Биокинематические маятники

Звено тела, продолжающее после разгона движение по инерции, имеет сходство с физическим маятником. Маятник в поле силы тяжести, выведенный из равновесия, сначала под действием момента силы тяжести качается вниз, а далее, затрачивая приобретенную кинетическую энергию, поднимается по инерции вверх. Период качаний маятника:

где I — момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку подвеса, m — его масса, g — ускорение свободно падающего те­ла, r — радиус ЦМ, т. е. расстояние между точкой подвеса и ЦМ. Пери­од качаний определяет собственную частоту качаний маятника, и, как видно из формулы, как будто независимо от их амплитуды. Однако это не совсем так; данная формула действительна только для малых колебаний (не более 5—7°, когда sin a примерно равен углу откло­нения а). При более значительных отклонениях (например, качаниях ног в ходьбе, беге) частота качаний зависит от их амплитуды. Более того, длина «маятника» при сгибании и разгибании ноги изменяется, поэтому нога как маятник постоянной собственной частоты не имеет.

Ускорение звена как маятника зависит от приложенного момента силы (M₀(F)=F'd) и момента инерции маятника (I=mR²_ин):

где R_ин— радиус инерции. Чтобы увеличить ускорение, надо увеличить либо силу, либо плечо, либо и то и другое или же уменьшить радиус инерции.

Составные маятники (несколько подвешенных друг к другу маят­ников) ведут себя намного сложнее. Именно поэтому в каждом шаге моменты мышечных сил нужно приспосабливать к переменным ме­ханическим условиям, чтобы обеспечивать относительное постоянство шагов.

Поиск по сайту: