Динамические характеристики количественного описания и анализа двигательной деятельности

Все движения человека и движимых им тел под действием сил изменяются по величине и направлению скорости. Чтобы раскрыть механизм движений (причины их возникновения и ход их изменения), исследуют динамические характеристики. К ним относятся инерционные характеристики (особенности самих движущихся тел), силовые (особенности взаимодействия тел) и энергетические (состояния и изменения работоспособности, биомеханических систем).

Инерционные характеристики. Они являются выражением 1-го закона динамики (закона инерции): «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешние силы не изменяют это состояние». Инерция – свойство тел сохранять состояние покоя или равномерное прямолинейное движение, если на них действуют внешние силы. Разные тела изменяют свою скорость под действием сил по разному, т.к. у них разная инертность. Инертность – это свойство тел изменять скорость под действием внешних сил.

Масса тела – это мера инертности при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению.

Момент инерции тела – это мера инертности тела при вращательном движении. Момент инертности тела относительно оси равен сумме произведений масс всех материальных точек тела на квадраты их расстояний от данной оси:

Силовые характеристики. Известно, что движение тела может происходить как под действием приложенной к нему движущей силы, так и без движущей силы (по инерции), когда приложена только тормозящая сила. Движущие силы приложены не всегда; без тормозящих же сил движения не бывает. Изменение движений происходит под действием сил. Сила не причина движения, а причина изменения движения; силовые характеристики раскрывают связь действия силы с изменением движения.

Сила определяется произведением массы тела на его ускорение, вызываемое данной силой:

Чаще всего говорят про силу и результат ее действия, но это применимо только к простейшему поступательному движению тела. В движениях человека как системы тел, где все движения частей тела вращательные, изменение вращательного движения зависит не от силы, а от момента силы. Момент силы – это мера вращающего действия силы на тело; он равен произведению силы на ее плечо:

Чтобы сила могла проявить свое вращающее действие, она должна иметь плечо. Иначе говоря, она не должна проходить через ось вращения.

Определение силы или момента силы, если известна масса или момент инерции, позволяет узнать только ускорение, т.е. как быстро изменяется скорость. Надо еще узнать, насколько именно изменится скорость. Для этого должно быть известно, как долго была приложена сила. Иначе говоря, следует определить импульс силы (или ее момента). Импульс силы – это мера действия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении):

Импульс момента силы – это мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (при вращательном движении):

Вследствие импульса силы и импульса момента силы возникает изменение движения, которое проявляется в изменении скорости (количество движения; кинетический момент). Количество движения – это мера поступательного движения тела, характеризующая его способность передавать другом телу в виде механического движения:

Кинетический момент – это мера вращательного движения тела, характеризующая его способность передавать другому телу в виде механического движения:

Таким образом, к ранее рассмотренным кинематическим мерам изменения движения (скорости и ускорению) добавляются динамические меры изменения движения (количество движения и кинетический момент). Совместно с мерами действия сил они отражают взаимосвязь сил и движения. Изучение их помогает понять физические основы двигательных действий человека.