Дайте определение динамической характеристики движения кратко

Обновлено: 03.07.2024

Динамические характеристики движенийраскрывают причины движения в связи с силами, приложенными к движущимся объектам.

Динамика решает 2 задачи:

1) как изменяется движение тела при действии на него данной силы.

2) какие силы действовали на данное движущееся тело.

К динамическим характеристикам относят:

1) инерционные характеристики– особенности тела человека и движимых им тел;

2) силовые характеристики– особенности взаимодействия звеньев тела и других тел;

3) энергетические характеристики– состояния и изменения работоспособности биомеханических систем

Динамические характеристики движений
↓	↓	↓
инерционные	силовые	эергетические
↓	↓	↓	↓	↓	↓	↓	↓	↓	↓	↓
инертность	масса	момент инерции	сила	момент силы	импульс	импульс момента силы	работа силы	мощность силы	кинетическая энергия	потенциальная энергия

Инерционные характеристики движений

Инертность (инерция) – свойство физических тел, проявляющееся в сохранении движения, а также изменении его под действием сил.

Движение, совершаемое материальной точкой при отсутствии сил, называется движением по инерции.

Закон инерции (1 закон Ньютона) указывает на одно из основных свойств материи – пребывать неизменно в движении. Состояние покоя рассматривается как частный случай движения по инерции, когда скорость равна 0.

Сохранение скорости неизменной (движение как бы по инерции) в реальных условиях возможно только тогда, когда все внешние силы, приложенные к телу, взаимно уравновешены. Это выражается формулой: а = 0, если F = 0.

Масса тела – это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению:

а − ускорение, F – сила.

Масса тела во время движения не изменяется. При движении увеличивается или уменьшается не масса тела (мера инертности), а кинетическая энергия, зависящая от скорости тела.

Момент инерции – мера инертности тела при вращательном движении.

Момент инерции относительно данной оси численно равен сумме произведения масс всех его частей (звеньев) и квадратов расстояний каждой части тела до этой оси:

С моментом инерции связан момент количества движения, равный произведению момента инерции на угловую скорость.

Таким образом, угловая скорость тела зависит от расстояния (радиусов) его частей до оси вращения. Когда части тела находятся дальше от оси вращения, то угловое ускорение тела под действием того же момента силы меньше по сравнению с положением, когда части тела ближе к оси вращения.

Силовые характеристики движений

Силовые характеристикидвижений раскрывают связь действия силы с изменением движений.

Сила – это мера механического действия одного тела на другое.

Измерение силы (как и массы) основано на 2 законе Ньютона. Численно сила определяется произведением массы тела на его ускорение:

Момент силы – мера вращательного действия силы на тело.

Момент силы определяется произведением силы на ее плечо:

Момент силы считают положительным, когда сила вызывает поворот тела против часовой стрелки, и отрицательным при повороте тела по часовой стрелке (со стороны наблюдателя).

Говоря о силе тяги мышц, правильнее говорить о моменте силы мышц.

Импульс силы – мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении).

Импульс силы равен произведению силы и продолжительности ее действия:

Импульс силы определяет прирост линейной скорости, тогда как силой обусловливается только ускорение.

Импульс момента силы – мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вращательном движении).

Импульс момента силы определяет изменение угловой скорости:

Динамические параметры движений включают инерционные, силовые и энергетические характеристики (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Основные динамические характеристики движений

А. Инерционные характеристики движений

§ Инерция – это свойство тел сохранять скорость неизменной при отсутствии внешних воздействий (противодействовать началу или изменению движения).

§ Инертность – это свойство физических тел сопротивляться изменению скорости и направления движения под действием сил.

o Масса тела является мерой инертности: чем больше масса, тем инертнее тело и тем труднее вывести его из состояния покоя или изменить его движение.

§ Момент инерции (J) определяет инертность тела и его частей при вращении– выражается произведением массы (m) на квадрат расстояния от центра тяжести тела до оси вращения (R): J = m R 2 .

Б. Силовые характеристики движений

§ Сила– мера механического действия одного тела на другое.

o Определяется произведением массы тела на ускорение, вызванное данной силой: F = m*a.

o Является векторной величиной.

§ Момент силы – мера вращающего действия силы.

o Определяется произведением модуля силы на ее плечо (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы): M = F*l.

§ Импульс силы – мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени: S = F*Dt .

§ Импульс момента силы - мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вращательном движении).

o Определяет изменение скорости движения.

§ Количество движения - мера поступательного движения тела, характеризующая способность движения передаваться другому телу: K = m*v..

§ Момент количества движения (угловой момент, момент импульса или кинетический момент) - мера вращательного движения тела, характеризующая способность этого движения передаваться другому телу; равен произведение момента инерции тела на угловую скорость: K = J *w.

В. Энергетические характеристики движений

§ Механическая работа силы – мера действия силы на тело при его перемещении под действием этой силы. Сила может совершать положительную и отрицательную работу – увеличивать или уменьшать энергию тела.

§ Мощность силы – мера быстроты приращения работы силы.

o Мощность (N) равна отношению работы ко времени, в течение которого она производилась: N = A / t.

§ Энергия – запас работоспособности системы.

o Кинетическая энергия – энергия механического движения тела, определяющая возможность совершения работы.

o Потенциальная энергия – энергия положения тела, обусловленная относительным расположением тел или частей одного и того же тела и характером их взаимодействия.

o Полная энергия телав поступательном и вращательном движениях равна сумме его потенциальной и кинетической энергии: Е = Е_п + Е_к.

o Закон сохранения энергии:энергия в замкнутой механической системе не исчезает, а переходит из одного вида в другой – рекуперация механической энергии.

СИЛЫ В СТАТИКЕ И ДИНАМИКЕ

Динамические параметры движений включают инерционные, силовые и энергетические характеристики (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Основные динамические характеристики движений

А. Инерционные характеристики движений

Б. Силовые характеристики движений

§ Сила– мера механического действия одного тела на другое.

o Определяется произведением массы тела на ускорение, вызванное данной силой: F = m*a.

o Является векторной величиной.

§ Момент силы – мера вращающего действия силы.

§ Импульс силы – мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени: S = F*Dt .

o Определяет изменение скорости движения.

В. Энергетические характеристики движений

§ Мощность силы – мера быстроты приращения работы силы.

o Мощность (N) равна отношению работы ко времени, в течение которого она производилась: N = A / t.

§ Энергия – запас работоспособности системы.

o Кинетическая энергия – энергия механического движения тела, определяющая возможность совершения работы.

К ранее рассмотренным кинематическим мерам изменения движения (скорости и ускорению) добавляются динамические меры изменения движения (количество движения и кинетический момент). Совместно с мерами действия сил они отражают взаимосвязь сил и движения. Изучение их помогает понять физические основы двигательных действий человека.

Динамика (от греч. dynamikós - сильный, от dýnamis - сила), раздел механики, посвященный изучению движения материальных тел под действием приложенных к ним сил. В основе динамики лежат три закона И. Ньютона, из которых как следствия получаются все уравнения и теоремы, необходимые для решения задач динамики. Все движения человека и движимых им тел под действием сил изменяются по величине и направлению скорости. Чтобы раскрыть механизм движений (причины их возникновения и ход их изменения), исследуют динамические характеристики. К ним относятся инерционные характеристики (особенности самих движущихся тел), силовые (особенности взаимодействия тел) и энергетические (состояния и изменения работоспособности, биомеханических систем).

Инерционные характеристики раскрывают особенности тела человека и движимых им тел в их взаимодействиях. От инерционных характеристик зависит сохранение и изменение скорости.

Все физические тела обладают свойством инертности (или инерции), которое проявляется в сохранении движения, а также в особенностях изменения его под действием сил.

Понятие инерции раскрывается в первом законе Ньютона: "Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока внешние приложенные силы не заставят его изменить это состояние".

Масса - это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению. Масса (m) — это количество вещества (в килограммах), содержащееся в теле или отдельном звене.

Масса тела характеризует, как именно приложенная сила может изменить движение тела. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой.

