Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - страница 23

На рис. 2.19 человек стоит на напольных весах с намерением измерить собственный вес, т. е. силу «гравитация-человек» (ГЧ).

Рис. 2.19.Сила воздействия человека на весы. Хотя считается, что весы измеряют вес человека («сила тяжести-человек», СтЧ), на самом деле они регистрируют контакт «человек-весы» (ЧВ). Векторы СтЧ и ЧВ равны по величине, если человек не находится в контакте с чем-то еще

Естественно, весы измеряют не силу, действующую на человека, а силу, которая действует собственно на весы. На самом деле регистрируется сила воздействия человека на весы (ЧВ), весы измеряют вес человека (т. е. силу, с которой человек действует на весы). Вектор ЧВ всегда будет равным по величине и противоположным по направлению вектору силы реакции весов на человека (ВЧ).

Когда человек находится в равновесии, и ничего не касается, величины сил действия человека на весы и гравитации на человека равны, соответственно величины ВЧ и ГЧ тоже будут равны.

Разница между СтЧ и силой реакции ЧВ может оказаться очень значимой, если человек на весах касается еще чего-либо. Если взвешивающийся человек держит что-то, то его вес (СтЧ) не меняется, но контактные силы (ВЧ, ЧВ) увеличатся. Аналогичным образом все знакомы с феноменом, когда во время взвешивания в ванной легкое надавливание на стенку ванны вызывает уменьшение веса. Давление пальцев вниз вызывает реакцию стенки ванны вверх (СтЧ). Теперь, равнодействующая (-СтЧ) + (+СтЧ) дает сумму, меньшую, чем сама СтЧ. Контакт между человеком и стенкой ванны создал дополнительную силу реакции, действующую на человека и выражающуюся в мнимом уменьшении веса. Естественно, это не уменьшение СтЧ, а уменьшение ВЧ.

Поскольку весы на самом деле измеряют не вес человека, а силу реакции «человек-весы», ЧВ будет равна СтЧ только в том случае, когда на человека не действуют какие-либо посторонние силы. В данном примере силу реакции (ЧВ) игнорировать нельзя, так как она является переменной, представляющей наибольший интерес.

Когда существует состояние равновесия, все силы, действующие на предмет, сбалансированы (сумма всех сил, действующих на предмет, равна нулю). Если на предмет действуют несбалансированные силы, объекту обязательно придается ускорение. На рис. 2.20 показаны три человека, тянущих веревку.

Рис. 2.20.Неуравновешенность сил, действующих на веревку, создает ускорение веревки в направлении человека С

Участники А и В тянут веревку, каждый с силой = 10 кг. Участник С развивает силу в = 21 кг в противоположном, или отрицательном направлении. Все силы действуют на один и тот же объект (веревка), по одной линии и, соответственно, являются частями одной линейной системы сил. Поскольку контакт с веревкой осуществляют только люди (незначительным действием силы тяжести можно пренебречь, так как веревка очень легкая), то равнодействующая сил, действующих на веревку, R = (+10 кг) + (+10 кг) + (-21 кг) = -1 кг. Чистый эффект воздействия на веревку равен 1 кг; он направлен в левую сторону и заставляет веревку двигаться с ускорением в этом направлении. Как только предмет начинает ускоряться, возникают новые силы, и кинетический анализ становится значительно сложнее. Мы будем придерживаться довольно простого (даже упрощенного) подхода, который не включает в себя более сложных понятий динамики.

2.5.1. Закон ускорения Ньютона

Величина ускорения движущегося предмета определяется вторым законом Ньютона, или законом ускорения. Второй закон Ньютона гласит, что ускорение предмета пропорционально действующей на него неуравновешенной силе и обратно пропорционально массе предмета:

a = F/m,

т. е. если на предмет с постоянной массой (m) оказывается давление (F), то оно вызовет ускорение (а). Толчок (или давление), оказываемый на предмет с большой массой, вызовет меньшее ускорение, чем такое же давление, оказанное на предмет с меньшей массой. Акселерация может наблюдаться как изменение скорости объекта, как изменение направления его движения, или как оба явления одновременно. Из закона ускорения видно, что инерция, т. е. сопротивление, предмета попытке изменить его движение (ускорение) пропорциональна массе тела или предмета. Чем больше масса предмета, тем большая сила требуется для того, чтобы сдвинуть его или изменить характер движения. Очень крупная женщина в кресле-каталке обладает большей энергией, чем маленькая; для того чтобы придать креслу одинаковое ускорение, санитару придется приложить большее усилие, чтобы сдвинуть с места кресло с крупной женщиной, чем с маленькой.