Para avaliar as propriedades de desempenho dos produtos e determinar as características físicas e mecânicas dos materiais, várias instruções, GOSTs e outros documentos regulatórios e consultivos são usados. Também são recomendados métodos para testar a destruição de toda uma série de produtos ou amostras do mesmo tipo de material. Este não é um método muito econômico, mas eficaz.

Caracterização

As principais características das propriedades mecânicas dos materiais são as seguintes.

1. Resistência à tração ou resistência à tração - aquela força de tensão que é fixada na carga mais alta antes da destruição da amostra. As características mecânicas de resistência e plasticidade dos materiais descrevem as propriedades dos sólidos para resistir a mudanças irreversíveis de forma e destruição sob a influência de cargas externas.

2. A tensão é chamada de condicional quando a deformação residual atinge 0,2% do comprimento da amostra. Esta é a menor tensão enquanto a amostra continua a se deformar sem um aumento perceptível na tensão.

3. O limite de resistência a longo prazo é chamado de maior tensão, a uma determinada temperatura, causando a destruição da amostra por um determinado tempo. A determinação das características mecânicas dos materiais é guiada pelas unidades finais de resistência a longo prazo - a destruição ocorre a 7.000 graus Celsius em 100 horas.

4. O limite de fluência condicional é a tensão que causa a uma determinada temperatura por um determinado tempo na amostra um determinado alongamento, bem como a taxa de fluência. O limite é a deformação do metal por 100 horas a 7.000 graus Celsius em 0,2%. A fluência é uma certa taxa de deformação de metais sob carga constante e alta temperatura por um longo tempo. A resistência ao calor é a resistência de um material à fratura e à fluência.

5. O limite de resistência é o valor mais alto da tensão do ciclo quando a falha por fadiga não ocorre. O número de ciclos de carregamento pode ser dado ou arbitrário, dependendo de como o teste mecânico dos materiais é planejado. As características mecânicas incluem fadiga e resistência do material. Sob a ação de cargas no ciclo, os danos se acumulam, as rachaduras são formadas, levando à destruição. Isso é fadiga. E a propriedade de resistência à fadiga é a resistência.

Tensão e compressão

Os materiais usados ​​na prática de engenharia são divididos em dois grupos. O primeiro é plástico, para cuja destruição devem aparecer deformações residuais significativas, o segundo é frágil, colapsando em deformações muito pequenas. Naturalmente, tal divisão é muito arbitrária, pois cada material, dependendo das condições criadas, pode se comportar tanto como frágil quanto como dúctil. Depende da natureza do estado de tensão, da temperatura, da taxa de deformação e de outros fatores.

As características mecânicas dos materiais em tração e compressão são eloquentes tanto para materiais dúcteis quanto para materiais frágeis. Por exemplo, o aço macio é testado em tração, enquanto o ferro fundido é testado em compressão. O ferro fundido é frágil, o aço é dúctil. Materiais frágeis têm maior resistência à compressão, enquanto a deformação por tração é pior. O plástico tem aproximadamente as mesmas características mecânicas dos materiais em compressão e tração. No entanto, seu limiar ainda é determinado pelo alongamento. São esses métodos que podem determinar com mais precisão as características mecânicas dos materiais. O diagrama de tensão e compressão é apresentado nas ilustrações deste artigo.

Fragilidade e plasticidade

O que é plasticidade e fragilidade? A primeira é a capacidade de não entrar em colapso, recebendo deformações residuais em grande quantidade. Esta propriedade é decisiva para as operações tecnológicas mais importantes. Dobrar, trefilar, trefilar, estampar e muitas outras operações dependem das características da plasticidade. Os materiais dúcteis incluem cobre recozido, latão, alumínio, aço macio, ouro e similares. Bronze e duralumínio são muito menos plásticos. Quase todos os aços ligados são muito fracamente dúcteis.

As características de resistência dos materiais plásticos são comparadas com o limite de escoamento, que será discutido abaixo. As propriedades de fragilidade e plasticidade são muito influenciadas pela temperatura e taxa de carregamento. A tensão rápida torna o material quebradiço, enquanto a tensão lenta o torna dúctil. Por exemplo, o vidro é um material frágil, mas pode suportar uma carga de longo prazo se a temperatura for normal, ou seja, mostrar as propriedades da plasticidade. A é dúctil, porém, sob forte carga de choque, manifesta-se como um material frágil.

Método de oscilação

As características físicas e mecânicas dos materiais são determinadas pela excitação de longitudinal, flexão, torção e outras, ainda mais complexas, e dependendo do tamanho das amostras, formas, tipos de receptor e excitador, métodos de fixação e esquemas de aplicação dinâmica. cargas. Produtos de grande porte também estão sujeitos a testes usando este método, se o método de aplicação nos métodos de aplicação da carga, excitação de vibrações e registro delas for significativamente alterado. O mesmo método determina as características mecânicas dos materiais quando é necessário avaliar a rigidez de grandes estruturas. No entanto, este método não é usado para determinação local das características do material em um produto. A aplicação prática da técnica só é possível quando as dimensões geométricas e densidade são conhecidas, quando é possível fixar o produto em suportes e no próprio produto - transdutores, certas condições de temperatura são necessárias, etc.

Por exemplo, ao mudar os regimes de temperatura, ocorre uma ou outra mudança, as características mecânicas dos materiais tornam-se diferentes quando aquecidas. Quase todos os corpos se expandem nessas condições, o que afeta sua estrutura. Qualquer corpo tem certas características mecânicas dos materiais de que é composto. Se essas características não mudam em todas as direções e permanecem as mesmas, tal corpo é chamado de isotrópico. Se as características físicas e mecânicas dos materiais mudarem - anisotrópicas. Este último é uma característica de quase todos os materiais, apenas em uma extensão diferente. Mas existem, por exemplo, aços, onde a anisotropia é muito insignificante. É mais pronunciado em materiais naturais como a madeira. Nas condições de produção, as características mecânicas dos materiais são determinadas através do controle de qualidade, onde são utilizados vários GOSTs. Uma estimativa de heterogeneidade é obtida a partir do processamento estatístico quando os resultados do teste são resumidos. As amostras devem ser numerosas e cortadas a partir de um desenho específico. Este método de obtenção de características tecnológicas é considerado bastante trabalhoso.

método acústico

Existem muitos métodos acústicos para determinar as propriedades mecânicas dos materiais e suas características, e todos eles diferem nas formas de entrada, recepção e registro de oscilações nos modos sinusoidal e pulsado. Métodos acústicos são usados ​​no estudo, por exemplo, de materiais de construção, sua espessura e estado de tensão, durante a detecção de falhas. As características mecânicas dos materiais estruturais também são determinadas por métodos acústicos. Inúmeros dispositivos acústicos eletrônicos já estão sendo desenvolvidos e produzidos em massa, que permitem registrar ondas elásticas, seus parâmetros de propagação tanto no modo senoidal quanto no modo pulsado. Com base neles, são determinadas as características mecânicas da resistência dos materiais. Se forem utilizadas vibrações elásticas de baixa intensidade, este método torna-se absolutamente seguro.

A desvantagem do método acústico é a necessidade de contato acústico, o que nem sempre é possível. Portanto, esses trabalhos não são muito produtivos se for necessário obter com urgência as características mecânicas da resistência dos materiais. O resultado é muito influenciado pelo estado da superfície, pelas formas geométricas e dimensões do produto em estudo, bem como pelo ambiente onde os testes são realizados. Para superar essas dificuldades, um problema específico deve ser resolvido por um método acústico estritamente definido ou, pelo contrário, vários deles devem ser usados ​​ao mesmo tempo, dependendo da situação específica. Por exemplo, os plásticos reforçados com vidro se prestam bem a esse estudo, pois a velocidade de propagação das ondas elásticas é boa e, portanto, a sondagem de ponta a ponta é amplamente utilizada, quando o receptor e o emissor estão localizados em superfícies opostas da amostra .

Defectoscopia

Métodos de detecção de falhas são usados ​​para controlar a qualidade de materiais em várias indústrias. Existem métodos não destrutivos e destrutivos. Os seguintes são não destrutivos.

1. Para determinar rachaduras nas superfícies e falta de penetração, é usado detecção de falhas magnéticas. As áreas que apresentam tais defeitos são caracterizadas por campos dispersos. Você pode detectá-los com dispositivos especiais ou simplesmente aplicar uma camada de pó magnético em toda a superfície. Nos locais de defeitos, a localização do pó mudará mesmo quando aplicado.

2. A detecção de falhas também é realizada usando ultrassom. O feixe direcional será refletido (espalhado) de forma diferente, mesmo se houver alguma descontinuidade no interior da amostra.

3. Defeitos no material mostram bem método de pesquisa de radiação, com base na diferença na absorção de radiação por um meio de densidade diferente. Detecção de falhas de raios gama e raios-X são usados.

4. Detecção de falhas químicas. Se a superfície for gravada com uma solução fraca de ácido nítrico, ácido clorídrico ou uma mistura deles (aqua regia), então, em locais onde há defeitos, uma rede aparece na forma de listras pretas. Você pode aplicar um método no qual as impressões de enxofre são removidas. Em locais onde o material é heterogêneo, o enxofre deve mudar de cor.

