Kraftenheter. Dynamometer
När nu kraftens egenskaper och metoderna för dess mätning har bestämts, låt oss återgå till det andra experimentresultatet (§ 43) och bestämma det kvantitativa förhållandet mellan kraft och acceleration.
Grovt sett kan en sådan koppling upprättas på den redan bekanta erfarenheten av en vagn som sätts i rörelse av en last (fig. 2.28). För att bestämma accelerationerna installerar vi en dropper på vagnen, vilket gör att vi kan markera vagnens positioner med jämna mellanrum.
För att ändra kraften som verkar på hela det rörliga systemet kommer vi att göra flera identiska vikter.Hela systemet kan betraktas som en komplex kropp bestående av flera delar,
rör sig med accelerationer av samma modul (en vagn med en dropper och en last) För att systemets tröghetsegenskaper ska vara desamma i alla experiment kommer vi att placera en del av lasterna på koppen, och resten på vagnen.
Om endast en belastning placeras på koppen, kommer hela systemet att sättas i rörelse av en kraft lika med tyngdkraften som verkar på den. Om två eller tre sådana belastningar placeras på koppen, kommer kraften som orsakar rörelsen att öka två eller tre gånger, respektive. Genom att mäta avståndet mellan märkena som lämnas av dropparen under varje sådant experiment är det möjligt för alla fall att beräkna de accelerationer som uppstår i kroppen under inverkan av olika krafter.
Efter att ha utfört sådana experiment kommer vi att vara övertygade om att vagnens accelerationer växer i direkt proportion till de verkande krafterna, d.v.s.
Naturligtvis är vår erfarenhet mycket grov, men liknande experiment utförda med mycket exakta mätningar krafter och accelerationer, bekräftar undantagslöst det hittade resultatet: accelerationer i kroppars rörelse är direkt proportionella mot de krafter som verkar på dem:
riktningarna för de resulterande accelerationerna sammanfaller med riktningarna för de verkande krafterna 1).
I vårt experiment gjorde vagnen en rätlinjig rörelse. Kraften, som orsakade en förändring i hastighetsmodulen, skapade endast tangentiell acceleration. Man kan se från enkla experiment att samma samband mellan kraft och acceleration bevaras för normala accelerationer.
Vi placerar bollen i en ränna monterad på en centrifugalmaskins axel och ansluter den med en gänga med en last (Fig. 2.29). Låt oss få bilen att rotera med ett konstant antal varv per sekund. I detta fall, kulan, om den är på ett avstånd från rotationsaxeln,
kommer att få lite fart och normal acceleration
För att hålla kulan på denna cirkel måste tråden sträcka sig och verka på den med viss kraft Spännkraften kommer att skapas av en belastning som är knuten till änden av tråden som passerar genom röret på centrifugalaxeln maskin. Det är denna kraft som kommer att skapa en normal (centripetal) acceleration, vilket tvingar bollen att röra sig i en cirkel. Ställ in hastighet När en boll rör sig längs en cirkel kommer en ganska bestämd kraft att motsvara. Om du ökar antalet varv, dvs ökar den normala accelerationen, måste du för att hålla bollen i en given cirkel öka trådspänningskraften på motsvarande sätt.
Kropparnas accelerationer bestäms av de krafter som verkar på dem. Efter att vi har lärt oss hur man mäter kraft och i princip vet hur man bestämmer acceleration kan vi svara huvudfrågan: "Hur beror en kropps acceleration på krafterna som verkar på den?"
Experimentell bestämning av accelerationens beroende av kraft
Det är omöjligt att av erfarenhet fastställa förhållandet mellan acceleration och kraft med absolut noggrannhet, eftersom varje mätning ger ett ungefärligt värde på den uppmätta kvantiteten. Men det är möjligt att märka arten av accelerationens beroende av kraft med hjälp av enkla experiment. Redan enkla observationer visar att ju större kraften är, desto snabbare förändras kroppens hastighet, det vill säga desto större acceleration. Det är naturligt att anta att accelerationen är direkt proportionell mot kraften. I princip kan givetvis accelerationens beroende av kraft vara mer komplext, men först måste vi se om det enklaste antagandet inte är sant.
Det är bäst att studera translationsrörelsen hos en kropp, såsom en metallstång, på bordets horisontella yta, eftersom endast i translationsrörelse är accelerationen av alla punkter densamma, och vi kan tala om en viss acceleration av kroppen som helhet. Men i det här fallet är friktionskraften mot bordet stor och viktigast av allt är det svårt att mäta den exakt.
Därför tar vi en vagn med lätta hjul och installerar den på skenor. Då är friktionskraften relativt liten, och massan
Ris. 2.14
X
F
O
Ris. 2.13 sojahjul kan försummas i jämförelse med vagnens massa som rör sig framåt (Fig. 2.13).
Låt en konstant kraft verka på vagnen från sidan av tråden, till vars ände lasten är fäst. Kraftmodulen mäts med en fjäderdynamometer. Denna kraft är konstant, men inte lika i rörelse som den kraft med vilken jorden attraherar en upphängd last. Det är mycket svårt att mäta vagnens acceleration direkt genom att bestämma förändringen i dess hastighet över ett kort tidsintervall. Men det kan uppskattas genom att mäta tiden t det tar för vagnen att täcka vägen s.
Med tanke på att under inverkan av en konstant kraft är accelerationen också konstant, eftersom den bestäms unikt av kraften, är det möjligt att använda de kinematiska formlerna för likformigt accelererad rörelse. Vid en initial hastighet på noll,
vid ~2~ var och ¦ Därav
kroppens start- och slutkoordinater. 2s
(2.5.1) Det kan ses direkt med ögat att vagnen tar fart ju snabbare desto större kraft som verkar på den. Noggranna mätningar av kraft- och accelerationsmodulerna visar en direkt proportionalitet mellan dem:
en ~ F.
Det finns andra experiment som bekräftar detta samband. Här är en av dem. En massiv rulle (Fig. 2.14) är installerad på plattformen. Om du för plattformen i rotation, förvärvar rullen under verkan av en sträckt tråd centripetalacceleration, vilket är lätt att bestämma av rotationsradien R och antalet varv per sekund n:
a = 4 K2n2R.
Vi hittar kraften från dynamometerns avläsningar. Genom att ändra antalet varv och jämföra F och a, ser vi till att F ~ a.
Om flera krafter samtidigt verkar på kroppen, kommer kroppens accelerationsmodul att vara proportionell mot modulen för den geometriska summan av alla dessa krafter, lika med:
F = Fj + F2+ ... . (2.5.2)
->
Vektorerna a och F är riktade längs samma räta linje i samma riktning:
a ~ F. (2.5.3)
Detta kan ses i experimentet med vagnen: vagnens acceleration riktas längs tråden som är bunden till den.
Vad är tröghet?
Enligt newtonsk mekanik bestämmer kraften unikt kroppens acceleration, men inte dess hastighet. Detta måste förstås mycket tydligt. Kraften avgör inte hastigheten, utan hur snabbt den förändras. Därför kommer en kropp i vila att få en märkbar hastighet under inverkan av en kraft endast under ett visst tidsintervall.
mm
Accelerationen sker omedelbart, samtidigt som kraften börjar, men hastigheten ökar gradvis. Inte ens en mycket stor kraft kan ge kroppen betydande hastighet på en gång. Detta tar tid. För att stoppa kroppen är det återigen nödvändigt att bromskraften, oavsett hur stor den är, verkar under en tid.
Det är dessa fakta som menas när de säger att kroppar är inerta. Låt oss ge exempel på enkla experiment där kropparnas tröghet är mycket tydligt manifesterad.
1. En massiv boll är upphängd på en tunn tråd, exakt samma tråd är bunden till den nedanför (Fig. 2.15). Om du långsamt drar i botten Fig. 2.15
tråd, då går övertråden som förväntat av. När allt kommer omkring påverkas den av bollens vikt och kraften med vilken vi drar ner bollen. Men om du drar undertråden väldigt snabbt, kommer den att gå sönder, vilket vid första anblicken är ganska konstigt. Men det är lätt att förklara. När vi drar tråden långsamt, sjunker kulan gradvis och sträcker övertråden tills den går sönder.
Med ett snabbt ryck med stor kraft får bollen en stor acceleration, men dess hastighet hinner inte öka nämnvärt under den lilla tidsperioden under vilken undertråden sträcks kraftigt, och därför går den av, och övertråden sträcks lite och förblir hel.
En intressant upplevelse är med en lång pinne upphängd i pappersringar (Fig. 2.16). Om du slår pinnen skarpt med en järnstång går pinnen sönder, och pappersringarna förblir intakta. Försök att förklara denna upplevelse själv.
Ett ännu enklare experiment kan göras hemma. Tanken på erfarenhet framgår tydligt av figur 2.17. Den vänstra sidan av figuren motsvarar situationen när v \u003d const eller en \u003d 0. På höger sida av figuren, v Ф const, dvs. en Ф 0.
Ris. 2.16
Ris. 2.17
Slutligen, kanske den mest spektakulära upplevelsen. Om du skjuter på ett tomt plastkärl kommer kulan att lämna hål i väggarna, men kärlet förblir intakt. Om du skjuter på samma kärl fyllt med vatten kommer kärlet att spricka i små bitar. Detta resultat av experimentet förklaras enligt följande. Vatten är mycket lite komprimerbart, och en liten förändring i dess volym leder till en kraftig ökning av trycket. När kulan kommer in i vattnet mycket snabbt och bryter igenom kärlets väggar, stiger trycket kraftigt. På grund av vattnets tröghet hinner dess nivå inte stiga och det ökade trycket sliter isär kärlet.
