Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - страница 21
Закон инерции Ньютона (или закон равновесия) можно переформулировать. Для равновесия объекта сумма действующих на него сил должна быть равна 0 (ΣF = 0) или F>1 = F>2, либо сила воздействия (|F>1|) должна быть по модулю равна силе противодействия (|F>2|), т. е. (|F>1|) = |F>2|. Объект не может находиться в равновесии, если на него действует только одна сила, поскольку ей будет нечего противопоставить. Если сила существует, она имеет некую величину, и эта величина нулю равняться не может.
2.4.2. Определение равновесия предмета
Используя то, что узнали, мы можем объяснять все силы, действующие на тело в состоянии покоя. На рис. 2.15 показана лежащая на столе книга. Допустим, что книга находится в равновесии (лежит на столе и находится в состоянии покоя). Теперь мы можем объяснить характер и величину всех действующих на книгу сил (заметим, что сейчас мы говорим о книге, но не о столе).
1. Сила тяжести воздействует на все предметы. Таким образом, сила тяжести должна действовать на книгу и ее ЦТ с величиной, пропорциональной массе книги, т. е. вектор ГК = силе тяжести книги.
Поскольку предмет, на который действует всего одна сила, в равновесии быть не может, то на книгу должна действовать как минимум еще одна сила.
2. Как только происходит соприкосновение предметов, каждый из них действует на другой с некоторой силой. Книга находится в контакте со столом, соответственно стол должен воздействовать с силой на книгу противонаправленной, или силой сопротивления (противодействия) (СК = «стол-книга»).
Как показано на рис. 2.16, книги больше ничто не касается, поэтому сил, которые можно было бы рассматривать, нет.
Рис. 2.16.Векторы равновесия: — «сила тяжести-книга»(ГК) и «стол-книга» (СК)
Поскольку векторы ГК и СК приложены к одному предмету и их линии действия лежат на одной прямой, ГК и СК являются частью линейной системы сил. Чтобы не путаться в рисунках, векторы с совпадающими точками приложения изображаются так, как будто они находятся рядом друг с другом. Линейная система сил существует всегда, когда две и более сил действуют на один и тот же предмет по одной линии. Если векторы продолжить, они накладываются друг на друга. Векторы, накладывающиеся друг на друга, но относящиеся к разным объектам, не могут быть частями одной и той же линейной системы. Поскольку линейные силы вызывают поступательное движение, величинам линейных СИЛ присвоены знаки, согласно правилам, ранее описанным для сил поступательного движения. Силы, действующие вверх или вправо, считаются положительными, силы, направленные вниз или влево, считаются отрицательными (в системе координат). Векторы противоположных направлений всегда должны иметь величины с противоположным знаком. Чистый эффект, или равнодействующую всех сил, являющихся частями линейной системы сил, можно определить, вычислив арифметическую сумму всех сил системы с учетом знака «+» или «-». Чтобы сумма сил «книга-стол» и «стол-книга» равнялась нулю, эти силы должны быть равны и противоположны по направлению. Если вес книги 1 кг, то ГК = -1 кг, соответственно величина вектора СК будет равна +1 кг.
Таким образом, абсолютные значения сил равны:
I -1 кг I = I +1 кг I.
Теперь обратим внимание на стол на рис. 2.17.
Рис. 2.17.Силы, создающие равновесие стола:
>ГТ — «сила тяжести-стол»; КС — «книга-стол»; ПС = ПС1 + ПС2 + ПС3 + ПС4 — «пол-стол»; СП — «стол-пол» является силой реакции на ПС и непосредственного эффекта на равновесие стола не оказывает
Равновесие стола можно оценить аналогичным образом. На стол действует сила тяжести и книга. Сила тяжести, действующая на стол, направлена вниз (ГТ), равна весу стола и приложена к его ЦТ. Предположим, стол весит 9 кг. Соответственно, величина силы тяжести равна -9 кг. Поскольку стол в контакте с книгой, книга тоже в контакте со столом. Эти «контакты» равны по величине и противоположны по направлению, но приложены к разным объектам контакта (закон реакции). Таким образом, сила «книга-стол» равна по величине и противоположна по направлению вектору СК. Соответственно, КС должна быть -1 кг.