Métodos destrutivos

Os métodos destrutivos já estão parcialmente desmantelados aqui. As amostras são testadas quanto à flexão, compressão, tensão, ou seja, são usados ​​métodos destrutivos estáticos. Se o produto for testado por cargas cíclicas variáveis ​​na flexão por impacto, as propriedades dinâmicas serão determinadas. Os métodos macroscópicos traçam uma imagem geral da estrutura do material e em grandes volumes. Para tal estudo, são necessárias amostras especialmente polidas, que são submetidas ao ataque ácido. Assim, é possível identificar a forma e disposição dos grãos, por exemplo, no aço, a presença de cristais com deformação, fibras, cascas, bolhas, trincas e outras heterogeneidades da liga.

Os métodos microscópicos estudam a microestrutura e revelam os menores defeitos. As amostras são preliminarmente moídas, polidas e depois gravadas da mesma maneira. Testes adicionais envolvem o uso de microscópios elétricos e ópticos e análise de difração de raios-X. A base deste método é a interferência de raios que são espalhados pelos átomos de uma substância. As características do material são controladas pela análise do padrão de difração de raios X. As características mecânicas dos materiais determinam sua resistência, que é o principal para a construção de estruturas confiáveis ​​e seguras em operação. Portanto, o material é testado cuidadosamente e por diferentes métodos em todas as condições que é capaz de aceitar sem perder um alto nível de características mecânicas.

Métodos de controle

Para testes não destrutivos das características dos materiais, a escolha certa de métodos eficazes é de grande importância. Os mais precisos e interessantes a esse respeito são os métodos de detecção de falhas - controle de defeitos. Aqui é necessário conhecer e compreender as diferenças entre os métodos de implementação dos métodos de detecção de falhas e os métodos de determinação das características físicas e mecânicas, uma vez que são fundamentalmente diferentes entre si. Se estes últimos são baseados no controle de parâmetros físicos e sua posterior correlação com as características mecânicas do material, então a detecção de defeitos é baseada na conversão direta da radiação que é refletida de um defeito ou passa por um ambiente controlado.

A melhor coisa, é claro, é o controle complexo. A complexidade está na determinação dos parâmetros físicos ótimos, que podem ser usados ​​para identificar a resistência e outras características físicas e mecânicas da amostra. E também, ao mesmo tempo, um conjunto ótimo de meios para controlar defeitos estruturais é desenvolvido e implementado. E, finalmente, surge uma avaliação integral desse material: seu desempenho é determinado por toda uma gama de parâmetros que ajudaram a determinar métodos não destrutivos.

Testes mecânicos

Com a ajuda de tais testes, as propriedades mecânicas dos materiais são verificadas e avaliadas. Esse tipo de controle surgiu há muito tempo, mas ainda não perdeu sua relevância. Mesmo os materiais modernos de alta tecnologia são frequentemente e severamente criticados pelos consumidores. E isso sugere que os exames devem ser realizados com mais cuidado. Como já mencionado, os ensaios mecânicos podem ser divididos em dois tipos: estáticos e dinâmicos. Os primeiros verificam o produto ou amostra quanto à torção, tensão, compressão, flexão e os segundos quanto à dureza e resistência ao impacto. Equipamentos modernos ajudam a realizar esses procedimentos não muito simples com alta qualidade e revelam todas as propriedades operacionais desse material.

Um teste de tração pode revelar a resistência de um material a uma tensão de tração constante ou crescente aplicada. O método é antigo, testado e compreensível, usado há muito tempo e ainda é amplamente utilizado. A amostra é esticada ao longo do eixo longitudinal por meio de um acessório na máquina de teste. A taxa de tração da amostra é constante, a carga é medida por um sensor especial. Ao mesmo tempo, o alongamento é monitorado, bem como sua conformidade com a carga aplicada. Os resultados de tais testes são extremamente úteis para a realização de novos projetos, pois ainda não se sabe como eles se comportarão sob carga. Somente a identificação de todos os parâmetros da elasticidade do material pode sugerir. Tensão máxima - o limite de escoamento faz a definição da carga máxima que um determinado material pode suportar. Isso ajudará a calcular a margem de segurança.

Teste de dureza

A rigidez de um material é calculada a partir de A combinação de fluidez e dureza ajuda a determinar a elasticidade do material. Se o processo tecnológico contém operações como brochamento, laminação, prensagem, é simplesmente necessário conhecer a magnitude da possível deformação plástica. Com alta plasticidade, o material poderá assumir qualquer forma sob a carga apropriada. Um teste de compressão também pode servir como método para determinar a margem de segurança. Especialmente se o material for frágil.

A dureza é testada usando um identificador, que é feito de um material muito mais duro. Na maioria das vezes, é realizado de acordo com o método Brinell (uma bola é pressionada), Vickers (um identificador em forma de pirâmide) ou Rockwell (um cone é usado). Um identificador é pressionado na superfície do material com uma certa força por um determinado período de tempo e, em seguida, a impressão restante na amostra é estudada. Existem outros testes bastante utilizados: para resistência ao impacto, por exemplo, quando a resistência de um material é avaliada no momento da aplicação de uma carga.

O trabalho mecânico que uma pessoa é capaz de realizar durante o dia depende de muitos fatores, por isso é difícil indicar qualquer valor limite. Essa observação também se aplica ao poder. Assim, com esforços de curto prazo, uma pessoa pode desenvolver uma potência da ordem de vários quilowatts. Se um atleta pesando 70 kg salta de um local de modo que seu centro de massa se eleve 1 m em relação à posição normal, e a fase de repulsão dura 0,2 s, então ele desenvolve potência de cerca de

Ao caminhar, a pessoa realiza trabalho, pois a energia é gasta na ligeira elevação periódica do corpo e na aceleração e desaceleração dos membros, principalmente das pernas.

Uma pessoa pesando 75 kg enquanto caminha a uma velocidade de 5 km/h desenvolve uma potência de cerca de 60 watts. Com o aumento da velocidade, esta potência aumenta rapidamente, atingindo 200 W a uma velocidade de 7 km/h. Ao andar de bicicleta, a posição do centro de massa de uma pessoa muda muito menos do que ao andar, e a aceleração das pernas também é menor. Portanto, a potência gasta ao andar de bicicleta é muito menor: 30 W a uma velocidade de 9 km/h, 120 W a 18 km/h.

O trabalho vai a zero se não houver movimento. Portanto, quando a carga está em um suporte ou suporte, ou suspensa por um fio, nenhum trabalho é realizado pela gravidade. No entanto, cada um de nós está familiarizado com a fadiga dos músculos do braço e do ombro, se você segurar um peso ou haltere imóvel em um braço estendido. Da mesma forma, os músculos das costas e da região lombar se cansam se um peso for colocado nas costas de uma pessoa sentada. Em ambos os casos, a carga é estacionária e não há trabalho. A fadiga indica que os músculos estão trabalhando. Tal trabalho é chamado trabalho muscular estático.

De fato, não há estática (imobilidade) como é entendida em mecânica. Ocorrem contrações e relaxamentos muito pequenos e frequentes, imperceptíveis aos olhos e, ao mesmo tempo, o trabalho é feito contra as forças da gravidade. Assim, o trabalho estático de uma pessoa é de fato o trabalho dinâmico usual.

Os instrumentos usados ​​para medir o desempenho humano são chamados de ergômetros. A seção correspondente da tecnologia de medição é chamada ergometria.

Um exemplo de ergômetro é uma bicicleta com freio (bicicleta ergômetro; Fig. 4.1). Uma faixa de aço é lançada sobre a borda de uma roda de fiar 2. A força de atrito entre a fita e o aro da roda é medida por um dinamômetro 3. Todo o trabalho do sujeito é gasto na superação da força de atrito (desprezamos outros tipos de trabalho). Multiplicando a circunferência da roda pela força de atrito, encontramos o trabalho realizado em cada revolução e, conhecendo o número de revoluções e o tempo de teste, determinamos o trabalho total e a potência média.

Investigando os movimentos humanos, meça:

1. indicadores quantitativos do estado mecânico do corpo

2. função motora do corpo

3. a natureza dos próprios movimentos.

As características biomecânicas do corpo são registradas: dimensões, proporções, distribuição de massas, mobilidade nas articulações, etc., movimentos de todo o corpo e suas partes (links).

Características biomecânicas - estas são medidas do estado mecânico do biossistema e sua mudança (comportamento).

Características quantitativas medido ou calculado; têm um valor numérico e expressam a relação de uma medida com outra (a velocidade é um exemplo da relação da distância percorrida com o tempo gasto nela). Ao estudar as características quantitativas, eles dão uma definição (o que é) e estabelecem um método de medição (o que é medido).

Características qualitativas são geralmente descritos verbalmente, sem uma medida quantitativa exata (por exemplo, tensa, livre, suave, espasmódica).

