Инерционные характеристики – Вопросы к экзмену
Инерционные характеристики
Свойство инертности тел раскрывается в первом законе Ньютона:
«Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и
прямолинейного движения до тех пор, пока внешние приложенные силы
,не изменят это состояние».
Иначе говоря, всякое тело сохраняет скорость, пока ее не изменяв силы.
Понятие об инертности
Любые тела сохраняют скорость неизменной при отсутствии внешних воздействий одинаково. Это свойство, не имеющее меры, и предлагается называть инерцией 1 . Разные тела изменяют скорость под действием сил по-разному. Это их свойство, следовательно, имеет меру: его называют инертностью. Именно инертность и представляет интерес, когда надо оценить, как изменяется скорость.
Инертность — свойство физических тел, проявляющееся в постепенном изменении скорости с течением времени под действием сил.
Сохранение скорости неизменной (движение как бы по инерции) в реальных условиях возможно только тогда, когда все внешние силы, приложенные к телу, взаимно уравновешены. В остальных случаях неуравновешенные внешние силы изменяют скорость тела в соответствии с мерой его нертности.
Масса тела
Масса тела — это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению:
Измерение массы тела здесь основано на втором законе Ньютона: «Изменение движения прямо пропорционально извне действующей силе и происходит по тому направлению, по которому эта сила приложена».
Масса тела зависит от количества вещества тела и характеризует его свойство — как именно приложенная сила может изменить его движение. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой 1 .
При исследовании движений часто бывает необходимо учитывать не только величину массы, но и как говорится, ее распределение в теле.
На распределение материальных точек в теле указывает местоположение центра масс тела. В абсолютно твердом теле имеются три точки, положения которых совпадают: центр масс, центр инерции и центр тяжести. Однако это совершенно различные понятия. В ЦМ пересекаются направления сил, любая из которых вызывает поступательное движение тела.
Момент инерции тела
Момент инерции тела — это мера инертности тела при вращательном движении. Момент инерции тела относительно оси равен сумме произведений масс всех материальных точек тела на квадраты их расстояний от данной оси:
В деформирующейся системе тел, когда ее части отдаляются от оси вращения, момент инерции системы увеличивается. Инерционное сопротивление увеличивается с отдалением частей тела от оси вращения пропорционально квадрату расстояния.
Радиус инерции тела — это сравнительная мера инертности данного тела относительно его разных осей. Он измеряется корнем квадратным из отношения момента инерции (относительно данной оси) к массе тела:
Найдя опытным путем момент инерции тела, можно рассчитать радиус инерции ( R ин), величина которого характеризует распределение материальных точек в теле относительно данной оси.
Знать о моменте инерции очень важно для понимания движения, хотя точное количественное определение этой величины в конкретных случаях нередко затруднено.
Еще статьи в этом разделе
Биомеханика как наука о движениях человека.
Биомеханическая характеристика силовых качеств
Биомеханическая характеристика скоростных качеств
Биомеханическая характеристика выносливости
Биомеханическая характеристика гибкости
Биомеханические методы изучения движения.
Временные характеристики.
Пространственно – временные характеристики.
Геометрия масс тела
Движения в биокинематических цепях
Задачи биомеханики спорта
Звенья тела как рычаги и маятники
Импульс силы и импульс момента силы
Кинематические характеристики
Динамические характеристики тела человека.
Механические свойства мышц
Развитие биомеханики спорта и связи ее с другими науками.
Разновидности работы мышц
Сила и момент силы
Силы действия среды
Силы трения
Силы тяжести и вес
Соединение звеньев тела
Степени свободы и связи движений в биомеханических цепях
Выносливость и способы ее измерения
Строение биомеханической системы.
Разновидности работы мышц
Механизм отталкивания от опоры
Биодинамика прыжка
Онтогенез моторики
Телосложение и моторика человека
Эффективность владения спортивной техникой
Показатели технического мастерства
Определение моментов инерции модели.
