Что такое статическое и динамическое равновесие
Равновесие тел. Виды равновесия тел
Виды равновесия тел
Это происходит, если при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сил, действующих на тело, становится отличной от нуля и направлена к положению равновесия. Например, шарик, лежащий на дне сферического углубления (рис.1 а).
В данном случае при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия. Примером может служить шарик, находящийся в верхней точке выпуклой сферической поверхности (ри.1 б).
В этом случае при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остается равной нулю. Например, шарик, лежащий на плоской поверхности (рис.1,в).
Рис.1. Различные типы равновесия тела на опоре: а) устойчивое равновесие; б) неустойчивое равновесие; в) безразличное равновесие.
Статическое и динамическое равновесие тел
Если в результате действия сил тело не получает ускорения, оно может находиться в состоянии покоя или двигаться равномерно прямолинейно. Поэтому можно говорить о статическом и динамическом равновесии.
Динамическое равновесие — это такое равновесие, когда по действием сил тело не изменяет своего движения.
В состоянии статического равновесия находится подвешенный на тросах фонарь, любое строительное сооружение. В качестве примера динамического равновесия можно рассматривать колесо, которое катится по плоской поверхности при отсутствии сил трения.
Виды равновесия
Если тело находится в состоянии равновесия, то сумма внешних сил, действующих на него равна нулю, равна нулю и сумма моментов этих сил относительно любой оси.
Виды равновесия. Устойчивое, неустойчивое и безразличное равновесие
Равновесие делят на: устойчивое, неустойчивое и безразличное.
Равновесие тела называют устойчивым, если при небольших смещениях, действующие на него силы, стремятся вернуть его снова в положение равновесия.
Положение равновесия называют неустойчивым, если при малых смещениях силы, оказывающие воздействие на тело уводят его из положения равновесия еще больше.
Если при небольших смещениях из положения равновесия силы, действующие на тело и их моменты, уравновешиваются, как и прежде, то такое равновесие называют безразличным.
Классическим примером типов равновесия служит положение шарика на опорах различной формы. Рис. 1 (а) шарик находится в положении устойчивого равновесия. Рис.1 (б) равновесие тела неустойчивое. Рис.1 (в) положение тела безразличное.
Если тело имеет точку опоры (как шарик на рис.1), и равнодействующая всех сил, приложенных к телу, направлена к положению равновесия, то тело находится в устойчивом равновесии. В том случае, если равнодействующая направлена в сторону противоположную точке равновесия, то тело в неустойчивом равновесии. Если равнодействующая сил, приложенных к телу равна нулю, то равновесие безразличное.
Вид равновесия тела зависит от распределения его массы и положения этого тела относительно других тел.
Принцип минимума потенциальной энергии
Данное свойство применяют для поиска положения равновесия и при исследовании характера равновесия.
Вертикальная колонна стоящая свободно находится в положении устойчивого равновесия, так как при маленьких наклонах ее центр масс увеличивает свое расстояние от опоры (рис.2). Это происходит до того момента пока вертикальная проекция цента масс не выйдет за пределы площади опоры, что означает угол отклонения колонны от вертикали превысил максимальное значение. Получается, что область устойчивости находится в переделах от минимума потенциальной энергии (вертикальное положение) до ближайшего к нему максимума. Если колонна лежит горизонтально, то ее область устойчивости является более широкой, чем у вертикальной колонны.
Для тела находящегося на горизонтальной опоре необходимо, чтобы вертикальная линия, проведенная через центр масс тела, пересекала поверхность, которую ограничивает опора, тогда тело будет находиться в равновесии. Угол наклона тела (рис.2), при котором тело еще не падает, определяют: площадь опоры и высота центра тяжести тела. Чем больше площадь опоры и ниже расположен цент тяжести тела, тем оно устойчивее.
Статическое и динамическое виды равновесия тела
Рассматривая равновесие тела, выделяют статический и динамический виды равновесия тела.
Статическим называют равновесие тела, если оно при воздействии на него внешних сил находится в состоянии покоя.
Динамическим равновесием называют состояние тела, при котором оно движется, но конфигурация сил и энергии его не изменяется.