CARACTERÍSTICAS CINEMÁTICAS

A cinemática dos movimentos humanos determina a geometria (forma espacial) dos movimentos e suas mudanças no tempo (caráter) sem levar em conta massas e forças atuantes. Ela dá, em geral, apenas uma imagem externa dos movimentos. As razões do surgimento e mudança dos movimentos (seu mecanismo) já são reveladas pela dinâmica.

Características cinemáticas do corpo humano e seus movimentos- são medidas da posição e do movimento de uma pessoa no espaço e no tempo: espacial, temporal e espaço-temporal.

As características cinemáticas permitem comparar as dimensões do corpo e suas articulações, bem como as características cinemáticas dos movimentos em diferentes atletas. A individualização da técnica dos atletas, a busca das características ideais dos movimentos para eles, depende em grande parte da consideração dessas características.

Sistemas de referência de distância e tempo

Os movimentos de uma pessoa e equipamentos esportivos só podem ser medidos comparando suas posições com a posição do corpo selecionado para comparação (corpo de referência), ou seja, todos os movimentos são considerados relativos.

Sistema de referência (distâncias ) - um corpo sólido selecionado condicionalmente, em relação ao qual a posição de outros corpos é determinada em diferentes pontos no tempo.

Não há corpos absolutamente imóveis no mundo, todos os corpos se movem. Mas alguns deles se movem de tal forma que as mudanças em sua velocidade (aceleração) são insignificantes para resolver esse problema e podem ser negligenciadas - são referenciais inerciais. Tais corpos são a Terra e os corpos ligados a ela imóveis (pista, pista de esqui, equipamento de ginástica). Em tal sistema, corpos em repouso não experimentam a ação de forças; isso significa que nenhum movimento começa nele sem a ação de uma força.

Outros corpos se movem com acelerações que afetam significativamente a solução deste problema - são referenciais não inerciais (esqui deslizante, anéis oscilantes) 1 . Nesses casos, os métodos de cálculo e explicação das características dos movimentos já são diferentes, o que deve ser levado em consideração.

O corpo de referência é associado ao início e direção da medição de distância e as unidades de referência são definidas. Para determinar com precisão o resultado esportivo, as regras da competição determinam qual ponto (ponto de referência) é contado (pelo nível de amarras do esqui, pelo ponto saliente do peito do velocista, pela borda de fuga da pista do saltador de aterrissagem, etc. .).

Um corpo em movimento é considerado um ponto material, cuja posição é determinada, ou pontos de referência são distinguidos nele (um certo ponto no corpo humano). No caso de movimento rotacional, uma linha de referência é selecionada. Para descrição (tarefa)

os movimentos usam métodos naturais, vetoriais e coordenados.

Com o método natural, a posição do ponto - a coordenada do arco l - é contada a partir da origem 0, selecionada em uma trajetória previamente conhecida (Fig. EU, uma). Com o método vetorial, a posição do ponto é determinada pelo vetor raio G(Figura 1, b) desenhado do centro 0 do sistema de coordenadas dado ao ponto de interesse (MAS).

Arroz. 1.

Sistema de referência de distância:

uma - naturais,6 - vetor, dentro e G- coordenadas retangulares: em - no plano, G- No espaço

Com o método de coordenadas retangulares (no plano e no espaço), o ponto de interseção de eixos coordenados mutuamente perpendiculares O (a origem das coordenadas) é tomado como origem (Fig. 1, c, d). Para determinar a posição de algum ponto MAS(ponto de referência) em relação à origem, encontre suas projeções (А„, A no , MAS 7 ) no eixo de coordenadas. Distâncias desde a origem até as projeções desses pontos nos eixos coordenados (coordenadas no espaço: OA Para - abcissa, O/4 Y - ordenada e OA 7 -aplicar) determinar a posição do ponto MAS neste referencial 0 х7 . Quando ponto MAS se move no espaço, então os valores numéricos das coordenadas mudam.

Definir unidades de distância - linear e angular. No sistema internacional de unidades (SI), o principal é adotado.

uma unidade linear é um metro (m), um múltiplo dela é um quilômetro (1 km = 1000 m), unidades longitudinais são um centímetro (1 cm = 0,01 m), um milímetro (1 mm = 0,001 m), etc. 1. Das unidades angulares, são usadas as seguintes: a) grau, minuto, segundo - ao medir ângulos (círculo = 360 °, grau = 60 ", minuto = 60"); b) virar - com um cálculo aproximado de voltas ao redor do eixo (volta = 360 °, meia volta = 180 °, etc.); c) radiano (para cálculos usando fórmulas) - o ângulo entre dois raios de um círculo, cortando um arco em um círculo de comprimento igual ao raio (radiano \u003d 57 ° 17 44 "8"; 1 ° \u003d 0,01745 rad. ).

Sistemas de tempo

O sistema de referência de tempo inclui um certo início e unidades de referência.

Considera-se como início da contagem regressiva: a) meia-noite - em todas as instituições, transportes, empresas de comunicação, etc.; b) meia-noite e meio-dia - em condições normais do dia-a-dia ec) tempo do árbitro ("cronômetros a zero") - em condições de competição. Em biomecânica, a referência de tempo é usualmente tomada como sendo o momento do início de todo o movimento ou de sua parte, ou o momento do início da observação do movimento. Durante uma observação, apenas um sistema de referência de tempo é usado.

Um segundo é tomado como unidade de referência de tempo (s; 60s = 1 min; 60 min = 1 hora), bem como frações de segundo - décimo, centésimo, milésimo (milissegundo). A direção do fluxo do tempo na realidade é do passado para o futuro. Investigando o movimento, é possível contar o tempo na direção oposta - para o passado (0,02 s antes do impacto; 0,05 s antes da perna sair do apoio, etc.).

Características espaciais

As características espaciais permitem determinar a posição, por exemplo, a inicial para o movimento e a final (por coordenadas) e o movimento (por trajetórias).

Os movimentos humanos podem ser estudados considerando seu corpo (dependendo das tarefas definidas) como um ponto material, como um corpo sólido ou como um sistema de corpos.

O corpo humano é considerado ponto material quando o deslocamento do corpo é muito maior que suas dimensões (se não forem examinados os movimentos das partes do corpo e sua rotação).

O corpo humano é equiparado a um corpo sólido quando é possível não levar em conta os movimentos mútuos de suas ligações e deformações teciduais, quando é importante levar em conta apenas seu tamanho, localização no espaço e orientação (em particular, quando estudando as condições de equilíbrio, rotação do corpo em posição constante).

O corpo humano é estudado como um sistema de corpos, quando mais importante

e características dos movimentos das ligações corporais, influenciando no desempenho da ação motora.

Portanto, ao determinar as principais características espaciais dos movimentos humanos (coordenadas e trajetórias), eles especificam antecipadamente a qual objeto material (ponto, corpo, sistema de corpos) o corpo humano é equiparado neste caso.

Coordenadas de um ponto, corpos e sistemas de corpos

Coordenadas do ponto- é uma medida espacial da localização de um ponto em relação a um quadro de referência. A localização de um ponto é determinada medindo, por exemplo, suas coordenadas linearesuh, l-y, g2; fórmula de dimensão ": [l] \u003d b.

As coordenadas determinam onde está localizado o ponto em estudo (por exemplo, o ponto de referência no corpo humano) em relação à origem. Como você sabe, a posição de um ponto em uma linha é determinada por uma coordenada, em um plano - por duas, no espaço - por três coordenadas. A posição de um corpo rígido no espaço pode ser determinada pelas coordenadas de seus três pontos (não estando em uma linha reta). Você também pode determinar a localização de um dos pontos do corpo (por suas coordenadas lineares) e a orientação do corpo em relação ao sistema de referência (por coordenadas angulares).

A posição de um sistema de corpos (elos do corpo humano), que pode mudar sua configuração (arranjo mútuo de elos), é determinada pela posição de cada elo no espaço (Fig. 2a).É conveniente utilizar neste caso as coordenadas angulares (Fig. 2.6), por exemplo, os ângulos articulares, e utilizando-os, definir a postura corporal como mútua, a localização de suas ligações. Quase sempre eles combinam: 1) determinar a localização de um ponto (por exemplo, o centro de massa comum do corpo ou o ponto de apoio); 2) determinar a postura (a posição relativa dos elos), 3) determinar a orientação do corpo (ao longo da linha de referência mantida no corpo).

Ao estudar o movimento, é necessário determinar: 1) a posição inicial a partir da qual o movimento começa 2 ; 2) a posição final em que o movimento termina; 3) uma série de posições intermediárias instantâneas (mudando continuamente) que o corpo assume durante o movimento.

Filmagens de qualquer exercício mostram exatamente essas posições. Na mecânica, descreva o movimento (encontre a lei do movimento) - meios determinar a posição de qualquer ponto no sistema a qualquer momento. Em outras palavras, determinar a qualquer momento as coordenadas dos pontos ou linhas de referência marcadas no corpo, pelas quais se estuda seu movimento no espaço.

Trajetória do ponto

Trajetória do ponto- esta é uma característica espacial do movimento: o lugar geométrico das posições do ponto móvel no referencial considerado. Na trajetória, são determinados seu comprimento, curvatura e orientação no espaço, bem como o deslocamento do ponto.

