Условия равновесия тел. Как найти точку равновесия

Равновесие тел

Условия равновесия тел. Как найти точку равновесия

Тело находится в состоянии равновесия, если оно покоится относительно некоторой инерциальной системы отсчета. Изучение условий равновесия тел имеет большое прикладное значение при создании зданий, сооружений, машин и механизмов.

Условия равновесия тел

Первое условие равновесия формулируется, из второго закона Ньютона: тело может находиться в состоянии покоя в некоторой инерциальной системе отсчета только, если равнодействующая всех сил, приложенных к этому телу (материальной точке) равна нулю. И так, первое условие равновесия записывается так:

\[\sum\limitsN_{i=1}{{\overline{F}}_i=0\left(1\right).}\]

Для нахождения тела в состоянии равновесия, необходимо равенство нулю равнодействующей, приложенных к телу сил.

Если тело нельзя считать материальной точкой, то первого условия равновесия будет недостаточно. Рассмотрим стержень на который действуют две равные по модулю, и противоположные по направлению силы (${\overline{F}}_1\ и{\ \overline{F}}_2\ $) рис.1. Данный стержень может вращаться около своей оси, следовательно, он не находится в состоянии равновесия.

Для формулировки второго условия равновесия используем такую физическую величину, как момент силы ($\overline{M}$):
\[\overline{M}=\overline{r}\times \overline{F\ }\left(2\right),\]

где $\overline{r}\times \overline{F\ }$ – векторное произведение; $\left|\overline{M}\right|=\left|\overline{r}\right|\cdot \left|\overline{F\ }\right|{\sin \widehat{\overline{r},\overline{F\ }}\ }$; $\widehat{\overline{r},\overline{F\ }}$ – угол между вектором силы и радиус-вектором ($\overline{r}$), который проведен от точки вращения к точке приложения силы. Направление вектора момента силы определяют по правилу правого винта (Правый винт вращают от вектора $\overline{r}\ $к вектору $\overline{F\ }$ по кратчайшему расстоянию, при этом поступательное движение винта указывает направление вектора момента силы).

Тело, которое имеет возможность вращаться вокруг неподвижной оси, находится в состоянии равновесия, если сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю:

\[\sum\limitsN_{i=1}{{\overline{M}}_i=0\left(3\right).}\]

Второе условие равновесия называют правилом моментов сил. $\ $\textit{}

Виды равновесия тел

Равновесие можно разделить на: устойчивое, неустойчивое и безразличное.

Равновесие тела называют устойчивым, если при небольших смещениях, действующие на него силы, стремятся вернуть его снова в положение равновесия.

Положение равновесия называют неустойчивым, если при малых смещениях силы, оказывающие воздействие на тело уводят его из положения равновесия еще больше.

Если при небольших смещениях из положения равновесия силы, действующие на тело и их моменты, уравновешиваются, как и прежде, то такое равновесие называют безразличным.

В устойчивом положении равновесия центр тяжести занимает самое низкое положение в сравнении со всеми возможными соседними положениями тела. Устойчивому равновесию соответствует минимум потенциальной энергии тела относительно ее величин в соседних положениях этого же тела. Принцип минимума потенциальной энергии – это один из общих принципов устойчивости равновесия разных систем.

1) Допустим, что тело может вращаться около закрепленной оси. Тело находится в положении равновесия, если ось проходит через центр масс тела (безразличное равновесие). Если центр тяжести тела находится ниже оси вращения, то положение равновесия тела будет устойчивым. Пусть ось вращения расположена ниже центра масс тела, то равновесие будет неустойчивым.

2) В том случае, если тело имеет точку опоры (например, шарик, лежащий на опоре), то тело находится в состоянии устойчивого равновесия, когда равнодействующая всех сил, приложенных к телу, направлена в сторону положения равновесия. Если равнодействующая равна нулю, то положение равновесия безразличное. Положение тела будет не устойчивым равновесием, если равнодействующая сил, приложенных к телу, направлена от положения равновесия.

