Denge kavramı doğa bilimlerindeki en evrensel kavramlardan biridir. İster bir yıldızın etrafında sabit yörüngelerde hareket eden gezegenlerden oluşan bir sistem, ister bir atol lagünündeki tropikal balık popülasyonu olsun, herhangi bir sistem için geçerlidir. Ancak bir sistemin denge durumu kavramını anlamanın en kolay yolu mekanik sistemler örneğidir. Mekanikte, bir sisteme etki eden tüm kuvvetler birbiriyle tamamen dengedeyse, yani birbirini iptal ediyorsa, sistemin dengede olduğu kabul edilir. Bu kitabı okuyorsanız, örneğin bir sandalyede oturuyorsanız, o zaman bir denge durumundasınız demektir, çünkü sizi aşağı çeken yerçekimi kuvveti, sandalyenin vücudunuza uyguladığı basınç kuvveti ile tamamen telafi edilir. altüst. Denge halinde olduğunuz için ne düşersiniz ne de yükselirsiniz.

Üç fiziksel duruma karşılık gelen üç tür denge vardır.

Kararlı denge

Çoğu insanın genellikle "denge"den anladığı şey budur.

Küresel bir kabın dibinde bir top hayal edin. Dinlenme halindeyken, Dünya'nın yerçekimi çekiminin hareketinin, kesinlikle yukarıya doğru yönlendirilen desteğin tepki kuvveti ile dengelendiği ve tıpkı siz sandalyenizde dinlenirken topun orada durduğu kasenin tam olarak merkezinde bulunur. . Topu merkezden uzağa doğru hareket ettirirseniz, yanlara ve kasenin kenarına doğru yuvarlarsanız, serbest bırakır bırakmaz, hemen kasenin ortasındaki en derin noktaya - yönünde - geri koşacaktır. kararlı denge konumu.

Doğada çeşitli sistemlerde (sadece mekanik sistemlerde değil) kararlı dengenin birçok örneği vardır. Örneğin bir ekosistemdeki avcı-av ilişkilerini düşünün. Yırtıcı hayvanların ve kurbanlarının kapalı popülasyonlarının sayısının oranı hızla bir denge durumuna gelir - yıldan yıla ormandaki o kadar çok tavşan, nispeten konuşursak, bu kadar çok tilkiyi istikrarlı bir şekilde hesaba katar. Herhangi bir nedenle avın popülasyon büyüklüğü keskin bir şekilde değişirse (örneğin tavşan doğum oranındaki artış nedeniyle), yırtıcı hayvanların sayısındaki hızlı artış nedeniyle ekolojik denge çok yakında yeniden kurulacaktır. Tavşan sayısı normale dönene ve açlıktan ölmeye başlayana kadar tavşanları hızlandırılmış bir hızla yok etmek, kendi popülasyonlarını normale döndürmek, bunun sonucunda hem tavşan hem de tilki popülasyon sayıları geri dönecek tavşanlar arasındaki doğum oranındaki artıştan önce gözlemlenen normla aynı. Yani, istikrarlı bir ekosistemde, sistem bundan saparsa sistemi istikrarlı bir denge durumuna döndürmeye çalışan iç güçler de (kelimenin fiziksel anlamında olmasa da) çalışır.

Benzer etkiler ekonomik sistemlerde de gözlemlenebilir. Bir ürünün fiyatındaki keskin bir düşüş, pazarlık avcılarının talebinde bir artışa, ardından envanterde bir azalmaya ve bunun sonucunda fiyatta bir artışa ve ürüne olan talebin düşmesine neden olur ve sistem geri dönene kadar bu böyle devam eder. Arz ve talebin istikrarlı fiyat dengesi durumuna. (Doğal olarak, hem ekolojik hem de ekonomik gerçek sistemlerde, sistemi denge durumundan saptıracak dış faktörler etkili olabilir - örneğin tilkilerin ve/veya tavşanların mevsimsel olarak vurulması veya hükümetin fiyat düzenlemeleri ve/veya tüketim kotaları. Bu tür bir müdahale, denge kayması, bunun mekanikteki benzeri örneğin bir kasenin deformasyonu veya eğilmesi olabilir.)

Kararsız denge

Ancak her denge istikrarlı değildir. Bir bıçağın üzerinde dengede duran bir top hayal edin. Bu durumda kesinlikle aşağıya doğru yönlendirilen yerçekimi kuvvetinin, yukarıya doğru yönlendirilen destek reaksiyonunun kuvveti ile de tamamen dengelendiği açıktır. Ancak topun merkezi, bıçak hattı üzerinde bulunan dinlenme noktasından bir milimetre bile saptığında (ve bunun için zayıf bir kuvvet etkisi yeterlidir), denge anında bozulacak ve topun dengesi bozulacaktır. yer çekimi kuvveti topu giderek ondan daha uzağa sürüklemeye başlayacaktır.

Dengesiz doğal dengeye bir örnek, küresel ısınma dönemleri yeni buzul çağlarıyla dönüşümlü olduğunda ve bunun tersi olduğunda Dünya'nın ısı dengesidir ( santimetre. Milankovitch döngüleri). Gezegenimizin ortalama yıllık yüzey sıcaklığı, yüzeye ulaşan toplam güneş ışınımı ile Dünya'nın uzaya doğru toplam termal ışınımı arasındaki enerji dengesi tarafından belirlenmektedir. Bu ısı dengesi şu şekilde kararsız hale gelir. Bazı kışlar normalden daha fazla kar yağar. Gelecek yaz fazla karı eritmeye yetecek kadar ısı olmayacak ve ayrıca aşırı kar nedeniyle Dünya yüzeyinin güneş ışınlarının daha büyük bir kısmını eskisinden daha büyük bir kısmını uzaya geri yansıtması nedeniyle yaz normalden daha soğuk olacak. . Bu nedenle, bir sonraki kış bir öncekinden daha karlı ve soğuk geçiyor ve bir sonraki yaz yüzeyde daha da fazla kar ve buz bırakarak güneş enerjisini uzaya yansıtıyor... Böyle bir küresel iklim sistemi, termal dengenin başlangıç ​​noktasından ne kadar saparsa, iklimi kendisinden uzaklaştıran süreçler de o kadar hızlı gelişiyor. Sonuçta, dünyanın kutup bölgelerindeki yüzeyinde, uzun yıllar süren küresel soğuma boyunca, kilometrelerce buzul katmanları oluşur ve bu katmanlar kaçınılmaz olarak daha düşük ve daha düşük enlemlere doğru hareket ederek gezegene bir sonraki buzul çağını getirir. Dolayısıyla küresel iklimden daha istikrarsız bir denge hayal etmek zor.

Bir tür kararsız denge olarak adlandırılan yarı kararlı, veya yarı-kararlı denge. Dar ve sığ bir oyukta bir top hayal edin - örneğin, bir artistik patinajın bıçağının yukarıya doğru çevrilmiş hali. Denge noktasından hafif bir sapma - bir veya iki milimetre - topu oluğun merkezinde denge durumuna döndürecek kuvvetlerin ortaya çıkmasına yol açacaktır. Bununla birlikte, topu yarı kararlı denge bölgesinin ötesine taşımak için biraz daha fazla kuvvet yeterli olacaktır ve top, patenin bıçağından düşecektir. Yarı kararlı sistemler, kural olarak, bir süre denge durumunda kalma özelliğine sahiptir, daha sonra dış etkilerdeki herhangi bir dalgalanmanın bir sonucu olarak ondan "koparlar" ve kararsızların geri dönüşü olmayan bir süreç karakteristiğine "çökerler". sistemler.

Belirli lazer kurulum türlerinin çalışma maddesinin atomlarında yarı kararlı dengenin tipik bir örneği gözlenir.

Lazer çalışma sıvısının atomlarındaki elektronlar, yarı kararlı atomik yörüngeleri işgal eder ve onları yarı kararlı bir yörüngeden daha düşük kararlı bir yörüngeye “çarpan”, yeni bir ışık kuantumu yayan ilk ışık kuantumu geçişine kadar üzerlerinde kalırlar. geçen atom, sırayla bir sonraki atomun elektronunu yarı kararlı bir yörüngenin dışına atar, vb. Sonuç olarak, tutarlı fotonların çığ benzeri bir radyasyon reaksiyonu başlatılır ve aslında bir lazer ışını oluşturulur. , herhangi bir lazerin etkisinin temelini oluşturur.

Buradan, eğer cisme uygulanan tüm dış kuvvetlerin geometrik toplamı sıfıra eşitse, o zaman cisim hareketsizdir veya düzgün doğrusal hareket halindedir. Bu durumda vücuda uygulanan kuvvetlerin birbirini dengelediğini söylemek gelenekseldir. Bileşke hesaplanırken cisme etki eden tüm kuvvetler kütle merkezine uygulanabilir.

Dönmeyen bir cismin dengede olabilmesi için cisme uygulanan tüm kuvvetlerin bileşkesinin sıfıra eşit olması gerekir.

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

Bir cisim belirli bir eksen etrafında dönebiliyorsa, denge için tüm kuvvetlerin sonucunun sıfır olması yeterli değildir.

Bir kuvvetin dönme etkisi sadece büyüklüğüne değil aynı zamanda kuvvetin etki çizgisi ile dönme ekseni arasındaki mesafeye de bağlıdır.

Dönme ekseninden kuvvetin etki çizgisine çizilen dikmenin uzunluğuna kuvvetin kolu denir.

Kuvvet modülü $F$ ile kol d'nin çarpımına kuvvet momenti M denir. Cismi saat yönünün tersine döndürme eğiliminde olan kuvvetlerin momentleri pozitif kabul edilir.

Momentler kuralı: Sabit bir dönme eksenine sahip bir cisim, bu eksene göre cisme uygulanan tüm kuvvetlerin momentlerinin cebirsel toplamı sıfıra eşitse dengededir:

Genel durumda, bir cisim ötelemeli olarak hareket edebildiğinde ve dönebildiğinde, denge için her iki koşulun da karşılanması gerekir: ortaya çıkan kuvvetin sıfıra eşit olması ve kuvvetlerin tüm momentlerinin toplamının sıfıra eşit olması. Bu koşulların ikisi de barış için yeterli değildir.

Yatay bir yüzey üzerinde yuvarlanan bir tekerlek, kayıtsız dengeye bir örnektir (Şekil 1). Tekerlek herhangi bir noktada durdurulursa dengede olacaktır. Kayıtsız dengenin yanı sıra mekanik, kararlı ve kararsız denge durumları arasında ayrım yapar.

Vücudun bu durumdan küçük sapmalarıyla, vücudu denge durumuna döndürme eğiliminde olan kuvvetler veya torklar ortaya çıkarsa, denge durumuna kararlı denir.

Vücudun dengesiz bir denge durumundan küçük bir sapması ile, vücudu denge konumundan çıkarma eğiliminde olan kuvvetler veya kuvvet momentleri ortaya çıkar. Düz bir yatay yüzey üzerinde yatan bir top, kayıtsız bir denge durumundadır.

Şekil 2. Bir topun bir destek üzerindeki çeşitli denge türleri. (1) -- kayıtsız denge, (2) -- kararsız denge, (3) -- kararlı denge

Küresel bir çıkıntının üst noktasında bulunan bir top, kararsız dengeye bir örnektir. Son olarak küresel girintinin tabanındaki top kararlı bir denge durumundadır (Şekil 2).

Sabit dönme eksenine sahip bir cisim için her üç denge türü de mümkündür. Kayıtsızlık dengesi, dönme ekseni kütle merkezinden geçtiğinde ortaya çıkar. Kararlı ve kararsız dengede kütle merkezi dönme ekseninden geçen dikey bir düz çizgi üzerindedir. Üstelik kütle merkezi dönme ekseninin altındaysa denge durumu kararlı hale gelir. Kütle merkezi eksenin üzerinde yer alıyorsa denge durumu kararsızdır (Şekil 3).

Şekil 3. O eksenine sabitlenmiş homojen dairesel bir diskin kararlı (1) ve kararsız (2) dengesi; C noktası diskin kütle merkezidir; $(\overrightarrow(F))_t\ $-- yerçekimi; $(\overrightarrow(F))_(y\ )$-- eksenin elastik kuvveti; d - omuz

Özel bir durum, bir vücudun bir destek üzerindeki dengesidir. Bu durumda elastik destek kuvveti tek bir noktaya uygulanmaz, gövde tabanına dağıtılır. Vücudun kütle merkezinden geçen dikey bir çizgi destek alanından, yani destek noktalarını birleştiren çizgilerin oluşturduğu konturun içinden geçiyorsa vücut dengededir. Bu çizgi destek alanıyla kesişmezse vücut devrilir.

Sorun 1

Eğik düzlem yatayla 30o açı yapacak şekilde eğimlidir (Şekil 4). Üzerinde kütlesi m = 2 kg olan bir P cismi bulunmaktadır. Sürtünme ihmal edilebilir. Bir bloktan atılan bir iplik eğik düzlemle 45o açı yapıyor. P cismi Q yükünün hangi ağırlığında dengede olacaktır?

Şekil 4

Vücut üç kuvvetin etkisi altındadır: yerçekimi kuvveti P, ipliğin Q yüküyle gerilmesi ve düzlemin yanından düzleme dik yönde baskı yapan elastik kuvvet F. P kuvvetini bileşenlerine ayıralım: $\overrightarrow(P)=(\overrightarrow(P))_1+(\overrightarrow(P))_2$. Koşul $(\overrightarrow(P))_2=$ Denge için, hareketli blok tarafından kuvvetin iki katına çıktığı dikkate alındığında, $\overrightarrow(Q)=-(2\overrightarrow(P))_1$ olması gerekir . Dolayısıyla denge koşulu: $m_Q=2m(sin \widehat((\overrightarrow(P))_1(\overrightarrow(P))_2)\ )$. Elde ettiğimiz değerleri yerine koyarsak: $m_Q=2\cdot 2(sin \left(90()^\circ -30()^\circ -45()^\circ \right)\ )=1.035\ kg$ .

Rüzgar olduğunda bağlı balon, Dünya üzerinde kablonun bağlı olduğu noktanın üzerinde asılı kalmaz (Şekil 5). Kablo gerginliği 200 kg, düşeyle açı a=30$()^\circ$. Rüzgar basıncının kuvveti nedir?

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

Sayfa 1

Kararsız denge, dengeden çıkarılan sistemin orijinal durumuna dönmemesi, ancak başka bir kararlı duruma geçmesi ile karakterize edilir. Sistemler kısa bir süre için kararsız bir denge durumunda kalabilir. Uygulamada, daha uzak bir duruma göre kararlı olan yarı kararlı (metastabil) durumlar vardır. Karakteristik fonksiyonların birkaç uç noktaya sahip olduğu durumlarda yarı kararlı durumlar mümkündür. Belirli bir süre sonra yarı kararlı durumda olan sistem kararlı (kararlı) duruma geçer.  

Kararsız bir denge, denge durumundan çıkarılan bir sistemin orijinal durumuna geri dönmemesi, ancak yeni bir kararlı denge durumuna geçmesi açısından istikrarlı olandan farklıdır.  

Denge fiyatlarından bir miktar sapma, fiyatları denge durumundan giderek daha da uzaklaştıracak güçler yarattığında istikrarsız bir denge oluşur. Arz ve talep analizinde bu olay, hem arz hem de talep eğrilerinin negatif eğime sahip olması ve arz eğrisinin talep eğrisini yukarıdan kesmesi durumunda ortaya çıkabilir. Eğer aşağıdan geçerse, o zaman hala istikrarlı bir denge oluşur. Denge durumu hiç oluşmayabilir. Arz ve talep eğrileri örneğini kullanarak, eğrilerin kesişmediği durumların olduğu ve dolayısıyla hem alıcıları hem de satıcıları tatmin edecek bir fiyat olmadığından denge fiyatının olmadığı gösterilebilir. Ve son olarak, arz ve talep eğrileri birden fazla kez kesişebilir ve birden fazla denge fiyatı olabilir ve bunların her birinde istikrarlı bir denge olabilir.  

Kararsız denge, orijinal konumundan sapan bir cismin ona geri dönmemesi ve yeni konumda kalmaması ile karakterize edilir. Ve son olarak, eğer vücut yeni bir pozisyonda kalırsa ve orijinal pozisyonuna dönmeye çabalamıyorsa, o zaman dengeye kayıtsız denir.  

Kararsız bir denge, denge durumundan çıkarılan bir sistemin orijinal durumuna geri dönmemesi, ancak yeni, istikrarlı bir denge durumuna geçmesi açısından istikrarlı olandan farklıdır.  

Kararsız denge, sistemin durumdan (denge) çıkarıldığı, orijinal duruma geri dönmediği, ancak yeni - kararlı bir denge durumuna geçtiği için kararlı dengeden farklıdır.  

Kararsız denge, eğer vücut denge konumundan alınıp bir sonraki en yakın konuma getirilirse ve daha sonra kendi haline bırakılırsa bu konumdan daha da sapacaktır.  

Kararsız denge, denge konumundan en yakın konuma getirilen ve daha sonra kendi haline bırakılan bir cismin bu denge konumundan daha fazla sapması durumunda ortaya çıkar.  

Kararsız bir denge, denge durumundan çıkarılan sistemin orijinal durumuna geri dönmemesi, ancak yeni ve dahası istikrarlı bir denge durumuna geçmesi açısından istikrarlı olandan farklıdır. Kararsız bir denge mevcut olamaz ve bu nedenle termodinamikte dikkate alınmaz.  

Kararsız bir denge, denge durumundan çıkarılan sistemin orijinal durumuna geri dönmemesi, ancak yeni ve dahası istikrarlı bir denge durumuna geçmesi açısından istikrarlı olandan farklıdır.  

Sistemi sonsuz küçük dış etkilerden izole etmek mümkün olmadığından kararsız denge pratikte imkansızdır.  

Petrol arzı ve talebi arasındaki istikrarsız denge ve optimum enerji karışımının elde edilmesi yoluyla yumuşak bir geçiş beklentisi, dünyayı petrol tasarrufunu teşvik etmek için petrole alternatifler bulmaya ve aynı zamanda enerji tasarrufu için yasalar çıkarmaya ciddi bir ilgi göstermeye teşvik ediyor. Son olarak, işbirliğinin bu geçiş döneminde dünyanın yıkıcı kıtlıklardan kaçınmasına nasıl yardımcı olabileceği konusunda bazı düşünceler sunulmaktadır.  

Statik, mekaniğin cisimlerin denge koşullarını inceleyen dalıdır.

Newton'un ikinci yasasından, bir cisme uygulanan tüm dış kuvvetlerin geometrik toplamı sıfıra eşitse, o zaman cismin hareketsiz olduğu veya düzgün doğrusal hareket ettiği sonucu çıkar. Bu durumda vücuda uygulanan kuvvetlerin olduğunu söylemek gelenekseldir. denge birbirine göre. Hesaplarken sonuç Bir cisme etki eden tüm kuvvetler uygulanabilir kütle merkezi .

Dönmeyen bir cismin dengede olabilmesi için cisme uygulanan tüm kuvvetlerin bileşkesinin sıfıra eşit olması gerekir.

Şek. 1.14.1, üç kuvvetin etkisi altındaki katı bir cismin dengesinin bir örneğini verir. Kesişme noktası O kuvvetlerin etki çizgileri ve ağırlık uygulama noktasıyla (kütle merkezi) çakışmıyor C), ancak dengede bu noktalar zorunlu olarak aynı dikey üzerindedir. Sonucu hesaplarken tüm kuvvetler bir noktaya indirgenir.

Eğer vücut yapabiliyorsa döndürmek bir eksene göre, sonra onun dengesi için Tüm kuvvetlerin sonucunun sıfır olması yeterli değildir.

Bir cisim belirli bir eksen etrafında dönebiliyorsa, denge için tüm kuvvetlerin sonucunun sıfır olması yeterli değildir.

Dönme ekseninden kuvvetin etki çizgisine çizilen dikmenin uzunluğuna denir. güçlü omuz.

Kol başına kuvvet modülünün çarpımı D isminde kuvvet anı M. Vücudu saat yönünün tersine döndürme eğiliminde olan kuvvetlerin momentleri pozitif kabul edilir (Şekil 1.14.2).

Anların Kuralı : Sabit bir dönme eksenine sahip bir cisim, bu eksene göre cisme uygulanan tüm kuvvetlerin momentlerinin cebirsel toplamı sıfıra eşitse dengededir:

Uluslararası Birim Sisteminde (SI) kuvvetlerin momentleri şu şekilde ölçülür: NNewton- metre (N∙m) .

Genel durumda, bir cisim ötelemeli olarak hareket edebildiğinde ve dönebildiğinde, denge için her iki koşulun da karşılanması gerekir: ortaya çıkan kuvvetin sıfıra eşit olması ve kuvvetlerin tüm momentlerinin toplamının sıfıra eşit olması.

işte dengeyle ilgili oyunun ekran görüntüsü

Yatay bir yüzey üzerinde yuvarlanan bir tekerlek - bir örnek kayıtsız denge(Şekil 1.14.3). Tekerlek herhangi bir noktada durdurulursa dengede olacaktır. Kayıtsız dengenin yanı sıra mekanik, durumlar arasında ayrım yapar sürdürülebilir Ve dengesiz denge.

Vücudun bu durumdan küçük sapmalarıyla, vücudu denge durumuna döndürme eğiliminde olan kuvvetler veya torklar ortaya çıkarsa, denge durumuna kararlı denir.

Vücudun dengesiz bir denge durumundan küçük bir sapması ile, vücudu denge konumundan çıkarma eğiliminde olan kuvvetler veya kuvvet momentleri ortaya çıkar.

Düz bir yatay yüzey üzerinde yatan bir top, kayıtsız bir denge durumundadır. Küresel bir çıkıntının tepesinde bulunan bir top, kararsız dengeye bir örnektir. Son olarak küresel girintinin altındaki top kararlı bir denge durumundadır (Şekil 1.14.4).

Sabit dönme eksenine sahip bir cisim için her üç denge türü de mümkündür. Kayıtsızlık dengesi, dönme ekseni kütle merkezinden geçtiğinde ortaya çıkar. Kararlı ve kararsız dengede kütle merkezi dönme ekseninden geçen dikey bir düz çizgi üzerindedir. Üstelik kütle merkezi dönme ekseninin altındaysa denge durumu kararlı hale gelir. Kütle merkezi eksenin üzerinde yer alıyorsa denge durumu kararsızdır (Şekil 1.14.5).

Özel bir durum, bir vücudun bir destek üzerindeki dengesidir. Bu durumda elastik destek kuvveti tek bir noktaya uygulanmaz, gövde tabanına dağıtılır. Bir cisim dengededir; eğer cismin kütle merkezinden geçen dikey bir çizgi bu noktadan geçerse destek alanı yani destek noktalarını birleştiren çizgilerin oluşturduğu konturun içinde. Bu çizgi destek alanıyla kesişmezse vücut devrilir. Bir cismin bir destek üzerindeki dengesinin ilginç bir örneği, efsaneye göre Galileo tarafından cisimlerin serbest düşme yasalarını incelerken kullanılan İtalya'nın Pisa kentindeki eğik kuledir (Şekil 1.14.6). Kule, 55 m yüksekliğinde ve 7 m yarıçapında silindir şeklindedir. Kulenin tepesi dikeyden 4,5 m sapmıştır.

Kulenin kütle merkezinden geçen dikey bir çizgi, kulenin merkezinden yaklaşık 2,3 m uzakta tabanla kesişiyor. Böylece kule denge halindedir. Tepesinin dikeyden sapması 14 m'ye ulaştığında denge bozulacak ve kule düşecek. Görünüşe göre bu çok kısa sürede gerçekleşmeyecek.

78. Denge türleri: stabilite açısı, vücut dengesini koruma koşulları.

Fiziksel egzersizlerde, bir kişinin genellikle sabit bir vücut pozisyonunu koruması gerekir; örneğin, başlangıç ​​​​pozisyonları (başlangıç), son pozisyonlar (kaldırdıktan sonra halteri sabitleme), ara pozisyonlar (halkalar üzerinde açılı olarak dinlenme). Tüm bu durumlarda biyomekanik bir sistem olarak insan vücudu dengededir. Pozisyonu koruyan kişiye bağlı bedenler (örneğin halter, akrobasi partneri) de dengede olabilir. Vücut pozisyonunu korumak için kişinin dengede olması gerekir. Vücudun konumu, duruşu, yönelimi ve uzaydaki konumu ile destekle olan ilişkisi tarafından belirlenir. Sonuç olarak, vücudun pozisyonunu korumak için kişinin duruşunu sabitlemesi ve uygulanan kuvvetlerin duruşunu değiştirmesine ve vücudunu belirli bir yerden herhangi bir yönde hareket ettirmesine veya desteğe göre dönmesine neden olmasına izin vermemesi gerekir.

Konumu korurken kuvvetler dengelenir

Bir partnerin veya rakibin ve diğerlerinin yerçekimi kuvvetleri, yer reaksiyonu, ağırlık ve kas çekişi, vücut parçalarının desteklerine göre konumuna bağlı olarak hem rahatsız edici hem de dengeleyici kuvvetler olabilen biyomekanik sisteme uygulanır.

Her durumda, bir kişi bir pozisyonunu koruduğunda, değişken bir cisimler sistemi (tamamen katı bir cisim veya maddi bir nokta değil) dengededir.

Fiziksel egzersiz koşullarında, pozisyonu korurken, vücudunun yerçekimi kuvvetleri ve diğer vücutların ağırlığı ile serbest düşüşü önleyen destek reaksiyon kuvvetleri çoğunlukla insan vücuduna uygulanır. Kas çekişinin katılımı olmadan yalnızca pasif pozisyonlar korunur (örneğin, yerde, suda yatmak).

Aktif pozisyonlarda, kas gerginliği nedeniyle karşılıklı olarak hareket edebilen gövdeler (vücut bağlantıları) sistemi sertleşiyor gibi görünüyor ve tek bir katı gövdeye benzer hale geliyor; İnsan kasları statik çalışmaları sayesinde hem duruşun hem de uzaydaki pozisyonun korunmasını sağlar. Bu, aktif pozisyonlarda dengeyi korumak için kas çekişinin iç kuvvetlerinin dış kuvvetlere eklendiği anlamına gelir.

Tüm dış kuvvetler bölünmüştür rahatsız edici (devirme, saptırma) Vücut pozisyonunu değiştirmeyi amaçlayan ve dengeleme rahatsız edici kuvvetlerin hareketini dengeleyen. Kas çekiş kuvvetleri çoğunlukla dengeleme kuvvetleri olarak görev yapar. Ancak belirli koşullar altında rahatsız edici güçler de olabilirler, yani bedenin uzaydaki hem duruşunu hem de konumunu değiştirmeyi amaçlayabilirler.

Bir cisimler sisteminin denge koşulları

İnsan vücudunun (vücut sistemi) dengesi için, dış kuvvetlerin ana vektörünün ve ana momentinin sıfıra eşit olması ve tüm iç kuvvetlerin pozun (sistemin şekli) korunmasını sağlaması gerekir.

Ana vektör ve ana moment sıfır ise cisim hareket etmez veya dönmez, doğrusal ve açısal ivmeleri sıfırdır. Bir cisimler sistemi için bu koşullar da gereklidir, ancak artık yeterli değildir. İnsan vücudunun bir vücut sistemi olarak dengesi aynı zamanda vücut duruşunun korunmasını da gerektirir. Kaslar yeterince güçlü olduğunda ve kişi bu gücü nasıl kullanacağını bildiğinde çok zor durumda kalacaktır. Daha az güçlü bir kişi böyle bir konumu koruyamaz, ancak dış kuvvetlerin konumuna ve büyüklüğüne bağlı olarak denge mümkündür. Farklı insanların hala sürdürebildikleri kendi sınırlayıcı pozları vardır.

Katı cisim dengesi türleri

Katı bir cismin denge türü, keyfi olarak küçük bir sapma durumunda yerçekiminin etkisi ile belirlenir: a) kayıtsız denge - yerçekiminin etkisi değişmez; b) stabil - vücudu her zaman önceki pozisyonuna döndürür (bir stabilite anı ortaya çıkar); c) kararsız - yerçekiminin etkisi her zaman vücudun devrilmesine neden olur (bir alabora anı meydana gelir); d) sınırlı-kararlı - potansiyel bariyerden önce, vücudun konumu eski haline getirilir (bir anlık stabilite meydana gelir), ardından vücut devrilir (bir devrilme anı meydana gelir).

Katı mekaniğinde üç tür denge vardır: kayıtsız, kararlı ve kararsız. Bu türler vücudun davranışında farklılık gösterir ve dengeli bir konumdan biraz sapar. İnsan vücudu duruşunu tamamen koruduğunda ("katılaşma") katı cisim dengesi yasaları ona uygulanır.

Kayıtsız Denge herhangi bir sapmaya rağmen dengenin korunmasıyla karakterize edilir. Yatay bir düzlemdeki (alt destek) bir top, silindir, dairesel koni herhangi bir şekilde döndürülebilir ve hareketsiz kalacaktır. Böyle bir gövdedeki yerçekiminin etki çizgisi (G) (yerçekimi çizgisi) her zaman dayanak noktasından geçer ve destek reaksiyon kuvvetinin (R) etki çizgisiyle çakışır; birbirlerini dengelerler. Spor teknolojisinde karada ve suda kayıtsız bir dengeye neredeyse hiç rastlanmaz.

Kararlı denge herhangi bir sapma ile önceki konuma geri dönüş ile karakterize edilir. İki nedenden dolayı keyfi küçük sapmalar için kararlıdır; a) vücudun ağırlık merkezi yükselir (h), yerçekimi alanında bir potansiyel enerji rezervi yaratılır; b) yerçekimi çizgisi (G) desteğin içinden geçmez, bir yerçekimi omuzu belirir (d) ve bir yerçekimi anı ortaya çıkar (kararlılık anı Zorunlu = Gd), vücudu geri getirir (potansiyel enerjide bir azalma ile) önceki konumuna. Bu tür bir denge, üst desteği olan insanlarda meydana gelir. Örneğin halkalara asılı bir jimnastikçi; kol omuz ekleminde serbestçe asılıdır. Vücudun yerçekimi kuvveti, vücudu önceki konumuna döndürür.

Kararsız denge ne kadar küçük bir sapma olursa olsun, daha büyük bir sapmaya neden olması ve vücudun kendisinin önceki konumuna dönememesi ile karakterize edilir. Bu, vücudun bir destek noktası veya çizgisine (vücut kenarı) sahip olduğu, daha düşük destekli pozisyondur. Cisim saptığında: a) ağırlık merkezi (- h) altına düştüğünde, çekim alanındaki potansiyel enerji azalır; b) yerçekimi çizgisi (G), vücudun sapması ile dayanak noktasından uzaklaşır, omuz (d) ve yerçekimi momenti artar (devrilme momenti Mopr. = Gd); vücudu önceki konumundan giderek daha fazla saptırır. Doğada istikrarsız bir dengenin sağlanması neredeyse imkansızdır.

Fiziksel egzersizlerde, genellikle aşağıda bir destek alanı (alt destek) bulunduğunda başka bir denge türü ortaya çıkar. Vücudun hafif bir sapması ile ağırlık merkezi yükselir (+ h) ve bir stabilite anı ortaya çıkar (Must = Gd). İstikrarlı bir dengenin işaretleri var; vücudun yerçekimi momenti onu eski konumuna döndürecektir. Ancak bu durum ancak belirli sınırlara saptırıldığında, yerçekimi çizgisi destek alanının kenarına ulaşıncaya kadar devam eder. Bu pozisyonda zaten dengesiz denge koşulları ortaya çıkar: daha fazla sapma ile vücut devrilir; ters yönde en ufak bir sapmada eski konumuna geri döner. Destek alanının sınırı “potansiyel bariyerin” (maksimum potansiyel enerji) tepesine karşılık gelir. Zıt bariyerler arasındaki sınırlar (“potansiyel delik”) dahilinde, her yönde sınırlı-kararlı bir denge oluşur.

Bir nesnenin stabilitesi, dengesizliği ortadan kaldırma ve konumunu koruma yeteneği ile karakterize edilir. Dengesizliğe direnme yeteneği olarak statik istikrar göstergeleri ve dengeyi yeniden sağlama yeteneği olarak dinamik göstergeler vardır.

Katı bir cismin stabilitesinin statik göstergesi(sınırlı-kararlı dengede) stabilite katsayısı olarak hizmet eder. Stabilitenin sınırlayıcı momentinin devrilme momentine oranına eşittir. Duran bir cismin stabilite katsayısı birliğe eşit veya ondan büyük olduğunda alabora olmaz. Birden küçükse denge sağlanamaz. Bununla birlikte, bir cisimler sistemi için yalnızca bu iki mekanik faktörün (iki kuvvet momenti) direnci, eğer konfigürasyonu değiştirebiliyorsa, gerçek resmi tamamlamaz. Sonuç olarak, vücudun stabilite katsayısı ve sabit vücut sistemi, statik stabiliteyi dengesizliğe direnme yeteneği olarak karakterize eder. İnsanlarda stabiliteyi belirlerken, kas çekişinin aktif direncini ve dirence hazır olmayı her zaman hesaba katmak gerekir.

Katı bir cismin stabilitesinin dinamik göstergesi stabilite açısı görevi görür. Bu, yerçekiminin etki çizgisi ile ağırlık merkezini destek alanının karşılık gelen kenarına bağlayan düz çizginin oluşturduğu açıdır. Stabilite açısının fiziksel anlamı, vücudun devrilmeye başlaması için döndürülmesi gereken dönme açısına eşit olmasıdır. Stabilite açısı, dengenin hala ne ölçüde sağlanabildiğini gösterir. Dinamik stabilitenin derecesini karakterize eder: açı daha büyükse stabilite daha büyüktür. Bu gösterge, bir cismin stabilite derecesini farklı yönlerde karşılaştırmak için uygundur (destek alanı bir daire değilse ve ağırlık çizgisi merkezden geçmiyorsa).

Bir düzlemdeki iki stabilite açısının toplamı bu düzlemdeki denge açısı olarak kabul edilir. Belirli bir düzlemdeki stabilite marjını karakterize eder, yani, bir yöne veya diğerine olası bir devrilmeden önce ağırlık merkezinin hareket aralığını belirler (örneğin, kayak yaparken bir slalomcu için, denge kirişindeki bir jimnastikçi için, ayakta duran bir güreşçi).

Biyomekanik bir sistemin dengede olması durumunda, dinamik stabilite göstergelerinin uygulanabilmesi için önemli açıklamaların dikkate alınması gerekir.

İlk olarak, etkili insan desteğinin alanı her zaman desteğin yüzeyi ile örtüşmemektedir. İnsanlarda, katı bir gövdede olduğu gibi, destek yüzeyi, desteğin en uç noktalarını (veya çeşitli destek alanlarının dış kenarlarını) birleştiren çizgilerle sınırlıdır. Ancak insanlarda, etkili destek alanının sınırı genellikle desteğin konturunun içinde bulunur, çünkü yumuşak dokular (çıplak ayaklar) veya zayıf bağlantılar (yerde amuda duran parmakların uç falanksları) dengeyi sağlayamaz. yük. Bu nedenle devrilme çizgisi destek yüzeyinin kenarından içeri doğru kayar, etkili destek alanı destek yüzeyinin alanından daha azdır.

İkincisi, kişi hiçbir zaman tüm vücudunu devrilme çizgisine göre (küp gibi) saptırmaz, duruşunu tam olarak korumadan herhangi bir eklemin eksenine göre hareket eder (örneğin ayakta dururken ayak bileği eklemlerinde hareket vardır). .

Üçüncüsü, sınır pozisyonuna yaklaşırken, genellikle duruşu korumak zorlaşır ve sadece "sertleşmiş gövdenin" devrilme çizgisi etrafında devrilmesi değil, aynı zamanda düşmeyle birlikte duruşta bir değişiklik meydana gelir. Bu, sert bir cismin devrilme kenarı etrafında bükülmesinden ve devrilmesinden (eğim) önemli ölçüde farklıdır.

Dolayısıyla, sınırlı-kararlı bir dengedeki kararlılık açıları, dinamik kararlılığı, dengeyi yeniden sağlama yeteneği olarak karakterize eder. İnsan vücudunun stabilitesini belirlerken, etkili destek alanının sınırlarını, vücudun sınır konumuna kadar duruşun korunmasının güvenilirliğini ve gerçek devrilme hattını da hesaba katmak gerekir.