Uma trajetória é uma linha contínua, um traço imaginário de um ponto móvel 1: dá um padrão espacial do movimento de um ponto (Fig. 3). A distância ao longo do caminho mostra qual é o caminho do ponto 2: = b-

No movimento retilíneo (sua direção não muda) (Fig. 4), o caminho de um ponto ao se mover em uma direção é igual à distância da posição inicial até a final. No movimento curvilíneo (sua direção muda), o caminho de um ponto é igual à distância ao longo da trajetória na direção do movimento desde a posição inicial até a posição final.

A curvatura da trajetória (k) mostra qual é a forma de movimento de um ponto no espaço. Para determinar a curvatura da trajetória, meça o raio de curvatura (PARA). A curvatura é o inverso do raio:

Se a trajetória é um arco de um círculo, então seu raio de curvatura é constante. Com o aumento da curvatura, seu raio diminui e vice-versa, com a diminuição, aumenta.

A orientação da trajetória no espaço com a mesma forma pode ser diferente. A orientação para uma trajetória retilínea é determinada pelas coordenadas dos pontos das posições inicial e final; para uma trajetória curvilínea - ao longo das coordenadas desses dois pontos e do terceiro ponto, que não se encontra com eles na mesma linha reta.

Mover um ponto mostra em qual direção e a que distância o ponto se moveu. O deslocamento (linear) é encontrado pela diferença das coordenadas do ponto nos momentos de início e fim do movimento (no mesmo referencial da distância):

O movimento determina o escopo e a direção do movimento. No caso em que, como resultado do movimento, o ponto retornou à sua posição original,

deslocamento é, obviamente, zero. O movimento não é o movimento em si, mas apenas seu resultado final, a distância ao longo de uma linha reta e sua direção da posição inicial à posição final.

Considere o(s) movimento(s) elementar(es) de um ponto - de uma dada posição para uma posição infinitamente próxima a ela. A soma geométrica dos deslocamentos elementares é igual ao deslocamento final da posição inicial até a posição final. Em uma trajetória curvilínea, o deslocamento elementar é considerado igual ao caminho.

O movimento de um corpo durante o movimento de translação e rotação é medido de forma diferente. O deslocamento linear de um corpo (em seu movimento de translação) pode ser determinado pelo deslocamento linear de qualquer um de seus pontos. De fato, no movimento de translação, uma linha reta conectando quaisquer dois pontos do corpo, movendo-se (retilínea ou curvilínea), permanece paralela à sua posição inicial. Todos os pontos do corpo se movem da mesma maneira: ao longo de trajetórias semelhantes, com as mesmas velocidades e acelerações. Basta subtrair a coordenada correspondente de sua posição inicial da coordenada da posição final de qualquer ponto do corpo para determinar o deslocamento de todo o corpo.

O deslocamento angular do corpo (em seu movimento rotacional) é determinado pelo ângulo de rotação. Durante o movimento de rotação do corpo, há uma linha nele, todos os pontos permanecem imóveis durante todo o movimento (eles ficam no eixo). Os pontos restantes do corpo se movem ao longo dos arcos de círculos, cujos centros estão nessa linha fixa - o eixo de rotação (Fig. 4, c). O deslocamento angular elementar (s/f) do corpo de uma dada posição angular para uma posição infinitamente próxima a ela também é considerado.

Qualquer movimento de um corpo no espaço pode ser representado como uma soma geométrica de seus movimentos de translação e rotação (em relação a qualquer pólo, em particular seu centro de massa).

O movimento de um sistema corporal (sistema biomecânico) que altera sua configuração é muito mais difícil de determinar. Nos casos mais simplificados, seu movimento é considerado como o movimento de um ponto material - geralmente um centro de massa comum (MCM). Então é possível traçar o movimento de todo o corpo humano “como um todo”, para avaliar até certo ponto o resultado geral de sua atividade motora. Mas permanecerá desconhecido como resultado de quais movimentos o deslocamento do GCM foi alcançado. Às vezes, o movimento do corpo humano é representado como o movimento de uma linha condicionalmente associada a ele (linha de referência).

O estudo dos movimentos dos elos do corpo humano permite-nos considerar com maior detalhe o movimento do seu corpo. Em alguns casos, várias partes móveis (por exemplo, todos os ossos do pé, mão ou antebraço, até o tronco) são consideradas como um elo - então já é possível pegar as características dos movimentos em termos gerais, embora o mútuo o movimento de muitos links não é levado em consideração e suas deformações são desprezadas. No entanto, ainda é impossível obter uma imagem completa dos movimentos de todos os principais elementos do corpo (incluindo órgãos internos e tecidos líquidos) usando os métodos de pesquisa existentes. Em qualquer estudo científico, é preciso recorrer a simplificações mais ou menos significativas.

Em máquinas caracterizadas por movimentos definidos, há uma lei de movimentos bem definida. Nos sistemas biomecânicos, caracterizados pela incerteza dos movimentos nas articulações, eles tentam alcançar a certeza necessária, mas as possibilidades de encontrar a lei do movimento de todas as partes do corpo como um todo são muito pequenas. Eles são um pouco maiores em esportes onde a habilidade técnica se manifesta (e em grande medida) precisamente na reprodução exata de movimentos predeterminados e detalhados (por exemplo, na ginástica, patinação artística).

Cronometragem

As características temporais revelam o movimento no tempo: quando começou e terminou (ponto no tempo), quanto tempo durou (duração do movimento), com que frequência o movimento foi realizado (andamento), como foram construídos no tempo (ritmo). Juntamente com as características espaço-temporais, determinam a natureza dos movimentos humanos.

Determinando onde um ponto estava no espaço, é necessário determinar quando ele estava lá.

Momento de tempo

Um momento de tempo é uma medida temporária da posição de um ponto de um corpo e de um sistema. O momento de tempo (r) é determinado pelo intervalo de tempo antes dele desde o início da referência.

O momento do tempo é determinado não apenas para o início e fim do movimento, mas também para outras posições instantâneas importantes. Em primeiro lugar, são momentos de mudança significativa no movimento: termina uma parte (fase) do movimento e começa a seguinte (por exemplo, a separação do pé do apoio na corrida é o momento em que termina a fase de repulsão e a fase de voo começa). A duração do movimento é determinada pelos momentos de tempo.

Duração do movimento

Duração do movimento- esta é a sua medida de tempo, que é medida pela diferença entre os pontos de tempo do final e do início do movimento:

A duração de um movimento é o intervalo de tempo entre dois momentos limitantes de tempo. Os momentos em si (como limites entre dois períodos de tempo adjacentes) não têm duração. É claro que ao medir a duração, é usado um único e mesmo sistema de referência de tempo. Conhecendo a distância percorrida por um ponto e a duração de seu movimento, você pode determinar sua velocidade. Conhecendo a duração dos movimentos, eles também determinam seu ritmo e ritmo.

O ritmo dos movimentos

Em movimentos repetidos de mesma duração, o andamento caracteriza seu fluxo no tempo.

O ritmo dos movimentos" - esta é uma medida temporária de sua repetição. É medido pelo número de movimentos repetidos por unidade de tempo (frequência de movimentos):

O ritmo é o recíproco da duração dos movimentos. Quanto maior a duração de cada movimento, menor o ritmo e vice-versa. Em movimentos repetitivos (cíclicos), o andamento pode servir como indicador da perfeição da técnica. Por exemplo, a frequência de movimentos entre esquiadores, nadadores, remadores altamente qualificados (com maior velocidade de movimento) é maior do que entre os menos treinados. Sabe-se que, com a fadiga, o ritmo dos movimentos muda: pode aumentar (por exemplo, quando os passos são encurtados na corrida) ou diminuir (por exemplo, se você não conseguir mantê-lo no esqui).

Ritmo de movimentos

O ritmo dos movimentos (temporal) é uma medida temporária da proporção das partes dos movimentos. É determinado pela proporção da duração das partes do movimento:

O ritmo dos movimentos caracteriza, por exemplo, a razão entre o tempo de apoio e o tempo de voo na corrida ou o tempo de depreciação (flexão do joelho) e o tempo de repulsão (endireitamento da perna) durante o apoio. Um exemplo da proporção da duração e das partes do movimento é o ritmo do passo deslizante nos esquis (a proporção da duração das cinco fases do passo). Com a mudança no ritmo dos passos, seu ritmo também muda (Fig. 5). Além dos indicadores temporais, espaciais de ritmo também podem ser determinados (por exemplo, a razão entre o comprimento de uma investida em um passo em esquis e o comprimento de um deslizamento).

Para determinar o ritmo (temporário), são distinguidas fases, que diferem na tarefa do movimento, em sua direção, velocidade, aceleração e outras características. O ritmo reflete os esforços aplicados, depende do seu tamanho, tempo de aplicação e outras características dos movimentos. Portanto, de acordo com o ritmo dos movimentos, pode-se até certo ponto julgar sua perfeição. No ritmo, os acentos são especialmente importantes - grandes esforços e acelerações - sua colocação no tempo. Ao dominar os exercícios, às vezes é melhor definir o ritmo primeiro do que descrever em detalhes os detalhes dos movimentos; isso ajuda a entender rapidamente as características do exercício em estudo, sua construção no tempo.

