Lai spriestu par ķermeņa uzvedību reāli apstākļi, nepietiek zināt, ka tas ir līdzsvarā. Mums vēl ir jāizvērtē šis līdzsvars. Ir stabils, nestabils un vienaldzīgs līdzsvars.

Ķermeņa līdzsvaru sauc ilgtspējīga, ja, atkāpjoties no tā, rodas spēki, kas atgriež ķermeni līdzsvara stāvoklī (1. att. 2. pozīcija). Stabilā līdzsvarā ķermeņa smaguma centrs ieņem zemāko no visām blakus esošajām pozīcijām. Stabila līdzsvara stāvoklis ir saistīts ar potenciālās enerģijas minimumu attiecībā pret visām tuvākajām ķermeņa pozīcijām.

Ķermeņa līdzsvaru sauc nestabils, ja ar mazāko novirzi no tā uz ķermeni iedarbojošo spēku rezultants izraisa tālāku ķermeņa novirzi no līdzsvara stāvokļa (1. att., 1. pozīcija). Nestabila līdzsvara stāvoklī smaguma centra augstums ir maksimālais un potenciālā enerģija maksimums attiecībā pret citām ciešām ķermeņa pozīcijām.

Par līdzsvaru, kurā ķermeņa pārvietošanās jebkurā virzienā neizraisa uz to iedarbojošo spēku izmaiņas un tiek saglabāts ķermeņa līdzsvars, sauc. vienaldzīgs(1. att. 3. pozīcija).

Vienaldzīgs līdzsvars ir saistīts ar visu tuvu stāvokļu pastāvīgu potenciālo enerģiju, un smaguma centra augstums ir vienāds visās pietiekami tuvās pozīcijās.

Ķermenis ar rotācijas asi (piemēram, viendabīgs lineāls, kas var griezties ap asi, kas iet caur punktu O, parādīts 2. attēlā), ir līdzsvarā, ja vertikāla taisna līnija, kas iet caur ķermeņa smaguma centru, iet caur ķermeņa smaguma centru. rotācijas ass. Turklāt, ja smaguma centrs C atrodas augstāk par rotācijas asi (2.1. att.), tad ar jebkuru novirzi no līdzsvara stāvokļa potenciālā enerģija samazinās un smaguma moments attiecībā pret O asi novirza ķermeni tālāk no līdzsvara stāvoklis. Šī ir nestabila līdzsvara pozīcija. Ja smaguma centrs atrodas zem rotācijas ass (2.2. att.), tad līdzsvars ir stabils. Ja smaguma centrs un griešanās ass sakrīt (2.,3. att.), tad līdzsvara stāvoklis ir vienaldzīgs.

Ķermenis ar atbalsta laukumu atrodas līdzsvarā, ja vertikālā līnija, kas iet caur ķermeņa smaguma centru, nepārsniedz šī ķermeņa atbalsta laukumu, t.i. ārpus kontūras, ko veido ķermeņa saskares punkti ar balstu, līdzsvars šajā gadījumā ir atkarīgs ne tikai no attāluma starp smaguma centru un balstu (t.i., no tā potenciālās enerģijas Zemes gravitācijas laukā), bet arī par šī ķermeņa atbalsta laukuma atrašanās vietu un lielumu.

2. attēlā parādīts cilindra formas korpuss. Ja tas ir sasvērts nelielā leņķī, tas atgriezīsies sākotnējā pozīcijā 1 vai 2. Ja tas ir sasvērts leņķī (3. pozīcija), korpuss apgāzīsies. Dotai masai un atbalsta laukumam ķermeņa stabilitāte ir augstāka, jo zemāk atrodas tā smaguma centrs, t.i. jo mazāks ir leņķis starp taisni, kas savieno ķermeņa smaguma centru, un atbalsta laukuma galējo saskares punktu ar horizontālo plakni.

Mehāniskais līdzsvars

Mehāniskais līdzsvars- mehāniskās sistēmas stāvoklis, kurā visu spēku summa, kas iedarbojas uz katru tās daļiņu, ir vienāda ar nulli un visu ķermenim pielikto spēku momentu summa attiecībā pret jebkuru patvaļīgu rotācijas asi arī ir nulle.

Līdzsvara stāvoklī ķermenis atrodas miera stāvoklī (ātruma vektors ir nulle) izvēlētajā atskaites sistēmā, vai nu pārvietojas vienmērīgi taisnā līnijā, vai griežas bez tangenciāla paātrinājuma.

Definīcija, izmantojot sistēmas enerģiju

Tā kā enerģiju un spēkus saista fundamentālas attiecības, šī definīcija ir līdzvērtīga pirmajai. Tomēr enerģijas definīciju var paplašināt, lai sniegtu informāciju par līdzsvara stāvokļa stabilitāti.

Līdzsvara veidi

Sniegsim piemēru sistēmai ar vienu brīvības pakāpi. Šajā gadījumā pietiekams nosacījums līdzsvara stāvoklim būs lokālas ekstremitātes klātbūtne pētāmajā punktā. Kā zināms, diferencējamas funkcijas lokālā ekstrēma nosacījums ir tāds, ka tā pirmais atvasinājums ir vienāds ar nulli. Lai noteiktu, kad šis punkts ir minimālais vai maksimālais, jums jāanalizē tā otrais atvasinājums. Līdzsvara stāvokļa stabilitāti raksturo šādas iespējas:

• nestabils līdzsvars;
• stabils līdzsvars;
• vienaldzīgs līdzsvars.

Nestabils līdzsvars

Gadījumā, ja otrais atvasinājums ir negatīvs, sistēmas potenciālā enerģija ir lokālā maksimuma stāvoklī. Tas nozīmē, ka līdzsvara stāvoklis nestabils. Ja sistēma tiek pārvietota nelielā attālumā, tā turpinās kustību spēku ietekmē, kas iedarbojas uz sistēmu.

Stabils līdzsvars

Otrais atvasinājums > 0: potenciālā enerģija vietējā minimumā, līdzsvara stāvoklī ilgtspējīga(sk. Lagranža teorēmu par līdzsvara stabilitāti). Ja sistēma tiek pārvietota nelielā attālumā, tā atgriezīsies savā līdzsvara stāvoklī. Līdzsvars ir stabils, ja ķermeņa smaguma centrs ieņem zemāko pozīciju salīdzinājumā ar visām iespējamām blakus pozīcijām.

Vienaldzīgs līdzsvars

Otrais atvasinājums = 0: šajā reģionā enerģija nemainās un līdzsvara stāvoklis ir vienaldzīgs. Ja sistēma tiek pārvietota nelielu attālumu, tā paliks jaunajā pozīcijā.

Stabilitāte sistēmās ar lielu brīvības pakāpju skaitu

Ja sistēmai ir vairākas brīvības pakāpes, tad var izrādīties, ka maiņās dažos virzienos līdzsvars ir stabils, bet citos nestabils. Vienkāršākais šādas situācijas piemērs ir “segli” vai “pass” (šajā vietā būtu labi ievietot attēlu).

Sistēmas ar vairākām brīvības pakāpēm līdzsvars būs stabils tikai tad, ja tas būs stabils visos virzienos.

Wikimedia fonds.

2010. gads.

Skatiet, kas ir “Mehāniskais līdzsvars” citās vārdnīcās: mehāniskais līdzsvars

- mechaninė pusiausvyra statusas T joma fizika atitikmenys: engl. mehāniskais līdzsvars vok. mechanisches Gleichgewicht, n rus. mehāniskais līdzsvars, n pranc. équilibre mécanique, m … Fizikos terminų žodynas

- ... Vikipēdija

Fāžu pārejas I pants ... Wikipedia Termodinamiskās sistēmas stāvoklis, kurā tā spontāni nonāk pēc pietiekami ilga laika izolācijas apstākļos no vidi , pēc kura sistēmas stāvokļa parametri laika gaitā vairs nemainās. Izolācija... ...

Lielā padomju enciklopēdija LĪDZSVARS - (1) ķermeņa mehāniskais nekustīguma stāvoklis, kas ir sekas R. spēkiem, kas iedarbojas uz to (kad visu spēku summa, kas iedarbojas uz ķermeni, ir nulle, tas ir, tas nedod paātrinājumu). R. izšķir: a) stabilus, kad novirzoties no ... ...

Lielā Politehniskā enciklopēdija Mehāniskais stāvoklis sistēma, kurā visi tās punkti ir nekustīgi attiecībā pret doto atskaites sistēmu. Ja šī atskaites sistēma ir inerciāla, tad tiek izsaukta R.M. absolūts, citādi relatīvs. Atkarībā no ķermeņa uzvedības pēc...

Termodinamiskais līdzsvars ir izolētas termodinamiskās sistēmas stāvoklis, kurā katrā punktā visiem ķīmiskajiem, difūzijas, kodolenerģijas un citiem procesiem tiešās reakcijas ātrums ir vienāds ar apgrieztās reakcijas ātrumu. Termodinamiskā... ... Vikipēdija

Līdzsvars- vielas visticamākais makrostāvoklis, kad mainīgie neatkarīgi no izvēles paliek nemainīgi pilns apraksts sistēmas. Izšķir līdzsvaru: mehānisko, termodinamisko, ķīmisko, fāzu utt.: Skaties... ... Enciklopēdiskā metalurģijas vārdnīca

Saturs 1 Klasiskā definīcija 2 Definīcija, izmantojot sistēmas enerģiju 3 Līdzsvara veidi ... Wikipedia

Fāžu pārejas Raksts ir daļa no sērijas Termodinamika. Fāzes jēdziens Fāzes līdzsvars Kvantu fāzes pāreja Termodinamikas sadaļas Termodinamikas principi Stāvokļa vienādojums ... Wikipedia

No tā izriet, ka, ja visu ķermenim pielikto ārējo spēku ģeometriskā summa ir vienāda ar nulli, tad ķermenis atrodas miera stāvoklī vai veic vienmērīgu taisnvirziena kustība. Šajā gadījumā ir pieņemts teikt, ka ķermenim pieliktie spēki viens otru līdzsvaro. Aprēķinot rezultātu, visus spēkus, kas iedarbojas uz ķermeni, var pielikt masas centram.

