Учебно-методический комплекс дисциплины сд. 08; Сд. Ф. 08 Биомеханика основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности 050720 «физическая культура»
Скачать 1.78 Mb.
|
| Тема 2.2. Работа и мощность человека – лк План: 1. Понятие мощности и ее проявление. 2. Работа и мощность человека. 3. Эргометрия. 4. Импульс тела. Импульс системы тел. Основные положения: Даже очень маленькая сила при большом перемещении тела может совершить значительную работу. Правда, для этого потребуется немалый промежуток времени. Однако во многих случаях величина участка траектории и время действия силы ограничены. Например, при прыжке сила мышц действует только при разгибании сустава достаточно малое время. За это время работа мышц должна успеть сообщить прыгуну необходимую кинетическую энергию. Поэтому важной характеристикой «устройств», используемых для совершения работы является скорость ее совершения. Такая характеристика называется мощностью. Полезной мощностью называется скалярная величина, равная отношению работы ко времени, за которое она совершена:  Затраченной мощностью (мощность энергозатрат) называется скалярная величина, равная отношению затраченной энергии ко времени, за которое она израсходована: Мгновенной мощностью называют отношение работы (dA) ко времени, вычисленное для очень малого интервала (dt). Отношение полезной мощности к затраченной показывает на сколько эффективно используется энергия и называется коэффициентом полезного действия (КПД), который выражают в про центах:  Единица измерения мощности в СИ называется Ватт- 1 Вт = да/с (т. е. 1 Вт - это мощность двигателя, который совершает работу 1Дж за 1 с). Работа и мощность, которые характерны для человека, зависят от многих факторов. При кратковременных усилияхч еловекможет развивать мощность порядка нескольких киловатт. Например, если спортсмен массой 70 кг подпрыгивает так, что его центр масс поднимается на 1 м (по отношению к нормальной стойке), а фаза отталкивания длится 0,2 с, то он развивает мощность около 3,5 кВт. При ходьбе с постоянной скоростью по ровному месту человек также совершает работу, хотя его кинетическая энергия не изменяется. В данном случае энергия затрачивается главным образом на периодическое поднятие центра масс тела и на ускорение или замедление ног. Часть этой энергии идет на нагревание организм за счет «сопротивления» его частей и нагревание окружающей среды. Например, человек массой 70 кг при ходьбе со скоростью 5 км/ч развивает мощность около 60 Вт. С возрастанием скорости эта мощность быстро увеличивается, достигая 200 Вт при скорости 7 км/ч. Работа выполняемая мышцами при выполнении активных движений, называется динамической. В спортивной терминологии используются следующие понятия:
При этом мощность часто определяют как темп, в котором выполняется работа или расходуется энергия. Эргометры. Для измерения работы человека применяют приборы, называемые эргометрами. Энергетика бега. Предположим, что бегун передвигается с постоянной скоростью по горизонтальной поверхности. Работа, которая при этом совершается, сводится к преодолению трения и сопротивления воздуха. При беге действие трения невелико, но, тем не менее бег с постоянной скоростью связан со значительными затратами энергии. Энергия тратится на движение тела бегуна верх-вниз и на отталкивание ногами от почвы. Импульс тела. Импульс системы тел Соотношение между равнодействующей всех внешних сил и ускорением, которое она сообщает телу, можно преобразовать к виду, который оказывается полезным при решении многих задач: F = m*a Импульсом тела называется векторная величина, равная произведению массы тела на скорость его центра масс. P=m*v Размерность импульса в СИ — кгм/с. Вопросы для коллективного обсуждения:
Задания для самостоятельной работы: 1. Изучить характеристики движений, относящиеся к КПД. Список литературы: 1. Основная: 1,2 2. Дополнительная: 3,4 Раздел III. Неинерциальные системы отсчета Тема 3.1. Применение законов динамики для анализа движения спортсменов – лк План:
Основные положения: Сила инерции. Принцип Д'Аламбера В ряде случаев возникает необходимость описать движение, покой или равновесие тела, находящегося в неинерциальной системе отсчета. Например, требуется выяснить какие проблемы могут возникнуть у человека, находящегося в кабине космического корабля. Французский физик Д'Аламбер сформулировал простой принцип, позволяющий отвечать на вопросы о поведении тела в неинерциальной системе. Рассмотрим тело, которое находится в неинерциальной системе, движущейся относительно инерциальной системы с ускорением ас. Векторная величина, равная произведению массы тела на ускорение системы и направленная в сторону, противоположную ускорению системы, называется силой инерции:  Сила инерции не является реальной силой, так как она не действует со стороны какого либо тела. Однако в неинерциальной системе ее можно (и нужно!) рассматривать, как обычную силу. При этом можно «забыть» о том, что система неинерциальна. Д'Аламбер установил, что если ко всем реальным силам (действующим со стороны других тел) добавить силу инерции, то в неинерциальной системе можно использовать все законы и формулы, которые справедливы для инерциальных систем. Установлено, что сила инерции неотличима от силы гравитации (силы тяготения). В рассматриваемом примере это означает, что никакие опыты, поставленные внутри корабля, не смогут дать ответ на вопрос, какая из ситуаций имеет место: либо мы находимся не в корабле, а на какой-то планете, где ускорение свободного падения равно g + a; либо мы движемся с ускорением g + а на космическом корабле вдали от каких-либо планет (гравитационные силы отсутствуют); • либо мы стартуем с Земли, поднимаясь с ускорением «а». Во всех этих случаях результаты любого опыта будут совершенно одинаковы. Сила тяжести. Вес тела Так как сила тяготения и сила инерции неотличимы, то при использовании неинерциальной системы их обычно складывают как вектора) и эту сумму называют силой тяжести. Сила тяготения направлена к центру Земли. Складывая эти силы, находим силу тяжести. Сила тяжести равна векторной сумме силы тяготения и силы инерции. Вес тела Весом тела называют силу Р, с которой тело действует на неподвижную относительно него горизонтальную опору (или неподвижный относительно него подвес). Вес не следует путать с массой тела. Масса тела характеризует его инертные свойства и не зависит ии от силы тяготения, ни от ускорения, с которым оно движется. Вес тела характеризует силу, с которой оно действует на опору и зависит как от силы тяготения, так и от ускорения движения. Например, на Луне "вес тела примерно в 6 раз меньше, чем вес тела на Земле. Масса же в обоих случаях одинакова и определяется количеством вещества в теле. Вес тела — понятие скорее инженерное, чем физическое, и используется не часто. Например, при проектировании моста указывают вес, который он должен выдерживать. В быту понятие «вес»используется, как правило, некорректно, поскольку имеется в виду масса тела. Например, когда говорят о весовых категориях в спор те, то подразумевают не силу, с которой спортсмен давит на помост, а его массу. В то же время, говоря о весе поднятой штанги, понятие «вес» употребляют совершенно правильно, так как речь идет о силе, с которой штанга действует на человека. Существующая путаница в употреблении понятия «вес» не влечет никаких отрицательных последствий, так как в каждой области люди интуитивно понимают, что имеется в виду. Перегрузки Вес тела приложен к опоре, а не к самому телу, и может измениться в зависимости от движения опоры. Например, вес тела в покое на Земле равен mg, а вес тела в покое в кабине стартующего корабля больше чем на Земле и равен m-(g + а), как следует из формул. Состояние, при котором вес тела больше, чем на Земле, называют перегрузкой. Вопросы для коллективного обсуждения: 1. Использование силы инерции. Задания для самостоятельной работы: 1. Закрепление пройденного материала. Список литературы: 1. Основная: 1,2 2. Дополнительная: 1,2 Раздел IV. Законы сохранения Тема 4.1. Законы сохранения – лк План:
Основные положения: В механике есть силы, работа которых при перемещении тела по замкнутому контуру равняется нулю. Такие силы называются потенциальными, или консервативными. Консервативной называется сила, работа которой при перемещении тела по замкнутому контуру равняется нулю. Консервативные силы обладают еще двумя свойствами:
Опираясь на закон всемирного тяготения и закон Гука, можно доказать, что сила тяготения и упругая сила являются потенциальными. Потенциальность этих сил связана с тем, что на одном участке замкнутой траектории силы совершают положительную работу, а на другом — отрицательную так, что в сумме получается ноль. Работу консервативной силы удобно рассчитывать через уменьшение специальной величины — потенциальной энергии. Потенциальной энергией тела (£.) называется скалярная величина, равная работе, совершаемой консервативной силой, при переходе тела из данного положения на выбранный уровень отсчета. Гравитационная потенциальная энергия Согласно определению, потенциальная энергия тела равна работе, совершенной силой тяготения при переходе тела с высоты h на уровень отсчета ( = 0):  Данная формула определяет потенциальную энергию, связанную с гравитационным взаимодействием. Потенциальная энергия упругих тел Существует еще один вид потенциальной энергии, связанный с упругий взаимодействием