Cada movimento tem partes diferentes, como movimentos preparatórios e executivos (básicos), aceleração e desaceleração. Isso significa que o ritmo pode ser determinado em cada exercício. Os chamados movimentos "não rítmicos" não são totalmente desprovidos de ritmo.

movimento ma, e movimentos com desvios de um determinado ritmo racional. Em outras palavras, movimentos não rítmicos são movimentos sem um certo ritmo constante ou com um ritmo incorreto e irracional.

Características espaço-temporais

De acordo com as características espaço-temporais, determina-se como as posições e os movimentos de uma pessoa mudam no tempo, a rapidez com que uma pessoa muda suas posições (velocidade) e movimentos (aceleração).

Ponto e velocidade do corpo

Velocidade do ponto- esta é uma medida espaço-temporal do movimento de um ponto (a taxa de mudança em sua posição). A velocidade é igual à primeira derivada temporal da distância no referencial considerado:

A velocidade de um ponto é determinada pela mudança em suas coordenadas ao longo do tempo. A velocidade é uma grandeza vetorial, caracteriza a velocidade do movimento e sua direção. Como a velocidade dos movimentos humanos na maioria das vezes não é constante, mas variável (o movimento é irregular e curvilíneo), as velocidades instantâneas são determinadas para analisar os exercícios.

A velocidade instantânea é a velocidade em um determinado ponto no tempo ou em um determinado ponto da trajetória, por assim dizer, a velocidade do movimento uniforme em uma seção muito pequena da trajetória perto de um determinado ponto na trajetória. A velocidade instantânea pode ser imaginada como aquela que o corpo reteria a partir do momento em que todas as forças deixassem de agir sobre ele. A velocidade média é a velocidade com que um ponto em movimento uniforme percorreria todo o caminho considerado no mesmo tempo. A velocidade média permite comparar movimentos irregulares.

A velocidade de um ponto (linear) em movimento retilíneo é direcionada ao longo da trajetória, em movimento curvilíneo - ao longo da tangente à trajetória em cada ponto considerado.

A velocidade de um corpo é determinada pela velocidade de seus pontos. No movimento de translação de um corpo, as velocidades lineares de todos os seus pontos são as mesmas em magnitude e direção. Durante o movimento de rotação, a velocidade angular de um corpo é determinada como uma medida da taxa de mudança em sua posição angular. É igual em magnitude à primeira derivada do deslocamento angular:

Quanto maior a distância do ponto do corpo ao eixo de rotação (ou seja, quanto maior o raio), maior a velocidade linear do ponto. A velocidade de rotação de um corpo rígido (em radianos) é igual à razão entre a velocidade linear de cada ponto e seu raio (com um eixo de rotação constante). A velocidade angular (co) para todos os pontos do corpo, exceto para aqueles situados no eixo, é a mesma:

Isso significa que a velocidade linear de qualquer ponto de um corpo em rotação que não esteja no eixo é igual à sua velocidade angular multiplicada pelo raio de rotação desse ponto (a distância dele até o eixo de rotação). As velocidades de um movimento complexo de um corpo rígido podem ser determinadas a partir da velocidade linear de qualquer pólo e da velocidade angular de rotação do corpo em relação a este pólo (por exemplo, em torno de um eixo que passa pelo centro de massa - CM).

A velocidade de um sistema de corpos mudando sua configuração não pode ser determinada da mesma forma que a velocidade angular de um corpo rígido. Neste caso, a velocidade linear do CCM do sistema é determinada. As velocidades lineares dos pontos das ligações do corpo (projeções dos eixos das articulações na superfície do corpo) são frequentemente determinadas. Além disso, com mudanças na postura, determinam-se as velocidades angulares das ligações do corpo em relação aos eixos articulares; essas velocidades geralmente mudam ao longo do caminho. Para a fundamentação biomecânica da técnica, é necessário em cada caso escolher quais velocidades de quais ligações e pontos devem ser determinados.

1 Você deve sempre indicar a velocidade de qual objeto está sendo determinado (por exemplo, a velocidade de um corredor), e não a “velocidade do movimento”.

Ponto e aceleração do corpo

aceleração pontual- é uma medida espaço-temporal da mudança no movimento de um ponto (a taxa de mudança no movimento- magnitude e direção da velocidade). A aceleração de um ponto é igual à primeira derivada temporal da velocidade desse ponto no referencial considerado:

A aceleração de um ponto é determinada pela variação de sua velocidade ao longo do tempo. A aceleração é uma grandeza vetorial que caracteriza a taxa de variação da velocidade em termos de sua magnitude e direção em um dado momento (aceleração instantânea) 1 .

A aceleração tangencial será positiva quando a velocidade do ponto estiver aumentando e negativa quando estiver diminuindo. Se a aceleração tangencial é zero, então a velocidade é constante em magnitude. Se a aceleração normal é zero, então a direção da velocidade é constante.

A aceleração angular de um corpo é definida como uma medida da taxa de variação de sua velocidade angular. É igual à primeira derivada temporal da velocidade angular do corpo:

Distinguir entre aceleração linear do corpo (em movimento de translação) e angular (em movimento de rotação). A razão entre a aceleração linear de cada ponto de um corpo em rotação e seu raio é igual à aceleração angular (e) em radianos por segundo ao quadrado. Isso significa que a aceleração linear de qualquer ponto de um corpo em rotação é igual em magnitude à sua aceleração angular multiplicada pelo raio de rotação desse ponto:

Aceleração do sistema ate * alterar sua configuração é ainda mais difícil de determinar do que a velocidade. A aceleração é um bom indicador da qualidade do esforço aplicado (Fig. 6).

"A aceleração média durante o movimento, principalmente nos casos em que muda de sinal, geralmente não é determinada, pois não caracteriza suficientemente os detalhes (detalhes) do movimento.

CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS

Todos os movimentos de uma pessoa e os corpos movidos por ela sob a ação de forças mudam em magnitude e direção da velocidade. Para revelar o mecanismo dos movimentos (as razões de sua ocorrência e o curso de suas mudanças), as características dinâmicas são examinadas. Estes incluem características inerciais (características do corpo humano e dos corpos movidos por ele), potência (características da interação de partes do corpo e outros corpos) e energia (estados e mudanças no desempenho dos sistemas biomecânicos).

Características inerciais

A propriedade da inércia dos corpos é revelada na primeira lei de Newton: "Todo corpo mantém seu estado de repouso ou movimento uniforme e retilíneo até que forças externas aplicadas mudem esse estado". Em outras palavras, qualquer corpo mantém sua velocidade até que seja alterado por forças.

O conceito de inércia

Quaisquer corpos mantêm a velocidade inalterada na ausência de influências externas da mesma maneira. Esta propriedade, que não tem medida, é chamada de inércia 1 . Diferentes corpos mudam de velocidade sob a ação de forças de diferentes maneiras. Essa propriedade deles, portanto, tem uma medida: chama-se inércia. É a inércia que interessa quando é necessário avaliar como a velocidade muda.

inércia- propriedade dos corpos físicos, manifestada em uma mudança gradual na velocidade ao longo do tempo sob a ação de forças.

Manter a velocidade inalterada (movimento, por assim dizer, por inércia) em condições reais só é possível quando todas as forças externas aplicadas ao corpo são mutuamente equilibradas. Em outros casos, forças externas desequilibradas alteram a velocidade do corpo de acordo com a medida de sua inércia.

Massa corporal

Massa corporal- é uma medida da inércia do corpo durante o movimento de translação. É medido pela razão entre a magnitude da força aplicada e a aceleração que ela causa.:

A medição da massa corporal aqui é baseada na segunda lei de Newton: "A mudança no movimento é diretamente proporcional à força atuante do lado de fora e ocorre na direção em que essa força é aplicada".

A massa de um corpo depende da quantidade de substância do corpo e caracteriza sua propriedade - como exatamente a força aplicada pode alterar seu movimento. A mesma força causará uma aceleração maior para um corpo com menos massa do que para um corpo com mais massa 1 .

Ao estudar os movimentos, muitas vezes é necessário levar em consideração não apenas a magnitude da massa, mas também, como dizem, sua distribuição no corpo 2 . A localização do centro de massa do corpo indica a distribuição dos pontos materiais no corpo.

Em um corpo absolutamente rígido existem três pontos cujas posições coincidem: o centro de massa, o centro de inércia e o centro de gravidade. No entanto, estes são conceitos completamente diferentes. No CM, as direções das forças se cruzam, qualquer uma das quais causa o movimento de translação do corpo. Os pontos materiais com massas estão localizados uniformemente em relação à linha de ação de tais forças e, portanto, não há movimento rotacional. Deve-se ter em mente que, se os pontos materiais do corpo, que têm massas, forem afastados dessa linha em direções opostas por distâncias iguais, a posição do centro de massa não mudará a partir disso. Consequentemente, o conceito de "centro de massa" não reflete totalmente a distribuição dos pontos materiais no corpo. Os conceitos de centro de inércia (como ponto de aplicação da resultante de todas as forças de inércia fictícias) e centro de gravidade (como ponto de aplicação da resultante de todas as forças de gravidade) serão considerados posteriormente.

momento de inércia do corpo

momento de inércia do corpo- é uma medida da inércia do corpo durante o movimento de rotação. O momento de inércia do corpo em relação ao eixo é igual à soma dos produtos das massas de todos os pontos materiais do corpo e os quadrados de suas distâncias.

