Enote moči. dinamometer
Zdaj, ko so lastnosti sile in načini njenega merjenja določeni, se vrnimo k drugemu eksperimentalnemu rezultatu (§ 43) in ugotovimo kvantitativno razmerje med silo in pospeškom.
Približno takšno povezavo lahko vzpostavimo na že znani izkušnji z vozičkom, ki ga poganja tovor (slika 2.28). Za določanje pospeškov na voziček namestimo kapalko, s katero bomo lahko v enakomernih intervalih označevali položaje vozička.
Za spremembo sile, ki deluje na celoten gibljivi sistem, bomo izdelali več enakih uteži.Celoten sistem lahko obravnavamo kot kompleksno telo, sestavljeno iz več delov,
gibljejo se s pospeški enakega modula (voziček s kapalko in bremenom).Da bi bile vztrajnostne lastnosti sistema pri vseh poskusih enake, bomo del bremen položili na skodelico, ostale pa na voziček.
Če je na skodelico nameščena samo ena obremenitev, se bo celoten sistem premaknil s silo, ki je enaka sili gravitacije, ki deluje nanj. Če na skodelico položite dve ali tri take obremenitve, se bo sila, ki povzroča gibanje, povečala dvakrat ali trikrat. Z merjenjem razdalje med oznakami, ki jih pusti kapalka pri vsakem takem poskusu, je mogoče za vse primere izračunati pospeške, ki nastanejo v telesu pod delovanjem različnih sil.
Po izvedbi takih poskusov se bomo prepričali, da pospeški vozička rastejo premosorazmerno z delujočimi silami, tj.
Seveda so naše izkušnje zelo surove, a podobni poskusi, izvedeni z zelo natančne meritve sile in pospeški vedno potrjujejo ugotovljen rezultat: pospeški pri gibanju teles so premo sorazmerni s silami, ki delujejo nanje:
smeri nastalih pospeškov sovpadajo s smermi delujočih sil 1).
V našem poskusu se je voziček gibal premočrtno. Sila, ki je povzročila spremembo modula hitrosti, je ustvarila le tangencialni pospešek. Iz preprostih poskusov je razvidno, da se enaka povezava med silo in pospeškom ohrani tudi pri običajnih pospeških.
Kroglo postavimo v žleb, nameščen na osi centrifugalnega stroja, in jo povežemo z navojem z obremenitvijo (slika 2.29). Naredimo, da se avtomobil vrti s konstantnim številom vrtljajev na sekundo. V tem primeru je žoga, če je oddaljena od osi vrtenja,
pridobil nekaj hitrosti in normalen pospešek
Da bi krogla ostala na tem krogu, se mora nit raztegniti in nanjo delovati z določeno silo.Natezno silo bo ustvarila obremenitev, ki je privezana na konec niti, ki poteka skozi cev na osi centrifuge. stroj. Ta sila bo ustvarila normalen (centripetalni) pospešek, ki bo prisilil žogo, da se giblje v krogu. Nastavite hitrost Ko se kroglica giblje po krogu, bo ustrezala povsem določena sila.Če povečate število vrtljajev, tj. Povečate normalni pospešek, potem, da obdržite kroglo na danem krogu, morate ustrezno povečati silo napetosti niti.
Pospeške teles določajo sile, ki delujejo nanje. Ko smo se naučili meriti silo in načeloma znamo določiti pospešek, lahko odgovorimo glavno vprašanje: "Kako je pospešek telesa odvisen od sil, ki delujejo nanj?"
Eksperimentalno ugotavljanje odvisnosti pospeška od sile
Nemogoče je z izkušnjami ugotoviti razmerje med pospeškom in silo z absolutno natančnostjo, saj vsaka meritev poda približno vrednost izmerjene količine. Vendar pa je mogoče opaziti naravo odvisnosti pospeška od sile s pomočjo preprostih poskusov. Že enostavna opazovanja kažejo, da večja kot je sila, hitreje se spreminja hitrost telesa, torej večji je njegov pospešek. Naravno je domnevati, da je pospešek premosorazmeren sili. Načeloma je odvisnost pospeška od sile seveda lahko bolj zapletena, a najprej moramo preveriti, ali najenostavnejša predpostavka ne drži.
Translatorno gibanje telesa, na primer kovinske palice, je najbolje preučevati na vodoravni površini mize, saj je le pri translacijskem gibanju pospešek vseh točk enak in lahko govorimo o določenem pospešku telesa. telo kot celota. Vendar je v tem primeru sila trenja ob mizo velika in kar je najpomembneje, težko jo je natančno izmeriti.
Zato vzamemo voziček z lahkimi kolesi in ga namestimo na tirnice. Takrat je sila trenja relativno majhna, masa pa
riž. 2.14
X
Q
O
riž. 2.13 sojina kolesa lahko zanemarimo v primerjavi z maso vozička, ki se premika naprej (slika 2.13).