Вес тела - это сила, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на горизонтальную опору.

Момент инерции - это мера инертности тела при вращательном движении. Момент инерции тела относительно оси равен сумме произведений масс всех его частиц на квадраты их расстояний от данной оси вращения.

Отсюда видно, что момент инерции тела больше, когда его частицы дальше от оси вращения, а значит угловое ускорение тела под действием того же момента силы меньше; если частицы ближе к оси, то угловое ускорение больше, а момент инерции меньше. Значит, если приблизить тело к оси, то легче вызвать угловое ускорение, легче разогнать тело во вращении, легче и остановить его. Этим пользуются при движении вокруг оси.

Силовые характеристики. Известно, что движение тела может происходить как под действием приложенной к нему движущей силы, так и без движущей силы (по инерции), когда приложена только тормозящая сила. Движущие силы приложены не всегда; без тормозящих же сил движения не бывает. Изменение движений происходит под действием сил. Сила не причина движения, а причина изменения движения; силовые характеристики раскрывают связь действия силы с изменением движения.

Сила — это мера механического воздействия одного тела на другое в данный момент времени. Численно она определяется произведением массы тела и его ускорения, вызванного данной силой.

Чаще всего говорят про силу и результат ее действия, но это применимо только к простейшему поступательному движению тела. В движениях человека как системы тел, где все движения частей тела вращательные, изменение вращательного движения зависит не от силы, а от момента силы.

Момент силы - это мера вращающего действия силы на тело. Он определяется произведением силы на ее плечо.

Момент силы обычно считают положительным, когда сила вызывает поворот тела против часовой стрелки, и отрицательным при повороте по часовой стрелке.

Чтобы сила могла проявить свое вращающее действие, она должна иметь плечо. Иначе говоря, она не должна проходить через ось вращения.

Определение силы или момента силы, если известна масса или момент инерции, позволяет узнать только ускорение, т.е. как быстро изменяется скорость. Надо еще узнать, насколько именно изменится скорость. Для этого должно быть известно, как долго была приложена сила. Иначе говоря, следует определить импульс силы (или ее момента).

Импульс силы - это мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении). Он равен произведению силы и продолжительности ее действия.

Любая сила, приложенная даже в малые доли секунды (например: удар по мячу), имеет импульс. Именно импульс силы определяет изменение скорости, силой же обусловлено только ускорение.

Во вращательном движении момент силы, действуя в течение определенного времени, создает импульс момента силы.

Импульс момента силы — это мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вращательном движении).

Вследствие импульса, как силы, так и момента силы возникают изменения движения, зависящие от инерционных свойств тела и проявляющиеся в изменении скорости (количество движения, кинетический момент).

Количество движения — это мера поступательного движения тела, характеризующая его способность передаваться другому телу в виде механического движения. Количество движения тела измеряется произведением массы тела на его скорость.

Кинетический момент (момент количества движения)- это мера вращательного движения тела, характеризующая его способность передаваться другому телу в виде механического движения. Кинетический момент равен произведению момента инерции относительно оси вращения на угловую скорость тела.

Соответствующее изменение количества движения происходит под действием импульса силы, а под действием импульса момента силы происходит определенное изменение кинетического момента (момента количества движения).

Энергетические характеристики. Энергия (от греч. enérgeia - действие, деятельность), общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает; она только может переходить из одной формы в другую. Механическая энергия - энергия механического движения и взаимодействия тел системы или их частей. Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергии механической системы.

При движениях человека силы, приложенные к его телу на некотором пути, совершают работу и изменяют положение и скорость звеньев тела, что изменяет его энергию. Работа характеризует процесс, при котором меняется энергия системы. Энергия же характеризует состояние системы, изменяющейся вследствие работы. Энергетические характеристики показывают, как меняются виды энергии при движении, и протекает сам процесс изменения энергии.

Работа силы - это мера действия силы на тело при некотором его перемещении под действием этой силы. Она равна произведению модуля силы и перемещения точки приложения силы.