Примеры задач с решением
Задание. Однородная линейка висит на гвозде в состоянии равновесия. Определите тип равновесия, для каждого рисунка.
Решение. 1) В первом случае гвоздь проходит через центр тяжести линейки (Из соображений симметрии понятно, что цент тяжести однородной линейки находится на ее середине). Состояние равновесия этой линейки будет безразличным. Так как если ось вращения проходит через центр тяжести, то тело будет находиться в состоянии безразличного равновесия при любом положении тела.
2) Во втором случае ось вращения (гвоздь) находится выше центра тяжести, значит, мы получили устойчивое равновесие тела.
3) В третьем случае имеем неустойчивое равновесие. Ось вращения выше центра тяжести тела.
Задание. Сформулируйте условия равновесия тела 1) с закрепленной осью вращения; 2) тела обладающего точкой опоры; 3) тела имеющего площадь опоры.
Решение. 1) Если тело может вращаться около закрепленной оси, то оно находится в положении равновесия, если ось проходит через центр масс тела (безразличное равновесие). Если центр тяжести тела находится ниже оси вращения (устойчивое равновесие). Если ось вращения ниже центра масс тела, то равновесие будет неустойчивым.
3) Пусть тело имеет площадь опоры. Тогда его равновесие будет устойчивым, если вертикаль, проводимая через центр масс этого тела, пересечет площадь опоры.
Разновидности координации
Общая характеристика координации
Слово «координация» от латинского – согласование, сочетание, приведение в порядок. Относительно двигательной деятельности человека этот термин употребляется для определения степени согласованности его движений с реальными требованиями окружающей среды.
Пример:Поскользнувшись, один человек с помощью компенсаторных движений восстанавливает равновесие, а другой – падает. Очевидно, первый из них имеет более высокий уровень согласованности движений, а следовательно – более развитую координацию.
Координация характеризуется возможностью людей управлять своими движениями. Сложность управления опорно-двигательным аппаратом заключается в том, что тело человека состоит из значительного количества биозвеньев, которые имеют более ста степеней свободы. По точному выражению Н.А. Бернштейна (1947), координация движений есть не что иное, как преодоление чрезмерных степеней свободы наших органов движения, т.е. превращение их в управляемые системы. Если координация человека развита недостаточно, он стремится осуществить управление движениями звеньев тела путём фиксации значительного количества суставов.
Пример:Когда человек впервые становится на лыжи или коньки, он, как правило, выполняет движения прямыми ногами. Его коленные и даже голеностопные суставы фиксированы, и движения в них не проходят. Новичку легче управлять движениями «непослушных» нижних конечностей путём преобразования их в жёсткое звено с одним шарниром в тазобедренном суставе.
КООРДИНАЦИЯ – это способность человека рационально согласовывать движения звеньев тела при решении конкретных двигательных задач.
К числу разновидностей координации относят:
— способность к дифференцированию различных параметров движения (временных, пространственных, силовых и др.);
— способность к ориентированию в пространстве;
— способность к равновесию;
— тонкое мышечное чувство;
— способность к соединению (комбинированию) движений;
— способность к перестраиванию движений;
— способность к управлению временем двигательных реакций.
В реальной бытовой, производственной или спортивной двигательной деятельности все названные разновидности координации проявляются не в чистом виде, а в сложном взаимодействии. В конкретных ситуациях одни разновидности играют ведущую роль, другие – вспомогательную. При этом возможно мгновенное изменение их значимости в связи с изменением внешних условий.
1) Способность к дифференцированию различных параметров движения (временных, пространственных, силовых и др.) обуславливается точностью двигательных ощущений и восприятий, которые часто дополняются слуховыми и зрительными. Удивительной способностью тончайшей оценки и регуляции динамических, временных, пространственных параметров движений владеют спортсмены высокого класса.
Пример:Бегуны высокой квалификации на средние дистанции способны преодолевать 400-метровые отрезки с заданным временем (52, 54, 55 секунд), не допуская ошибки более чем на 0,2-0,3 с.