Naj s strani niti, na koncu katere je pripet tovor, deluje na voziček stalna sila. Modul sile merimo z vzmetnim dinamometrom. Ta sila je konstantna, vendar pri gibanju ni enaka sili, s katero Zemlja privlači viseče breme. Zelo težko je neposredno izmeriti pospešek vozička z določanjem spremembe njegove hitrosti v kratkem časovnem intervalu. Vendar ga je mogoče oceniti z merjenjem časa t, ki ga voziček porabi za pot s.
Glede na to, da je pod delovanjem konstantne sile konstanten tudi pospešek, saj je enolično določen s silo, je mogoče uporabiti kinematične formule enakomerno pospešenega gibanja. Pri začetni hitrosti nič,
pri ~2~ kjer in ¦ Zato
začetne in končne koordinate telesa. 2s
(2.5.1) Neposredno z očmi je razvidno, da voziček pospeši tem hitreje, čim večja je sila, ki deluje nanj. Natančne meritve modulov sile in pospeška kažejo neposredno sorazmernost med njimi:
a ~ F.
Obstajajo tudi drugi poskusi, ki potrjujejo to povezavo. Tukaj je eden od njih. Na ploščadi je nameščen masivni valj (slika 2.14). Če platformo zavrtite, potem valj pod vplivom raztegnjene niti pridobi centripetalni pospešek, ki ga je enostavno določiti s polmerom vrtenja R in številom vrtljajev na sekundo n:
a = 4 K2n2R.
Silo najdemo iz odčitkov dinamometra. S spreminjanjem števila vrtljajev in primerjavo F in a se bomo prepričali, da je F ~ a.
Če na telo deluje več sil hkrati, bo modul pospeška telesa sorazmeren z modulom geometrijske vsote vseh teh sil, ki je enak:
F = Fj + F2+ ... . (2.5.2)
->
Vektorja a in F sta usmerjena vzdolž iste premice v isto smer:
a ~ F. (2.5.3)
To je razvidno iz poskusa z vozičkom: pospešek vozička je usmerjen vzdolž niti, ki je nanj privezana.
Kaj je vztrajnost?
Po Newtonovi mehaniki sila enolično določa pospešek telesa, ne pa tudi njegove hitrosti. To je treba zelo jasno razumeti. Sila ne določa hitrosti, ampak kako hitro se spreminja. Zato bo telo v mirovanju pod delovanjem sile pridobilo opazno hitrost le v določenem časovnem intervalu.
mm
Pospešek se pojavi takoj, sočasno z nastopom sile, vendar se hitrost postopoma povečuje. Celo zelo velika sila ne more telesu naenkrat dati znatne hitrosti. To zahteva čas. Za zaustavitev telesa je spet potrebno, da zavorna sila, ne glede na to, kako velika je, deluje nekaj časa.
Prav ta dejstva so mišljena, ko pravijo, da so telesa inertna. Navedimo primere preprostih poskusov, v katerih se vztrajnost teles zelo jasno kaže.
1. Masivna krogla je obešena na tanko nit, natanko enaka nit je privezana spodaj (slika 2.15). Če počasi povlečete spodnji del Sl. 2.15
nit, potem se po pričakovanju zgornja nit pretrga. Navsezadnje na to vpliva teža žoge in sila, s katero žogo vlečemo navzdol. Če pa spodnjo nit povlečete zelo hitro, se bo ta strgala, kar je na prvi pogled precej čudno. Vendar je enostavno razložiti. Ko nit počasi vlečemo, se kroglica postopoma spušča, zgornjo nit razteguje, dokler se ne pretrga.
S hitrim sunkom z veliko silo dobi krogla velik pospešek, vendar se njena hitrost ne more bistveno povečati v tistem majhnem časovnem obdobju, v katerem je spodnja nit močno raztegnjena in se zato zlomi, zgornja nit pa se malo raztegne in ostane cela.
Zanimiva izkušnja je z dolgo palico, obešeno na papirnate obroče (slika 2.16). Če z železno palico ostro udarite po palici, se palica zlomi, papirnati obročki pa ostanejo celi. Poskusite sami razložiti to izkušnjo.
Še enostavnejši poskus lahko naredite doma. Ideja izkušnje je jasna iz slike 2.17. Leva stran slike ustreza situaciji, ko je v \u003d const ali a \u003d 0. Na desni strani slike je v Ф const, to je a Ф 0.
riž. 2.16
riž. 2.17
Končno, morda najbolj spektakularna izkušnja. Če streljate na prazno plastično posodo, bo krogla pustila luknje v stenah, vendar bo posoda ostala cela. Če streljate na isto posodo, napolnjeno z vodo, bo posoda razpadla na majhne koščke. Ta rezultat poskusa je razložen na naslednji način. Voda je zelo malo stisljiva in majhna sprememba njene prostornine povzroči močno povečanje tlaka. Ko krogla zelo hitro vstopi v vodo in prebije stene posode, tlak močno naraste. Zaradi inertnosti vode se njena gladina nima časa dvigniti in povečan pritisk raztrga posodo.