3) Пусть тело имеет площадь опоры. Тогда его равновесие будет устойчивым, если вертикаль, проводимая через центр масс этого тела, пересечет площадь опоры.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Имеются два круглых цилиндра, радиусами R и r. Один из цилиндров лежит на горизонтальной плоскости, другой в состоянии равновесия лежит на нем (рис.1). Оси карандашей перпендикулярны друг другу. При каком соотношении радиусов цилиндров равновесие будет устойчивым? Коэффициент трения цилиндров друг о друга равен $\mu .$

Решение. Верхний цилиндр уравновешен на нижнем цилиндре в горизонтальном положении. При этом центры масс цилиндров $O_1\ и\ O_2$ находятся на одной вертикали. Отклоним верхний цилиндр на угол $\varphi $ от горизонтали. Если бы трение отсутствовало, то он сразу бы соскользнул.

Будем считать трение существенным. Тогда при отклонении верхний цилиндр прокатывается без проскальзывания. Точка опоры из положения A переходит в положение C. Та точка, которой верхний цилиндр опирался о нижний переходит в B.

В нашем случае (проскальзывания нет), длина дуги AC равна длине отрезка BC:

\[AC=R\varphi =BC\ \left(1.1\right).\]

Центр тяжести верхнего цилиндра переходит в точку $O_3$. Если вертикаль, содержащая точку $O_3,$ проходит левее точки опоры C, то сила тяжести стремится вернуть верхний цилиндр в положение равновесия.

Запишем это условие математически. Проведем вертикаль через точку B. Должно выполняться условие:

\[BEПри этом из рис.1 видим, что: \[BE=r{\sin \varphi ;;DC=BC{\cos \varphi =R\ \varphi {\cos \varphi \ }\ }\ \left(1.3\right).\ }\]

Следуя условию (1.3) имеем:

\[r{\sin \varphi Так как $tg\ \varphi >\varphi $ ($0 \[\frac{r}{R}Получается, что положение верхнего цилиндра является устойчивым только тогда, когда его радиус меньше, чем радиус нижнего цилиндра.

Ответ. $r$ < $R$

Пример 2

Задание. На какой максимальный угол можно отклонить верхний цилиндр в первом примере?

Решение. Определим причины ограничивающие угол отклонения. Прежде всего, при больших углах отклонения вертикаль, проводимая через центр тяжести верхнего цилиндра, может пройти правее точки опоры C. Условие (1.4):

\[\frac{r}{R}показывает, что при известном отношении радиусов цилиндров ($\frac{r}{R}=\beta $) максимальный угол отклонения ${\varphi }_{m1}$ определен уравнением: \[tg\ {\varphi }_{m1}=\beta {\varphi }_{m1}\left(2.1\right).\]

Решение этого уравнения можно найти графически.

Кроме того, максимальная величина угла отклонения ограничена трением. Цилиндр не должен соскользнуть. Помня условие равновесия тела на наклонной плоскости, имеем:

\[tg\ {\varphi }_{m2}=\mu \ \left(2.2\right).\]

Получим, что допустимы угол отклонения будет равен меньшему из ${\varphi }_{m1}$, ${\varphi }_{m2}$. Таккак $\beta >1,$ а $\mu

Читать дальше: сложение колебаний.

Два условия равновесия тел в физике. Пример решения задачи на равновесие

Условия равновесия тел. Как найти точку равновесия

Раздел физики, который изучает покоящиеся тела с точки зрения механики, называется статикой. Ключевыми моментами статики являются понимание условий равновесия тел в системе и умение применять эти условия для решения практических задач.

Действующие силы

Причиной вращения, поступательного перемещения или сложного движения тел по кривым траекториям является действие внешней ненулевой силы на эти тела. В физике силой называется величина, которая, воздействуя на тело, способна придать ему ускорение, то есть изменить количество движения.

Изучают эту величину с давних времен, тем не менее, законы статики и динамики окончательно оформились в стройную физическую теорию только с приходом нового времени.

Большую роль в становлении механики движения сыграли работы Исаака Ньютона, в честь которого сейчас называют единицу измерения силы ньютоном.

