Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - страница 27
ΣF>v = 0;
ΣF>н = 0.
Мы объяснили суммарное действие горизонтальных сил, но пренебрегли суммой сил вертикальных. Идентифицировав только гравитационные вертикальные силы (направленные вертикально вниз), мы не учитывали вертикальное ускорение ноги в примере с тягой. Даже если мы правильно пренебрегли совершенно незначительным весом веревки, то действие силы тяжести на ногу рассматривать все же следует. Мы могли компенсировать GL за счет положения ноги на постели (что создает контактную направленную вверх силу «постель-нога»), а могли потенциально ввести и новую силу, силу трения.
Сила трения (F>N) потенциально существует при любом контакте двух предметов. Результатом контакта являются силы реакции, действующие на каждый из двух соприкасающихся предметов. Чтобы сила трения обладала размерностью (величиной), необходима какая-то еще одна сила, перемещающая или пытающаяся переместить один предмет по другому. Такая сила известна под названием «сила смещения». По определению, сила смещения (компонент силы) — это такая сила, которая действует параллельно контактным поверхностям в направлении движения, или его попытки. Величина силы трения — это функция силы контакта между предметами, в зависимости от гладкости или шероховатости контактных поверхностей, и если предметы не двигаются, величины собственно силы сдвига.
Когда два контактируемых предмета не движутся, но на один предмет действует сила смещения, которая пытается сместить предмет по другому, находящемуся ниже, то величина силы трения равна силе сдвига. Сила трения в этом случае называется силой трения покоя. Максимальная сила трения равна силе трения скольжения. Таким образом,
F>N <= μ>s∙N.
Коэффициент трения покоя есть величина постоянная для данного данного контакта предметов. Например, μ>s трения льда по льду примерно 0,05, μ>s трения дерева по дереву — примерно 0,25. Чем мягче и грубее трущиеся поверхности, тем выше μ>s. Сила реакции трения покоя (N) увеличивается вместе с силой контакта смежных объектов. Чем больше сила контакта и грубее соприкасающиеся поверхности, тем выше максимальная потенциальная сила трения. Когда мы трем руки друг о друга, чтобы согреть их, то согреваются обе ладони (силы трения существуют как для правой, так и для левой руки). Если мы хотим увеличить трение, мы при трении прижимаем ладони друг к другу сильнее (увеличиваем силу контакта). С увеличением давления возрастает сила контакта между ладонями и увеличивает максимальное значение силы трения (коэффициент трения остается тем же, поскольку кожа трется о кожу).
Трение рассматривается как максимальная потенциальная сила, потому что ее величина проявляется только при «активации», т. е. попытке двигать один предмет по другому. На рис. 2.25,а большой ящик, весящий 100 кг, стоит на полу.
Рис. 2.25.На ящик действуют сила тяжести (СТ) и «пол-ящик» (ПЯ). Сила трения не существует, поскольку на данный момент не имеет размерности (a). Сила человека, толкающего ящик (ЧЯ), создает противодействующую силу трения (F>N) (b)
Оценивая равновесие ящика, его максимальная потенциальная сила трения (F>N) является произведением коэффициента трения покоя деревянного ящика по деревянному полу (0,25) и силы контакта или реакции «пол-ящик» (ПЯ) в 100 кг:
F>N <= 0,25 х 100;
F>N <= 25 кг.
Если никакие другие силы на ящик не действуют, то трение отсутствует. Однако если в направлении влево прикладывается внешняя движущая сила (человек толкает ящик), величина трения увеличивается, чтобы уравновесить или противостоять величине силы сдвига (рис. 2.25,b). В этом случае трение может увеличиваться только до силы в 25 кг, направленной вправо; сила сдвига, превышающая 25 кг, вызовет ускорение ящика влево, поскольку влево уже будет направлена абсолютная величина неуравновешенной силы. Заметим, что на горизонтальное равновесие ящика влияют только силы, действующие на него горизонтально.
Когда объект приходит в движение, трение между двумя объектами становится величиной постоянной, равной произведению силы реакции и коэффициента кинетического трения (μ