Μονάδες δύναμης. Δυναμόμετρο
Τώρα που προσδιορίστηκαν οι ιδιότητες της δύναμης και οι μέθοδοι μέτρησής της, ας επιστρέψουμε στο δεύτερο πειραματικό αποτέλεσμα (§ 43) και ας προσδιορίσουμε την ποσοτική σχέση μεταξύ δύναμης και επιτάχυνσης.
Χονδρικά, μια τέτοια σύνδεση μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας την ήδη γνώριμη εμπειρία με ένα καρότσι που κινείται από ένα φορτίο (Εικ. 2.28). Για να προσδιορίσουμε τις επιταχύνσεις, θα τοποθετήσουμε ένα σταγονόμετρο στο καρότσι, το οποίο θα μας επιτρέπει να επισημαίνουμε τις θέσεις του καροτσιού σε τακτά χρονικά διαστήματα.
Για να αλλάξουμε τη δύναμη που ασκείται σε ολόκληρο το κινούμενο σύστημα, θα κάνουμε πολλά ίδια φορτία.Όλο το σύστημα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα πολύπλοκο σώμα που αποτελείται από πολλά μέρη,
κινείται με επιταχύνσεις ίσες σε μέγεθος (καρότσι με σταγονόμετρο και φορτίο) Για να διασφαλίσουμε ότι οι αδρανείς ιδιότητες του συστήματος είναι ίδιες σε όλα τα πειράματα, θα τοποθετήσουμε μερικά από τα φορτία στο κύπελλο και τα υπόλοιπα στο καρότσι.
Εάν τοποθετηθεί μόνο ένα βάρος στο κύπελλο, τότε ολόκληρο το σύστημα θα τεθεί σε κίνηση από μια δύναμη ίση με τη δύναμη της βαρύτητας που ασκεί σε αυτό. Εάν τοποθετηθούν δύο ή τρία τέτοια βάρη στο κύπελλο, τότε η δύναμη που προκαλεί την κίνηση θα αυξηθεί αντίστοιχα δύο ή τρεις φορές. Μετρώντας τις αποστάσεις μεταξύ των σημαδιών που αφήνει το σταγονόμετρο κατά τη διάρκεια κάθε τέτοιου πειράματος, είναι δυνατό για όλες τις περιπτώσεις να υπολογιστούν οι επιταχύνσεις που συμβαίνουν στο σώμα υπό την επίδραση διαφορετικών δυνάμεων.
Έχοντας πραγματοποιήσει τέτοια πειράματα, θα πειστούμε ότι η επιτάχυνση του καροτσιού αυξάνεται σε ευθεία αναλογία με τις δρώντες δυνάμεις, δηλ.
Φυσικά, η εμπειρία μας είναι πολύ τραχιά, αλλά παρόμοια πειράματα πραγματοποιήθηκαν με πολύ ακριβείς μετρήσειςδυνάμεις και επιταχύνσεις, επιβεβαιώνουν πάντα το αποτέλεσμα: οι επιταχύνσεις στην κίνηση των σωμάτων είναι ευθέως ανάλογες με τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτά:
οι κατευθύνσεις των επιταχύνσεων που προκύπτουν συμπίπτουν με τις κατευθύνσεις των ενεργών δυνάμεων 1).
Στο πείραμά μας, το καρότσι έκανε μια γραμμική κίνηση. Η δύναμη, που προκάλεσε μια αλλαγή στη μονάδα ταχύτητας, δημιούργησε μόνο εφαπτομενική επιτάχυνση. Χρησιμοποιώντας απλά πειράματα, μπορεί κανείς να πειστεί ότι η ίδια σχέση μεταξύ δύναμης και επιτάχυνσης παραμένει αληθινή για κανονικές επιταχύνσεις.
Τοποθετούμε τη σφαίρα σε ένα αυλάκι στερεωμένο στον άξονα μιας φυγοκεντρικής μηχανής και τη συνδέουμε με ένα φορτίο με ένα νήμα (Εικ. 2.29). Ας κάνουμε το αυτοκίνητο να περιστρέφεται με σταθερό αριθμό στροφών ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτή την περίπτωση, η μπάλα, εάν βρίσκεται σε απόσταση από τον άξονα περιστροφής,
θα αποκτήσει κάποια ταχύτητα και κανονική επιτάχυνση
Για να κρατηθεί η σφαίρα σε αυτόν τον κύκλο, το νήμα πρέπει να τεντωθεί και να ενεργήσει πάνω του με κάποια δύναμη.Η δύναμη τάνυσης θα δημιουργηθεί από ένα φορτίο που προσαρμόζεται στο άκρο του νήματος που περνά μέσα από ένα σωλήνα στον άξονα του φυγόκεντρου μηχανή. Αυτή η δύναμη είναι που θα δημιουργήσει κανονική (κεντρομόλο) επιτάχυνση, προκαλώντας την κίνηση της μπάλας σε κύκλο. Ρύθμιση ταχύτηταςμια μπάλα που κινείται σε κύκλο θα αντιστοιχεί σε μια πολύ σαφή δύναμη. Εάν αυξήσετε τον αριθμό των στροφών, δηλαδή αυξήσετε την κανονική επιτάχυνση, τότε για να κρατήσετε την μπάλα σε έναν δεδομένο κύκλο θα πρέπει να αυξήσετε αντίστοιχα τη δύναμη τάνυσης του νήματος.
Οι επιταχύνσεις των σωμάτων καθορίζονται από τις δυνάμεις που ασκούν πάνω τους. Μόλις μάθουμε να μετράμε τη δύναμη και γνωρίζουμε καταρχήν πώς να προσδιορίζουμε την επιτάχυνση, μπορούμε να απαντήσουμε κύριο ερώτημα: «Πώς εξαρτάται η επιτάχυνση ενός σώματος από τις δυνάμεις που ασκούν πάνω του;»
Πειραματικός προσδιορισμός της εξάρτησης της επιτάχυνσης από τη δύναμη
Είναι αδύνατο να διαπιστωθεί πειραματικά η σύνδεση μεταξύ επιτάχυνσης και δύναμης με απόλυτη ακρίβεια, αφού οποιαδήποτε μέτρηση δίνει μια κατά προσέγγιση τιμή της μετρούμενης τιμής. Αλλά μπορείτε να παρατηρήσετε τη φύση της εξάρτησης της επιτάχυνσης από τη δύναμη με τη βοήθεια απλών πειραμάτων. Ήδη απλές παρατηρήσεις δείχνουν ότι όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη, τόσο πιο γρήγορα αλλάζει η ταχύτητα του σώματος, δηλαδή τόσο μεγαλύτερη είναι η επιτάχυνσή του. Είναι φυσικό να υποθέσουμε ότι η επιτάχυνση είναι ευθέως ανάλογη της δύναμης. Κατ' αρχήν, φυσικά, η εξάρτηση της επιτάχυνσης από τη δύναμη μπορεί να είναι πιο περίπλοκη, αλλά πρώτα πρέπει να δούμε αν η απλούστερη υπόθεση δεν είναι αληθινή.
Είναι καλύτερο να μελετήσετε τη μεταφορική κίνηση ενός σώματος, για παράδειγμα μιας μεταλλικής ράβδου, σε μια οριζόντια επιφάνεια ενός τραπεζιού, καθώς μόνο κατά τη μεταφορική κίνηση η επιτάχυνση όλων των σημείων είναι ίδια και μπορούμε να μιλήσουμε για μια ορισμένη επιτάχυνση του σώμα ως σύνολο. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, η δύναμη τριβής στο τραπέζι είναι μεγάλη και, το πιο σημαντικό, είναι δύσκολο να μετρηθεί με ακρίβεια.