Древние расы: теории предыстории человечества, названия рас и причины гибели

При рассмотрении условий равновесия тел в физике важно знать несколько параметров действующих сил. К ним относятся следующие:

  • направление действия;
  • абсолютное значение;
  • точка приложения;
  • угол между рассматриваемой силой и другими приложенными к системе силами.

«Ставок» — это про стоячую воду

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА Жизнь программиста и интересные обзоры всего. , чтобы не пропустить новые видео.

Совокупность перечисленных параметров позволяет однозначно сказать, будет данная система двигаться или покоиться.

Первое условие равновесия системы

Когда система твердых тел не будет поступательно перемещаться в пространстве? Ответ на этот вопрос станет понятен, если вспомнить второй ньютоновский закон. Согласно ему, система не будет совершать поступательного перемещения тогда и только тогда, когда сумма внешних по отношению к системе сил равна нулю. То есть первое условие равновесия твердых тел математически выглядит так:

∑i=1nFi¯ = 0.

Здесь n – число внешних сил в системе. Приведенное выражение предполагает векторное суммирование сил.

Рассмотрим простой случай. Предположим, что на тело действуют две силы одинаковые по величине, но направленные в разные стороны.

В итоге одна из них будет стремиться придать ускорение телу вдоль положительного направления произвольно выбранной оси, а другая – вдоль отрицательного. Результатом их действия будет покоящееся тело. Векторная сумма этих двух сил будет равна нулю.

Справедливости ради отметим, что описанный пример приведет к появлению растягивающих напряжений в теле, но к теме статьи этот факт не относится.

Для облегчения проверки записанного условия равновесия тел можно воспользоваться геометрическим изображением всех сил в системе. Если их векторы расположить так, чтобы каждая последующая сила начиналась из конца предыдущей, тогда записанное равенство будет выполняться, когда начало первой силы совпадет с концом последней. Геометрически это выглядит в виде замкнутого контура из векторов сил.

Момент силы

Прежде чем переходить к описанию следующего условия равновесия твердого тела, необходимо ввести важное физическое понятие статики – момент силы.

Говоря простым языком, скалярная величина момента силы – это произведение модуля самой силы на радиус-вектор от оси вращения до точки приложения силы.

Иными словами, момент силы имеет смысл рассматривать только относительно какой-либо оси вращения системы. Скалярная математическая форма записи момента силы выглядит так:

M = F*d.

Где d – плечо силы.

Из записанного выражения следует, что если сила F приложена к любой точке оси вращения под любым углом к ней, то ее момент силы будет равен нулю.

Физический смысл величины M заключается в способности силы F совершать поворот. Эта способность возрастает с увеличением расстояния между точкой приложения силы и осью вращения.

Второе условие равновесия системы

Как можно догадаться, второе условие равновесия тел с моментом силы связано. Сначала приведем соответствующую математическую формулу, а затем разберем ее подробнее. Итак, условие отсутствия вращения в системе записывается так:

∑i=1nMi = 0.

То есть сумма моментов всех сил должна быть равна нулю относительно каждой оси вращения в системе.

Момент силы является векторной величиной, однако для определения вращательного равновесия важно знать лишь знак данного момента Mi. Следует запомнить, что если сила стремится совершить вращение по ходу стрелки часов, значит, она создает отрицательный момент. Наоборот, вращение против хода стрелки приводит к появлению положительного момента Mi.

Методика определения равновесия системы

Выше были приведены два условия равновесия тел. Очевидно, что для того чтобы тело не двигалось и находилось в покое, необходимо одновременное выполнение обоих условий.

При решении задач на равновесие следует рассматривать систему из записанных двух уравнений. Решение этой системы даст ответ на любую задачу по статике.

Иногда первое условие, отражающее отсутствие поступательного движения, может не давать никакой полезной информации, тогда решение задачи сводится к анализу условия моментов.

При рассмотрении проблем статики на условия равновесия тел центр тяжести тела играет важную роль, поскольку именно через него проходит ось вращения. Если сумма моментов сил относительно центра тяжести будет равна нулю, тогда вращение системы наблюдаться не будет.