Det sägs ibland att, tack vare tröghet, en kropp "motstår" försök att ändra sin hastighet. Detta är inte helt sant. En kropp ändrar alltid hastighet under inverkan av en kraft, men att ändra hastighet tar tid. Som J. Maxwell betonade är det lika fel att tala om kroppens motstånd mot försök att ändra dess hastighet, som att säga att te "motstår" att bli sött. Det tar bara ett tag för sockret att lösas upp.
Mekanikens lagar och vardagsupplevelsen
Mekanikens grundläggande uttalande är tillräckligt tydligt och inte komplicerat. Det passar lätt in i våra sinnen. När allt kommer omkring, från födseln lever vi i en värld av kroppar, vars rörelse lyder lagarna i Newtons mekanik.
Men ibland kan idéer från livserfarenhet misslyckas. Så tanken att en kropps hastighet är riktad i samma riktning som kraften som appliceras på den är för rotad. I själva verket bestämmer kraften inte hastigheten, utan kroppens acceleration, och riktningen för hastigheten och kraften kanske inte sammanfaller. Detta syns tydligt i figur 2.18.
När en kropp kastas i en vinkel mot horisonten, riktas alltid tyngdkraften nedåt, och hastigheten som tangerar banan bildar en vinkel med kraften, som förändras under kroppens flykt.
Kraftens riktning sammanfaller med hastighetens riktning endast i det speciella fallet med rätlinjig rörelse med ökande hastighet i absolut värde.
Huvudfaktumet för dynamik har fastställts: accelerationen av en kropp är direkt proportionell mot kraften som verkar på den.
1. Tråden som kulan är upphängd på böjs av i en viss vinkel och släpps. Var riktas resultanten av de krafter som verkar på kulan i det ögonblick då tråden är vertikal?
2. Rita en liten cirkel på golvet och ha en tävling. Varje deltagare går snabbt i en rak linje mot cirkeln, hålla i tennis boll. Uppgiften är att få bollen släppt från händerna in i cirkeln. Den här tävlingen kommer att visa vem av er som förstår essensen av Newtons mekanik bättre. Ris. 2.18
Mer om ämnet § 2.5. RELATION MELLAN ACCELERATION OCH KRAFT:
- Författarna till deklarationen såg ett nära samband mellan "människans naturliga och oförytterliga rättigheter",
- Forskare noterar med rätta att utfodring stärkte banden mellan härskare och deras vasaller och bidrog till
- § 6. Orsakssamband mellan en samhällsfarlig handling ( passivitet ) och socialt farliga konsekvenser som inträffat
Mekanikens huvuduppgift är att hitta lagarna för en kropps mekaniska rörelse under inverkan av krafter som appliceras på den. Empiriskt fann man att vid hastigheter vc, Var cär ljusets hastighet i ett vakuum, under inverkan av en kraft F en fri kropp ändrar hastigheten på sin translationella rörelse och rör sig med acceleration a, och kraftens anslutning F och acceleration a linjär:
a = k 1 F,
Var k 1 - positiv proportionalitetskoefficient beroende på valet av måttenheter för kraft och acceleration, konstant för varje specifik kropp, men olika för olika kroppar.
Egenskapen för kroppens tröghet manifesteras i det faktum att under inverkan av en kraft förändras translationsrörelsens hastighet inte omedelbart, utan gradvis med en ändlig acceleration som motsvarar förändringen a. Som ett mått på tröghet införs ett skalärt värde m kallad kroppsvikt. Ju högre kroppens tröghet är, desto mindre acceleration förvärvas under inverkan av en viss kraft. Man har experimentellt erhållit att accelerationen beror på massan omvänt proportionell mot k 1 =k/m:
var är proportionalitetskoefficienten k beror endast på valet av systemet av enheter för acceleration, kraft och massa och är densamma för olika kroppar. Om måttenheterna hänvisar till samma system (till exempel SI), då koefficienten k=1.
Således är kroppens acceleration direkt proportionell mot kraften som orsakar den, sammanfaller med den i riktning och omvänt proportionell mot kroppens massa:
Ekvationen () kallas dynamikens grundläggande ekvation. Kroppsmassa mär ett konstant värde som inte beror på kroppens rörelsetillstånd eller på dess position i rymden, därför räcker det för att jämföra massorna att jämföra de accelerationer som kropparna förvärvar under inverkan av samma kraft:
m 2 / m 1 = a 1 / a 2 .
Om kroppen är uppdelad i N viktdelar m, då har det experimentellt fastställts att under inverkan av samma kraft får hela kroppen acceleration i N gånger mindre än när kraften verkar på varje del separat. Därför är massan av en kropp en additiv kvantitet - massan av en kropp är lika med summan av massorna av dess delar. Massan av ett system av kroppar är lika med summan av massorna av alla kroppar som ingår i systemet. Ofta i dynamiska beräkningar är kroppen mentalt uppdelad i ett system av materiella punkter med massa. Hela kroppens massa kommer att vara lika med summan av massorna av alla dess materiella punkter.