Επομένως, ας πάρουμε ένα καρότσι με ελαφρούς τροχούς και ας το τοποθετήσουμε στις ράγες. Τότε η δύναμη τριβής είναι σχετικά μικρή και η μάζα
Ρύζι. 2.14
Χ
Q
Ο
Ρύζι. 2.13 το βάρος των τροχών μπορεί να παραμεληθεί σε σύγκριση με τη μάζα του καροτσιού που κινείται προς τα εμπρός (Εικ. 2.13).
Αφήστε μια σταθερή δύναμη να ενεργήσει στο καρότσι από μια χορδή στο άκρο της οποίας είναι στερεωμένο ένα φορτίο. Ο συντελεστής δύναμης μετριέται με δυναμόμετρο ελατηρίου. Αυτή η δύναμη είναι σταθερή, αλλά κατά τη διάρκεια της κίνησης δεν είναι ίση με τη δύναμη με την οποία η Γη έλκει ένα αιωρούμενο φορτίο. Είναι πολύ δύσκολο να μετρήσετε απευθείας την επιτάχυνση ενός καροτσιού προσδιορίζοντας τη μεταβολή της ταχύτητάς του σε ένα μικρό χρονικό διάστημα. Μπορεί όμως να εκτιμηθεί μετρώντας το χρόνο t που χρειάστηκε το καρότσι για να διανύσει το μονοπάτι s.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι υπό τη δράση μιας σταθερής δύναμης, η επιτάχυνση είναι επίσης σταθερή, καθώς καθορίζεται μοναδικά από τη δύναμη, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε κινηματικούς τύπους για ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση. Με αρχική ταχύτητα μηδέν,
στο ~2~ όπου και ¦ Ως εκ τούτου
συντεταγμένες έναρξης και τέλους του σώματος. 2s
(2.5.1) Είναι αμέσως προφανές στο μάτι ότι το καρότσι ανεβάζει ταχύτητα πιο γρήγορα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη που ασκείται σε αυτό. Οι προσεκτικές μετρήσεις της δύναμης και των συντελεστών επιτάχυνσης δείχνουν μια άμεση αναλογία μεταξύ τους:
α ~ Φ.
Υπάρχουν άλλα πειράματα που επιβεβαιώνουν αυτή τη σύνδεση. Εδώ είναι ένα από αυτά. Ένας τεράστιος κύλινδρος (Εικ. 2.14) είναι εγκατεστημένος σε μια πλατφόρμα. Εάν η πλατφόρμα περιστρέφεται, ο κύλινδρος, υπό τη δράση ενός τεντωμένου νήματος, αποκτά κεντρομόλο επιτάχυνση, η οποία μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί από την ακτίνα περιστροφής R και τον αριθμό των στροφών ανά δευτερόλεπτο n:
a = 4 K2n2R.
Θα βρούμε τη δύναμη από τις ενδείξεις του δυναμομέτρου. Αλλάζοντας τον αριθμό των στροφών και συγκρίνοντας F και a, βεβαιωνόμαστε ότι F ~ a.
Εάν σε ένα σώμα ενεργούν πολλές δυνάμεις ταυτόχρονα, τότε η μονάδα επιτάχυνσης του σώματος θα είναι ανάλογη με τη μονάδα του γεωμετρικού αθροίσματος όλων αυτών των δυνάμεων, ίση με:
F = Fj + F2+ ... . (2.5.2)
->
Τα διανύσματα a και F κατευθύνονται κατά μήκος μιας ευθείας προς την ίδια κατεύθυνση:
a ~ F. (2.5.3)
Αυτό φαίνεται στο πείραμα με ένα καρότσι: η επιτάχυνση του καροτσιού κατευθύνεται κατά μήκος του νήματος που είναι προσαρτημένο σε αυτό.
Τι είναι η αδράνεια;
Σύμφωνα με τη Νευτώνεια μηχανική, η δύναμη καθορίζει μοναδικά την επιτάχυνση ενός σώματος, αλλά όχι την ταχύτητά του. Πρέπει να το φανταστείτε πολύ καθαρά. Η δύναμη δεν καθορίζεται από την ταχύτητα, αλλά από το πόσο γρήγορα αλλάζει. Επομένως, ένα σώμα σε ηρεμία θα αποκτήσει μια αξιοσημείωτη ταχύτητα υπό την επίδραση μιας δύναμης μόνο σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα.
mm
Η επιτάχυνση συμβαίνει αμέσως, ταυτόχρονα με την έναρξη της δύναμης, αλλά η ταχύτητα αυξάνεται σταδιακά. Ακόμη και μια πολύ ισχυρή δύναμη δεν είναι σε θέση να προσδώσει αμέσως σημαντική ταχύτητα σε ένα σώμα. Αυτό απαιτεί χρόνο. Για να σταματήσει ένα αμάξωμα, είναι και πάλι απαραίτητο η δύναμη πέδησης, όσο μεγάλη κι αν είναι, να δράσει για κάποιο χρονικό διάστημα.
Είναι αυτά τα γεγονότα που εννοούνται όταν λένε ότι τα σώματα είναι αδρανή. Ας δώσουμε παραδείγματα απλών πειραμάτων στα οποία η αδράνεια των σωμάτων εκδηλώνεται πολύ καθαρά.
1. Μια ογκώδης μπάλα κρεμιέται σε μια λεπτή κλωστή, με την ίδια ακριβώς κλωστή δεμένη σε αυτήν από κάτω (Εικ. 2.15). Εάν τραβήξετε αργά το κάτω μέρος Εικ. 2.15
νήμα, τότε, όπως ήταν αναμενόμενο, το πάνω νήμα σπάει. Εξάλλου, επηρεάζεται τόσο από το βάρος της μπάλας όσο και από τη δύναμη με την οποία τραβάμε την μπάλα προς τα κάτω. Ωστόσο, αν τραβήξετε το κάτω νήμα πολύ γρήγορα, θα σπάσει, κάτι που με την πρώτη ματιά είναι αρκετά περίεργο. Αλλά είναι εύκολο να εξηγηθεί. Όταν τραβάμε αργά την κλωστή, η μπάλα σταδιακά χαμηλώνει τεντώνοντας την πάνω κλωστή μέχρι να σπάσει.
Με ένα γρήγορο τράνταγμα με μεγάλη δύναμη, η μπάλα λαμβάνει μεγάλη επιτάχυνση, αλλά η ταχύτητά της δεν έχει χρόνο να αυξηθεί σε σημαντικό βαθμό κατά τη διάρκεια αυτής της σύντομης χρονικής περιόδου κατά τη διάρκεια της οποίας το κάτω νήμα τεντώνεται πολύ, οπότε είναι αυτό που σπάει, και το πάνω νήμα τεντώνεται λίγο και παραμένει ολόκληρο.
Ένα ενδιαφέρον πείραμα ήταν με ένα μακρύ ραβδί κρεμασμένο σε χάρτινους δακτυλίους (Εικ. 2.16). Εάν χτυπήσετε απότομα το ραβδί με μια σιδερένια ράβδο, το ραβδί σπάει, αλλά οι χάρτινοι δακτύλιοι παραμένουν αλώβητοι. Προσπαθήστε να εξηγήσετε αυτή την εμπειρία μόνοι σας.
Ένα ακόμα πιο απλό πείραμα μπορεί να γίνει στο σπίτι. Η ιδέα του πειράματος είναι ξεκάθαρη από το σχήμα 2.17. Το αριστερό μέρος του σχήματος αντιστοιχεί στην κατάσταση όταν v = const ή a = 0. Στη δεξιά πλευρά του σχήματος v Ф const, δηλ. a Ф 0.
