Svet je v stalnem gibanju. Vsako telo (objekt) je sposobno opraviti neko delo, tudi če miruje. Toda da bi lahko potekal kakršen koli proces, vložiti nekaj truda, včasih precejšnje.

V prevodu iz grščine ta izraz pomeni "dejavnost", "moč", "moč". Vsi procesi na Zemlji in zunaj našega planeta se dogajajo zaradi te sile, ki jo imajo okoliški predmeti, telesa, predmeti.

V stiku z

Med široko paleto obstaja več glavnih vrst te sile, ki se razlikujejo predvsem po svojih virih:

• mehanski - te vrste značilnost teles, ki se gibljejo v navpični, vodoravni ali drugi ravnini;
• toplotno - sproščeno kot rezultat neurejene molekule v snoveh;
• – vir te vrste je gibanje nabitih delcev v prevodnikih in polprevodnikih;
• svetloba - njen nosilec so delci svetlobe - fotoni;
• jedrska - nastane kot posledica spontane verižne cepitve jeder atomov težkih elementov.

V tem članku se bo razpravljalo o tem, kaj predstavlja mehanska sila predmetov, iz česa je sestavljen, od česa je odvisen in kako se med različnimi procesi transformira.

Zahvaljujoč tej vrsti so lahko predmeti, telesa v gibanju ali mirovanju. Možnost tovrstnih dejavnosti pojasnjeno s prisotnostjo dve glavni komponenti:

• kinetična (Ek);
• potencial (En).

To je vsota kinetične in potencialne energije, ki določa skupni numerični indeks celotnega sistema. Zdaj o tem, katere formule se uporabljajo za izračun vsakega od njih in kako se meri energija.

Kako izračunati energijo

Kinetična energija je značilnost vsakega sistema, ki je v gibanju. Toda kako najti kinetično energijo?

To ni težko storiti, saj je formula za izračun kinetične energije zelo preprosta:

Specifično vrednost določata dva glavna parametra: hitrost telesa (V) in njegova masa (m). Večje kot so te lastnosti, večja je vrednost opisanega pojava v sistemu.

Če pa se objekt ne premakne (tj. v = 0), potem kinetična energija enako nič.

Potencialna energija – je lastnost, ki je odvisna od lege in koordinate teles.

Vsako telo je podvrženo gravitaciji in vplivu prožnostnih sil. Takšno medsebojno delovanje predmetov opazimo povsod, zato so telesa v stalnem gibanju in spreminjajo svoje koordinate.

Ugotovljeno je bilo, da višje kot je predmet od površine zemlje, večja je njegova masa, večji je indikator tega velikost, ki jo ima.

Tako je potencialna energija odvisna od mase (m), višine (h). Vrednost g je pospešek prostega pada, ki je enak 9,81 m/s2. Funkcija za izračun njegove kvantitativne vrednosti je videti takole:

Merska enota te fizikalne količine v sistemu SI je džul (1 J). Toliko sile je potrebno, da telo premaknemo za 1 meter, medtem ko delujemo s silo 1 newton.

Pomembno! Joule kot merska enota je bil odobren na mednarodnem kongresu električarjev, ki je potekal leta 1889. Do takrat je bil merilni standard britanska toplotna enota BTU, ki se trenutno uporablja za določanje moči toplotnih naprav.

Osnove ohranjanja in preoblikovanja

Iz osnov fizike je znano, da skupna sila katerega koli telesa, ne glede na čas in kraj njegovega zadrževanja, vedno ostane konstantna vrednost, transformirajo se le njene konstantne komponente (Ep) in (Ek).

Prehod potencialne energije v kinetično in obratno se zgodi pod določenimi pogoji.

Na primer, če se predmet ne premika, potem je njegova kinetična energija enaka nič, v njegovem stanju bo prisotna le potencialna komponenta.

In obratno, kakšna je potencialna energija predmeta, na primer, ko je na površini (h=0)? Seveda je nič in E telesa bo sestavljen le iz njegove komponente Ek.

