Один на один с врагом: русская школа рукопашного боя - Кадочников Алексей Алексеевич (библиотека электронных книг .TXT) 📗
Поэтому человек, хотя и относится к живой, осознающей себя материи, является полноправным объектом изучения физики. Более того, его следует рассматривать как сложную физическую систему, в которой функционирование отдельных частей и взаимодействие с окружающей средой определяются конкретными физическими законами.
И все-таки правомерно ли распространение законов классической механики на живые системы, в том числе на человека?
Ведь, во-первых, известно, что основные законы классической механики описывают движение абстрактных абсолютно твердых тел, то есть таких тел, которые не деформируются (не изменяют своей формы и размеров). [2]
Во-вторых, живые системы коренным образом отличаются от абсолютно твердых тел. Это отличие состоит в возможности существенного изменения не только формы и размеров, но и относительного расположения составных частей системы. Для человека, в частности, эти изменения характеризуются таким понятием как поза. То есть с точки зрения механики, тело человека является телом переменной конфигурации. Иногда и отдельные части живой системы (например, позвоночный столб, грудная клетка человека) также существенно деформируются.
Двигательная деятельность человека – одно из сложнейших явлений материального мира. Она сложна потому, что очень непросты функции органов движения. Она сложна и потому, что в ней участвует сознание как продукт наиболее организованной материи – мозга. Поэтому двигательная деятельность человека существенно отличается от двигательных действий животных. Сходство между движениями животных и человека имеется на чисто биологическом уровне.
В первую очередь речь идет об осознанной, целенаправленной, активной деятельности человека, о понимании ее смысла, о возможности контролировать и планомерно совершенствовать свои движения. При помощи двигательной деятельности человек активно преобразует мир, свою собственную природу, физически совершенствуется.
Двигательная деятельность человека складывается из его действий, всегда имеющих цель и определенный смысл. Двигательные действия осуществляются при помощи произвольных активных движений, совершаемых и управляемых работой мышц. Человек по собственной воле начинает движения, изменяет их и прекращает, когда цель достигнута.
Двигательные действия человека, в свою очередь, включают в себя механическое движение. Именно оно представляет непосредственную цель двигательного действия (переместиться самому, переместить противника или партнера).
Любое движение человека осуществляется при определяющем участии в двигательном действии более высоких биологических форм движения. Именно поэтому движения живых систем не только намного сложнее, но и, без сомнения, качественно отличаются от движений твердых тел. Движения человека происходят как под действием внешних сил (сил тяжести, трения, инерции и др.), так и под действием внутренних сил (сил тяги мышц). А поскольку мышцы управляют центральной нервной системой, то и развиваемые ими силы обусловлены физиологическими процессами. Поэтому для понимания сущности живого движения необходимо не только изучение собственно механики движений, но и рассмотрение биологической стороны.
То есть, применяя общие законы механики к живым объектам, необходимо учитывать их не только механические, но и биологические особенности. Такие, например, как приспособляемость движений к внешним условиям, подверженность живого организма утомлению, возможность совершенствования движений и целый ряд других.
Итак, следует знать, что не существует особых законов механики для объектов живого мира. Все живые системы подчиняются законам классической механики. Но насколько живые системы отличаются от абстрактных абсолютно твердых тел, настолько же движения существа сложнее движений абсолютно твердого тела. Природа движений рассматривается во взаимосвязи закономерностей механики и биологии с учетом роли человеческого сознания в целенаправленном управлении движениями.
Понятие о степенях свободы
Человек изучает окружающий мир для того, чтобы приспособить его к себе, сделать безопасным для себя свое существование в нем. Поэтому процесс человеческого познания специфичен по целям, объекту и методам исследования.
Изучая какое-то явление природы, человек выделяет из всего многообразия связей и сторон этого явления то, что его больше всего интересует, и создает в своем сознании мысленный образ, идеальный объект. Этот объект можно считать некоей моделью, наблюдая за которой, изучают качественные и количественные закономерности ее поведения.
Таблица 1
Эксперименты с идеальным объектом позволяют обнаружить количественные взаимосвязи, так называемые физические законы.
Эти рассуждения можно представить в виде схемы (таблица 1).
В механике при изучении движения различных физических объектов используются следующие модельные представления: материальная точка, абсолютно твердое тело, система материальных точек или тел.
Простейшей моделью является материальная точка – тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь. В этом определении слова «в данных условиях движения» означают, что одно и то же тело при определенных его движениях можно считать точкой, а при других нельзя.
Понятие материальной точки абстрактное, но его введение облегчает решение многих практических задач. Например, океанский лайнер крайне мал по сравнению с протяженностью его рейса, и поэтому корабль можно считать точкой при описании движения в океане. Точно так же материальной точкой можно представить самолет или ракету, изучая их поступательное движение по заданным траекториям. Движение тел происходит в пространстве и во времени (t). Поэтому положение материальной точки определяется по отношению к какой-либо другой произвольно выбранной точке, называемой точкой отсчета или началом координат.
Пусть это будет точка О (рис. 1). Проведя через нее три взаимно перпендикулярные оси Ох, Оу и Oz, получим прямоугольную систему координат, в которой положение материальной точки А (например, положение самолета в воздухе) в данный момент времени характеризуется тремя координатами xA, yA, zA.
Число независимых координат, полностью определяющих положение точки в пространстве, называется числом степеней свободы.
Итак, если материальная точка (рис. 1) свободно движется в пространстве и изменяются ее координаты х, у, z, то она обладает тремя степенями свободы. Если точка В движется по некоторой поверхности (рис. 2) и изменяются ее координаты х, у, то она обладает двумя степенями свободы. Наконец, если точка С движется вдоль любой из осей координат, то она имеет одну степень свободы.
Кажется, к этому нечего добавить. Однако в действительности оказывается, что представление о степенях свободы складывается совсем не просто. Известный ученый-биолог Бернштейн Н. А, великолепно владевший умением рассказывать просто о сложных явлениях, в своей популярной книге о природе движения [3] пишет:
«Современная техника создала машины огромной сложности, способные совершенно самостоятельно, без участия человека, выполнять самые разнообразные и непростые операции. И самое поразительное, что все эти машины-автоматы при их сложности и изобилии подвижных частей имеют по одной-единственной степени свободы, т. е. обладают тем, что в технике называют вынужденным движением. Это значит, что каждая движущаяся точка в этих машинах, каждая деталь рычага, тяги или колеса движется все время по одному и тому же строго определенному пути. Форма этого пути может быть очень разнообразной: у одних точек – круговой, у других – прямолинейной, у третьих – овальной и т. д., но с этого пути движущаяся точка не сходит никогда. Таким образом, машины-автоматы в смысле своей подвижности принадлежат к числу самых простых систем, какие только могут существовать».
