Механическое движение — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

 

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: механическое движение и его виды, относительность механического движения, скорость, ускорение.

Понятие движения является чрезвычайно общим и охватывает самый широкий круг явлений. В физике изучают различные виды движения. Простейшим из них является механическое движение. Оно изучается в механике.
Механическое движение — это изменение положение тела (или его частей) в пространстве относительно других тел с течением времени.

Если тело A меняет своё положение относительно тела B, то и тело B меняет своё положение относительно тела A. Иначе говоря, если тело A движется относительно тела B, то и тело B движется относительно тела A. Механическое движение является относительным — для описания движения необходимо указать, относительно какого тела оно рассматривается.

Так, например, можно говорить о движении поезда относительно земли, пассажира относительно поезда, мухи относительно пассажира и т. д. Понятия абсолютного движения и абсолютного покоя не имеют смысла: пассажир, покоящийся относительно поезда, будет двигаться с ним относительно столба на дороге, совершать вместе с Землёй суточное вращение и двигаться вокруг Солнца.
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта.

Основной задачей механики является определение положения движущегося тела в любой момент времени. Для решения этой задачи удобно представить движение тела как изменение координат его точек с течением времени. Чтобы измерить координаты, нужна система координат. Чтобы измерять время, нужны часы. Всё это вместе образует систему отсчёта.

Система отсчёта — это тело отсчёта вместе с жёстко связанной с ним («вмороженной»» в него) системой координат и часами.

Система отсчёта показана на рис. 1. Движение точки рассматривается в системе координат . Начало координат является телом отсчёта.

Рисунок 1.

 

Вектор называется радиус-вектором точки . Координаты точки являются в то же время координатами её радиус-вектора .
Решение основной задачи механики для точки состоит в нахождении её координат как функций времени: .
В ряде случаев можно отвлечься от формы и размеров изучаемого объекта и рассматривать его просто как движущуюся точку.

Материальная точка — это тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
Так, поезд можно считать материальной точкой при его движении из Москвы в Саратов, но не при посадке в него пассажиров. Землю можно считать материальной точкой при описании её движения вокруг Солнца, но не её суточного вращения вокруг собственной оси.

К характеристикам механического движения относятся траектория, путь, перемещение, скoрость и ускорение.

Траектория, путь, перемещение.

 

В дальнейшем, говоря о движущемся (или покоящемся) теле, мы всегда полагаем, что тело можно принять за материальную точку. Случаи, когда идеализацией материальной точки пользоваться нельзя, будут специально оговариваться.

Траектория — это линия, вдоль которой движется тело. На рис. 1 траекторией точки является синяя дуга, которую описывает в пространстве конец радиус-вектора .
Путь — это длина участка траектории, пройденного телом за данный промежуток времени.
Перемещение — это вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела.
Предположим, что тело начало движение в точке и закончило движение в точке (рис. 2). Тогда путь, пройденный телом, это длина траектории . Перемещение тела — это вектор .

Рисунок 2.

 

Скорость и ускорение.

 

Рассмотрим движение тела в прямоугольной системе координат с базисом (рис. 3).

Рисунок 3.

 

Пусть в момент времени тело находилось в точке с радиус-вектором

Спустя малый промежуток времени тело оказалось в точке с
радиус-вектором

Перемещение тела:

(1)

Мгновенная скорость в момент времени — это предел отношения перемещения к интервалу времени , когда величина этого интервала стремится к нулю; иными словами, скорость точки — это производная её радиус-вектора:

(2)

Из (2) и (1) получаем:

Коэффициенты при базисных векторах в пределе дают производные:

(Производная по времени традиционно обозначается точкой над буквой.) Итак,

Мы видим, что проекции вектора скорости на координатные оси являются производными координат точки:

Когда стремится к нулю, точка приближается к точке и вектор перемещения разворачивается в направлении касательной. Оказывается, что в пределе вектор направлен точно по касательной к траектории в точке . Это и показано на рис. 3.

Понятие ускорения вводится похожит образом. Пусть в момент времени скорость тела равна , а спустя малый интервал скорость стала равна .
Ускорение — это предел отношения изменения скорости к интервалу , когда этот интервал стремится к нулю; иначе говоря, ускорение — это производная скорости:

Ускорение, таким образом, есть «cкорость изменения скорости». Имеем:

Следовательно, проекции ускорения являются производными проекций скорости (и, стало быть, вторыми производными координат):

Закон сложения скоростей.

 

Пусть имеются две системы отсчёта. Одна из них связана с неподвижным телом отсчёта . Эту систему отсчёта обозначим и будем называть неподвижной.
Вторая система отсчёта, обозначаемая , связана с телом отсчёта , которое движется относительно тела со скоростью . Эту систему отсчёта называем движущейся. Дополнительно предполагаем, что координатные оси системы перемещаются параллельно самим себе (нет вращения системы координат), так что вектор можно считать скоростью движущейся системы относительно неподвижной.

Неподвижная система отсчёта обычно связана с землёй. Если поезд плавно едет по рельсам со скоростью , это система отсчёта, связанная с вагоном поезда, будет движущейся системой отсчёта .

Заметим, что скорость любой точки вагона (кроме вращающихся колёс!) равна . Если муха неподвижно сидит в некоторой точке вагона, то относительно земли муха движется со скоростью . Муха переносится вагоном, и потому скорость движущейся системы относительно неподвижной называется

переносной скоростью.

Предположим теперь, что муха поползла по вагону. Скорость мухи относительно вагона (то есть в движущейся системе ) обозначается и называется относительной скоростью. Скорость мухи относительно земли (то есть в неподвижной системе ) обозначается и называется абсолютной скоростью.

Выясним, как связаны друг с другом эти три скорости — абсолютная, относительная и переносная.
На рис. 4 муха обозначена точкой .Далее:
— радиус-вектор точки в неподвижной системе ;
— радиус-вектор точки в движущейся системе ;
— радиус-вектор тела отсчёта в неподвижной системе .

Рисунок 4.

 

Как видно из рисунка,

Дифференцируя это равенство, получим:

(3)

(производная суммы равна сумме производных не только для случая скалярных функций, но и для векторов тоже).
Производная есть скорость точки в системе , то есть абсолютная скорость:

.

Аналогично, производная есть скорость точки в системе , то есть относительная скорость:

А что такое ? Это скорость точки в неподвижной системе, то есть — переносная скорость движущейся системы относительно неподвижной:

В результате из (3) получаем:

Закон сложения скоростей. Скорость точки относительно неподвижной системы отсчёта равна векторной сумме скорости движущейся системы и скорости точки относительно движущейся системы. Иными словами, абсолютная скорость есть сумма переносной и относительной скоростей.

Таким образом, если муха ползёт по движущемуся вагону, то скорость мухи относительно земли равна векторной сумме скорости вагона и скорости мухи относительно вагона. Интуитивно очевидный результат!

Виды механического движения.

 

Простейшими видами механического движения материальной точки являются равномерное и прямолинейное движения.
Движение называется равномерным, если модуль вектора скорости остаётся постоянным (направление скорости при этом может меняться).

Движение называется прямолинейным, если направление вектора скорости остаётся постоянным (а величина скорости при этом может меняться). Траекторией прямолинейного движения служит прямая линия, на которой лежит вектор скорости.
Например, автомобиль, который едет с постоянной скоростью по извилистой дороге, совершает равномерное (но не прямолинейное) движение. Автомобиль, разгоняющийся на прямом участке шоссе, совершает прямолинейное (но не равномерное) движение.

А вот если при движении тела остаются постоянными как модуль скорости, так и его направление, то движение называется равномерным прямолинейным

.

В терминах вектора скорости можно дать более короткие определения данным типам движения:

• равномерное движение
• прямолинейное движение
• равномерное прямолинейное движение

Важнейшим частным случаем неравномерного движения является равноускоренное движение, при котором остаются постоянными модуль и направление вектора ускорения:

• равноускоренное движение

Наряду с материальной точкой в механике рассматривается ещё одна идеализация — твёрдое тело.
Твёрдое тело — это система материальных точек, расстояния между которыми не меняются со временем. Модель твёрдого тела применяется в тех случаях, когда мы не можем пренебречь размерами тела, но можем не принимать во внимание изменение размеров и формы тела в процессе движения.

Простейшими видами механического движения твёрдого тела являются поступательное и вращательное движения.
Движение тела называется

поступательным, если всякая прямая, соединяющая две какие-либо точки тела, перемещается параллельно своему первоначальному направлению. При поступательном движении траектории всех точек тела идентичны: они получаются друг из друга параллельным сдвигом (рис. 5).

Рисунок 5.

 

Движение тела называется вращательным, если все его точки описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. При этом центры данных окружностей лежат на одной прямой, которая перпендикулярна всем этим плоскостям и называется осью вращения.

На рис. 6 изображён шар, вращающийся вокруг вертикальной оси. Так обычно рисуют земной шар в соответствующих задачах динамики.

Рисунок 6.

