Чем отличаются активные силы от пассивных кратко

Обновлено: 05.07.2024

Силы пассивного противодействия включают: опорные реакции в суставах и местах прикрепления мышц и связок, силы сухого и жидкостного трения, силы инерции при ускорениях звеньев, органов и тканей, а также упругие силы деформации упругих образований.

При передаче сил по кинематическим цепям в виде сил давления костей друг на друга в суставах (вследствие воздействия веса частей тела и внешних тел, а также приложенных к костям тяг мышц и связок) возникают опорные реакции. Взаимное смещение органов и тканей при соприкосновении вызывает силы трения. К ним относятся и трение со смазкой (типа граничного и полусухого), и жидкостное трение как в жидких тканях и в прослойках между органами, так и в мягких тканях при их деформации (вязкость).

Вследствие деформаций тела человека возникают также упругие силы в пассивной части двигательного аппарата. Речь идет в первую очередь об упругих силах в связочном аппарате крупных суставов и соединений таких кинематических цепей, как позвоночник.

Все внутренние силы часто называют, в отличие от внешних, усили ями. В биомеханике усилиями именуют только силы мышечной тяги.

Динамические особенности в движениях человека

Роль сил в движениях человека

Различают внешнее силовое поле как совокупность всех внешних для человека сил и внутреннее – как совокупность внутренних сил. Внешнее силовое поле проявляется как силы сопротивления.

Их работа отрицательная; для ее преодоления затрачивается энергия движения и напряжения мышц человека. Различают рабочие и вредные сопротивления.

Преодоление рабочих сопротивлений составляет главную задачу движений человека (например, в преодолении веса штанги и заключается цель движений со штангой).

Вредные сопротивления поглощают полезную работу; они в принципе неустранимы (например, силы трения лыж по снегу).

Человек преодолевает силы сопротивления мышечными и соответствующими внешними силами и совершает как бы две части работы:

а) работу, направленную на преодоление всех сопротивлений (и ра
бочих, и вредных),

В биомеханике сила действия человека – это сила воздействия на внешнее физическое окружение, передаваемого через рабочие точки тела человека.

Рабочие точки, соприкасаясь с внешними телами, передают движение (количество движения, а также кинетический момент) и кинетическую энергию (поступательного и вращательного движения) внешним телам. Сила действия человека может быть статической, если она уравновешена внешними силами, и динамической, если она вызывает соответствующие ускорения (положительные, отрицательные, тангенциальные, нормальные).

Задача движений, относящихся к спортивной технике, в самом общем виде заключается в уменьшении действия вредных сопротивле ний и увеличении эффективности силы действия человека с наилучшим использованием движущих сил – активных мышечных тяг и особенно сил, имеющих иные источники.

К числу тормозящих сил, входящих в сопротивления, относятся все внешние и внутренние силы, в том числе и мышечные. Какие из сил будут играть роль вредных сопротивлений, зависит от условий конкретного упражнения. Только реактивные силы – силы опорной реакции и трения – не могут быть движущими силами: они всегда остаются сопротивлениями – как вредными, так и рабочими.

Эффективность приложения сил в механике определяют по коэффиценту полезного действия (КПД): отношению работы по преодоле

нию рабочих сопротивлений к работе движущих сил. Чем больше КПД, тем эффективнее движение.

При энергетических расчетах для оценки роли силы определяют мощность, характеризующую важную сторону ее эффекта быстроту выполнения работы.

Мощность силы это мера быстроты приращения работы силы. Мощность силы определяется как отношение выполненной работы к затраченному на эту работу времени:

где N мощность; А совершаемая работа; Аs элементарный путь; At время, затраченное на ее выполнение.

Внутреннее силовое поле включает и движущие силы, и сопротив ления (как рабочие, так и вредные). В движениях человека движущие силы имеются не всегда (их может не быть в движениях по инерции), а тормозящие всегда. В связи с тем, что все движения в суставах характеризуются криволинейными траекториями, во всех случаях приложены отклоняющие (центростремительные) силы. От соотношения всех названных сил зависят ускорения звеньев.

Как уже указывалось, движений человека без ускорений в принципе не бывает. Следовательно, во всех движениях возникают силы инерции, направление которых противоположно направлению ускорений. Силы инерции внешних тел относятся к внешним силам; силы инерции, вызываемые взаимодействием частей тела человека, к внутренним. Чрезвычайное обилие сил инерции (реальных ньютоновых) очень усложняет управление движениями и, конечно, их анализ. При рассмотрении составного движения кинематических цепей необходимо учитывать также многочисленные переносные и поворотные силы инерции, возникающие в кинематических цепях. Следует постоянно помнить о вращательном характере движений: момент даже постоянной силы с изменением угла ее приложения изменяется.

