B.2 · Силы, движение и перемещение

Данный раздаточный материал охватывает выбранные темы HL для курса, впервые оцениваемого в 2026; он не является полным учебным планом.

Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.

Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.

Что могло бы объяснить это наблюдение?

• Ракетка замедляет мяч со скорости 30 до 20 метра в секунду за пять миллисекунд. Изменение движения мяча вызвано импульсом силы: силой, проинтегрированной по времени, равной изменению импульса движения.

Постройте модель

• Импульс силы = средняя результирующая сила × прошедшее время = изменение импульса движения.
• Биомеханический анализ должен определять сегмент, направление и фазу движения.
• Равнодействующая сила и усилие отдельной мышцы не являются взаимозаменяемыми понятиями.
• Увеличение плеча рычага изменяет момент силы без изменения приложенного усилия.
• Импульс силы: сила, интегрированная по времени; равна изменению импульса движения.

Выберите доказательства для проверки гипотезы

• Используйте одобренное учителем видео безопасного движения с согласия участников.
• Калибруйте расстояние и время (видимая эталонная длина); идентифицируйте кадры последовательно.
• Избегайте медицинских выводов на основе двухмерной записи.

В лаборатории: перспектива камеры может искажать видимые углы сочленений: снимайте перпендикулярно плоскости движения и указывайте положение камеры.

Работайте с известными величинами

• Известно: масса мяча 0.058 кг; изменение скорости 10 м/с в течение 0.005 с.
• Изменение импульса движения = 0.058 × 10 = 0.58 кг·м/с.
• Average force = impulse over time = 0.58 / 0.005 = 116 N.
• Проверка момента силы: та же сила захвата 10 Н при удвоенном плече удваивает момент силы относительно запястья.

Ваш ход: Время контакта увеличивается до 0.010 с при том же изменении импульса. Что происходит со средней силой?

Проверьте вывод и его границы применимости

• Видео демонстрирует кажущееся двумерное движение; компоненты, выходящие за плоскость кадра, невидимы.
• Равнодействующую силу, вычисленную по движению, невозможно отнести к одной мышце.

Неверно: Следующее движение показывает большую силу мышц. Увеличенное время контакта обеспечивает то же изменение импульса при меньшей средней силе: следящее движение изменяет время действия импульса, а не только усилие мышцы.

Ключевые моменты:

• Импульс = средняя равнодействующая сила × продолжительность = изменение импульса движения.
• Определите сегмент, направление и фазу до начала любого анализа.
• Обращайте внимание на: углы суставов, считанные под искаженным углом камеры.

Запишите из импульса 60 Н·с

• Приземление длится 0.3 с со средней равнодействующей силой 200 Н.
• Импульс = 200 × 0.3 = 60 Н·с — равно полному изменению импульса движения, независимо от способа его приложения.

Запишите из средней силы 1 200 Н

• Импульс прыгуна массой 80 кг изменяется на 240 кг·м/с в течение толчка длительностью 0.2 с.
• Импульс силы 240 Н·с в течение 0.2 с даёт результат 240 ÷ 0.2 = 1 200 Н средняя сила — более короткий контакт означает большую силу.

Запишите из определения фазы

• Определите фазу толчка по сегменту, направлению и конечной точке ДО любого анализа сил.
• Причина: сила есть скорость изменения импульса движения, а скорость зависит от момента окончания объявленной фазы.

Запишите из мягкого приземления

• Тот же прыжок приземляется на пену: контакт растягивается до 0.5 с для того же изменения импульса движения 100 Н·с.
• Средняя сила = 100 ÷ 0.5 = 200 Н — амортизация распределяет импульс во времени; она никогда не устраняет сам импульс.