 

Механическое движение — определение, формулы, примеры

Механическое движение

Когда мы идем в школу или на работу, автобус подъезжает к остановке или сладкий корги гуляет с хозяином, мы имеем дело с механическим движением.

Механическим движением называется изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени.

«Относительно других тел» — очень важные слова в этом определении. Для описания движения нам нужны:

• тело отсчета
• система координат
• часы

В совокупности эти три параметра образуют систему отсчета.

В механике есть такой раздел — кинематика. Он отвечает на вопрос, как движется тело. Дальше мы с помощью кинематики опишем разные виды механического движения. Не переключайтесь 😉

Прямолинейное равномерное движение

Движение по прямой, при котором тело проходит равные участки пути за равные промежутки времени называют прямолинейным равномерным. Это любое движение с постоянной скоростью.

Например, если у вас ограничение скорости на дороге 60 км/ч, и у вас нет никаких препятствий на пути — скорее всего, вы будете двигаться прямолинейно равномерно.

Мы можем охарактеризовать это движение следующими величинами.

Скалярные величины (определяются только значением)

• Время — в международной системе единиц СИ измеряется в секундах [с].
• Путь — длина траектории (линии, по которой движется тело). В случае прямолинейного равномерного движения — длина отрезка [м].

Векторные величины (определяются значением и направлением)

• Скорость — характеризует быстроту перемещения и направление движения материальной точки [м/с].
• Путь — вектор, проведенный из начальной точки пути в конечную [м].

Чтобы сразу практиковаться, приходите в современную школу для подростков Skysmart. Ученики занимаются на интерактивной платформе по индивидуальной программе, отслеживает прогресс в личном кабинете и чувствуют себя увереннее на школьных контрольных.

Проецирование векторов

Векторное описание движения полезно, так как на одном чертеже всегда можно изобразить много разнообразных векторов и получить перед глазами наглядную «картину» движения.

Однако всякий раз использовать линейку и транспортир, чтобы производить действия с векторами, очень трудоёмко. Поэтому эти действия сводят к действиям с положительными и отрицательными числами — проекциями векторов.

Если вектор сонаправлен с осью, то его проекция равна длине вектора. А если вектор противоположно направлен оси — проекция численно равна длине вектора, но отрицательна. Если вектор перпендикулярен — его проекция равна нулю.

Скорость может определяться по вектору перемещения и пути, только это будут две разные характеристики.

Скорость — это векторная физическая величина, которая характеризует быстроту перемещения, а средняя путевая скорость — это отношение длины пути ко времени, за которое путь был пройден.

Скорость → → V = S/t → V — скорость [м/с] → S — перемещение [м] t — время [с]

Средняя путевая скорость V ср.путевая = S/t V ср.путевая — средняя путевая скорость [м/с] S — путь [м] t — время [с]

В чем разница между перемещением и путем?

Перемещение — это вектор, проведенный из начальной точки в конечную, а путь — это длина траектории.

Задача

Найдите, с какой средней путевой скоростью должен двигаться автомобиль, если расстояние от Санкт-Петербурга до Великого Новгорода в 210 километров ему нужно пройти за 2,5 часа. Ответ дайте в км/ч.

Решение:

Возьмем формулу средней путевой скорости
V ср.путевая = S/t

Подставим значения:
V ср.путевая = 210/2,5 = 84 км/ч

Ответ: автомобиль будет двигаться со средней путевой скоростью равной 84 км/ч

Уравнение движения

Основной задачей механики является определение положения тела в данный момент времени. Для решения этой задачи помогает уравнение движения, то есть зависимость координаты тела от времени х = х(t).

Уравнение движения x(t) = x0 + vxt x(t) — искомая координата [м] x0 — начальная координата [м] vx — скорость тела в данный момент времени [м/с] t — момент времени [с]

Если положительное направление оси ОХ противоположно направлению движения тела, то проекция скорости тела на ось ОХ отрицательна, скорость меньше нуля (v < 0), и тогда уравнение движения принимает вид:

Уравнение движения при движении против оси x(t) = x0 — vxt x(t) — искомая координата [м] x0 — начальная координата [м] vx — скорость тела в данный момент времени [м/с] t — момент времени [с]

Графики

Изменение любой величины можно описать графически. Вместо того, чтобы писать множество значений, можно просто начертить график — это проще.

В видео ниже разбираемся, как строить графики кинематических величин и зачем они нужны.

Прямолинейное равноускоренное движение

Чтобы разобраться с тем, что за тип движения в этом заголовке, нужно ввести новое понятие — ускорение.

Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости. В международной системе единиц СИ измеряется в метрах, деленных на секунду в квадрате.

СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевод всех величин в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение — килограмм с приставкой «кило».

Итак, прямолинейное движение — это движение с ускорением по прямой линии.2, а в задачах мы и вовсе осмеливаемся округлять его до 10 (физики просто дерзкие).

Вообще в значении ускорения свободного падения для Земли очень много знаков после запятой. В школе обычно дают значение: g = 9,8 м/с2. В экзаменах ОГЭ и ЕГЭ в справочных данных дают g = 10 м/с2.

И кому же верить?

Все просто: для кого решается задача, тот и главный. В экзаменах берем g = 10 , в школе при решении задач (если в условии задачи не написано что-то другое) берем g = 9,8 м/с2.

Частным случаем движения по вертикали (частным случаем частного случая, получается) считается свободное падение — это равноускоренное движение под действием силы тяжести, когда другие силы, действующие на тело, отсутствуют или пренебрежимо малы.

Помните о том, что свободное падение — это не всегда движение по вертикали. Если мы бросаем тело вверх, то начальная скорость, конечно же, будет.

Примеров механического движения в жизни — масса. Узнайте больше у преподавателей онлайн-школы Skysmart. Каждый урок по физике — это новый эксперимент: интерактивный, живой и очень увлекательный.

Приходите на бесплатный вводный урок и начните заниматься физикой в удовольствие уже завтра!

Механическое движение — это… Что такое Механическое движение?

Механи́ческим движе́нием тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. При этом тела взаимодействуют по законам механики.

Раздел механики, описывающий геометрические свойства движения без учёта причин, его вызывающих, называется кинематикой.

В более общем значении движением называется изменение состояния физической системы с течением времени. Например, можно говорить о движении волны в среде.

Виды механического движения

Механическое движение можно рассматривать для разных механических объектов:

• Движение материальной точки полностью определяется изменением её координат во времени (например, двух на плоскости). Изучением этого занимается кинематика точки. В частности, важными характеристиками движения являются траектория материальной точки, перемещение, скорость и ускорение.
  • Прямолинейное движение точки (когда она всегда находится на прямой, скорость параллельна этой прямой)
  • Криволинейное движение — движение точки по траектории, не представляющей собою прямую, с произвольным ускорением и произвольной скоростью в любой момент времени (например, движение по окружности).
• Движение твёрдого тела складывается из движения какой-либо его точки (например, центра масс) и вращательного движения вокруг этой точки. Изучается кинематикой твёрдого тела.
  • Если вращение отсутствует, то движение называется поступательным и полностью определяется движением выбранной точки. Движение при этом не обязательно является прямолинейным.
  • Для описания вращательного движения — движения тела относительно выбранной точки, например закреплённого в точке, — используют Углы Эйлера. Их количество в случае трёхмерного пространства равно трём.
  • Также для твёрдого тела выделяют плоское движение — движение, при котором траектории всех точек лежат в параллельных плоскостях, при этом оно полностью определяется одним из сечений тела, а сечение тела — положением любых двух точек.
• Движение сплошной среды. Здесь предполагается, что движение отдельных частиц среды довольно независимо друг от друга (обычно ограничено лишь условиями непрерывности полей скорости), поэтому число определяющих координат бесконечно (неизвестными становятся функции).

Геометрия движения

Относительность движения

Относительность — зависимость механического движения тела от системы отсчёта. Не указав систему отсчёта, не имеет смысла говорить о движении.

Два стрелка неподвижны относительно друг друга, но движутся, если рассматривать другие системы отсчёта.

См. также

Ссылки

Раскрыта механика движения клетки

Ученые выяснили точную механику движения клетки и разработали математическую модель, фиксирующую силы, участвующие в движении клеток, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые выяснили точную механику движения клетки и разработали математическую модель, фиксирующую силы, участвующие в движении клеток, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как известно, скорость движения клетки, зависит от того, насколько липкая поверхность под ней, но точные механизмы этой связи оставались неуловимыми в течение десятилетий. Теперь исследователи из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка в Ассоциации Гельмгольца (MDC) и Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене (LMU) выяснили точную механику и разработали математическую модель, фиксирующую силы, участвующие в движении клеток. Результаты исследования предоставляют новое понимание биологии развития и потенциального лечения рака.

Движение клеток — это фундаментальный процесс, особенно критический во время развития, когда клетки дифференцируются в свой тип клеток-мишеней, а затем переходят в нужную ткань. Клетки также перемещаются, чтобы заживить раны, в то время как раковые клетки ползут к ближайшему кровеносному сосуду, чтобы распространиться на другие части тела.

