Физика в нашей жизни, страница 219 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Рычаги в теле человека

Рычаг в теле человека вращается вокруг своей оси под действием силы мышц и внешней силы сопротивления. В зависимости от точки приложения сил вращения различают рычаги 1, 2 и 3 рода. В рычаге 1 рода ось вращения находится между точками приложения сил, обе силы имеют одинаковое направление, например, в черепе человека. У рычагов второго и третьего рода ось вращения находится на конце рычага, точки приложения сил расположены по одну сторону от оси вращения, имеют противоположные направления. В рычаге 2 рода мышечная сила действует на короткое плечо рычага, в рычаге третьего рода – на длинное плечо рычага. Рычаг 2 рода является рычагом скорости, рычаг 3 рода – рычагом силы. Примером рычага скорости является локтевой сустав с грузом на ладони. При совершении работы он дает выигрыш в скорости. Стопа на пальцах – это пример рычага силы, он дает выигрыш в силе. Выполняется «золотое» правило механики: выигрывая в силе, проигрываем в расстоянии и наоборот.

Акробатика

Акробатика – это комплекс самых разных гимнастических упражнений. Их можно разделить на три основные группы. Первая – это акробатические прыжки: перекаты, сальто, перевороты. Вторая – балансирование, в которое входят стойки на плечах, на лопатках, на руках, в том числе на одной руке, а также упражнения в парах и в группах (рис. 208). Третья группа включает броски партнера с переходом на плечо или на руки, с захватом за бедро, голень, стопу или кисть. При разработке зрелищных акробатических выступлений необходимы знания об условии равновесия и расположении центра масс группы акробатов.

Рис. 208. Балансирование

Цирк дю Солей

В рамках международной выставки ЭКСПО-2017 в столице нашей родины впервые выступал Цирк дю Солей (рис. 209). Артисты цирка, вдохновившись богатой культурой и историей Казахстана и темой выставки «Энергия Будущего» подготовили для гостей столицы эксклюзивную шоу-программу «REFLEKT». Великолепное зрелище было создано на основе культурного наследия казахстанского народа и современного взгляда на ближайшее будущее всего человечества.

Рис. 209. Цирк дю Солей в Астане

Задание

1. Приведите примеры рычагов 1, 2 и 3 рода в теле человека.

2. Изобразите схематично рычаги и приложенные к ним силы к примерам, приведенным в тексте.

3. Ответьте на вопросы:

а) В чем различие рычагов 2 и 3 рода?

б) При каком условии акробаты сохраняют равновесие? Почему для выполнения акробатического упражнения необходимы постоянные тренировки?

в) В каких видах деятельности человека знание об условии равновесия тел и расположении центра масс системы тел играют важную роль?

4. Выясните, чем Цирк дю Солей отличается от других цирков? Изучите историю его создания. Подготовьте сообщение.

1. В тексте приведены следующие примеры рычагов в теле человека:

• Рычаг 1-го рода: Череп, который вращается относительно точки опоры в позвоночнике.

• Рычаг 2-го рода (в тексте назван рычагом скорости): Локтевой сустав с грузом на ладони.

• Рычаг 3-го рода (в тексте назван рычагом силы): Стопа при подъеме на пальцы.

Ответ: Примеры рычагов в теле человека: 1-го рода – череп, 2-го рода (рычаг скорости по тексту) – локтевой сустав, 3-го рода (рычаг силы по тексту) – стопа на пальцах.

2. Схематическое описание рычагов и приложенных к ним сил для примеров из текста:

• Череп (рычаг 1-го рода): Ось вращения (точка опоры) находится в месте сочленения черепа с позвоночником. С одной стороны от опоры действует сила тяжести головы, направленная вниз (со стороны лица). С другой стороны действует сила мышц шеи, также направленная вниз (с затылочной стороны), которая уравновешивает голову.

• Локтевой сустав (рычаг скорости, 3-й род по стандартной классификации): Осью вращения является локтевой сустав. Сила мышцы (бицепса) приложена между осью вращения и грузом. Груз (внешняя сила сопротивления) находится на ладони, на наибольшем расстоянии от оси вращения. Сила мышцы и сила сопротивления направлены в противоположные стороны (мышца тянет вверх, груз – вниз).