Včasih pravijo, da se telo zaradi vztrajnosti "upira" poskusom spremembe hitrosti. To ne drži povsem. Telo vedno spremeni hitrost pod vplivom sile, vendar je za spremembo hitrosti potreben čas. Kot je poudaril J. Maxwell, je prav tako napačno govoriti o odpornosti telesa na poskuse spreminjanja hitrosti, kot je reči, da se čaj »upira«, da bi postal sladek. Potrebuje le nekaj časa, da se sladkor raztopi.
Zakoni mehanike in vsakdanje izkušnje
Osnovna izjava mehanike je dovolj jasna in ni zapletena. Z lahkoto se prilega našim glavam. Navsezadnje od rojstva živimo v svetu teles, katerih gibanje je podrejeno zakonom Newtonove mehanike.
Toda včasih ideje, pridobljene iz življenjskih izkušenj, lahko spodletijo. Torej je ideja, da je hitrost telesa usmerjena v isto smer kot sila, ki deluje nanj, preveč zakoreninjena. Pravzaprav sila ne določa hitrosti, temveč pospešek telesa, smer hitrosti in sile pa morda ne sovpadata. To je jasno razvidno iz slike 2.18.
Ko telo vržemo pod kotom na obzorje, je sila gravitacije vedno usmerjena navzdol, hitrost pa tangentna na trajektorijo tvori kot s silo, ki se med letom telesa spreminja.
Smer sile sovpada s smerjo hitrosti le v posebnem primeru premokotnega gibanja z naraščajočo absolutno hitrostjo.
Glavno dejstvo za dinamiko je bilo ugotovljeno: pospešek telesa je neposredno sorazmeren s silo, ki deluje nanj.
1. Nit, na kateri je obešena krogla, se odkloni pod določenim kotom in sprosti. Kam je usmerjena rezultanta sil, ki delujejo na kroglo v trenutku, ko je nit navpična?
2. Narišite majhen krog na tla in naredite tekmovanje. Vsak udeleženec hitro hodi v ravni črti proti krogu in se drži teniška žogica. Naloga je izpustiti žogo iz rok v krog. To tekmovanje bo pokazalo, kdo od vas bolje razume bistvo Newtonove mehanike. riž. 2.18
Več o temi § 2.5. RAZMERJE MED POSPEŠKOM IN SILO:
- Avtorji deklaracije so videli tesno povezavo med "naravnimi in neodtujljivimi pravicami človeka",
- Raziskovalci upravičeno ugotavljajo, da je hranjenje krepilo vezi med vladarji in njihovimi vazali ter prispevalo k
- § 6. Vzročna zveza med družbeno nevarnim dejanjem (nedelovanjem) in nastalimi družbeno nevarnimi posledicami
Glavna naloga mehanike je najti zakone mehanskega gibanja telesa pod delovanjem sil, ki delujejo nanj. Empirično je bilo ugotovljeno, da pri hitrostih vc, Kje c je hitrost svetlobe v vakuumu, pod delovanjem sile F prosto telo spreminja hitrost translacijskega gibanja, premika se s pospeševanjem a, in povezava sile F in pospeševanje a linearno:
a = k 1 F,
Kje k 1 - pozitiven koeficient sorazmernosti, odvisen od izbire merilnih enot sile in pospeška, konstanten za vsako posamezno telo, vendar drugačen za različna telesa.
Lastnost vztrajnosti telesa se kaže v tem, da se pod delovanjem sile hitrost translacijskega gibanja ne spremeni takoj, ampak postopoma s končnim pospeškom, ki ustreza spremembi a. Kot merilo vztrajnosti je uvedena skalarna vrednost m klical telesna teža. Večja ko je vztrajnost telesa, manjši pospešek dobi pod delovanjem določene sile. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da je pospešek odvisen od mase obratno sorazmerno k 1 =k/m:
kjer je koeficient sorazmernosti k odvisna le od izbire sistema enot za pospešek, silo in maso in je za različna telesa enaka. Če se merske enote nanašajo na isti sistem (na primer SI), potem koeficient k=1.
Tako je pospešek telesa neposredno sorazmeren s silo, ki ga povzroča, sovpada z njo v smeri in obratno sorazmeren z maso telesa:
Enačba () se imenuje osnovna enačba dinamike. Telesna masa m je konstantna vrednost, ki ni odvisna od stanja gibanja telesa niti od njegovega položaja v prostoru, zato je za primerjavo mas dovolj primerjati pospeške, ki jih telesa pridobijo pod delovanjem iste sile:
m 2 / m 1 = a 1 / a 2 .
Če je telo razdeljeno na n delov glede na maso m, potem je bilo eksperimentalno ugotovljeno, da pod delovanjem iste sile celotno telo pridobi pospešek v n krat manj kot takrat, ko sila deluje na vsak del posebej. Zato je masa telesa aditivna količina – masa telesa je enaka vsoti mas njegovih delov. Masa sistema teles je enaka vsoti mas vseh teles, ki so vključena v sistem. Pogosto je pri dinamičnih izračunih telo miselno razdeljeno na sistem materialnih točk z maso. Masa celotnega telesa bo enaka vsoti mas vseh njegovih materialnih točk.