«Разработанную нами математическую модель теперь могут использовать исследователи для прогнозирования того, как разные клетки будут вести себя на разных субстратах, — говорит профессор Мартин Фальке, возглавляющий лабораторию математической физиологии клеток MDC и со-руководивший исследованием. — Понимание этих основных движений в деталях может дать новые цели для прерывания метастазирования опухоли».

Открытие стало возможным благодаря физикам-экспериментаторам из LMU и физикам-теоретикам из MDC. Экспериментаторы во главе с профессором Йоахимом Редлером отслеживали, как быстро более 15 000 раковых клеток перемещались по узким дорожкам на липкой поверхности, где степень липкости чередовалась между низкой и высокой. Это позволило им наблюдать, что происходит при переходе клетки между уровнями липкости, что более характерно для динамической среды внутри тела.

Мартин Фальке использовал большой набор данных для разработки математического уравнения, которое учитывает элементы, определяющие подвижность клеток.

«Предыдущие математические модели, пытающиеся объяснить миграцию и подвижность клеток, очень специфичны, они работают только для одной особенности или типа клеток, — говорит Амири. — Мы постарались сделать это как можно более простым и общим».

Подход сработал даже лучше, чем ожидалось: модель соответствовала данным, собранным в LMU, и верна для измерений нескольких других типов клеток, проведенных за последние 30 лет. «Это захватывающе, — говорит Фальке. — Редко можно встретить теорию, объясняющую такой широкий спектр экспериментальных результатов».

Когда клетка движется, она выталкивает свою мембрану в направлении движения, расширяя внутреннюю сеть актиновых нитей по мере движения, а затем отслаивает задний конец. Как быстро это произойдет, зависит от адгезионных связей, которые образуются между клеткой и поверхностью под ней. Когда нет связей, клетка практически не может двигаться, потому что актиновой сети не к чему отталкиваться. Причина в трении: «Когда вы катаетесь на коньках, вы не можете толкать машину, только когда между вашими ботинками и землей имеется достаточное трение, вы можете толкнуть машину», — говорит Фальке.

По мере увеличения количества связей, создавая большее трение, клетка может генерировать больше силы и двигаться быстрее, пока не станет настолько липкой, что оторвать задний конец станет намного труднее, что снова замедлит клетку.

Исследователи изучили, что происходит, когда передний и задний концы клетки испытывают разные уровни липкости. Им было особенно любопытно выяснить, что происходит, когда задний конец клетки становится более липким, чем передний, потому что именно тогда клетка потенциально может застрять, не имея возможности создать достаточную силу, чтобы оторвать задний конец.

Это могло быть так, если бы адгезионные связи были больше похожи на винты, удерживающие ячейку на подложке. Сначала Фальке и Амири включили этот тип «упругой» силы в свою модель, но уравнение работало только с силами трения.

«Для меня самой сложной задачей было осознать этот механизм, работающий только с силами трения», — говорит Фальке, потому что клетке не за что крепко держаться. Но именно силы трения позволяют клетке продолжать движение, даже когда связи сзади сильнее, чем спереди, медленно отслаиваясь, как скотч. «Даже если вы немного потянете с небольшим усилием, вы все равно сможете оторвать ленту — очень медленно, но она отрывается, — говорит Фальке. — Так клетка не застревает».

В настоящее время команда исследует, как клетки перемещаются в двух измерениях, включая то, как они совершают резкие повороты вправо и влево и развороты.

[Фото: eurekalert.org]

Биоквантум: «Механика движения улитки»

#Кванториумнаудаленке

 

9 апреля в 9:30 наставники Биоквантума детского технопарка «Кванториум Байкал» к.б.н. Иванова Мария Владимировна и к.б.н. Елфимова Татьяна Александровна в дистанционной форме провели онлайн-лекцию по направлению «Биоквантум» на тему «Механика движения улитки».

В рамках лекции были обсуждены научная классификация, анатомия моллюска, рассмотрено строение поперечнополосатой и гладкой мышечной ткани. При рассмотрении темы передвижения в пространстве моллюсков, также были рассмотрены другие организмы (безногие земноводные или червяги, змеи), у которых нет конечностей, но которые способны активно передвигаться в пространстве. На примере этих животных были рассмотрены три способа передвижения в пространстве. Также особое внимание было уделено способу передвижения улиток. Рассмотрена роль выделяемой слизи моллюсками в механике движения и способности передвигаться по различным поверхностям.

В ходе лекции была проведена демонстрация с микроскопа улиток Ахатин, которые содержатся в Биоквантуме. В режиме реального времени было показано сокращение мышц ноги моллюсков и, соответственно, движение по поверхности. Также было рассмотрено под стереомикроскопом строение ахатин.

Ну а в 15:00 наши слушатели имели возможность посетить мастер-класс «Фокусы с энергией» в исполнении наставника Энерджиквантума Агафонова Владимира Михайловича.

В рамках данного мастер-класса слушатели познакомились с занимательными экспериментами в области физики и химии, демонстрирующими, что такое поверхностные натяжение воды, что же такое неньютоновская жидкость и как её получить в домашних условиях, провели опыты с магнитами, научились, как пробить монету обыкновенной швейной иглой и познакомились с некоторыми другими «фокусами».

Эти опыты просты, их можно проделать дома с использованием подручных средств. Такие эксперименты принято называть научными развлечениями. Научными – потому, что, проделывая их, можно узнать что-то новое о явлениях природы, задуматься о причинах физических явлений. А развлечениями – потому, что в таких опытах, как и в фокусах, есть что-то неожиданное, иногда необъяснимое на первый взгляд.

Учитесь, проделывайте эти и аналогичные опыты дома. Это вполне в ваших силах!

Мероприятия были организованы на онлайн-площадке Zoom! Спасибо всем участникам!

 

Видеозаписи мероприятия доступны по ссылкам:

https://drive.google.com/file/d/1Fat3eEPIPzZxzsx4tIsArEZoq4jkx3rt/view?usp=sharing — «Механика движения улитки»;

 

https://drive.google.com/file/d/1y80IX5-V-lFyC47_V5jEDY1WFpNOl90b/view?usp=sharing – «Фокусы с энергией».

Урок 02. Механическое движение, его характеристики

Механика – раздел физики, в котором изучают механическое движение.

Механику подразделяют на кинематику, динамику и статику.

Кинематикой называют раздел механики, в котором движение тел рассматривается без выяснения причин этого движения. Кинематика изучает способы описания движения и связь между величинами, характеризующими эти движения.

Задача кинематики: определение кинематических характеристик движения (траектории движения, перемещения, пройденного пути, координаты, скорости и ускорения тела), а также получение уравнений зависимости этих характеристик от времени.

Механическим движением тела называют изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Механическое движение относительно, выражение «тело движется» лишено всякого смысла, пока не определено, относительно чего рассматривается движение. Движение одного и того же тела относительно разных тел оказывается различным. Для описания движения тела нужно указать, по отношению к какому телу рассматривается движение. Это тело называют телом отсчета. Покой тоже относителен (примеры: пассажир в покоящемся поезде смотрит на проходящий мимо поезд)

Главная задача механики – уметь вычислять координаты точек тела в любой момент времени.

Чтобы решить эту надо иметь тело, от которого ведется отсчет координат, связать с ним систему координат и иметь прибор для измерения промежутков времени.

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для отсчета времени образуют систему отсчета, относительно которой и рассматривается движение тела.

Системы координат бывают:

1. одномерная – положение тела на прямой определяется одной координатой x.

2. двумерная – положение точки на плоскости определяется двумя координатами x и y.

3. трехмерная – положение точки в пространстве определяется тремя координатами x, y и z.

Всякое тело имеет определенные размеры. Различные части тела находятся в разных местах пространства. Однако, во многих задачах механики нет необходимости указывать положения отдельных частей тела. Если размеры тела малы по сравнению с расстояниями до других тел, то данное тело можно считать его материальной точкой. Так можно поступать, например, при изучении движения планет вокруг Солнца.

Если все части тела движутся одинаково, то такое движение называется поступательным.

Поступательно движутся, например, кабины в аттракционе «Гигантское колесо», автомобиль на прямолинейном участке пути и т. д. При поступательном движении тела его также можно рассматривать как материальную точку.

Материальной точкой называется тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.

Понятие материальной точки играет важную роль в механике. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстоянием от него до других тел.

Пример. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбите около Земли, можно не учитывать, а рассчитывая траекторию движения космического корабля при стыковке со станцией, без учета ее размеров не обойтись.

Характеристики механического движения: перемещение, скорость, ускорение.

Механическое движение характеризуется тремя физическими величинами: перемещением, скоростью и ускорением.

Перемещаясь с течением времени из одной точки в другую, тело (материальная точка) описывает некоторую линию, которую называют траекторией движения тела.

Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения.

Длина траектории называется пройденным путем.

Обозначается l, измеряется в метрах. (траектория – след, путь – расстояние)

Пройденный путь l равен длине дуги траектории, пройденной телом за некоторое время t. Путь – скалярная величина.

Перемещением тела называют направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением. Перемещение есть векторная величина.

Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называется перемещением.

Обозначается S, измеряется в метрах.(перемещение – вектор, модуль перемещения – скаляр)

Скорость — векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка.

Обозначается v

Формула скорости: или   

Единица измерения в СИ – м/с.

На практике используют единицу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с).

Измеряют скорость спидометром.

Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло.

Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле:

Ускорение измеряют акселерометром

Единица измерения в СИ м/с²

Таким образом, основными физическими величинами в кинематике материальной точки являются пройденный путь l, перемещение , скорость и ускорение . Путь l является скалярной величиной. Перемещение , скорость и ускорение – величины векторные. Чтобы задать векторную величину, нужно задать ее модуль и указать направление. Векторные величины подчиняются определенным математическим правилам. Вектора можно проектировать на координатные оси, их можно складывать, вычитать и т. д.

Проверить свои знания (тест по теме «Механическое движение, его характеристики»)

Кафедра №6 «Механики» | Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации

Куклев Евгений Алексеевич

Ученая степень:

д.т.н.

Ученое звание:

профессор

Должность:

Заведующий кафедрой

Почетный работник высшего профессионального образования РФ.

Сертифицирован как инспектор по ОрВД американским департаментом FAA (DepartmentTransportation  – FederationAviationAdministration – 1996).

 

Кафедра основана в 1958 году в  ВАУ ГВФ.

В настоящее время насчитывает 12 сотрудников, из них 9 преподавателей.

ОБРАЗОВАНИЕ:

Кафедра участвует на основе дисциплины «Механика» в подготовке специалистов по профилю специальностей СПб ГУ ГА:

• Эксплуатация  воздушного транспорта и управление воздушным движением;
• Организация авиационных перевозок;
• Организация производства и управления в Единой транспортной системе;
• Сервис;
• Эксплуатация воздушных судов и организация воздушного движения;
• Летная эксплуатация воздушных судов;
• Аэронавигационное обслуживание и использование воздушного пространства
• Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей
• Организация перевозок и управление на транспорте (воздушный транспорт)
• Прикладная математика
• Безопасность технологических процессов и производств

СПЕЦИАЛЬНОСТИ ПОДГОТОВКИ АСПИРАНТОВ: 

05.22.13    Навигация и управление воздушным движением;

05.22.14  Эксплуатация воздушного транспорта;

05.13.06   Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (до 2012 г.)

ОСНОВНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА, КОТОРЫЕ ВЕДЕТ КАФЕДРА «МЕХАНИКИ»:

• Начертательная геометрия и инженерная графика;
• Естественно научные основы транспорта;
• Теоретическая механика;
• Механика;
• Специальные вопросы механики;
• Прикладная механика;
• Сопротивление материалов;
• Детали машин;
• Транспортная энергетика;
• Транспортные средства интермодальных перевозок;
• Техника транспорта, обслуживание и ремонт;
• Математическое моделирование;
• Сервис на транспорте;
• Основы функционирования систем сервиса;
• Моделирование систем и процессов.

ЛАБОРАТОРИИ КАФЕДРЫ:

• Механики;
• Сопротивления материалов и деталей машин;
• Теории и конструкции транспортных средств;
• Кабинеты инженерной графики;
• Компьютерный класс.

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА:

Лаборатории:

«Исследования фундаментальных проблем в механике течения жидкости и газа»;

«Прогнозирование условий возникновения аварий и катастроф в  авиационных и в  энергетических промышленных комплексах».

Общее направление –  безопасность функционирования системы «экипаж – воздушное судно – внешняя среда», управление рисками, моделирование динамики движения вертолетов с грузом на внешней подвеске.

Тематика научно-исследовательских работ

• Математическая теория рисков и оценивание значимости влияния внешних факторов на безопасность систем;
• Методология построения моделей опасностей и угроз (по ИКАО).
• Выпуск монографии по математическому моделированию транспортных систем, и монографии по проблемам процессов течения и теплообмена  масс в жидкостях, механика движения аэродинамических «дырчатых платформ» и др..

При кафедре механики создан межвузовский Виртуальный университет (http://www.open-mechanics.com), который представляет собой информационно-образовательную среду, реализующий комплекс дистанционных образовательных услуг по статике, кинематике, динамике, сопротивлению материалов, инженерной реологии, составлению обучающих и контролирующих программ для персональных компьютеров, деталям машин, подъемно-транспортным машинам.

Издаются три электронных научных журнала, два из них включены в перечень рецензируемых журналов ВАК РФ.

НАУЧНЫЕ ШКОЛЫ И ВЕДУЩИЕ ПРОФЕССОРА КАФЕДРЫ «МЕХАНИКИ»:

д.т.н. профессор Куклев Е.А.,

д.т.н. профессор Арет В.А.,

д.ф.м.н. профессор Исаев С.А.,

д.т.н. профессор Староселец В.Г.

Широко известны в научном мире своими результатами в сферах  механики, безопасности полетов и теории рисков в технических и промышленных комплексах, в области исследования свойств течения жидкостей и газов.

Зав. кафедрой «Механики» д.т.н. профессор Куклев Е.А. имеет базовое образование «инженер-механик» по самолетостроению и проработал много лет в авиационной отрасли.

ИСТОРИЧЕСКАЯ  СПРАВКА

Дисциплины   «Инженерная графика» и «Механика» преподаются с момента образования в Ленинграде Высшего авиационного училища гражданского воздушного флота (ВАУ ГВФ с 1958 г.).

Первыми преподавателями данной дисциплины были   к.т.н. Попов Ф.Г.,  и

ст. преподаватель Чернов К.И.

«Кафедра механики», как самостоятельное учебное подразделение, была образована в 1958 г.

Первым заведующим кафедрой был д.т.н. профессор Пантов Е.Н..

Он руководил кафедрой в 1958 – 1962 г.г.

В 1963 – 1969 г.г. кафедру возглавлял к.т. н. Лобиков Н.С.

В 1970 – 1972 г.г. кафедрой руководил д.т.н. профессор Асратян В.С.

С 1972 по 1986 г.г. кафедру возглавлял д.т.н. профессор Прокофьев А.И., при котором проводились обширные исследования по анализу деятельности экипажа воздушного судна по управлению полетом.

С 1987 г. кафедру «Механики» возглавил д.т.н. профессор Куклев Е.А., который руководит кафедрой в настоящее время.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ  ДОСТИЖЕНИЯ КОЛЛЕКТИВА ЗА ПЕРИОД СУЩЕСТВОВАНИЯ КАФЕДРЫ:

• создание методического обеспечения учебного процесса кафедры;
• выпуск периодических тематических сборников научных трудов по безопасности полетов ВС;
• выпуск монографии по управлению транспортными системами;
• участие в разработке национальной программы «Транспорт России»;
• создание лаборатории «Исследование фундаментальных проблем в механике течения жидкости и газа, прогнозирование условий возникновения аварий и катастроф в авиационных  ситуациях, энергетических промышленных комплексах».

Зав. кафедрой д.т.н. профессор Куклев Е.А.является создателем и руководителем научной школы по проблемам моделирования нестационарных динамических систем и безопасности полетов. Разработал общую теорию исчисления рисков возникновения аварийных и катастрофических явлений в авиационных и технико-экономических системах. Является членом рабочей группы ИКАО по разработке документа АННЕХ-19 ИКАО (г. Монреаль, Канада).

Сотруднику кафедры «Механики» д.т.н. профессору Шашкину В.В. в 1997 г. была присуждена Государственная премия Российской Федерации в области науки и техники в составе коллектива за создание и внедрение в производство унифицированного ряда базовых колесных машин для дорожного строительства.

Д.т.н. профессор Староселец Всеволод Георгиевич – залуженный деятель наук и техники РФ, автор учебников «Организация эксплуатации ракетно-артиллерийского вооружения», «Теория управления и методы обоснования и приятия решений», опубликовал две монографии.

Д.т.н. профессор Арет Вальдур Аулисович, Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, создал школу исследователей реодинамики и реометрии экструзионных и смесительных процессов с использованием элементов теории распознавания образов и информационных технологий.

Д.ф-м.н. профессор Исаев Сергей Александрович – многолетний референт Реферативного журнала «Механика» с 1983 г. по тематике: турбулентность, численное моделирование, аэрогазодинамика, многофазные среды, теплообмен. Рецензент Инженерно-физического журнала, журналов «Теплофизика высоких температур», «Теплофизика и аэромеханика», ASMEJornalofHeatTransfer, InternationalJournalofThermalSciences, JornalofThermophysicsandHeatTransfer, научный руководитель аспирантов и докторантов.

 

Для вашего здоровья: Механика движений тела: — The Mercury News

Большинство из нас знает, что хорошая осанка важна. И ни для кого не секрет, что улучшение спортивной техники — как мы бросаем мяч или размахиваем клюшкой — может улучшить спортивные результаты. Но знаем ли мы почему?