Lai nerotējošs ķermenis būtu līdzsvarā, ir nepieciešams, lai visu ķermenim pielikto spēku rezultants būtu vienāds ar nulli.

$(\overrightarrow(F))=(\overrightarrow(F_1))+(\overrightarrow(F_2))+...= 0$

Ja ķermenis var griezties ap noteiktu asi, tad tā līdzsvaram nepietiek ar to, ka visu spēku rezultants ir nulle.

Spēka rotējošais efekts ir atkarīgs ne tikai no tā lieluma, bet arī no attāluma starp spēka darbības līniju un rotācijas asi.

Perpendikula garumu, kas novilkts no rotācijas ass līdz spēka darbības līnijai, sauc par spēka plecu.

Spēka moduļa $F$ un pleca d reizinājumu sauc par spēka momentu M. To spēku momenti, kuriem ir tendence griezt ķermeni pretēji pulksteņrādītāja virzienam, tiek uzskatīti par pozitīviem.

Momentu likums: ķermenis ar fiksētu griešanās asi atrodas līdzsvarā, ja algebriskā summa visu ķermenim pielikto spēku momenti attiecībā pret šo asi ir vienādi ar nulli:

Vispārīgā gadījumā, kad ķermenis var pārvietoties un griezties, līdzsvaram ir jāizpilda abi nosacījumi: rezultējošais spēks ir vienāds ar nulli un visu spēku momentu summa ir vienāda ar nulli. Ar abiem šiem nosacījumiem mieram nepietiek.

1. attēls. Vienaldzīgs līdzsvars. Riteņa ripošana uz horizontālas virsmas. Rezultējošais spēks un spēku moments ir vienādi ar nulli

Ritenis, kas ripo uz horizontālas virsmas, ir vienaldzīga līdzsvara piemērs (1. att.). Ja ritenis jebkurā brīdī tiek apturēts, tas būs līdzsvarā. Līdzās vienaldzīgam līdzsvara stāvoklim mehānika izšķir stabila un nestabila līdzsvara stāvokļus.

Līdzsvara stāvokli sauc par stabilu, ja ar nelielām ķermeņa novirzēm no šī stāvokļa rodas spēki vai griezes momenti, kas tiecas atgriezt ķermeni līdzsvara stāvoklī.

Ar nelielu ķermeņa novirzi no nestabila līdzsvara stāvokļa rodas spēki vai spēka momenti, kas mēdz izņemt ķermeni no līdzsvara stāvokļa. Bumba, kas atrodas uz līdzenas horizontālas virsmas, atrodas vienaldzīgā līdzsvara stāvoklī.

2. attēls. Dažādi veidi bumbiņas līdzsvars uz balsta. (1) -- vienaldzīgs līdzsvars, (2) -- nestabils līdzsvars, (3) -- stabils līdzsvars

Bumbiņa, kas atrodas sfēriska izvirzījuma augšējā punktā, ir nestabila līdzsvara piemērs. Visbeidzot, lode sfēriskā padziļinājuma apakšā atrodas stabilā līdzsvara stāvoklī (2. att.).

Ķermenim ar fiksētu rotācijas asi ir iespējami visi trīs līdzsvara veidi. Vienaldzības līdzsvars rodas, kad rotācijas ass iet caur masas centru. Stabilā un nestabilā līdzsvarā masas centrs atrodas uz vertikālas taisnas līnijas, kas iet caur rotācijas asi. Turklāt, ja masas centrs atrodas zem rotācijas ass, līdzsvara stāvoklis izrādās stabils. Ja masas centrs atrodas virs ass, līdzsvara stāvoklis ir nestabils (3. att.).

3. attēls. Stabils (1) un nestabils (2) līdzsvars homogēnam riņķveida diskam, kas fiksēts uz O ass; punkts C ir diska masas centrs; $(\overrightarrow(F))_t\ $-- gravitācija; $(\overrightarrow(F))_(y\ )$-- ass elastīgais spēks; d - plecs

Īpašs gadījums ir ķermeņa līdzsvars uz balsta. Šajā gadījumā elastīgais atbalsta spēks netiek pielikts vienam punktam, bet tiek sadalīts pa ķermeņa pamatni. Ķermenis atrodas līdzsvarā, ja vertikāla līnija, kas izvilkts caur ķermeņa masas centru, iet caur atbalsta laukumu, t.i., kontūras iekšpusē, ko veido atbalsta punktus savienojošās līnijas. Ja šī līnija nekrustojas ar atbalsta laukumu, ķermenis apgāžas.