Toda potencialna energija je pogonska moč. Potrebno je le, da se sistem dvigne na neko višino, potem kaj njegov E se bo takoj začel povečevati, Ek pa se bo za to vrednost zmanjšal. Ta vzorec je viden v zgornjih formulah (1) in (2).

Zaradi jasnosti bomo dali primer s kamnom ali žogo, ki jo vržemo navzgor. Med letom ima vsak od njih tako potencialno kot kinetično komponento. Če se ena poveča, potem se druga zmanjša za enako količino.

Let predmetov navzgor se nadaljuje le, dokler je dovolj rezerve in moči za gibalno komponento Ek. Takoj, ko se posuši, se začne jesen.

Toda kakšna je potencialna energija predmetov na najvišji točki, je enostavno uganiti, največ je.

Ko padejo, se zgodi nasprotno. Ob dotiku s tlemi je raven kinetične energije enaka maksimumu.

Mišice, ki premikajo členke telesa, opravljajo mehansko delo.

delo v neko smer je produkt sile (F), ki deluje v smeri gibanja telesa na poti, ki jo je prepotovalo(S): A = F S.

Opravljanje dela zahteva energijo. Zato, ko je delo opravljeno, se energija v sistemu zmanjša. Ker je za opravljanje dela potrebna zaloga energije, lahko slednjo opredelimo na naslednji način: Energija – to je priložnost za opravljanje dela, to je določeno merilo "vira", ki je na voljo v mehanskem sistemu za njegovo delovanje. Poleg tega je energija merilo prehoda iz ene vrste gibanja v drugo.

V biomehaniki je naslednje glavno vrste energije:

Potencial, odvisno od relativnega položaja elementov mehanskega sistema človeškega telesa;

Kinetično translacijsko gibanje;

Kinetično rotacijsko gibanje;

Možna deformacija elementov sistema;

toplotna;

menjalni procesi.

Celotna energija biomehanskega sistema je enaka vsoti vseh naštetih vrst energije.

Z dvigovanjem telesa, stiskanjem vzmeti je mogoče kopičiti energijo v obliki potenciala za njeno kasnejšo uporabo. Potencialna energija je vedno povezana z eno ali drugo silo, ki deluje z enega telesa na drugo. Na primer, Zemlja deluje s pomočjo gravitacije na padajoči predmet, stisnjena vzmet deluje na kroglo, raztegnjena tetiva deluje na puščico.

Potencialna energija – to je energija, ki jo ima telo zaradi svoje lege glede na druga telesa ali zaradi medsebojne razporeditve delov enega telesa.

Zato sta gravitacijska in elastična sila potencialni.

Gravitacijska potencialna energija: En = m g h

Kjer je k togost vzmeti; x je njegova deformacija.

Iz zgornjih primerov je razvidno, da lahko energijo shranimo v obliki potencialne energije (dvignemo telo, stisnemo vzmet) za kasnejšo uporabo.

V biomehaniki obravnavamo in upoštevamo dve vrsti potencialne energije: zaradi medsebojne razporeditve vezi telesa s površjem Zemlje (gravitacijska potencialna energija); povezana z elastično deformacijo elementov biomehanskega sistema (kosti, mišic, ligamentov) ali kakršnih koli zunanjih predmetov (športna oprema, inventar).

Kinetična energija ki se shranijo v telesu med gibanjem. Gibljivo telo opravlja delo na račun svoje izgube. Ker povezave telesa in človeškega telesa izvajajo translacijske in rotacijske gibe, bo skupna kinetična energija (Ek) enaka: , kjer je m masa, V linearna hitrost, J vztrajnostni moment sistema, ω kotna hitrost.

Energija vstopi v biomehanski sistem zaradi poteka presnovnih metabolnih procesov v mišicah. Sprememba energije, zaradi katere poteka delo, ni zelo učinkovit proces v biomehanskem sistemu, to pomeni, da vsa energija ne gre v koristno delo. Del energije se nepovratno izgubi in se spremeni v toploto: le 25 % se porabi za opravljanje dela, preostalih 75 % se pretvori in razprši v telesu.

Za biomehanski sistem velja zakon o ohranitvi energije mehanskega gibanja v obliki:

Epol \u003d Ek + Epot + U,

kjer je Epol skupna mehanska energija sistema; Ek je kinetična energija sistema; Epot je potencialna energija sistema; U- notranja energija sistemi, ki predstavljajo predvsem toplotno energijo.

Celotna energija mehanskega gibanja biomehanskega sistema temelji na naslednjih dveh virih energije: presnovnih reakcijah v človeškem telesu in mehanski energiji. zunanje okolje(deformabilni elementi športne opreme, inventar, nosilne površine; nasprotniki v kontaktnih interakcijah). Ta energija se prenaša skozi zunanje sile.

Značilnost proizvodnje energije v biomehanskem sistemu je, da se en del energije med gibanjem porabi za izvajanje potrebnega motoričnega dejanja, drugi gre za nepovratno razpršitev shranjene energije, tretji pa se shrani in uporabi med nadaljnjim gibanjem. Pri izračunu porabljene energije med gibi in ob tem opravljenem mehanskem delu je človeško telo predstavljeno kot model veččlenskega biomehanskega sistema, podobnega anatomska zgradba. Gibanja posameznega člena in gibanja telesa kot celote obravnavamo še v obliki dveh enostavne vrste gibanje: translacijsko in rotacijsko.

Celotno mehansko energijo neke i-te povezave (Epol) lahko izračunamo kot vsoto potencialne (Epot) in kinetične energije (Ek). Ek pa lahko predstavimo kot vsoto kinetične energije središča mase člena (Ek.c.m.), v katerem je skoncentrirana celotna masa člena, in kinetične energije vrtenja člena glede na v središče mase (Ek. Vr.).

Če je znana kinematika gibanja člena, bo ta splošni izraz za celotno energijo člena imel obliko: , kjer je mi masa i-te povezave; ĝ – pospešek prostega pada; hi je višina središča mase nad neko ničelno raven (na primer nad zemeljsko površino na dani lokaciji); - hitrost translacijskega gibanja središča mase; Ji je vztrajnostni moment i-te povezave glede na trenutno os vrtenja, ki poteka skozi središče mase; ω je trenutna kotna hitrost vrtenja glede na trenutno os.

Delo pri spreminjanju skupne mehanske energije povezave (Ai) med delovanjem od trenutka t1 do trenutka t2 je enako razliki vrednosti energije na končni (Ep(t2)) in začetni (Ep( t1)) trenutki gibanja:

Seveda v ta primer delo se porabi za spreminjanje potencialne in kinetične energije povezave.

Če je količina dela Аi > 0, to pomeni, da se je energija povečala, potem pravijo, da je bilo na povezavi opravljeno pozitivno delo. Če AI< 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.

Način dela za spreminjanje energije določenega člena se imenuje premagovanje, če mišice opravljajo pozitivno delo na členu; slabše, če mišice opravljajo negativno delo na povezavi.

Pozitivno delo je opravljeno, ko se mišica krči proti zunanji obremenitvi, gre za pospeševanje telesnih členov, telesa kot celote, športne opreme itd. Negativno delo je opravljeno, če se mišice upirajo raztezanju zaradi delovanja zunanjih sil. To se zgodi pri spuščanju bremena, spuščanju po stopnicah, nasprotovanju sili, ki presega moč mišic (na primer pri rokoborbi).

videl Zanimiva dejstva razmerje pozitivnega in negativnega mišičnega dela: negativno mišično delo je bolj ekonomično kot pozitivno; Predhodna izvedba negativnega dela poveča vrednost in učinkovitost pozitivnega dela, ki mu sledi.