2) Способность к ориентированию в пространстве определяется умением человека оперативно оценить сложившуюся ситуацию относительно пространственных условий и отреагировать на неё рациональными действиями, обеспечивающими эффективное выполнение двигательной задачи. Эта разновидность координации является определяющей для прыгунов в воду, батутистов, воздушных гимнастов, космонавтов в условиях невесомости и т.п.
3) Способность к равновесию – это способность человека сохранить устойчивое положение тела в условиях разнообразных движений и поз. Способность к сохранению равновесия обуславливается совокупной мобилизацией возможностей зрительной, слуховой, вестибулярной, соматосенсорной систем. Каждая конкретная ситуация, требующая сохранения равновесия, определяет ведущими те или иные системы. Однако чаще всего проявление равновесия зависит от соматосенсорной и вестибулярной систем.
Различают статическое и динамическое равновесие:
— Статическое равновесие – сохранение устойчивого положения тела в какой-либо позе (пр., фиксация тела в положении «ласточка», в стойке на руках и т.п.);
— Динамическое равновесие – сохранение устойчивого положения тела в процессе выполнения движений (пр., выполнение двигательной связки на бревне и т.п.).
Сохранение равновесия как в статике, так и в динамике, – одно из важнейших условий активного взаимодействия человека с внешней средой. Успех в ряде профессий (пр., строителей, монтажников, моряков) и в некоторых видах спорта (пр., фигурном катании на коньках, гимнастике, горнолыжном спорте) во многом определяется уровнем развития функции равновесия.
4) Тонкое мышечное чувство – способность человека быстро активизировать необходимое количество двигательных единиц и обеспечивать оптимальное взаимодействие мышц-синергистов и мышц-антагонистов.
Пример:В спорте: игра теннисной ракеткой в настольном теннисе; фехтование; «чувство воды» у пловцов и гребцов.
В бытовой сфере: управление автомобилем (переключение коробки передач, рулевое управление).
6) Способность к перестраиванию движений – это способность человека мгновенно менять характер двигательных действий в соответствии с внезапно изменившимися условиями их выполнения. В повседневной жизни данная способность проявляется, когда человек, например, поскользнувшись или споткнувшись, успевает с помощью компенсаторных движений перестроиться и восстановить равновесие. В профессиональной деятельности эта способность необходима морякам в условиях качки. В спорте она имеет большое значение в спортиграх, т.к. очень часто по ходу игры спортсмены вынуждены менять свои первоначальные намерения, на ходу перестраивая уже начатые движения.
7) Способность к управлению временем двигательных реакций – это способность целенаправленно выполнять двигательные действия с учётом возникновения различных помех. Эта разновидность координации является значимой в единоборствах, спортиграх и т.п.
Пример:При блокировании нападающего удара в волейболе блокирующий игрок должен оценить время выполнения нападающего удара и подстроить свои действия для выполнения блока.
Понятие «координация» нередко путают с понятием «ловкость»,однако смысловая нагрузка у них разная. Ловкость выступает как интегральное проявление разновидностей координации. Различие между координацией и ловкостью в том, что координация проявляются во всех видах деятельности, связанных с управлением согласованностью и соразмерностью движений, а ловкость – в тех, которым присуща не только регуляция движений, но и элементы неожиданности, внезапности, что требует находчивости. Недаром в обиходно-бытовой и разговорной речи о ловком человеке говорят: сноровистый, изворотливый, складный, юркий и т.д.
ЛОВКОСТЬ– это комплексное психофизическое качество человека. Уровень его развития определяется степенью развития психомоторных способностей, участвующих в решении сложных координационных задач, требующих, в свою очередь, высокого уровня психической и физической готовности. Так, Н.А. Бернштейн подчёркивал, что двигательная ловкость – царица управления движениями.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Что такое статическое и динамическое равновесие
Растяжка
Введение
Восприятие
Выносливость
Гибкость
Координация
Ловкость
Мощь
Равновесие
Самоконтроль
Скорость
Точность
Травмы
Питание
Чувство времени
Что такое равновесие?
Источники равновесия
Источники равновесия можно рассматривать с точки зрения двух различных областей науки: физиологии и биомеханики человека.