Пример решения задачи

Известно, что на концы невесомой доски положили два груза. Масса правого груза в два раза больше, чем масса левого. Необходимо определить положение опоры под доской, при которой данная система находилась бы в равновесии.

Обозначим длину доски буквой l, а расстояние от ее левого конца до опоры – буквой x. Ясно, что данная система не испытывает никакого поступательного движения, поэтому первое условие для решения задачи применять не нужно.

Вес каждого груза создает момент силы относительно опоры, причем оба момента имеют разный знак. В выбранных нами обозначениях, второе условие равновесия будет иметь вид:

P1*x = P2*(L-x).

Здесь P1 и P2 – веса левого и правого грузов, соответственно. Разделив на P1 обе части равенства, и используя условие задачи, получаем:

x = P2/P1*(L-x) =>

x = 2*L – 2*x =>

x = 2/3*L.

Таким образом, чтобы система находилась в равновесии, опора должна располагаться на 2/3 длины доски от левого ее конца (на 1/3 от правого конца).

Источник

Условия равновесия твердого тела и системы сил

Условия равновесия тел. Как найти точку равновесия

Обсуждается связь между понятиями “равновесие твердого тела” и “равновесие системы сил”. Приводятся три формы условий равновесия твердого тела, как для пространственной системы сил, так и для плоской. Дано доказательство всех форм условий равновесия.

Здесь мы рассматриваем условия, при которых твердое тело находится в состоянии равновесия. Под этим мы подразумеваем, что если тело в некоторый момент времени покоилось, то оно будет покоится и в последующие моменты времени, относительно некоторой инерциальной системы отсчета.

Об этом также говорят как об условиях равновесия системы сил. Под системой сил в статике всегда подразумеваются силы, действующие на абсолютно твердое тело, или на систему, которую, в соответствии с принципом затвердевания, можно считать единым твердым телом. Все законы преобразования сил относятся только к силам, действующим на одно тело.

Под равновесием системы сил подразумевается уравновешенная система, которую эквивалентными преобразованиями можно свести к отсутствию сил, то есть к их взаимному уничтожению. Тогда если система сил находится в равновесии, то она эквивалентна отсутствию сил. Такая система не оказывает никакого влияния на движение тела.

И если оно вначале покоилось, то будет покоиться и в последующие моменты времени.

Термин равновесие системы сил несколько отличается от термина равновесие твердого тела. Различие связано с тем, что силы, действующие на тело можно разбить на несколько систем.

Некоторые из этих систем могут находиться в равновесии, и не оказывать влияния на движение. Их можно исключить.

В тоже время могут существовать неравновесные системы, приводящие к изменению скорости движения центра масс и момента импульса тела.

Однако, если в систему сил включены все внешние силы, то эти понятия совпадают. Далее мы будем говорить об условиях равновесия твердого тела. Эти условия есть то же самое, что условия равновесия системы сил, если под системой сил подразумевать все внешние силы, действующие на тело.

Основная форма условий равновесия

Для равновесия твердого тела необходимо и достаточно, чтобы векторная сумма внешних сил, действующих на тело равнялась нулю, и чтобы векторная сумма моментов этих сил, относительно произвольно выбранного центра  C,  равнялась нулю:
(1.1)   ;
(1.2)   .
Доказательство ⇓

Здесь внешние силы приложены к телу в точках .

Если мы выберем прямоугольную систему координат Cxyz с центром в точке C, то условия (1.1) и (1.2) можно выразить через проекции сил и моментов на оси этой системы. Тогда мы получим шесть уравнений:
;   ;   ;
;   ;   .
Из этих уравнений можно определить шесть неизвестных величин, определяющих реакции опор тела.

Также мы можем произвольным образом выбрать три вектора, не лежащие в одной плоскости, и спроектировать уравнения (1.1) и (1.2) на их направления. В результате мы также получим систему из шести уравнений.

