1
Висока спортска и здравствена школа
Предмет: Биомеханика спорта
СЕМИНАРСКИ РАД
Назив рада: Кретање тела у флуиду
Београд,Мај 2017. година
УВОД
2
Сваки рад или било која друга људска делатност, увек је изражена покретом,односно
кретањем. Покрет представља основно средство и прворазредни циљ свих облика кретног
испољавања човека. Потреба за кретањем је једна од основних својстава свих живих бића.
Понављањем покрета побољшава се моторика човека што се одражава на стање свести, а
то опет омогућава усвајање навика на још сложенија кретања.
У најједноставнијем одређењу, људски покрет представља померање или помицање
појединих делова тела (сегмената) или комплетног тела у простору. Међутим, ни један
покрет не може настати, као што ни једно кретање не може бити успостављено, нити
нарушено мировање без дејства силе.
Анализа услова кретања живих тела далеко је сложенија од анализе кретања неживе
природе. Та сложеност и специфичност кретања живих тела, код којих се мора водити
рачуна о механичким особинама кретног аспекта и о биолошким условима организма
наметнула је нови правац истраживања и условила формирање нове научне дисциплине
која је нашла свој израз под појмом биомеханика.
Према томе, биомеханика се може дефинисати као наука о кретању живог тела и о
кретању чији је узрок живо тело.Дакле, биомеханика проучава стање кретања и промене
стања кретања живог тела у односу на узроке (силе) и у односу на услове спољашње
средине.
ЦИЉ РАДА
Потреба за кретањем је саставни део сваког живог бића, јер представља изузетно важну
улогу у њиховом развоју. У физичком васпитању свако кретање представља активност
учесника који су свесни свог циља. Ради се о активном односу човека према средини у
којој се креће. Из тог разлога кретање се не може схватати само као биолошко - механички
процес, већ као и друштвено значајна активност.Са друштвеног аспекта, истраживање
кретне активности човека је врло комплексно и широко, а у данашњим условима оно се
све више проширује.
Та комплексност истраживања структуре и тока кретања у физичком васпитању може се
вршити само обједињавањем резултата истраживања анатомије, физиологије, психологије,
физике, психомоторике, биомеханике. У том погледу значај биомеханике је посебно
важан. Будући да у биомеханичким истраживањима покрета и кретања учествују егзактне
науке, а резултати се експериментално потврђују дајући коначне закључке који постају
опште вредности. На тај начин наука о кретању са биомехаником добија конкретну научну
подлогу чиме се учвршћује и егзактност теорије физичког васпитања.
1. КРЕТАЊЕ ТЕЛА У ФЛУИДУ
4
Човекова кретања се најчешће одвијају кроз ваздух, у гасовитом флуиду јер је ваздух
природна средина развоја људске врсте, за коју су везане све његове функције. Наука о
гасовима назива се аеромеханика (грч. аер = ваздух). Аеростатика испитује равнотежу
ваздуха (гасова), а аеродинамика испитује кретање гасова. Ваздух је средина неопходна за
живот, и у њему стално живимо и крећемо се. Кохезија је код ваздуха мања него код
течности, због чега су и његови делићи покретљивији. Молекули гасова услед топлоте
теже да се прогресивно растуре на све стране. Ова тежња је као сила већа од њихове
кохезије, па због тога ваздух увек испуњава сваки простор.
Та тежња гасова - ваздуха да се шире, зове се
експанзивна сила или напон гаса
. Пошто
између делића гасова због напона увек постоје знатна одстојања гасови се могу лако
сабити због чега кажемо да су гасови лако стишљиви. Када престане вањски притисак,
гасови увек заузимају ранију запремину, што значи да поседују - еластичност запремине,
далеко у ширим границама него течности. Један литар ваздуха је око 773 пута лакши од
једног литра воде, што значи да му је густина за толико пута мања. Притисак кроз гасове
преноси се једнако у свим правцима као и кроз течности (нпр. притисак у надуваној
лопти). Услед тога, и ваздух као и вода, поседује такође притисак. Свако тело опкољено
ваздухом, постаје за онолико пута лакше, колико је тешка њиме истиснута запремина
ваздуха. То значи да је нпр. свако чврсто тело запремине 1 м кубног у ваздуху лакше за
1,29 кп, јер је толика тежина истиснутог ваздуха. Ваздух је материјално тело, па као такво
поседује и властити притисак, у све стране, па и на дно. Тај притисак се мери такозваним
атмосферама.
