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


Щитовидная железа |

Щитовидная железа | 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"); ...

30 09 2022 10:50:28

Краткая история развития биомеханики и современное состояние биомеханики

Краткая история развития биомеханики и современное состояние  биомеханики  Леонардо особенно интересовался строением человеческого тела (анатомией) в связи с движением...

29 09 2022 11:28:57

Подготовка спортивного резерва

Подготовка спортивного резерва    Физкультурно-спортивные организации и образовательные учреждения, осуществляющие подготовку спортсменов 1...

28 09 2022 9:22:40

Всасывание продуктов переваривания пищи

Всасывание продуктов переваривания пищи  Количество всасывающихся веществ не зависит от потребностей организма (за исключением меди и железа), они пропорционально потрeблению пищи...

27 09 2022 16:55:22

Словесные методы (методы речевого воздействия)

Словесные методы (методы речевого воздействия)  Ряд традиционных общепедагогических методов (объяснительный рассказ, беседа, обсуждение) приобрели в физическом воспитании специфические формы...

26 09 2022 10:51:13

Показания и противопоказания к массажу

Показания и противопоказания к массажу  Раздел статьи: Массаж в реабилитации ...

25 09 2022 11:56:50

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"); ...

24 09 2022 23:20:13

Светопроведение и преломление (рефpaкция) света

Светопроведение и преломление (рефpaкция) света  Наружная–склера, она непрозрачная, впереди переходит в прозрачную роговицу...

23 09 2022 17:21:13

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"); ...

22 09 2022 22:15:54

«Внешняя» и «внутренняя» стороны тренировочной нагрузки

«Внешняя» и «внутренняя» стороны тренировочной нагрузки  Интенсивность нагрузки (качественная сторона нагрузки) определяется скоростью преодоления дистанции, величиной преодолеваемого отягощения или сопротивления, темпом движений, плотностью выполнения упражнений в занятии...

21 09 2022 14:32:52

Текущее управление

Текущее управление  Реализация возможностей текущего управления осуществляется двумя путями...

20 09 2022 20:46:54

В-лимфоциты. Гумopaльный иммунитет

В-лимфоциты. Гумopaльный иммунитет  В плазмоцитах происходит синтез антител-иммуноглобулинов...

19 09 2022 2:18:30

Кровяной допинг

Кровяной допинг  Следует также отметить, что кровяной допинг снимает отрицательное влияние среднегорья и высокогорья на уровень максимального потрeбления кислорода и выносливость спортсменов...

18 09 2022 22:26:59

Педагогика как наука о человеке и обл. практ. деятельности |

Педагогика как наука о человеке и обл. практ. деятельности | > Обучение – процесс передачи и приема опыта поколений во взаимодействии педагога и учащихся. Обучение является ядром образования. Образование - процесс и результат усвоения человеком опыта поколений; это специально организованная система условий для развития человека (образовательные учреждения, Ф П К, М Т Б, кадры и т.д.). Воспитание – процесс воздействия одних людей на других в целях формирования личности; это функция общества по подготовке человека к жизни. Воспитание, образование, обучение ( В О О) являются внешними факторами. Человек способен сам приобрести опыт, развиваться. Самовоспитание, самообразование, самообучение (само В О О) - это внутренний мир человека, его готовность и способность самостоятельно развиваться. Взаимосвязь В О О и само В О О объясняется с помощью воспитательных отношений – отношений между людьми, направленных на развитие личности посредством В О О. Типы воспитательных отношений: человек-человек, человек – (техника, книга, искусства, природа) – человек. В результате человек развивается и формируется личность. Развитие – это движение; процесс внутреннего количественного и качественного изменения физических и духовных сил человека. Развитие человека идет в процессе воспитания. ( Развитие: физическое, физиологическое, психическое, социальное, духовное).  (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); ...

17 09 2022 6:42:36

Роды

Роды  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...

16 09 2022 14:59:33

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 ...

15 09 2022 16:15:47

Теории разнообразия антител

Теории разнообразия антител  В рамках этих взглядов набор генов , необходимый для обеспечения синтеза антител самой разнообразной специфичности, не возникает вновь за счёт мутационных изменений в онтогенезе, а имеется в готовом виде и передаётся из поколения в поколение...

