Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа» > Русский спорт - научная база
Русский спорт - научная база    

Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа»

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: Энергияэто 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 энергияэто 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


Средства обучения |

Средства обучения | > 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. ...

31 01 2023 21:47:33

Декларация прав ребенка (20.11.59) |

Декларация прав ребенка (20.11.59) | 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"); ...

30 01 2023 22:59:21

Хаpaктеристика средств восстановления и стимуляции работоспособности

Хаpaктеристика средств восстановления и стимуляции  работоспособности  Эти два направления могут играть роль как собственно средств восстановления, так и средств стимулирования работоспособности...

29 01 2023 9:57:58

Беременность |

Беременность | 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"); ...

28 01 2023 19:37:31

Сущность, структура и этапы педагогического процесса

Сущность, структура и этапы педагогического процесса  Содержание обучения составляют в основном научные знания о мире, обучение влияет преимущественно на интеллект...

27 01 2023 16:24:36

Физическое воспитание в России

Физическое воспитание в России  Россия явилась родиной передового учения о физическом воспитании, которое создали Петр Францевич Лесгафт и его ученики и его ученики и последователи...

26 01 2023 9:26:23

Методика развития гибкости

Методика развития гибкости  Если требуется достижение заметного сдвига в развитии гибкости уже через 3 – 4 месяца, то рекомендуются следующие соотношения в использовании упражнений: примерно 40% - активные; 40% - пассивные и 20% - статические...

25 01 2023 20:35:53

Иммунологическая память

Иммунологическая память  Эти же процессы лежат в основе аллергических заболеваний...

24 01 2023 2:49:11

Проводящая система сердца

Проводящая система сердца  К проводящей системе сердца относятся: синусовый узел, предсердно-желудочковый узел, пучок Гисса, ножки пучка Гисса, волокна Пуркинье...

23 01 2023 13:20:16

Средства и методы воспитания общей выносливости

Средства и методы воспитания общей выносливости  Эффективность различных упражнений во многом зависит от методических условий их выполнения...

22 01 2023 2:18:22

Методика воспитания скоростных способностей

Методика воспитания скоростных способностей  Продолжительность отдельных упражнений – от 1-2 секунд до 15-20 секунд...

21 01 2023 0:43:24

Сенсорные системы |

Сенсорные системы | style="text-align: center;"> Сравнение нейронного потока информации и потока информации при сознательном восприятии для пяти сенсорных систем ...

20 01 2023 13:16:19

Базовые функциональные понятия: «спортивная подготовка» и «спортивная тренировка»

Базовые функциональные понятия: «спортивная подготовка» и «спортивная тренировка»  Система соревнований частично выходит за рамки спортивной подготовки, так как подготовительную функцию выполняют только такие виды соревнований как контрольные, подготовительные, отборочные, подводящие соревнования, к главным соревнованиям (самым ответственным в данном соревновательном периоде) ведется специальная подготовка, и они как - бы выходят за рамки спортивной подготовки...

19 01 2023 15:29:24

Основные понятия теории и методики физического воспитания

Основные понятия теории и методики физического воспитания  Физическое воспитание – это вид воспитания, специфическим содержанием которого являются: обучение движениям, воспитание физических качеств, овладение специальными физкультурными знаниями и формирование осознанной потребности в физкультурных занятиях...

17 01 2023 11:21:25

Пищеварение в толстом кишечнике

Пищеварение в толстом кишечнике  Это обусловливает разнообразные виды ее движений...

16 01 2023 17:44:14

Двигательные качества как различные стороны моторики

Двигательные качества как различные стороны моторики  Но как сопоставить возможности одного человека, но проявляемые в разных ситуациях, или возможности разных людей, но проявляемые в одинаковых условиях? Необходима некоторая качественная мера и количественные критерии для сравнения и оценки...

15 01 2023 16:51:21

Глоссарий по теме «Сердце»

Глоссарий по теме «Сердце»  Глоссарий по теме «Сердце» | ...

14 01 2023 14:12:52

Понятие «пищеварение»

Понятие «пищеварение»  Павлова За открытие в этой области, обобщение новых уникальных данных по проблеме в труде «Лекции о работе пищеварительных желез» И...