• Стопа на пальцах (рычаг силы, 2-й род по стандартной классификации): Осью вращения является точка опоры стопы на землю (плюснефаланговые суставы). Сила сопротивления – это вес тела, приложенный в области голеностопного сустава и направленный вниз. Мышечная сила (икроножной мышцы) приложена к пяточной кости через ахиллово сухожилие и направлена вверх. Сила сопротивления находится между точкой опоры и точкой приложения мышечной силы.

Ответ: Рычаги описаны схематически: у рычага 1-го рода (череп) точка опоры находится между силами; у рычага-примера скорости (локоть) сила мышцы приложена между опорой и грузом; у рычага-примера силы (стопа) вес тела приложен между опорой и силой мышцы.

3. а) В чем различие рычагов 2 и 3 рода?

Согласно тексту, различие заключается в точке приложения мышечной силы. В рычаге 2-го рода (который текст называет рычагом скорости) мышечная сила действует на короткое плечо рычага, а в рычаге 3-го рода (который текст называет рычагом силы) – на длинное плечо рычага. Как следствие, рычаг 2-го рода дает выигрыш в скорости, а рычаг 3-го рода – выигрыш в силе.

Ответ: По тексту, у рычага 2-го рода мышечная сила приложена к короткому плечу (выигрыш в скорости), а у рычага 3-го рода – к длинному плечу (выигрыш в силе).

б) При каком условии акробаты сохраняют равновесие? Почему для выполнения акробатического упражнения необходимы постоянные тренировки?

Акробаты сохраняют равновесие при выполнении двух условий статического равновесия: во-первых, векторная сумма всех действующих на них сил должна быть равна нулю; во-вторых, сумма моментов всех сил относительно любой оси вращения должна быть равна нулю ($M_{вращ} = M_{удерж}$). Практически это означает, что вертикальная линия, проведенная через общий центр масс группы акробатов, должна проходить внутри площади опоры. Постоянные тренировки необходимы для развития мышечной силы, гибкости, координации и чувства равновесия. Они формируют мышечную память, которая позволяет телу совершать мгновенные и точные корректирующие движения для удержания центра масс над точкой опоры, что критически важно при выполнении сложных и опасных элементов.

Ответ: Акробаты сохраняют равновесие, когда вертикальная проекция их общего центра масс находится в пределах площади опоры. Постоянные тренировки нужны для развития физических качеств и мышечной памяти, чтобы автоматически поддерживать это условие.

в) В каких видах деятельности человека знание об условии равновесия тел и расположении центра масс системы тел играют важную роль?

Знание об условии равновесия и расположении центра масс играет важную роль во многих видах деятельности:

• Спорт: гимнастика, акробатика, фигурное катание, балет, боевые искусства, тяжелая атлетика, прыжки в воду.

• Инженерия и строительство: проектирование устойчивых зданий, мостов, башенных кранов, транспортных средств (кораблей, самолетов, автомобилей).

• Повседневная жизнь: ходьба, бег, езда на велосипеде или самокате, перенос грузов (например, мебели или коробок), правильная осанка за столом.

• Искусство: создание устойчивых скульптур и инсталляций.

Ответ: В спорте (гимнастика, акробатика), инженерии и строительстве, а также в повседневных действиях, таких как ходьба и перенос предметов.

4. Цирк дю Солей (Cirque du Soleil) кардинально отличается от традиционных цирков по нескольким ключевым аспектам. Во-первых, он полностью отказался от использования животных в своих представлениях, сосредоточившись исключительно на человеческих возможностях. Во-вторых, каждое шоу Цирка дю Солей — это целостное театрализованное представление с единой сюжетной линией, темой, оригинальной живой музыкой, сложным дизайном костюмов и декораций. Это синтез циркового искусства, уличного перформанса, театра, хореографии и музыки, в то время как традиционный цирк представляет собой набор разрозненных номеров.

История его создания началась в 1984 году в Квебеке (Канада). Он был основан группой уличных артистов во главе с Ги Лалиберте и Жилем Сент-Круа. Получив государственный грант на празднование 450-летия открытия Канады, они создали свое первое шоу, которое и положило начало всемирно известной компании, превратившей цирковое искусство в высокохудожественное зрелище.

Ответ: Цирк дю Солей отличается от других цирков отсутствием номеров с животными, наличием единого сюжета и темы в каждом шоу, а также высоким художественным уровнем постановки (оригинальная музыка, костюмы, сценография). Он был создан в 1984 году в Канаде группой уличных артистов.