Ju mer impuls desto större hastighet skapas. Impulsens storlek beror på hur höga krafterna (F) är som påverkar föremålet eller kroppen men också under hur lång tid (t) som kraften får verka. Vet du hur stor kraft som påverkar föremålet eller kroppen och hur lång tid kraften hinner verka på föremålet eller kroppen kan du beräkna impulsens värde genom att multiplicera kraft med tid (F x t). Resultatet av impulsen på ett föremål eller en kropp blir att föremålet eller kroppen ökar i hastighet. Enheten för impuls blir Newtonsekunder och förkortas Ns.
Du som ledare kommer inte att veta varken storleken på krafterna eller under hur lång tid kraften verkar, du kommer alltså inte att kunna beräkna impulsen. Däremot kan du bedöma hur den aktive kan variera antingen kraften eller tiden för att skapa det resultat du önskar. Vill du att den aktives hastighet ska öka krävs en hög impuls, ju högre hastighet desto mer impuls krävs. Resultatet av en impuls på ett föremål blir nämligen att föremålet får ökad hastighet. Impuls är det som gör upphopp till rörelsemängd och sambandet kan beskrivas med formeln kraft gånger tid är lika med massa gånger hastighet (F x t = m x v). Kunskap om dessa begrepp hjälper dig som ledare att förstå detaljer vid många olika rörelser inom gymnastiken, exempelvis upphopp, nedslag, armdrag och kipprörelser.
Impuls
Newtons andra lag påstår att kraft är lika med massa gånger acceleration (F = m x a). Vet du sedan hur länge ett föremål accelereras kan du avgöra hur stor hastigheten (v) blir, eftersom acceleration multiplicerad med tiden blir hastighet (a x t = v där v betyder hastighet från engelskans velocity). Formeln kraft är lika med massa gånger acceleration (F = m x a) och kan därför ändras lite genom att vi tar hänsyn till hur lång tid (t) som kraften verkar. Man skriver då att kraft gånger tid är lika med massa gånger hastighet (F x t = m x v). Det betyder att om en kraft får verka i t sekunder blir hastighetsökningen v m/s. Vänstra ledet i formeln, kraft gånger tid (F x t), kallas impuls och högra ledet i formeln, massa gånger hastighet (m x v), kallas rörelsemängd.
Båda begreppen är mycket användbara för att förstå de olika fenomen som uppstår när kroppen utför gymnastiska rörelser. I filmen nedan får du lära dig mer om impuls och rörelsemängd.
Först kommer ett exempel på när kroppen påverkas av en impuls. Tänk dig en trampolinhoppare som faller från sitt högsta läge i 0,5 sek innan hen når bädden. Det spelar ingen roll vad den aktive väger eftersom du lärde dig att alla accelereras lika mycket och alla får upp samma hastighet under fallet, men för enkelhets skull säger vi att den aktive väger 50 kg. F x t = m x v ger 500 x 0,5 = 50 x v. För att ekvationen ska stämma måste v bli 5 m/s, vilket innebär att den aktive landar med hastigheten 5 m/s. Med alla siffror instoppade i formeln står det 500 x 0,5 = 50 x 5.
Här får du ytterligare ett exempel på när kroppen påverkas av en impuls. Antag att en aktiv hoppar ned från några delar plint och tiden i luften mäts till 0,2 sek. Precis som ovan får du att F x t = m x v ger 500 x 0,2 = 50 x v, där nedslagshastigheten måste bli 2 m/s. Impulsens storlek är 100 Ns, där Ns står för Newtonsekunder eftersom kraft (F) mäts i Newton och tid (t) i sekunder. Figuren nedan visar i diagramform vad som hänt.
Nedhoppet beskrivs ovan i ett så kallat Impulsdiagram (Ft diagram).
Om den aktive i exemplet ovan ska "studsa” tillbaka upp på en lika hög plint igen, måste den aktive skapa dels en lika stor impuls uppåt, det vill säga 100 Ns för att bromsa upp hastigheten nedåt och sedan skapa lika stor impuls (även den riktad uppåt) för att komma upp till ursprungshöjden. Eftersom musklerna verkar under en kort tid, måste de prestera mycket högre kraft än 500 N. Diagrammet kan därför tänkas bli enligt figuren nedan. 100 Ns för att bromsa och 100 Ns för att hoppa upp. Om vi antar att uppbromsningen tar 0,1 sekunder måste ytan i vänstra halvan av kurvan bli 100 Ns. Vid 0,1 sekunder är den aktive som djupast ned i landningen. Upphoppskraften som också sker under 0,1 sekunder kommer att vara högst i ögonblicket då den aktive vänder för att sedan bli 0 när fötterna släpper underlaget. Om högra delen av kurvan också når upp till 100 Ns kommer den aktive att hoppa lika högt som före nedhoppet.
I figuren ovan ser vi hur bromskraften (röd) och upphoppskraften (blå) varierar i ett Impulsdiagram.
Ju längre tid i upphoppet den aktive kan trycka på desto mindre kraft behövs. Längre tid i upphoppet får den aktive om hen startar lite djupare ned i knälederna och ser till att sträcka helt färdigt i alla leder i slutet av upphoppsfasen. Kommer den aktive med ansats och stämmer mot vid upphoppet på plinten, blir tiden troligen kortare och kraftbehovet större för att 100 Ns ska uppnås.
I filmen nedan får du se hur impulser skapas.
Rörelsemängd (mv)
Om två föremål krockar och fjädrar ifrån varandra är det mycket användbart att införa begreppet rörelsemängd (mv) för att förstå vad som händer. I bilden nedan ser du på pilarna vad som händer om en person trycker iväg en medicinboll. Kraften är, enligt Newtons tredje lag, exakt lika på både bollen och personens händer men motriktade. Det innebär att rörelsemängden (mv) åt ena hållet är lika med rörelsemängen åt andra hållet. Om personen väger 50 kg och trycker iväg bollen som väger 10 kg så att den får en hastighet av 5 m/s så kommer personens kropp att tryckas tillbaka med hastigheten 1 m/s. Siffrorna kommer att bli 50 x 1 =10 x 5 enligt principen att rörelsemängden åt ena hållet måste bli samma som rörelsemängden åt andra hållet eftersom krafterna och tiden, impulsen, är lika stora men motriktade.
På bilden ser du hur aktionskraften på bollen är riktad åt höger och den lika stora reaktionskraften på händerna är riktad åt vänster.
I filmen Vad menas med rörelsemängd får du lära dig mer om rörelsemängd.
Rörelsemängd och armdrag vid ett upphopp
Ett kraftigt armdrag som styrs uppåt i slutet av ett upphopp bidrar i huvudsak till hoppets höjd. Förklaringen är att när armarna accelererar uppåt vill kroppen tryckas nedåt, men det hindras av att benmusklerna spänns mer och ger upphov till högre upphoppskraft. I slutet av armdraget överförs armarnas rörelsemängd till hela kroppen som får större hastighet i upphoppet. Den aktive får alltså dubbel effekt av ett rätt utfört armdrag.
I bilden ovan ser du hur armarna och det fria benet hjälper till att lyfta upp kroppen i ansatsen till rondaten och armarna i upphoppet efter korbetten. Båda armlyften måste ske medan foten/ fötterna är i kontakt med mattan för att lyfteffekten ska ske. Väl uppe i luften kommer armarnas rörelsemängd överföras till resten av kroppen så att den aktive får en hastighetsökning. Om armlyftet kommer när den aktive redan är i luften, blir det bara en motrörelse nedåt på övriga kroppen.
Om en aktiv vid ett upphopp svingar sina armar, som tillsammans väger cirka 10 kg, rakt upp så att armarnas tyngdpunkt rör sig med exempelvis 5m/s, har den aktive skapat en rörelsemängd (mv) som uppgår till 10 x 5 = 50. När armarna bromsas upp av muskler i axeln, drar armarna i resten av kroppen och rörelsemängden fördelas på hela kroppen. Om vi antar att den aktive väger 50 kg kommer hastighetsökningen bli 1 m/s, då 10 x 5 = 50 x 1. Eftersom två armar väger ungefär 10 kg blir siffrorna jämförbara med exemplet ovan med medicinbollen som också vägde 10 kg. I det här fallet kommer armarna att rycka med sig kroppen med 1 m/s. I fallet med medicinbollen knuffades kroppen bakåt med 1 m/s.
I bilden ovan ser du hur armdraget vid starten till en handvolt slutar med att armarna rör sig rakt uppåt innan den aktive lämnat golvet. Det har skapats en rörelsemängd som hjälper övriga kroppsdelar uppåt.
Det största bidraget till en övnings höjd fås av kraften från benen, men armarnas bidrag är inte obetydligt. Du kan själv prova genom att göra upphopp med eller utan armdrag och jämföra resultatet. I bilderna nedan får du exempel från gymnastiken.
En aktiv som med armarna ger extra fart åt hela kroppen i en salto efter en rondat.
En aktiv som med överkroppen ger extra fart åt hela kroppen. Skapandet av kroppens rörelsemängd måste ske innan fötterna lämnar golvet. Om inte det sker blir det bara en motrörelse på benen.
Kipp/vipp
En kraftig och snabb höftuträtning kallas inom gymnastiken för en kipp eller vipp. Om en aktiv ligger på rygg i pikerat läge och gör en kipprörelse i höften, roterar benen uppåt-framåt. Enligt lagen om aktion och reaktion vill överkroppen åt motsatt håll. Eftersom golvet hindrar detta uppstår i stället en ökad normalkraft och en friktionskraft som håller kvar överkroppen. Det intressanta är att om den aktive på slutet av höftuträtningen tvärstannar benen, kommer överkroppen att lyftas upp och den aktive hamna i sittande.
I filmen nedan ser du hela den beskrivna rörelsen, ett exempel på där rörelsemängd överförs från benen till hela kroppen.
Om kippen görs fritt i luften, ser vi att överkroppen rör sig åt motsatt håll mot benen. När kipprörelsen är färdig stannar allt upp och den aktive ligger raklång i luften.
En aktiv som med benen ger extra fart åt hela kroppen. Benrörelsen startar när övriga kroppen har stöd mot holmen.
Om den aktive befinner sig i ett stödhängande i räck och pikerar för att sedan göra en kraftig höftsträckning, kallas det för en vipp. Benen rör sig snabbt. Överkroppen vill åt andra hållet men hindras av räcket och armarna. Om den aktive bromsar benen när hens kropp är rak, drar benen med sig överkroppen uppåt och den aktive hamnar i en hög position som är gynnsam för en hjulomsvängning eller liknande.
Aktion-reaktion och rörelsemängd
Vid en sidovolt skapas rotationen framför allt av att upphoppskraften är riktad bakom tyngdpunkten. Om den aktive startar övningen med överkroppen lite bakåtlutad i höftleden men pikerar under upphoppet, med fötterna fortfarande kvar i marken, skapas en kraft framåt på fötterna (fällknivsrörelse) och därmed en större friktionskraft som bidrar till det roterande vridmomentet. Detta enligt lagen om aktion – reaktion.
Ett annat sätt att förklara samma sak är att använda sig av begreppet rörelsemängd. När fötterna fortfarande är i kontakt med marken kan den aktive pikera i höften utan att det blir motrörelse på benen. Överkroppen får fart, det vill säga får en rörelsemängd som sedan överförs till hela kroppen. Ju snabbare pikering, desto mer rörelsemängd och därmed mer rotation i volten.
Här gör en aktiv en sidvolt. Den gröna pilen visar den totala upphoppskraften och den gula friktionskraften.
Vid flick-flack eller en salto, kommer höftrörelsen att ske från en lätt pikerad position till en bakåtlutad vinkel i höftleden. Eftersom fötterna är i kontakt med marken ökar friktionen. Det är en reaktionskraft mot att fötterna vill bakåt vid höftuträtningen. När friktionen ökar ger det bidrag till rotationen likt vid vridmomentet. Man kan även förklara ökningen av rotationen med att säga att överkroppen fått en ökning av rörelsemängden, som till stor del kommer från höftrörelsen, och att denna ökning överförs till hela kroppen i slutet av rörelsen när överkroppen drar med sig benen.
I bildsekvensen ovan ser du hur överkroppen skapar rörelsemängd bakåt vilket också skapar friktionskraft på fötterna. Både rörelsemängden och friktionskraften skapar rotation i rätt riktning.
Benpendling vid handvolt
I bildsekvensen ovan ser du hur en kraftig benrörelse på det högra benet i starten skapar rörelsemängd.
En kraftig höftsträckning (vipp) ger benen fart och rörelsemängd överförs till volten. Dessutom ökas normalkraften så att armarnas muskler tvingas hålla emot och bättre bidrar till voltens höjd.