Равновесие возникает при устойчивом положении тела. Выстроив по одной линии ноги, бедра, позвоночник и голову, вы приобретаете стабильное вертикальное положение. За сохранение равновесия тела отвечают специальные органы чувств, помогающие определить, насколько надежное и стабильное положение занимает тело.
Наиболее важным условием для сохранения равновесия является наличие визуального сигнала. При помощи зрения можно мгновенно определить положение тела относительно земли. Чтобы проверить важность роли визуального сигнала, попробуйте закрыть глаза и встать на одну ногу. Вы почувствуете, что ваше тело начинает покачиваться, а руки инстинктивно расставляются в стороны.
Для сохранения равновесия служат также и осязательные сигналы. В подушечках ступней расположена разветвленная сеть чувствительных датчиков. Реагируя на изменения давления находящейся под ними земли, они посылают соответствующую информацию об этом в мозг, что дает возможность быстро менять положение тела для сохранения равновесия. Для проверки работы этих датчиков встаньте одной ногой на какую-либо мягкую поверхность, например, матрас или толстый гимнастический мат. Как только поверхность, на которой вы стоите, прогнется под вашим весом, ваше тело сразу же слегка изменит положение, реагируя на сигналы, поступающие из подушечек ног.
Наконец, важным органом, контролирующим равновесие, является вестибулярный аппарат, расположенный во внутреннем ухе. Он состоит из двух видов рецепторов: полукруглых каналов, отвечающих за угловые движения, и так называемых отолитов, регулирующих линейные движения. Вестибулярный аппарат контролирует положение головы в пространстве (вертикальное или перевернутое) и внезапные изменения направления движения. Главной его функцией является сохранение равновесия.
Благодаря высокой чувствительности вестибулярного аппарата центральная нервная система имеет возможность корректировать положение тепа в пространстве иногда даже до момента потери равновесия. Вестибулярный аппарат, кроме того, контролирует «восстановительный рефлекс», используемый при дезориентации прежде прочих сенсорных и двигательных систем.
Восстановительный рефлекс отвечает за вертикальное положение тела. Принимая сигналы от зрительных и осязательных органов чувств, а также от вестибулярного аппарата, тело постоянно стремится сохранять стабильное положение относительно действующей на него силы тяжести. Если вы теряете равновесие или оказываетесь дезориентированы в пространстве, восстановительный рефлекс сразу же принимается за возвращение тела в вертикальное положение, сначала стабилизируя положение головы, затем шеи, потом верхней и, наконец, нижней части тела.
Тело человека обладает сложной физиологической страховочной системой на случай потери равновесия. Вся ее деятельность направлена на сохранение устойчивого и стабильного положения тела. Однако ей постоянно противостоит такое физическое явление, как сила тяжести. И в этом случае задача по сохранению равновесия возлагается уже на биомеханические факторы.
Истинный центр тяжести находится на пересечении гравитационных линий при вертикальной и горизонтальной ориентации тела. Представьте, что ваше тело разделено вертикально на две идеально равные половины и горизонтально на две части, равные по весу. В точке пересечения этих вертикальной и горизонтальной разделяющих линий и будет располагаться центр тяжести.
Центр тяжести определяет точку, в которой ориентация тела относительно земли не зависит от его веса. Проще говоря, это та точка, в которой вы бы сохраняли устойчивое равновесие, если бы было возможно использовать ее в качестве опоры для тела.
Однако самое интересное свойство центра тяжести состоит в том, что он постоянно перемещается относительно тела по мере того, как части тела меняют свое положение в пространстве. Ваш центр тяжести, когда вы стоите, сидите или наклоняетесь, располагается в совершенно разных точках. Более того, в определенные моменты центр тяжести может даже находиться та пределами тела.
Представьте себе какой-либо полый предмет, например колпак или каску. Центры тяжести этих предметов будут находиться вне их материальной оболочки, располагаясь в некой точке пространства внутри полости. Этот феномен свойствен и для тела человека. В определенных случаях при сильных сгибаниях или растяжениях бедер или торса, требующихся при выполнении некоторых гимнастических упражнений, центр тяжести спортсмена оказывается в точке пространства, окруженной его телом.
