8. INIMESE KEHALE MÕJUVATE JÕUDUDE LIIGITUS

Inimese kehale mõjuvate jõudude liigitus:

• Vastavalt sellele, kas kehale mõjuvad jõud on tasakaalustatud või mitte, eristatakse:

  • Staatiliselt mõjuvaid jõude

  • Dünaamiliselt mõjuvaid jõude

• Keha liikumise kiirusest sõltuvalt eristatakse:

  • liikumapanevaid jõude

  • pidurdavaid jõude

  • neutraalseid jõude

• Jõudude tekke allika alusel eristatakse:

  • välisjõude

  • sisejõude

Staatiliselt mõjuvad jõud:

• Jõudu, mis on tasakaalustatud teise jõu poolt ja ei põhjusta keha kiirendust,  vaid ainult deformatsiooni, nimetatakse staatiliselt mõjuvaks jõuks

• Staatiliselt mõjuvat  jõudud mõõdetakse seda tasakaalustava jõuga

  

Dünaamiliselt mõjuvad jõud:

• Jõudu, mis ei ole tasakaalustatud teise jõu poolt ning põhjustab keha, millele see on rakendatud, kiirenduse ja deformatsiooni, nimetatakse dünaamiliselt mõjuvaks jõuks

• Dünaamiliselt mõjuv jõud põhjustab ka inertsijõu (vastumõju kiirendusele) tekke

Liikumapanevad, pidurdavad ja neutraalsed jõud:

• Sõltuvalt keha liikumise suuna ja kehale mõjuva jõu suuna suhetest eristatakse liikumapanevat, pidurdavat ja neutraalset jõudu

• Liikumapanevaks jõuks

  •  nimetatakse jõudu, mille puhul liikumise ja jõu mõju suunad ühtivad ning mis suurendab keha liikumise kiirust ja sooritab positiivset tööd

  • Põhiliseks liikumapanevaks jõuks inimese liigutustegevusel on lihaste kontraktsioonijõud

• Pidurdavaks jõuks:

  • nimetatakse jõudu, mille puhul liikumise ja jõu mõju suunad on vastupidised ning mis vähendab liikumise kiirust ning sooritab negatiivset tööd

  • Pidurdavateks jõududeks inimese liigutustegevusel võivad olla raskusjõud (koormuse kaal), antagonistlihaste kontraktsioonijõud (pinge),  hõõrdejõud, väliste kehade elastsusjõud, keskkonna takistusjõud jt

• Neutraalseks jõuks 

  • nimetatakse jõudu, mille puhul liikumise ja jõu mõju suunad on risti ning mis ei muuda liikumise kiirust, kuid muudab kiiruse suunda

  • Kui kehale mõjuvad liikumapanevad jõud ületavad summaarselt pidurdavaid jõude, siis nende vahet nimetatakse kiirendavaks jõuks - see annab kehale positiivse kiirenduse, sooritab positiivset tööd ja suurendab keha kineetilist energiat

• Kui liikumapanevad jõud puuduvad või nad on väiksemad pidurdavatest jõududest, siis nende vahet nimetatakse  aeglustavaks jõuks - see põhjustab keha negatiivse kiirenduse, sooritab negatiivset tööd ning vähendab keha kineetilist energiat

• Enamikel juhtudel mõjuvad inimese motoorsel tegevusel üheaegselt nii liikumapanevad, pidurdavad kui ka neutraalsed jõud

  

Välisjõud:

• Välisjõududeks nimetatakse jõudusid, mis on esile kutsutud inimese keha suhtes väliste kehade (teised inimesed, keskkond, töö- ja spordivahendid, tugipind) toimest

• Inimese keha suhtes on välisjõududeks:

  • raskusjõud

  • keha kaal

  • toereaktsioon

  • väliste kehade inertsijõud

  • väliste kehade elastsusjõud

  • hõõrdejõud

  • keskkonna takistusjõud

• Välisjõud väljendavad väliskeskkonna ja selle materiaalsete objektide mõju inimese kehale

• Seejuures mõju ja vastumõju on rakendatud ühelt poolt inimese kehale ja teiselt poolt kehadele, mis asuvad väljaspool inimese keha

• Kõiki välisjõude võib lugeda rakendatuks inimese keha raskuskeskmesse (KRK) ja seetõttu on ainult nende jõudude osalusel võimalik muuta KRK asukohta ruumis vüi selle liikumise kiirust

Raskusjõud:

• Raskusjõud on gravitatsioonijõud, millega Maa tõmbab keha enda poole

• Täpsemalt kujutab raskusjõud endast kehale mõjuva Maa gravitatsioonilise külgetõmbejõu ja Maa pöörlemisest tingitud tsentrifugaaljõu resultanti

• Suuruselt võrdub raskusjõud keha kõigi osade (materiaalsete punktide) raskusjõudude resultandiga

• Raskusjõud on püsiv maakera antud punktis

• Mida kõrgemal merepinnast on keha, seda väiksem on raskusjõud

• Raskusjõu rakenduspunktiks on KRK

• Raskusjõudu võib määrata kaalumise teel: meditsiiniliste kaaludega määratakse keha mass m ja korrutades selle raskuskiirendusega g (9,81 m/s2) saadakse keha raskusjõud G     G=mg

Keha kaal:

• Keha kaaluks nimetatakse jõudu, millega keha mõjutab alust või riputusvahendit

• Vaatamata sellele, et keha kaal tekib raskusjõu mõjul, ei saa neid samastada, kuna nad on rakendatud erinevatele kehadele

• Keha kaal rakendub rugipinnale või riputusvahendile

• Õhulennu perioodil jooksul või hüpates võrdub keha kaal nulliga (kaalutuse juhtum)

• Keha kaal on oma olemuselt elastsusjõud, mille tekke põhjuseks on keha deformeerumine vastasmõjus oleva aluse või riputusvahendiga

• Kui alus (riputusvahend) on Maa suhtes paigal või liigub ühtlaselt sirgjooneliselt, siis võrdub keha kaal W raskusjõuga G  W=G=mg  kus m on mass ja g raskuskiirendus

• Sel juhul on raskusjõudu võimalik määrata kaaludega

• Kui keha koos alusega liigub kiirendusega üles või alla (näiteks liftis),  siis võib keha kaal raskusjõust tunduvalt erineda

• 

• 

• 

• Keha kaalu suurenemist, mis on tingitud kiirendusega liikumisest, nimetatakse  ülekoormuseks

• Ülekoormuse all on näiteks lendurid vigurlennu ajal ja autojuhid suure kiirusega liikumisel

Toereaktsioon:

• Toereaktsiooniks nimetatakse jõudu, mis tekib keha rõhumisel tugipinnale  või riputusvahendile

• Toereaktsioon tekib raskusjõu mõjul ja on rakendatud teda esile kutsuvale kehale

• Oma olemuselt on toereaktsioon elastsusjõud

• Kui keha rõhub tugipinnale vertikaalselt, siis staatiline toereaktsioon R0 võrdub raskusjõu G ja keha kaaluga W

  

• Liikuva keha rõhumisel tugipinnale tekkivat toereaktsiooni nimetatakse dünaamiliseks toereaktsiooni

• Nurga all mõjuvat toereaktsiooni võib lahutada kaheks komponendiks - vertikaalseks ja horisontaalseks:

  • Toereaktsiooni vertikaalkomponent mõjub vastupidiselt raskusjõule ja määrab KRK vertikaalsuunalise ümberpaiknemise ruumis

  • Toereaktsiooni horisontaalkomponent takistab keha liikumist tugipinnal ja teda tuntakse hõõrdejõuna

Väliste kehade inertsijõud:

• Kui mingi välise keha ja inimese keha vastastikuse mõju tulemusena tekib kiirendus, siis tekib alati ka inertsijõud

• Välise keha inertsijõud on inimese keha poolt kiirendatava keha toime mõõt, mis on suunalt vastupidine kiirendusele ning on rakendatud kiirendatava kehaga kontakteeruvasse inimese keha piirkonda

Väliste kehade elastsusjõud:

• Elastsusjõud on jõud, mis tekib keha deformeerumisel ja püüab taastada selle algolekut

• Kehade väikestel deformatsioonidel kehtib Hooke´i seadus: elastsusjõud on võrdeline keha deformatsiooniga (pikenemise või lühenemisega) ja selle suund on vastupidine deformeeruva keha osakeste nike suunale

• 

Hõõrdejõud:

• Inimese keha liikumisel, samuti kokkupuutel teiste kehadega ilmneb hõõrdumise nähtus

• Eristatakse kehade:

  • seisuhõõrdumist

  • liugehõõrdumist

  • veerehõõrdumist

• Hõõrdumisel ilmnevat jõudu, mis tekib kehade kokkupuutel ja takistab või pidurdab nende suhtelist liikumist, nimetatakse hõõrdejõuks

Seisuhõõrdejõud:

• Teineteise suhtes paigalseisvate kehade vahelist hõõrdumist nimetatakse seisuhõõrdumiseks