Один на один с врагом [Русская школа рукопашного боя]Определение моментов инерции модели
Момент инерции тела есть мера инертности тела при вращательном движении.
Моментом инерции модели (системы тел) относительно некоторой оси называется физическая величина, равная сумме произведений масс mi отдельных звеньев (тел) на квадрат их расстояний ri от рассматриваемой оси:
Это означает, что в деформирующейся биомеханической системе тел, когда ее звенья отдаляются от оси вращения, момент инерции системы увеличивается.
Основными факторами, влияющими на момент инерции, являются масса и длина тела. На рис. 38 показана зависимость момента инерции (в условных единицах) от позы тела и положения оси вращения. Как видно, изменением позы можно очень сильно влиять на момент инерции. Например, группировка при выполнении сальто (в) уменьшает момент инерции по сравнению с прямым положением тела (г) в три раза.
Момент инерции тела I0 относительно оси вращения, проходящей через ЦМ, называется центральным.
При его определении можно воспользоваться данными таблицы 4. Расстояния ri относительно оси вращения О—О определяются просто.
Для звеньев тела, расположенных выше оси:
ri = yi – yцм;
для остальных звеньев, расположенных ниже оси:
ri = yцм – yi.
Центральный момент инерции модели:
Таблица 4
Рис. 36
Рис. 37
I0 = ?miri2 = (m1r12 + m2r22 +…+ mnrn2) = (5,5.60,4+2,65.2.30+…+1,35.2.95,5)=1,3 кг м2.
В других случаях предварительно следует вычертить рабочую модель в масштабе и произвести предварительные расчеты.
Момент инерции относительно любой оси, параллельной центральной, можно рассчитать по формуле:
Ic = Io + mil2,
где Ic – искомый момент инерции;
Io – центральный момент инерции;
mi – масса звена;
l – расстояние между осями.
Рис. 38
Инерционное сопротивление увеличивается с отдалением частей тела от оси вращения пропорционально квадрату расстояния. Поскольку материальные точки в теле расположены на разных расстояниях от оси вращения, для ряда задач оказалось удобным ввести понятие «радиуса инерции».
Радиус инерции R
где М – масса тела.
Найдя опытным путем момент инерции Io, можно рассчитать радиус инерции Rин, величина которого характеризует распределение материальных точек в теле относительно данной оси. Но точное количественное определение этой величины в конкретных случаях нередко затруднено.
Инерционно-массовые характеристики, такие, как масса тела, положение центра масс, величина момента инерции, оказывают существенное влияние на параметры устойчивости, а также на инерционное сопротивление тела вращательному движению.
В частности, чем больше инерционное сопротивление тела, тем меньше угловая скорость его вращения. Например, при вращении тела вокруг вертикальной оси (рис. 38а) с угловой скоростью ?1 увеличение инерционного сопротивления (I2>I1) разведением рук в стороны (рис. 38б) приводит к уменьшению угловой скорости (?1<?1).
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
1.2. Определение работы тренера
Определение силы ветра
Определение силы ветра
В параглайдинге недостаточно знать, что ветер силен или слаб.
Он должен быть оценен и измерен более точно, предпочтительно с использованием инструмента — измерителя силы ветра. Если у вас нет такогоинструмента, вы все же можете грубо оценить силу
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 1. Контроль физической подготовленностиПедагогический контроль в спортивной деятельности дзюдоистов детско-юношеского возраста приоритетно направлен на изучение показателей их физической подготовленности по
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ Наиболее сложный раздел контроля определяет психические состояния, личностно-характерологогические особенности, микроклимат в коллективе дзюдоистов и другие показатели. Получаемые результаты будут более надежными,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Определение медико-биологических показателей проводится систематически, т.
к. выявляет физическое развитие и здоровье занимающихся. У дзюдоистов обычно применяют тестовые методики двух видов.а) Тесты, проводимые в покое,
Определение своих ограничителей
Определение своих ограничителей В главе 5 вы определили свои сильные и слабые стороны с использованием профиля врожденных способностей. Там же была приведена характеристика ряда факторов, связанных с успехом в многоборье. Вы оценили свои способности в области плавания,
Глава 5. Разъяснение 16 моментов, касающихся важного в тайцзицюань
Глава 5. Разъяснение 16 моментов, касающихся важного в тайцзицюань Подвижность — в пояснице;находчивость — в макушке;пронизанность духом — в спине;текучесть движения — в ци;движение — в ногах;толчок ногой — в стопе;соединение — в ладони;стопа — в пальцах;собирание — в
Массово-инерционные характеристики модели
Массово-инерционные характеристики модели
В биомеханике совокупность показателей, характеризующих распределение масс в теле человека, принято называть геометрией масс.
Для биомеханических расчетов нужны точные сведения об этих показателях.Таблица 3
К
Определение положения центра масс модели
Определение положения центра масс модели При исследовании движений человека, как правило, возникает необходимость учитывать не только величину массы, но и ее распределение в теле. На распределение массы тела указывает расположение так называемого центра масс
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫГОДНЫХ МОМЕНТОВ ДЛЯ НАПАДЕНИЯ
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫГОДНЫХ МОМЕНТОВ ДЛЯ НАПАДЕНИЯ Можно утверждать, что нет такого мгновения в схватке, когда для самбиста не было бы выгодных для нападения положений, передвижений или действий противника. Но во время борьбы действует так много различных факторов, что
4.3. Процесс развития интеллектуальных способностей подростка-спортсмена: взаимообусловленность актуальной модели интеллекта и модели деятельности
4.
3. Процесс развития интеллектуальных способностей подростка-спортсмена: взаимообусловленность актуальной модели интеллекта и модели деятельности
Разум есть тот сознаваемый человеком закон, по которому должна совершаться его жизнь.
Л. Н. Толстой
Процесс развития
Масса и инерция – GeeksforGeeks
Многие явления наблюдаются в области физики, но некоторые из них долгое время не поддавались объяснению. Ньютон предложил три правила движения, которые стали известны как законов движения Ньютона . Эти законы были новым открытием в физической вселенной, и их часто использовали для объяснения ситуаций, которые раньше были необъяснимы. Три закона Ньютона использовались для установления связи между движением объектов вокруг нас и естественными или внешними силами, воздействующими на них, как мы все знаем.
Толчок или тяга объекта, которые вызывают ускорение тела, над которым он работает, известен как Сила .
Ньютон (Н) — единица силы в системе СИ. Сила может воздействовать на тело тремя способами. Он обладает способностью изменять скорость тела, направление движения тела и форму тела. Сила является векторной величиной, поскольку она имеет как величину, так и направление. Кроме того, сила существует только в результате столкновения.
Сила больше не ощущается объектами, если нет взаимодействия. Точно так же инерция использовалась в сочетании с первым законом движения для описания физических явлений. Прежде чем мы рассмотрим, что такое инерция, неплохо бы еще раз вспомнить первый закон Ньютона: 9.0005
Первый закон НьютонаСогласно первому закону Ньютона,
До тех пор, пока на тело не действует внешняя сила, оно остается в покое или в равномерном прямолинейном движении.
Проще говоря, первый закон движения Ньютона гласит, что тело не начнет двигаться до тех пор, пока на него не подействует внешняя сила. Он не остановится и не изменит своей скорости после того, как был приведен в движение, до тех пор, пока на него не подействует другая сила.
закон инерции — другое название первого закона движения.
Масса
Это одна из фундаментальных величин в физике и основное свойство материи. Мы можем определить массу как меру количества материи в теле.
Масса тела не меняется со временем. Только в исключительных случаях, например, когда большое количество энергии поступает или отбирается от тела. Масса является скалярной величиной, потому что она имеет только величину.