13 01 2023 17:21:17

Неспецифические гумopaльные защитные механизмы

Неспецифические гумopaльные защитные механизмы  Начальную активацию системы комплемента вызывают комплексы антиген- антитело и бактериальные агенты...

12 01 2023 19:38:56

Третий этап – этап специализированной базовой подготовки

Третий этап – этап специализированной базовой подготовки   На этом этапе многолетней подготовки определяется спортивная ориентация спортсменов в зависимости от их врождённых способностей (генетических факторов)...

11 01 2023 13:15:47

Скорость изменения силы (градиент силы)

Скорость изменения силы (градиент силы)  Кривая нарастания силы при однократном «взрывном» усилии с последующим немедленным расслаблением имеет вид, показанный на рис...

10 01 2023 14:17:40

Регламентация режима выполнения упражнений

Регламентация режима выполнения упражнений  Целесообразный объём нагрузки (продолжительность отдельных упражнений, число повторений) определяется возможностью повторить действие без ухудшения качества движений...

09 01 2023 10:14:30

Задачи, средства и методы технической подготовки

Задачи, средства и методы технической подготовки  Основная информация поступает от двигательного аппарата – рецепторов, расположенных в мышцах, сухожилиях, связках и отражает изменения в длине мышц, степени их напряжения, направления и скорости движений, расположении различных звеньев тела и др...

07 01 2023 18:25:10

Цели педагогического процесса |

Цели педагогического процесса | align="right"> Раздел статьи: Педагогика. Дидактика (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"); ...

06 01 2023 22:21:32

Мощность механического движения. Коэффициент механической эффективности

Мощность механического движения. Коэффициент механической эффективности  В частности энергозатраты идут: • на основной обмен; • активность физиологических систем (прежде всего дыхательной и циркуляторной) при мышечной деятельности; • активность мышц, не участвующих в движении, но обеспечивающих поддержание равновесия, сохранения позы и т...

05 01 2023 17:33:58

Педагогическое общение. Этапы и стили педагогического общения |

Педагогическое общение. Этапы и стили педагогического общения | > 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. ...

04 01 2023 13:43:24

Понятие о дидактике и сущность процесса обучения |

Понятие о дидактике и сущность процесса обучения | >• Процесс обучения носит двухсторонний характер и является совместной деятельностью педагогов и учащихся, должна существовать обратная связь.• Процесс обучения осуществляется под руководством педагога.• Процесс обучения носит целенаправленный, планомерный и организованный характер.• Процесс обучения строится в соответствии с закономерностями возрастного развития учащихся.• Процесс обучения является целостной системой.• Процесс обучения носит воспитывающий и обучающий характер. Сущность обучения – приобретение З У Н.  (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); ...

03 01 2023 21:24:41

Содержание воспитание

Содержание воспитание  Гражданское воспитание ориентировано на становление у человека ответственного отношения к другим людям, семье, к согражданам и отечеству, развитие чувства ответственности за себя, за свою страну и судьбу всей планеты...

02 01 2023 19:49:25

Плод

Плод  В конце 1 месяца беременности у женщин зародыш имплантирован в слизистую оболочку матки, в нем происходит возникновение зачатков органов и плодовых оболочек...

01 01 2023 15:24:10

Тканевые гормоны |

Тканевые гормоны | align="right"> Раздел статьи: Лекции о гормонах (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 12 2022 5:47:22

Адаптация и проблемы рациональной подготовки спортсменов

Адаптация и проблемы рациональной подготовки спортсменов  Соревнования, особенно главные (Олимпийские игры, чемпионаты мира, крупнейшие международные региональные соревнования), связаны не только с предельными физическими нагрузками, но и с наличием экстремальных условий (жёсткая конкуренция, сложные климатические и погодные условия, особенности судейства, поведение зрителей), определяющих формирование адаптационных реакций...

30 12 2022 22:58:35

Урочные формы занятий в физическом воспитании и спорте

Урочные формы занятий в физическом воспитании и спорте  • Строго соблюдается частота занятий, их продолжительность и взаимосвязь...