Ρύζι. 2.16
Ρύζι. 2.17
Τέλος, ίσως η πιο εντυπωσιακή εμπειρία. Εάν πυροβολήσετε σε ένα άδειο πλαστικό δοχείο, η σφαίρα θα αφήσει τρύπες στους τοίχους, αλλά το δοχείο θα παραμείνει άθικτο. Εάν πυροβολήσετε στο ίδιο δοχείο γεμάτο με νερό, το σκάφος θα σπάσει σε μικρά κομμάτια. Αυτό το πειραματικό αποτέλεσμα εξηγείται ως εξής. Το νερό είναι πολύ λίγο συμπιέσιμο και μια μικρή αλλαγή στον όγκο του οδηγεί σε απότομη αύξηση της πίεσης. Όταν μια σφαίρα μπαίνει στο νερό πολύ γρήγορα, τρυπώντας τα τοιχώματα του σκάφους, η πίεση αυξάνεται απότομα. Λόγω της αδράνειας του νερού, η στάθμη του δεν προλαβαίνει να ανέβει και η αυξημένη πίεση σχίζει το δοχείο σε κομμάτια.
Μερικές φορές λέγεται ότι λόγω αδράνειας, ένα σώμα «αντίσταται» στις προσπάθειες αλλαγής της ταχύτητάς του. Αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Ένα σώμα αλλάζει πάντα ταχύτητα υπό την επίδραση μιας δύναμης, αλλά η αλλαγή ταχύτητας απαιτεί χρόνο. Όπως τόνισε ο J. Maxwell, το να μιλάμε για την αντίσταση του οργανισμού στις προσπάθειες αλλαγής της ταχύτητάς του είναι τόσο λάθος όσο να πούμε ότι το τσάι «αντέχει» να γίνει γλυκό. Απλώς χρειάζεται λίγος χρόνος για να διαλυθεί η ζάχαρη.
Μηχανικοί νόμοι και καθημερινή εμπειρία
Η κύρια δήλωση της μηχανικής είναι αρκετά σαφής και όχι περίπλοκη. Ταιριάζει στη συνείδησή μας χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία. Εξάλλου, από τη γέννησή μας ζούμε σε έναν κόσμο σωμάτων των οποίων η κίνηση υπακούει στους νόμους της Νευτώνειας μηχανικής.
Αλλά μερικές φορές οι ιδέες που αποκτήθηκαν από την εμπειρία της ζωής μπορεί να αποτύχουν. Έτσι, η ιδέα ότι η ταχύτητα ενός σώματος κατευθύνεται προς την ίδια κατεύθυνση που κατευθύνεται η δύναμη που ασκείται σε αυτό είναι πολύ ριζωμένη. Στην πραγματικότητα, η δύναμη δεν καθορίζει την ταχύτητα, αλλά την επιτάχυνση του σώματος και η κατεύθυνση της ταχύτητας και της δύναμης μπορεί να μην συμπίπτουν. Αυτό φαίνεται ξεκάθαρα στο Σχήμα 2.18.
Όταν ένα σώμα κινείται υπό γωνία προς τον ορίζοντα, η δύναμη της βαρύτητας κατευθύνεται πάντα προς τα κάτω και η ταχύτητα που εφάπτεται στην τροχιά σχηματίζει μια ορισμένη γωνία με δύναμη, η οποία αλλάζει κατά τη διάρκεια της πτήσης του σώματος.
Η κατεύθυνση της δύναμης συμπίπτει με την κατεύθυνση της ταχύτητας μόνο στην ειδική περίπτωση της ευθύγραμμης κίνησης με την ταχύτητα να αυξάνεται σε απόλυτη τιμή.
Το κύριο γεγονός για τη δυναμική έχει διαπιστωθεί: η επιτάχυνση ενός σώματος είναι ευθέως ανάλογη με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό.
1. Το νήμα στο οποίο κρέμεται η μπάλα εκτράπηκε από μια συγκεκριμένη γωνία και ελευθερώθηκε. Πού κατευθύνεται το αποτέλεσμα των δυνάμεων που ασκούνται στη μπάλα τη στιγμή που το νήμα είναι κατακόρυφο;
2. Σχεδιάστε ένα μικρό κύκλο στο πάτωμα και κάντε έναν διαγωνισμό. Κάθε συμμετέχων περπατά γρήγορα σε ευθεία γραμμή προς τον κύκλο, κρατώντας στο χέρι του μπάλα τένις. Ο στόχος είναι να απελευθερώσετε την μπάλα από τα χέρια σας στον κύκλο. Αυτός ο διαγωνισμός θα δείξει ποιος από εσάς καταλαβαίνει καλύτερα την ουσία της Νευτώνειας μηχανικής. Ρύζι. 2.18
Περισσότερα για το θέμα § 2.5. ΣΧΕΣΗ ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΗΣ:
- Οι συντάκτες της Διακήρυξης είδαν μια στενή σύνδεση μεταξύ των «φυσικών και αναπαλλοτρίωτων δικαιωμάτων του ανθρώπου».
- Οι ερευνητές σωστά σημειώνουν ότι η σίτιση ενίσχυε τους δεσμούς μεταξύ των ηγεμόνων και των υποτελών τους και συνέβαλε σε
- § 6. Αιτιώδης σχέση μεταξύ μιας κοινωνικά επικίνδυνης ενέργειας (αδράνειας) και των κοινωνικά επικίνδυνων συνεπειών που συμβαίνουν
Το κύριο καθήκον της μηχανικής είναι να αναζητήσει τους νόμους της μηχανικής κίνησης ενός σώματος υπό την επίδραση των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό. Βρέθηκε πειραματικά ότι σε ταχύτητες vc, Οπου ντο- την ταχύτητα του φωτός στο κενό, υπό την επίδραση της δύναμης φάένα ελεύθερο σώμα αλλάζει την ταχύτητα της μεταφορικής του κίνησης, κινούμενο με επιτάχυνση ένακαι τη σύνδεση δύναμης φάκαι επιτάχυνση έναγραμμικός:
ένα = κ 1 φά,
Οπου κ 1 - ένας θετικός συντελεστής αναλογικότητας ανάλογα με την επιλογή των μονάδων δύναμης και επιτάχυνσης, σταθερός για κάθε συγκεκριμένο σώμα, αλλά διαφορετικός για διαφορετικά σώματα.
Η ιδιότητα της αδράνειας ενός σώματος εκδηλώνεται στο γεγονός ότι υπό την επίδραση της δύναμης η ταχύτητα της μεταφορικής κίνησης δεν αλλάζει ακαριαία, αλλά σταδιακά με αντίστοιχη αλλαγή στην τελική επιτάχυνση ένα. Ως μέτρο αδράνειας, εισάγεται ένα βαθμωτό μέγεθος Μ, που ονομάζεται σωματικό βάρος. Όσο μεγαλύτερη είναι η αδράνεια του σώματος, τόσο λιγότερη επιτάχυνση αποκτάται υπό την επίδραση ορισμένης δύναμης. Βρέθηκε πειραματικά ότι η επιτάχυνση εξαρτάται από τη μάζα σε αντίστροφη αναλογία κ 1 =κ/Μ:
όπου είναι ο συντελεστής αναλογικότητας κεξαρτάται μόνο από την επιλογή του συστήματος των μονάδων επιτάχυνσης, δύναμης και μάζας και είναι το ίδιο για διαφορετικά σώματα. Εάν οι μονάδες μέτρησης των ποσοτήτων ανήκουν στο ίδιο σύστημα (για παράδειγμα, SI), τότε ο συντελεστής k=1.
Έτσι, η επιτάχυνση ενός σώματος είναι ευθέως ανάλογη με τη δύναμη που το προκαλεί, συμπίπτει με αυτό στην κατεύθυνση και είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του σώματος:
Καλείται η εξίσωση (). βασική εξίσωση δυναμικής. Μάζα σώματος Μείναι ένα σταθερό μέγεθος που δεν εξαρτάται ούτε από την κατάσταση κίνησης του σώματος ούτε από τη θέση του στο χώρο, επομένως, για να συγκρίνουμε μάζες, αρκεί να συγκρίνουμε τις επιταχύνσεις που αποκτούν τα σώματα υπό την επίδραση της ίδιας δύναμης:
Μ 2 / Μ 1 = ένα 1 / ένα 2 .
