| Уважаемый Вадим, я абсолютно согласен с Вами:
вычисление абстрактного числа в нашем случае ничего не
даст. Отвлечённые математические расчёты без
физического обоснования неприменимы для физических
систем. Но совершенно очевидно и то, что к проблемам
необходимо подходить со всех сторон - что я, в
принципе, и сделал. Правда, как Вы правильно заметили,
бросив рассмотрение этого вопроса в довольно сыром
состоянии. Тем не менее, подобные расчёты проводить
необходимо - независимо от того, разрешат они какую-то
проблему или нет: ведь, как известно, границу науки
можно определить лишь в том случае, если за неё выйти.
В рассматриваемом случае речь идёт о конкретном
разделе науки - биомеханике, разделе физики, точнее, о
её подразделе. И хотя сами цифры могут ничего нам не
дать, однако проделанная работа всё же внесёт какой-то
вклад в развитие данной науки. И раз уж "исследование"
рассматриваемого вопроса зашло так далеко, то я,
пожалуй, тоже попробую сделать в него свой вклад.
Прежде всего, стоит сделать некоторые поправки в
примере с подъёмом на холм. Проявить с Вами
солидарность, так сказать. Ваш пример, общем-то,
верен - но только с чисто математической точки зрения.
В моём и Вашем примерах имеются два объекта: атлет и
штанга. Я больше напирал на рассмотрение всего, что
связано со штангой, Вы же были больше заняты атлетом.
Поэтому уравновешивающей системой тут должна стать
система "атлет+штанга". В данном случае это довольно
простой переход из одной системы координат в другую:
получается составной объект с совокупным весом 600 кг
(штанга - 500 кг, атлет - 100 кг). Стоит учесть и угол
наклона холма. Хотя и тут не всё так просто, как
кажется на первый взгляд. Однако в силу некоторых
обстоятельств данный вопрос я оставлю без рассмотрения.
Теперь вернусь к рассмотрению чисто одной штанги и
попытаюсь внести некоторые уточнения по энергозатратам.
В рассматривавшемся мной примере речь шла о конкретном
движении - частичной тяге. Значит, и фазы этого
движения тоже должны быть вполне конкретными: фаза
подъёма и фаза опускания. Фазой фиксации и силой
трения о ноги можно пренебречь. Движение по столь
короткой амплитуде можно считать абсолютно
вертикальным. Значит, и силы, воздействующие на
штангу, будут направлены вертикально.
Этих вертикально воздействующих на штангу сил две:
динамическая сила, приводящая штангу в движение, и
статическая сила удержания штанги руками.
Для начала попробую разобраться с динамической силой.
Для того, чтобы привести штангу в движение из нижнего
положения, необходимо приложить к штанге такую силу,
которая больше силы тяжести. Согласно формуле F = mа,
изменение силы достигается за счёт изменения либо
массы объекта, либо его ускорения, либо того и
другого одновременно. В нашем случае масса тела
остаётся неизменной, значит, для подъёма штанги
необходимо приложить к ней ускорение, которое будет
больше ускорения свободного падения. Известно также,
что атлет, подняв штангу, не бросает её, а опускает,
частично сопротивляясь силе тяжести, то есть развивает
ускорение, меньшее ускорения свободного падения.
Таким образом, можно предположить, что среднее
ускорение при подъёме и опускании штанги будет равно
ускорению свободного падения.
Со статической же силой дела обстоят немного проще -
сила действия равна силе противодействия.
Таким образом, имеются следующие условия:
КПД мышц = 20%;
длина пути h = 8,5 х 2 = 17 см = 0,17 м;
динамическая работа выхода А1 = mgh
статическая работа выхода A2 = mgh
Суммарная работа выхода равна
А1 + А2 = 2 х 500 х 9,8 х 0,17 = 1666 Дж
С учётом же КПД суммарная работа равна
1666 х 5 = 8330 Дж = 2 ккал
И буквально только что мне в голову пришла следующая
мысль: как-то неправильно было рассчитывать ЗАТРАТЫ
энергии по преодолению 8,5 см верхней части амплитуды,
когда в самом начале речь шла именно об ЭКОНОМИИ
высоты по всему интервалу движения. | |