Вторая форма условий равновесия

Условия равновесия можно записать и в других формах, которые могут оказаться более удобными при решении некоторых задач. Вот вторая форма условий равновесия.

Для равновесия твердого тела необходимо и достаточно, чтобы векторная сумма моментов внешних сил, действующих на тело, относительно произвольным образом выбранных точек и равнялась нулю, и чтобы сумма проекций сил на произвольное направление, не перпендикулярное направлению , равнялась нулю:
(2.1)   ;
(2.2)   ;
(2.3)   .
Доказательство ⇓

Если спроектировать условия (2.1) и (2.2) на оси координат, то получим три уравнения (2.1), три уравнения (2.2) и одно уравнение (2.3). Всего получается семь уравнений. Однако, как показано ниже, между шестью уравнениями (2.1) и (2.

2) существует одна линейная зависимость (см. «Линейная зависимость моментов относительно двух точек ⇓»). Таким образом, в условиях (2.1-3) имеется 7-1=6 линейно независимых уравнений, из которых можно определить шесть неизвестных величин.

Третья форма условий равновесия

И наконец, имеется третья форма условий равновесия.

Для равновесия твердого тела необходимо и достаточно, чтобы векторная сумма моментов внешних сил, действующих на тело, относительно произвольным образом выбранных точек и , не лежащих на одной прямой, равнялась нулю:
(3.1)   ;
(3.2)   ;
(3.3)   ;
(3.4)   .
Доказательство ⇓

Если спроектировать условия (3.1), (3.2) и (3.3) на оси координат, то получим три уравнения (3.1), три уравнения (3.2) и три уравнения (3.3) – всего девять уравнений. Как показано ниже, между шестью уравнениями (3.1) и (3.2) существует одна линейная зависимость (см. «Линейная зависимость моментов относительно двух точек ⇓»).

Аналогичным образом, между шестью уравнениями (3.1) и (3.3) существует еще одна линейная зависимость. И наконец, между шестью уравнениями (3.2) и (3.3) существует третья линейная зависимость. То есть, в условиях (3.1-3) имеется три линейных зависимости. Тогда число линейно независимых уравнений равно 9–3=6.

Также, как и в предыдущих формах, из этих уравнений можно определить шесть неизвестных величин.

Условия равновесия плоского тела

Теперь рассмотрим плоскую систему, в которой тело может совершать движение только вдоль одной плоскости. При этом силы также направлены в этой плоскости.

В этом случае мы выбираем систему отсчета так, чтобы оси x и y лежали в рассматриваемой плоскости, а ось z была ей перпендикулярна. Тогда приведенные выше формы условий равновесия сохраняют свой вид.

При этом z – компоненты всех сил равны нулю: , а у моментов сил отлична от нулю только z – компонента: .

Выпишем условия равновесия для плоской системы, расписав их по компонентам.

Основная форма условий равновесия
;
;
.

Вторая форма условий равновесия
;
;
.

Третья форма условий равновесия
;
;
;
.

Здесь во всех формах имеется по три уравнения, из которых можно определить три неизвестных величины.

Линейная зависимость моментов относительно двух точек

Докажем, что уравнения (2.1) и (2.2) линейно зависимы. Для этого из (2.1) вычтем (2.2) и воспользуемся (2.4):

.
Здесь мы ввели обозначение . Умножим это уравнение скалярно на :
.

В правой части стоит смешанное произведение векторов, в которое входит два одинаковых вектора . Поэтому оно равно нулю. В результате получаем линейную зависимость между уравнениями (2.1) и (2.2):
.

Равновесие тела человека – Библиотека Невероятных Фактов

Условия равновесия тел. Как найти точку равновесия

29.05.2019

Равновесие тела — это состояние покоя тела относительно какой-либо системы отсчета, в частном случае — неподвижность тела относительно окружающей его среды. Равновесие тела бывает статическим и динамическим.

При статическом равновесии тела проекция общего центра тяжести тела находится внутри площади опоры (рис. 1). При ходьбе, беге, катании на коньках и т. п. динамическое равновесие тела достигается путем балансирования, т. е.