Αν χωρίσετε το σώμα σε Νζύγιση εξαρτημάτων Μ, τότε έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι υπό την επίδραση της ίδιας δύναμης ολόκληρο το σώμα αποκτά επιτάχυνση Νφορές λιγότερο από ό,τι όταν η δύναμη επιδρά σε κάθε μέρος χωριστά. Επομένως, η μάζα ενός σώματος είναι μια προσθετική ποσότητα - η μάζα ενός σώματος είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των μερών του. Η μάζα ενός συστήματος σωμάτων είναι ίση με το άθροισμα των μαζών όλων των σωμάτων που περιλαμβάνονται στο σύστημα. Συχνά στους δυναμικούς υπολογισμούς, ένα σώμα διαιρείται διανοητικά σε ένα σύστημα υλικών σημείων με μάζα. Η μάζα ολόκληρου του σώματος θα είναι ίση με το άθροισμα των μαζών όλων των υλικών σημείων του.
Μια ζυγαριά μοχλού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του σωματικού βάρους. Η αρχή της λειτουργίας τους είναι η εξής. Από την επιτάχυνση της βαρύτητας σολστο ίδιο σημείο στην επιφάνεια της γης είναι το ίδιο για όλα τα σώματα, τότε η δύναμη της βαρύτητας θα δράσει στο σώμα Πικανοποιώντας τη σχέση
Για δύο διαφορετικές μάζες
Όταν ζυγίζει ένα σώμα ζυγαριά μοχλούμετρημένη μάζα Μ 1 είναι ισορροπημένο με μάζες αναφοράς βαρών Μ 2. Σε ισορροπία Π 1 =Π 2, και επομένως Μ 1 =Μ 2 .
Στο τυπικό σύστημα μονάδων, η μάζα μετριέται σε κιλά (kg).
Η εξίσωση () περιγράφει την κίνηση ενός σώματος μόνο εάν κινείται μεταφορικά και δεν παραμορφώνεται. Διαφορετικά, η επιτάχυνση διαφορετικών σημείων του σώματος θα είναι διαφορετική. Ένα υλικό σημείο δεν μπορεί να παραμορφωθεί ή να περιστραφεί, επομένως η εξίσωση () θα ισχύει πάντα για αυτό.
Αν σε ένα υλικό σημείο δρουν πολλές δυνάμεις φάΕγώ ( Εγώ=1, …, n) με το προκύπτον φά, τότε η επιτάχυνση του υλικού σημείου θα είναι:
Οπου ένα i - επιτάχυνση ενός υλικού σημείου υπό τη δράση μιας δύναμης σε αυτό φά i , δηλαδή δρα αρχή της ανεξάρτητης δράσης των δυνάμεων- εάν σε ένα υλικό σημείο ενεργούν ταυτόχρονα πολλές δυνάμεις, τότε καθεμία από αυτές προσδίδει την ίδια επιτάχυνση στο υλικό σημείο σαν να μην υπήρχαν άλλες δυνάμεις.
Όπως κάθε διάνυσμα, το διάνυσμα της δύναμης που προκύπτει μπορεί να αποσυντεθεί σε δύο συνιστώσες: μια εφαπτομένη στην τροχιά του σημείου φάτ και κανονικό σε αυτό φά n:
φά = φά τ + φά n.
Συγκρίνοντας με την αποσύνθεση του διανύσματος επιτάχυνσης στις εφαπτομενικές και κανονικές συνιστώσες και χρησιμοποιώντας τη βασική εξίσωση της δυναμικής (), λαμβάνουμε:
φυσιολογική δύναμη φά n αλλάζει μόνο την κατεύθυνση του διανύσματος v, κατευθυνόμενη προς το κέντρο καμπυλότητας της ακτίνας τροχιάς Rκαι καλείται κεντρομόλος δύναμη:
Η εφαπτομενική δύναμη αλλάζει το μέγεθος της ταχύτητας v: θετική τιμή φάΤο τ επιταχύνει το σώμα και το αρνητικό το επιβραδύνει. στο φάτ =0 το σώμα κινείται ομοιόμορφα με σταθερή ταχύτητα. Εάν, κατά την ομοιόμορφη κίνηση, η κανονική δύναμη είναι μηδέν, τότε η τροχιά θα είναι ευθύγραμμη· εάν η κανονική δύναμη είναι σταθερή και διαφορετική από το μηδέν, τότε η τροχιά θα έχει σταθερή ακτίνα καμπυλότητας (δηλαδή κύκλο σε επίπεδο ή μια ελικοειδής γραμμή στο διάστημα):
Ρύζι. 1 Εμπειρία στην επίδειξη αδράνειας
Ας τοποθετήσουμε ένα φύλλο χαρτιού στην οριζόντια επιφάνεια του τραπεζιού και ας τοποθετήσουμε ένα σώμα (για παράδειγμα, ένα ποτήρι) πάνω του. Στην αρχή, το φύλλο και το ποτήρι βρίσκονται σε ηρεμία. Αν τραβήξετε αργά ένα κομμάτι χαρτί με δύναμη φά, τότε το ποτήρι θα παραμείνει ακίνητο σε σχέση με το φύλλο, αλλά θα αρχίσει να κινείται με επιτάχυνση σε σχέση με το τραπέζι, δηλαδή το ποτήρι θα κινείται με την ίδια επιτάχυνση με το φύλλο χαρτιού. Εάν τραβήξετε απότομα ένα φύλλο χαρτιού, θα τραβηχτεί έξω από κάτω από το γυαλί και το ποτήρι δύσκολα θα μετακινηθεί σε σχέση με το τραπέζι.
Για να μετακινηθεί το γυαλί, πρέπει να ασκηθεί δύναμη πάνω του και η μόνη δύναμη που προκύπτει στην οριζόντια κατεύθυνση είναι η δύναμη τριβής φά tr που προκύπτουν μεταξύ του φύλλου και του γυαλιού. Αν η επιτάχυνση ενός φύλλου χαρτιού είναι ένα, τότε προς την κατεύθυνση αυτής της επιτάχυνσης προκύπτει μια δύναμη φά=μαμά, η δύναμη τριβής κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση και είναι ίση με φά tr =- μαμάγια χαμηλή ισχύ φά, δηλαδή αν τραβήξετε αργά ένα φύλλο χαρτιού, οι δυνάμεις θα αντισταθμιστούν και το ποτήρι θα είναι ακίνητο σε σχέση με το φύλλο χαρτιού. Με αυξανόμενη δύναμη φάη δύναμη τριβής φτάνει μέγιστη αξία φά tr =μ mg, που ονομάζεται δύναμη τριβής ολίσθησης, όπου μ είναι ο συντελεστής τριβής μεταξύ ενός φύλλου χαρτιού και ενός ποτηριού. Εάν εφαρμόσετε δύναμη φά<μmg, τότε η δύναμη τριβής δεν θα μπορεί πλέον να την αντισταθμίσει πλήρως και το γυαλί θα μετακινηθεί σε σχέση με το φύλλο υπό την επίδραση δύναμης φά-φά tr με επιτάχυνση ένα 1 =ένα-μ σολ, και σε σχέση με τον πίνακα με επιτάχυνση ένα 2 =ένα-ένα 1 =μ σολ. Δεδομένου ότι ο χρόνος που χρειάζεται για να τραβήξετε ένα φύλλο χαρτιού από κάτω από ένα ποτήρι είναι μικρός, το ποτήρι θα διανύσει μικρή απόσταση.
Σημειώστε ότι αφού τραβήξετε ένα φύλλο χαρτιού, το ποτήρι έχει μια επιτάχυνση Α2σε σχέση με το τραπέζι και μετά θα σταματήσει λόγω της δύναμης τριβής μεταξύ του γυαλιού και του τραπεζιού. Εάν πραγματοποιήσετε το ίδιο πείραμα όχι σε τραπέζι, αλλά, για παράδειγμα, σε πάγο, όπου ο συντελεστής τριβής είναι πολύ χαμηλότερος (και επομένως η δύναμη τριβής ολίσθησης είναι πολύ μικρότερη), τότε το γυαλί θα κινηθεί με αδράνεια υπό την επίδραση λιγότερη δύναμη και θα κινηθεί σε μεγαλύτερη απόσταση.