Za merjenje telesne teže lahko uporabimo tehtnico. Načelo njihovega dela je naslednje. Od pospeška prostega pada g na istem mestu na površini Zemlje enaka za vsa telesa, potem bo na telo delovala gravitacija p zadovoljevanje odnosa
Za dve različni masi
Pri tehtanju telesa ravnotežne tehtnice izmerjena masa m 1 tehtnica z referenčnimi masami uteži m 2. V ravnotežju p 1 =p 2 in s tem m 1 =m 2 .
V standardnem sistemu enot se masa meri v kilogramih (kg).
Enačba () opisuje gibanje telesa le, če se premika naprej in se ne deformira. V nasprotnem primeru bo pospešek različnih točk telesa drugačen. Materialne točke ni mogoče deformirati ali zasukati, zato bo zanjo vedno veljavna enačba ().
Če na materialno točko deluje več sil F jaz ( jaz=1, …, n) z nastalim F, potem bo pospešek materialne točke:
Kje a i - pospešek materialne točke pod delovanjem ene sile nanjo F i , torej deluje načelo neodvisnosti delovanja sil- če na materialno točko hkrati deluje več sil, potem daje vsaka od njih materialni točki enak pospešek, kot če drugih sil ne bi bilo.
Kot katerikoli vektor lahko rezultantni vektor sile razstavite na dve komponenti: tangento na trajektorijo točke Fτ in normalo nanj F n:
F = F τ + F n.
Če primerjamo z razširitvijo vektorja pospeška na tangencialno in normalno komponento in z uporabo osnovne enačbe dinamike (), dobimo:
Normalna moč F n spremeni samo smer vektorja v, je usmerjen v središče ukrivljenosti trajektorije radija R in poklical centripetalna sila:
Tangencialna sila spremeni količino hitrosti v: pozitivna vrednost Fτ pospeši telo, negativna pa ga upočasni; pri Fτ =0 se telo giblje enakomerno s konstantno hitrostjo. Če je med enakomernim gibanjem normalna sila enaka nič, bo trajektorija premočrtna, če je normalna sila konstantna in različna od nič, bo imela trajektorija konstanten polmer ukrivljenosti (to je krog na ravnini ali vijačnica). v vesolju):
riž. 1 Izkušnje pri dokazovanju vztrajnosti
Na vodoravno površino mize položimo list papirja, nanj pa telo (na primer kozarec). Na začetku list in kozarec mirujeta. Če počasi in s silo vlečete list papirja F, potem bo steklo ostalo nepremično glede na list, vendar se bo začelo premikati s pospeškom glede na mizo, to je, da se bo steklo premikalo z enakim pospeškom kot list papirja. Če močno potegnete list papirja, se bo izvlekel izpod stekla in steklo se praktično ne bo premaknilo glede na mizo.
Za premikanje stekla mora nanj delovati sila, edina sila, ki se pojavi v vodoravni smeri, pa je sila trenja F tr, ki nastane med ploščo in steklom. Če je pospešek lista papirja a, potem se v smeri tega pospeška pojavi sila F=ma, je sila trenja usmerjena v nasprotno smer in je enaka F tr =- ma za nizko moč F, to je, če list papirja vlečete počasi, se sile izravnajo in kozarec miruje glede na list papirja. Z naraščajočo močjo F vrednost sile trenja doseže največja vrednost F tr =μ mg klical sila drsnega trenja, kjer je μ koeficient trenja med listom papirja in kozarcem. Če uporabite silo F<μmg, potem je sila trenja ne bo mogla več popolnoma kompenzirati in steklo se bo pod delovanjem sile premaknilo glede na ploščo F-F tr s pospeškom a 1 =a-μ g, glede na mizo pa s pospeškom a 2 =a-a 1 =μ g. Ker je čas, da list papirja izvlečemo izpod stekla kratek, bo steklo prepotovalo zanemarljivo malo razdaljo.
Upoštevajte, da ima steklo po izvleku lista papirja pospešek a 2 glede na mizo in se nato ustavi zaradi sile trenja med steklom in mizo. Če se isti poskus izvede ne na mizi, ampak na primer na ledu, kjer je koeficient trenja veliko manjši (in zato je sila drsnega trenja veliko manjša), se bo kozarec premikal po vztrajnosti pod delovanjem manjše sile in premakniti večjo razdaljo.
Reference
- A.A. Detlaf, B.M. Yavorsky, L.B. Milkovskaja. Tečaj fizike. M.: Višja šola. 1973.
Naš gumb:
Mnenje urednikov spletnega mesta morda ne sovpada z mnenjem avtorjev.
Avtorska stran 2006-2013. Pri uporabi gradiva spletnega mesta je potrebna aktivna hiperpovezava do "mesta".
Stran ustvarjena v 0,0039 sek. Gostovanje
Razmerje med silo in pospeškom.