1. problēma

Slīpā plakne ir sasvērta 30o leņķī pret horizontāli (4. att.). Uz tā atrodas ķermenis P, kura masa m = 2 kg. Berzi var neņemt vērā. Cauri blokam izmests pavediens veido 45o leņķi ar slīpu plakni. Pie kāda slodzes Q svara ķermenis P būs līdzsvarā?

4. attēls

Ķermeni iedarbojas trīs spēki: gravitācijas spēks P, vītnes spriegums ar slodzi Q un elastības spēks F no plaknes puses, kas to spiež plaknei perpendikulārā virzienā. Sadalīsim spēku P tā sastāvdaļās: $\overrightarrow(P)=(\overrightarrow(P))_1+(\overrightarrow(P))_2$. Nosacījums $(\overrightarrow(P))_2=$ Līdzsvaram, ņemot vērā spēka dubultošanos ar kustīgo bloku, ir nepieciešams, lai $\overrightarrow(Q)=-(2\overrightarrow(P))_1$ . Līdz ar to līdzsvara nosacījums: $m_Q=2m(sin \widehat((\overrightarrow(P))_1(\overrightarrow(P))_2)\ )$. Aizvietojot iegūtās vērtības: $m_Q=2\cdot 2(sin \left(90()^\circ -30()^\circ -45()^\circ \right)\ )=1,035\ kg$ .

Kad ir vējš, piesietais balons nekarājas virs tā punkta uz Zemes, pie kura ir piestiprināts kabelis (5. att.). Troses spriegojums ir 200 kg, leņķis ar vertikāli a=30$()^\circ$. Kāds ir vēja spiediena spēks?

\[(\overrightarrow(F))_в=-(\overrightarrow(Т))_1;\ \ \ \ \left|(\overrightarrow(F))_в\right|=\left|(\overrightarrow(Т)) _1\right|=Тg(sin (\mathbf \alpha )\ )\] \[\left|(\overrightarrow(F))_в\right|=\ 200\cdot 9.81\cdot (sin 30()^\circ \ )=981\ N\]

Visi spēki, kas pielikti ķermenim attiecībā pret rotācijas asi, kas iet caur jebkuru punktu O, ir vienādi ar nulli ΣΜO(Fί)=0. Šī definīcija ierobežo gan ķermeņa translācijas, gan rotācijas kustību.

Līdzsvara stāvoklī ķermenis atrodas miera stāvoklī (ātruma vektors ir nulle) izvēlētajā atskaites sistēmā.

Definīcija, izmantojot sistēmas enerģiju

Tā kā enerģiju un spēkus saista fundamentālas attiecības, šī definīcija ir līdzvērtīga pirmajai. Tomēr enerģijas definīciju var paplašināt, lai sniegtu informāciju par līdzsvara stāvokļa stabilitāti.

Līdzsvara veidi

Sniegsim piemēru sistēmai ar vienu brīvības pakāpi. Šajā gadījumā pietiekams nosacījums līdzsvara stāvoklim būs lokālas ekstremitātes klātbūtne pētāmajā punktā. Kā zināms, diferencējamas funkcijas lokālā ekstrēma nosacījums ir tāds, ka tā pirmais atvasinājums ir vienāds ar nulli. Lai noteiktu, kad šis punkts ir minimālais vai maksimālais, jums jāanalizē tā otrais atvasinājums. Līdzsvara stāvokļa stabilitāti raksturo šādas iespējas:

• nestabils līdzsvars;
• stabils līdzsvars;
• vienaldzīgs līdzsvars.

Nestabils līdzsvars

Gadījumā, ja otrais atvasinājums< 0, потенциальная энергия системы находится в состоянии локального максимума. это означает, что положение равновесия nestabils. Ja sistēma tiek pārvietota nelielā attālumā, tā turpinās kustību spēku ietekmē, kas iedarbojas uz sistēmu.

Stabils līdzsvars

Otrais atvasinājums > 0: potenciālā enerģija vietējā minimumā, līdzsvara stāvoklī ilgtspējīga. Ja sistēma tiek pārvietota nelielā attālumā, tā atgriezīsies savā līdzsvara stāvoklī.

Vienaldzīgs līdzsvars

Otrais atvasinājums = 0: šajā reģionā enerģija nemainās un līdzsvara stāvoklis ir vienaldzīgs. Ja sistēma tiek pārvietota nelielu attālumu, tā paliks jaunajā pozīcijā.

Stabilitāte sistēmās ar lielu brīvības pakāpju skaitu

Ja sistēmai ir vairākas brīvības pakāpes, tad dažādiem virzieniem var iegūt dažādus rezultātus, bet līdzsvars būs stabils tikai tad, ja tas būs stabils visos virzienos.

Wikimedia fonds.