βιβλιογραφικές αναφορές
- Α.Α. Detlaff, Β.Μ. Yavorsky, L.B. Μιλκόφσκαγια. μάθημα φυσικής. Μ.: Ανώτατο σχολείο. 1973.
Το κουμπί μας:
Η γνώμη των συντακτών του ιστότοπου ενδέχεται να μην συμπίπτει με τη γνώμη των συγγραφέων.
Δικτυακός τόπος πνευματικών δικαιωμάτων 2006-2013. Όταν χρησιμοποιείτε υλικό ιστότοπου, απαιτείται ενεργός υπερσύνδεσμος προς τον "ιστότοπο".
Η σελίδα δημιουργήθηκε σε 0,0039 δευτερόλεπτα. Φιλοξενία
Σχέση δύναμης και επιτάχυνσης.
Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα, σε ένα αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς, ένα ελεύθερο σώμα δεν έχει επιτάχυνση. Η επιτάχυνση ενός σώματος οφείλεται στην αλληλεπίδρασή του με άλλα σώματα, δηλαδή δυνάμεις που δρουν στο σώμα. Εφόσον μπορούμε να μετρήσουμε την επιτάχυνση και τη δύναμη ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, μπορούμε πειραματικά να δημιουργήσουμε μια σύνδεση μεταξύ τους. Αυτή η σύνδεση αποδεικνύεται πολύ απλή: σε όλες τις περιπτώσεις, η επιτάχυνση ενός σώματος είναι ανάλογη με τη δύναμη που το προκαλεί. Η αναλογικότητα μεταξύ επιτάχυνσης και δύναμης ισχύει για δυνάμεις οποιασδήποτε φυσικής φύσης και ο συντελεστής αναλογικότητας είναι σταθερή τιμή για ένα δεδομένο σώμα. Η κατεύθυνση του διανύσματος της επιτάχυνσης συμπίπτει με την κατεύθυνση της δύναμης.Αποκλίσεις από αυτό το θεμελιώδες σχέδιο βρίσκονται μόνο για πολύ γρήγορες κινήσεις που συμβαίνουν σε ταχύτητες συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός c = 300.000 km/s. Στον κόσμο των μακροσκοπικών σωμάτων γύρω μας, τέτοιες ταχύτητες δεν συμβαίνουν. Η Σάμος, η ταχύτερη κίνηση που είναι γνωστή εδώ - η κίνηση της Γης σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο - συμβαίνει με ταχύτητα «μόνο» 30 km/s. Μόνο τα μικροαντικείμενα κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες: σωματίδια στις κοσμικές ακτίνες, ηλεκτρόνια και πρωτόνια σε επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων κ.λπ.
Το μοτίβο μπορεί να απεικονιστεί σε πειράματα οπτικής επίδειξης. Είναι βολικό να χρησιμοποιείτε την ίδια τροχιά αέρα όπως όταν επιδεικνύετε κίνηση με αδράνεια. Η σταθερότητα της δύναμης που ασκεί το καρότσι προς την κατεύθυνση της κίνησής του μπορεί να διασφαλιστεί ως εξής. Ας συνδέσουμε ένα δυναμόμετρο σε αυτό (Εικ. 65), στο άλλο άκρο του ελατηρίου είναι στερεωμένο ένα νήμα με ένα φορτίο, που ρίχνεται πάνω από ένα ακίνητο μπλοκ στο τέλος της διαδρομής. Με βάση τις ενδείξεις του δυναμομέτρου, μπορεί κανείς να κρίνει τη δύναμη που ασκεί στο καρότσι από την πλευρά του νήματος. Κρεμώντας διαφορετικά βάρη από την άκρη της κλωστής, μπορείτε να δώσετε διαφορετικές έννοιες σε αυτή τη δύναμη. Η επιτάχυνση που αποκτά το καρότσι υπό τη δράση αυτής της δύναμης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας κινηματικούς τύπους, μετρώντας, για παράδειγμα, τις διαδρομές που καλύπτει το καρότσι για ορισμένες χρονικές περιόδους. Για το σκοπό αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε, ειδικότερα, τη στροβοσκοπική φωτογραφία, όταν το αντικείμενο φωτίζεται με σύντομες λάμψεις φωτός σε τακτά χρονικά διαστήματα (Εικ. 66).
Η εμπειρία δείχνει ότι υπό την επίδραση μιας σταθερής δύναμης (όπως μπορεί να κριθεί από τη συνεχή ένδειξη του δυναμόμετρου ενώ το καρότσι κινείται), η κίνηση γίνεται στην πραγματικότητα με σταθερή επιτάχυνση. Εάν επαναλάβετε το πείραμα, αλλάζοντας την τιμή της ενεργού δύναμης, τότε η επιτάχυνση του καροτσιού θα αλλάξει κατά το ίδιο ποσό.
Αδράνεια.
Ο συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ επιτάχυνσης και δύναμης, αμετάβλητος για ένα δεδομένο σώμα, αποδεικνύεται διαφορετικός για διαφορετικά σώματα. Έχοντας συνδέσει δύο πανομοιότυπα καρότσια μαζί, θα δούμε ότι μια ορισμένη δύναμη F τους προσδίδει μια επιτάχυνση που είναι η μισή από αυτήν που έδωσε σε ένα καρότσι. Έτσι, ο συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ επιτάχυνσης και δύναμης συνδέεται με μια συγκεκριμένη φυσική ιδιότητα του σώματος. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται αδράνεια. Όσο μεγαλύτερη είναι η αδράνεια ενός σώματος, τόσο λιγότερη επιτάχυνση του μεταδίδεται από την ενεργούσα δύναμη.Η φυσική ποσότητα που ποσοτικά χαρακτηρίζει την ιδιότητα της αδράνειας ενός σώματος είναι η μάζα ή η αδρανειακή μάζα. Χρησιμοποιώντας την έννοια της μάζας, η σχέση μεταξύ επιτάχυνσης και δύναμης μπορεί να εκφραστεί ως εξής: Η μάζα ως μέτρο αδράνειας. Η μάζα που περιλαμβάνεται στον τύπο είναι ένα μέτρο της αδράνειας του σώματος. Δεν εξαρτάται όχι μόνο από τη δύναμη που ασκεί το σώμα, αλλά και από άλλες φυσικές συνθήκες στις οποίες βρίσκεται αυτό το σώμα - από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, την παρουσία ηλεκτρικού ή βαρυτικού πεδίου κ.λπ. Μπορείτε να το επαληθεύσετε εάν το κάνετε αυτό με αυτό το σώμα παρόμοια πειράματα, χρησιμοποιώντας τη δύναμη διαφορετικής φυσικής φύσης, σε διαφορετικές θερμοκρασίες και υγρασία του περιβάλλοντος αέρα, στην επιφάνεια της γης ή σε ψηλά βουνά, κλπ. Ιδιότητες μάζας. Οι ακόλουθες ιδιότητες της μάζας είναι γνωστές από την εμπειρία: είναι μια αθροιστική βαθμωτή ποσότητα που δεν εξαρτάται από τη θέση του σώματος. Η μάζα ενός σώματος δεν εξαρτάται από την ταχύτητά του, με την προϋπόθεση ότι αυτή η ταχύτητα είναι πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Προσθετικότητα σημαίνει ότι η μάζα ενός σύνθετου σώματος είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των μερών του. Η ιδιότητα της προσθετικότητας μάζας εκπληρώνεται με μεγάλη ακρίβεια για τα μακροσκοπικά σώματα και παραβιάζεται μόνο όταν η ενέργεια αλληλεπίδρασης των συστατικών μερών του σώματος είναι υψηλή, για παράδειγμα, όταν πρωτόνια και νετρόνια συνδυάζονται σε έναν ατομικό πυρήνα. Το γεγονός ότι η μάζα είναι βαθμωτή σημαίνει ότι οι αδρανειακές ιδιότητες του σώματος είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις.Η ισότητα μπορεί να ερμηνευτεί ως εξής. Εάν κάποτε κάνετε μια ταυτόχρονη μέτρηση της δύναμης που ασκεί σε αυτό και της επιτάχυνσης που αποκτά με ένα δεδομένο σώμα, τότε η μάζα του θα βρεθεί και στο μέλλον μπορείτε να υπολογίσετε την επιτάχυνση α αυτού του σώματος από μια γνωστή δύναμη ή αντίστροφη αντίστροφα, να υπολογίσετε τη δύναμη που ενεργεί από μια γνωστή επιτάχυνση α. Θα συγκρίνουμε περαιτέρω αυτή τη λεγόμενη δυναμική μέθοδο προσδιορισμού μάζας με την κοινή μέθοδο μέτρησης μάζας με ζύγιση Η εμπειρία δείχνει ότι όταν πολλές δυνάμεις δρουν ταυτόχρονα σε ένα σώμα, η επιτάχυνση a είναι ανάλογη με το διανυσματικό άθροισμα αυτών των δυνάμεων. Επομένως, η ισότητα γενικεύεται ως εξής.
Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα.
Η ισότητα εκφράζει το περιεχόμενο του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα: Σε ένα αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς, η επιτάχυνση ενός σώματος είναι ανάλογη με το διανυσματικό άθροισμα όλων των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό και αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του σώματος. Η σχέση μεταξύ επιτάχυνσης και δύναμης που εκφράζεται από τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα είναι καθολική. Δεν εξαρτάται από τη συγκεκριμένη επιλογή του αδρανειακού πλαισίου αναφοράς. Ο νόμος ισχύει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση της ενεργούσας δύναμης. Όταν αυτή η δύναμη κατευθύνεται κατά μήκος της ταχύτητας του σώματος, αλλάζει το μέτρο ταχύτητας, δηλ. η επιτάχυνση που προσδίδεται από μια τέτοια δύναμη θα είναι εφαπτομενική. Αυτό ακριβώς συνέβη στα πειράματα που περιγράφηκαν με αεροδιάδρομο. Όταν μια δύναμη κατευθύνεται κάθετα στην ταχύτητα, αλλάζει τη φορά της ταχύτητας, δηλ. η επιτάχυνση που προσδίδεται στο σώμα θα είναι κανονική (κεντρομόλος). Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της σχεδόν κυκλικής κίνησης της Γης γύρω από τον Ήλιο, η δύναμη έλξης προς τον Ήλιο που ενεργεί κάθετα στην τροχιακή ταχύτητα προσδίδει κεντρομόλο επιτάχυνση στη Γη. ίση με μηδέν, δεν υπάρχει επιτάχυνση του σώματος σε σχέση με το αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς. Το σώμα είτε βρίσκεται σε ηρεμία είτε κινείται ομοιόμορφα και σε ευθεία γραμμή. Η κίνησή του σε αυτή την περίπτωση δεν διακρίνεται από την κίνηση λόγω αδράνειας, η οποία συζητήθηκε όταν συζητήθηκε ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα. Ωστόσο, εάν η κίνηση απουσία δυνάμεων χρησιμοποιήθηκε για την εισαγωγή αδρανειακών συστημάτων αναφοράς, τότε εδώ η ισότητα προς το μηδέν της επιτάχυνσης κατά την αντιστάθμιση των ενεργών δυνάμεων είναι συνέπεια του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα: Δύναμη και κίνηση. Η ουσία του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα, που εκφράζεται με τον τύπο, είναι πολύ απλή. Ωστόσο, συχνά τα αποτελέσματα της δράσης του είναι απροσδόκητα λόγω των ιδιόμορφων εκδηλώσεων της αδράνειας των σωμάτων. Το γεγονός είναι ότι η επιτάχυνση εμφανίζεται στον ίδιο τον νόμο και η κίνηση γίνεται ξεκάθαρα αντιληπτή μέσω της ταχύτητας. Ας εξετάσουμε το παρακάτω πείραμα: Ας κρεμάσουμε ένα ογκώδες σώμα σε μια λεπτή κλωστή και δέσουμε μια άλλη παρόμοια κλωστή σε αυτό από κάτω (Εικ. 67). Εάν το τραβήξετε αργά προς τα κάτω, αυξάνοντας σταδιακά την ασκούμενη δύναμη, τότε κάποια στιγμή το πάνω νήμα θα σπάσει
Αυτό είναι εύκολο να γίνει κατανοητό, αφού η δύναμη τάνυσης του άνω νήματος καθορίζεται τόσο από την εφαρμοζόμενη εξωτερική δύναμη όσο και από το βάρος του αναρτημένου σώματος. Ωστόσο, εάν το νήμα της μπομπίνας τραβήξει προς τα κάτω με μια απότομη κίνηση, το νήμα της μπομπίνας θα σπάσει. Η εξήγηση για αυτό είναι η εξής. Ένα νήμα σπάει όταν η επιμήκυνσή του φτάσει σε μια ορισμένη τιμή. Για να τεντωθεί το πάνω νήμα, το βάρος πρέπει να μετακινηθεί προς τα κάτω στην ίδια απόσταση. Αλλά αυτό δεν μπορεί να συμβεί αμέσως λόγω της αδράνειας του ογκώδους σώματος, χρειάζεται λίγος χρόνος για να αλλάξει η ταχύτητά του, που είναι ακριβώς αυτό που λείπει όταν υπάρχει ένα απότομο τράνταγμα στο κάτω νήμα.
Ποια είναι η ιδιότητα της αδράνειας; Τι είναι η αδρανής μάζα σώματος;
Ποια πειράματα δείχνουν την προσαρμοστικότητα των μαζών;
Ποιες δηλώσεις περιέχονται στον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα;
Πώς πρέπει να κατευθύνεται η δύναμη που ασκεί το σώμα έτσι ώστε η ταχύτητά του να αλλάζει μόνο προς την κατεύθυνση; Δώστε παραδείγματα τέτοιων κινήσεων.
Μπορεί η επιτάχυνση ενός σώματος σε ένα αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς να είναι ίση με μηδέν εάν ασκηθούν δυνάμεις σε αυτό;
Ας απεικονίσουμε τη δεξιά πλευρά της καμπύλης Hill, η οποία καθιερώνει τη σύνδεση μεταξύ των μεγαλύτερων (ρεκόρ) τιμών της αναπτυγμένης δύναμης και της ταχύτητας (ταχύτητας) της κίνησης των μυών, σε ξεχωριστό σχήμα.
Εικόνα 2.3
Η σχέση δύναμης και ταχύτητας μυϊκών συσπάσεων σε ορισμένα αθλήματα
(σύμφωνα με τον V.L. Utkin, 1989, αναθεωρημένο)
Οποιαδήποτε σωματική άσκηση, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, απαιτεί την εκδήλωση δύναμης και ταχύτητας μυϊκής συστολής. Ανάλογα με το μέγεθος της σχέσης μεταξύ δύναμης και ταχύτητας που εκδηλώνεται σε ορισμένες σωματικές ασκήσεις, αυτές οι ασκήσεις συνήθως χωρίζονται σε δύναμη, ταχύτητα-δύναμη και ταχύτητα. Έτσι, το πάτημα μπάρα στην άρση βαρών αναφέρεται σε ασκήσεις δύναμης, σφαιροβολία, ακοντισμό - σε ασκήσεις ταχύτητας-δύναμης και βολές στο πινγκ πονγκ - σε ασκήσεις ταχύτητας.