Килограмм (кг) — единица массы в системе СИ.
Например, ядерная реакция превращает небольшое количество вещества в большое количество энергии, уменьшая массу вещества.
Инерция Галилео Галилей ввел термин « инертность а». Утверждалось, что инерция — это тенденция тела сопротивляться изменению его состояния покоя или равномерного движения. Инерция — это свойство объектов, которое позволяет им оставаться в покое или, если они движутся, продолжать движение по прямой линии.
Инерция и масса зависят друг от друга. Масса прямо пропорциональна его инерции, чем больше масса тела, тем больше будет его инерция, а значит, тем больше будет сила, необходимая для изменения состояния его движения.
Некоторые примеры для изучения инерции:
- Мяч для крикета имеет более высокую инерцию, чем резиновый мяч, требуется большое усилие, чтобы изменить его направление.
- У камня больше инерции, чем у футбольного мяча, поэтому его не так-то просто подбросить в воздух.
Типы инерции
Существует три типа инерции, а именно:
- Инерция покоя: Неспособность объекта или тела самостоятельно изменять состояние покоя известна как инерция покоя. Например, когда автомобиль внезапно заводится, пассажиры в нем падают назад
- Инерция движения: Неспособность объекта или тела изменить свое состояние движения самостоятельно называется инерцией движения. Например, в движущейся машине, когда она резко останавливается, все пассажиры падают вперед.
- Инерция направления: Неспособность любого физического объекта самостоятельно изменить направление своего движения известна как инерция направления. Например, когда автомобиль движется по круглой кривой, пассажиров, сидящих внутри, выбрасывает наружу.
Давайте выполним задание, чтобы узнать больше об инерции:
- Поместите толстую квадратную карточку на горлышко стеклянного стакана, как показано на рисунке. Затем в середину этой карты кладется монета.
- Сначала карта и монета находятся в состоянии покоя. Когда мы ударяем по карте пальцами, на нее действует сила, заставляющая ее переходить из состояния покоя в состояние движения.
- В результате карта вылетает из горлышка стеклянного стакана. Сила нашего толчка, с другой стороны, не действует на монету, поэтому она остается в состоянии покоя по инерции.
- Пенни по инерции падает в стеклянный стакан, когда карта, на которую он был помещен, отодвигается.
Реальные примеры переживания инерции:
- Мы падаем вперед, когда едем на автобусе или другом транспортном средстве, и оно внезапно останавливается.
Поскольку нижняя половина нашего тела соприкасается с землей, любая сила, воздействующая на основание автобуса, будет восприниматься нашей нижней половиной, которая будет реагировать соответствующим образом. С другой стороны, верхняя половина нашего тела не соприкасается ни с какой частью транспортного средства. В результате, когда автобус останавливается, нижняя половина тела останавливается, а верхняя половина продолжает двигаться, заставляя нас падать вперед. Мы также кувыркаемся назад, когда автобус внезапно трогается с места.
- Подголовники устанавливаются за шеей человека в автомобильных креслах для защиты от тяжелых травм головы.
Примеры задачЭто может произойти в результате наезда сзади. Когда наше транспортное средство получает удар сзади, мы немедленно падаем вперед и останавливаемся из-за силы удара.
Мы скоро падаем вперед и назад в результате этого. Это происходит за считанные секунды и может привести к серьезной травме головы. В результате подголовники используются для поддержки подушки.Задача 1. Почему катящийся по земле мяч останавливается сам по себе, если выполняется первый закон Ньютона?
Решение:
Когда мяч катится по земле, он останавливается из-за неравномерной внешней силы (трения, гравитации и т. д.), действующей на мяч. «До тех пор, пока на тело не действует внешняя сила, оно остается в покое или в равномерном прямолинейном движении», — гласит первый закон движения. В этом сценарии трение действует как внешняя сила, заставляя мяч останавливаться сам по себе.