Skatiet, kas ir “Stabils līdzsvars” citās vārdnīcās:

stabils līdzsvars

Skatīt Art. Kopienas noturība. Ekoloģiska enciklopēdiskā vārdnīca. Kišiņeva: Moldāvu padomju enciklopēdijas galvenā redakcija. I.I. Dedu. 1989... Ekoloģiskā vārdnīca

stabils līdzsvars- pastovioji pusiausvyra statusas T sritis chemija apibrėžtis Būsena, kuriai esant sistema, dėl trikdžių praradusi pusiausvyrą, trikdžiams nustojus veikti vėl pasidaro pusiausvira. atitikmenys: engl. stabils līdzsvars rus. stabils līdzsvars...... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

stabils līdzsvars- stabilioji pusiausvyra statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. stabils līdzsvars vok. gesichertes Gleichgewicht, n; stabiles Gleichgewicht, n rus. stabils līdzsvars, n pranc. équilibre stable, m … Fizikos terminų žodynas

stabils līdzsvars- Līdzsvars mehāniskā sistēma, kurā jebkuras pietiekami nelielas stāvokļa izmaiņas un tai piedodot jebkādus pietiekami mazus ātrumus, sistēma visos turpmākajos laikos ieņems pozīcijas, kas ir patvaļīgi tuvu... ... Politehnisko terminu skaidrojošā vārdnīca

stabils sistēmas līdzsvars- Līdzsvars, kurā, novēršot cēloņus, kas izraisīja jebkādas iespējamās sistēmas novirzes, tā atgriežas sākotnējā stāvoklī vai tuvu tai. [Ieteicamo terminu krājums. 82. izdevums. Konstrukciju mehānika. PSRS Zinātņu akadēmija...... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

stabils atmosfēras līdzsvars- Atmosfēras stāvoklis, kad vertikālais gaisa temperatūras gradients ir mazāks par sauso adiabātisko gradientu un nav vertikālas gaisa kustības... Ģeogrāfijas vārdnīca

sistēmas līdzsvars ir stabils- Līdzsvars, kurā sistēma atgriežas sākotnējā vai tuvu tai stāvoklī pēc tam, kad ir novērsti cēloņi, kas izraisījuši iespējamā novirze sistēmas [ Terminoloģiskā vārdnīca par būvniecību 12 valodās (VNIIIS Gosstroy USSR)] EN stabils... ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

LĪDZSVARS, līdzsvars, daudzskaitlis. nē, sk. (grāmata). 1. Nekustīguma, atpūtas stāvoklis, kurā kāds ķermenis atrodas vienādu, pretēji vērstu un tāpēc savstarpēji iznīcinošu spēku (mehānisko) ietekmē. Spēku līdzsvars. Ilgtspējīga...... Vārdnīca Ušakova

48. Muskuļu palīgaparāta veidojumi (fascijas, fasciālās saites, šķiedru un osteofibrozie kanāli, sinoviālie apvalki, gļotādas bursas, sezamoīdie kauli, bloki) un to funkcijas.

49. Vēdera muskuļi: topogrāfija, izcelsme, piesaiste un funkcijas.

50. Iedvesmas muskuļi. Izelpas muskuļi.

52. Kakla muskuļi: topogrāfija, izcelsme, piesaiste un funkcijas.

53. Muskuļi, kas izliek mugurkaulu.

54. Muskuļi, kas pagarina mugurkaulu.

55. Apakšdelma priekšējās virsmas muskuļi: izcelsme, stiprinājums un funkcijas.

56. Apakšdelma aizmugurējās virsmas muskuļi: izcelsme, stiprinājums un funkcijas.

57. Muskuļi, kas rada augšējo ekstremitāšu jostas kustības uz priekšu un atpakaļ.

58. Muskuļi, kas rada augšējo ekstremitāšu jostas kustības augšup un lejup.

59. Muskuļi, kas saliec un pagarina plecu.

60. Muskuļi, kas nolaupa un pieliek plecu.

61. Muskuļi, kas supinē un pronatē plecu.

62. Muskuļi, kas saliec (galveno) un pagarina apakšdelmu.

63. Muskuļi, kas supinē un pronatē apakšdelmu.

64. Muskuļi, kas saliec un izstiepj roku un pirkstus.

65. Muskuļi, kas nolaupa un aducē roku.

66. Augšstilbu muskuļi: topogrāfija un funkcijas.

67. Muskuļi, kas saliec un pagarina gurnu.

68. Muskuļi, kas nolaupa un aducē augšstilbu.

69. Muskuļi, kas supinē un pronatē augšstilbu.

70. Apakšstilba muskuļi: topogrāfija un funkcijas.

71. Muskuļi, kas saliec un pagarina apakšstilbu.

72. Muskuļi, kas supinē un pronē apakšstilbu.

73. Muskuļi, kas saliec un pagarina pēdu.

74. Muskuļi, kas nolaupa un aducē pēdu.

75. Pēdu supinējoši un pronējoši muskuļi.

76. Muskuļi, kas notur pēdas velves.

77. Ķermeņa vispārējais smaguma centrs: vecums, dzimums un tā atrašanās vietas individuālās īpašības.