En balansvåg kan användas för att mäta kroppsvikten. Principen för deras arbete är som följer. Sedan det fria fallaccelerationen g på samma plats på jordens yta är samma för alla kroppar, då kommer gravitationen att verka på kroppen P tillfredsställer relationen
För två olika massor
När man väger en kropp balansvågar uppmätt massa m 1 våg med referensvikter m 2. I balans P 1 =P 2, och därmed m 1 =m 2 .
I standardsystemet av enheter mäts massa i kilogram (kg).
Ekvation () beskriver en kropps rörelse endast om den rör sig framåt och inte deformeras. Annars kommer accelerationen av olika punkter i kroppen att vara annorlunda. En materialpunkt kan inte deformeras eller roteras, så ekvationen () kommer alltid att vara giltig för den.
Om flera krafter verkar på en materiell punkt F jag ( i=1, …, n) med det resulterande F, då blir materialpunktens acceleration:
Var a i - acceleration av en materiell punkt under inverkan av en kraft på den F jag, det vill säga den agerar principen om styrkornas oberoende i handling- om flera krafter samtidigt verkar på en materialpunkt, ger var och en av dem till materialpunkten samma acceleration som om det inte fanns några andra krafter.
Som vilken vektor som helst kan du dekomponera den resulterande kraftvektorn i två komponenter: tangent till punktbanan Fτ och normal till den F n:
F = F τ + F n.
Genom att jämföra med expansionen av accelerationsvektorn till en tangentiell och normal komponent och använda den grundläggande ekvationen för dynamik () får vi:
normal styrka F n ändrar bara vektorns riktning v, är riktad mot krökningscentrum för radiebanan R och ringde centripetalkraft:
Tangentialkraften ändrar hastigheten v: positivt värde Fτ accelererar kroppen och negativ saktar ner den; på Fτ =0 rör sig kroppen jämnt med konstant hastighet. Om normalkraften under likformig rörelse är noll, kommer banan att vara rätlinjig, om normalkraften är konstant och icke-noll, då kommer banan att ha en konstant krökningsradie (det vill säga en cirkel på ett plan eller en helix i rymden):
Ris. 1 Erfarenhet av att demonstrera tröghet
Låt oss placera ett pappersark på bordets horisontella yta och placera en kropp (till exempel ett glas) på det. I början är bladet och glaset i vila. Om du långsamt drar ett pappersark med kraft F, då kommer glaset att förbli orörligt i förhållande till arket, men kommer att börja röra sig med acceleration i förhållande till bordet, det vill säga glaset kommer att röra sig med samma acceleration som pappersarket. Om du drar ett pappersark skarpt dras det ut under glaset och glaset rör sig praktiskt taget inte i förhållande till bordet.
För att flytta glaset måste en kraft verka på det, och den enda kraft som uppstår i horisontell riktning är friktionskraften F tr som uppstår mellan skivan och glaset. Om accelerationen av ett pappersark är a, då uppstår en kraft i riktningen för denna acceleration F=ma, är friktionskraften riktad i motsatt riktning och är lika med F tr =- ma för låg effekt F, det vill säga om du drar ett pappersark långsamt, så kompenseras krafterna och glaset kommer att vara stationärt i förhållande till pappersarket. Med växande styrka F värdet av friktionskraften når maximalt värde F tr =μ mg kallad glidande friktionskraft, där μ är friktionskoefficienten mellan ett pappersark och ett glas. Om du använder våld F<μmg, då kommer friktionskraften inte längre att kunna kompensera den helt och glaset kommer att röra sig i förhållande till skivan under kraftens inverkan F-F tr med acceleration a 1 =a-μ g, och relativt tabellen med acceleration a 2 =a-a 1 =μ g. Eftersom tiden det tar för ett pappersark att dras ut under glaset är kort kommer glaset att färdas en försumbar sträcka.
Observera att efter att ha dragit ut ett pappersark har glaset en acceleration en 2 i förhållande till bordet och då kommer det att stanna på grund av friktionskraften mellan glaset och bordet. Om samma experiment inte utförs på ett bord, utan till exempel på is, där friktionskoefficienten är mycket mindre (och följaktligen den glidande friktionskraften är mycket mindre), kommer glaset att röra sig genom tröghet under verkan av en mindre kraft och flytta ett större avstånd.
Referenser
- A.A. Detlaf, B.M. Yavorsky, L.B. Milkovskaya. Fysik kurs. M.: Högre skola. 1973.
Vår knapp:
Åsikten från redaktörerna för webbplatsen kanske inte sammanfaller med författarnas åsikter.
