Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - [16]

* * *

ПРИМЕР 1. На рис. 2.15 изображена книга, лежащая на столе. Сколько бы эти предметы ни находились в контакте, каждый будет оказывать действие на другой: книга действует с силой на стол, а стол действует с силой на книгу. Величины сил будут одинаковыми, а векторы — противоположными по направлению. Назовем силы условно: «книга на стол» (КС) и «стол на книгу» (СК). Вектор КС приложен к столу, и его источником является давление книги, направленное вниз, и равное, в данном случае, весу книги. Вектор СК приложен к книге и является результатом сопротивления стола на книгу, направленного вверх, с силой, равной КС. Силы КС и СК относятся к паре «действие-реакция» как силы реакции или контактные силы.

Рис. 2.15.Силы реакции опоры и «книга на стол» (КС) и «стол на книгу» (СК)

* * *

Важно отметить, что в любой паре сил точки приложения находятся на разных предметах, но не на одном, как неправильно показано на рис. 2.14. На рис. 2.15 книга действует на стол, и стол одновременно действует на книгу. Пара взаимодействия или силы реакции в этом случае всегда будет носить противоположные имена. На рис. 2.3 векторы назывались «коробка на левую кисть» и «коробка на правую кисть». Поскольку силы действуют парами, а контактирующие предметы всегда действуют с силой друг на друга, мы должны иметь также две дополнительных силы, называемые «правая кисть на коробку» и «левая кисть на коробку». Каждый из этих векторов приложен к коробке и направлен вверх с величиной усилия в 1 кг.

Поскольку сила тяжести в реальности на предмет не действует, то можно подумать, что реакция силы тяжести, или сила «земля на предмет», не имеет пары. Сила тяжести тоже должна иметь силу реакции. Земля притягивает все предметы, имеющие массу; аналогичным образом, все предметы тоже притягивают Землю с силой, равной по величине и противоположной по направлению. Поскольку притяжение Земли маленьким предметом представляется несравнимым с действием Земли на маленький предмет, силой действия «объект-Земля» обычно пренебрегают (она как бы не существует). Мы же можем продолжать считать, что на все, касающееся тела, оказывается сила реакции, т. е. имеется взаимодействующая пара.

Когда объясняют силы, действующие на предмет или набор предметов, следует помнить, что:

• силы, действующие на предмет, исходят от объектов, которые соприкасаются с этим предметом;

• сила тяжести действует на все предметы;

• каждый раз, когда предметы входят в контакт, они действуют друг на друга с силой (все силы действуют парами).

2.4. Равновесие

Основной проблемой при рассмотрении сил, действующих на предмет и, в частности, на тело, является эффект, оказываемый этими силами на предмет или тело. Находится ли предмет в состоянии поступательного, вращательного или криволинейного движения зависит от сил, действующих на этот предмет. Также возможно, что сила действует на предмет, не вызывая при этом его движения. Статика — это изучение условий, при которых предметы остаются в равновесии (в покое или в постоянном движении), и это состояние является результатом сил, действующих на них.

2.4.1. Закон инерции Ньютона

Первый закон Ньютона, закон инерции, относится к предметам, находящимся в равновесии. Закон гласит, что предмет остается в состоянии покоя или постоянного движения, если на него не действует сила, выводящая его из равновесия. Постоянное движение происходит, когда предмет движется с постоянной скоростью. Если эта постоянная скорость равна нулю, предмет находится в состоянии покоя. Инерция является свойством предмета, который сопротивляется как началу движения, так и изменению движения. Скорость является векторной количественной характеристикой, обладающей как величиной, так и направлением. Соответственно, постоянная скорость — это движение с постоянной быстротой и в постоянном направлении. Скорость может быть линейной (при поступательном движении) или угловой (при вращательном движении). Если мы имеем дело с человеческим телом и его сегментами, то равновесие движения (или постоянная скорость) встречается нечасто. Таким образом, в рамках этой книги понятие равновесия можно упростить и говорить далее, что объект находится в покое, если только не вводятся дополнительные переменные.

Закон инерции Ньютона (или закон равновесия) можно переформулировать. Для равновесия объекта сумма действующих на него сил должна быть равна 0 (ΣF = 0) или F₁ = F₂, либо сила воздействия (|F₁|) должна быть по модулю равна силе противодействия (|F₂|), т. е. (|F₁|) = |F₂|. Объект не может находиться в равновесии, если на него действует только одна сила, поскольку ей будет нечего противопоставить. Если сила существует, она имеет некую величину, и эта величина нулю равняться не может.

2.4.2. Определение равновесия предмета

Используя то, что узнали, мы можем объяснять все силы, действующие на тело в состоянии покоя. На рис. 2.15 показана лежащая на столе книга. Допустим, что книга находится в равновесии (лежит на столе и находится в состоянии покоя). Теперь мы можем объяснить характер и величину всех действующих на книгу сил (заметим, что сейчас мы говорим о книге, но не о столе).