78. Līdzsvara veidi: stabilitātes leņķis, nosacījumi ķermeņa līdzsvara uzturēšanai.

79. Antropometriskā, klusa un saspringta ķermeņa stāvokļa anatomiskās īpašības.

80. Karājās uz taisnām rokām: anatomiskās īpašības, ārējās elpošanas mehānisma īpatnības.

81. Iešanas vispārīgais raksturojums.

82. Dubultā soļa 1, 2 un 3 fāžu anatomiskās īpašības.

83. Dubultā soļa 4., 5. un 6. fāzes anatomiskais raksturojums.

84. Tāllēkšana stāvus: fāzes, muskuļu darbs.

85.Flipa anatomiskās īpašības.

78. Līdzsvara veidi: stabilitātes leņķis, nosacījumi ķermeņa līdzsvara uzturēšanai.

Fiziskajos vingrinājumos cilvēkam bieži ir jāsaglabā nekustīgs ķermeņa stāvoklis, piemēram, sākuma pozīcijas (sākuma), beigu pozīcijas (stieņa nostiprināšana pēc tā pacelšanas), starpstāvokļi (atbalsta leņķī uz riņķiem). Visos šādos gadījumos cilvēka ķermenis kā biomehāniskā sistēma ir līdzsvarā. Līdzsvarā var būt arī ar pozīcijas uzturētāju saistītie ķermeņi (piemēram, stienis, partneris akrobātikā). Lai saglabātu ķermeņa stāvokli, cilvēkam jābūt līdzsvarā. Ķermeņa stāvokli nosaka tā poza, orientācija un atrašanās vieta telpā, kā arī attiecības ar atbalstu. Līdz ar to, lai saglabātu ķermeņa stāvokli, cilvēkam ir nepieciešams fiksēt stāju un neļaut pieliktajiem spēkiem mainīt stāju un pārvietot ķermeni no dotās vietas jebkurā virzienā vai likt tam griezties attiecībā pret balstu.

Spēki līdzsvaroti, saglabājot pozīciju

Biomehāniskajai sistēmai tiek pielietoti partnera vai pretinieka un citu smaguma, zemes reakcijas, svara un muskuļu vilces spēki, kas var būt gan traucējoši, gan līdzsvarojoši spēki atkarībā no ķermeņa daļu stāvokļa attiecībā pret to atbalstu.

Visos gadījumos, kad cilvēks saglabā pozīciju, mainīga ķermeņu sistēma (nevis absolūti stingrs ķermenis vai materiāls punkts) ir līdzsvarā.

Fizisko vingrinājumu apstākļos, saglabājot stāvokli, uz cilvēka ķermeni visbiežāk tiek pielietoti viņa ķermeņa gravitācijas spēki un citu ķermeņu svars, kā arī atbalsta reakcijas spēki, kas novērš brīvo kritienu. Bez muskuļu vilces līdzdalības tiek saglabātas tikai pasīvās pozīcijas (piemēram, guļus uz grīdas, uz ūdens).

Aktīvās pozīcijās savstarpēji kustīgu ķermeņu (ķermeņa saišu) sistēma muskuļu sasprindzinājuma dēļ it kā sacietē un kļūst līdzīga vienam cietam ķermenim; Cilvēka muskuļi ar savu statisko darbu nodrošina gan stājas, gan stāvokļa saglabāšanu telpā. Tas nozīmē, ka aktīvās pozīcijās, lai saglabātu līdzsvaru, ārējiem spēkiem tiek pievienoti iekšējie muskuļu vilces spēki.

Visi ārējie spēki ir sadalīti traucējošs (apgāšanās, novirzīšanās), kuru mērķis ir mainīt ķermeņa stāvokli, un balansēšana, kas līdzsvaro traucējošo spēku darbību. Muskuļu vilces spēki visbiežāk kalpo kā līdzsvarojošie spēki. Bet noteiktos apstākļos tie var būt arī traucējoši spēki, tas ir, kuru mērķis ir mainīt gan ķermeņa stāju, gan atrašanās vietu telpā.

Ķermeņu sistēmas līdzsvara nosacījumi

Cilvēka ķermeņa (ķermeņu sistēmas) līdzsvaram ir nepieciešams, lai ārējo spēku galvenais vektors un galvenais moments būtu vienādi ar nulli, un visi iekšējie spēki nodrošinātu pozas (sistēmas formas) saglabāšanu.