Em um sistema de deformação de corpos, quando suas partes se afastam do eixo de rotação, o momento de inércia do sistema aumenta. A resistência inercial aumenta com a distância das partes do corpo do eixo de rotação em proporção ao quadrado da distância. Como os pontos materiais do corpo estão localizados a diferentes distâncias do eixo de rotação, para vários problemas é conveniente introduzir o conceito de "raio de rotação".

Raio de giro do corpo- é uma medida comparativa da inércia de um determinado corpo em relação aos seus diferentes eixos. É medido pela raiz quadrada da razão entre o momento de inércia (em relação a um determinado eixo) e a massa do corpo:

"Uma massa medida dessa forma é chamada de inerte, medida por pesagem - pesada. São quantitativamente iguais entre si e diferem apenas na forma como são determinadas.

2 Como a massa de um corpo não é a própria substância, mas sua propriedade, então, estritamente falando, ele não se move e não se distribui; corpos que têm movimento de massa; partículas (pontos materiais) de um corpo que têm massa são distribuídas.

Tendo encontrado empiricamente o momento de inércia do corpo, é possível calcular o raio de inércia, cujo valor caracteriza a distribuição dos pontos materiais no corpo em relação a um determinado eixo. Se você colocar mentalmente todos os pontos materiais do corpo a distâncias iguais do eixo, obterá um cilindro oco. O raio de tal cilindro, cujo momento de inércia é igual ao momento de inércia do corpo em estudo, é igual ao raio de inércia. Ele permite comparar diferentes distribuições de massas corporais em relação a diferentes eixos de rotação. Isso é conveniente quando se considera a inércia de um corpo em relação a eixos diferentes.

Conhecer o momento de inércia é muito importante para entender o movimento, embora a determinação quantitativa exata dessa quantidade em casos específicos seja muitas vezes difícil.

Características de potência

Sabe-se que o movimento de um corpo pode ocorrer tanto sob a ação de uma força propulsora aplicada a ele, quanto sem força propulsora (por inércia), quando apenas uma força de frenagem é aplicada. As forças motrizes nem sempre são aplicadas; sem forças de frenagem, não há movimento.

Instituição de ensino orçamentária municipal

“Escola secundária nº 4 em homenagem. V.V.Bianchi»

cidade de Biysk, Território de Altai

Programa

curso eletivo de fisica

"Física. Cara. Saúde"

para alunos do 9º ano

professor de física, MBOU "Escola Secundária No. 4 em homenagem. V.V.Bianchi»

Biysk, Território de Altai

Biysk

2012-2013

Nota explicativa

para o programa do curso eletivo em física

"Física. Cara. Saúde"

Disciplina eletiva “Física. Cara. Saúde"

prevê o aprofundamento e a expansão dos tópicos do programa básico de física e destina-se a alunos do 9º ano que optam por um perfil de ensino complementar em ciências naturais e constroem o seu próprio percurso formativo no domínio das ciências politécnicas.

O curso eletivo faz parte do currículo do MBOU "Escola Secundária nº 4 em homenagem a V.V. Bianki” e reflete a metodologia de implementação dos programas de cursos e disciplinas de treinamento, levando em consideração:

exigências dos componentes federais dos padrões educacionais estaduais;

conteúdo mínimo obrigatório dos programas educacionais;

a quantidade máxima de material didático para os alunos;

requisitos para o nível de formação dos graduados;

o volume de horas de estudo determinado pelo currículo escolar.

O curso é projetado para 35 horas (1 aula por semana).

Relevância e novidade

No curso de física estudado na escola moderna, quase nenhuma atenção é dada aos parâmetros físicos que caracterizam uma pessoa. No entanto, em conexão com a modelagem de processos que ocorrem em organismos vivos, em tecnologia, o desenvolvimento de uma ciência moderna como a biônica, os alunos estão mostrando cada vez mais um interesse crescente no estudo da física humana.

Por outro lado, mesmo em uma clínica comum da cidade, cada pessoa se depara com um grande número de métodos físicos para examinar seu corpo. Por exemplo, a pressão arterial é medida, os biopotenciais do coração são registrados, o tratamento fisioterapêutico de doenças é realizado usando vários equipamentos que produzem uma ampla gama de radiação eletromagnética.

Em muitas famílias, surgiram dispositivos médicos que lhes permitem realizar pequenos estudos de diagnóstico de seu próprio corpo de forma independente (determinação da pressão, açúcar no sangue de uma pessoa etc.).

O programa desta disciplina eletiva permitirá que os alunos expandam significativamente seus conhecimentos no campo da física humana, estudando processos individuais que ocorrem em organismos vivos com base em leis físicas. Ajudará a estabelecer relações de causa e efeito que existem na natureza animada e inanimada, formando um interesse não apenas na física, mas também em outras ciências, em particular, a biologia.

A disciplina optativa também foca os alunos na criação de um espaço de saúde do aluno, que é expressão da interação harmoniosa de todos os seus órgãos e sistemas, equilíbrio dinâmico com o meio ambiente e se manifesta em um estado de bem-estar confortável. Permitirá revelar alguns métodos de processos de salvamento da saúde que podem apoiar o corpo e assumir a responsabilidade pela própria saúde, utilizar recursos pessoais.

O programa foi concebido de tal forma que, ao longo do curso, os alunos não apenas satisfaçam suas necessidades educacionais, mas também adquiram habilidades de pesquisa, familiarizem-se com breves dados sobre equipamentos médicos e biológicos, expandam suas competências em questões de autodeterminação e motivação educacional para um estudo mais significativo de física no futuro.

Isso permitirá que cada aluno amplie as competências básicas de uma pessoa moderna: informacional (a capacidade de pesquisar, analisar, transformar, aplicar informações para resolver problemas); comunicativo (capacidade de cooperar com outras pessoas); auto-organização (a capacidade de estabelecer metas, planejar, tratar a saúde com responsabilidade); autoeducação (disposição para desenhar e implementar sua própria trajetória educacional ao longo da vida).

Ao estudar esta disciplina eletiva, torna-se possível implementar a tendência moderna na educação, que consiste no fato de que a assimilação do conteúdo da disciplina a partir do objetivo da educação torna-se um meio de tal desenvolvimento emocional, social e intelectual do aluno, que garante a transição da aprendizagem para a auto-educação.

O sistema e a forma de aulas são selecionados de tal forma que ajudarão a resolver o problema que o professor enfrenta no estágio atual: ensinar à criança essas tecnologias de atividade cognitiva, a capacidade de dominar novos conhecimentos em qualquer forma e tipo, para que ele possa processar rapidamente e, o mais importante, as informações que recebe com alta qualidade. Em seguida, aplique-o na prática ao resolver vários tipos de problemas (e tarefas), sinta a responsabilidade pessoal e o envolvimento no processo de aprendizagem, prepare-se para mais trabalhos práticos e educação continuada.

A disciplina optativa também tem como foco garantir o direito de cada aluno de escolher a autodeterminação profissional e seu percurso educacional e profissional.

Ao conduzir as aulas, os tópicos do curso podem ser combinados com os tópicos de biologia e anatomia humana, mas a principal área de estudo é a física.

Metas e objetivos da disciplina eletiva. Resultados esperados.

Os principais objetivos do curso:

Criação de uma base orientativa e motivacional para uma escolha consciente de um perfil de ciências naturais, para que o aluno se estabeleça na escolha do ensino superior ou o recuse;

Conhecimento dos principais métodos de aplicação das leis físicas na medicina, desenvolvendo um interesse cognitivo pela tecnologia médica moderna;

Mostrar aos alunos a unidade das leis da natureza, a aplicabilidade das leis da física a um organismo vivo, o promissor desenvolvimento da ciência e da tecnologia, e também mostrar em quais áreas de atividade profissional os conhecimentos adquiridos serão úteis para eles;

Desenvolver atividade cognitiva e independência, o desejo de autodesenvolvimento e auto-aperfeiçoamento;

Considerar as trajetórias individuais dos aspectos valeológicos da manutenção da própria saúde como uma das condições para a melhoria da qualidade da educação.

Este curso eletivo resolve as seguintes tarefas:

aprofundar o conhecimento sobre o mundo material e os métodos de conhecimento científico da natureza, do qual é parte integrante o próprio homem;

desenvolvimento de interesses cognitivos, habilidades intelectuais e criativas dos alunos no processo de aplicação prática do conhecimento, habilidades em física, aquisição independente de conhecimento usando várias fontes de informação;

por meio do desenvolvimento do interesse pelo assunto, influenciar a escolha da esfera de atuação profissional pelos alunos, contribuir para a formação da motivação interna para a efetivação da escolha no ensino superior;

criação de condições para a formação e desenvolvimento das habilidades criativas dos alunos, capacidade de trabalhar em grupo, conduzir discussão, defender seu ponto de vista, interesse em estudar física e realizar um experimento físico.

Os resultados esperados deste curso eletivo são:

ter uma idéia de uma ampla gama de fenômenos e leis físicas, graças às quais um corpo humano saudável funciona normalmente;

fomentar uma cultura de manutenção da própria saúde, promovendo um estilo de vida saudável;

familiaridade com alguns dispositivos médicos que são usados ​​para diagnosticar e tratar várias doenças;

desenvolvimento de interesses cognitivos, habilidades intelectuais e criativas, qualidades comunicativas;

autodeterminação consciente do aluno quanto ao perfil de formação continuada.

Ao final do curso, os alunos devem saber:

Leis físicas que podem ser usadas para explicar os processos que ocorrem dentro do corpo humano;

Características do seu corpo em termos das leis da física;

Dispositivos médicos necessários para uma pessoa determinar o estado de saúde e fornecer assistência independente ao seu próprio corpo.

Após a conclusão do curso, os alunos deverão ser capazes de:

Trabalhar com vários dispositivos, fontes, buscar e adquirir novos conhecimentos de forma independente, analisar e avaliar novas informações;

Simule fenômenos, selecione os instrumentos necessários, realize medições com a ajuda deles, trabalhe de acordo com as instruções;

Apresentar informações na forma de tabelas, gráficos, pequenos projetos;

Discutir os resultados das atividades, tirar conclusões, participar das discussões;

Seja responsável por sua própria saúde e aprenda as habilidades para fortalecê-la e mantê-la.

Planejamento pedagógico e temático.

O curso é baseado nos conhecimentos, habilidades e habilidades em física adquiridos pelos alunos na escola primária, experiência prática com elementos de aprendizagem avançada. Mas o conteúdo do curso é qualitativamente diferente do curso de física básica. Nas aulas, as leis da física são consideradas principalmente em objetos inanimados. No entanto, é muito importante que os alunos desenvolvam gradualmente a crença de que a relação causal dos fenômenos é universal e que todos os fenômenos que ocorrem no mundo ao nosso redor, bem como dentro do corpo humano, estão interligados.

Sujeito

Quantidade

horas

Palestras

Prática

Seminários

Introdução

Antropometria e física.

Determinação dos parâmetros do corpo humano

3-4.

Visão. O olho como sistema óptico.

Deficiências visuais e sua eliminação.

6-7.

Alavancas no corpo humano.

Mecanismos simples em ortopedia.

Equilíbrio humano.

Pressão arterial e dispositivos para sua medição.

O fluxo de sangue e linfa através dos vasos.

Fundamentos físicos em cardiologia

13-14

Ondas sonoras e audição humana.

Fundamentos físicos da fala e audição humana.

Termorregulação de um organismo vivo

O papel da umidade e sua regulação em ambientes industriais e domésticos

A obra e o poder do homem. Ergometria

Valor energético (conteúdo calórico) dos produtos.

20-21.

Raios-X e sua aplicação na medicina.

22-23.

Fenômenos elétricos e magnéticos e saúde.

A influência dos ímãs na vida humana.

O uso de ímãs para a saúde humana.

Excursão à sala de fisioterapia da policlínica.

27-30.

Estilo de vida saudável.

Campo eletromagnético e saúde humana.

Comunicações celulares e saúde humana

Computador pessoal e saúde humana

Eletrodomésticos e saúde humana.

O método de isótopos radioativos no diagnóstico de doenças

A tomografia computadorizada é uma conquista moderna de físicos e médicos.

33-34.

Conferência final.

Resumindo.

Total

Programa do curso

Introdução

Uma palestra geral que ilustra toda a amplitude do espectro de fenômenos físicos que podem ser discutidos em conexão com a saúde humana ou o funcionamento do corpo humano: fenômenos ópticos, mecânicos, térmicos, elétricos, magnéticos e outros.

Parâmetros ópticos de uma pessoa

Propagação retilínea da luz. Leis de reflexão e refração. Lentes. Construindo uma imagem em lentes. O olho humano é um sistema óptico complexo. Olhos de vários representantes do mundo animal. Os principais defeitos visuais: miopia, hipermetropia, astigmatismo, daltonismo. Óculos. Como manter uma boa visão: condições de iluminação, distância e ângulo de visão ideais, modo correto de trabalho e descanso.

Demonstrações: banco óptico, lentes, espelhos, prisma refrativo.

Trabalho prático: determinação da distância focal e potência óptica das lentes em vários óculos; determinação da acuidade visual, observação de vários tipos de imagens em lentes.

: parâmetros ópticos humanos.

Parâmetros mecânicos de uma pessoa

A densidade de líquidos e tecidos sólidos que compõem uma pessoa. Mecanismos simples em organismos vivos e sua finalidade. A "regra de ouro" da mecânica. O sistema músculo-esquelético humano e as leis da mecânica. Por que uma pessoa precisa de articulações? A estrutura dos ossos em termos da possibilidade de maior deformação. Trabalho e poder desenvolvido por uma pessoa em várias atividades.

Demonstrações: blocos, portão, cunha, parafuso, alavanca, plano inclinado e outros.

Trabalho prático: determinação da força muscular da mão humana usando um medidor de potência; cálculo do ganho de força no sistema "antebraço-ombro"; determinação da densidade óssea média.

Pesquisa independente de informações: parâmetros mecânicos humanos

Pressão e dispositivos para sua medição

O papel da pressão atmosférica na vida dos organismos vivos. Como a pressão é criada dentro de uma pessoa. Pressão atmosférica e bem-estar humano. Alta e baixa pressão.

Trabalho prático: estudar o dispositivo, princípio de operação e regras para usar um tonômetro médico de acordo com suas instruções, medir a pressão arterial usando um tonômetro e um fonendoscópio.

Excursão virtual: Voo em um balão de ar quente.

Pesquisa independente de informações: como uma pessoa tolera diferentes alturas acima do nível do mar?

Termorregulação de um organismo vivo. O fluxo de sangue através dos vasos.

Processos de difusão na natureza viva. fenômenos capilares. molhabilidade. Tudo sobre couro - o melhor "material de cobertura". Leis do movimento de fluidos através de tubos de seção transversal variável. equação de Bernoulli. Um complexo sistema de vasos sanguíneos e linfáticos no corpo humano.

Demonstrações: bancada óptica, modelo de tubo de seção variável.

Trabalho prático: definição de um exame de sangue. A realização de trabalho prático é planejada com o convite de um médico que realiza coleta e análise de sangue. Medição da temperatura da pele com um termômetro semicondutor.

Os glóbulos vermelhos de sangue humano são discos com um diâmetro de aproximadamente 7*10-6 m e uma espessura de 10-6 m. Cada milímetro cúbico de sangue contém cerca de 5*10 6 desses discos.

a) se há 5 litros de sangue no corpo de um adulto, então quantos glóbulos vermelhos estão contidos nele?

b) a massa de uma molécula de hemoglobina é de cerca de 6,8 * 10 4 a.m.u. Quantas moléculas de hemoglobina devem estar contidas em um glóbulo vermelho de sangue se a densidade da hemoglobina for 1 kg/m 3 e se assumirmos que os glóbulos sanguíneos consistem inteiramente de hemoglobina?

2. Como explicar a resistência à água de um telhado de palha, feno em pilhas?

3. O sangue é mais viscoso que a água. Ao se mover através do sistema vascular, experimenta resistência devido ao atrito interno. Quanto mais finos os vasos, maior o atrito e mais a pressão sanguínea cai. Dentro de um minuto, o coração ejeta cerca de 4 litros de sangue na aorta. A velocidade do movimento do sangue na aorta é de 0,5 m / s e através dos capilares - 0,5 mm / s. Quantas vezes a força de resistência quando o sangue se move pela aorta é maior do que a força de resistência do sangue que se move pelos capilares, se o coeficiente de resistência ao movimento do sangue for considerado o mesmo para ambos os casos?

4. Continue buscando informações sobre os parâmetros do corpo humano e preenchendo um passaporte físico pessoal.

Ondas sonoras e audição humana

Vibrações na natureza. Som e suas características. propriedades sonoras. Aparelho vocal humano. Vozes no mundo animal. Aparelho auditivo humano. Infra-sons e ultra-sons. Bioacústica de peixes. Efeito de sons de diferentes frequências na saúde humana.

Demonstrações: metrônomos, caixas de ressonância, instrumentos musicais de cordas, faixa de ondas mecânicas. Reprodução de uma gravação do trabalho do coração, gravação gráfica de sons cardíacos (fonocardiografia).

Trabalho prático: determinação da sensibilidade máxima do aparelho auditivo humano, determinação do pulso humano antes da atividade física e após o aumento da carga usando um fondoendoscópio. Se possível, agende uma visita ao consultório médico para a fonocardiografia.