подведением площади опоры под сместившуюся проекцию центра тяжести тела (рис. 2).

Рис. 1. Плоскость опоры тела при вольном стоянии: S — точка, соответствующая проекции общего центра тяжести. Рис. 2. Восстановление равновесия тела путем компенсирующего изменения деятельности мышц ног при наклоне туловища вперед. Проекция центра тяжести (вертикальная линия) возвращена в прежнее положение на плоскость опоры.

В поддержании состояния равновесия тела принимает участие целый ряд сложных систем. Важная роль принадлежит вестибулярному аппарату. Его рецепторная часть расположена во внутреннем ухе и состоит из мешочков преддверия и трех полукружных каналов. При возбуждении вестибулярного аппарата происходит раздражение волосков чувствительного эпителия.

Возникающие импульсы передаются по вестибулярному нерву в мозг. В процессе поддержания равновесия тела вестибулярная система осуществляет тесное взаимодействие со зрительным аппаратом. Оба эти аппарата (вестибулярный и зрительный) имеют обширные двусторонние связи с мозжечком.

Мозжечок также является очень важным иннервационным звеном в сохранении равновесия тела. Большую роль играют многочисленные рецепторы мышц, сухожилий, суставов и кожи, и прежде всего механизмы мышечного тонуса, а также проприоцептивные рефлексы.

Координация всех этих механизмов, обеспечивающих равновесие тела, происходит на разных уровнях нервной системы — в спинном мозге, стволе мозга и  в  коре больших полушарий.

Равновесие тела  исследуется многочисленными методами. К их числу принадлежит метод стабилографии — регистрация перемещений проекции общего центра тяжести по площади опоры.  Равновесие тела   нарушается  при  самых различных заболеваниях: поражениях вестибулярного аппарата, мозжечка, поражениях спинного мозга и т. п.

Равновесие тела — неподвижность его относительно окружающей среды; в узком смысле — сохранение определенного (например, вертикального) положения.

Согласно положениям статики равновесие тела человека при вертикальной стойке относится к неустойчивому типу, так как общий центр тяжести тела лежит выше площади опоры. При стоянии площадь опоры заключена внутри поверхности, образованной наружными контурами обеих стоп и линиями, соединяющими их переднюю и заднюю крайние точки.

Равновесие тела сохраняется до тех пор, пока вертикаль (проекция), опущенная из общего центра тяжести тела, не выходит за пределы площади опоры (статическое равновесие тела). Если проекция общего центра тяжести вышла за пределы площади опоры, то восстановление равновесия тела возможно только путем балансирования, т. е.

подведения площади опоры под сместившуюся проекцию общего центра тяжести (динамическое равновесие тела). Такой вид равновесия тела имеет место при всех видах перемещений — ходьбе, беге, катании на коньках, велосипеде и т. д. При спокойном стоянии вертикаль через общий центр тяжести тела (рис.

1, нижняя стрелка) проходит впереди осп голеностопных суставов (на 4—5 см) и оси коленных суставов (на 0,5—1,5 см) и позади оси тазобедренных суставов (на 1—3 см), а вертикаль через центр тяжести верхней половины тела (рис. 1, верхняя стрелка), находящейся над осью тазобедренных суставов, проходит впереди позвоночного столба (на 1—2 см кпереди от IV поясничного позвонка).

Таким образом, вес тела создает статические (опрокидывающие) моменты сил относительно ряда суставов: действие силы тяжести тела направлено на разгибание в тазобедренных и коленных суставах, на сгибание в голеностопных суставах и переднее сгибание туловища и т. д.

Сохранение статического равновесия тела возможно в том случае, если суммарному опрокидывающему моменту, создаваемому силой тяжести тела и другими внешними силами, противодействует равный по величине и противоположный по направлению уравновешивающий (фиксирующий) момент, создаваемый внутренними (мышечными) силами.

Чем больше статический  (опрокидывающий) момент действует на данный сустав, тем большее усилие должны развивать мышцы этого сустава для фиксации положения. Как показывает регистрация электрической активности мышц, распределение мышечных усилий при сохранении вертикальной позы соответствует биомеханическим особенностям этого положения тела, т. е.