Ja galvenais vektors un galvenais moments ir nulle, ķermenis nekustēsies un negriezīsies, tā lineārais un leņķiskais paātrinājums ir nulle. Ķermeņu sistēmai šie nosacījumi arī ir nepieciešami, bet vairs nav pietiekami. Cilvēka ķermeņa kā ķermeņu sistēmas līdzsvars prasa arī ķermeņa stājas saglabāšanu. Kad muskuļi būs pietiekami spēcīgi un cilvēks prot likt lietā savu spēku, viņš paliks ļoti grūtā stāvoklī. Mazāk spēcīgs cilvēks nevar saglabāt šādu stāvokli, lai gan līdzsvars ir iespējams, pamatojoties uz ārējo spēku atrašanās vietu un lielumu. Dažādiem cilvēkiem ir savas ierobežojošās pozas, kuras viņi joprojām spēj saglabāt.

Līdzsvara veidi ciets

Cieta ķermeņa līdzsvara veidu nosaka gravitācijas iedarbība patvaļīgi mazas novirzes gadījumā: a) vienaldzīgs līdzsvars - gravitācijas darbība nemainās; b) stabils - tas vienmēr atgriež ķermeni iepriekšējā stāvoklī (rodas stabilitātes brīdis); c) nestabils - gravitācijas iedarbība vienmēr liek ķermenim apgāzties (notiek apgāšanās brīdis); d) ierobežots-stabils - pirms potenciālās barjeras tiek atjaunots ķermeņa stāvoklis (rodas stabilitātes moments), pēc kura ķermenis apgāžas (notiek apgāšanās brīdis).

Cietajā mehānikā ir trīs līdzsvara veidi: vienaldzīgs, stabils un nestabils. Šīs sugas atšķiras ar ķermeņa uzvedību, nedaudz novirzoties no līdzsvarota stāvokļa. Kad cilvēka ķermenis pilnībā saglabā savu stāju (“sastingums”), uz to attiecas stingrā ķermeņa līdzsvara likumi.

Vienaldzīgs līdzsvars ko raksturo fakts, ka, neskatoties uz jebkādām novirzēm, tiek saglabāts līdzsvars. Bumbiņu, cilindru, riņķveida konusu uz horizontālas plaknes (apakšējais balsts) var pagriezt kā vien vēlaties, un tie paliks miera stāvoklī. Smaguma iedarbības līnija (G) šādā ķermenī (smaguma līnija) vienmēr iet caur atbalsta punktu un sakrīt ar atbalsta reakcijas spēka (R) darbības līniju; viņi līdzsvaro viens otru. Sporta tehnoloģijās vienaldzīgs līdzsvars praktiski nav sastopams ne uz sauszemes, ne ūdenī.

Stabils līdzsvars ko raksturo atgriešanās iepriekšējā pozīcijā ar jebkādām novirzēm. Tas ir stabils patvaļīgi mazām novirzēm divu iemeslu dēļ; a) ķermeņa smaguma centrs paceļas augstāk (h), gravitācijas laukā tiek izveidota potenciālās enerģijas rezerve; b) gravitācijas līnija (G) neiet cauri balstam, parādās gravitācijas plecs (d) un rodas gravitācijas moments (stabilitātes moments Must = Gd), atgriežot ķermeni (ar potenciālās enerģijas samazināšanos) uz savu iepriekšējo pozīciju. Šāda veida līdzsvars rodas cilvēkiem ar augšējo atbalstu. Piemēram, vingrotājs, kas karājas uz riņķiem; roka brīvi karājas pleca locītavā. Paša ķermeņa gravitācijas spēks atgriež ķermeni iepriekšējā stāvoklī.

Nestabils līdzsvars kas raksturīgs ar to, ka lai arī cik maza novirze izraisa vēl lielāku novirzi un pats ķermenis nevar atgriezties savā iepriekšējā stāvoklī. Šī ir pozīcija ar zemāku atbalstu, kad ķermenim ir atbalsta punkts vai līnija (ķermeņa mala). Ķermenim novirzoties: a) smaguma centrs nokrīt zem (- h), potenciālā enerģija gravitācijas laukā samazinās; b) smaguma līnija (G) ar ķermeņa novirzi attālinās no balsta punkta, pleca (d) un smaguma momenta pieaugums (sagādes moments Mopr. = Gd); viņš novirza ķermeni arvien tālāk no iepriekšējā stāvokļa. Nestabilu līdzsvaru dabā praktiski nav iespējams sasniegt.

Fiziskajos vingrinājumos cita veida līdzsvars visbiežāk rodas, ja zemāk atrodas atbalsta zona (apakšējais atbalsts). Ar nelielu ķermeņa novirzi tā smaguma centrs paceļas (+ h) un parādās stabilitātes moments (Must = Gd). Ir stabila līdzsvara pazīmes; ķermeņa gravitācijas moments atgriezīs to iepriekšējā stāvoklī. Bet tas turpinās tikai tad, kad tas ir novirzīts līdz noteiktām robežām, līdz gravitācijas līnija sasniedz atbalsta zonas malu. Šajā stāvoklī jau rodas nestabila līdzsvara apstākļi: ar tālāku novirzi ķermenis apgāžas; pie mazākās novirzes pretējā virzienā tas atgriežas iepriekšējā stāvoklī. Atbalsta zonas robeža atbilst “potenciālās barjeras” augšdaļai (maksimālā potenciālā enerģija). Robežās starp pretējiem šķēršļiem (“potenciālais caurums”) visos virzienos notiek ierobežots un stabils līdzsvars.