Copyright 2006-2013 webbplats. När du använder webbplatsmaterial krävs en aktiv hyperlänk till "webbplatsen".
Sidan skapades på 0.0039 sek. Värdskap
Samband mellan kraft och acceleration.
Newtons andra lagI enlighet med Newtons första lag i en tröghetsreferensram har en fri kropp ingen acceleration. En kropps acceleration beror på dess växelverkan med andra kroppar, det vill säga krafterna som verkar på kroppen. Eftersom vi kan mäta acceleration och kraft oberoende av varandra, kan vi etablera ett förhållande mellan dem genom erfarenhet. Detta förhållande visar sig vara mycket enkelt: i alla fall är en kropps acceleration proportionell mot kraften som orsakar den.Proportionaliteten mellan acceleration och kraft är giltig för krafter av vilken fysisk natur som helst, och proportionalitetskoefficienten är ett konstant värde för en given kropp. Accelerationsvektorns riktning sammanfaller med kraftens riktning Avvikelser från denna grundläggande regelbundenhet finns endast för mycket snabba rörelser som sker med hastigheter jämförbara med ljusets hastighet c = 300 000 km/s. I världen av makroskopiska kroppar som omger oss förekommer inte sådana hastigheter. Samos är den snabbaste rörelsen som är känd här - jordens rörelse i omloppsbana runt solen - sker med en hastighet av "bara" 30 km/s. Endast mikroobjekt rör sig med relativistiska hastigheter: partiklar i kosmiska strålar, elektroner och protoner i laddade partikelacceleratorer, etc.
Regelbundenheten kan illustreras i visuella demonstrationsexperiment. Det är bekvämt att använda samma luftväg som i frirullningsdemonstrationen. Det är möjligt att säkerställa konstansen hos kraften som verkar på vagnen i dess rörelseriktning enligt följande. Vi fäster en dynamometer på den (fig. 65), till den andra änden av fjädern av vilken en tråd med en last är bunden, kastad över ett fast block i slutet av spåret. Enligt dynamometeravläsningen kan man bedöma kraften som verkar på vagnen från sidan av gängan. Genom att hänga upp olika vikter till änden av tråden kan du ge denna kraft olika värden. Den acceleration som vagnen förvärvar under inverkan av denna kraft kan beräknas med hjälp av kinematiska formler, som till exempel mäter de vägar som vagnen färdats under vissa tidsperioder. För detta ändamål kan i synnerhet stroboskopisk fotografering användas, när föremålet belyses av korta ljusblixtar med jämna mellanrum (bild 66).
Erfarenheten visar att under inverkan av en konstant kraft (som kan bedömas av dynamometerns konstanta avläsning under vagnens rörelse), sker rörelsen verkligen med konstant acceleration. Om experimentet upprepas genom att ändra värdet på den verkande kraften, kommer vagnens acceleration att ändras med samma mängd.
Tröghet.
Proportionalitetskoefficienten mellan acceleration och kraft, som är oförändrad för en given kropp, visar sig vara olika för olika kroppar. Efter att ha kopplat ihop två identiska vagnar kommer vi att se att en viss kraft F ger dem en acceleration som är hälften av den som den gav till en vagn. Således är proportionalitetskoefficienten mellan acceleration och kraft associerad med en viss fysisk egenskap hos kroppen. Denna egenskap kallas tröghet. Ju större kroppens tröghet är, desto mindre acceleration ger den verkande kraften den. Den fysiska kvantitet som kvantitativt kännetecknar egenskapen hos kroppens tröghet är massan, eller tröghetsmassan. Med begreppet massa kan förhållandet mellan acceleration och kraft uttryckas på följande sätt: Massa som ett mått på tröghet. Massan som ingår i formeln är ett mått på kroppens tröghet. Det beror inte bara på kraften som verkar på kroppen, utan också på andra fysiska förhållanden som denna kropp befinner sig i - på omgivningstemperaturen, närvaron av ett elektriskt eller gravitationsfält, etc. Du kan verifiera detta om du gör det det med en given kropp liknande experiment, med hjälp av kraften av en annan fysisk natur, vid olika temperaturer och luftfuktighet i den omgivande luften, på jordens yta eller i höga berg, etc. Massegenskaper. Av erfarenhet är följande egenskaper hos massa kända: det är en additiv skalär kvantitet som inte beror på kroppens position. En kropps massa beror inte på dess hastighet, förutsatt att denna hastighet är mycket mindre än ljusets hastighet. Additivitet innebär att massan av en sammansatt kropp är lika med summan av massorna av dess delar. Egenskapen för tillsats av massa är mycket exakt uppfylld för makroskopiska kroppar och kränks endast när energin för interaktion mellan kroppens beståndsdelar är hög, till exempel när protoner och neutroner kombineras för att bilda en atomkärna. Att massan är en skalär betyder att kroppens tröghetsegenskaper är desamma i alla riktningar.Jämlikheten kan tolkas på följande sätt. Om en dag en samtidig mätning av kraften som verkar på den och accelerationen som förvärvas av den görs med en given kropp, kommer dess massa att hittas, och i framtiden är det möjligt att beräkna accelerationen a för denna kropp från en känd kraft, eller vice versa, beräkna den verkande kraften från en känd acceleration a. Vi kommer vidare att jämföra denna så kallade dynamiska metod att bestämma massa med den vanliga metoden att mäta massa genom vägning. Erfarenheten visar att vid samtidig verkan av flera krafter på en kropp är accelerationen a proportionell mot vektorsumman av dessa krafter. Därför generaliseras jämställdheten enligt följande.
Newtons andra lag.
Jämlikhet uttrycker innehållet i Newtons andra lag: I en tröghetsreferensram är en kropps acceleration proportionell mot vektorsumman av alla krafter som verkar på den och omvänt proportionell mot kroppens massa Relationen mellan acceleration och kraft uttryckt enligt Newtons andra lag är universell. Det beror inte på det specifika valet av tröghetsreferensram. Lagen är giltig för alla riktningar av den verkande styrkan. När denna kraft riktas längs kroppens hastighet ändrar den hastighetsmodulen, dvs. accelerationen som ges av en sådan kraft kommer att vara tangentiell. Det är precis vad som hände i de beskrivna experimenten med flygbanan. När kraften riktas vinkelrätt mot hastigheten ändrar den hastighetens riktning, d.v.s. med. accelerationen som ges till kroppen kommer att vara normal (centripetal). Till exempel, med en nästan cirkulär rörelse av jorden runt solen, ger attraktionskraften till solen som verkar vinkelrätt mot omloppshastigheten centripetalacceleration till jorden. När alla krafter som verkar på kroppen är balanserade är deras vektorsumma noll, och det finns ingen acceleration av kroppen i förhållande till tröghetsreferensramen. En kropp är antingen i vila eller rör sig jämnt och i en rak linje. Dess motion i detta fall är omöjlig att skilja från motion by inertia, som diskuterades i diskussionen om Newtons första lag. Men om rörelsen i frånvaro av krafter där användes för att introducera tröghetsreferensramar, så är här nollaccelerationen när de verkande krafterna kompenseras en konsekvens av Newtons andra lag: Kraft och rörelse. Kärnan i Newtons andra lag, uttryckt med formeln, är mycket enkel. Men ofta är resultaten av dess verkan oväntade på grund av de speciella manifestationerna av kropparnas tröghet. Faktum är att acceleration förekommer i själva lagen, och rörelse uppfattas visuellt genom hastighet. Tänk på följande experiment: Vi hänger en massiv kropp på en tunn tråd och underifrån binder vi en annan liknande tråd till den (fig. 67). Om du långsamt drar ner den och gradvis ökar den applicerade kraften, kommer övertråden vid något tillfälle att bryta.
Detta är lätt att förstå, eftersom dragningen i övergängan beror på både den applicerade yttre kraften och vikten av den upphängda kroppen. Men om undertråden dras ned med en skarp rörelse kommer undertråden att gå sönder. Förklaringen till detta är följande. Trådbrott uppstår när dess förlängning når ett visst värde. För att övertråden ska sträcka sig måste lasten röra sig ner samma sträcka. Men detta kan inte hända omedelbart på grund av trögheten hos en massiv kropp, det tar lite tid att ändra dess hastighet, vilket är precis vad som saknas med ett skarpt ryck för undertråden.
Vad är egenskapen för tröghet? Vad är en kropps tröghetsmassa?
Vilka experiment vittnar om massans anpassningsförmåga?
Vilka påståenden finns i Newtons andra lag?
Hur ska kraften som verkar på kroppen riktas så att dess hastighet endast ändras i riktning? Ge exempel på sådana rörelser.
Kan accelerationen av en kropp i en tröghetsreferensram vara lika med noll om krafter verkar på den?
Låt oss avbilda den högra delen av Hill-kurvan, som fastställer förhållandet mellan de största (rekord)värdena av den utvecklade styrkan och hastigheten (snabbheten) av muskelrörelser, i en separat figur.
Figur 2.3
Förhållandet mellan styrka och hastighet av muskelsammandragningar i vissa sporter
(enligt V.L. Utkin, 1989., reviderad)
All fysisk träning på ett eller annat sätt kräver manifestation av styrka och hastighet av muskelkontraktion. Beroende på storleken på förhållandet mellan styrka och hastighet, manifesterat i vissa fysiska övningar, delas dessa övningar vanligtvis in i kraft, hastighet-styrka och hastighet. Så, bänkpress i tyngdlyftning syftar på styrkeövningar, kulstötning, spjutkast - till hastighet-styrka och strejk i bordtennis - till hastighet.
