Основы биомеханики

Основные понятия механики материальной точки и твердого тела

В статике рассматривают условия равновесия материальных тел под действием приложенных сил. В динамике рассматривают причины возникновения и изменения движений.

Любое сложное движение твердого тела можно представить как сумму двух простых движений - поступательного и вращательного. Поступательным называют такое движение тела, при котором все его точки двигаются одинаково, т. е. имеют одинаковые траектории и скорости. При вращательном движении различные точки тела двигаются по концентрическим окружностям, а точки, лежащие на оси вращения, остаются неподвижными.

Основные кинематические характеристики

Координата

Это мера положения точки или тела в выбранной системе отсчета. Данная характеристика показывает, в каком месте находится точка или тело.

Перемещение

Это изменение положения точки или тела в выбранной системе отсчета. Эта характеристика отражает кратчайшее расстояние, пройденное точкой из начального в конечное положение, или угол поворота тела при его вращении относительно какой-либо оси.

Скорость

Это изменение положения точки или тела с течением времени. Различают среднюю и мгновенную скорости (линейную и угловую).

Ускорение

Это изменение скорости точки или тела с течением времени. Перемещение, скорость и ускорение — величины векторные, т. е. они характеризуются абсолютным значением (модулем), направлением и точкой приложения.

Основные понятия динамики

В отличие от кинематики динамика изучает причины возникновения и изменения движений, т. е. силы и моменты сил, действие которых либо сохраняет тела в неподвижном положении, либо изменяет их движение. Основные динамические характеристики — это сила, момент силы, масса, момент инерции тела и т. п.

Сила

Это мера механического взаимодействия тел в данный момент времени в поступательном движении.

Момент силы

Мерой механического взаимодействия тел во вращательном движении является не сила, а ее момент. Момент силы численно равен произведению силы на ее плечо. Плечо силы — это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии, вдоль которой действует сила.

Масса

Это мера инертности тела в поступательном движении. Чем больше масса тела, тем труднее его заставить двигаться, а если оно двигалось, то его труднее остановить или изменить направление его движения.

Законы динамики

Первый закон

Если на тело не действуют никакие силы, то оно будет сохранять покой или двигаться равномерно и прямолинейно.

Второй закон

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на его ускорение. Для вращательного движения в данной зависимости вместо силы нужно взять ее момент, вместо массы — момент инерции, а вместо линейного ускорения — угловое ускорение.

Третий закон

Всякому действию есть равное противодействие.