Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа» > Русский спорт - научная база
+7(977)9328978 Русский спорт - научная база    


Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа»

Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа»

Источник:

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


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 07 2024 19:27:17

Питание

Пища представляет собой смесь животных и растительных продуктов, содержащих белки, жиры углеводы, витамины, минеральные соли и воду...

16 07 2024 0:23:33

Воспитание скоростно-силовых способностей

Воспитание скоростно-силовых способностей   Состав скоростно-силовых упражнений широк и разнообразен...

15 07 2024 17:40:21

Основы спортивной тренировки |

Основы спортивной тренировки | > Нагрузки, применяемые в спорте Тренировочные и соревновательные нагрузки « Внешняя» и «внутренняя» стороны тренировочной нагрузки Взаимосвязь нагрузок с внешней и внутренней стороны Характер и направленность тренировочных нагрузок Компоненты тренировочных нагрузок, определяющие направленность и величину воздействия ...

14 07 2024 1:13:40

Электрофизиологические свойства сердца

Электрофизиологические свойства сердца  Помещают на поверхности клетки, в межклеточном прострaнcтве...

13 07 2024 19:45:29

Афофкис раздел «Печень»

Афофкис раздел «Печень»  «Энциклопедический словарь» Брокгауза и Ефрона, 1898г...

12 07 2024 3:49:44

Гигиена почвы

Гигиена почвы  Человек, добывая из почвы воду, производя различные земляные, подземные сельскохозяйственные работы, постоянно подвергается различным воздействиям отдельных почвенных факторов...

11 07 2024 15:51:42

Традиционные старты на Урале и в России

Традиционные старты на Урале и в России  «Лыжня России» — это такой спортивный праздник, в котором принимают участие – любители лыжных гонок, начинающие молодые спортсмены, и спортсмены с большим спортивным стажем...

10 07 2024 12:45:44

Исходное определение средств физического воспитания

Исходное определение средств физического воспитания  Оздоровительные силы природы используются по двум направлениям: 1) как сопутствующие факторы, создающие наиболее благоприятные условия, в которых осуществляется процесс физического воспитания; 2) как относительно самостоятельные средства оздоровления и закаливания (солнечные, воздушные ванны и водные процедуры)...

09 07 2024 5:19:18

Нагрузка в занятии

Нагрузка в занятии  Таблица № 1...

07 07 2024 16:30:28

Факторы развития личности

Факторы развития личности  Наследственность - это то, что передается от родителей детям, наследственность представлена генетической программой, которая развертывается в течение жизни и является природной предпосылкой развития...

06 07 2024 20:34:22

Беременность |

Беременность | align="right"> Раздел статьи: Афофкис раздел « Репродуктивные функции» ...

04 07 2024 22:57:59

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...

03 07 2024 23:41:15

Педагогические средства восстановления

Педагогические средства восстановления  Здесь следует отметить подбор, вариативность и особенности сочетания средств и методов в процессе построения программ тренировочных занятий, разнообразие и особенности сочетание при построении микроциклов, применение восстановительных микроциклов при планировании мезоциклов и др...

02 07 2024 15:57:19

Стратегия развития образования на современном этапе |

Стратегия развития образования на современном этапе | >1. Интернационализация образования, которая включает компьютеризацию, использование глобальных компьютерных сетей, гуманизация и гуманитаризация образования (например, интернет, дистантное обучение).2. Фундаментализация образования, т.е. получаемые знания должны быть фундаментом (базой) для любого вида деятельности; это развитие способности к структурированию материала, умению выделять главное, основные идеи.3. Непрерывность образования означает то, что образование должно быть элементом повседневной жизни. Цель непрерывности образования – развитие личности на протяжении всей жизни (например, дополнительное образование для детей, взрослых). ...

01 07 2024 4:23:40

Типы (виды) силовых способностей

Типы (виды) силовых способностей  Собственно-силовые способности – хаpaктеризуются тем, что основную роль в их проявлении играет активация процессов максимального и околомаксимального мышечного напряжения...

30 06 2024 15:13:32

Мужская половая система |

Мужская половая система | align="right"> Раздел статьи: Афофкис раздел « Репродуктивные функции» ...