Из этого правила вытекает следующее, гласящее, что, если центр тяжести перемещается к границам точки опоры, требуется лишь незначительное количество силы, чтобы вывести тело из состояния равновесия. Это означает, что, когда вы наклоняетесь вперед, приближаясь к пограничному положению своей стойки, достаточно будет легкого толчка в спину, чтобы лишить вас равновесия. Точно так же, если при отклонении назад вы приближаетесь к предельно допустимому положению стойки, даже самая незначительная сила способна будет опрокинуть вас на спину. Располагая центр тяжести тела на одной линии с центром точки опоры, вы принимаете наиболее устойчивую стойку.
Как применяется равновесие в БИ
Равновесие в боевых искусствах определяет в первую очередь устойчивость стоек и подвижность при перемещениях. В некоторых стилях предпочтение отдается низким и широким стойкам, повышающим устойчивость. В других стилях практикуются высокие стойки, направленные не на сохранение равновесия, а на увеличение подвижности. Поэтому при изучении стоек руководствуйтесь требованиями практикуемого вами стиля. Помните, что подвижность тела увеличивается при более высоком расположении центра тяжести и перемещении его вперед или назад к границам точки опоры. Устойчивость увеличивается при низком расположении центра тяжести и помещении его на одной линии с центром точки опоры.
Тем же правилам подчиняется и сохранение равновесия в движении. Двигаясь вперед, перемещайте вперед и центр тяжести. Отступая назад, центр тяжести отклоняйте также назад. На первый взгляд это кажется очевидным, однако многие спортсмены значительно замедляют свои перемещения, отклоняя верхнюю часть тела назад при движении вперед или выпрямляя ноги при движении назад,
Сохранению равновесия в движении способствует и уменьшение количества усилий, предпринимаемых для выполнения движений и стоек. Не ставя ноги прочно в глубокую стойку или быстро отступая после проведения атаки, вы тем самым сохраняете способность легко перемещать центр тяжести при каждом движении. Постоянно контролируя расположение центр а тяжести, вы сможете свободно управлять любыми движениями своего тела. Надежное равновесие в движении делает все перемещения более экономичными и, следовательно, быстрыми.
Как развивать равновесие
Правильное положение тела зависит от правильного положения головы и направления взгляда. Правильное положение тела является важнейшим фактором статического равновесия. Если вы стоите на плоской поверхности и на вас не действуют никакие другие силы, кроме силы тяжести, при правильном положении тела вы способны сохранять совершенно уравновешенную стойку.
При движении обращайте внимание на детали. Старайтесь не скрещивать ноги. Во время движения и приземления ноги должны быть слегка согнуты в коленях. Мелкие и быстрые шаги при перемещениях гораздо предпочтительнее длинных выпадов.
Когда на вас начинает оказывать свое влияние противодействующая сила, в лице которой может выступать ваш соперник, сразу вспоминайте о своем центре тяжести. Приняв правильную стойку (не слишком широкую, с согнутыми в коленях ногами, с центром тяжести, расположенным на одной линии с центром точки опоры или чуть перемешенным вперед), вы сможете успешно препятствовать попыткам противодействующей силы лишить вас равновесия.
Если лишающей вас равновесия силой является ваше собственное движение, ищите в нем стабилизирующие точки. Вкладывайте в движение меньше скорости и мощи и сконцентрируйтесь на точности его выполнения. Когда вы сможете медленно произвести необходимое движение, не теряя при этом равновесия, начинайте постепенно увеличивать скорость и мощь его выполнения.
Одной из наиболее сложных задач для мастеров боевых искусств является сохранение равновесия при выполнении вращательных движений. Во время отработки вращательных движений старайтесь постоянно оставаться на одном месте, как это делают фигуристы и балерины. Прежде чем выполнить оборот на 360 градусов, сфокусируйте внимание на точке, расположенной прямо перед вами. Разворот начинайте выполнять только телом, а когда оно повернется почти на 180 градусов, как можно быстрее разверните голову и направьте взгляд в ту же точку, куда смотрели до разворота, и не отрывайтесь от нее, пока тело будет завершать полный оборот. Оставаясь на одном месте, вы уменьшаете головокружение и сохраняете ощущение непрерывности движения.