mountaineer Голосов: 1 Адрес блога: http://www.liveinternet.ru/users/mountaineer/ Добавлен: 2007-11-29 23:46:43 блограйдером Sensual

О законах Ньютона замолвите слово

2015-08-08 21:15:08 (читать в оригинале)

- Класс, становись! Равняйся! Смирно! По порядку номеров рассчитайся! А, это кабинет физики... ладно, вольно, садитесь. Ирина Васильевна заболела, урок проведу я. Тема урока - законы Ньютона и основы механики. Ну, слушайте.


Вот лезет скалолаз по вертикальной стене, использует ногами и руками зацепки. Для простоты считаем, что это горизонтальные ступеньки и полочки. Какие внешние силы действуют на этого бедолагу?

Да, есть сила тяжести. Как она работает? За каждую клеточку тела, за каждый волосок и ноготок тянет эта планета каждого из нас по направлению к своему центру.
Скалолаз в рамках нашей задачи - не просто материальная точка, а целое тело, посему справедливо выделить у него положение центра масс. У среднестатистического человека он находится примерно между пупком и солнечным сплетением. И в масштабах всего скалолаза удобнее считать, что Земля тянет его к себе за точку центра масс с силой, равной mg.

m - масса скалолаза, g - ускорение свободного падения, на Земле оно составляет примерно 9,81 м/с², а жирным шрифтом выделено потому, что ускорение - векторная величина, имеет направление; известно даже, куда: в центр Земли или, грубо, перпендикулярно её поверхности.

Да, есть сила трения ног и рук о зацепки, только она второстепенна.

Есть ещё дополнительная сила F, развиваемая за счёт напряжения мускулов. Физиологи с помощью пары приборов и нескольких расчётных формул могут сообщить вам совершаемую работу этой силы, развиваемую мощность и даже подсказать коэффициент полезного действия. Затем связать это всё с объёмом потребляемого и утилизируемого вашим организмом кислорода. Но это уже отступ от физики. Мы про главное чуть не забыли.

Посмотрим на третий закон Ньютона. Очень справедливый и удобный в быту. Его, в отличие от второго начала термодинамики, никто не пытался оспорить в судах и законодательных собраниях [о-па!]. Сила действия равна силе противодействия. "А по закону, Петя, третьему Ньютона, чем больше давят нас, тем крепче оборона!" (с)
Силе тяжести противодействует сила реакции опоры, точно такая же по величине, то бишь, равная mg. А вот работает она только в точках опоры, в случае скалолаза - в месте контакта с зацепками. И направлена она вверх перпендикулярно поверхности контакта.

Какая часть общей mg будет приходиться на какую из зацепок - под рукой ли, под ногой, - можно определить с помощью момента силы M - эта величина учитывает расстояние от центра масс скалолаза до выделенной точки приложения. Вообще говоря, момент есть у всех сил; нас особенно интересует момент силы реакции опоры M_N .

Ввели соображения о центре масс, точках опоры и моменте силы в задачу о скалолазе на стене, и начинается магия. Возможности человеческого организма таковы, что спортсмен может не только развивать мышечные усилия, но и менять положение центра масс относительно используемых зацепок. А значит, и менять величины моментов сил на точках опоры.

Собственно магия, она же - хорошая техника лазания, заключается в максимальном использовании для передвижения и удержания той самой силы реакции опоры N и минимизации затрат мускульной силы F на борьбу с силой тяжести.

О, звонок... если к следующему уроку физики ваша учительница не выздоровеет, расскажу ещё про силу Архимеда, то бишь, тело, впёрнутое в воду.