Drugi Newtonov zakon V skladu s prvim Newtonovim zakonom v inercialnem referenčnem sistemu prosto telo nima pospeška. Pospešek telesa je posledica njegovega medsebojnega delovanja z drugimi telesi, to je s silami, ki delujejo na telo.Ker lahko pospešek in silo merimo neodvisno drug od drugega, lahko izkustveno ugotovimo razmerje med njima. To razmerje se izkaže za zelo preprosto: v vseh primerih je pospešek telesa sorazmeren s silo, ki ga povzroča.Sorazmernost med pospeškom in silo velja za sile katere koli fizične narave, sorazmernostni koeficient pa je konstantna vrednost za dano telo. Smer vektorja pospeška sovpada s smerjo sile.Odstopanja od te temeljne zakonitosti najdemo le pri zelo hitrih gibanjih, ki se dogajajo s hitrostjo, ki je primerljiva s hitrostjo svetlobe c = 300.000 km/s. V svetu makroskopskih teles, ki nas obkrožajo, se takšne hitrosti ne pojavljajo. Samos je najhitrejše gibanje, znano tukaj - gibanje Zemlje v orbiti okoli Sonca - poteka s hitrostjo "samo" 30 km / s. Z relativističnimi hitrostmi se gibljejo samo mikroobjekti: delci v kozmičnih žarkih, elektroni in protoni v pospeševalnikih nabitih delcev itd.
Pravilnost je mogoče ponazoriti z vizualnimi predstavitvenimi poskusi. Primerno je uporabiti isto zračno pot kot pri demonstraciji vožnje z jadranjem. Konstantnost sile, ki deluje na voziček v smeri njegovega gibanja, je mogoče zagotoviti na naslednji način. Nanj pritrdimo dinamometer (slika 65), na drugi konec vzmeti katerega je privezana nit z bremenom, vržena čez pritrjen blok na koncu steze. Glede na odčitek na dinamometru je mogoče oceniti silo, ki deluje na voziček s strani niti. Z obešanjem različnih uteži na konec niti lahko tej sili daste različne vrednosti. Pospešek, ki ga pridobi voziček pod delovanjem te sile, je mogoče izračunati z uporabo kinematičnih formul, ki na primer merijo poti, ki jih prevozi voziček v določenih časovnih obdobjih. V ta namen lahko uporabimo predvsem stroboskopsko fotografijo, ko predmet osvetljujemo s kratkimi svetlobnimi bliski v enakomernih presledkih (slika 66).
Izkušnje kažejo, da pod delovanjem konstantne sile (kar lahko sodimo po stalnem odčitku dinamometra med premikanjem vozička) gibanje res poteka s stalnim pospeškom. Če poskus ponovimo s spreminjanjem vrednosti delujoče sile, se bo pospešek vozička spremenil za enako vrednost.
vztrajnost.
Koeficient sorazmernosti med pospeškom in silo, ki je za dano telo nespremenjen, se izkaže za različna telesa. Ko združimo dva enaka vozička, bomo videli, da jima določena sila F posreduje polovico pospeška, ki ga je posredovala enemu vozičku. Tako je koeficient sorazmernosti med pospeškom in silo povezan z določeno fizično lastnostjo telesa. Ta lastnost se imenuje vztrajnost. Večja kot je vztrajnost telesa, manjši pospešek mu daje delujoča sila.Fizična količina, ki kvantitativno označuje lastnost vztrajnosti telesa, je masa ali vztrajnostna masa. Z uporabo koncepta mase lahko razmerje med pospeškom in silo izrazimo na naslednji način: Masa kot merilo vztrajnosti. Masa, vključena v formulo, je merilo vztrajnosti telesa. Ni odvisno le od sile, ki deluje na telo, ampak tudi od drugih fizikalnih pogojev, v katerih se to telo nahaja - od temperature okolice, prisotnosti električnega ali gravitacijskega polja itd. To lahko preverite, če naredite to z danim telesom podobne poskuse, z uporabo moči drugačne fizične narave, pri različnih temperaturah in vlažnosti okoliškega zraka, na površju zemlje ali v visokogorju itd. Masne lastnosti. Iz izkušenj so znane naslednje lastnosti mase: je aditivna skalarna količina, ki ni odvisna od lege telesa. Masa telesa ni odvisna od njegove hitrosti, če je ta hitrost veliko manjša od svetlobne. Aditivnost pomeni, da je masa sestavljenega telesa enaka vsoti mas njegovih delov. Lastnost aditivnosti mase je zelo natančno izpolnjena za makroskopska telesa in je kršena le, če je energija interakcije sestavnih delov telesa visoka, na primer, ko se protoni in nevtroni združijo v atomsko jedro. Dejstvo, da je masa skalarna, pomeni, da so vztrajnostne lastnosti telesa enake v vseh smereh Enakost si lahko razlagamo takole. Če nekega dne z danim telesom hkrati izmerimo silo, ki deluje nanj, in pospešek, ki ga je pridobilo, potem bomo našli njegovo maso, v prihodnosti pa je mogoče izračunati pospešek a tega telesa iz znanega sila, ali obratno, izračunaj delujočo silo iz znanega pospeška a. V nadaljevanju bomo to tako imenovano dinamično metodo določanja mase primerjali z običajno metodo merjenja mase s tehtanjem.Izkušnje kažejo, da je pri sočasnem delovanju več sil na telo pospešek a sorazmeren z vektorsko vsoto teh sil. Zato je enakost posplošena na naslednji način.
