23.2. Силы упругой деформации

Все реальные тела под действием приложенных сил деформиру­ются. Силы, возникающие в теле, противодействующие деформации и после нее восстанавливающие форму тела, называют упругими.

Сила упругой деформации — это мера действия деформированного тела на другие тела, вызывающие эту деформацию. Упругие силы зависят от свойств деформированного тела, а также вида и величины

¹ Центр инерции твердого тела — точка приложения равнодействующей параллель­ных сил инерции («фиктивных») всех частиц тела.

деформации: F_ynp=AlС; [F_yup]-MLT^-2 ,где F_ynp— упругая сила, Al — де­формация, С — коэффициент жесткости (упругости) тела¹.

Спортсмен сжимает динамометр, растягивает эспандер, изгибает во время наскока упругий трамплин или батут (рис. 33); в них при деформации возникают упругие силы. Нарастая, они останавливают деформацию. Спортсмен совершил работу, передал энергию дефор­мированным внешним телам (потенциальная энергия упругой дефор­мации). Далее прекращается действие деформирующей силы, и потенциальная энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию.

¹' Коэффициент жесткости тела (О равен отношению силы, например веса тела (Р), к вызванной ею деформации:

Как восстанавливают форму динамометр и эспандер, спорт­смену безразлично, а вот восстановление формы упругого трамплина или батута передает кинетическую энергию телу спортсмена, и он выпрыгивает выше, чем с пола. Упругие силы деформированного трамплина или батута совершают положительную работу.

Искусственные покрытия мест занятий обладают определенной жесткостью, что позволяет использовать силы упругой деформации при амортизации и отталкивании.

23.3. Силы тяжести и вес

По закону всемирного тяготения все тела на Земле испытывают силу ее притяжения.

Сила тяжести тела —_это 'мера его притяжения к Земле (с учетом влияния вращения Земли): G = m• g; [G] — MLT^-2. Сила тяжести зависит от масс Земли и притягиваемого ею тела, а также от расстояния между ними. Расстояние от центра Земли до ее поверхности на полюсе меньше (6357 км), а на экваторе больше (6378 км), поэтому сила тяготения на экваторе на 0,2% меньше, чем на полюсах.

Так как Земля вращается вокруг своей оси, тела на ее поверхности испытывают действие центробежной силы инерции (фиктивной) в неинерционной (вращающейся) системе отсчета. Она больше всего на экваторе и уменьшает там силу тяготения еще на 0,3% (по сравнению с положением на полюсах). Поэтому сила тяжести равна геометрической сумме сил тяготения (гравитационной) и центробежной (инерционной) (рис. 34).

На каждое звено и на все тело человека действуют силы тяжести как внешние силы, вызванные притяжением и вращением Земли. Равно­действующая параллельных сил тяжести тела приложена к его центру тяжести.

Когда тело покоится на опоре (или подвешено), сила тяжести, приложенная к телу, прижимает его к опоре (или отрывает от подвеса). Это действие тела на опору (нижнюю или верхнюю) измеряется весом тела (рис. 34, б, в, г). Вес тела (статический) — это мера воздействия тела в покое на покоящуюся же опору (или подвес), мешающую его падению. Значит, сила тяжести и вес тела не одна и та же сила. Вес всего тела человека приложен не к нему самому, а к его опоре (сила тяжести — дистантная, вес — контактная сила). В фазе полета в беге веса нет, это случай невесомости.

При воздействии головы на шейные позвонки взаимодействуют голова и позвоночный столб. Таким образом, вес головы относительно всего тела человека — сила внутренняя, относительно же позвоночного столба — внешняя. Вес, например, штанги, удерживаемой человеком, для него, конечно, внешняя сила.

При движении тела с ускорением, направленным по вертикали, возникает вертикальная сила инерции. Она направлена в сторону, противоположную ускорению. Если сила инерции направлена вниз, то она складывается со статическим весом; сила давления на опору при этом увеличивается. Если же сила инерции направлена вверх, то она вычитается из статического веса; сила давления на опору уменьшается. В обоих случаях измененный вес называют динамическим, он больше или меньше статического. Динамический вес штанги в руках спортсмена действует на него извне (внешняя сила). Динамический вес туловища при выпрыгивании вверх действует на ноги внутри тела (внутренняя сила относительно всего тела и внешняя — относительно ног).