Objekta stabilitāti raksturo tā spēja, novēršot nelīdzsvarotību, saglabāt pozīciju. Ir statiski stabilitātes rādītāji kā spēja pretoties nelīdzsvarotībai un dinamiskie rādītāji kā spēja atjaunot līdzsvaru.

Statisks cieta ķermeņa stabilitātes rādītājs kalpo (ierobežotā stabilā līdzsvarā) kā stabilitātes koeficients. Tas ir vienāds ar ierobežojošā stabilitātes momenta attiecību pret apgāšanās momentu. Ja miera stāvoklī esoša ķermeņa stabilitātes koeficients ir vienāds ar vienotību vai lielāks par to, apgāšanās nenotiek. Ja tas ir mazāks par vienu, līdzsvaru nevar uzturēt. Tomēr tikai šo divu mehānisko faktoru (divu spēka momentu) pretestība ķermeņu sistēmai, ja tā var mainīt konfigurāciju, neizsmeļ faktisko ainu. Līdz ar to ķermeņa un fiksētas ķermeņu sistēmas stabilitātes koeficients statisko stabilitāti raksturo kā spēju pretoties nelīdzsvarotībai. Nosakot stabilitāti cilvēkā, vienmēr jāņem vērā muskuļu vilces aktīvā pretestība un gatavība pretestībai.

Dinamisks cieta ķermeņa stabilitātes indikators kalpo kā stabilitātes leņķis. Tas ir leņķis, ko veido smaguma spēka darbības līnija un taisne, kas savieno smaguma centru ar atbilstošo atbalsta laukuma malu. Stabilitātes leņķa fiziskā nozīme ir tāda, ka tas ir vienāds ar griešanās leņķi, caur kuru ķermenis ir jāpagriež, lai sāktu apgāzties. Stabilitātes leņķis parāda, cik lielā mērā līdzsvars joprojām ir atjaunots. Tas raksturo dinamiskās stabilitātes pakāpi: ja leņķis ir lielāks, tad stabilitāte ir lielāka. Šis rādītājs ir ērts, lai salīdzinātu viena ķermeņa stabilitātes pakāpi dažādos virzienos(ja atbalsta laukums nav aplis un smaguma līnija neiet cauri tās centram).

Divu stabilitātes leņķu summu vienā plaknē uzskata par līdzsvara leņķi šajā plaknē. Tas raksturo stabilitātes robežu noteiktā plaknē, t.i., nosaka smaguma centra kustību diapazonu pirms iespējamas apgāšanās vienā vai otrā virzienā (piemēram, slalomistam slēpojot, vingrotājs uz līdzsvara sijas, cīkstonis stāvus stāvoklī).

Biomehāniskās sistēmas līdzsvara gadījumā ir jāņem vērā būtiski precizējumi, lai piemērotu dinamiskās stabilitātes rādītājus.

Pirmkārt, efektīva cilvēka atbalsta laukums ne vienmēr sakrīt ar atbalsta virsmu. Cilvēkiem, tāpat kā cietā ķermenī, atbalsta virsmu ierobežo savienojošas līnijas ekstrēmi punkti balsti (vai vairāku atbalsta zonu ārējās malas). Bet cilvēkiem efektīvā atbalsta zonas robeža bieži atrodas atbalsta kontūras iekšpusē, jo mīkstie audi (basām pēdām) vai vājās saites (pirkstu gala falangas, stāvot uz grīdas) nevar līdzsvarot slodze. Tāpēc apgāšanās līnija novirzās uz iekšu no atbalsta virsmas malas, efektīvā atbalsta laukums ir mazāks par atbalsta virsmas laukumu.

Otrkārt, cilvēks nekad nenovirza visu ķermeni attiecībā pret apgāšanās līniju (kā kubs), bet pārvietojas attiecībā pret jebkuru locītavu asīm, pilnībā nesaglabājot savu stāju (piemēram, stāvot, potītes locītavās notiek kustība) .

Treškārt, tuvojoties robežpozīcijai, bieži kļūst grūti noturēt stāju un notiek ne tikai “sacietējušā ķermeņa” apgāšanās ap apgāšanās līniju, bet gan stājas maiņa ar kritienu. Tas būtiski atšķiras no stingra korpusa izlieces un apgāšanās ap apgāšanās malu (sasvēršanās).

Tādējādi stabilitātes leņķi ierobežotā stabilā līdzsvarā raksturo dinamisko stabilitāti kā spēju atjaunot līdzsvaru. Nosakot cilvēka ķermeņa stabilitāti, jāņem vērā arī efektīvā atbalsta laukuma robežas, pozas saglabāšanas uzticamība līdz ķermeņa robežstāvoklim un faktiskā apgāšanās līnija.