29 06 2024 23:16:22

Методы педагогических исследований

Методы педагогических исследований  Можно говорить о системе методов педагогических исследований...

28 06 2024 16:43:50

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...

27 06 2024 21:29:42

Малые формы занятий, применяемых в физкультурной пpaктике

Малые формы занятий, применяемых в физкультурной пpaктике  • Отсутствие или невыраженность структуры построения занятий, то есть подготовительная, основная и заключительная части занятия кратковременны и ограничены по содержанию, а иногда и не выражены (например: оздоровительный бег, гигиеническая гимнастика, физкультминутки)...

26 06 2024 18:53:13

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...

25 06 2024 18:13:12

Гигиена детей и подростков

Гигиена детей и подростков  Все показатели здоровья взаимосвязаны взаимообусловлены...

24 06 2024 7:17:43

Система педагогических наук и связь с другими науками |

Система педагогических наук и связь с другими науками | align="right"> Раздел статьи: Введение в педагогику ...

23 06 2024 1:13:52

Понятия: «спортивный отбор», «спортивная ориентция», «спортивные способности»

Понятия: «спортивный отбор», «спортивная ориентция»,  «спортивные способности»  Спортивный отбор - это комплекс мероприятий, позволяющий определить высокую степень предрасположенности (одарённость) ребёнка к тому или иному роду спортивной деятельности (виду спорта)...

22 06 2024 13:30:30

Методы воспитательной работы |

Методы воспитательной работы | style="text-align: justify;"> Метод убеждения. Убеждать, значит так воздействовать на сознание и поведение человека, чтобы у него формировались способности поиска истинности миропонимания. В процессе убеждения идеи и нормы, выработанные обществом, превращаются в личные убеждения, в систему мотивов поведения, в руководство к действию. ...

20 06 2024 3:29:12

Регуляция дыхания

Регуляция дыхания  Дыхательный ритм и управление деятельностью дыхательных мышц генерируется работой дыхательного центра, представляющего собой совокупность взаимосвязанных нейронов ретикулярной формации продолговатого мозга, обеспечивающих токе приспособление дыхания к различным условиям внешней среды...

19 06 2024 16:27:44

Методы обучения

Методы обучения  Классификации методов обучения 1...

18 06 2024 21:32:44

Биомеханика

Биомеханика  Масса тела Виды сил в природе Гравитационные силы...

16 06 2024 6:19:46

Оперативный контроль

Оперативный контроль  Исследуется зависимость «доза – эффект»...

15 06 2024 22:37:54

Теория и методика избранного вида спорта

Теория и методика избранного вида спорта  Спортивные судьи...

14 06 2024 5:26:50

Жизненная емкость легких |

Жизненная емкость легких | align="right"> Раздел статьи: Лекции о дыхании ...

13 06 2024 22:55:11

Психологический контакт как требование к воспитанию

Психологический контакт как требование к воспитанию  Что происходит в жизни ребенка, искреннее любопытство к его детским проблемам, желание понимать и наблюдать за всеми изменениями, которые происходят в душе и сознании растущего человека...

12 06 2024 13:50:39

Воспитание собственно-силовых способностей

Воспитание собственно-силовых способностей  При воспитании собственно-силовых способностей с преодолевающим режимом работы мышц применяются предельные и околопредельные отягощения – 90-95% от максимальных, с 2-3 ПМ; в чередовании с отягощениями 80-90% - до 4-6 ПМ...

11 06 2024 4:18:52

Дыхательные тесты

Дыхательные тесты  В условиях максимальной нагрузки ЧД возрастает до 40-60 в 1 минуту...

10 06 2024 6:41:10

Жизненная емкость легких

Жизненная емкость легких  Резервный объем – составляет воздух, который можно вдохнуть дополнительно после обычного вдоха...

09 06 2024 7:39:25

Основные принципы педагогического процесса

Основные принципы педагогического процесса  Принцип целостности, упорядоченности - означает достижение единства и взаимосвязи всех компонентов педагогического процесса...

