Механічна робота та збереження енергії при локомоціях

Transcript

1. Механічна робота та збереження енергії при локомоціях Драчук С.П. Вінницький державний педагогічний університет імені Михайла Коцюбинського Кафедра теорії і методики спорту Навчальна дисципліна: “Біомеханіка”
2. Питання до розгляду 1. Біоенергетика рухових дій 2. Поняття про механічну роботу та механічна енергія 3. Два основних завдання при визначенні механічної енергії 4. Поняття рекуперації механічної енергії та шляхи її збереження 5. Теорема Кьоніга як теоретична основа визначення повної механічної енергії опорно-рухового апарату 6. Теоретичний і практичний зміст визначення коефіцієнту рекуперації
3. Використання енергії під час руху: 1. Продуктивна робота 2. Непродуктивні витрати, пов’язані із перетворенням енергії й її розсіюванням 3. Перетворення її при накопеченні в розтягнутому м’язі
4. Джерела енергії 1. Запаси хімічної енергії (глікоген, жири, білки, АТФ) 2. Механічна енергія зовнішнього оточення (зовнішні тіла з якими взаємодіє спортсмен; середовища, в яких він знаходиться; партнери та опоненти): A) Кінетична енергія об’єктів, що рухаються (наприклад, кидок, виконаний опонентом у боротьбі); B) Потенційна енергія положення (наприклад, рух вниз під час зіскоку з перекладини).
5. Закон збереження енергії – енергія не виникає і не зникає, вона тільки перетворюється із одного виду в інший і передається від одного тіла до іншого в рівних кількостях.
6. Особливості м’язової енергетики: 1. Генератор механічної енергії із хімічної; 2. Трансформатор механічної енергії (із потенційної в кінетичну і навпаки); 3. Акумулятор пружної енергії в м’язах; 4. Спонукач, який передає механічні зусилля ланкам тіла; 5. Фіксатор ланок у суглобах (при опорних тягах); 6. Регулятор величини і спрямування швидкості; 7. Демпфер, що поглинає і розсіює енергію (під час амортизації); 8. Пружний амортизатор (який створює зворотній рух у зворотньому та коливальному режимах)
7. Механічна робота - величина, яка характеризує наскільки можна перемістити об’єкт у визначеному напрямку, прикладаючи до нього силу: A = F × S(Km) - механічна робота; - рівнодійна сила, яка діє на тіло; - шлях, який пройшло тіло в напрямку цієї сили; A F S Виступає мірою ресурсу рухової діяльності людини
8. Виконання будь-якої роботи супроводжується виділенням енергії: робота = енергія ( (Дж) ) Оскільки механічна енергія ( ) увесь час перетворюється із потенційної в кінетичну і навпаки, то , де - виділення енергії; - зміна механічної енергії Тому зміна механічної енергії виступає вже ресурсом організму під час виконання роботи A = ΔW ΔW W = ΔE W ΔE
9. Види енергії, які використовуються для аналізу рухів людини: 1. Потенційна, зумовлена силою тяжіння; 2. Кінетична енергія поступального руху; 3. Кінетична енергія обертання; 4. Потенційна енергія, зумовлена деформацією; 5. Енергія обмінних процесів.
10. Ефективність - відношення кількості виконаної роботи до кількості використаної енергії. Чим більша кількість роботи виконується при даних енерговитратах, тим вище енергоефективність системи.
11. Завдання при визначенни механічної енергії: 1. Визначення повної механічної енергії, виконаної під час локомоцій; 2. Визначення величин регульованої механичної енергії, як критерія ефективності виконуваних рухів
12. Рекуперація - збереження механічної енергії та її повторне використання під час рухів людини. Явище рекуперації оцінюється із визначенням коефіцієнту рекуперації.
13. Шляхи рекуперації механічної енергії: 1. Перехід кінетичної енергії руху в потенційну енергію положення тіла і зворотно; 2.Перехід повної механічної енергії від біоланки з більшою масою до біоланки з меншою масою; 3.Перехід кінетичної енергії руху в потенційну енергію пружної деформації м’язів.
14. Повна механічна енергія біоланки - визначається через суму кінетичної та потенціальної енергій цієї ланки: ϵi = ϵk i + ϵn i
15. Теорема Кьоніга - повна кінетична енергія біоланки ( ) дорівнює сумі кінетичної енергії поступального ( ) та обертального ( ) рухів цієї ланки: ϵk i ϵk1 i ϵk2 i ϵk i = ϵk1 i + ϵk2 i
16. Кінетична енергія поступального руху - вимірюється половиною добутку маси тіла на квадрат його швидкості: (пост.) = (Дж) Ek mυ2 2
17. Потенціальна енергія тіла, піднятого над поверхнею Землі - добуток маси ( ) тіла, прискорення вільного падіння ( ) і висоти ( ), на якій перебуває тіло: m g h ϵn = mgh
18. Формули для визначення повної механічної енергії біоланки Повна механічна енергія тіла - визначається за сумою повних механічних енергій усіх сегментів тіла: Ei = ( mi υ2 2 ) + ( Ii ω2 2 ) + (mi ghi ) E = ∑ Ei
19. Збереження енергії -перехід одного виду енергії в інший і навпаки. Перехід розуміється в протифазній зміні від кінетичної до потенціальної, і від потенціальної до кінетичної. Протифазна зміна - один вид енергії збільшується, а інший вид енергії зменшується.
20. Коефіцієнт рекуперації – використовується для оцінки явища рекуперації. Розраховується за формулою: рек = , де рек - коефіцієнт рекуперації, - квазімеханічна робота, – повна механічна енергія біоланок. Якщо коефіцієнт рекуперації знаходиться в межах від 0 до 0,3, то коефіцієнт низький, енергія в системі не зберігається, тіло рухається не економно; від 0,3 до 0,6 – коефіцієнт середній, енергія зберігається; від 0,6 до 0,9 – високий коефіцієнт, енергія в системі зберігається, рух виконується економно. K wKM − ∑ Δϵi wKM K wKM ∑ Δϵi
21. Квазімеханічна робота – сума змін потенціальної та кінетичної енергій тіла: wKM = ∑ Δϵh + ∑ Δϵk
22. Чим більша різниця між квазімеханічною роботою та повною механічною енергією, тим більше енергії заощаджується в системі.