны основные действующие силы. В точке 1 практически действует только сила тяжести Р, остальными можно пренебречь, т.к. скорость вращения гимнаста в этой точке очень мала. В точках 2, 4, 6, 8 сила тяжести раскладывается на нормальную Р_н и касательную Р_к составляющие. Первая из них направлена по радиусу, она изгибает гриф перекладины, а вторая направлена по касательной к траектории и вызывает вращение тела (в первой половине оборота) и наоборот препятствует вращению – во второй половине оборота. В точках 1 и 5 вся сила тяжести направлена на деформацию грифа, а также соответственно на сжатие и растягивание тела гимнаста. В точках 3 и 7 сила тяжести создает максимальные моменты вращения тела, причем в точке 3 момент вращения положительный, а в точке 7– отрицательный. Точки 2 и 8 называются точками относительной невесомости тела, т.к. в них все силы практически уравновешены, поэтому здесь возможны отпускания и одновременные перехваты рук. В точке 5 меняется свой знак вращательная сила инерции F_и , она из пассивной (отрицательной) становится активной (положительной). В этой точке достигает наибольшей величины сила, отрывающая гимнаста от перекладины, т.к. здесь происходит сложение силы тяжести и центробежной силы инерции F_цб, величина которой зависит от массы тела гимнаста и скорости его вращения: F _цб. = = mw²R., т.к. v=wR

В качестве резюме к динамике гимнастических упражнений на примере большого оборота, еще раз обсудим действующие силы в одной из условных точек траектории движения ОЦМ гимнаста (по рис. 183). Например, в точке 4 действуют: сила тяжести Р, разложенная на нормальную Р_н и Р_к составляющие, F_и – вращательная сила инерции, направленная против движения, F _цс – центростремительная сила инерции, приложенная к ОЦМ. К этой точке также относится центробежная сила инерции F_цб, приложенная не к самому телу, а к связям, удерживающим тело (к грифу перекладины).

В приведенном примере подчеркивается сущность понятия динамики, в котором движение является следствием взаимодействия сил.

Работа и мощность при выполнении гимнастических упражнений

Механическая (физическая) работа гимнаста определяется по формуле А=FS, где А – работа, F – действующая сила, S– путь, пройденный телом под действием силы F. Работа измеряется в килограммометрах (кгм).

Величина работы, совершаемой гимнастом, зависит от ряда причин, главные из которых: структура упражнения, применяемая техника, физические данные гимнаста. Например, гимнаст, выполняющий подъем силой на кольцах, проделывает большую работу, чем при обычном подтягивании в висе, т.к. во втором случае больше путь, на котором преодолевается вес гимнаста.

Мощность определяется по формуле: N=, гдеN – мощность,

А – совершаемая работа, t – время, в течении которого выполняется работа. Выполнение многих гимнастических упражнений требует действий высокой мощности. К ним относятся современные опорные и акробатические прыжки, соскоки с многократными вращениями и др. Для выполнения таких упражнений гимнаст должен обладать высоким уровнем развития физических качеств, особенно силовых и скоростно–силовых.

Следует заметить, что несмотря на принципиальную возможность оценки двигательной деятельности гимнастов по показателям работы и мощности, в науке и практике по гимнастике используются другие критерии. В частности, скоростно–силовые качества гимнастов, где проявляется мощность, определяются показателями прыгучести, бегом на 20 м, быстротой лазания по канату и др. Физическую работу гимнастов принято оценивать опосредованно по количеству выполненных упражнений.