08 06 2024 1:38:26

Понятие о макроциклах, построение тренировки

Понятие о макроциклах, построение тренировки  Варианты построения 4-летнего олимпийского цикла Вариант 1 – год 2 – год 3 – год 4 – год Рекомендуется Первый Повышение общего объёма и объёма нагрузки повышенной интенсивности Молодым спортсменам, готовящимся к своей первой Олимпиаде Второй Увеличение общего объёма и объёма нагрузки повышенной интенсивности У Стабилизация объёма тренировочных нагрузок и объёма работы повышенной интенсивности Молодым и опытным спортсменам Третий Снижение общего объёма и объёма нагрузки повышений интенсивности Повышение общего объёма и объёма нагрузки повышенной интенсивности Снижение общего объёма и объёма нагрузки повышенной интенсивности Повышение общего объёма нагрузки и объёма нагрузки повышенной интенсивности Опытным спортсменам, готовящимся к своей второй или третьей Олимпиаде Раздел статьи: Основы спортивной тренировки ...

07 06 2024 5:51:54

Роль половых желез в организме |

Роль половых желез в организме | align="right"> Раздел статьи: Афофкис раздел « Репродуктивные функции» ...

06 06 2024 4:47:25

Сравнение структуры основных отделов пищеварительного тpaкта человека (таблица)

Сравнение структуры основных отделов пищеварительного тpaкта человека (таблица)   Мышечная пластинка слизистой оболочки Некоторое количество слизистых желез имеется Многочисленные желудочные железы имеется Кишечные и выраженные лимфатические сосуды имеется Трубчатые железы имеется Подслизистая оболочка...

05 06 2024 18:45:27

Биомеханика |

Биомеханика | > 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 ...

04 06 2024 14:34:11

Процесс, особенности и цели воспитания |

Процесс, особенности и цели воспитания | >• Целенаправленный процесс. Воспитание – это специально организованное, управляемое и контролируемое взаимодействие воспитателей и воспитанников, конечной целью имеющие формирование личности.• Взаимодействие. Процесс воспитания – это эффективное взаимодействие (сотрудничество) воспитателей и воспитанников, направленное на достижение цели.• Многофакторность. В процессе воспитания проявляются объективные факторы (условия, в которых личность живет и формируется) и субъективные (внутренние потребности личности, индивидуальные особенности личности).• Динамичность, подвижность, изменчивость.• Длительность. По сути воспитательный процесс длится всю жизнь.• Непрерывность. Это процесс непрерывного, систематического взаимодействия воспитателей и воспитанников.• Комплексность. Это означает единство целей, задач, содержания, методов и форм воспитательного процесса, подчиненное идее целостности формирования личности.• Вариативность (неоднозначность) и неопределенность результатов. В одних и тех же условиях результаты могут существенно отличаться. Это обусловлено действиями субъективных факторов: индивидуальными различиями воспитанников, их социальным опытом, отношением к воспитанию, а также уровнем профессиональной подготовленности воспитателя, его мастерством, умением руководить процессов.• Двусторонний характер. Процесс воспитания идет в двух направлениях: от воспитателя к воспитаннику и от воспитанника к воспитателю (прямая и обратная связь). ...

03 06 2024 6:29:46

Мужская пoлoвая система

Мужская пoлoвая система  Головка содержит ядро, впереди которого расположена структура, получившая название акросома...

02 06 2024 18:32:23

Обмен газов в легких и перенос их кровью |

Обмен газов в легких и перенос их кровью | > Кислород и углекислый газ диффундируют только в растворенном состоянии, что обеспечивается наличием в воздухоносных путях водяных паров, слизи и сурфактанта. ...

01 06 2024 6:36:16

Средства воспитания

Средства воспитания  );• 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...

31 05 2024 20:33:20

Овогенез

Овогенез  При этом образуются примордиальные фолликулы, располагающиеся в глубоких слоях коркового вещества яичника...

30 05 2024 23:55:54

Выводы

Выводы  Магнус утверждал, что регулярные соревнования в лыжных гонках проводили лапландцы – жители Скандинавии и запада Кольского полуострова...

29 05 2024 18:26:52

Еще:
Спорт и здоровье -1 :: Спорт и здоровье -2 :: Спорт и здоровье -3 :: Спорт и здоровье -4 ::