Совместное действие сил

Внешние и внутренние относительно тела человека силы действуют на него совместно. Все эти силы независимо от их источника действуют как механические, изменяя механическое движение. В этом смысле они находятся в единстве: можно производить при соблюдении соответствующих условий их сложение, разложение, приведение и другие операции.

Внешние силы, действуя на тело человека, вызывают появление и изменение соответствующих внутренних сил. Это механические силы противодействия, в число которых входят обусловленные биологическими факторами силы мышечной тяги.

Посредством внутренних сил мышечной тяги человек может вызывать появление и изменение внешних сил, управляя в известных пределах их воздействием на самого себя.

Силы мышечной тяги – единственные внутренние источники энергии человека. Только посредством этих сил человек может использовать все остальные силы и управлять движениями.

Движения человека представляют собой результат совместного действия внешних и внутренних сил. Внешние силы как выражающие воздействие внешней среды обусловливают многие особенности движений. Внутренние силы как единственные непосредственно управляемые человеком обеспечивают правильное выполнение заданных движений.

По мере совершенствования движений становится возможным лучше использовать мышечные силы. Техническое мастерство проявляется в повышении удельного веса внешних и пассивных внутренних сил как движущих. При необходимости обеспечивается не только экономность (сбережение сил), экономичность (высокий КПД мышечных сил), но и высокий максимум мышечных сил и значительная быстрота достижения этого максимума при движении.

АКТИВНЫЕ СИЛЫ, действующие силы - такие внешние силы, которые непосредственно приложены к твердому телу или к материальной системе, например: различные нагрузки, давление ветра, центробежные силы, давление воды и т. д. От действия активных сил возникают т. н. пассивные силы (реакции опор, внутренние силы), противоположные активным силам по направлению, а по величине зависящие как от них, так и от вида системы и ее опор. При расчете различных конструкций активные силы обычно задаются, пассивные же определяются из расчета.

Активные силы можно также условно назвать заданными силами; это те из сил, приложенных к механической системе, которые сохраняются, если связи мгновенно исчезнут. Реакции связен называют иногда пассивными силами; они заранее неизвестны и зависят не только от тех материальных приспособлений, которые реализуют связи, но и от активных сил и от движения системы. [6]

Активные силы вызывают ускорение материальных тел и реакции Силы не могут вызывать ускорение и появляются при сил. [7]

Активные силы , действующие на катки в виде колес ( рис. 66), кроме силы тяжести Р обычно состоят из силы Q, приложенной к центру колеса параллельно общей касательной в точке А, и пары сил с моментом L, стремящейся катить колесо, называемое в этом случае ведомо-ведущим. Если L 0, а 2 0, то колесо называют ведомым; если L O, a 2 0, то ведущим. Ведомо-ведущими являются колеса локомотива, идущего вторым в составе поезда. [8]

Активные силы можно также условно назвать заданными силамщ это те из сил, приложенных к механической системе, которые сохраняются, если связи мгновенно исчезнут. [9]

Активные силы , например центробежная сила при криволинейном течении и гидростатическая подъемная сила в течении с переменной в вертикальном направлении плотностью, также очень сильно влияют на переход ламинарного течения в турбулентное. [10]

Активные силы , действующие на катки в виде колес ( рис. 66), кроме силы тяжести F обычно состоят из силы Q, приложенной к центру колеса параллельно общей касательной в точке А, и пары сил с моментом L, стремящейся катить колесо, называемое в этом случае ведомо-ведущим. Если L 0, a Q Q, то колесо называют ведомым; если L O, a Q-Q, то ведущим. Ведомо - ведущими являются колеса локомотива, идущего вторым в составе поезда. [11]

Активные силы вызывают деформацию. Реактивные силы препятствуют перемещению частиц металла при деформации. В процессе деформации тела приложенные к нему внешние силы вызывают в нем возникновение внутренних сил, стремящихся восстановить первоначальную форму и размеры тела. Это происходит вследствие изменения межатомных расстояний, следовательно, изменение величины силы взаимодействия приводит к нарушению межатомного равновесия. Внешние силы встречают противодействие внутренних сил. Эти внутренние силы вызывают напряжения в теле. Напряжением называют интенсивность внутренней силы, приходящуюся на единицу площади сечения. Напряжение на схемах изображают векторами - стрелками, показывающими направление действия сил. [13]

Активные силы принято называть нагрузками. По способу приложения нагрузки бывают объемные и поверхностные ( распределенные и сосредоточенные), по характеру изменения в процессе приложения - статические, динамические и повторно-переменные, по продолжительности действия - постоянные и временные. [14]

Активные силы в высокотемпературной области деформации вызывают знак, противоположный знаку деформаций, которые образуются в процессе наложения сварных швов. Приложением активных сил можно заметным образом уменьшить величину остаточной деформации, устранить ее совершенно и получить даже деформации знака, обратного знаку тех деформаций, которые получаются при сварке в ненагруженном состоянии. [15]

Немного о проявлении пассивных сил и о том,какую роль в этом играет взаимосвязь длины мышцы к ее напряжению и как это влияет на рост мышечных волокон в длину.

