Номер 7, страница 158, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Простые механизмы. «золотое правило» механики. Параграф 87. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 7, страница 158.

Условие.

• Равновесие в спорте.

Решение.

Равновесие в спорте — это способность спортсмена сохранять устойчивое положение тела как в статике (в покое), так и в динамике (во время движения). С точки зрения физики, равновесие тела достигается при одновременном выполнении двух условий:

1. Равновесие сил (поступательное равновесие): векторная сумма всех внешних сил, действующих на тело, равна нулю. Это означает, что тело либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Математически это выражается как:
$ \sum \vec{F} = 0 $

2. Равновесие моментов (вращательное равновесие): алгебраическая сумма моментов всех сил относительно любой оси равна нулю. Это означает, что тело не вращается или вращается с постоянной угловой скоростью.
$ \sum \vec{M} = 0 $

В спорте управление равновесием является ключевым фактором успеха во многих дисциплинах, от гимнастики и борьбы до катания на лыжах и коньках.

Виды равновесия и их проявление в спорте

Существует три вида механического равновесия, каждый из которых находит свое применение в спортивной практике:

Устойчивое равновесие: Тело, выведенное из этого состояния, стремится вернуться в исходное положение. Это достигается, когда центр тяжести (ЦТ) тела находится в наиболее низком возможном положении. Для повышения устойчивости спортсмены инстинктивно или сознательно увеличивают площадь опоры и понижают свой центр тяжести.
Пример: борец в защитной стойке широко расставляет ноги и сгибает их в коленях, чтобы его было труднее сбить с ног. Лыжник на спуске принимает низкую стойку для лучшей стабильности.

Ответ: Устойчивое равновесие в спорте достигается за счет низкой позиции центра тяжести и широкой площади опоры, что критически важно для стабильности в таких видах, как борьба, тяжелая атлетика и горные лыжи.

Неустойчивое равновесие: При малейшем отклонении тело продолжает удаляться от исходного положения. Это происходит, когда центр тяжести находится в максимально высоком положении. Хотя это состояние нестабильно, оно часто используется в спорте для быстрого начала движения.
Пример: спринтер на старте находится в положении неустойчивого равновесия, что позволяет ему максимально быстро начать бег при стартовом сигнале. Гимнастка, выполняющая стойку на руках, постоянно борется за сохранение неустойчивого равновесия.

Ответ: Неустойчивое равновесие используется спортсменами для инициации быстрого движения, как, например, у спринтеров на старте, или является целью упражнения, требующего высокого контроля, как в гимнастической стойке на руках.

Безразличное (нейтральное) равновесие: При смещении тело остается в новом положении, так как высота его центра тяжести не меняется.
Пример: шар для боулинга, катящийся по дорожке, или велосипедист, движущийся с постоянной скоростью по ровной дороге, находятся в состоянии, близком к безразличному равновесию.

Ответ: Безразличное равновесие характеризует состояние объектов или спортсменов, когда изменение положения не влияет на их устойчивость, что наблюдается при качении или скольжении по ровной поверхности.

Факторы, влияющие на устойчивость спортсмена

Способность спортсмена контролировать равновесие зависит от нескольких ключевых физических факторов:
- Высота центра тяжести (ЦТ): Чем ниже расположен центр тяжести, тем выше устойчивость. Спортсмены в единоборствах, горнолыжном спорте, теннисе сгибают ноги, чтобы понизить ЦТ и стать более стабильными.
- Площадь опоры: Это область, ограниченная точками соприкосновения тела с опорой. Чем больше площадь опоры, тем выше устойчивость. Например, стойка на двух ногах стабильнее, чем на одной. Широкая постановка ног увеличивает устойчивость. Для сохранения равновесия необходимо, чтобы вертикальная линия, проведенная через центр тяжести (линия тяжести), проходила внутри площади опоры.
- Масса тела: При прочих равных условиях тело с большей массой обладает большей инерцией и, следовательно, большей устойчивостью. Его труднее сдвинуть с места или вывести из равновесия. Это особенно заметно в таких видах спорта, как сумо или американский футбол.

Ответ: Ключевыми факторами для управления равновесием в спорте являются расположение центра тяжести, размер площади опоры и масса тела. Спортсмены активно манипулируют этими параметрами для достижения необходимой стабильности или, наоборот, для подготовки к быстрому движению.

Примеры использования принципов равновесия в спорте

- Гимнастика: Гимнасты на бревне должны удерживать проекцию своего ЦТ строго над узкой площадью опоры. При выполнении сложных элементов они постоянно смещают части тела, чтобы компенсировать движения и сохранить равновесие.
- Прыжки в высоту (стиль Фосбери-флоп): Это уникальный пример управления центром тяжести. Спортсмен изгибает тело так, что его общий центр тяжести может пройти под планкой, в то время как само тело атлета преодолевает ее сверху. Это позволяет эффективно использовать энергию для набора высоты.
- Фигурное катание: Вращения и прыжки требуют виртуозного управления как поступательным, так и вращательным равновесием. Фигуристы меняют скорость вращения, прижимая или расставляя руки, что изменяет их момент инерции, но при этом они должны постоянно удерживать свой ЦТ над лезвием конька.
- Велоспорт: Статично велосипед очень неустойчив, но в движении он обретает динамическое равновесие благодаря гироскопическому эффекту вращающихся колес и постоянным микро-подруливаниям со стороны спортсмена.

Ответ: В различных видах спорта, от гимнастики до легкой атлетики, применяются сложные стратегии управления центром тяжести и площадью опоры для выполнения специфических задач: удержание баланса на узкой поверхности, эффективное преодоление препятствий или выполнение сложных вращательных элементов.