Statika je oblast mechaniky zabývající se silami, které působí na tělesa ve statické nebo dynamické rovnováze. Při statické rovnováze jsou tělesa v klidu, při dynamické rovnováze se tělesa pohybují s konstantní rychlostí co do velikosti i směru (přímočarý pohyb). V obou případech je výsledná síla působící na tělesa nulová.
Diagram volného tělesa
V diagramu volného tělesa je nakresleno zkoumané těleso (sportovec) a vnější síly, které na něj působí.
Obrázek 5 Diagram volného tělesa18. FR je součet reakčních sil působících na obě končetiny19 a FG je tíhová síla působící na tělo sportovce.
Můžeme si představit jednoduchou situaci, při níž sportovec stojí na zemi (obr. 5). Na sportovce působí dvě síly. První síla je nekontaktní tíhová síla. Kdyby v tomto případě působila jen tato síla, sportovec by se pohyboval se zrychlením o velikosti 9,81 ms-2 směrem dolů. Protože tomu tak není, musí existovat jiná síla, která způsobuje statickou rovnováhu a sportovec setrvává v klidu. Touto silou je reakční síla, kterou působí podložka na nohy sportovce svisle vzhůru.
Diagram volného tělesa je hodnotný nástroj, který umožňuje provést mechanickou analýzu.
Statická analýza
Matematicky může být situace stojícího člověka popsána rovnicí:
SF = o
Toto je rovnice statické rovnováhy. Výraz SF vyjadřuje výslednou vnější sílu nebo také vektorový součet sil, které působí na stojícího člověka, o je nulový vektor (0, 0, 0).
Jestliže síly působící na člověka leží v jedné přímce, potom je můžeme algebraicky sečíst, přičemž směr působení vzhůru označujeme jako kladný a směr působení dolů jako záporný.
V případě stojícího člověka reakční síla podložky působí na lidské tělo vzhůru a má podle naší volby kladného směru kladnou složku. Nevíme však, jaká je její velikost. Tíhová síla působící na člověka směřuje svisle dolů a má proto složku zápornou.
Působí-li na těleso ve statické nebo dynamické rovnováze pouze dvě síly, jsou opačně orientované a mají stejnou velikost.
Vzpěrač hmotnosti 70 kg zvedl činku o hmotnosti 90 kg a drží ji nad hlavou (obr. 6). Pokud drží činku, jsou obě tělesa (vzpěrač a činka) ve statické rovnováze. Jaká je síla, která musí působit na vzpěračovy nohy, aby byl ve statické rovnováze?
Obrázek 6 Diagram volného tělesa – vzpěrače s činkou.
Pokud zvažujeme případ obou těles (vzpěrače a činky) najednou, řešení může být velice jednoduché. Sečteme tíhy obou zvažovaných těles. Výsledná reakční síla, která působí na nohy vzpěrače, je potom součtem těchto dvou tíhových sil, ale působí v opačném směru, tedy nahoru. Síla FR je rovna svou velikostí 1570 N tíze soustavy vzpěrač - činka a působí svisle vzhůru.
V případě, že působící síly na těleso nejsou na jedné přímce a jejich směr není vertikální a horizontální, rozložíme síly na horizontální a vertikální složky. Dále vyřešíme rovnice statické rovnováhy ve směru vertikálním a horizontálním zvlášť. Výslednou velikost síly určíme pomocí Pythagorovy věty a její směr pomocí trigonometrie.
18 Těžiště (působiště tíhové síly) je posunuto vzhůru oproti 3. až 4. křížovému obratli. Sportovec nestojí v základní anatomické poloze.Zpět
19 Reakční síly ve skutečnosti vznikají při kontaktu chodidel s podlahou. Přesto ilustrativně můžeme v diagramu volného tělesa zakreslit výslednou reakční sílu, jejíž bod aplikace je mimo kontakt podložky a chodidla v takzvaném centru tlaku „centre of pressure”.Zpět