молекул при небольших деформациях почти всех тел. Потенциальная энергия это не то, что присуще самому телу: она всегда связана со взаимодействием тел. Потенциальная энергия — это энергия, которой обладает тело благодаря своему положению по отношению к другим телам, или благодаря взаимному расположению частей одного тела. Полной механической энергией тела называется сумма его потенциальной и кинетической энергий:  Если в системе действуют только консервативные силы, то полная механическая энергия входящих в систему тел не изменяется: Е = const. Иными словами, для любых двух моментов времени полные механические энергии одинаковы. Законы сохранения энергии В исходном положении скорость движения равна нулю и тело обладает только потенциальной энергией:  . При падении камня потенциальная энергия уменьшается, но увеличивается его кинетическая энергия. В конечной точке траектории высота равна нулю,скорость движения максимальна  и тело обладает только кинетической энергией  . Подставив эти значения в закон сохранения, получим: В промежуточных точках траектории тело обладает и кинетической, и потенциальной энергиями, сумма которых остается постоянной:  Вопросы для коллективного обсуждения:
Задания для самостоятельной работы: 1. Подготовка к написанию теста и решению задач. Список литературы: 1. Основная: 4 2. Дополнительная: 2,3 Раздел V. Механические свойства Тема 5.1. Механические свойства – лк. План:
Основные положения: Деформация. Способы деформирования Механическое воздействие на тело изменяет взаимное расположение его частиц. Деформация — изменение взаимного расположения точек тела, приводящее к изменению его формы и размеров. При действии на тело внешней деформирующей силы расстояние между частицами меняется. Это приводит к возникновению внутренних сил, стремящихся вернуть атомы (ионы) в первоначальное положение. Мерой этих сил является механическое напряжение. Непосредственно напряжение не измеряется. В ряде случаев его можно вычислить через внешние силы, действующие на тело. В зависимости мости от условий внешнего воздействия различают несколько способов деформирования. Растяжение (сжатие) К стержню (бруску) длиной l и площадью поперечного сечения S прикладывается сила F, направленная перпендикулярно сечению. В результате этого в теле возникает механическое напряжение, которое в данном случае характеризуется отношением силы к площади поперечного сечения стержня 1малое изменение площади поперечного сечения не учитывается. Под действием приложенной силы длина стержня изменяется на некоторую величину, которая называется абсолютной деформацией. Величина абсолютной деформации зависит от первоначальной длины стержня, поэтому степень деформации выражают через отношение абсолютной деформации к первоначальной длине. Это отношение называется относительной деформацией (е). Относительная деформация — величина безразмерная. При упругой деформации напряжение прямо пропорционально величине деформации. Сдвиг Деформация сдвига возникает, если на тело действует касательная сила, приложенная параллельно закрепленному основанию. В этом случае направление смещения свободного основания параллельно приложенной силе и перпендикулярно боковой грани. Абсолютная деформация сдвига измеряется величиной смещения свободного основания (Л/). Относительная деформация сдвига определяется через тангенс угла сдвига, называемый относительным сдвигом. Изгиб Этот вид деформации характеризуется искривлением оси или срединной поверхности деформируемого объекта (балка, стержень) под действием внешних сил. При изгибе один наружный слой стержня сжимается, а другой наружный слои растягивается. Средний слой (называемый нейтральным) изменяет лишь свою форму, сохраняя длину. Степень деформирования бруска, имеющего две точки опоры, определяется по перемещению, которое получает середина стержня. Величина А. называется стрелой прогиба. Прочность Прочность - способность тел выдерживать без разрушения приложенную к ним нагрузку. Прочность обычно характеризуют величиной предельного напряжения, вызывающего разрушение тела при данном способе деформирования. Предел прочности — это предельное напряжение, при котором образец разрушается. При различных способах деформирования «значения предела прочности отличаются. Твердость Одним из важных показателей многих материалов является и твердость. Под твердостью понимают разнообразные характеристики сопротивляемости материала местной, сосредоточенно в небольшом объеме деформации на его внешней поверхности или на поверхности его разреза. Твердость — сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела — индентора. Используются различные методы измерения твердости, основанные на определении размеров лунок, получаемых при вдавливании в поверхность испытуемого образца одного из следующих тел-инденторов. Разрушение Разрушение — макроскопическое нарушение целостности тела (материала) в результате механических или каких-либо иных воздействий.