Если сила направлена в сторону движения (или под острым углом к этому направлению), то она совершает положительную работу, увеличивая энергию движения тела. Когда же сила направлена навстречу движению (или под тупым углом к его направлению), то работа силы отрицательная и энергия движения тела уменьшается.

Работа момента силы — это мера воздействия момента силы на тело на данном пути (во вращательном движении). Она равна произведению модуля момента силы и угла поворота.

Понятие работы представляет собой меру внешних воздействий, приложенных к телу на определенном пути, вызывающих изменения механического состояния тела.

Энергия - это запас работоспособности системы. Механическая энергия определяется скоростями движений тел в системе и их взаимным расположением; значит, это энергия перемещения и взаимодействия.

Кинетическая энергия тела - это энергия его механического движения, определяющая возможность совершить работу. При поступательном движении она измеряется половиной произведения массы тела на квадрат его скорости, при вращательном движении половиной произведения момента инерции на квадрат его угловой скорости.

Потенциальная энергия тела - то энергия его положения, обусловленная взаимным относительным расположением тел или частей одного и того же тела и характером их взаимодействия. Потенциальная энергия в поле сил тяжести определяется произведением силы тяжести на разность уровней начального и конечного положения над землей (относительно которого определяется энергия).

Энергия как мера движения материи переходит из одного вида в другой. Так, химическая энергия в мышцах превращается в механическую (внутреннюю потенциальную упруго-деформированных мышц). Порожденная последней сила тяги мышц совершает работу и преобразует потенциальную энергию в кинетическую энергию движущихся звеньев тела и внешних тел. Механическая энергия внешних тел (кинетическая), передаваясь при их действии на тело человека его звеньям, преобразуется в потенциальную энергию растягиваемых мышц-антаганистов, а также в рассеивающуюся тепловую энергию.

Динамика – часть механики, изучающая связь характеристик движения тела с характеристиками причин, которые его вызвали.

Динамические характеристики – это такие характеристики движения, быстрота изменения которых (производная по времени) равна определенной характеристике внешнего воздействия. Одной из динамических характеристик движения МТ является импульс

Масса m есть количественная характеристика инертности тела.

Инертность есть свойство тела противиться попыткам изменить его состояние движения.

Второй закон Ньютона есть следствие динамического уравнения для импульса тела с постоянной массой и имеет вид

Сила трения скольжения возникает при соприкосновении двух поверхностей тел и наличии движения одной поверхности относительно другой.

Свойства силы трения скольжения:

направлена против скорости,
не зависит от величины скорости,
пропорциональна величине силы N , прижимающей по нормали одно тело к поверхности другого

Не изображены сила тяжести и сила реакции опоры (подумайте, где каждая приложена и как направлена)

Свойства силы трения покоя:

направлена против составляющей силы СВД,
равна (до определенного порога) по величине составляющей силы СВД,
имеет максимальное значение.

Максимальное значение силы трения покоя пропорционально величине силы N , сжимающей поверхности по нормали

Выведите формулы для нормированного ускорения кубика ( a / g ) в данной ЛР и для ускорения свободного падения на большой высоте h над поверхностью Земли.

Указания: Выпишите формулу для второго закона Ньютона. Подставьте в неё все реальные силы, действующие на кубик. Спроектируйте полученное векторное уравнение на вертикальную и горизонтальную оси. Решите систему уравнений и, разделив слева и справа на mg , найдите нормированное ускорение.

Внимательно рассмотрите рис. 1, найдите все регуляторы и другие элементы.

Щелкните мышью кнопку Сброс (нижняя часть кнопки управления, имеющей круглую форму и расположенной в центре экрана).

Установите с помощью кнопок регуляторов:

1)	угол наклона плоскости, равный нулю,
2)	значение внешней силы, равное нулю.
3)	массу груза и первое значение коэффициента трения, указанные в табл. 1 для вашей бригады.

Зарисуйте поле движения тела с регуляторами соответствующих параметров (укажите, что они регулируют).

Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

Таблица 1. Значения коэффициентов трения (не перерисовывать)

Номер бригады	m , кг	μ₁	μ₂	μ₃	Номер бригады	m , кг	μ₁	μ₂	μ₃
1	2,0	0,1	0,2	0,3	5	2,1	0	0,1	0,3
2	2,1	0,1	0,2	0,3	6	2,2	0,2	0,1	0
3	2,2	0,1	0,2	0,3	7	2,3	0,1	0,2	0
4	2,3	0	0,1	0,2	8	2,4	0,2	0,1	0

Таблица 2. Результаты измерений m = _____ кг

Постройте на одном чертеже графики зависимости силы трения от внешней силы и ускорения от внешней силы.

По наклону графика a = f ( F _ВН) определите значение m , используя формулу

Вычислите среднее значение m и абсолютную ошибку среднего значения m . В выводе по ответу сравните экспериментальное значение массы с табличным.

Как движется МТ, если ускорение остается все время направленным вдоль скорости?

Если ускорение все время направлено вдоль скорости, то МТ движется ускоренно по прямой линии.

Как движется МТ, если ускорение все время направлено против скорости?

Если ускорение остается все время направленным против скорости, то МТ движется замедленно по прямой линии.

Как движется МТ, если ускорение все время остается направленным перпендикулярно скорости?

Если ускорение остается все время направленным перпендикулярно

скорости, то МТ движется равномерно по окружности.

Как движется МТ, если скорость все время направлена вдоль радиус-вектора?

Если скорость все время направлена вдоль радиус-вектора, то МТ движется прямолинейно по направлению от начала координат.

Как движется МТ, если скорость все время направлена против радиус-вектора?

Если скорость все время направлена против радиус-вектора, то МТ движется прямолинейно по направлению к началу координат.

Как движется МТ, если скорость все время направлена перпендикулярно радиус-вектору?

Если скорость все время направлена перпендикулярно радиус-вектору, то МТ движется по окружности с центром в начале координат.

1_2. ДВИЖЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ

Вопросы и задания для самоконтроля

Что изучает динамика?

ДИНАМИКА это часть механики, изучающая связь изменения движения тела с причинами, которые его вызвали.

Дайте определение динамической характеристики движения.

ДИНАМИЧЕСКИЕ характеристики это такие характеристики движения, у которых быстрота изменения (производная по времени) пропорциональна соответствующей характеристике внешнего воздействия.

Что такое динамическое уравнение?

Динамическим уравнением называется уравнение, связывающее динамическую характеристику движения с соответствующей характеристикой внешнего воздействия.

Что такое масса?

МАССА m есть количественная характеристика инертных свойств тела.

Что такое инертность?

ИНЕРТНОСТЬ есть свойство тела сопротивляться попыткам изменить его состояние движения.

Дайте определение импульса.

Импульсом называется динамическая характеристика движения, пропорциональная скорости.

Сформулируйте свойство аддитивности импульса.

Импульс системы, состоящей из нескольких МТ, равен сумме импульсов каждой МТ.

Напишите динамическое уравнение для импульса.

ДИНАМИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ для импульса:=.

Сила есть векторная характеристика внешнего воздействия на МТ, определяющая быстроту изменения импульса МТ.

Сформулируйте принцип суперпозиции сил.

Если на тело действует несколько сил, то результирующее воздействие определяется силой, которая равна сумме всех действующих сил.

Что такое взаимодействие?

Взаимодействие это одновременное действие двух тел друг на друга.

Сформулируйте третий закон Ньютона.

Сила, с которой первое тело действует на второе (), равна по величине и направлена противоположно силе, с которой второе тело действует на первое ().

Сформулируйте условие, при которых ускорение прямо пропорционально силе.

Ускорение прямо пропорционально силе, если масса тела постоянна.

Запишите формулу второго закона Ньютона при условии, что массу МТ можно считать постоянной.

Формула второго закона Ньютона при условииm=const:m= .

Напишите формулу для вычисления скорости тела по заданной силе (при условии m=const).

Формула для вычисления скорости (при условииm=const):

(t) = +dt’.

Напишите формулу для определения закона движения тела по заданной силе (при условии m=const).

Читайте также: