Инерционные характеристики (особенность самих движущихся тел). Инерционные характеристики раскрывают, каковы особенности тела человека и движимых им тел в их взаимодействиях. От инерционных характеристик зависит сохранение и изменение скорости. Все физические тела обладают свойством инертности, которое проявляется в сохранении движения, а также в особенностях изменения его под действием сил. Понятие об инерции раскрывается в первом законе Ньютона: Всякое тело сохраняет своё состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока внешние приложенные силы не заставят его изменить это состояние. Масса тела- это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением приложенной силы к вызываемому ею ускорению. Момент инерции- это мера инертности тела при вращательном движении. Момент инерции тела равен отношению момента силы относительно данной оси к вызываемому им угловому ускорению. Момент инерции тела больше, когда его частицы дальше от оси вращения.
Силовые характеристики. Сила- это мера механического воздействия одного тела на другое в данный момент времени. Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванного данной силой. Закон Ньютона: действию всегда существует равное противодействие, иначе говоря, действия двух тел друг на друга всегда равны и противоположны по направлению. Момент силы- это мера вращающего действия силы на тело. Он определяется произведением силы на ее плечо. Поворот тела против часовой стрелки- сила положительная.
Превращение и преобразование метаболической энергии в полезный результат деятельности человека.
При движениях человека силы, приложенные к его телу на некотором пути, совершают работу и изменяют положение и скорость звеньев тела, что изменяет его энергию. Работа характеризует процесс, при котором меняется энергия системы. Энергия характеризует состояние системы, изменяющейся вследствие работы. Энергетические характеристики показывают, как меняются виды энергии при движениях и протекает сам процесс изменения энергии. Работа силы - это мера действия силы на тело при некотором его перемещении под действием этой силы. Если сила направлена в сторону движения, то она совершает положительную работу, увеличивая энергию движения тела. Когда же сила направлена навстречу движению (или под тупым углом к его направлению), то работа силы отрицательная и энергия движения тела уменьшается. Энергия - это запас работоспособности системы. Механическая энергия определяется скоростями движений тел в системе и их взаимным расположением; значит, это энергия перемещения и взаимодействия. Кинетическая энергия тела - это энергия его механического движения, определяющая возможность совершить работу. Потенциальная энергия тела -это энергия его положения, обусловленная взаимным относительным расположением тел или частей одного и того же тела и характером их взаимодействия. Энергия как мера движения материи переходит из одного вида в другой. Химическая энергия в мышцах превращается в механическую. Порожденная ею сила тяги мышц совершает работу и преобразует потенциальную энергию в кинетическую энергию движущихся звеньев тела и внешних тел. Механическая энергия внешних тел (кинетическая), передаваясь при их действии на тело человека его звеньям, преобразуется в потенциальную энергию растягиваемых мышц-антаганистов и в рассеивающуюся тепловую энергию.
На примере плавания:
При спортивном плавании метаболическая энергия на первом этапе с потерями трансформируется в тотальную внешнюю механическую мощность, а на втором этапе с дополнительными потерями тотальная внешняя механическая мощность трансформируется в полезную внешнюю механическую мощность, которая тратится на преодоление лобовой компоненты силы активного гидродинамического сопротивления. В результате чего и возникает та или иная скорость плавания. Этот процесс формализован в виде математической модели установившегося нестационарного движения пловца:
где v0 = полезный результат деятельности, т.е. скорость плавания на какой-то дистанции или ее мерном отрезке (м/с);
Pai = мощность метаболических процессов, которая является суммой мощностей 3-х основных энергетических систем организма (окислительная, фосфогенная, лактацидная) (Вт);
Eg = Pto/Pai – коэффициент механической эффективности, который является отношением тотальной внешней механической мощности к мощности метаболических процессов (коэф. явл-ся безразмерным);
ер – безразмерный коэф. продвигающей эффективности, т.е. отношение полезной внешней механической мощности к Pto (тотальная внешняя механич. мощность) (ер = Рuo/ Pto);
Fr (fd) – сила лобовой компоненты активного гидродинамического сопротивления (Н) (1 кг силы=9,8 Н)
Суммарная метаболическая мощность, которая возникает в результате проявления максимальной двигательной активности, создается тремя энергосистемами: окислительной, фосфогенной и лактацидной.