Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа»
Мышцы, приводящие в движение звенья тела, совершают механическую работу.
Работа в некотором направлении – это произведение силы (F), действующей в направлении перемещения тела на пройденный им путь (S): А = F • S.
Выполнение работы требует энергии. Следовательно, при выполнении работы энергия в системе уменьшается. Поскольку для того чтобы была совершена работа, необходим запас энергии, последнюю можно определить следующим образом: Энергия – это возможность совершить работу, это некоторая мера имеющегося в механической системе « ресурса» для её выполнения. Кроме того, энергия – это мера перехода одного вида движения в другой.
В биомеханике рассматривают следующие основные виды энергии:
• потенциальная, зависящая от взаимного расположения элементов механической системы тела человека;
• кинетическая поступательного движения;
• кинетическая вращательного движения;
• потенциальная деформации элементов системы;
• тепловая;
• обменных процессов.
Полная энергия биомеханической системы равна сумме всех перечисленных видов энергии.
Поднимая тело, сжимая пружину, можно накопить энергию в форме потенциальной для последующего её использования. Потенциальная энергия всегда связана с той или иной силой, действующей со стороны одного тела на другое. Например, Земля силой тяжести действует на падающий предмет, сжатая пружина – на шарик, натянутая тетива – на стрелу.
Потенциальная энергия – это энергия, которой обладает тело благодаря своему положению по отношению к другим телам, или благодаря взаимному расположению частей одного тела.
Стало быть сила тяготения и упругая сила являются потенциальными.
Гравитационная потенциальная энергия: Еп = m • g • h
Потенциальная энергия упругих тел: , где k – жёсткость пружины; х – её деформация.
Из приведённых примеров видно, что энергию можно накопить в форме потенциальной энергии (поднять тело, сжать пружину) для последующего использования.
В биомеханике рассматривают и учитывают два вида потенциальной энергии: обусловленную взаимным расположением звеньев тела к поверхности Земли (гравитационная потенциальная энергия); связанную с упругой деформацией элементов биомеханической системы (кости, мышцы, связки) или каких-либо внешних объектов (спортивных снарядов, инвентаря).
Кинетическая энергия запасается в теле при движении. Движущееся тело совершает работу за счёт её убыли. Поскольку звенья тела и тело человека совершают поступательное и вращательное движения, суммарная кинетическая энергия (Ек) будет равна: , где m – масса, V – линейная скорость, J – момент инерции системы, ω – угловая скорость.
Энергия поступает в биомеханическую систему за счёт протекания в мышцах метаболических обменных процессов. Изменение энергии, в результате которого совершается работа, не является высокоэффективным процессом в биомеханической системе, то есть не вся энергия переходит в полезную работу. Часть энергии теряется необратимо, переходя в тепло: только 25 % используется для выполнения работы, остальные 75 % преобразуются и рассеиваются в организме.
Для биомеханической системы применяют закон сохранения энергии механического движения в форме:
Епол = Ек + Епот + U,
где Епол – полная механическая энергия системы; Ек – кинетическая энергия системы; Епот – потенциальная энергия системы; U – внутренняя энергия системы, представляющая в основном тепловую энергию.
Полная энергия механического движения биомеханической системы имеет в своей основе два следующих источника энергии: метаболические реакции в организме человека и механическая энергия внешней среды (деформирующихся элементов спортивных снарядов, инвентаря, опopных поверхностей; противников при контактных взаимодействиях). Передаётся эта энергия посредством внешних сил.
Особенностью энергопродукции в биомеханической системе является то, что одна часть энергии при движении расходуется на совершение необходимого двигательного действия, другая идёт на необратимое рассеивание запасённой энергии, третья сохраняется и используется при последующем движении. При расчёте затрачиваемой при движениях энергии и совершаемой при этом механической работы тело человека представляют в виде модели многозвеньевой биомеханической системы, аналогичной анатомическому строению. Движения отдельного звена и движения тела в целом рассматривают в виде двух более простых видов движения: поступательного и вращательного.