Newtonov drugi zakon.
Enakost izraža vsebino drugega Newtonovega zakona: V inercialnem referenčnem sistemu je pospešek telesa sorazmeren z vektorsko vsoto vseh sil, ki delujejo nanj, in obratno sorazmeren z maso telesa Razmerje med pospeškom in izraženo silo po Newtonovem drugem zakonu je univerzalen. Ni odvisno od specifične izbire inercialnega referenčnega okvira. Zakon velja za katero koli smer delujoče sile. Ko je ta sila usmerjena vzdolž hitrosti telesa, spremeni modul hitrosti, tj. pospešek, ki ga povzroča taka sila, bo tangencialen. Prav to se je zgodilo v opisanih poskusih z zračno tirnico. Ko je sila usmerjena pravokotno na hitrost, spremeni smer hitrosti, tj. pospešek, ki ga prenaša telo, bo normalen (centripetalen). Na primer, pri skoraj krožnem gibanju Zemlje okoli Sonca sila privlačnosti Sonca, ki deluje pravokotno na orbitalno hitrost, daje Zemlji centripetalni pospešek. Ko so vse sile, ki delujejo na telo, uravnotežene, je njihova vektorska vsota nič, in ni pospeška telesa glede na vztrajnostni referenčni sistem. Telo bodisi miruje bodisi se giblje enakomerno in premočrtno. Njegovo gibanje se v tem primeru ne razlikuje od gibanja po vztrajnosti, o katerem je bilo govora v razpravi o prvem Newtonovem zakonu. Če pa je bilo tam gibanje v odsotnosti sil uporabljeno za uvedbo inercialnih referenčnih sistemov, potem je tukaj ničelni pospešek, ko so delujoče sile kompenzirane, posledica drugega Newtonovega zakona.Sila in gibanje. Bistvo drugega Newtonovega zakona, izraženo s formulo, je zelo preprosto. Vendar pa so pogosto rezultati njegovega delovanja nepričakovani zaradi posebnih manifestacij vztrajnosti teles. Dejstvo je, da se pospešek pojavlja v samem zakonu, gibanje pa vizualno zaznamo skozi hitrost. Razmislite o naslednjem poskusu. Masivno telo obesimo na tanko nit, od spodaj pa nanjo privežemo drugo podobno nit (slika 67). Če ga počasi potegnete navzdol in postopoma povečujete uporabljeno silo, se bo zgornja nit na neki točki zlomila.
To je enostavno razumeti, saj je vlečenje zgornje niti posledica uporabljene zunanje sile in teže visečega telesa. Če pa nit klekljanja z ostrim gibom povlečete navzdol, se bo nit pretrgala. Razlaga za to je naslednja. Do pretrganja navoja pride, ko njegov raztezek doseže določeno vrednost. Da se zgornja nit raztegne, se mora obremenitev premakniti navzdol za enako razdaljo. Toda to se zaradi vztrajnosti masivnega telesa ne more zgoditi v trenutku, potrebuje nekaj časa, da spremeni svojo hitrost, kar je ravno tisto, kar manjka pri ostrem sunku za spodnjo nit.
Kaj je lastnost vztrajnosti? Kaj je vztrajnostna masa telesa?
Kateri poskusi pričajo o prilagodljivosti mase?
Katere trditve vsebuje drugi Newtonov zakon?
Kako naj bo usmerjena sila, ki deluje na telo, da se njegova hitrost spreminja le smerno? Navedite primere takih gibanj.
Ali je lahko pospešek telesa v inercialnem referenčnem sistemu enak nič, če nanj delujejo sile?
Desno stran Hillove krivulje, ki vzpostavlja razmerje med največjimi (rekordnimi) vrednostmi razvite moči in hitrostjo (hitrostjo) mišičnega gibanja, upodobimo na ločeni sliki.
Slika 2.3
Razmerje moči in hitrosti mišičnih kontrakcij pri nekaterih športih
(po V. L. Utkinu, 1989., revidirano)
Vsaka telesna vadba na tak ali drugačen način zahteva manifestacijo moči in hitrosti krčenja mišic. Glede na velikost razmerja med močjo in hitrostjo, ki se kaže v določenih telesnih vajah, te vaje običajno delimo na moč, hitrost-moč in hitrost. Torej, stiskanje na klopi pri dvigovanju uteži se nanaša na vaje za moč, suvanje krogle, met kopja - na hitrostno moč in udarci v namiznem tenisu - na hitrost.
Vleke na prečki lahko pripišemo vajam za moč, vendar morate upoštevati, da ker so vleke v veliki meri povezane z manifestacijo vzdržljivosti in ne same moči, zanje ni značilen razvoj največji napor, zlasti v začetnem obdobju vadbe. Če bi si športnik že od samega začetka vlečenja prizadeval pokazati največjo moč v fazi dvigovanja telesa, bi razvil največjo hitrost in odletel čez palico do prsi (kot se zgodi pri izvajanju "izhoda z sila«). Ker pa se od športnika ne zahteva, da za kratek čas pokaže maksimalne napore, ampak da vzdržuje napore določene velikosti dolgo časa, je hitrost gibanja športnika v fazi dvigovanja telesa v začetnem obdobju vlečenja- ups je veliko manjša od največje možne (točka A). Z razvojem procesov utrujenosti med izvajanjem vlečenja se zmanjšajo športnikove zmogljivosti moči, obremenitev mišic (enaka športnikovi teži) postane relativno večja, kar v skladu s pravilom »večja kot je obremenitev, znižanje hitrosti«, vodi do zmanjšanja športnikove hitrosti gibanja v fazi dviga trupa (točka B).
2.4.3 Odvisnost mejnega časa statičnega dela od absolutne in relativne mišične moči.
Vzdržljivost pri statičnem delu je določena s časom, v katerem se vzdržuje konstantna tlačna sila ali določeno breme drži v konstantnem položaju.
Največji čas statičnega dela je obratno sorazmeren z razvitimi mišičnimi napori (slika 1.8). Ko je zahtevana sila manjša od 20 % največje sile, se lahko statično delo izvaja zelo dolgo. V literaturi obstajajo dokazi, da se v območju tlaka (obremenitve) od 20 do 80 % največje sile omejitveni čas statičnega dela zmanjšuje z naraščanjem tlaka (obremenitve) po naslednjem razmerju:
(2.1)
kjer je: - omejitev časa statičnega dela;
Konstanta;
Sila pritiska (obremenitev);
Največja moč;
n je eksponent, enak približno 2,5.
Iz formule je razvidno, da že rahlo zmanjšanje moči statične kontrakcije vodi do znatnega povečanja časa, v katerem se lahko ta kontrakcija ohrani.
Za določitev specifičnih parametrov odvisnosti, opisane s formulo (2.1), je bil leta 2005 izveden poseben poskus, katerega bistvo je bilo, da po standardnem ogrevanju in standardnem postopku obdelave dlani in palice prečke, športnik je izvedel visi na eni roki "do odpovedi". Hkrati so beležili čas visenja in velikost obremenitve roke. Po kratkem počitku (5-10 minut) je športnik izvedel visi "do odpovedi" na drugi strani. Po 30 minutah počitka je športnik še enkrat izvedel podobne visi, vendar z drugačno obremenitvijo roke - večjo ali manjšo (v skladu z načrtom poskusa). Podobna obešenja "do napake" so bila izvedena vsak drugi dan en mesec. Uteži, nameščene neposredno na športnikov pas, so bile uporabljene kot uteži, pri izvajanju obesanja z olajšavo pa so bile uteži zahtevane velikosti pritrjene na koncu kabla, vrženega čez blok, in pritrjene na drugem koncu na pasu. Znak konca poskusa z naraščajočo obremenitvijo je bila nezmožnost športnika, da izvede visi več kot 10 sekund. Hkrati je bila skupna vrednost obremenitve in lastna teža športnika, enaka 68 kg, vzeta kot največja moč mišic - fleksorjev prstov Fmax. V poskusu je bila leva roka 129 kg, desna pa 117 kg.
Rezultati eksperimenta se odražajo v grafih na slikah 2.4 in 2.5. Hkrati je na sliki 2.4 prikazana odvisnost maksimalnega časa visenja na eni roki od absolutne vrednosti obremenitve, na sliki 2.5 pa je prikazana odvisnost maksimalnega časa visenja na levi roki od relativne velikosti obremenitve.
Krivulji odvisnosti časa obešanja od absolutne vrednosti obremenitve za desno in levo roko (slika 2.4) ne sovpadata, ampak potekata skoraj vzporedno na določeni razdalji drug od drugega. To pomeni, da mišice upogibalke prstov niso enake v svojih sposobnostih statične moči. V poskusu se je športnikova leva roka izkazala za bolj vzdržljivo - vodilno. Dejansko se je pri skoraj vseh pristopih z enako obremenitvijo izkazalo, da je čas visenja na levi roki daljši kot na desni.
Po stopnji bližine krivulj je mogoče oceniti stopnjo razlike v statični vzdržljivosti moči športnikovih rok. Torej, da bi bil omejevalni čas visenja na desni in levi roki v zgornjem poskusu enak, je bilo treba obremenitev na levi roki povečati (ali zmanjšati na desni) v povprečju za 8 kg. .
Oslabitev prijema manj vzdržljive – šibkejše – roke med potegi na tekmovanju pogosto vodi do prezgodnjih padcev z palice. Da bi se temu izognili, se v praksi uporabljata vsaj dva načina prerazporeditve telesne teže med rokami sorazmerno z njihovimi močnimi zmožnostmi. V prvem primeru športnik še pred začetkom vlečenja premakne oprijem s sredine prečke, tako da je vodilna roka nekoliko bližje navpični podpori. V tem primeru je vodilna roka višja od najšibkejše in predstavlja večino telesne teže športnika. V drugem primeru, med pavzo počitka v visju, športnik premakne noge proti vodilni roki, prenese del telesne teže nanjo in s tem nekoliko razbremeni najšibkejšo roko za njeno hitrejše okrevanje in prepreči "zakisanje" mišice podlakti.
Če upoštevamo odvisnost trajanja visenja na eni roki ne od absolutne, ampak od relativne vrednosti obremenitve, je treba opozoriti, da čeprav je eksperimentalna odvisnost časa visenja "do odpovedi" od relativne vrednosti obremenitve obremenitev kvalitativno sovpada s tisto, ki je opisana v literaturi, hkrati pa obstajajo kvantitativne razlike, ki so očitno povezane s posebnostmi poliatlona. Torej, če na podlagi pridobljenih eksperimentalnih podatkov zgradimo graf odvisnosti omejitvenega časa statičnega dela od relativne obremenitve v območju obremenitev od 0,2 do 0,8 Fmax, bo imel obliko, prikazano na sliki 2.5. . Eksponent v formuli za aproksimacijsko krivuljo, enak 1,6, je bistveno manjši kot v predhodno podani formuli (2.1), zato se čas statičnega dela zmanjša s povečanjem obremenitve roke, ko visi na prečka bo manj ostra, kot je opisano v literaturi. Očitno je prikazana krivulja pridobljena s sodelovanjem subjektov, ki niso specializirani za vleke, medtem ko je odvisnost, prikazana na sliki 2.5, vzeta za športnika, ki se že več let ukvarja s poliatlonom. Energijski potencial natreniranih mišic upogibalcev prstov seveda omogoča daljše vzdrževanje dane statične sile pri njihovi običajni vadbi. Prav to se kaže v tem, da je eksperimentalna odvisnost mejnega časa statične napetosti bolj položna kot analogna klasična krivulja.
Toda v vsakem primeru je odvisnost časa obešenja od vrednosti obremenitve nelinearna, kar pomeni, da vsaka sprememba vrednosti obremenitve povzroči pomembnejšo spremembo časa obešenja.
Ker je vlečna sila upogibnih mišic prstov vsake roke v obesu enaka polovici teže športnikovega telesa minus sila trenja, ki deluje v območju prijema, že rahlo povečanje sile trenja vodi do znatnega povečanja v času visenja. Zato je za povečanje časa zanesljivega oprijema zelo pomembno, da čim bolj olajšamo delo mišic upogibalk prstov s povečanjem sile trenja med dlanmi in palico z uporabo magnezija.
Poskus, izveden v Sankt Peterburgu ob koncu sezone 2005, pomaga oceniti stopnjo vpliva kakovosti oprijema roke na prečni palici na rezultat v vlečenju. En znani poliatlet, ki bi lahko pokazal visoke rezultate v vlečenju, je med drugo in tretjo minuto vaje nenehno padel s palice in se uspel dvigniti od 30 do 42-krat. Povedati je treba, da se je pred prepovedjo uporabe lepil ta športnik na kolofoniji vztrajno potegnil navzgor okoli 50-krat. Po prehodu na magnezij se športnik kljub intenzivnim treningom ni mogel približati svojim najboljšim rezultatom. Zato je bilo zanimivo videti, kakšen rezultat lahko pokaže športnik, če se dvigne po starih pravilih - brez upoštevanja časa in uporabe kolofonije. Izkazalo se je, da je zelo visoka. Brez vidnega napora se je športnik dvignil 77-krat v 8 minutah 10 sekundah. In to potem, ko mu je v celotni tekmovalni sezoni v najboljšem primeru komaj uspelo potegniti 42-krat v 3 minutah.
Da bi vizualizirali stopnjo vpliva oprijema dlani s palico na rezultat, sta na sliki 2.6 prikazana dva grafa vlečenja tega poliatlonca. Prvi od njih prikazuje odvisnost povprečnega časa vlečnega cikla med vadbo na pokalu v Sankt Peterburgu 2005, drugi pa kaže enako odvisnost, vendar z eksperimentalnimi vlečnimi dvigi brez upoštevanja časa in uporabe kolofonija. In če je na prvi krivulji, tudi s prostim očesom, viden značilen dvig, ki kaže na nezadostno stopnjo razvoja statične vzdržljivosti, potem na drugi odvisnosti ni očitnih znakov statične utrujenosti. Tako so lepljive lastnosti kolofonije zmanjšale statično obremenitev športnikovih upogibnih mišic prstov do te mere, da je lahko izvajal vleke, dokler ni popolnoma izčrpal zalog dinamične vzdržljivosti.