1. Tarefas do tipo: A membrana timpânica humana tem uma área de aproximadamente 0,65 cm 2 . Com um volume de som de 20 dB, a amplitude da pressão sonora é de 20 mN/m 2 - este é o som de fundo em uma sala muito silenciosa. O limiar de dor para o ouvido ocorre com um volume de 140 dB e uma amplitude de pressão sonora de 200 N/m 2 , e o dano mecânico no tímpano ocorre com um volume de 160 dB e uma amplitude de pressão sonora de 2 kN/m 2 . Com que força o som age no tímpano nesses casos?

2. Conhecimento da faixa de frequência das vozes dos cantores:

Faixa de frequência, Hz

Masculino: baixo

80 - 350

barítono

100 - 400

tenor

130 -500

Feminino: contralto

170 - 780

mezzo-soprano

200 - 900

soprano

250 - 1000

coloratura soprano

13000

Trabalho de casa: vozes "douradas" da Rússia, qual é a sua faixa de frequência?

Radiação eletromagnética e sua aplicação na medicina

Radiação ultravioleta, infravermelha e de raios X. V. Roentgen, dados biográficos. Descoberta dos raios X. Propriedades da radiação de raios-X. Aplicação em medicina para diagnóstico e tratamento. Por que é necessário fazer fluorografia regularmente?

Demonstrações: imagens de raio-x.

Trabalho de casa: se possível, encontre vários dispositivos do princípio de funcionamento elétrico e magnético (“Vitafon”, “MAG” e outros) com instruções, traga-os para a escola.

Fenômenos elétricos e magnéticos e saúde humana

Propriedades elétricas dos tecidos do corpo. O homem no mundo dos campos eletromagnéticos e dos impulsos. Biocorrentes, impulsos cerebrais. Por que você pode reviver com uma descarga elétrica? O uso de vibrações de alta frequência para fins terapêuticos.

Aula prática: determinação da resistência da pele humana; estudo do dispositivo, princípio de funcionamento e regras de uso dos dispositivos da série "Home Doctor" de acordo com suas instruções.

Têxtil

Condutividade elétrica específica,

Ohm -1 *m -1

líquido cefalorraquidiano

Sérum

Sangue

Músculo

Órgãos internos

(2-3)*10 -1

Cérebro e tecido nervoso

0,07

Tecido adiposo

0,03

Pele seca

10 -9

Excursão à sala de fisioterapia da policlínica

Familiarização com vários tipos de equipamentos de fisioterapia, sua finalidade, princípios de funcionamento, tipos de doenças no tratamento em que são utilizados e muito mais. Precauções de segurança ao trabalhar com equipamentos.

Trabalho de casa: registro das informações estudadas nos cursos na forma de mensagem, pôster, apresentação ou qualquer outra forma visual.

Exemplo de informação:

Cientistas do Instituto Conjunto de Física da Terra. O. Yu. Schmidt, da Academia Russa de Ciências, estudou a influência de campos físicos de várias naturezas (principalmente eletromagnéticos) nas reações comportamentais de organismos vivos, incluindo pessoas. A neurastenia é frequentemente acompanhada por dores de cabeça (enxaquecas) e perda de sono.Como aliviar as dores de cabeça?

Resposta: Isso pode ser alcançado expondo o cérebro a pulsos de corrente elétrica através de eletrodos aplicados na pele. O método permite reduzir e, às vezes, eliminar completamente o uso de analgésicos químicos, salvando o paciente de seus efeitos colaterais. Por exemplo, no aparelho Skat, pulsos de corrente alternada são fornecidos alternadamente por três pares de eletrodos montados na cabeça do paciente. Devido a isso, quase todas as estruturas cerebrais responsáveis ​​pelo bloqueio da estimulação da dor são afetadas. A frequência de pulso varia na faixa de 400 - 1500 Hz, e a amplitude da corrente atinge 300 mA.

Uma pessoa passa cerca de um terço de sua vida em um sonho. As pessoas suportam a privação completa do sono muito mais difícil do que a fome, e logo morrem. No processo de sono, as células cerebrais restauram sua eficiência, absorvem ativamente nutrientes e acumulam energia. O sono restaura a atividade mental, cria uma sensação de frescor, vivacidade, causa uma onda de energia. Portanto, o eletrosono é usado para tratar doenças do sistema nervoso central. É usado para diminuição do desempenho, aumento da fadiga, dores de cabeça e insônia.

Estilo de vida saudável

Comida saudável. Padrões adequados de sono e vigília. Exercício razoável. Esportes. Por que um banho é útil? Regras de higiene pessoal. É possível combater os maus hábitos? Que hábitos são considerados prejudiciais?

Trabalho prático: determinando os parâmetros de uma pessoa saudável (pulso, frequência respiratória, pressão, peso), determinando a resistência e a aptidão do corpo após a atividade física (10 agachamentos), emitindo um passaporte físico pessoal.

Trabalho de casa: lembre-se da lição mais interessante do curso em sua opinião, prepare um breve relatório (2-3 minutos) sobre este tópico; responda à pergunta - o que de novo em física aprendi durante o trabalho desta disciplina eletiva em física? Um bom médico ou enfermeiro precisa conhecer esse assunto? A sua decisão mudou na escolha de um caminho educacional adicional? O que você recomendaria para mudar ou adicionar ao programa de disciplinas eletivas?

Conferência final

Discursos - reflexões dos alunos sobre os resultados da disciplina eletiva. Veja os projetos individuais preparados pelos alunos.

Resumindo os resultados do preenchimento de um passaporte físico pessoal, discutindo questões relacionadas à cultura de manutenção da própria saúde.

Bibliografia

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O primeiro grupo inclui: o peso de partes individuais do corpo humano, densidade, módulo de elasticidade e módulo de cisalhamento dos tecidos moles e duros do corpo, as velocidades de propagação das ondas de estresse nos tecidos e suas impedâncias características.[ ... ]

O segundo grupo de características derivadas são: indicadores da atenuação relativa das vibrações à medida que se propagam através do corpo a partir do local de excitação, características de frequência das impedâncias mecânicas de entrada na zona de contato do corpo com superfícies vibratórias, medidas mecânicas transitórias para qualquer ponto na superfície do corpo, frequências de vibrações naturais das estruturas do corpo. ...]

Observação. Peso da mão 0,6 kg, antebraço 1,6 kg, braço 2,3 kg.[ ...]

Na tabela. A Figura 4 mostra os pesos de partes individuais do corpo humano, em relação ao peso total e em valores absolutos, calculados de acordo com os dados de N. N. Khavkin, Coldman (citado por Harris e Crede, 1961) e Woodson e Conover (1968). Estes últimos referem-se à média para homens com altura de 175 cm e peso de 70 kg.[ ...]

Na tabela. 6 de acordo com as mesmas fontes literárias mostra as mudanças médias na rigidez K e resistência dissipativa R dos tecidos moles do corpo quando são deslocados sob a ação de uma carga estática, referida a uma área de 1 cm2.[ .. .]

Esses dados foram obtidos por Franke (citado em Harris e Crede, 1961) em apenas dois sujeitos e foram caracterizados por uma dispersão de leituras. No entanto, pode-se observar que sob cargas que causam deslocamentos teciduais não superiores a 5 mm, a rigidez K e a resistência R mudam quase linearmente com a mudança na carga. Com deslocamentos superiores a 5 mm, os tecidos corporais apresentam uma característica não linearidade de suas propriedades elástico-viscosas.[ ...]

Das derivadas das características mecânicas do corpo humano, consideraremos primeiro a atenuação das oscilações à medida que se propagam pelo corpo a partir do local de excitação. Pela primeira vez, esta atenuação para uma frequência de 50 Hz foi estudada em 1939 por Vökevu.[ ...]

Para nós, o estudo da atenuação das oscilações durante a sua propagação pelo corpo humano interessava-se num aspecto ligeiramente diferente, nomeadamente, ao comparar as características da atenuação das oscilações de várias frequências sob a ação da vibração através das solas dos pés ou palmas para esclarecer os conceitos de vibrações “locais” e “gerais” e determinar o tamanho da zona receptiva coberta pelo movimento oscilatório.[ ...]

Também realizamos estudos em 10 homens praticamente saudáveis ​​(dez experimentos cada) na faixa de frequência de 8 a 125 Hz e sob a ação de vibrações nos pés e palmas das mãos. O suporte mecânico de vibração VUS-70/200 serviu como fonte de vibração. O sujeito ou ficava na plataforma do suporte ou, estando fora dele, pressionava para baixo a alça vibratória presa à plataforma, exercendo controle sobre a força de pressão definida no dispositivo indicador. A propagação das vibrações foi registrada por equipamento de medição fabricado pela Brüel & Co. com um sensor de 30 gramas pressionado pela mão do testador em saliências ósseas em pontos fixos do corpo. Os níveis medidos de velocidade vibracional foram calculados com a determinação de desvios padrão, que flutuaram dentro de ± 2-5 dB.[ ...]

Estudamos o efeito da tensão muscular na condução da vibração pelos tecidos do braço medindo a intensidade da vibração nos mesmos pontos - no ombro dos sujeitos - sob condições do mesmo nível de velocidade vibracional na zona de contato com a superfície vibratória, mas com diferentes pressões no cabo.[ ...]

Tabelas para este capítulo: