Масса тела, сила тяжести, вес тела.

 

Масса физического тела – это количество вещества, содержащееся в теле или в отдельном звене. Вместе с тем масса тела - это величина, выражающая его инертность. Под инертностью понимается свойство, присущее всем телам, состоящее в том, что для изменения скорости тела на заданную величину нужно, чтобы действие на него другого тела длилось некоторое время. Чем время больше, тем инертнее тело. Масса тела не зависит от того, в каких взаимодействиях участвует тело, ни от того, как оно движется. Что бы с телом ни происходило, его масса остаётся одной и той же. Масса выражается в килограммах [6]. Но в повседневной жизни мы привыкли в килограммах выражать вес. Во избежание путаницы попробуем разобраться во взаимосвязи веса и массы.

Вес тела – это сила, с которой тело воздействует на опору (или подвес) вследствие притяжения к Земле. Когда нет никакой опоры, нет и веса, т.е. тело, находящееся в свободном падении, ничего не весит. Но при этом его масса не изменяется.

Как и любая другая сила, вес выражается в ньютонах. При взвешивании какого либо физического тела на пружинных весах измеряется сила, с которой это тело растягивает пружину под воздействием исключительно силы притяжения к Земле. Именно поэтому в стандартных условиях вес тела Р численно равен силе тяжести F_g, которая в соответствии со вторым законом Ньютона, равна произведению массы тела m на ускорение свободного падения g: F_g= m*g.

Хотя для неподвижного тела сила веса равна силе тяжести, эти две силы нужно чётко различать: сила тяжести приложена к самому телу, притягиваемому Землёй, а вес тела – к опоре или подвесу. В тех случаях, когда эти силы равны и нас интересует только величина силы, а не точка её приложения, смешение понятий сила тяжести и сила веса не приводит к ошибкам.

При условии неизменности ускорения свободного падения масса тела пропорциональна силе тяжести, а значит и весу тела. Интересно, что если какое-либо тело взвесить на одних и тех же пружинных весах сначала на экваторе, а затем на полюсе, показания весов будут отличаться примерно на полпроцента из-за разницы в величине ускорения свободного падения, которая вызвана различным расстоянием до центра Земли и её суточным вращением [13].

Для измерения какой-либо физической величины необходимо сначала выбрать эталон этой физической величины. В качестве эталона массы принята масса платиновой гири-образца, хранящейся в Международном бюро мер и весов в Париже и именуемая килограммом (кг). Но самое интересное, что в качестве эталона силы принята та же самая платиновая гиря. Любая пружина, растянутая подвешенной к ней гирей-эталоном, будет действовать с определённой силой, которую называют килограмм-сила и обозначают кГ. Нужно обратить внимание на то, что определения этих двух величин, получивших почти одинаковые названия (килограмм-сила и килограмм-масса), и обозначения (кГ и кг) основаны на совершенно различных свойствах одного и того же тела – парижской гири-образца. Сила определена по притяжению образца Землёй, а масса – как мера инертности гири, т.е. её способности получать те или иные ускорения под действием различных сил.

Таким образом, если говорят, что спортсмен весит 70 килограммов, это означает не что иное, как то, что его масса составляет 70 кг (килограмм-массы), а вес – 70 кГ (килограмм-силы).

Сила веса возникает в результате притяжения Земли, но по величине она может отличаться от силы притяжения Земли. Это бывает в тех случаях, когда кроме Земли и подвеса на данное тело действуют какие-либо другие тела [14]. Поясним это на примере, связанном с подтягиванием на перекладине.

Когда речь идёт о силе, действующей на гриф перекладины во время подтягиваний, т.е. о силе, которая на совершенно законных основаниях называется весом, то нет ничего удивительного в том, что такая сила может претерпевать разнообразные количественные изменения в различных фазах цикла подтягиваний. Это связано с тем, что сила давления на гриф определяется не только силой тяжести, а является равнодействующей всех сил, действующих на гриф в местах расположения хвата. Так, при висе в исходном положении сила, действующая на гриф перекладины, численно равна силе тяжести, при разгоне тела в начальной части фазы подъёма – больше её, а при торможении при опускании в вис – меньше. При гашении остаточной скорости в момент прихода в исходное положение эта сила может достигать таких высоких значений, что вызванная ею дополнительная ударная нагрузка на кисти (называемая перегрузкой) может привести к срыву с перекладины.

Геометрия масс. Распределение масс между звеньями тела и внутри звеньев называется геометрией масс [3]. Наиболее общим показателем распределения масс в теле служит общий центр тяжести тела (ОЦТ) [21]. Общий центр тяжести тела располагается в зависимости от телосложения человека. В симметричном положении человека стоя с опущенными руками ОЦТ находится на уровне от 1 до 5 крестцового позвонков. С изменением формы тела за счёт иного расположения его частей изменяет своё положение и ОЦТ. В некоторых положениях тела ОЦТ может быть за пределами тела. Чтобы определить, как будет смещаться ОЦТ при движениях человека, нужно определить массы частей тела и расположение их центров тяжести

В человеческом теле около 70 звеньев. Для решения практических задач обычно используется пятнадцатизвенная модель. Величина массы отдельных звеньев тела человека для такой модели в среднем составляет: головы -. 7% от массы всего тела, туловища - 46.4%, плеча - 2.6%, предплечья - 1.8%, кисти - 0.7%, бедра - 12.2%, голени -1 4.6%, стопы - 1.4% [4].

Зная массу тела, массу любого звена можно рассчитать по формуле:

 

(1.1)

где:

- масса звена, кг;

- процент массы звена от массы тела, кг;

- масса тела, кг.