Вращательные движения

Вращательные движения тела получили широкое распространение в спорте: в гимнастике (обороты, махи, соскоки с гимнастических снарядов), акробатике (перекаты, кувырки, перевороты, сальто), фигурном катании на коньках (пируэты, "волчок"), прыжках в воду и т. п.

Вращательные движения могут выполняться вокруг свободной и закрепленной осей вращения. Свободная ось вращения проходит через о.ц.т. тела человека, закрепленной осью являются спортивные снаряды.

Как и все другие движения, вращательные движения обусловлены взаимодействием внешних и внутренних сил. Однако характер их взаимодействия при вращательных движениях несколько иной, чем при поступательных. Так, из внешних сил сила отталкивания должна быть направлена не в о. ц. т. тела, как при беге, ходьбе, прыжках, а так, чтобы между о. ц. т. и направлением действующей силы образовалось плечо силы для возникновения момента вращения. При этом чем больше плечо силы, тем больше момент и тем значительнее вращение.

Внутренние силы (сила мышц) при поступательных движениях в фазе свободного перемещения (фаза полета) не могут оказать влияния на траекторию о. ц. т. тела. Какие бы движения в фазе полета ни совершал прыгун, он не может изменить ни скорости, ни направления полета, а при вращательных движениях изменением взаимного расположения частей тела с помощью мышечных усилий можно увеличить или уменьшить скорость вращения тела. Например, фигурист, выполняя пируэт с отведенными руками, вращается с небольшой скоростью, но, опустив руки, может резко повысить скорость. Если при быстром вращении гимнаста с опорой на канате развести ноги, скорость вращения тела замедлится. Это связано с тем, что инерция массы вращающегося тела (способность сопротивляться) проявляется иначе, чем в поступательных движениях. При поступательном движении скорости всех точек тела одинаковы, при вращательном - чем дальше материальная точка тела расположена от оси вращения, тем больше линейная скорость. Выражая линейную скорость через угловую, характеризующую быстроту вращательного движения, можно определить момент инерции для каждой точки и для тела в целом. Момент инерции вращающейся точки прямо пропорционален ее массе и квадрату радиуса, т. е. расстоянию ее от оси вращения: M = mr², где М - момент инерции, m - масса точки, r - радиус. Момент инерции всего тела можно представить суммой моментов инерции всех точек тела: Σmr².

Таким образом, моменты инерции разных точек различны и зависят от расстояния точки от оси вращения. Чем дальше части тела удалены от оси вращения, тем больше они сопротивляются движению.

Все вращательные движения основаны на законе постоянства или сохранения момента количества движения. Количество движения, полученное в результате взаимодействия внешних и внутренних сил при выполнении вращательных движений в каждый данный момент, есть величина постоянная и представляет собой произведение момента инерции на угловую скорость: К=Σ mr²×ω, где:

К - константа, постоянная величина;

Σmr² - момент инерции;

ω - угловая скорость.

(Угловая скорость - это отношение угла поворота к времени, в течение которого происходит вращение.)

Таким образом, изменяя расположение отдельных звеньев вращающегося тела при свободном полете (в безопорный период), приближая или удаляя их от оси вращения, можно изменить и момент инерции - уменьшить или увеличить его, что увеличивает или уменьшает угловую скорость вращения всего тела.

При вращательных движениях вокруг закрепленной оси большое напряжение мышц вызывает центробежная сила инерции, которая стремится удалить части тела от оси вращения, при этом особенно большая нагрузка падает на мышцы, укрепляющие суставы.

В качестве примера вращательного движения вокруг свободной оси можно рассмотреть сальто назад с места.