Полную механическую энергию некоторого i-го звена (Епол) можно подсчитать как сумму потенциальной (Епот) и кинетической энергии (Ек). В свою очередь Ек можно представить как сумму кинетической энергии центра масс звена (Ек.ц.м.), в которой сосредоточена вся масса звена, и кинетической энергии вращения звена относительно центра масс (Ек. Вр.).
Если известна кинематика движения звена, это общее выражение для полной энергии звена будет иметь вид: , где mi – масса i-го звена; ĝ – ускорение свободного падения; hi – высота центра масс над некоторым нулевым уровнем (например, над поверхностью Земли в данном месте); - скорость поступательного движения центра масс; Ji – момент инерции i- го звена относительно мгновенной оси вращения, проходящей через центр масс; ω – мгновенная угловая скорость вращения относительно мгновенной оси.
Работа по изменению полной механической энергии звена (Аi) за время работы от момента t1 до момента t2 равна разности значений энергии в конечный (Еп(t2)) и начальный (Еп(t1)) моменты движения:
Естественно, в данном случае работа затрачивается на изменение потенциальной и кинетической энергии звена.
Если величина работы Аi > 0, то есть энергия увеличилась, то говорят, что над звеном совершена положительная работа. Если же Аi < 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.
Режим работы по изменению энергии данного звена называется преодолевающим, если мышцы совершают положительную работу над звеном; уступающим, если мышцы совершают отрицательную работу над звеном.
Положительная работа совершается, когда мышца сокращается против внешней нагрузки, идёт на разгон звеньев тела, тела в целом, спортивных снарядов и т. д. Отрицательная работа совершается, если мышцы противодействуют растяжению за счёт действия внешних сил. Это происходит при опускании груза, спуска по лестнице, противодействии силе, превышающей силу мышц (например в армрестлинге).
Замечены интересные факты соотношения положительной и отрицательной работ мышц: отрицательная работа мышц экономичней положительной; предварительное выполнение отрицательной работы повышает величину и экономичность следующей за ней положительной работы.
Чем больше скорость передвижения тела человека (во время легкоатлетического бега, бега на коньках, бега на лыжах и т. п.), тем большая часть работ затрачивается не на полезный результат - перемещение тела в прострaнcтве, а на перемещение звеньев относительно ОЦМ. Поэтому при скоростных режимах основная работа тратится на разгон и торможение звеньев тела, так как с ростом скорости резко растут ускорения движения звеньев тела.
Раздел статьи: Биомеханика
Состав скоростно-силовых упражнений широк и разнообразен...
02 10 2022 17:16:30
• По месту учебы: школьные (уроки, учебные занятия, работа на пришкольном участке, в лаборатории) и внешкольные (домашняя самостоятельная работа, экскурсии)...
01 10 2022 11:41:37
После измельчения и перетирания зубами пища подвергается химической обработке благодаря действию гидролитических ферментов слюны...
30 09 2022 12:57:30
Непосредственный показ (демонстрация) движений преподавателем или одним из занимающихся всегда должен сочетаться с методами использования слова, что позволяет исключить слепое, механическое подражание...
28 09 2022 6:37:41
Шире используются игровой и соревновательные методы...
27 09 2022 16:35:54
align="right"> Раздел статьи:
Афофкис раздел « Сенсорные системы»
(function(w, d, n, s, t) {
w[n] = w[n] || [];
w[n].push(function() {
Ya.Context.AdvManager.render({
blockId: "R-A-335569-1",
renderTo: "yandex_rtb_R-A-335569-1",
async: true
});
});
t = d.getElementsByTagName("script")[0];
s = d.createElement("script");
s.type = "text/javascript";
s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js";
s.async = true;
t.parentNode.insertBefore(s, t);
})(this, this.document, "yandexContextAsyncCallbacks");
...
26 09 2022 13:25:59
Эти гормоны в виде коллоида находятся в щитовидной железе, поступают в кровь и лимфу...