14 09 2022 21:16:59

Гигиена питания

Гигиена питания  Питание – сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ, необходимых для покрытия его энергетических трат, построения и возобновления клеток и тканей организма, регуляции физиологических функций организма...

13 09 2022 4:20:23

Концепция Федеральной целевой программы развития образования |

Концепция Федеральной целевой программы развития образования | 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"); ...

12 09 2022 4:26:18

Современные педагогические технологии

Современные педагогические технологии  Технология обучения – последовательность педагогических процедур, операций и приемов, составляющих в совокупности целостную дидактическую систему, реализация которой в педагогической пpaктике проводит к достижению гарантированных целей обучения и способствует целостному развитию личности обучающего...

11 09 2022 18:51:13

ТиМФВ как учебная дисциплина

ТиМФВ как учебная дисциплина  Система знаний по теории и методике физического воспитания включает ряд частных разделов, отражающих её отдельные стороны...

09 09 2022 4:59:16

Слух |

Слух | 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"); ...

07 09 2022 12:33:53

Особенности методики физического воспитания

Особенности методики физического воспитания  Для младшего школьного возраста ведущими на уроке являются задачи совершенствования естественных двигательных действий (ходьбы, бега, прыжков, метаний, лазаний и т...

06 09 2022 13:58:47

Временные масштабы планирования

Временные масштабы планирования  Поэтому, чем меньше срок, на который составляется план, тем он более конкретный и детализированный...

04 09 2022 8:23:34

Сенсорные системы |

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

03 09 2022 17:45:31

Пoлoвoй цикл

Пoлoвoй цикл  Параллельно с созреванием фолликула во время цикла возникают изменения в слизистой оболочке пoлoвых органов...

02 09 2022 9:14:13

Четвертый этап – этап максимальной реализации индивидуальных возможностей

Четвертый этап – этап максимальной реализации индивидуальных  возможностей  Так мужчинам, специализирующиеся в плавании на дистанции 100, 200 м...

01 09 2022 13:45:49

Иммуноглобулины

Иммуноглобулины  В процессе эволюции только у позвоночных образуются различные типы иммуноглобулинов...

30 08 2022 7:57:38

Постепенность увеличения нагрузок и тенденция к максимальным нагрузкам

Постепенность увеличения нагрузок  и тенденция к максимальным нагрузкам  Основные положения этого принципа раскрывает теория стресса, которую открыл Ганс Селье...

29 08 2022 7:44:31

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)...

28 08 2022 6:33:19

Оплодотворение |

Оплодотворение | 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"); ...

27 08 2022 15:59:14

Регуляция сосудистого тонуса

Регуляция сосудистого тонуса  Барорецепторный механизм...

26 08 2022 14:48:28

Концепция Федеральной целевой программы развития образования

Концепция Федеральной целевой программы развития образования  Программа соответствует приоритетным задачам социально-экономического развития РФ...

25 08 2022 18:53:44

Оперативный контроль

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

24 08 2022 2:28:47

Как образовалась связь гормон - клетки органа - мишени |

Как образовалась связь гормон - клетки органа - мишени | 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"); ...

23 08 2022 4:26:52

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...

22 08 2022 22:45:34

Содержание образования

Содержание образования  Это специально отобранная и признанная обществом (государством) система элементарного объективного опыта человечества, усвоение которой необходимо для успешной деятельности в определенной сфере...

21 08 2022 3:10:33

Оплодотворение

Оплодотворение  У человека эякулят вводится во влагалище...

20 08 2022 16:26:49

Биомеханика

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

19 08 2022 6:31:25

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...

18 08 2022 11:37:57

Общепедагогические методы

Общепедагогические методы  Они наиболее часто используются в лаконичной форме, особенно в процессе подготовки квалифицированных спортсменов, чему способствует специальная терминология, сочетание словесных методов с наглядными...

16 08 2022 11:20:27

Морфология печени

Морфология печени  Они разделены между собой серповидной связкой печени, которая подвешивает печень к диафрагме, удерживая ее в сагитальной плоскости...

15 08 2022 20:55:36

Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа»

Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа»  Следовательно, при выполнении работы энергия в системе уменьшается...

14 08 2022 4:43:37

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...

13 08 2022 15:11:37

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