25

Kinetika

Impuls síly a hybnost

Z druhého Newtonova zákona nepřímo vyplývá také vztah mezi dobou trvání působící síly a změnou pohybového stavu lidského těla nebo náčiní či nářadí. Tento vztah můžeme popsat pomocí veličiny impuls síly a veličiny hybnost. Impuls síly je výsledkem součinu působící výsledné síly ΣF a doby trvání působení této síly Δt, pokud je přitom síla konstantní. Impuls síly je příčinou změny pohybového stavu, a tedy změny hybnosti. Matematicky můžeme tuto skutečnost vyjádřit takto:

m je hmotnost pohybujícího se tělesa, vkonečná rychlost na konci uvažovaného časového intervalu, síly, vpočáteční rychlost na začátku uvažovaného časového intervalu.

Výraz m(vkonečnávpočáteční) vyjadřuje změnu hybnosti Δp a výraz ΣFΔt impuls síly I.

K tomu, abychom změnili hybnost tělesa, potřebujeme změnit jeho rychlost nebo jeho hmotnost. Ve sportu a tělesném cvičení většinou nedochází ke změně hmotnosti lidského těla při pohybových akcích, proto je změna hybnosti způsobena téměř výhradně změnou rychlosti.


Výsledná vnější síla působící na lidské tělo po určitou dobu způsobuje změnu jeho hybnosti.



Pro vyvolání větší změny hybnosti musíme působit větší silou danou dobu nebo danou silou delší dobu na lidské tělo, nářadí či náčiní.


Jak využít impulsu síly ke zvýšení hybnosti ve sportu?

V mnoha sportech je základním pohybovým úkolem změnit co nejvíce rychlost lidského těla, částí lidského těla nebo náčiní či nářadí. Při hodech, kopech, vrzích a skocích na začátku pohybu mají projektily nulovou rychlost. Plněním pohybového úkolu, například hodu oštěpem, se snažíme oštěpu udělit co největší rychlost na konci našeho pohybu. Snažíme se tedy zvýšit hybnost oštěpu. Totéž platí pro některé údery v tenise, boxu a dalších sportech. Podstatné je, že změnu hybnosti můžeme zvýšit jednak působením větší síly nebo prodloužením doby trvání působení stejně velké síly.


Vždy tedy platí, čím větší impuls síly udělíme, tím větší změna hybnosti tělesa (projektilu, lidského těla, tenisové rakety, míče a podobně) nastane.


Když házíme lehkými předměty, technika (doba působení síly) je mnohem více důležitá pro docílení dlouhého hodu, než velikost působící síly. Když házíme těžkými tělesy, je naopak důležitější velikost použité síly. Koulaři jsou obyčejně silnější a větší než oštěpaři. Jejich trénink je zaměřen na získání schopnosti vyvolat velkou sílu (ΣF v impulsu síly). Na vrcholové úrovni oštěpaři nemají tak velkou maximální sílu jako koulaři, ale jsou úspěšní při svém hodu, mimo jiné také proto, že jejich technika maximalizuje dobu trvání působení síly (Σt v impulsu síly).

Jak využít impulsu síly ke snížení hybnosti ve sportu?

Některé sportovní aktivity vyžadují naopak utlumení vysoké počáteční rychlosti lidského těla nebo náčiní na rychlost nulovou. Chceme tedy snížit hybnost daných těles. Příkladem mohou být veškeré dopady na zem, chytání míčů, puků a podobně.

Například skokané do výšky o tyči nemohou díky své technice dopadnout na nohy a pokrčit klouby dolních končetin k redukci dopadových sil, ale dopadají na záda. Dopad na tvrdou zem znamená krátkou dobu zpomalování lidského těla, proto síly, které by působily na toto tělo, byly obrovské a poškozující. Dopadová poduška je vyrobena z měkkého a pružného materiálu, který prodlužuje dobu brzdné fáze sportovce. Impuls síly dopadu je tedy stejně velký jako při dopadu na tvrdou zem, ale jeho velikost je dána spíše dobou trvání dopadu, nežli velikostí síly. Dopady gymnastů se také neodehrávají na tvrdé podložce, ale na speciálně vytvořené podložce měkké a pružné, která prodlužuje dobu brzdné fáze, aby se snížily dopadové síly působící na sportovce.

Na stejných principech jsou založeny boxerské rukavice, lapačka hokejového brankáře, běžecké boty a mnoho dalších sportovních vybavení, která mají za úkol redukovat příliš velké síly vznikající při kontaktu s jinými tělesy.