Вместе с уменьшением статических моментов в более высоко расположенных коленных и тазобедренных суставах убывает и степень электрической активности мышц (рис. 2).

Рис. 2. Уровень электрической активности мышц при удобном стоянии (в порядке убывания обозначен зачернением, штриховкой, точками и крестиками): 1— вид спереди; 2 — вид сзади.

Даже при нарочито неподвижной позе происходят постоянные взаимные смещения звеньев тела относительно друг друга (например, в связи с актом дыхания и другими причинами), изменяющие статические опрокидывающие моменты, что приводит к необходимости непрерывного динамического приспособления соответствующих уравновешивающих мышечных моментов.

Этот динамический процесс находит свое отражение в колебаниях тела, которые можно зарегистрировать непосредственно (кефалография) или косвенно по перемещению проекции общего центра тяжести по опорной площадке (стабиллография). Сложный характер стабиллограммы (рис.

3) отражает деятельность многоуровневой системы регуляции вертикальной позы человека, включающей различные отделы нервной системы.

Рис. 3. Стабиллографическая регистрация колебаний общего центра тяжести тела человека в вертикальной позе.

Основным рабочим механизмом сохранения позы является спинальная система проприоцептивного рефлекса на растяжение, обусловливающая позный тонус. Рецепторами этого рефлекса служат расположенные в мышцах мышечные веретена, импульсация которых усиливается при растяжении мышцы.

Импульсация от мышечных веретен оказывает рефлекторное возбуждающее действие на мотоневроны как собственной мышцы, так и мышц-синергистов. В рефлекторном позном тонусе можно выделить два компонента: статический, определяющий фоновую активность позных мышц, и динамический, обусловливающий непрерывную коррекцию малейших нарушений позы.

В соответствии с этим система рефлекса на растяжение включает два типа рецепторов — первичные (динамические) и вторичные (статические) окончания мышечных веретен и два типа мотоневронов — быстрые (фазические) и медленные (тонические), связанные с быстрыми и медленными мышечными волокнами.

Уровень активности системы рефлекса на растяжение и его чувствительность к изменениям позы настраивается и регулируется высшими отделами ЦНС в соответствии с информацией, которую эти отделы получают от двигательного, кожного, вестибулярного, зрительного анализаторов.

В системе двигательного анализатора (см. Движения) для сохранения равновесия тела, помимо афферентации от мышечных рецепторов, существенную роль играет также афферентация от рецепторов суставно-связочного аппарата, сигнализирующая о направлении и скорости изменения суставного угла.

Особое значение имеет афферентация от рецепторов суставно-связочного аппарата шейного отдела позвоночника, влияющая на перераспределение рефлекторного тонуса мышц конечностей и туловища в соответствии с изменениями положения головы [шейно-тонические рефлексы (см. Магнуса—Клейна рефлексы)]. Аналогичную роль играет афферентация от рецепторов вестибулярного аппарата (см.

), обеспечивающая анализ положения и перемещения головы в пространстве и осуществление в ответ на действие адекватных раздражителей (ускорение, изменение силы тяжести) тонических рефлексов, в том числе статических, включающих рефлексы позы с лабиринта на конечности, шею и туловище, и статокинетических, а также вегетативных реакций.

Нарушения равновесия тела, которые наблюдаются в клинике при поражениях мозжечка (см.), по-видимому, связаны со значением последнего в координации проприоцептивных и вестибулярных позных рефлексов.

Участие зрительного анализатора в сохранении равновесия тела связано, с одной стороны, с обеспечением зрительной ориентировки положения тела по отношению к окружающим предметам, а с другой,— с общим действием света как одного из важнейших факторов, определяющих уровень активности ЦНС.

В связи с этим закрывание глаз приводит к возрастанию амплитуды колебаний тела, увеличивающейся также при надевании светонепроницаемых очков или при исследовании в затемненном помещении (В. С. Гурфинкель). Когда испытуемый находится в позе Ромберга (см.