Рост мышц вызывается преимущественно за счет активации одиночных мышечных волокон, увеличивающихся в размерах после того, как они испытали механическое напряжение во время силовых тренировок.

Кроме того, если мы внимательно посмотрим на взаимосвязь длины мышечных волокон к их напряжению,то это в свою очередь может помочь нам объяснить, как происходит региональная гипертрофия , даже когда мы достигаем полного рекрутирования двигательных единиц во время тренировок .

Каким образом гипертрофия запускается силовыми тренировками?

Гипертрофия есть ничто иное,как увеличение в объеме отдельных мышечных волокон. Это обычно происходит вследствие увеличения диаметра мышечного волокна, но также может происходить из-за увеличения его длины .

Сила, создаваемая любым мышечным волокном во время мышечного сокращения (и, следовательно, степень испытываемого им механического напряжения ), в значительной степени определяется (1) активацией мышечного волокна и (2) скоростью, с которой мышечное волокно сокращается, из-за взаимосвязи скорости сокращения волокна к его напряжению .

Что такое взаимосвязь длины мышечных волокон к напряжению?

Фактически, мышечные волокна создают низкие силы ,когда они укорочены, производят постепенно большие силы при увеличении длины волокна вплоть до точки достижения плато отношения длина-напряжение и, наконец происходит резкое увеличение степени проявляемой силы, когда мышечное волокно максимально растягивается.

Сила, которую производят мышечные волокна на любой длине мышечного волокна во время мышечных сокращений, возникает благодаря как активным, так и пассивным механизмам (которые производят активную и пассивную силу).

Активная сила - активный механизм включает энергетический обмен и движение миофиламентов друг против друга в течение цикла актин-миозинового мостика.

Пассивная сила - пассивный механизм включает в себя структуры внутри мышечного волокна, которые эластично удлиняются при их растяжении. Удлинение этих структур приводит к растягивающим силам без каких-либо химических реакций, поэтому сила называется пассивной, а не активной.

Каждый из активных и пассивных механизмов имеет свои теоретические соотношения длины-напряжения,и они должны быть объединены вместе, чтобы получить общее отношение длины к напряжению отдельных мышечных волокон.

Активное соотношение длины мышечных волокон к их напряжению - более сложное определение. Активная сила очень мала, когда саркомер укорочен.Когда мышечное волокно (и, следовательно, каждый саркомер внутри него) тестируется на более длинных отрезках, количество доступных участков для связывания миозина с актином увеличивается,и количество силы также увеличивается. Как только все доступные места перекрываются,то образуется максимальное количество мостиков и активная сила саркомера достигает своего плато. Теоретически, перекрытие также может уменьшиться, если саркомеры растянуты слишком далеко, но происходит обратное,как раз эта точка соответствует резкому увеличению пассивной силы.

Что касается механической нагрузки, которую испытывают одиночные мышечные волокна во время силовых тренировок,то наиболее важным моментом является то, что производство силы одиночных мышечных волокон (и, следовательно, механическая нагрузка) больше во время силовых тренировок, когда пассивные элементы клетки способны вносить вклад в растягивающее усилие при активном растяжении мышцы.

Но большая механическая нагрузка из-за напряжения, создаваемого пассивными элементами, не просто вызывает большую гипертрофию,это также изменяет тип гипертрофии, которая возникает.

Как соотношение длины мышечных волокон к напряжению влияет на гипертрофию мышечных волокон?

Когда мышечные волокна создают силу, а пассивные структуры клетки способны вносить вклад в выработку силы (и, следовательно, увеличивать механическую нагрузку на отдельные мышечные волокна),то это имеет два ключевых эффекта.

Так как же это относится к обычным силовым тренировкам?

Как отношение длины мышечных волокон к их растяжению влияет на величину механической нагрузки и гипертрофии на практике?

Мы можем наблюдать эффекты более высоких уровней производства пассивной силы во время силовых тренировок при больших диапазонах движения (или при большей длине мышц), а также во время эксцентрических сокращений. Интересно, что эти два типа тренировок биологически гораздо больше похожи, чем большинство людей думают.

Когда мышечное волокно сокращается при большой длине мышцы, его пассивные структуры (включая титин, но также и коллаген) уже удлинены, когда оно активируется. Это позволяет этим структурам вносить вклад в производство силы, что приводит к увеличению механической нагрузки.

Эта большая нагрузка на пассивные структуры, скорее всего, объясняется тем, что обычные силовые тренировки, включающие большие диапазоны движения и изометрические силовые тренировки при углах суставов, соответствующих большой длине мышц, часто вызывают большую гипертрофию, чем программы силовых тренировок, включающие частичные диапазоны движения или короткие мышечные длины. Именно поэтому силовая тренировка, включающая большие диапазоны движения и изометрическая силовая тренировка при углах суставов, соответствующих большой длине мышц, часто вызывает большее увеличение длины мышечных пучков, чем другие виды тренировок.

Когда мышечное волокно сокращается первоначально на короткой длине, а затем удлиняется при эксцентрическом растяжении,то титин (ключевой пассивный элемент) способствует выработке силы, несмотря на короткую длину.

Это происходит из-за изменения функции молекулы титина, когда мышечное волокно активируется, так что его эластичный сегмент не может удлиняться, а его жесткий сегмент должен удлиняться. Когда волокно удлиняется без активации, его жесткий сегмент не увеличивается в длине во время растяжения волокна до тех пор, пока эластичный сегмент уже не удлинится максимально, что происходит при значительно большей длине волокна.С другой стороны,эффект мышечного волокна, активируемого перед его удлинением, заключается в том, что титин способствует выработке силы при значительно более коротких длинах волокон (это является причиной того, что мы можем проявлять примерно на 30% больше силы при эксцентрических сокращениях, чем при аналогичных концентрических сокращениях) . В результате эксцентрическая тренировка имеет тенденцию вызывать немного больший рост мышц, чем эквивалентная концентрическая тренировка, и пропорционально намного большее увеличение длины мышечных пучков.

Насколько похожи изометрические силовые тренировки ,выполняемые при растяжении целевой мышечной группы , и эксцентрические тренировки, и чем они отличаются?

Как было объяснено выше, эксцентрические сокращения связаны с биологическими условиями, очень похожими на изометрические силовые тренировки ,выполняемые в растянутом положении мышц (и динамические силовые тренировки с полной амплитудой движения), поскольку оба вида тренировок включают в себя пассивную силу, создаваемую титином. Изометрические силовые тренировки ,выполняемые в растянутом положении мышц, перемещают титин на максимально большую длину перед активацией мышечного волокна, в то время как эксцентрические тренировки заставляют жесткий сегмент титина вносить свой вклад в выработку силы даже на коротких длинах.

Эксцентрическая тренировка имеет дополнительный эффект, заключающийся в том, что молекула титина может быть растянута на гораздо большую длину, что обеспечивает гораздо больший сигнальный эффект и потенциально гораздо большую адаптацию. Действительно, эксцентрическая тренировка, безусловно, приводит к большему увеличению длины мышечных пучков.

Кроме того, эксцентрические сокращения могут позволить удлинить титин до такой степени, что это будет вызывать продольное добавление саркомеров в мышцах, которые не могут испытывать этот тип механической нагрузки во время обычных силовых тренировок с большими диапазонами движения. Также стоит отметить,что выполнение полной амплитуды движения в определенных упражнениях не гарантирует полного растяжения саркомеров ,фактически, некоторые мышцы содержат волокна, которые работают в области "плато" в течение большей части времени (средние дельты например). Это затрудняет создание нагрузки на пассивные структуры клетки при обычной силовой тренировке( и не может вызывать продольную гипертрофию),если не применяется метод эксцентрической перегрузки (читинг например).

Как взаимосвязь длины мышц к напряжению может помочь нам объяснить феномен региональной гипертрофии?

Основным фактором, определяющим механическое напряжение, испытываемое активными мышечными волокнами при их сокращении , является соотношение сила-скорость (взаимосвязь скорости сокращения волокна к его напряжению). Тем не менее, отношение длина-напряжение также играет важную роль. Ключевой особенностью отношения длина-напряжение является дополнительная сила, которая может быть приложена во время мышечных сокращений, когда пассивные элементы способны вносить свой вклад в проявление силы, которая возникает тогда, когда мышца растягивается до большой длины во время обычной силовой тренировки, а также во время эксцентрической тренировки (перегрузки).

Эта дополнительная сила, по-видимому, в значительной степени обеспечивается титином, который способствует высокому уровню пассивного напряжения как при удлинении мышцы до большой длины (как при силовых тренировках с полной амплитудой движения), так и при удлинении мышцы после их активации (как в эксцентрических сокращениях). Во время обоих типов тренировок титин ощущает механическое напряжение, которому он подвергается, и вызывает продольную гипертрофию волокон. Поведение титина во время силовых тренировок может объяснить слегка противоречивые эффекты силовых тренировок с полным диапазоном движений и эксцентрических тренировок , а также объяснить такое явление,как региональная гипертрофия и рост волокон в длину.

Читайте также: