Костная система человеческого организма устроена таким образом, что при наибольшей легкости она представляет наибольшую прочность и противодействовать влиянию толчка и сотрясения. Длинные кости имеют трубчатое строение. Известно, что трубка обладает большей прочностью, чем стержень такой же массы. Также существует закономерность в расположении пластинок губчатого вещества, из которого образованы головки длинных костей. Пластинки губчатого вещества кости располагаются так, что противостоят растяжению и сжатию, часто пересекаются под углом 90˚. При этом происходит разложение сил на две составные, являющиеся сторонами параллелограмма сил, по диагонали которого действуют силы сжатия и растяжения. Поскольку перекладины опираются на компактное вещество кости, возникает жесткая и прочная конструкция, в которой нагрузка равномерно распределяется на всю кость.В организме человека многие кости выполняют функцию рычага.Рычаг обладает очень важным свойством, обусловившим его широкое распространение в природных механизмах, таких, например, как скелеты человека и животных. Это свойство - очень высокий коэффициент полезного действия, достигающий 98-100%. Высокий КПД рычага определяется тем, что в нем малы потери на трение.Рычажными механизмами в скелете человека являются почти все кости, имеющие некоторую свободу движения: кости конечностей, нижняя челюсть, череп (точка опоры -первый позвонок), фаланги пальцев.Главные кости и мышцы руки человека показаны на рисунке 2. Кисть посредством лучезапястного сустава крепится к лучевой кости, которая, в свою очередь, прикрепляется к локтевой кости посредством локтевого сустава. При плечевого сустава рука крепится к лопатке.Основными рабочими мышцами руки, отвечающими за перемещение предплечья, являются бицепс (двуглавая мышца) и трицепс (трехглавая мышца). Как все мышцы, они не могут создавать толкающих усилий - они могут только тянуть. Когда человек поднимает одной рукой предмет, бицепс сокращается, а трицепс удлиняется.Когда человек опускает предмет, происходит противоположное, в чем нетрудно убедиться на опыте:(Силы, действующие на мышцы и кости, схематично показаны на рисунке 2)F1 – сила, действующая со стороны плеча и суставов;F2 – сила, действующая со стороны бицепса на локтевой сустав; – сила тяжести, действующая на систему рука-кисть; – вес груза;r2 – расстояние от локтя (точка О) до центра присоединения бицепса (обычно 4 см);r3 – расстояние от точки О до центра масс системы рука-кисть;r4 – расстояние от точки О до центра масс груза (считается, что он совпадает с центром масс руки).Если предположить, что человек, удерживающий груз, имеет массу 80 кг и рост 1,83 м, то величины, характеризующие руку как рычаг, могут быть такими: r4=0,35 м; r3=0,19 м; F3=24 H; F4=98 H.Решая уравнения сил и моментов (∑ =0; ∑ =0) получаем: F2-( F1+ F2- F4)=0r1 F1+ r2 F2- r3 F3=0Окончательно имеем: F2=968 Н; F1=847 Н (Эти силы значительно больше веса груза, удерживаемого рукой.)Таким образом, чтобы удержать груз некоторой массы, необходимо усилие мышцы, почти в 10 раз превышающее силу тяжести, действующую на груз.
Решение. Мяч движется вертикально. Значит, на него действует сила тяжести, то есть мяч движется равнозамедленно вверх и равноускоренно вниз. Время движения вверх и вниз равны. В точке, в которой мяч находится на максимальной высоте, его скорость равна нулю. Следовательно,
Направим ось вверх (в сторону начальной скорости). Тогда максимальную высоту можем определить по формуле
Дано:
Найти:![t - ?](/tpl/images/0203/6802/15db9.png)
Решение. Мяч движется вертикально. Значит, на него действует сила тяжести, то есть мяч движется равнозамедленно вверх и равноускоренно вниз. Время движения вверх и вниз равны. В точке, в которой мяч находится на максимальной высоте, его скорость равна нулю. Следовательно,
Направим ось
вверх (в сторону начальной скорости). Тогда максимальную высоту можем определить по формуле ![h_{\text{max}} = \dfrac{v^{2} - v_{0}^{2}}{-2g} = \dfrac{v_{0}^{2}}{2g}.](/tpl/images/0203/6802/3946d.png)
Значит, время подъёма![t_{1} = \dfrac{2 \cdot \dfrac{v_{0}^{2}}{2g}}{v_{0}} = \dfrac{v_{0}}{g}](/tpl/images/0203/6802/e5fd7.png)
Время на подъём и падение одинаковое, значит,![t = 2t_{1} = \dfrac{2v_{0}}{g}](/tpl/images/0203/6802/0aca8.png)
Определим значение искомой величины:
ответ:![t = 4 \ \text{c}](/tpl/images/0203/6802/f4326.png)