2. Содержание дисциплины и методические указания по изучению курса.
I Физические основы механики
Кинематика поступательного и вращательного движения.
При изучении данного раздела формируется понятие кинематических характеристик движения. К общим кинематическим характеристикам: перемещению, скорости ускорению добавляются биомеханические: темп, ритм движения. Основной характеристикой является уравнение, устанавливающее зависимость положения тела в данной системе отсчета от времени S = f(t).
Например, для равноускоренного поступательного движения эта функция в общем случае имеет вид:
В конкретных задачах зависимость пройденного пути от времени задается уравнением с коэффициентами:
Мгновенные значения скорости и ускорения при поступательном движении могут быть найдены дифференцированием соответствующей функции:
Путь S, пройденный телом при поступательном движении, соответствует углу поворота φ во вращательном движении; линейная скорость v поступательно движущегося тела – угловой скорости ω вращающегося тела; линейное ускорение a - угловому ускорению β. Все формулы вращательного движения могут быть получены из формул поступательного движения, если все обозначения линейных величин заменить обозначениями соответствующих угловых величин.
Динамика поступательного движения
Основными динамическими характеристиками движения являются масса тела и сила. Масса рассматривается в динамике как мера инертности тела. Движение тела или системы тел описывается тремя законами Ньютона, особое внимание надо уделить IIзакону:
Взаимодействие тел подчиняется законам сохранения импульса и энергии:
и
Для усвоения этих законов необходимо предварительно получить отчетливое представление о понятиях «энергия» и «механическая работа».
Энергия, работа и мощность рассматриваются с точки зрения биомеханики. К ним добавляется еще одна энергетическая биомеханическая характеристика – коэффициент метаболической энергии.
Динамика вращательного движения
Динамику вращательного движения определяют величины: момент силы, момент инерции, момент импульса.
Особо важное значение имеет основной закон динамики вращательного движения, устанавливающий связь между моментом силы, моментом инерции и угловым ускорением. Это второй закон Ньютона, примененный к вращательному движению:
,
где роль массы играет момент инерции I, роль силы – момент силы
Из основного закона динамики вращательного движения выводится важный закон сохранения момента импульса.
4. Основы гидродинамики и гемодинамики.
Необходимо сформулировать понятия «идеальная жидкость», «стационарный поток», «ламинарное и турбулентное течение».
Знать уравнения неразрывности потока и Бернулли, уяснить физический смысл статического, динамического и гидравлического давлений, способы их измерения. Привести примеры проявления этих законов движения жидкостей в природе и технике.
Рассматриваются условия плавания живых существ, виды плавания, силы, действующие на тело.
5. Механические колебания и волны.
При изучении раздела необходимо знать термины: амплитуда, период, частота, фаза колебания; вид уравнения гармонического колебания, скорости и ускорения колеблющегося тела.
Следует помнить, что колебательное движение вызывает сила, пропорциональная смещению и противоположная ему по знаку.
Изучая раздел, необходимо сформулировать определения терминов «свободные колебания», «затухающие колебания», «вынужденные колебания», понять, что вынужденные колебания происходят при наличии постоянно действующей периодически изменяющейся силы. полезно рассмотреть примеры, раскрывающие сущность и значение явления резонанса.