• Kui kehale paralleelselt kokkupuutepinnaga rakendada välisjõud (tõmbejõud) F, siis mõjub kehale peale selle veel üks jõud, mis on sellega absoluutväärtusest võrdne, kuid vastassuunaline ja seda jõudu nimetatakse seisuhõõrdejõuks Fm

  

• Seisuhõõrdejõud takistab inimest paigalt liigutamast esemeid

• Horisontaalse tugipinna korral on seisuhõõrdejõud võrdeline keha kaaluga

  

Liugehõõrdejõud:

• Kui keha kokkupuutepinnaga paralleelselt mõjuv jõud on maksimaalsest seisuhõõrdejõust suurem, libiseb keha mööda teise keha pinda, s.o. keha omandab kiirenduse

• 

• Liugehõõrdejõud on alati vastassuunaline keha kiirusega selle keha suhtes, mille pinnal ta libiseb

• Seega vähendab liugehõõrdejõud alati keha kiirust sellega kokkupuutuva keha suhtes

• Kui keha libiseb paigaloleval pinnal ja talle ei mõju peale hõõrdejõu teisi jõude, siis jääb ta lõpuks seisma

• Liugehõõrdumise mehhanismi seletatakse libisevate pindade haakumisega teinetese külge, mis on põhjustatud pindade ebatasasusest

• Liugehõõrdejõudu saab vähendada määrdekihiga hõõrduvate pindade vahel, sest hõõrdumine vedelikukihtide vahel on väiksem kui tahkete pindade vahel ning määrimisel pindade ebatasasused silutakse

Veerehõõrdejõud:

• Kui inimene sõidab jalgrattaga, siis ilmneb rataste ja maapinna vahel veerehõõrdumine

• Tavaliselt on veerehõõrdejõud ligehõõrdejõududest tunduvalt suuremad

• Veerehõõrdumise mehaanismi seletatakse kokkupuutuvate kehade deformatsiooniga: ratas surutakse vastu pinda, mille servast ta peab kogu aeg üle veerema

  

Keskkonna takistusjõud:

• Õhus või vees liikumisel mõjutavad inimese keha aero- ja hüdrodünaamilised jõud, mida üldistatuna nimetatakse keskkonna takistusjõududeks

• Keha liikumisel õhus või vees teatud nurga all võib keskkonna takistusjõu lahutada kaheks komponendiks:

  • frontaaltakistuseks Ff

  • tõstejõuks Ft

• Tõstejõudu, mis toimub risti liikumise suunaga, kasutatakse näiteks suusahüpetes ja ujumisel

  

Sisejõud:

• Inimese keha sees kehaosade, kudede ja organite vastastikuse mõju tulemusena tekkivaid jõudusid nimetatakse sisejõududeks

• Sisejõude puhul asuvad nii mõju kui ka vastumõju rakenduspunktid keha sees

• Kuna sisejõud ei rakendu KRK-sse, siis ei saa nad ilma välisjõudude abita muuta keha liikumist ruumis

• Sisejõud võivad põhjustada kehaosade ümberpaiknemist üksteise suhtes

Keha tasakaal:

• Mehaanika osa, mis uurib kehade tasakaalutingimusi, nimetatakse staatikaks

• Kuna tasakaal on liikumise erijuht, siis järelduvad staatika seadused loomulikul viisil dünaamika seadustest

• Tasakaaluks nimetatakse keha paigalpüsimist mingi inertsiaalse taustsüsteemi suhtes

• Tasakaalus on näiteks paigalseisvad lehed

• 3 põhilist tasakaalu liiki:

• Püsiv tasakaal - kui keha väiksel kõrvalekaldumisel tasakaaluasendist on kehale mõjuvate välisjõudude resultant nullist erinev ja suunatud tasakaaluasendi poole

• Ebapüsiv tasakaal - kui keha väiksel kõrvalekaldumisel  tasakaaluasendist on kehale rakendatud välisjõudude resultant nullist erinev ja suunatud sellest asendist eemale

• Neutraalne tasakaal - kui keha väiksel kõrvalekaldumisel tasakaaluasendist jääb temale rakendatud välisjõudude resultant endiselt võrdseks nulliga

Mittepöörleva keha tasakaalutingimused:

• Et mittepöörlev keha oleks tasakaalus, peab temale mõjuvate jõudude summa võrduma nulliga:

  

• Kui jõudude geomeetriline summa võrdub nulliga, siis võrdub nulliga ka nende jõudude projektsioonide summa kõigi vaadeldavate telgede suhtes

• Kui kehale rakendatud jõudude resultant ei võrdu nulliga, siis selleks, et keha jääks tasakaalu, tuleb talle rakendada veel üks jõud, mis on resultandiga võrdne ja vastassuunaline

Pöörleva keha tasakaalutingimused:

• Liikumatu pöörlemisteljega keha tasakaalutingimus põhineb momentide reeglil: keha, mis võib pöörelda ümber liikumatu telje on tasakaalus siis, kui kehale rakendatud jõudude momentide algebraline summa selle telje suhtes võrdub nulliga

  

  Liikumatu pöörlemisteljega keha on:

  • püsivas tasakaalus-  siis, kui KRK asub pöörlemisteljest madalamal ning paikneb seda telge läbival vertikaalsirgel

  • ebapüsivas tasakaalus -  kui KRK paikneb pöörlemistelge läbival vertikaalsirgel, kuid on teljest kõrgemal

  • neutraalses tasakaalus -  kui pöörlemistelg läbib KRK-d

Veereva keha tasakaal:

• püsivas tasakaalus nõgusal pinnal

• ebapüsivas tasakaalus kumeral pinnal

• neutraalses tasakaalus  horisontaalsel pinnal

Tugipinda omav keha tasakaal:

• püsivas tasakaalus  kui KRK projektsioon langeb tugipinnale

• ebapüsivas tasakaalus  kui KRK projektsioon langeb tugipinnast väljapoole

• Tugipinnal asuva keha puhul eristatakse kolme püsivuse karakteristikut:

  • geomeetrilist

  • energeetilist

  • dünaamilist

    

Tugipinnal asuva keha geomeetriline, energeetiline ja dünaamiline karakteristikud:

• Dünaamiline:

  • kallutatava jõu F suurust

  • Kui jõudude resultant on suunatud tugipinda, siis on tegemist püsiva tasakaaluga, kui väljaspoole tugipinda, siis ebapüsiva tasakaaluga

    

Inimese keha tasakaalu regulatsioon:

• Inimese puhul mõistetakse tasakaalu all võimet säilitada keha stabiilsust mitmesugustes asendites ja liikumistes

• Tasakaaluga on seotud iga kehaasend ja liikumine

• Kehaasendi säilitamiseks kasutatakse nii toimejõudude nõrgendamist kui ka tasakaalustavate jõudude suurendamist

• Seejuures kasutatakse:

  • kompenseerivaid

  • amortiseerivaid

  • taastavaid liigutusi

Kompenseerivad liigutused:

• Kompenseerivad liigutused tekivad sel momendil, kui toimejõud paigutavad kehaosi ümber

• Kompenseerivad liigutused neutraliseerivad toimejõudude efekti ja neid sooritatakse üheaegselt liigutustega, mis ähvardavad keha tasakaalust välja viia, reeglina automaatselt

Amortiseerivad liigutused:

• Amortiseerivad liigutused võimaldavad KRK-d ümber paigutada asendi säilitamise tsoonis

• Nad vähendavad toimejõudude efekti, hajutades seda ajaliselt

• Sageli suurendavad nad ka tasakaalustavate jõudude toimet

  

Taastavad liigutused:

• Taastavad liigutused toovad KRK tagasi asendi säilimise tsooni

• Kõiki eelnevalt tasakaalu säilitavaid ja taastavaid liigutusi kasutatakse sageli kombineeritult

Staatiline tasakaal:

• Staatilise tasakaalu püsivus sõltub:

  • keha massist (kaalust)

  • tugipinna suurusest

  • KRK kõrgusest tugipinnast

  • KRK projektsiooni kaugusest tugipinna servast

• Mida madalamal asub KRK ja suurem on tugipind, seda püsivam on muude võrdsete tingimuste korral keha staatiline tasakaal

• Tasakaalu reguleerimist kergendab horisontaalselt käes hoitav pikem ese

  

Dünaamiline tasakaal:

• Dünaamiline tasakaal tähendab kehaasendite stabiilsust liikumisel

• Paljud kehalised harjutused sisaldavad endas pöördeid ümber keha vertikaaltelje 

• Tasakaalu puudumine või kaotamine põhjustab nende harjutuste katkestamise või inimese kukkumise

• Sellistes harjutustes nagu piruett ühel jalal peab pöörlemistelg läbima KRK ja selle vertikaal peab langema tugipinna piiridesse

• Kui KRK pöördub pöörlemisteljest kõrvale, viib tekkiv tsentrifugaaljõud keha tasakaalust välja