29 12 2022 18:16:42

Основные принципы педагогического процесса |

Основные принципы педагогического процесса | align="right"> Раздел статьи: Педагогика. Дидактика (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 12 2022 14:42:58

Методические приёмы воспитания координационных способностей

Методические приёмы воспитания координационных  способностей  Второе направление – хаpaктеризуется введением фактора необычности при выполнении привычных действий, предъявляющего дополнительные требования к координации движений: 1...

26 12 2022 2:24:29

Основная педагогическая направленность занятий

Основная педагогическая направленность занятий  В основных занятиях выполняется основной объём работы, связанной с решением главных задач подготовки...

25 12 2022 14:39:22

Утомление

Утомление  Теория закисления, метаболитов2...

24 12 2022 18:39:17

Основные понятия, используемые в Федеральном законе «О физической культуре и спорте в Российской Федерации»

Основные понятия, используемые в Федеральном законе «О физической культуре и спорте в Российской Федерации»  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...

23 12 2022 13:28:47

Единство и взаимосвязь общей и специальной физической подготовки

Единство и взаимосвязь общей и специальной физической подготовки  Чем шире круг двигательных умений и навыков, освоенных спортсменом, тем благоприятнее предпосылки для образования новых форм двигательной деятельности и совершенствования освоенных ранее...

22 12 2022 1:48:51

Эпидемиологическое значение воды

Эпидемиологическое значение воды  К ним относятся: брюшной тиф, дизентерия, сальмонеллезы, холера, инфекционный гепатит, полиомиелит, туляремия, лептоспирозы...

21 12 2022 18:25:51

Гормоны

Гормоны  Гормоны контролируют все важнейшие процессы в организме, изменяя активность генов, процессы онтогенетического развития, дифференцировку тканей, формирование пола, размножение...

20 12 2022 1:22:16

Обмен газов в легких и перенос их кровью

Обмен газов в легких и перенос их кровью  Напряжение кислорода и углекислого газа (мм...

19 12 2022 22:56:50

Волнообразность и вариативность нагрузок

Волнообразность и вариативность нагрузок  Поэтому динамика тренировочных нагрузок не может иметь вид прямой линии – она приобретает волнообразный хаpaктер как для относительно небольших структурных образований тренировочного процесса (микроциклов), так и для более продолжительных (мезоциклов, периодов)...

18 12 2022 23:33:16

Современные педагогические технологии |

Современные педагогические технологии | > Термин « Т О» подразумевает классно-урочную организацию обучения, которая до сих пор преобладает в школах мира. Традиционная технология представляет собой авторитарную педагогику требований. Ученик – подчиненный объект обучающих воздействий, он «должен», он еще не полноценная личность. Учитель – командир, судья, он «всегда прав». Цели Т О ориентированы на усвоение З У Н, а не на развитие личности. Методы основаны на сообщении знаний, обучению по образцу, механической памяти, репродуктивном воспроизведении. К традиционным технологиям относятся и лекционно-семинарско-зачетную систему (форму) обучения: сначала учебный материал преподносится классу (группе) лекционным методом, а затем прорабатывается (усваивается, применяется) на семинарских, практических и лабораторных занятиях и результаты усвоения проверяются в форме зачетов.  (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); ...

17 12 2022 15:12:48

Компоненты тренировочных нагрузок, определяющие направленность и величину воздействия

Компоненты тренировочных нагрузок, определяющие направленность и величину воздействия  По хаpaктеру воздействия все упражнения могут быть подразделены на три основные группы: общего, частичного (регионального) и локального воздействия...

15 12 2022 6:25:56

Специальная физическая подготовка

Специальная физическая подготовка  Так, спринтер должен обладать, прежде всего, высокоразвитыми скоростными и скоростно-силовыми способностями в особом соотношениями, условно обозначенном термином «спринтерская мощность», а также развитой спринтерской выносливостью, основанной на возможностях анаэробного использования энергетических ресурсов мышечного сокращения...

14 12 2022 6:48:55

Формы организации занятий

Формы организации занятий  При фронтальной форме организации занятий группа спортсменов одновременно выполняет одни и те же упражнения (иногда под счёт)...

13 12 2022 8:53:12

Еще:
Спорт -1 :: Спорт -2 :: Спорт -3 ::