Pull-ups på ribban kan hänföras till styrkeövningar, men du måste ta hänsyn till att eftersom pull-ups i stor utsträckning är förknippade med manifestationen av uthållighet, och inte styrkan i sig, kännetecknas den inte av utvecklingen av maximala ansträngningar, särskilt under den inledande perioden av övningen. Om idrottaren, redan från början av pull-ups, försökte visa maximal styrka i fasen av att lyfta kroppen, skulle han utveckla maximal hastighet och flyga över stången till bröstet (som händer när man utför en "power exit" ). Men eftersom idrottaren inte måste visa maximala ansträngningar under en kort tid, utan att upprätthålla ansträngningar av en viss storlek under lång tid, kommer rörelsehastigheten för en idrottare i fasen att lyfta kroppen under den inledande perioden av drag- ups är mycket mindre än det maximala möjliga (punkt A). Med utvecklingen av utmattningsprocesser under utförande av pull-ups minskar idrottarens kraftförmåga, belastningen på musklerna (lika med idrottarens vikt) blir relativt högre, vilket i enlighet med regeln "ju större belastningen är sänk hastigheten”, leder till en minskning av idrottarens rörelsehastighet i lyftfasens bål (punkt B).
2.4.3 Beroende av den begränsade tiden för statiskt arbete på den absoluta och relativa muskelstyrkan.
Uthålligheten under statiskt arbete bestäms av den tid under vilken en konstant tryckkraft upprätthålls eller en viss last hålls i ett konstant läge.
Den maximala tiden för statiskt arbete är omvänt relaterad till de utvecklade muskelansträngningarna (Figur 1.8). När den erforderliga kraften är mindre än 20 % av den maximala kraften kan statiskt arbete utföras under mycket lång tid. Det finns bevis i litteraturen för att i tryck(belastnings)intervallet 20 - 80% av den maximala kraften, minskar begränsningstiden för statiskt arbete med ökande tryck (belastning) enligt följande förhållande:
(2.1)
där: - begränsar tiden för statiskt arbete;
Konstant;
Tryckkraft (belastning);
Maximal styrka;
n är en exponent lika med ungefär 2,5.
Det kan ses från formeln att även en liten minskning av styrkan hos en statisk kontraktion leder till en signifikant ökning av den tid under vilken denna sammandragning kan upprätthållas.
För att fastställa specifika parametrar för beroendet som beskrivs med formeln (2.1) genomfördes ett speciellt experiment 2005, vars essens var att efter en standarduppvärmning och en standardprocedur för att bearbeta handflatorna och stången på tvärstången, idrottare utförde ett häng på ena armen "till misslyckande". Samtidigt registrerades tiden för hängning och storleken på belastningen på handen. Efter en kort vila (5-10 minuter) utförde idrottaren hänget "to failure" å andra sidan. Efter 30 minuters vila utförde idrottaren återigen liknande häng, men med en annan belastning på handen - mer eller mindre (i enlighet med experimentplanen). Liknande hänger "till misslyckande" genomfördes varannan dag under en månad. Vikter placerade direkt på idrottarens bälte användes som vikter, och när man utförde hängningar med avlastning, fixerades vikter av erforderlig storlek i änden av kabeln som kastades över blocket och fixerades i den andra änden på bältet. Tecknet på slutet av experimentet med ökande belastning var idrottarens oförmåga att utföra hängningen i mer än 10 sekunder. Samtidigt togs det totala värdet av belastningen och idrottarens egen vikt, lika med 68 kg, som musklernas maximala styrka - fingrarnas böjare Fmax. I experimentet var det 129 kg för vänster hand och 117 kg för höger.
Resultaten av experimentet återspeglas i diagrammen i figurerna 2.4 och 2.5. Samtidigt visar figur 2.4 den maximala hängtidens beroende på ena handen av lastens absoluta värde, och Figur 2.5 visar beroendet av den maximala hängtiden på vänster hand av lastens relativa storlek.
Hängningstidens beroendekurvor av belastningens absoluta värde för höger och vänster hand (Figur 2.4) sammanfaller inte, utan går nästan parallellt på ett visst avstånd från varandra. Detta innebär att fingrarnas böjmuskler inte är lika i sin statiska styrka. I experimentet visade sig atletens vänstra hand vara mer uthållig - den ledande. I nästan alla tillvägagångssätt med samma belastning visade sig hängningstiden på vänster hand vara längre än på höger.
Genom graden av närhet av kurvorna kan man bedöma graden av skillnad i statisk styrka uthållighet hos idrottarens händer. Så för att den begränsade tiden för att hänga på höger och vänster hand skulle vara densamma i experimentet ovan var det nödvändigt att öka belastningen på vänster hand (eller minska den på höger) med i genomsnitt 8 kg .
Att försvaga greppet på den mindre uthålliga - svagare - handen under pull-ups i tävling leder ofta till för tidigt fall av ribban. För att undvika detta används i praktiken minst två sätt att omfördela kroppsvikten mellan armarna i proportion till deras styrka. I det första fallet flyttar idrottaren, redan före starten av pull-ups, greppet från mitten av ribban så att den ledande handen är lite närmare det vertikala stödet. I det här fallet är den ledande handen högre än den svagaste och den står för det mesta av idrottarens kroppsvikt. I det andra fallet, under en vilopaus i hänget, flyttar idrottaren sina ben mot den främre armen, överför en del av kroppsvikten till den och därigenom något avlastar den svagaste armen för dess snabbare återhämtning och förhindrar "försurning" av armen. underarmsmuskler.
Om vi betraktar beroendet av hängets varaktighet på en arm, inte av det absoluta, utan på det relativa värdet av belastningen, bör det noteras att även om det kvalitativt experimentella beroendet av hängningstiden "till misslyckande" på det relativa värdet av belastningen sammanfaller med den som beskrivs i litteraturen, men samtidigt finns det kvantitativa skillnader, som tydligen är förknippade med polyathlons särdrag. Så om, på basis av de erhållna experimentella data, för att bygga en graf över beroendet av den begränsande tiden för statiskt arbete på den relativa belastningen i belastningsområdet från 0,2 till 0,8 Fmax, kommer det att ha den form som visas i figur 2.5 . Exponenten i formeln för approximationskurvan, lika med 1,6, är betydligt mindre än i den tidigare givna formeln (2.1), därför minskar tiden för statiskt arbete med en ökning av belastningen på handen när man hänger på tvärstången blir mindre skarp än den beskrivs i litteraturen. Tydligen erhålls kurvan som visas i med deltagande av försökspersoner som inte är specialiserade på pull-ups, medan beroendet som visas i figur 2.5 är taget för en idrottare som har varit involverad i polyathlon i många år. Naturligtvis gör energipotentialen hos de tränade fingerböjmusklerna det möjligt att bibehålla en given statisk kraft under längre tid i sin vanliga träning. Detta är exakt vad som manifesteras i det faktum att det experimentella beroendet av den begränsande tiden för statisk spänning är plattare än den analoga klassiska kurvan.
Men i vilket fall som helst är hängtidens beroende av belastningsvärdet icke-linjärt, vilket innebär att varje ändring av belastningsvärdet leder till en mer signifikant förändring av hängtiden.
Eftersom dragkraften för böjmusklerna i varje hands fingrar i hänget är lika med halva vikten av idrottarens kropp minus friktionskraften som verkar i greppområdet, leder även en liten ökning av friktionskraften till en betydande ökning i hängets tid. Därför, för att öka tiden för ett tillförlitligt grepp, är det mycket viktigt att underlätta arbetet med fingerböjmusklerna så mycket som möjligt genom att öka friktionskraften mellan handflatorna och stången genom att applicera magnesia.
Ett experiment som genomfördes i St. Petersburg i slutet av säsongen 2005 hjälper till att bedöma graden av påverkan av kvaliteten på handgreppet på tvärstången på resultatet i pull-ups. En välkänd polyatlet, potentiellt kapabel att visa höga resultat i pull-ups, ramlade konstant av ribban mellan den andra och tredje minuten av träningen och lyckades ta sig upp från 30 till 42 gånger. Det måste sägas att före förbudet mot användning av lim, drog sig denna idrottare på kolofonium stadigt upp i regionen 50 gånger. Efter att ha bytt till magnesium, trots intensiv träning, kunde idrottaren inte komma i närheten av sina bästa resultat. Därför var det intressant att se vilket resultat en idrottare kan visa om man drar upp enligt de gamla reglerna – utan att ta hänsyn till tid och använda kolofonium. Det visade sig vara väldigt högt. Utan synlig ansträngning drog sig idrottaren upp 77 gånger på 8 minuter och 10 sekunder. Och detta efter att han under hela tävlingssäsongen i bästa fall knappt lyckats dra 42 gånger på 3 minuter.
För att visualisera graden av påverkan av handflatornas grepp med stapeln på resultatet, visar figur 2.6 två grafer över pull-ups för denna polyatlet. Den första av dem visar beroendet av den genomsnittliga tiden för pull-up-cykeln under övningen vid Cup of St. Petersburg 2005, och den andra visar samma beroende, men med experimentella pull-ups utan att ta hänsyn till tid och användning harts. Och om på den första kurvan, även med blotta ögat, en karakteristisk ökning är synlig, vilket indikerar en otillräcklig nivå av utveckling av statisk uthållighet, så finns det på det andra beroendet inga uppenbara tecken på statisk trötthet. Således minskade de klibbiga egenskaperna hos kolofonium den statiska belastningen på idrottarens fingerböjmuskler till en sådan grad att han kunde utföra pull-ups tills han helt uttömde reserverna av dynamisk uthållighet.