Večja kot je hitrost gibanja človeškega telesa (med atletiko, drsanjem, smučanjem itd.), Večji del dela se porabi ne za koristen rezultat - premikanje telesa v prostoru, temveč za premikanje povezav. glede na GMC. Zato se v načinih visoke hitrosti glavno delo porabi za pospeševanje in upočasnjevanje telesnih povezav, saj se s povečanjem hitrosti pospešek gibanja telesnih povezav močno poveča.

Potencialno energijo imenujemo energija, ki je določena z medsebojnim položajem medsebojno delujočih teles ali delov istega telesa.

Potencialno energijo ima na primer telo dvignjeno nad Zemljo, ker je energija telesa odvisna od relativne lege telesa in Zemlje ter njunih medsebojna privlačnost. Potencialna energija telesa, ki leži na Zemlji, je enaka nič. In potencialna energija tega telesa, dvignjenega na določeno višino, bo določena z delom, ki ga bo opravila gravitacija, ko bo telo padlo na Zemljo. Rečna voda, ki jo zadržuje jez, ima ogromno potencialno energijo. Ko pade, deluje in požene močne turbine elektrarn.

Potencialno energijo telesa označujemo s simbolom E p.

Ker je E p \u003d A, torej

E p =Fh

E str= gmh

E str- potencialna energija; g– pospešek prostega pada 9,8 N/kg; m- telesna masa, h je višina, na katero je telo dvignjeno.

Kinetična energija je energija, ki jo ima telo zaradi svojega gibanja.

Kinetična energija telesa je odvisna od njegove hitrosti in mase. Na primer, večja kot je hitrost padajoče vode v reki in večja kot je masa te vode, močneje se bodo vrtele turbine elektrarn.

mv 2
E k = --
2

E k- kinetična energija; m- telesna masa; v je hitrost telesa.

V naravi, tehniki, vsakdanjem življenju se ena vrsta mehanske energije običajno spremeni v drugo: potencialna v kinetično in kinetična v potencialno.

Na primer, ko voda pade z jezu, se njena potencialna energija pretvori v kinetično energijo. Pri nihajočem nihalu te vrste energije občasno prehajajo druga v drugo.

Beseda "energija" v grščini pomeni "delovanje". Energičen imenujemo človeka, ki se aktivno giblje, pri tem pa izvaja različna dejanja.

Energija v fiziki

In če lahko v življenju človekovo energijo ocenjujemo predvsem po posledicah njegove dejavnosti, potem lahko v fiziki energijo merijo in preučujejo številni različne načine. Vaš živahni prijatelj ali sosed bo najverjetneje zavrnil ponovitev istega dejanja tridesetkrat ali petdesetkrat, ko vam nenadoma pride na misel, da raziščete fenomen njegove energije.

Toda v fiziki lahko ponovite skoraj vsak eksperiment kolikorkrat želite, s čimer naredite raziskavo, ki jo potrebujete. Tako je tudi s študijem energije. Raziskovalci so preučevali in označevali številne vrste energije v fiziki. To so električna, magnetna, atomska energija itd. Zdaj pa bomo govorili o mehanski energiji. Natančneje, o kinetični in potencialni energiji.

Kinetična in potencialna energija

V mehaniki preučujemo gibanje in interakcijo teles med seboj. Zato je običajno razlikovati med dvema vrstama mehanske energije: energijo zaradi gibanja teles ali kinetično energijo in energijo zaradi medsebojnega delovanja teles ali potencialno energijo.

V fiziki obstaja splošno pravilo povezovanje energije in dela. Da bi našli energijo telesa, je treba najti delo, v katerega je potrebno prenesti telo dano stanje od nič, to je tisto, pri kateri je njegova energija enaka nič.

Potencialna energija

V fiziki potencialno energijo imenujemo energija, ki je določena z medsebojnim položajem medsebojno delujočih teles ali delov istega telesa. Se pravi, če je telo dvignjeno nad tlemi, potem ima možnost, da pade, opravi neko delo.

In možna vrednost tega dela bo enaka potencialni energiji telesa na višini h. Za potencialno energijo je formula opredeljena na naslednji način:

A=Fs=Ft*h=mgh ali Ep=mgh,

kjer je E potencialna energija telesa,
m telesne teže,
h je višina telesa nad tlemi,
g pospešek prostega pada.

Poleg tega lahko kateri koli položaj, ki nam ustreza, odvisno od pogojev poskusov in meritev, vzamemo za ničelni položaj telesa, ne le površine Zemlje. Lahko je površina tal, mize in tako naprej.

Kinetična energija

V primeru, da se telo giblje pod vplivom sile, ne samo da lahko, ampak tudi opravi neko delo. V fiziki je kinetična energija energija, ki jo ima telo zaradi svojega gibanja. Telo, ki se giblje, porablja svojo energijo in opravlja delo. Za kinetično energijo se formula izračuna na naslednji način:

A \u003d Fs \u003d mas \u003d m * v / t * vt / 2 \u003d (mv ^ 2) / 2 ali Ek = (mv ^ 2) / 2,

kjer je Ek kinetična energija telesa,
m telesne teže,
v je hitrost telesa.

Iz formule je razvidno, da večja kot je masa in hitrost telesa, večja je njegova kinetična energija.

Vsako telo ima kinetično ali potencialno energijo ali oboje hkrati, kot na primer leteče letalo.

Kinetična energija je energija gibanja telesa. V skladu s tem, če imamo nek predmet, ki ima vsaj nekaj mase in vsaj nekaj hitrosti, potem ima tudi kinetično energijo. Vendar pa je glede na različne referenčne sisteme ta kinetična energija za isti predmet lahko različna.

Primer. Obstaja babica, ki glede na Zemljo našega planeta miruje, torej se ne premika in recimo sedi na avtobusni postaji in čaka na svoj avtobus. Potem je glede na naš planet njegova kinetična energija enaka nič. Če pa pogledate isto babico z Lune ali Sonca, glede na katero lahko opazujete gibanje planeta in s tem to babico, ki je na našem planetu, potem bo babica že imela kinetično energijo glede na omenjena nebesna telesa. In potem pride avtobus. Ta ista babica hitro vstane in steče na svoje mesto. Zdaj glede na planet ne miruje več, ampak se giblje povsem k sebi. To pomeni, da ima kinetično energijo. In debelejša ko je babica in hitrejša, večja je njena kinetična energija.

Obstaja več temeljnih vrst energije – glavne. Naj vam povem na primer o mehanskem. Te vključujejo kinetično energijo, ki je odvisna od hitrosti in mase predmeta, potencialno energijo, ki je odvisna od tega, kje vzamete ničelno raven potencialne energije, in od položaja, kjer je ta predmet glede na ničelno raven potencialne energije. To pomeni, da je potencialna energija energija, ki je odvisna od položaja predmeta. Ta energija označuje delo, ki ga opravi polje, v katerem se predmet nahaja, ko se premika.

Primer. V rokah nosiš ogromno škatlo in padeš. Škatla je na tleh. Izkazalo se je, da boste imeli na ravni tal ničelno raven potencialne energije. Takrat bo imel zgornji del škatle več potencialne energije, saj je nad tlemi in nad ničelnim nivojem potencialne energije.

Nespametno je govoriti o energiji, ne da bi omenili zakon njenega ohranjanja. Tako po zakonu o ohranitvi energije ti dve vrsti energije, ki opisujeta stanje predmeta, ne prideta od nikoder in nikamor ne izgineta, ampak le prehajata druga v drugo.

In tukaj je primer. Padam z višine hiše, sprva imam v trenutku pred skokom potencialno energijo glede na tla, moja kinetična energija pa je zanemarljiva, zato jo lahko enačimo z nič. Tako odtrgam noge od karnise in moja potencialna energija začne upadati, saj je višina, na kateri sem, vedno manjša. V istem trenutku pri padcu postopoma pridobivam kinetično energijo, saj padam z naraščajočo hitrostjo. Ob padcu imam že največjo kinetično energijo, potencialna pa nič, take stvari.