В процессе разрушения тела можно выделить две стадии: начальную — развитие пор, трещин и конечную — разделение тела на две, три и более частей. В зависимости от того, как протекают эти стадии, различают хрупкое и пластическое (вязкое) разрушения. Механические свойства биологических тканей Структура материала является главным фактором, определяющим его механические свойства и характер процесса разрушения. Большинство биологических тканей являются анизотропными композитными материалами, образованными объемным сочетанием химически разнородных компонентов. Состав каждого типа ткани сформировался в процессе эволюции и зависит от функций, которые она выполняет. Костная ткань Кость — основной материал опорно-двигательного аппарата. Механические свойства костной ткани зависят от многих факторов: возраста, заболевания, индивидуальных условий роста. В норме плотность костной ткани 2400 кг/м3. Кожа Кожа представляет собой не только совершенный покров тела но является сложным органом, выполняющим важные функции поддержание гомеостаза; участие в процессе терморегуляции, peгуляция общего обмена веществ в организме, секреторная функция (работа сальных и потовых желез), защита от повреждающего действия механических, физических, химических, инфекционных агентов. Она представляет собой обширное рецепторное поле, воспринимающее извне и передающее в ЦНС целый ряд ощущений. Кожа — граница раздела между телом и окружающей средой, поэтому она обладает значительной механической прочностью. Кожа — самый крупный орган тела, важная анатомо-физиологическая часть целостного организма. При различных заболеваниях, в том числе и внутренних органов, в коже происходят те или иные изменения. Кожу часто рассматривают как гетерогенную ткань, состоящую из трех наложенных друг на друга слоев, которые тесно связаны между собой, но четко различаются по природе, структуре, свойствам. Вопросы для коллективного обсуждения:
Задания для самостоятельной работы:
Литература: 1. основная: 1,3,4 2. дополнительная: 2. Раздел XII. Воздействие физических факторов на человека |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины гсэ. В 1 Семьеведение Основная... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности «050720 Физическая культура» | | Учебно-методический комплекс дисциплины дпп. Ф. 3, Сд. Ф. 3 Психология... Программа предназначена для студентов, обучающихся по специальности «Физическая культура» |
| Учебно-методический комплекс дисциплины фтд. 1 Основы кинезиологии... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) | | Учебно-методический комплекс дисциплины дс. В 2 Здоровьесберегающие... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Учебно-методический комплекс дисциплины сд. 09, Сд. Ф. 9 Спортивная... ... | | Учебно-методический комплекс дисциплины опд. Ф. 15,Опд. Ф. 4 Опд.... Курс «Теория и методика обучения «Физической культуре» предназначен для студентов, обучающихся по специальности Физическая культура»... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины сд. Ф. 6 Экономика физической... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) | | Учебно-методический комплекс дисциплины опд. Ф. 7 (19) (21) Основы... Автор программы: Михейкина И. Н., ст преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности и основ медицинских знаний |
| Учебно-методический комплекс дисциплины гсэ. Ф1 Иностранный язык... Автор программы: старший преподаватель кафедры иностранных языков и методики преподавания Квасюк Е. Н | | Учебно-методический комплекс дисциплины (гсэ. Ф. 02 Физическая культура)... Основная образовательная программа подготовки специалиста по университетским специальностям |
| Учебно-методический комплекс дисциплины сд. Ф. 7 Менеджмент физической... Автор программы: Берникова О. В., ст преподаватель кафедры технологии и сервиса мггу | | Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мурманский государственный... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины опд. Ф. 11 Основы коммуникативной... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) | | Учебно-методический комплекс дисциплины гсэ. В устойчивое развитие... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) |
| Учебно-методический комплекс дисциплины сд. 14 Биологическая химия... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) | | Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 04. Общая химия основная... Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) |