Отпор ваздуха
Кретање тела у безваздушном простору се разликује од кретања тела са истим елементима
(почетна брзина, елевациони угао, облик тела, положај тела) кроз ваздух. Путања тела
кроз ваздух се зове балистичка крива. Постоји разлика између параболе и балистичке
криве, и тим је већа што је брзина кретања већа, односно отпор ваздуха већи. Парабола је
симетрична крива са теменом на половини путање, са истим елевационим и упадним
углом. Балистичка крива је несиметрична и лежи увек испод параболе. Теме балистичке
криве је ближе тачки пада, тј. пењући крак је дужи од падајућег крака, упадни угао је већи
од елевационог угла.У односу на тело, отпор ваздуха се не јавља само са предње стране
тела, него са више страна. Ваздушни отпор спреда (чеони отпор) се јавља у виду притиска.
Са задње стране тела се јавља отпор ваздуха у виду депресије (ваздушни вртлози, који
настају услед ковитлања струјница због тежње да се попуни празнина, настала иза тела.
Постоји још и бочни отпор, који настаје трењем ваздуха и бочних површина тела. Отпор
ваздуха је резултат дејства три компоненте - притиска, депресије и бочног отпора.
Отпор ваздуха је пасивна сила, која се може векторски приказати са интензитетом,
правцем и смером. Отпор ваздуха је колинеаран са силом којој се он супротставља, али је
5
супротног смера Отпор ваздуха зависи од величине чеоне површине (попречног пресека),
величине бочних површина, и од дужине и облика тела. Притисак је већи ако је површина
попречног пресека већа. Ако су бочне површине веће, биће и бочни отпор већи. Депресија
зависи и од облика тела. Експериментално је утврђено да површине са краћим ивицама
пружају мањи чеони отпор од тела са дужим ивицама. Чеони отпор квадратне површине
ће бити мањи од чеоног отпора правоугаоне површине, иако су наведене површине по
величини исте. Отпор ваздуха зависи и од дужине тела. Најмањи отпор пружа тело које је
4-5 пута дуже од ширине попречног пресека. Најмањи отпор има честица воде која
пролази кроз ваздух као резултанта свих отпора (притисак, депресија бочни отпор)
пропорционално сразмеран површини.
Експеримент је такође показао да се и отпор ваздуха повећава, ако се повећава брзина
кретања, и то тако да се отпор повећава сразмерно квадрату брзине кетања. Ако се брзина
повећа три пута, отпор ваздуха се повећа девет пута. Може се закључити да су основни
чиниоци од којих зависи отпор ваздуха, брзина кретања тела, облик тела и густина флуида
(ваздуха).
Прве експерименте за одређивање отпора ваздуха је вршио ЊУТН. На основу тих
експеримената је он поставио два закона:
1)
За мале брзине (око 1 м/сец) отпор ваздуха (О) зависи од константе (ц), од дужине
тела (Д) и од брзине кретања:
О = ц • Д • в
2)
За веће брзине, али мање од брзине звука, отпор ваздуха зависи од константе (ц),
густине ваздуха (q), величине попречног пресјека (А) и од квадрата брзине
кретања:
О = ц • q • А • в
Отпор ваздуха увек дејствује управно на површину тела.Ако је једна површина нагнута на
смер кретања под одређеним углом, који се зове нападни угао (а), отпор ваздуха (О) ће се
разложити на компоненте, од којих је једна чеони отпор (Ч) и дејствује у смислу
смањивања брзине кретања, а друга се назива узгон (У) и представља силу којом се могу и
летилице знатно теже од ваздуха, кретати кроз ваздух. Овом се компонентом може
повећати висина скока са смучкама, баченог копља или диска, уколико је брзина кретања
довољно велика и уколико постоји потребни нападни угао.
Узгон, односно вертикална компонента ваздушног отпора, не зависи сразмерно од
величине нападног угла. Узгон расте све док нападни угао не постигне величину од 15°.
Ако би се нападни угао још повећао (а >15°), онда се узгон смањује услед пораста
ваздушних вртлога са задње стране исте површине. Посебном конструкцијом тих
површина са задње стране може се узгон повећати, пошто се испупчавањем те површине
(нпр. профил авионског крила, профил диска) смањују вртлози, односно депресија.