25 09 2022 4:19:53
align="right"> Раздел статьи:
Введение в педагогику
(function(w, d, n, s, t) {
w[n] = w[n] || [];
w[n].push(function() {
Ya.Context.AdvManager.render({
blockId: "R-A-335569-1",
renderTo: "yandex_rtb_R-A-335569-1",
async: true
});
});
t = d.getElementsByTagName("script")[0];
s = d.createElement("script");
s.type = "text/javascript";
s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js";
s.async = true;
t.parentNode.insertBefore(s, t);
})(this, this.document, "yandexContextAsyncCallbacks");
...
24 09 2022 11:13:54
Это хаpaктеризует функциональную способность легких при предъявлении к ним повышенных требований, связанных с увеличением потрeбления кислорода...
22 09 2022 9:16:55
> Динамические характеристики
Основные понятия и законы динамики
Динамика вращательного движения материальной точки и твёрдого тела
Центр масс тела. Равновесие. Масса тела
Виды сил в природе
Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Вес тела.
Силы упругости
Силы трения покоя и скольжения
Сила сопротивления при движении в воде или атмосферном воздухе
...
21 09 2022 14:16:10
65
3
Показатели ЭКГ
0...
20 09 2022 21:40:11
В структуре мышечной ткани различают два типа мышечных волокон – медленно сокращающиеся (МС) и быстросокращающиеся (БС)...
19 09 2022 4:33:10
По своему назначению лыжи делятся на ступающие и скользящие», – так определили толкователи незатейливый и широко распространенный в мире спортивный инвентарь...
18 09 2022 16:22:20
Все показатели здоровья взаимосвязаны взаимообусловлены...
17 09 2022 21:48:53
В первом случае это выражается в использовании соревновательного начала, как способа стимулирования интереса и активизации деятельности при выполнении отдельных упражнений...
16 09 2022 23:22:14
Место массажа в лечебной пpaктикеМассаж у древних народов применялся как широко распространенный метод народной медицины...
14 09 2022 7:52:26
Формирование необходимого основного фонда двигательных умений и навыков из отдельных видов спорта, освоение спортивной техники избранного вида спорта...
13 09 2022 15:37:58
Под компетенцией понимается способность (готовность) субъекта к продуктивной, самостоятельной деятельности в конкретных ситуациях в рамках определенных полномочий...
12 09 2022 9:34:13
Поэтому пища здесь не задерживается и, основные процессы пищеварения происходят в нижележащих отделах кишечника...
11 09 2022 14:19:22
Эффективность отбора в значительной степени связана с оценкой у спортсменов основных показателей, хаpaктеризующих уровень их специальной подготовленности и спортивного мастерства...
10 09 2022 0:43:50
Двигательной реакцией принято называть процесс, который начинается с восприятия информации, побуждающей к действию (стартовый сигнал, ситуация имеющая сигнальное значение) и заканчивающаяся с началом ответных действий – стартовых, либо начинающихся в порядке переключения от одного действия к другому...
09 09 2022 19:49:25
долларов, каждые 2-4 года обновление), а с его помощью нельзя определить использование спортсменами таких эффективных современных допинг-препаратов, как гормон роста, эпогормоны, инсулин-фактор роста, прогормоны...
08 09 2022 3:23:13
Описание движения как тела человека (его частей) в различных видах спорта, так и различных спортивных снарядов являются неотъемлемой частью спортивной биомеханики и в частности кинематики...
07 09 2022 5:38:18
В качестве заданий-тестов рекомендуется применять упражнения с ассиметричным согласованием движений руками, ногами, головой, туловищем (как наиболее сложные и реже встречающиеся в двигательном опыте человека)...
06 09 2022 0:21:55
Адаптация обеспечивается скоординированной во времени и прострaнcтве деятельностью всего организма...
04 09 2022 0:18:16
В качестве носителей культуры выступают люди...
03 09 2022 7:22:51
Витамины...
02 09 2022 3:27:24
Общественные цели – цели различных слоев населения, отражающие потребности, интересы и запросы по профессиональной подготовке...