Оба связаны с хорошей механикой тела: взаимодействием ваших мышц, костей и суставов, работающих вместе для создания движения.

Важность хорошей механики тела

Каждое ваше движение связано с телесной механикой.Ваши мышцы удлиняются и укорачиваются при движении, действуя как рычаги и силы на ваши кости и суставы. Хорошая механика тела означает, что все системы — мышцы, кости и суставы — находятся в правильном положении во время движения.

Несоосность и повторяющееся использование

Плохая осанка, плохая эргономика, неправильная форма или техника могут стать причиной плохой механики тела. Со временем эти факторы могут повлиять на движение или биомеханику сустава, когда ослабленные мышцы больше не удерживают кость в правильном положении при ее движении в суставе.

Например, если у вас плохая эргономика и вы наклоняетесь вперед, когда печатаете за столом, вы создаете нагрузку на вращающую манжету: мышцы, которые стабилизируют плечевой сустав. По мере того как эти мышцы ослабевают и утомляются, они больше не удерживают кость плеча в правильном положении с суставом. Со временем это может привести к износу и травме плеча.

Спортсмены также могут страдать от плохой механики тела. Без надлежащей формы и техники спортсмены, такие как бейсбольные питчеры, пловцы и игроки в гольф, могут повредить плечевые суставы повторяющимися движениями.

Сила и гибкость мышц

Мышечный дисбаланс из-за недостаточной физической подготовки также может привести к травмам. Мышцы оказывают давление на суставы, вызывая движение. Если мышцы слабые или негибкие, они могут повлиять на биомеханику сустава и вызвать травму. «Воины выходного дня» или атлеты, которые не находятся в хорошей физической форме, более склонны к травмам из-за негибкости мышц, чрезмерной нагрузки или слабости.

Профилактика

Если вы работаете в офисе или занимаетесь любимым спортом, вот несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы избежать боли и воспалений, вызванных плохой механикой тела:

Укрепление и растяжка групп мышц

Практикуйте правильную осанку и эргономику

Занимайтесь спортом регулярно и постоянно

Лечение

Физиотерапевты могут помочь исправить плохую механику тела, а также вылечить травмы.Они также могут помочь спортсменам улучшить свою технику, чтобы предотвратить травмы. Общие методы лечения включают:

Тренировка на устойчивость для основных мышц живота, поясницы и бедер

Стабилизация поворотной манжеты

Оценка эргономики и обучение осанке

Sutter Delta предлагает кинезиотейпирование для облегчения заживления и предотвращения будущих травм. В этой технике используется лента без латекса, чтобы обеспечить дополнительную поддержку уставшим и перенапряженным мышцам, обеспечивая при этом полный диапазон движений.Спортивные клиники, такие как Delta Golf Clinic, также могут помочь максимизировать спортивные результаты при минимизации травм.

Если вы испытываете боль, попросите своего врача направить к физиотерапевту, который оценит ваше состояние и определит лучший метод лечения и профилактики. Хорошая механика тела убережет вас от травм и поможет улучшить ваши результаты на работе и в любимом виде спорта.

Дин Хавьер и Сэм Индериас — физиотерапевты, работающие в медицинском центре Sutter Delta.

Механика движения | Patek Lab

Все животные сталкиваются с одним главным ограничением в их способности производить быстрые движения — мышцы сокращаются медленно и на небольших расстояниях. Неоднократно на протяжении истории эволюции животные преодолевали это ограничение за счет использования механических систем, которые сокращают продолжительность движения и тем самым увеличивают скорость и ускорение. Многие механические системы, созданные человеком, включают эту стратегию. Например, в арбалете медленные мышечные сокращения руки человека нагружают лук, и в конечном итоге стрела высвобождает защелку.С помощью этого механизма стрела ускоряется и летит по воздуху с гораздо большей скоростью, чем это было бы возможно при простом метании стрелы. Технический термин для этого процесса — усиление мощности. У животных усиление мощности достигается за счет ряда структурных приспособлений, включая пружины, защелки, рычаги и рычаги.

Основным направлением нашей лаборатории является эволюция усиления мощности. Как развиваются системы с усилением мощности? Легко ли животные переключаются между использованием быстрых и медленных мышц? Есть ли закономерности в механике, лежащей в основе упругих структур? В настоящее время мы сосредоточены на двух системах: креветки-богомолы (Stomatopoda) и муравьи-ловушки (Formicidae), которые предлагают удивительно быстрые хищные системы и фантастическое разнообразие вооружений для каждой группы.Мы исследуем эволюционные вариации трех компонентов этих систем: морфологии хищного оружия, вариации в механике пружины и кинематики быстрых движений. Хотя большинство исследований на сегодняшний день сосредоточено на решении интригующей биомеханики отдельных видов, особенно мало известно об эволюционных процессах и закономерностях, лежащих в основе диверсификации систем с усилением мощности. Таким образом, используя датчики силы, высокоскоростную видеосъемку, полевые исследования и филогенетические сравнительные методы, мы исследуем происхождение этих замечательных структур и взаимосвязь между фундаментальной физикой, лежащей в основе чрезвычайно быстрых движений, и их фантастических излучений в макроэволюционных временных масштабах.

Биомеханика и движения тела

Биомеханика — это наука о движении живого тела, в том числе о том, как мышцы, кости, сухожилия и связки работают вместе для создания движения. Биомеханика — это часть более широкой области кинезиологии, в которой особое внимание уделяется механике движения. Это как фундаментальная, так и прикладная наука, охватывающая исследования и практическое использование ее результатов.

Биомеханика включает в себя не только структуру костей и мышц и движения, которые они могут производить, но также механику кровообращения, функцию почек и другие функции организма.Американское общество биомеханики говорит, что биомеханика представляет собой широкое взаимодействие между механикой и биологическими системами.

Биомеханика изучает не только человеческое тело, но и животных, и даже распространяется на растения и механическую работу клеток. Например, биомеханика приседаний включает рассмотрение положения и / или движения ступней, бедер, коленей, спины. , и плечи, и руки.

Элементы биомеханики

Вот ключевые области, на которых фокусируется биомеханика:

• Dynamics : Изучение систем, которые находятся в движении с ускорением и замедлением
• Кинематика : При описании воздействия сил на систему изучаются модели движения, включая линейные и угловые изменения скорости с течением времени, а также положение, смещение, скорость и ускорение.
• Кинетика : Изучение того, что вызывает движение, силы и моменты в действии
• Статика : Изучение систем, находящихся в равновесии, в состоянии покоя или движущихся с постоянной скоростью

Спортивная биомеханика

Спортивная биомеханика изучает движения человека во время физических упражнений и занятий спортом. Физика и законы механики применяются к спортивным результатам. Вот несколько вариантов использования биомеханики:

• Оборудование : Биомеханику можно использовать при проектировании спортивного инвентаря, одежды, обуви, а также полей и сооружений, где занимаются спортом.Например, обувь может быть разработана для наилучшего сцепления с бегуном на средние дистанции, а ракетка — для лучшего захвата.
• Люди : Биомеханика может применяться к людям, анализируя их движения и обучая их более эффективному движению во время упражнений и спортивного движения. Например, можно снимать беговую походку человека или замаху в гольфе и давать им рекомендации по их изменению и улучшению.
• Травмы : Биомеханика может применяться для изучения причин, лечения и профилактики спортивных травм.Исследование может проанализировать действующие силы, которые могут привести к растяжению связок голеностопного сустава, и то, как дизайн обуви или игровая поверхность могут снизить риск травм.
• Обучение : Биомеханики могут изучать спортивные приемы и системы тренировок и разрабатывать способы повышения их эффективности. Это может включать фундаментальные исследования того, как положение рук влияет на тягу при плавании. Он может предлагать и анализировать новые методы тренировок, основанные на механических требованиях спорта, направленные на улучшение результатов.

Карьера в области биомеханики

Специальности в области биомеханики включают:

• Биологические науки : Исследования биомеханики человека, животных, клеток и растений
• Технические и прикладные науки : Применение исследований биомеханики в различных ситуациях
• Эргономика и человеческий фактор : Использование биомеханики в человеко-машинном интерфейсе, на рабочем месте, а также в функциональных конструкциях и процессах
• Физические упражнения и спортивная наука : Применение биомеханики к работоспособности человека в легкой атлетике
• Науки о здоровье : Исследование причин, лечение и профилактика травм и использование биомеханики для разработки реабилитационных программ и оборудования

Магистр наук или докторская степень в области кинезиологии может привести к карьере в области биомеханики, такой как исследования и дизайн спортивными компаниями, спортивные исследования и тестирование, тестирование на рабочем месте и разработка интерфейсов между людьми и оборудованием.

Студент биомеханики будет выполнять курсовую работу по физике, биологии, анатомии, физиологии, математике и статистике. Используемое лабораторное оборудование включает силовые пластины, электромиографию, высокоскоростные системы видеоанализа движения, оборудование для оцифровки, акселерометры, датчики давления, потенциометры, программы компьютерного анализа и программы моделирования.