Οι έλξεις σε μια ράβδο μπορούν να ταξινομηθούν ως ασκήσεις δύναμης, αλλά πρέπει να λάβετε υπόψη ότι δεδομένου ότι οι έλξεις συνδέονται σε μεγάλο βαθμό με την εκδήλωση αντοχής και όχι με την ίδια τη δύναμη, δεν χαρακτηρίζονται από την ανάπτυξη των μέγιστων προσπαθειών. ειδικά στην αρχική περίοδο εκτέλεσης της άσκησης. Εάν ο αθλητής, από την αρχή του έλξης, επιδίωκε να ασκήσει τη μέγιστη δύναμη στη φάση ανύψωσης του σώματος, θα ανέπτυξε τη μέγιστη ταχύτητα και θα πετούσε πάνω από το στήθος της ράβδου ψηλά (όπως συμβαίνει όταν εκτελεί ένα «έλξη δύναμης ”). Επειδή όμως ο αθλητής δεν χρειάζεται να επιδείξει τις μέγιστες προσπάθειες για μικρό χρονικό διάστημα, αλλά να διατηρήσει προσπάθειες ορισμένου μεγέθους για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ταχύτητα της κίνησης του αθλητή στη φάση ανύψωσης σώματος κατά την αρχική περίοδο εκτέλεσης έλξεων είναι πολύ λιγότερο από το μέγιστο δυνατό (σημείο Α). Καθώς αναπτύσσονται οι διαδικασίες κόπωσης κατά τη διάρκεια των έλξεων, οι δυνατότητες ισχύος του αθλητή μειώνονται, το φορτίο στους μύες (ίσο με το βάρος του αθλητή) γίνεται σχετικά υψηλότερο, το οποίο, σύμφωνα με τον κανόνα «όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο, τόσο χαμηλότερη είναι η ταχύτητα », οδηγεί σε μείωση της ταχύτητας κίνησης του αθλητή στον κορμό της φάσης ανύψωσης (σημείο Β).
2.4.3 Εξάρτηση του μέγιστου χρόνου στατικής εργασίας από απόλυτη και σχετική μυϊκή δύναμη.
Η αντοχή κατά τη στατική εργασία καθορίζεται από το χρόνο κατά τον οποίο διατηρείται μια σταθερή δύναμη πίεσης ή ένα ορισμένο φορτίο διατηρείται σε σταθερή θέση.
Ο μέγιστος χρόνος στατικής εργασίας σχετίζεται αντιστρόφως με τις ανεπτυγμένες μυϊκές προσπάθειες (Εικόνα 1.8). Όταν η απαιτούμενη δύναμη είναι μικρότερη από το 20% της μέγιστης δύναμης, η στατική εργασία μπορεί να εκτελεστεί για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Υπάρχουν στοιχεία στη βιβλιογραφία ότι στο εύρος πίεσης (φορτίο) 20 - 80% της μέγιστης δύναμης, ο περιοριστικός χρόνος στατικής εργασίας μειώνεται με την αύξηση της δύναμης πίεσης (φορτίο) σύμφωνα με την ακόλουθη σχέση:
(2.1)
όπου: - περιορισμός χρόνου στατικής λειτουργίας.
Συνεχής;
Δύναμη πίεσης (φορτίο);
Μεγιστη ΔΥΝΑΜΗ;
Το n είναι ένας εκθέτης ίσος με περίπου 2,5.
Ο τύπος δείχνει ότι ακόμη και μια ελαφρά μείωση της δύναμης μιας στατικής συστολής οδηγεί σε σημαντική αύξηση του χρόνου κατά τη διάρκεια του οποίου μπορεί να διατηρηθεί αυτή η συστολή.
Για τον καθορισμό των συγκεκριμένων παραμέτρων της σχέσης που περιγράφονται από τον τύπο (2.1), διεξήχθη ένα ειδικό πείραμα το 2005, η ουσία του οποίου ήταν ότι μετά από μια τυπική προθέρμανση και μια τυπική διαδικασία για τη θεραπεία των παλάμων και της ράβδου της ράβδου, ο αθλητής εκτέλεσε ένα κρεμασμένο με το ένα χέρι «έως αποτυχία». Παράλληλα καταγράφηκε ο χρόνος ανάρτησης και η ποσότητα του φορτίου στο χέρι. Μετά από μια σύντομη ανάπαυση (5-10 λεπτά), ο αθλητής εκτέλεσε ένα κρεμασμένο "σε αποτυχία" στο άλλο χέρι. Μετά από 30 λεπτά ανάπαυσης, ο αθλητής εκτέλεσε για άλλη μια φορά παρόμοια κολλήματα, αλλά με διαφορετικό φορτίο στο χέρι - περισσότερο ή λιγότερο (σύμφωνα με το πειραματικό σχέδιο). Παρόμοια κολλήματα «σε αποτυχία» γίνονταν κάθε δεύτερη μέρα για ένα μήνα. Τα βάρη που τοποθετούνταν απευθείας στη ζώνη του αθλητή χρησιμοποιήθηκαν ως βάρη και όταν εκτελούνταν κρεμαστές με ανακούφιση, φορτία του απαιτούμενου μεγέθους προσαρμόζονταν στο άκρο ενός καλωδίου που πετιόταν πάνω από ένα μπλοκ και το άλλο άκρο στερεώθηκε στη ζώνη. Το τέλος του πειράματος με αυξανόμενο φορτίο ήταν η αδυναμία του αθλητή να κρεμαστεί για περισσότερα από 10 δευτερόλεπτα. Σε αυτή την περίπτωση, η συνολική τιμή του φορτίου και το βάρος του ίδιου του αθλητή, ίσο με 68 κιλά, λήφθηκε ως η μέγιστη δύναμη των καμπτήρων των δακτύλων μυών Fmax. Στο πείραμα, ήταν 129 κιλά για το αριστερό χέρι και 117 κιλά για το δεξί.
Τα αποτελέσματα του πειράματος αντικατοπτρίζονται στα γραφήματα των σχημάτων 2.4 και 2.5. Ταυτόχρονα, το σχήμα 2.4 δείχνει την εξάρτηση του μέγιστου χρόνου ανάρτησης στον ένα βραχίονα από την απόλυτη τιμή του φορτίου και το σχήμα 2.5 δείχνει την εξάρτηση του μέγιστου χρόνου ανάρτησης στον αριστερό βραχίονα από το σχετικό μέγεθος του φορτίου.
Οι καμπύλες της εξάρτησης του χρόνου ανάρτησης από την απόλυτη τιμή του φορτίου για το δεξί και το αριστερό χέρι (Εικόνα 2.4) δεν συμπίπτουν, αλλά τρέχουν σχεδόν παράλληλα σε κάποια απόσταση μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι οι μύες των καμπτήρων των δακτύλων δεν είναι ισοδύναμοι ως προς τις ικανότητές τους στατικής δύναμης. Στο πείραμα, το αριστερό χέρι του αθλητή αποδείχθηκε πιο ανθεκτικό - το κορυφαίο. Και πράγματι, σχεδόν σε όλες τις προσεγγίσεις με το ίδιο φορτίο, ο χρόνος ανάρτησης στο αριστερό χέρι αποδείχθηκε μεγαλύτερος από το δεξί.
Με βάση τον βαθμό ομοιότητας των καμπυλών, μπορεί κανείς να κρίνει τον βαθμό διαφοράς στη στατική αντοχή αντοχής των χεριών του αθλητή. Έτσι, για να είναι ο μέγιστος χρόνος ανάρτησης στο δεξί και στον αριστερό βραχίονα ο ίδιος στο παραπάνω πείραμα, το φορτίο στον αριστερό βραχίονα θα πρέπει να αυξηθεί (ή να μειωθεί στο δεξί) κατά μέσο όρο 8 κιλά.