01 09 2022 7:33:43
align="right"> Раздел статьи:
Афофкис раздел « Репродуктивные функции»
(function(w, d, n, s, t) {
w[n] = w[n] || [];
w[n].push(function() {
Ya.Context.AdvManager.render({
blockId: "R-A-335569-1",
renderTo: "yandex_rtb_R-A-335569-1",
async: true
});
});
t = d.getElementsByTagName("script")[0];
s = d.createElement("script");
s.type = "text/javascript";
s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js";
s.async = true;
t.parentNode.insertBefore(s, t);
})(this, this.document, "yandexContextAsyncCallbacks");
...
31 08 2022 5:21:49
style="text-align: justify;"> Система воспитания носила военно – физический характер. Цели спартанской педагогики: послушание старшим, физическая закалка и выносливость, «наука побеждать». Дети рабовладельцев, вне семьи, учились чтению, письму, счету, получали музыкальное воспитание (хоровое пение), много времени отводилось военно – физическим упражнениям. Для девушек, кроме традиционной (домоводство, уход за ребенком) существовала специальная военно – физическая система (бег, прыжки, борьба, метание копья, диска).
...
30 08 2022 7:22:40
);• виды деятельности (игра, труд, общение, общественная работы, учение (познание), физические упражнения и спорт);• предметы, вещи (игрушки, компьютер);• произведения и явления духовной и материальной культуры (искусство – литература, музыка и т...
29 08 2022 7:23:32
Гормоны контролируют все важнейшие процессы в организме, изменяя активность генов, процессы онтогенетического развития, дифференцировку тканей, формирование пола, размножение...
28 08 2022 1:47:48
align="right"> Раздел статьи:
Введение в педагогику
(function(w, d, n, s, t) {
w[n] = w[n] || [];
w[n].push(function() {
Ya.Context.AdvManager.render({
blockId: "R-A-335569-1",
renderTo: "yandex_rtb_R-A-335569-1",
async: true
});
});
t = d.getElementsByTagName("script")[0];
s = d.createElement("script");
s.type = "text/javascript";
s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js";
s.async = true;
t.parentNode.insertBefore(s, t);
})(this, this.document, "yandexContextAsyncCallbacks");
...
27 08 2022 2:11:44
> Простые:• словесные, учебники, учебные пособия, дидактический и раздаточный материал;• простые визуальные средства: предметы, чучела, образцы минералов, части машин, модели;• графические средства: картины, схемы, карты. Сложные:• механические визуальные приборы: диаскоп, микроскоп, кодоскоп;• аудиальные средства: проигрыватель, магнитофон, радио;• аудиовизуальные средства: звуковой фильм, Т В, видео;• средства автоматизирующие процесс обучения: лингвистические кабинеты, компьютерные классы, телекоммуникационные сети;• реальные объекты: производство, сооружения.
...
25 08 2022 18:48:38
style="text-align: center;"> Сравнение нейронного потока информации и потока информации при сознательном восприятии для пяти сенсорных систем
...
24 08 2022 4:27:23
Так, например, некоторые специалисты считают, что спортсмен находится в состоянии спортивной формы до тех пор, пока колебания его результатов в соревнованиях лежат в зоне 2-3%...
23 08 2022 13:34:18
Термин рекреация означает отдых, восстановление сил человека, израсходованных в процессе труда, тренировочных занятий или соревнований...
22 08 2022 1:32:31
Имеет место смешение понятий «культура здоровья», «культура здорового образа жизни», «валеологическая культура»...
21 08 2022 4:58:20
Физическое воспитание – процесс, направленный на воспитание личности, развитие физических возможностей человека, приобретение им умений и знаний в области физической культуры и спорта в целях формирования всесторонне развитого и физически здорового человека с высоким уровнем физической культуры...
20 08 2022 14:49:22
Внешние мотивы могут быть разделены на положительные и отрицательные...
19 08 2022 17:58:38
В последней стадии беременности перед родами в материнском организме наблюдается преобладание тормозных процессов в высших отделах мозга и повышение возбудимости спинного мозга, что приводит к снижению порога рефлекторной и мышечной возбудимости матки...