Задача 2. Дайте определение инерции на примерах.
Решение:
Инерция — это тенденция тела сопротивляться изменению его состояния покоя или равномерного движения.
Ниже приведены примеры:
- Когда автомобиль резко заводится, пассажиры в нем падают назад
- В движущемся автомобиле, когда он внезапно останавливается, все пассажиры падают вперед.
- Когда автомобиль движется по круглой кривой, сидящие внутри пассажиры выбрасываются наружу.
Инерция — это свойство объектов, которое позволяет им оставаться в покое или, если они движутся, продолжать движение по прямой линии.Задача 3. Почему частицы пыли вылетают, когда мы ударяем палкой по ковру?
Решение:
Это все из-за инерции покоя. Когда вы бьете палкой по ковру, ковер начинает двигаться, но частицы пыли остаются в состоянии покоя. Частицы пыли выпадают из ковра в результате многократного выбивания, оставляя вам чистый ковер.
Задача 4. Какие факторы влияют на инерцию?
Решение:
Инерция зависит от массы объекта и силы как:
Инерция и масса напрямую зависят друг от друга.
Ниже приведены примеры:
- Мяч для крикета имеет более высокую инерцию, чем резиновый мяч, требуется большое усилие, чтобы изменить его направление.
- У камня больше инерции, чем у футбольного мяча, поэтому его нелегко подбросить в воздух.
Следовательно, чем больше масса тела, тем больше будет его инерция и больше будет сила, необходимая для изменения его состояния, а значит, инерция и сила также зависят напрямую.Задача 5. Почему для крепления багажа на крыше автобуса рекомендуется использовать веревку?
Решение:
Движение движущегося транспортного средства, такого как автобус, неравномерно; скорость автомобиля меняется, и он может быстро затормозить или совершить крутой поворот. Из-за инерции багаж будет сопротивляться любому изменению состояния покоя, движения или направления и будет стремиться упасть вбок, вперед или назад. Багаж закрепляется веревкой, чтобы предотвратить его падение.
классическая механика – Физический смысл момента инерции относительно оси
Момент инерции массы 3×3 представляет собой тензор, который выражает один радиус инерции для каждой плоскости, проходящей через центр масс.
Что такое радиус вращения?
Радиус вращения (RGYR) выражает распределение массы вокруг оси вращения (перпендикулярно указанной плоскости) в виде эквивалентного кольца или цилиндра со всей массой на одном радиусе от оси.
Но это еще не все. Он также определяет, где ударная ось находится при заданном повороте от центра масс.
Что такое ударная ось?
Перкуссионная ось, обычно называемая точкой наилучшего восприятия в спорте, представляет собой ось в пространстве, которая при ударе вызывает определенное вращение.
Как?
В 2D это что-то волшебное. Предположим, у вас есть твердое тело с радиусом вращения $r_G$, и вы хотите вращать его вокруг оси, расположенной на расстоянии $c$ от центра масс.
Вот эскиз на плоскости, перпендикулярной повороту 92}{c} $$
Обратите внимание, что ось удара является чисто геометрической конструкцией, если известен радиус вращения. Вышеизложенное относится к отображению полюс-поляр в геометрии.
Лемма
Радиус вращения на плоскости может отображать каждую точку на плоскости (центр вращения) в уникальную линию на плоскости (ось удара) и наоборот. Если точка вращения находится в бесконечности (чистый перенос), то ось удара проходит через центр масс (сила через ЦМ переводит тело). Кроме того, если точка вращения находится в центре масс, то ось удара находится в бесконечности, что представляет собой чистый крутящий момент на теле. Следовательно, чистый крутящий момент всегда будет вращать тело вокруг его центра масс. 92 \end{vmatrix} $$
Вышеупомянутое сводится к трем основным радиусам вращения вокруг некоторой повернутой системы координат, которая устраняет перекрестные члены (недиагональные члены).