Профессиональные ассоциации биомехаников

Для получения дополнительной информации и ресурсов по биомеханике посетите эти организации:

здоровых движений | Новости здравоохранения NIH

июль 2013

Распечатать этот номер

Механика вашего тела

Подумайте обо всех движениях, которые вы делаете каждый день: ходьба, подъем по лестнице, набор текста, поворот дверных ручек и подъем.Ваши кости, мышцы и суставы работают вместе, чтобы сделать ваше тело удивительно подвижным механизмом. Как и любая машина, ваше тело подвержено износу. Он нуждается в регулярном уходе и обслуживании, чтобы двигаться легко.

Ученые изучают механические движения нашего тела, чтобы помочь нам быть максимально сильными, гибкими и мобильными на протяжении всей жизни. Этот вид исследований называется биомеханикой. Эти исследования показывают, что то, как вы двигаетесь, включая ходьбу, стояние и наклоны, может повлиять на вашу подвижность в будущем и общее состояние здоровья.

«Все системы, будь то в традиционной механике или в человеческом теле, управляются одними и теми же основными физическими законами», — говорит д-р Джеффри Вайс, эксперт по биомеханике из Университета Юты. Движения тела включают силу, равновесие, гравитацию и движение. «Биомеханика эффективно применяет физику механики к проблемам биологии и медицины», — говорит Вайс.

Основные движущиеся части вашего тела включают твердые кости, ткани суставов, которые соединяют кости вместе, и мышцы, прикрепляющиеся к костям.В вашем теле около 200 костей и более 600 мышц. Все эти части работают вместе, чтобы помочь вам двигаться в течение дня.

Исследования биомеханики, финансируемые Национальным институтом здравоохранения (NIH), уже привели к созданию более эффективных способов предотвращения травм мышц и суставов у детей во время занятий спортом и играми, а также помогли пожилым людям оставаться более мобильными и независимыми. Некоторые исследователи работают над улучшением искусственных суставов. Другие разработали улучшенные методы лечения двигательных расстройств, таких как церебральный паралич и болезнь Паркинсона.

Суставы — частый источник проблем и боли. Некоторые суставы, например плечевой, могут двигаться во многих направлениях. Но другие, например коленный сустав, могут сгибаться только в одну сторону. Любые движения за пределами естественного диапазона сустава могут вызвать травму.

Доктор Тимоти Хьюетт, руководитель отдела исследований спортивной медицины в Университете штата Огайо, давно изучал часть коленного сустава, известную как ACL (или передняя крестообразная связка). Жесткая гибкая ткань, которая соединяет кости друг с другом и удерживает вместе ваш скелет.). ACL соединяет бедренную кость с большеберцовой костью. Когда он растягивается или рвется, некоторые люди слышат или чувствуют «хлопок». Спортсмены, которым необходимо сделать резкие остановки или быстро изменить направление — как в баскетболе, теннисе или футболе — рискуют повредить ACL.

Хьюетт и другие исследователи в области биомеханики используют инструменты «захвата движения» для изучения того, как люди двигаются. Светоотражающие маркеры размером с монету прикрепляются к коже или одежде над суставами и мышцами людей, чтобы облегчить визуализацию их движений на экране компьютера.Затем серия камер вокруг лаборатории может отслеживать, как люди бегают, прыгают, ходят и крутятся. Подача этих данных в компьютеры позволяет ученым создавать трехмерные анимации движений всего тела. Это тот же тип технологии, который используется для создания анимационных персонажей в голливудских фильмах, таких как Shrek или Avatar .

«Используя инструменты биомеханики, мы можем сказать, что нормально, а что нет в движении, и мы можем измерить силы, действующие на тело», — говорит Хьюетт. «Мы используем биомеханику в качестве инструмента скрининга, чтобы выяснить, какие спортсмены подвергаются большему риску травм и почему.”

Hewett и его коллеги определили определенные движения, которые повышают вероятность травм ACL у некоторых людей. Например, спортсмены, которые позволяют своим коленям опускаться внутрь при приземлении из прыжка, рискуют получить разрыв ПКС. После выявления людей из группы риска тренеры и физиотерапевты могут разработать упражнения, которые помогут им укрепить определенные мышцы и научиться приземляться и поворачиваться более здоровыми и безопасными способами. «Мы показали, что можем использовать эту информацию для снижения относительного риска травмы ПКС на 60-65%», — говорит Хьюитт.

Инструменты отслеживания движения также используются, чтобы узнать, как пожилые люди могут избежать травм при падениях. Доктор Клайв Пай, физиотерапевт и исследователь из Университета Иллинойса в Чикаго, объясняет: «Мы изучаем, как пожилые люди могут научиться изменять свои движения, чтобы адаптироваться к неожиданной среде, такой как скользкий пол».

Падения опасны в любом возрасте, но особенно для пожилых людей, которые с большей вероятностью сломают кость. Ежегодно более 1,6 миллиона пожилых американцев обращаются в отделения неотложной помощи с травмами, связанными с падением.«Падение причиняет много страданий и является огромной проблемой для общества», — говорит Пай.

Упражнения, улучшающие равновесие и укрепляющие мышцы, могут помочь предотвратить падения. Пай и его коллеги также обнаружили, что людей можно научить избегать падений, если они будут практиковать ходьбу по неустойчивым, но безопасным поверхностям в лаборатории. «Люди в возрасте 65 лет и старше могут адаптироваться и замечательно хорошо запоминать, как сохранять вертикальное положение тела, когда в окружающей среде возникают нарушения, если они сталкивались с подобными ситуациями 2 или 3 раза раньше», — говорит Пай.

Биомеханика также может использоваться для лечения проблем с движением. Вайс использует компьютерные модели, чтобы посмотреть, как нагружаются тазобедренные суставы, когда кто-то ходит или поднимается или спускается по лестнице. Он анализирует как нормальные тазобедренные суставы, так и те, которые страдают дисплазией тазобедренного сустава. «Дисплазия тазобедренного сустава вызывает нестабильность, которая может привести к раннему началу артрита. Отек (воспаление) в одном или нескольких суставах, что приводит к боли и потере подвижности. со временем », — говорит Вайс. В конечном итоге эти компьютерные модели могут помочь врачам выбрать подходящее лечение и выяснить, каким пациентам может помочь операция.

Люди с церебральным параличом, болезнью Паркинсона и рассеянным склерозом также могут получить пользу от биомеханического анализа. «Мы используем отслеживание движений, чтобы посмотреть, насколько хорошо эти пациенты ходят и что может быть не так, чтобы мы могли попытаться что-то с этим сделать», — говорит доктор Дайан Дамиано, физиотерапевт, возглавляющий исследования биомеханики в Клиническом центре NIH в г. Бетесда, Мэриленд. «Мы фокусируемся на помощи пациентам в укреплении их мышц и работаем над улучшением баланса и координации.Мы также изучаем активацию мозга во время движения. Это может дать нам ключ к разгадке того, как эти движения контролируются мозгом ».

Укрепление мышц и правильное выравнивание суставов важны практически для всех, кто хочет оставаться гибким и подвижным. «Суть в том, что все должны быть активными», — говорит Дамиано. «Мы хотим сделать так, чтобы все люди могли двигаться лучше, независимо от их возраста и состояния здоровья».

Соответствие движений мышцам и костям — Human Kinetics

Это отрывок из 2-го издания «Опыт танца с веб-ресурсами» Хелен Шефф, Марти Спраг и Сьюзан МакГриви-Николс.

Урок 1.2

Механика тела: согласование движений с мышцами и костями

Переместите!

Повторяйте простое упражнение с джазовой рукой, показанное на рисунке 1.3, до тех пор, пока ваши мышцы не устанут. Таким образом вы сможете определить, какие мышцы выполняют работу в этом упражнении.

http://www.humankinetics.com/AcuCustom/Sitename/DAM/127/E5623_477025_ebook_Main.jpg
Выполняйте это джазовое упражнение для рук, пока они не устанут.

Вместе с партнером по очереди выполняйте аналогичное движение с сопротивлением (см. Рисунок 1.4). Примечание: один человек выполняет движение, в то время как другой осторожно нажимает или тянет за предплечье в противоположном направлении (сопротивление ).

Обсудите со своим партнером, какие мышцы вы почувствовали, когда сгибали локоть ( сгибание, ) и когда вы выпрямляли локоть ( разгибание, ).

http://www.humankinetics.com/AcuCustom/Sitename/DAM/127/E5623_477026_ebook_Main.jpg
Сгибание и разгибание бицепса при сгибании и разгибании локтевого сустава.

Словарь

• антагонист
• концентрическое сжатие
• эксцентрическое сжатие
• расширение
• фиксатор
• сгибание
• кинезиолог
• связка
• тягач
• сопротивление
• синергист
• синовиальный сустав
• сухожилие

Занавес вверх

Костная система выполняет три основные функции.Придает телу поддержку и форму. Кости и прикрепленные к ним мышцы определяют структуру тела. Скелет обеспечивает защиту внутренних органов. Подумайте, какие жизненно важные органы находятся в вашем черепе (головном мозге), грудной клетке (легкие и сердце) и тазе (репродуктивные органы) и защищают их. Скелетная система также позволяет двигаться. Кости играют пассивную роль в движении, но их форма, длина и места, где могут прикрепляться мышцы, определяют, как движется тело.

В суставах встречаются две кости.Движение происходит в суставах. Хотя существуют различные типы суставов, танцоры, спортсмены и кинезиологов (те, кто изучает принципы механики и анатомии в отношении движений человека) обычно имеют дело с синовиальными суставами . Синовиальные суставы (например, коленные; см. Рисунок 1.5) включают покрытые хрящом костные окончания (форма соединительной ткани, которая является гладкой и эластичной), капсулу (также состоящую из соединительной ткани), которая защищает и укрепляет суставы, и синовиальную оболочку. жидкость, которая смазывает сустав (например, масло в двигателе). Связки (ткани, соединяющие кости с костями) и мышцы также укрепляют и защищают суставы. Свобода и направление движения, возможные в суставе, определяются расположением связок и формой костных окончаний.

http://www.humankinetics.com/AcuCustom/Sitename/DAM/127/E5623_477027_ebook_Main.jpg
Синовиальный сустав.

Мышечная система состоит из мышц, сухожилий, (которые соединяют мышцы с костями) и связок.Мышцы активно работают, чтобы произвести движение. Проще говоря, мышцы укорачиваются и удлиняются при натяжении костей, тем самым создавая движение. Во время движения укорачивается одна мышца. Эта мышца называется первичным двигателем (мышца, которая в основном отвечает за движение). На другой стороне кости ее антагонист (мышца, которая противодействует или замедляет движение) удлиняется в противодействии. Таким образом создается не только движение, но и защита суставов от слишком резкого или слишком большого усилия.Например, в Move It! Выполнялось следующее упражнение: чтобы согнуть (согнуть) локоть, бицепс выполнял сокращающее ( концентрическое ) сокращение, а трицепс — удлинительное ( эксцентрическое ) сокращение (см. рисунок 1.4). Когда вы разгибаете локоть, группы мышц меняют роли.

Проще говоря, другие мышцы, называемые синергистами , часто помогают первичным двигателям. Кроме того, фиксаторы (мышцы, которые удерживают или фиксируют часть тела в определенном положении для поддержки движения другой части тела) удерживают другие части тела на месте, так что определенное движение может выполняться эффективно.

На сцену

Ниже приводится подходящее упражнение для соединения мышц, суставов и движений.

1. Определите два набора мышц, которые являются основными движущими силами и антагонистами суставов на рисунке 1.6: плечи, запястья, пальцы, бедра, колени и лодыжки.
2. Напишите свои предположения или предположения рядом с названием сустава.
3. Двигая суставом, коснитесь мышц, чтобы проверить, верны ли ваши прогнозы.Внесите необходимые исправления. Используйте партнерскую работу, которую вы проделали в этом уроке Move It! чтобы помочь вам в вашей работе. (Вспомните, как ваш партнер оказывал осторожное сопротивление .)

http://www.humankinetics.com/AcuCustom/Sitename/DAM/127/E5623_477030_ebook_Main.jpg
http://www.humankinetics.com/AcuCustom/Sitename/DAM/127/E5623_477156_ebook_Main.jpg of the
Musical.jpg руки, бедра и ноги.

Возьми лук

Сравните свою работу с работой другого учащегося.Было бы лучше, если бы этот ученик не был вашим первым партнером. Обсудите и защитите свои выводы. Внесите необходимые исправления в свой список прогнозов.

1. Посоветуйтесь со своим учителем.
2. Внесите исправления в свой список прогнозов по мере необходимости.

Точечный светильник

Ирен Дауд

Ирен Дауд (1946-) училась и ассистировала у доктора Лулу Свигард в Джульярдской школе с 1968 по 1974 год. Ирен имеет степень бакалавра философии в Вассарском колледже и изучала анатомию и нейроанатомию в Колумбийской пресвитерианской медицинской школе и нейробиологию в педагогическом колледже Колумбии. Университет.В настоящее время она работает на факультете Джульярдской школы, где преподает анатомию, кинезиологию и динамическую стабилизацию туловища, а также еще один курс по пониманию техники для учащихся летних старших классов. Она также преподает в Национальной балетной школе Канады и проводит учебные программы для преподавателей и студентов школы. Ирен ведет частную практику нервно-мышечных тренировок, которую она начала в 1974 году. Основное внимание ее частной педагогической практики уделяется решению индивидуальных проблем с функционированием опорно-двигательной и нервной систем, которые могут вызывать дискомфорт или неспособность реализовать свой потенциал в движении.В третьем издании своей книги « Take Root to Fly» г-жа Дауд говорит о процессе наблюдения и прикосновения к своим ученикам, когда они совершают движения в повседневной деятельности.

Знаете ли вы?

Анатомия Грея

Многие ресурсы могут помочь вам узнать больше об анатомии человека. Один из самых популярных — «Анатомия человеческого тела» Грея Генри Грея (1825–1861). В 1858 году было опубликовано первое английское издание Gray’s Anatomy .Было опубликовано сорок выпусков, и он до сих пор служит учебником для студентов-анатомов во всем мире. Вы можете посетить местную библиотеку или книжный магазин, чтобы ознакомиться с этим ценным ресурсом. В качестве интересной альтернативы попробуйте использовать Книгу-раскраску по анатомии .

Биомеханика — понимание терминов, которые заставляют наше тело двигаться

Один из малоиспользуемых способов улучшить физическую форму — это получить более глубокое понимание и знания биомеханики.Это связано с тем, что чем лучше понимание того, как движется тело и способность суставов, костей и связок выполнять определенные действия, тем легче улучшить выполнение движений, необходимых для каждого конкретного упражнения или спортивной деятельности.

Лица, обладающие правильной биомеханикой, могут реализовать свой потенциал до высочайшего уровня и помочь минимизировать вероятность травм; будь то профессионал в спорте или физкультурник, стремящийся улучшить свою физическую форму и улучшить самочувствие.

Другая причина заключается в том, что демистификация языка, используемого профессионалами в области фитнеса, приводит к большему пониманию участниками. Для спортивных инструкторов нет ничего необычного в том, что то, что они считают повседневными терминами фитнеса, обычно понимают участники, которые на самом деле находят их запутанными. Люди могут неохотно обращаться за разъяснениями, потому что они не хотят казаться несведущими. Кроме того, инструкции к некоторым спортивным снарядам могут относиться к биомеханическим терминам и позициям, поэтому понимание их значения упростит получение максимальной отдачи от оборудования.

Анализ механики движений человека называется биомеханикой. Это наука, объясняющая, как и почему человеческое тело движется именно так. Это включает взаимодействие между исполнителем, его или ее оборудованием и окружающей средой. Биомеханика играет важную роль в дизайне оборудования Technogym.

Хорошим примером использования биомеханики для обеспечения комфорта и функциональности пользователя является Unica. Разработанный и изготовленный из тех же материалов, что и профессиональное тренажерное оборудование, с изысканным и элегантным дизайном, Unica является наиболее универсальным оборудованием для физической подготовки и укрепления мышц.Компактная конструкция позволяет выполнять более 25 различных упражнений всего на полутора квадратных метрах без замены какой-либо части тренажера. Биомеханика и система легкого запуска позволяют правильно и безопасно использовать оборудование независимо от опыта пользователя.

Среди биомеханики мы можем найти понятия кинетики (анализ сил, действующих на тело) и кинематики (анализ движений тела). Пять важных компонентов биомеханики: движение, сила, импульс, рычаги и баланс:

Движение — это движение тела или объекта в пространстве.Скорость и ускорение — важные составляющие движения.

Сила — это толкание или притяжение, которое заставляет человека или объект ускоряться, замедляться, останавливаться или менять направление.

Импульс — это произведение веса и его скорости при перемещении.

Рычаги Наши руки и ноги действуют как рычаги; Рычаг состоит из трех частей — рычага сопротивления, оси вращения и оси вращения.

Весы стабильны.Важным принципом баланса является совмещение центра тяжести тела над основанием опоры. Хороший баланс важен для многих видов спорта и физических упражнений.

В биомеханике каждое движение тела описывается, начиная с анатомической позиции. Анатомическое положение — это когда человек стоит прямо, глядя прямо перед собой, руки по бокам ладонями вперед, ступни слегка расставлены в пятках, а пальцы ног направлены вперед.В анатомическом положении есть три анатомических или кардинальных плоскости, как описано ниже.
Сагиттальная или медианная плоскость делит тело на две стороны (левую и правую), за некоторыми исключениями: движения сгибания (уменьшение угла сустава / сгибание сустава) и разгибание (увеличение угла сустава / выпрямление сустава) происходят в сагиттальной плоскости.
Второе деление тела — это фронтальная или коронковая плоскость , которая делит тело пополам на переднюю и заднюю части.Опять же, есть несколько исключений: движения отведения (перемещение конечности от центральной / медиальной линии тела) и приведение (перемещение конечности к центральной / средней линии тела) происходят во фронтальной плоскости.
Наконец, поперечная или горизонтальная плоскость делит корпус на верхнюю и нижнюю части. Движения вращения происходят в поперечной плоскости. Диагональные модели движения возникают, когда компоненты всех трех основных плоскостей движения объединяются одновременно.