18 08 2022 23:14:43
А если учесть, что мозг человека использует глюкозу в качестве единственного (!) топлива (в отличие от других органов, клетки которых при необходимости могут использовать белки и жиры для получения недостающих килокалорий), становится понятным значение исправного функционирования механизма углеводного обмена...
17 08 2022 4:39:10
Антигенными свойствами могут обладать макромолекулярные образования почти всех живых организмов...
16 08 2022 19:18:54
> Важной характеристикой профессионально-педагогического общения является стиль. Стиль – это индивидуально-типологические особенности взаимодействия педагога и учащихся. Он учитывает особенности коммуникативных возможностей учителя, уровень взаимоотношений педагога и воспитанников, творческую индивидуальность педагога, особенности ученического коллектива. Стиль общения педагога с детьми – это категория социальная и нравственная. В педагогической литературе выделяют следующие стили общения: Общение на основе увлеченности совместной деятельность. Этот тип общения складывается на основе высоких профессионально-этических установок педагога, это общая творческая деятельность воспитанников вместе с воспитателями и под их руководством. Общение на основе дружеского расположения. Продуктивный стиль педагогического общения. Вместе с увлеченностью совместным делом может иметь и деловую направленность. Но нельзя превращать ее в панибратские отношения с учащимися. Общение – диалог предполагает сотрудничество педагога и воспитанников на основе взаимного уважения. Общение – дистанцирование. Распространенный стиль общения, который ведет к формализации системы социально-психологического взаимодействия учителя и учеников и не способствует созданию атмосферы творчества. Дистанция должна существовать, но она диктуется логикой учебного процесса в системе отношений ученик-педагог. Общение – устрашение. Негативная форма общения. К ней прибегают учителя, не умеющие организовать продуктивную совместную деятельность с учениками. Такое общение разрушает творческую деятельность. Общение – заигрывание в работе с детьми играет отрицательную роль. Стиль общения отвечает стремлению завоевать ложный дешевый авторитет у детей, что противоречит требованиям педагогической этики. Правильный стиль общения создает атмосферу эмоционального благополучия, которая во многом определяет результативность учебно-воспитательной деятельности. Верно найденный стиль общения, соответствующий индивидуальности педагога, способствует решению многих задач. Стили педагогического руководства: Авторитарный стиль. Педагог единолично определяет деятельность группы, пресекает всякую инициативу. Основные формы взаимодействия: приказ, указание, инструкция, выговор, наказание. Преобладает начальственный тон. Демократический стиль. Проявляется в опоре педагога на мнение коллектива. Учитель подключает каждого к участию в обсуждении хода работы. Развивается самоуправление. Основные способы общения: просьба, совет, информация. Либеральный стиль (анархический, попустительский). Учитель старается не вмешиваться в жизнь коллектива, не проявляет активности, легко подчиняется, устраняется от ответственности, неавторитетен. В общении с учащимися, родителями, с коллегами, администрацией учитель занимает определенные коммуникативные позиции. А-позиция – «над». Учитель выступает активным субъектом общения, он проявляет инициативу, управляет, контролирует, планирует, реализует свои цели. Б-позиция – «наравне». Происходит общение двух равных партнеров, оба проявляют инициативу, стараются учитывать интересы друг друга. В-позиция – «под». Учитель занимает подчиненное положение по отношению к партнеру по общению. Для успешного выполнения педагогической деятельности учитель должен уметь занимать эффективную коммуникативную позицию.
...
15 08 2022 1:22:53
Когда-то они входили в белки кудахтающих кур, флегматично жующих коров, заботливо взращенной сои...
14 08 2022 5:55:14
Хаpaктеристика средств оздоровительной физической культуры 
Цель и задачи физического воспитания детей школьного возраста 
Оздоровительное, образовательное и воспитательное значение физических упражнений 
Механизмы энергообеспечения при мышечной работе 
Хаpaктеристика физкультурно-оздоровительных методик и систем 
Общеподготовительные упражнения 
Способы проведения соревнований 
Типы (виды) силовых способностей 
Общеметодические принципы физического воспитания 
Физическое воспитание в России 
Классификация физических упражнений 
Классификация видов спорта 
Специально-подготовительные упражнения 
Методы строго регламентированного упражнения 
Краткая история развития биомеханики и современное состояние биомеханики 
Содержание и форма физического упражнения 
Базовые функциональные понятия: «спортивная подготовка» и «спортивная тренировка» 
Психологические средства восстановления 
Оценка уровня развития гибкости 
Типы тренировочных микроциклов 
Построение тренировки в годичных циклах 
Подготовительный период 
Методические правила оздоровительной тренировки 
«Внешняя» и «внутренняя» стороны тренировочной нагрузки 
Понятия: «спортивный отбор», «спортивная ориентция», «спортивные способности» 
Биомеханика ходьбы и бега. Разделение на фазы 
Классификация тренировочных нагрузок по их интенсивности 
Компоненты тренировочных нагрузок, определяющие направленность и величину воздействия 
Эффект упражнения 
Утомление при мышечной деятельности 
Понятие о системе физического воспитания в стране и её структуре 
Крупные формы занятий, применяемых в физкультурной пpaктике 
Современный спорт и основные направления его развития в России 
Светопроведение и преломление (рефpaкция) света 
Вспомогательные средства физического воспитания детей школьного возраста 
Базовые понятия - итоговые: «спортивные результаты», «спортивные достижения», «спортивная квалификация» 
Соревновательные упражнения 
Положение о соревнованиях 
Цель и задачи спортивной подготовки 
Основная педагогическая направленность занятий 
Соревновательный период 
Сила сопротивления при движении в воде или атмосферном воздухе 
Биомеханические аспекты двигательных реакций 
Выносливость. Утомление и его биомеханические проявления 
Формирование долговременной адаптации 
Восстановление после физических нагрузок 
Состояние здоровья школьников и основные тенденции его изменения 
Атмосферное давление 
Физиологические классификации и хаpaктеристики спортивных упражнений 
Развитие образования в средние века (V – XVII века) 
Оценка уровня развития силовых способностей 
Оценка уровня развития выносливости 
Малые формы занятий, применяемых в физкультурной пpaктике 
Базовые исходные понятия: «спорт», «спортивные соревнования» 
Взаимосвязь нагрузок с внешней и внутренней стороны 
Волнообразность и вариативность нагрузок 
Структура технической подготовки 
Основные цели, средства и методы психической подготовки 
Формы организации занятий 
Оперативный контроль 
Биомеханика как учебная дисциплина. Её цели и задачи 
Описание движений тела человека во времени и прострaнcтве 
Двигательные качества как различные стороны моторики 
Биомеханическая хаpaктеристика силовых и скоростно-силовых качеств 
Скорость изменения силы (градиент силы) 
Биомеханика ходьбы и бега. Величина силы реакции опоры 
Стартовые действия 
Спортивные звания, разряды. Спортивные судьи. Единая всероссийская спортивная классификация. Права и обязанности спортсменов. Спортивный паспорт 
Подготовка спортивного резерва 
Подготовка спортсменов высокого класса 
Цель, объект и виды управления 
Модели соревновательной деятельности 
Основные понятия теории и методики физического воспитания 
Теория и методика избранного вида спорта 2 
Оценка уровня развития скоростных способностей 
Выносливость. Общая и специальная выносливость 
Активная и пассивная гибкость 
Хаpaктеристика основных документов планирования в физическом воспитании и спорте 
Примерный общий план работы по физическому воспитанию на учебный год в общеобразовательной школе 
Особенности методики физического воспитания в старшем школьном возрасте 
Оздоровительная направленность как важнейший принцип системы физического воспитания 
Техника физических упражнений 
Кинематические хаpaктеристики движений 
Направленность на максимальные достижения, углублённая специализация и индивидуализация 
Основы методики совершенствования техники спортсменов высокой квалификации 
Основное содержание тактической подготовки 
Единство и взаимосвязь общей и специальной физической подготовки 
Общие основы построения микроциклов