Η αποδυνάμωση της λαβής του λιγότερο ανθεκτικού - πιο αδύναμου - χεριού κατά τη διάρκεια έλξης σε αγώνες οδηγεί συχνά σε πρόωρες πτώσεις από την μπάρα. Για να αποφευχθεί αυτό, στην πράξη, χρησιμοποιούνται τουλάχιστον δύο μέθοδοι για την ανακατανομή του σωματικού βάρους μεταξύ των βραχιόνων ανάλογα με τις ικανότητές τους στη δύναμη. Στην πρώτη περίπτωση, ο αθλητής, ακόμη και πριν ξεκινήσει τις έλξεις, μετατοπίζει τη λαβή του από το κέντρο της ράβδου έτσι ώστε το χέρι που οδηγεί να είναι ελαφρώς πιο κοντά στην κατακόρυφη στήριξη. Σε αυτή την περίπτωση, το χέρι που προηγείται αποδεικνύεται υψηλότερο από το πιο αδύναμο και αντέχει το μεγαλύτερο μέρος του σωματικού βάρους του αθλητή. Στη δεύτερη περίπτωση, κατά τη διάρκεια μιας κρεμαστής παύσης ανάπαυσης, ο αθλητής μετατοπίζει τα πόδια του προς τον προπορευόμενο βραχίονα, μεταφέροντας μέρος του σωματικού βάρους σε αυτό και έτσι ξεφορτώνοντας κάπως το πιο αδύναμο χέρι για την ταχύτερη ανάρρωσή του και αποτρέποντας την «οξίνιση» των μυών του αντιβραχίου.
Εάν λάβουμε υπόψη την εξάρτηση της διάρκειας του κρεμάσματος στο ένα χέρι όχι από την απόλυτη, αλλά από τη σχετική τιμή του φορτίου, θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρόλο που η ποιοτική πειραματική εξάρτηση του χρόνου ανάρτησης «έως αστοχία» από τη σχετική τιμή του φορτίου συμπίπτει με αυτό που περιγράφεται στη βιβλιογραφία, ταυτόχρονα υπάρχουν ποσοτικές διαφορές, προφανώς σχετικές με τις ιδιαιτερότητες του πολύαθλου. Έτσι, εάν, με βάση τα πειραματικά δεδομένα που ελήφθησαν, παρουσιαστεί ένα γράφημα της εξάρτησης του μέγιστου χρόνου στατικής λειτουργίας από τη σχετική τιμή φορτίου στο εύρος φορτίου από 0,2 έως 0,8 Fmax, θα έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχήμα 2.5. Ο εκθέτης στον τύπο για την καμπύλη προσέγγισης, ίσος με 1,6, είναι σημαντικά μικρότερος από τον προηγούμενο τύπο (2.1), επομένως, η μείωση του χρόνου στατικής εργασίας με την αύξηση του φορτίου στο χέρι όταν κρεμάτε στη ράβδο θα είναι λιγότερο έντονη από ό,τι περιγράφεται στη βιβλιογραφία. Προφανώς, η καμπύλη που φαίνεται στο λήφθηκε με τη συμμετοχή ατόμων που δεν ειδικεύονταν στα έλξεις, ενώ η εξάρτηση που φαίνεται στο Σχήμα 2.5 ελήφθη για έναν αθλητή που ασχολείται με το πολύαθλο για πολλά χρόνια. Φυσικά, το ενεργειακό δυναμικό των εκπαιδευμένων μυών των καμπτήρων των δακτύλων τους επιτρέπει να διατηρήσουν μια δεδομένη στατική δύναμη για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στη συνήθη άσκησή τους. Αυτό ακριβώς εκδηλώνεται στο γεγονός ότι η πειραματική εξάρτηση του περιοριστικού χρόνου της στατικής τάσης είναι πιο επίπεδη από μια παρόμοια κλασσική καμπύλη.
Αλλά σε κάθε περίπτωση, η εξάρτηση του χρόνου ανάρτησης από το μέγεθος του φορτίου είναι μη γραμμική, πράγμα που σημαίνει ότι οποιαδήποτε αλλαγή στο μέγεθος του φορτίου οδηγεί σε μια πιο σημαντική αλλαγή στο χρόνο ανάρτησης.
Δεδομένου ότι η δύναμη έλξης των μυών των καμπτήρων των δακτύλων κάθε χεριού ενώ κρέμεται είναι ίση με το μισό σωματικό βάρος του αθλητή μείον τη δύναμη τριβής που ενεργεί στην περιοχή λαβής, ακόμη και μια μικρή αύξηση της δύναμης τριβής οδηγεί σε σημαντική αύξηση του χρόνου ανάρτησης. Επομένως, για να αυξήσετε τον χρόνο μιας αξιόπιστης λαβής, είναι πολύ σημαντικό να διευκολύνετε όσο το δυνατόν περισσότερο την εργασία των καμπτήρων μυών των δακτύλων αυξάνοντας τη δύναμη τριβής μεταξύ των παλάμων και της ράβδου εφαρμόζοντας μαγνήσιο.
Ένα πείραμα που διεξήχθη στην Αγία Πετρούπολη στο τέλος της σεζόν του 2005 βοηθά στην αξιολόγηση του βαθμού επιρροής της ποιότητας της λαβής του χεριού στη μπάρα στο αποτέλεσμα σε έλξεις. Ένας διάσημος πολυαθλητής, δυνητικά ικανός να δείξει υψηλά αποτελέσματα σε έλξεις, έπεφτε συνεχώς από την μπάρα μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου λεπτού της άσκησης, καταφέρνοντας να κάνει 30 έως 42 έλξεις. Πρέπει να ειπωθεί ότι πριν από την απαγόρευση της χρήσης συγκολλητικών, αυτός ο αθλητής στο κολοφώνιο έκανε σταθερά περίπου 50 έλξεις. Μετά τη μετάβαση στο μαγνήσιο, παρά την έντονη προπόνηση, ο αθλητής δεν μπόρεσε να πλησιάσει τα καλύτερα του αποτελέσματα. Επομένως, ήταν ενδιαφέρον να δούμε τι αποτέλεσμα θα μπορούσε να δείξει ο αθλητής αν έκανε έλξεις σύμφωνα με τους παλιούς κανόνες - χωρίς να λαμβάνει υπόψη τον χρόνο και να χρησιμοποιήσει κολοφώνιο. Αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ ψηλός. Χωρίς καμία ορατή προσπάθεια, ο αθλητής έκανε 77 έλξεις σε 8 λεπτά και 10 δευτερόλεπτα. Και αυτό αφού, κατά τη διάρκεια ολόκληρης της αγωνιστικής περιόδου, ήταν, στην καλύτερη περίπτωση, μετά βίας που κατάφερε να βγάλει 42 φορές σε 3 λεπτά.
Προκειμένου να απεικονιστεί ο βαθμός επιρροής του μεγέθους της λαβής των παλάμων στη ράβδο στο αποτέλεσμα, η Εικόνα 2.6 δείχνει δύο γραφήματα των έλξεων αυτού του πολυαθλητή. Το πρώτο δείχνει την εξάρτηση του μέσου χρόνου του κύκλου έλξης κατά τη διάρκεια της άσκησης στο Κύπελλο Αγίας Πετρούπολης 2005 και το δεύτερο δείχνει την ίδια εξάρτηση, αλλά με πειραματικά έλξεις χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ο χρόνος και χρησιμοποιώντας κολοφώνιο . Και αν στην πρώτη καμπύλη είναι ορατή μια χαρακτηριστική άνοδος ακόμη και με γυμνό μάτι, υποδηλώνοντας ανεπαρκές επίπεδο ανάπτυξης στατικής αντοχής, τότε στη δεύτερη καμπύλη δεν υπάρχουν εμφανή σημάδια στατικής κόπωσης. Έτσι, οι κολλώδεις ιδιότητες του κολοφωνίου μείωσαν τόσο πολύ το στατικό φορτίο στους καμπτήρες των δακτύλων του αθλητή, ώστε ήταν σε θέση να εκτελεί έλξεις μέχρι να εξαντλήσει πλήρως τα αποθέματα δυναμικής αντοχής του.