Ромберга симптом) — со сдвинутыми стопами, площадь опоры уменьшается, а вытянутые вперед руки создают большой опрокидывающий момент, что предъявляет повышенные требования к системе регуляции позы.

В этих условиях закрывание глаз, вызывая дополнительные колебания тела, может приводить к явному нарушению равновесия тела и даже падению.

Источник:

2.Равновесие тела человека

Вфизических упражнениях человеку нередконеобходимо сохранять неподвижноеположение тела: например, исходныеположения — стар­товые; конечныеположения — фиксирование штанги после

ее подня­тия и т. п.

; промежуточные —упор углом на кольцах и др. Во всех такихслучаях тело человека как биомеханическая

система находится в равновесии.

Вравновесии могут находиться и тела,связанные с со­храняющим положениечеловеком (например, штанга, партнер в

акро­батике).

Чтобысохранить положение тела, человек должен

находиться в рав­новесии.

Положениетела
определяется его позой3,
его ориентациейи
местоположениемв пространстве, а также отношением к

опоре.

Сле­довательно, для сохраненияположения тела человеку нужно фикси­роватьпозу и не допускать, чтобы приложенныесилы изменили позу и переместили еготело с данного места в каком-либонаправлении или вызвали его поворот

относительно опоры.

2.1. Силы уравновешиваемые при сохранении колошения

Кбиомеханической системе приложены силытяжести, опорной реакции, веса и мышечнойтяги партнера или противника и дру­гие,которые могут быть и возмущающими, иуравновешивающими силами в зависимостиот положения звеньев тела относительно

их опоры.

Вовсех случаях, когда человек сохраняетположение, находится в равновесии

изменяемая система
тел

(не абсолютно твердое тело или материальная

точка).

Вусловиях занятий физическими упражнениямипри сохранении положения к телу человекачаще всего приложены силы тяже­стиего тела и веса других тел, а также силыреакции опоры, препятствующие свободномупадению. Без участия мышечных тягсохраняются только пассивные положения(например, положения лежа на полу, на

воде).

При
активныхположениях система взаимно подвижныхтел (звеньев тела) благодаря напряженияммышц как бы отвердевает, становитсяподобной единому твердому телу; мышцычеловека своей статической работойобеспечивают сохранение и п о з ы, иположения в простран­стве. Значит, вактивных положениях для сохраненияравновесия к силам внешним добавляются

внутренние
силы мышечной тяги.

Все
внешние силы делят на возмущающие(опрокидывающие,от­клоняющие), которые направлены на

изменение положения тела, и уравновешивающие,

которыми уравновешивается действие

возмуща­ющих сил.

Силымышечной тяги чаще всего служат силамиуравновешиваю­щими. Но в определенныхусловиях они могут быть и силамивозму­щающими, т. е. направленными наизменение и позы и расположения тела в

пространстве.

2.2. Условия равновесия системы тел

Для
равновесия
1 тела человека (системы тел) необходимо,чтобы главный вектор и главный моментвнешних сил были равны нулю, а всевнутренние силы обеспечивали сохранение

позы (формы системы).

Еслиглавный вектор и главный момент равны

нулю, тело

не сдви­нется и не повернется, еголинейное и угловое ускорения равны

нулю. Для системы,
тел

эти условия также необходимы, но уже

недоста­точны.Равновесие тела человека как системы

тел требует еще

сохра­нения
позы

тела.

Когда мышцы достаточно сильны и человекумеет использовать их силу, он удержитсяв очень трудном положении. А ме­неесильному человеку такой позы не удержать,хотя по расположе­нию и величине

внешних сил равновесие возможно.

У
разных людей существуют свои предельные
позы,

которые они еще в состоянии со­хранять.

Источник:

Равновесие

Равновесием называется способность тела сохранять свое устойчивое положение как в движении, так и в состоянии покоя. Существуют два вида равновесия — статическое и динамическое. Статическое равновесие определяет устойчивость неподвижного тела, например спокойно стоящего на месте человека.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.