Центр масс тела. Равновесие. Масса тела
Любое тело можно рассматривать как совокупность материальных точек, в качестве которых можно, например, брать молекулы. Пусть тело состоит из n материальных точек с массами m1, m2, ...mn.
Центром масс тела, состоящего из n материальных точек, называется точка (в геометрическом смысле), радиус-вектор которой определяется формулой:
Здесь R1 – радиус-вектор точки с номером i (i = 1, 2, ... n).
Это определение выглядит непривычно, но на самом деле оно даёт положение того самого центра масс, о котором у нас имеется интуитивное представление. Например, центр масс стержня будет находиться в его середине. Сумма масс всех точек, входящая в знаменатель вышеопределённой формулы, называется массой тела. Массой тела называется сумма масс всех его точек: m = m1 + m2 + ... + mn .
В симметричных однородных телах ЦМ всегда расположен в центре симметрии или лежит на оси симметрии, если у фигуры центра симметрии нет. Центр масс может находиться как внутри тела (диск, квадрат, треугольник), так и вне его (кольцо, рамка, угольник).
Для человека положение ЦМ зависит от принятой позы. Во многих видах спорта важным слагаемым успеха является способность сохранять равновесие. Так, в спортивной гимнастике, акробатике
большое количество элементов включат в себя разные виды равновесия. Важна способность сохранять равновесие в фигурном катании, в беге на коньках, где опора имеет очень малую площадь.
Условиями равновесия покоящегося тела являются одновременное равенство нулю суммы сил и суммы моментов сил, действующих на тело.
Выясним, какое положение должна занимать ось вращения, чтобы закреплённое на ней тело оставалось в равновесии под действием сил тяжести. Для этого разобьём тело на множество маленьких кусочков и нарисуем действующие на них силы тяжести.
Центр тяжести тела
В соответствии с правилом моментов для равновесия необходимо, чтобы сумма моментов всех этих сил относительно оси равнялась нулю.
Можно показать, что для каждого тела существует единственная точка, где сумма моментов сил тяжести относительно любой оси, проходящей через эту точку, равна нулю. Эта точка называется центром тяжести (обычно совпадает с центром масс).
Центром тяжести тела (ЦТ) называется точка, относительно которой сумма моментов сил тяжести, действующей на все частицы тела, равна нулю.
Таким образом, силы тяжести не вызывают вращения тела вокруг центра тяжести. Поэтому все силы тяжести можно было бы заменить единственной силой, которая приложена к этой точке и равна силе тяжести.
Для изучения движений тела спортсмена часто вводится термин общий центр тяжести (ОЦТ). Основные свойства центра тяжести:
• если тело закреплено на оси, проходящей через центр тяжести, то сила тяжести не будет вызывать его вращения;
• центр тяжести является точкой приложения силы тяжести;
• в однородном поле центр тяжести совпадает с центром масс.
Равновесным называется такое положение тела, при котором оно может оставаться в покое сколь угодно долго. При отклонении тела от положения равновесия, силы, действующие на него, изменяются, и равновесие сил нарушается.
Существуют различные виды равновесия (рис. 9). Принято различать три вида равновесия: устойчивое, неустойчивое и безразличное.
• Устойчивое равновесие (рис. 9, а) хаpaктеризуется тем, что тело возвращается в первоначальное положение при его отклонении. В таком случае возникают силы, или моменты сил, стремящаяся возвратить тело в исходное положение. Примером может служить положение тела с верхней опорой (например, вис на перекладине), когда при любых отклонениях тело стремится возвратиться в начальное положение.
• Безразличное равновесие (рис. 9, б) хаpaктеризуется тем, что при изменении положения тела не возникает сил или моментов сил, стремящихся возвратить тело в начальное положение или ещё более удалить тело от него. Это редко наблюдаемый у человека случай. Примером может служить состояние невесомости на космическом корабле.
• Неустойчивое равновесие (рис. 9, в) наблюдается тогда, когда при малых отклонениях тела возникают силы или моменты сил, стремящихся ещё больше отклонить тело от начального положения. Такой случай можно наблюдать, когда человек, стоя на опоре очень малой площади (значительно меньшей площади его двух ног или даже одной ноги), отклоняется в сторону.
Рисунок 9. Равновесие тела: устойчивое (а), безразличное (б), неустойчивое (в)
Наряду с перечисленными видами равновесия тел в биомеханике рассматривают ещё один вид равновесия – ограниченно-устойчивое. Этот вид равновесия отличается тем, что тело может вернуться в начальное положение при отклонении от него до некоторого предела, например, определяемого границей площади опоры. Если же отклонение переходит этот предел, равновесие становится неустойчивым.
Основная задача при обеспечении равновесия тела человека состоит в том, чтобы проекция ОЦМ тела находилась в пределах площади опоры. В зависимости от вида деятельности (сохранение статического положения, ходьба, бег и т. п.) и требований к устойчивости частота и быстрота корригирующих воздействий изменяются, но процессы сохранения равновесия одинаковы.
Распределение массы в теле человека
Масса тела и массы отдельных сегментов очень важны для различных аспектов биомеханики. Во многих видах спорта необходимо знать распределение массы для выработки правильной техники выполнения упражнений. Для анализа движений тела человека используется метод сегментирования: оно условно рассекается на определённые сегменты. Для каждого сегмента определяются его масса и положение центра масс. В табл. 1 определены массы частей тела в относительных единицах.
Таблица 1. Массы частей тела в относительных единицах
| Сегмент | Относительная масса сегмента |
| Голова | 7% |
| Туловище | 43% |
| Плечо | 3% |
| Предплечье | 2% |
| Кисть | 1% |
| Бедро | 12% |
| Голень | 5% |
| Стопа | 2% |
Часто вместо понятия центра масс используют другое понятие – центр тяжести. В однородном поле тяжести центр тяжести всегда совпадает с центром масс. Положение центра тяжести звена указывают как его расстояние от оси проксимального сустава и выражают относительно длины звена, принятой за единицу.
В табл. 2 приведены анатомическое положение центров тяжести различных звеньев тела.
Таблица 2. Центры тяжести частей тела
| Часть тела | Положение центра тяжести |
| Бедро | 0,44 длины звена |
| Голень | 0,42 длины звена |
| Плечо | 0,47 длины звена |
| Предплечье | 0,42 длины звена |
| Туловище | 0,44 расстояния от поперечной оси плечевых суставов до оси тазобедренных |
| Голова | Расположена в области турецкого седла клиновидной кости (проекция спереди между бровями, сбоку – на 3,0 – 3,5 выше наружного слухового прохода) |
| Кисть | В области головки третьей пястной кости |
| Стопа | На прямой, соединяющей пяточный бугор пяточной кости с концом второго пальца на расстоянии 0,44 от первой точки |
| Общий центр масс тяжести при вертикальном положении тела | Расположен при основной стойке в области малого таза, впереди крестца |
| Плечо | 0,47 длины звена |
| Предплечье | 0,42 длины звена |
| Туловище | 0,44 расстояния от поперечной оси плечевых суставов до оси тазобедренных |
| Голова | Расположена в области турецкого седла клиновидной кости (проекция спереди между бровями, сбоку – на 3,0 – 3,5 выше наружного слухового прохода) |
| Кисть | В области головки третьей пястной кости |
| Стопа | На прямой, соединяющей пяточный бугор пяточной кости с концом второго пальца на расстоянии 0,44 от первой точки |
| Общий центр масс тяжести при вертикальном положении тела | Расположен при основной стойке в области малого таза, впереди крестца |
Раздел статьи: Биомеханика
Для этого необходим комплексный подход в решении задач нравственного, эстетического, физического, умственного и трудового воспитания...
16 05 2026 6:51:31
align="right"> Раздел статьи:
Лекции о дыхании
...
Павлова За открытие в этой области, обобщение новых уникальных данных по проблеме в труде «Лекции о работе пищеварительных желез» И...
14 05 2026 0:56:27
В свою очередь расщепление энергосубстратов возможно только после их предварительного синтеза организмом...
13 05 2026 17:23:38
• Название движения (наклон, поворот, мах, выпад, присед и т...
11 05 2026 0:58:38
Для устранения такого несоответствия необходимо сопоставление сообщаемой преподавателем инструкции по ООТ и регистрируемых параметров совершаемых движений...
09 05 2026 2:48:36
Основные физические способности и функциональные возможности можно эффективно повысить именно в этом возрасте...
08 05 2026 12:23:17
Начальную активацию системы комплемента вызывают комплексы антиген- антитело и бактериальные агенты...
07 05 2026 12:27:35
размножение, развитие и созревание клеток крови в организме животных и человека в результате последовательных изменений...
04 05 2026 17:29:47
align="right"> Раздел статьи:
Введение в педагогику
...
03 05 2026 19:37:59
Одним из важнейших условий совершенствования рациональной техники является взаимосвязь структуры движений и уровня развития физических качеств...
02 05 2026 7:13:19
По силе и мощности сокращения4...
29 04 2026 11:11:15
> Допинговые средства и методы и противодействие использованию допингов
Запрещённые вещества и методы
Стимуляторы
Наркотические анальгетики
Анаболические стероиды
Диуретики
Пептидные гормоны. Бета-блокаторы
Кровяной допинг
Противодействие использованию допинговых средств и методов в спорте
Механизм действия, эффективность и побочные эффекты допинговых веществ и методов (таблица)
...
28 04 2026 10:35:18
Все показатели здоровья взаимосвязаны взаимообусловлены...
27 04 2026 16:40:57
Термин рекреация означает отдых, восстановление сил человека, израсходованных в процессе труда, тренировочных занятий или соревнований...
26 04 2026 1:47:36
Основной задачей втягивающих мезоциклов является постепенное подведение спортсменов к эффективному выполнению специфической тренировочной работы в последующих мезоциклах...
25 04 2026 1:53:52
Они разделены между собой серповидной связкой печени, которая подвешивает печень к диафрагме, удерживая ее в сагитальной плоскости...
24 04 2026 10:42:22
Обучение в процессе физического воспитания хаpaктеризуется своими особенностями, так как специфическим предметом обучения здесь являются двигательные действия...
23 04 2026 17:45:59
Если доступна большая амплитуда движений, значит мышцы-антагонисты легко растягиваются и оказывают меньшее сопротивление мышцам агонистам, сокращение которых обеспечивает выполнение упражнения...
22 04 2026 0:39:55
В качестве заданий-тестов рекомендуется применять упражнения с ассиметричным согласованием движений руками, ногами, головой, туловищем (как наиболее сложные и реже встречающиеся в двигательном опыте человека)...
21 04 2026 5:18:45
Такая мышца не может считаться вполне здоровой...
20 04 2026 3:38:36
> Перестроение.
...
В последней стадии беременности перед родами в материнском организме наблюдается преобладание тормозных процессов в высших отделах мозга и повышение возбудимости спинного мозга, что приводит к снижению порога рефлекторной и мышечной возбудимости матки...
18 04 2026 14:31:51
Во-вторых, в составе пoлoвых желез находятся особые комплексы, связанные с эндокринной функцией...
17 04 2026 9:59:33
В структуре мышечной ткани различают два типа мышечных волокон – медленно сокращающиеся (МС) и быстросокращающиеся (БС)...
16 04 2026 12:50:46
align="right"> Раздел статьи:
Афофкис раздел « Сенсорные системы»
...
15 04 2026 6:43:27
Ряд традиционных общепедагогических методов (объяснительный рассказ, беседа, обсуждение) приобрели в физическом воспитании специфические формы...
14 04 2026 3:14:56
Специализированные средства (соревновательные и специально-подготовительные упражнения) с одной стороны оказывают более непосредственное влияние на повышение результатов...
12 04 2026 6:22:21
При помощи современной аппаратуры можно измерить максимальную силу всех основных мышечных групп в статических и динамических усилиях...
11 04 2026 15:11:25
65
3
Показатели ЭКГ
0...
09 04 2026 6:46:48
Следствием руководства этим принципом является непрекращающийся рост мастерства спортсменов и спортивных рекордов...
08 04 2026 3:59:11
Разносторонняя подготовка при относительно небольшом объеме специальных упражнений более перспективна для последующего спортивного совершенствования, чем узкоспециализированная тренировка...
06 04 2026 19:28:33
align="right"> Раздел статьи:
Афофкис раздел « Репродуктивные функции»
...
05 04 2026 9:21:59
Допинговый контроль представляет собой взятие биологических проб и их исследование в целях выявления наличия в организмах спортсменов, участвующих в соревнованиях, допинговых средств или установления факта использования спортсменами допинговых средств и методов подготовки к соревнованиям...
04 04 2026 18:58:50
align="right"> Раздел статьи:
Афофкис раздел « Сенсорные системы»
...
Микроэлементы входящие в состав организма называют биогенными...
02 04 2026 2:22:39
align="right"> Раздел статьи:
Лекции о дыхании
...
align="right"> Раздел статьи:
Афофкис раздел « Репродуктивные функции»
...
30 03 2026 11:37:37
Внешние мотивы могут быть разделены на положительные и отрицательные...
29 03 2026 20:16:39
Три основных физических качества: сила, скорость (быстрота), выносливость...
28 03 2026 8:51:52
Еще:
Спорт и здоровье -1 :: Спорт и здоровье -2 :: Спорт и здоровье -3 :: Спорт и здоровье -4 ::