Оси тела представляют собой прямые линии, проходящие через тело как стрелки, перпендикулярные друг другу. В то время как кардинальные плоскости используются для описания пространственных зон, в которых движется тело, оси описывают основные поворотные / вращательные точки движения тела. Три основных оси:

Поперечный, проходит слева направо в области талии.

Продольный, проходит прямо через центр тела от головы до пят.

Ось Medial , соединяющая бедра и плечи по диагонали.

Следующие термины используются для описания определенных движений тела, которые происходят в кардинальных плоскостях и вдоль осей. Некоторые из них уже вошли в обиход, поэтому полезно знать эти термины, поскольку они часто встречаются в инструкциях по упражнениям:

Dorsiflexion — уменьшение угла голеностопного сустава

Plantarflexion — увеличение угла голеностопного сустава

Elevation — перемещение части тела в верхнем (к голове) направлении

Депрессия — перемещение части тела в нижнем (от головы) направлении

Eversion — поворот голеностопного сустава так, чтобы подошва стопы была направлена ​​от другой

Inversion — поворот голеностопного сустава так, чтобы подошва стопы была обращена к другой

Боковое вращение — вращение от центральной / средней линии тела

Медиальное вращение — вращение конечности по направлению к центральной / средней линии тела

Пронация — поворот предплечья ладонью вниз, если предплечье согнуто

Супинация — поворот предплечья так, чтобы ладонь была обращена вверх, если предплечье согнуто

Ретракция — движение руки назад (к задней части тела) в плече

Протракция — движение руки вперед (к передней части тела) в плече

Боковое сгибание — сгибание позвоночника в сторону от центральной / медиальной линии тела

Еще одна важная концепция, которую нужно усвоить для понимания того, как движется тело, — это артикуляция.Артикуляция — это движение двух или более костей в суставе. В теле есть три типа суставов, но тот, который обеспечивает наибольший диапазон движений и поэтому имеет фундаментальное значение для понимания того, как движется тело, — это синовиальный сустав.

Синовиальные суставы — это место, где кость разделена смазочной жидкостью и хрящом. Синовиальные суставы характеризуются относительно большим диапазоном движений. Девять основных характеристик синовиальных суставов:

1. Суставной хрящ
2. Связки
3. Сухожилия
4. Мышцы
5. Синовиальная мембрана
6. Синовиальная жидкость
7. Кости
8. Фиброзная капсула
9. Полость сустава

В организме существует шесть типов синовиальных суставов:

Ball and Socket — это чемпион всех стыков.Состоящий из шара, который плотно входит в гнездо, его структура позволяет перемещаться по всем осям: сгибание, разгибание, отведение, приведение, вращение и круговое движение (сочетание всех остальных в круговом движении). Два шаровых шарнира тела находятся на бедре и плече. В тазобедренном суставе имеется более глубокая впадина, что придает ему устойчивость, но ограничивает диапазон движений. Плечо имеет более мелкий сустав, что дает ему более широкий диапазон движений, но снижает стабильность и является одной из причин, почему вывих плеча так распространен.

Скольжение / плоскость — две плоские поверхности, расположенные одна на другой. Эти поверхности могут скользить или вращаться. Примеры таких суставов встречаются на ступнях и руках.

Петля — очень простой шарнир, который позволяет движение только по одной оси, поскольку его конструкция предотвращает вращение. Шарнирный сустав позволяет сгибание и разгибание, например, в локтевом суставе.

Pivot — позволяет вращение по одной оси; длинная ось. Это шарнирный сустав, соединяющий лучевую кость с локтем, который позволяет предплечью вращаться (пронация и супинация).

Эллипсоид — очень похож на шар и гнездо, однако его связки и овальная форма предотвращают вращение по всем осям. Тем не менее, он по-прежнему может вращаться по двум осям, что позволяет сгибать, разгибать, отводить, приводить и окружать, например, как в запястье.

Седло — похоже на эллипсоид, но его вращение ограничено структурой / формой костей. Одна из костей, образующих сустав, имеет форму седла, а другая кость покоится на нем, как всадник на лошади.Кость, сидящая на седле, может сгибаться, растягиваться, отводиться, приводить, огибать и очень немного вращаться. Соединение большого пальца — пример седельного сустава.

Другой тип сустава, который позволяет движение, — хрящевой сустав. Здесь кости соединены либо гиалиновым хрящом, либо волокнистым хрящом. Эти соединения имеют ограниченный диапазон движений, например ребра и вращение.

Классический компромисс для суставов — повышенная гибкость приводит к снижению устойчивости.Если это происходит в результате желания повысить гибкость для улучшения спортивных результатов (растяжка, йога), это можно в некоторой степени компенсировать за счет укрепления мышц вокруг суставов.

Наука биомеханика играет важную роль в улучшении работоспособности как людей, так и спортивного инвентаря. Хотя для того, чтобы стать специалистом по биомеханике, потребуется много лет, базовое понимание наиболее общих принципов может помочь тем, кто занимается физическими упражнениями и спортом, эффективно управлять своим телом.

Здоровые движения — Механика вашего тела | Новости, Спорт, Работа

Подумайте обо всех движениях, которые вы делаете каждый день: ходьба, подъем по лестнице, набор текста, поворот дверных ручек и подъем. Ваши кости, мышцы и суставы работают вместе, чтобы сделать ваше тело удивительно подвижным механизмом. Как и любая машина, ваше тело подвержено износу. Он нуждается в регулярном уходе и обслуживании, чтобы двигаться легко.

Ученые изучают механические движения нашего тела, чтобы помочь нам быть максимально сильными, гибкими и мобильными на протяжении всей жизни.Этот вид исследований называется биомеханикой. Эти исследования показывают, что то, как вы двигаетесь, включая ходьбу, стояние и наклоны, может повлиять на вашу будущую подвижность и общее состояние здоровья. Движения тела включают силу, равновесие, гравитацию и движение.

Основные движущиеся части вашего тела включают твердые кости, ткани суставов, которые соединяют кости вместе, и мышцы, прикрепляющиеся к костям. В вашем теле около 200 костей и более 600 мышц. Все эти части работают вместе, чтобы помочь вам двигаться в течение дня.

Исследования биомеханики уже привели к созданию более эффективных способов предотвращения травм мышц и суставов у детей во время занятий спортом и играми, а также помогли пожилым людям оставаться более мобильными и независимыми. Некоторые исследователи работают над улучшением искусственных суставов. Другие разработали улучшенные методы лечения двигательных расстройств, таких как церебральный паралич и болезнь Паркинсона.

Суставы — частый источник проблем и боли. Некоторые суставы, например плечевой, могут двигаться во многих направлениях.Другие, например коленный сустав, могут сгибаться только в одну сторону. Любые движения за пределами естественного диапазона сустава могут вызвать травму.

Падения опасны в любом возрасте, но особенно для пожилых людей, которые с большей вероятностью сломают кость. Ежегодно более 1,6 миллиона пожилых американцев обращаются в отделения неотложной помощи с травмами, связанными с падением. Падение причиняет много страданий и является огромной проблемой для общества. Упражнения, улучшающие равновесие и укрепляющие мышцы, могут помочь предотвратить падения.

Укрепление мышц и правильное выравнивание суставов важны практически для всех, кто хочет оставаться гибким и подвижным.Суть в том, что все должны быть активными.

Обслуживание кузова

• Поддерживайте здоровый вес. Слишком большой вес может вызвать боль в коленях и бедрах.

• Занимайтесь упражнениями по укреплению мышц (сопротивлением), которые задействуют все ваши основные группы мышц, 2 или более раз в неделю.

• Оставайтесь активными всю неделю. Старайтесь уделять 150 минут активности умеренной интенсивности в неделю, например быстрой ходьбе.

• Носите удобную, подходящую обувь.

• Соблюдайте сбалансированную диету. Ежедневно получайте достаточно кальция и витамина D, чтобы защитить свои кости.

• Старайтесь не поднимать тяжелые предметы. Если вам нужно поднять что-то тяжелое, согните ноги в коленях и держите спину прямо.

——

Информация адаптирована из NIH News in Health, ежемесячного информационного бюллетеня Национальных институтов здравоохранения Министерства здравоохранения и социальных служб США, июль 2013 г.

Если вам нужна дополнительная информация о «Здоровые движения — механика вашего тела», обращайтесь к Гейл Гилман, консультанту по семейной жизни, M.Под ред. C.F.C.S. и почетный профессор Миннесотского университета, [email protected]. Не забудьте посмотреть дополнительную информацию о Family Living Focus ™ в газете на следующей неделе.