Аливаа системийн шинж чанаруудын нэг нь түүний кинетик ба боломжит энерги. Хэрэв ямар нэгэн F хүч нь тайван байдалд байгаа биед нөлөөлөл нь хөдөлгөөнд орохоор байвал dA ажил хийгдэнэ. Энэ тохиолдолд кинетик энергийн утга dT өндөр байх тусам илүү их ажил хийх болно. Өөрөөр хэлбэл, бид тэгш байдлыг бичиж болно:
Биеийн туулсан зам, dV хурдыг харгалзан бид хоёр дахь хүчийг ашиглана.
Чухал цэг: энэ хуульавсан тохиолдолд хэрэглэж болно инерцийн системцаг тоолох. Системийн сонголт нь эрчим хүчний үнэ цэнэд нөлөөлдөг. Олон улсад эрчим хүчийг жоуль (J)-ээр хэмждэг.
Хөдөлгөөний хурд V ба m массаар тодорхойлогддог бөөмс эсвэл бие нь дараах байдалтай байна.
T = ((V * V) * м) / 2
Кинетик энерги нь хурд ба массаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь хөдөлгөөний функцийг илэрхийлдэг гэж бид дүгнэж болно.
Кинетик ба боломжит энерги нь биеийн төлөв байдлыг тодорхойлоход тусалдаг. Хэрэв эхнийх нь аль хэдийн дурьдсанчлан хөдөлгөөнтэй шууд холбоотой бол хоёр дахь нь харилцан үйлчлэлцдэг биетүүдийн системд хамаарна. Кинетик ба биетүүдийг холбосон хүч нь хамааралгүй тохиолдолд ихэвчлэн жишээ болгон авч үздэг. Энэ тохиолдолд зөвхөн эхний болон эцсийн байрлалууд чухал байдаг. Ихэнх алдартай жишээ - таталцлын харилцан үйлчлэл. Гэхдээ хэрэв зам нь бас чухал бол хүч нь сарних (үрэлт) юм.
Ярьж байна энгийн хэлээр, боломжит энерги нь ажил хийх чадварыг илэрхийлдэг. Үүний дагуу энэ энергийг биеийг нэг цэгээс нөгөөд шилжүүлэхийн тулд хийх шаардлагатай ажлын хэлбэрээр авч үзэж болно. Энэ нь:
Хэрэв боломжит энергийг dP гэж тэмдэглэвэл бид дараахь зүйлийг авна.
Сөрөг утга dP буурсантай холбоотойгоор ажил хийгдэж байгааг харуулж байна. Учир нь мэдэгдэж байгаа функц dP нь зөвхөн F хүчний хэмжээг төдийгүй түүний чиглэлийн векторыг тодорхойлох боломжтой.
Кинетик энергийн өөрчлөлт нь үргэлж боломжит энергитэй холбоотой байдаг. Хэрэв та системүүдийг санаж байвал үүнийг ойлгоход хялбар болно. Биеийг хөдөлгөх үед T+dP-ийн нийт утга үргэлж өөрчлөгддөггүй. Тиймээс T-ийн өөрчлөлт нь dP-ийн өөрчлөлттэй зэрэгцэн явагддаг бөгөөд тэдгээр нь бие биендээ урсаж, хувирдаг.
Кинетик ба боломжит энерги харилцан хамааралтай тул тэдгээрийн нийлбэр нь авч үзэж буй системийн нийт энергийг илэрхийлнэ. Молекулуудын хувьд энэ нь хамгийн багадаа дулааны хөдөлгөөн, харилцан үйлчлэлтэй л бол үргэлж байдаг бөгөөд үргэлж байдаг.
Тооцоолол хийхдээ лавлагааны систем болон анхны момент болгон авсан дурын моментийг сонгоно. Ажлыг гүйцэтгэхдээ аливаа бөөмс, биеийн хөдөлгөөний замналаас хамаардаггүй ийм хүчний үйл ажиллагааны бүсэд л боломжит энергийн утгыг нарийн тодорхойлох боломжтой. Физикийн хувьд ийм хүчийг консерватив гэж нэрлэдэг. Эдгээр нь нийт энергийг хадгалах хуультай үргэлж холбоотой байдаг.
Сонирхолтой цэг: нөхцөл байдалд гадны нөлөөнь хамгийн бага буюу тэгшитгэсэн, аль ч судлагдсан систем нь боломжит энерги нь тэг болох хандлагатай байх үед үргэлж төлөв рүүгээ чиглэдэг. Жишээлбэл, шидсэн бөмбөг нь траекторийн дээд цэгт боломжит энергийн хязгаарт хүрдэг боловч тэр агшин зуур доошоо хөдөлж, хуримтлагдсан энергийг хөдөлгөөн, гүйцэтгэсэн ажилд хувиргаж эхэлдэг. Боломжит энергийн хувьд дор хаяж хоёр биеийн харилцан үйлчлэл үргэлж байдаг гэдгийг дахин тэмдэглэх нь зүйтэй: жишээлбэл, бөмбөгтэй жишээн дээр энэ нь гаригийн таталцлын нөлөөнд автдаг. Хөдөлгөөнт бие бүрийн хувьд кинетик энергийг тус тусад нь тооцоолж болно.
Биеийн хэсгүүдийг хөдөлгөдөг булчингууд нь механик ажлыг гүйцэтгэдэг.
Ажилзарим чиглэлд - Энэ нь биеийг туулсан замаар нь хөдөлгөөний чиглэлд үйлчилж буй хүчний (F) үржвэр юм.(S): A = F S.
Ажил хийхэд эрчим хүч шаардагддаг. Тиймээс ажил гүйцэтгэх тусам систем дэх энерги буурдаг. Ажил гүйцэтгэхийн тулд эрчим хүчний хангамж шаардлагатай байдаг тул сүүлийнхийг дараах байдлаар тодорхойлж болно. Эрчим хүч – Энэ бол ажил хийх боломж, үүнийг гүйцэтгэх механик системд байгаа "нөөц"-ийн тодорхой хэмжүүр юм. Үүнээс гадна энерги нь нэг төрлийн хөдөлгөөнөөс нөгөөд шилжих шилжилтийн хэмжүүр юм.
Биомеханикийн хувьд дараахь үндсэн зарчмуудыг авч үздэг. эрчим хүчний төрлүүд:
Элементүүдийн харьцангуй байрлалаас хамааран боломжит механик системхүний бие;
Кинетик урагшлах хөдөлгөөн;
Кинетик эргэлтийн хөдөлгөөн;
Системийн элементүүдийн болзошгүй хэв гажилт;
Дулааны;
Солилцооны үйл явц.
Биомеханик системийн нийт энерги нь жагсаасан бүх төрлийн энергийн нийлбэртэй тэнцүү байна.
Биеийг өргөх, хавар шахах замаар та дараа нь ашиглах боломжтой энергийг хуримтлуулж чадна. Боломжит энергинэг биеэс нөгөө бие рүү үйлчилдэг нэг юм уу өөр хүчтэй үргэлж холбоотой байдаг. Жишээлбэл, дэлхий унасан объект дээр таталцлын хүчээр, шахсан пүрш нь бөмбөгөнд, татсан нумын утас суманд үйлчилдэг.
Боломжит энерги – Энэ нь биеийн бусад биетэй харьцах байрлал, эсвэл нэг биеийн хэсгүүдийн харьцангуй зохицуулалтаас шалтгаалан бие махбодид агуулагдах энерги юм..
Иймээс таталцлын хүч ба уян хатан хүчболомжит байна.
Таталцлын потенциал энерги: En = m g h
Энд k нь хаврын хөшүүн чанар; x нь түүний хэв гажилт юм.
Дээрх жишээнүүдээс харахад энергийг нөөц бололцоо (биеийг өргөх, пүрш шахах) хэлбэрээр хуримтлуулж, дараа нь ашиглах боломжтой.
Биомеханикийн хувьд хоёр төрлийн боломжит энергийг авч үзэж, харгалзан үздэг: нөхцөлт харьцангуй байрлалбиеийн дэлхийн гадаргуутай холбогддог (таталцлын боломжит энерги); биомеханик системийн элементүүд (яс, булчин, шөрмөс) эсвэл аливаа гадны объектын (спортын хэрэгсэл, тоног төхөөрөмж) уян хатан хэв гажилттай холбоотой.
Кинетик энергихөдөлж байх үед биед хадгалагдана. Хөдөлгөөнтэй бие нь алдагдсаны улмаас ажилладаг. Биеийн болон хүний биеийн хэсгүүд нь хөрвүүлэх болон эргэлтийн хөдөлгөөнийг гүйцэтгэдэг тул нийт кинетик энерги (Ek) нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна. 
, энд m нь масс, V байна шугаман хурд, J - мөч инерцисистемүүд, ω - өнцгийн хурд.
Булчинд тохиолддог бодисын солилцооны процессын улмаас энерги нь биомеханик системд ордог. Ажлын үр дүнд бий болсон энергийн өөрчлөлт нь биомеханик систем дэх өндөр үр ашигтай үйл явц биш, өөрөөр хэлбэл бүх энерги зарцуулагддаггүй. ашигтай ажил. Эрчим хүчний нэг хэсэг нь эргэлт буцалтгүй алдаж, дулаан болж хувирдаг: зөвхөн 25% нь ажил гүйцэтгэхэд зарцуулагддаг, үлдсэн 75% нь бие махбодид хувирч, тархдаг.
Биомеханик системийн хувьд энерги хадгалагдах хуулийг хэрэгжүүлдэг механик хөдөлгөөнхэлбэрээр:
Эпол = Эк + Эпот + У,
Энд Эпол нь системийн нийт механик энерги; Эк - системийн кинетик энерги; Эпот - системийн боломжит энерги; U - дотоод энергиүндсэндээ дулааны энергийг төлөөлдөг системүүд.
Биомеханик системийн механик хөдөлгөөний нийт энерги нь дараахь хоёр энергийн эх үүсвэрт суурилдаг: хүний бие дэх бодисын солилцооны урвал ба механик энерги гадаад орчин(спортын тоног төхөөрөмж, тоног төхөөрөмж, туслах гадаргуугийн хэв гажилтын элементүүд; холбоо барих харилцан үйлчлэлийн үед өрсөлдөгчид). Энэ энерги нь дамжин дамждаг гадаад хүч.
Биомеханик систем дэх эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн онцлог нь хөдөлгөөний үед эрчим хүчний нэг хэсэг нь шаардлагатай мотор үйлдлийг гүйцэтгэхэд зарцуулагддаг, нөгөө хэсэг нь хуримтлагдсан энергийг эргэлт буцалтгүй зарцуулдаг, гурав дахь нь хадгалагдаж, дараагийн хөдөлгөөний үед ашиглагддаг. Хөдөлгөөний явцад зарцуулсан энергийг тооцоолохдоо механик ажилхүний биеийг ижил төстэй олон холбоос бүхий биомеханик системийн загвар болгон төлөөлдөг анатомийн бүтэц. Бие даасан холбоосын хөдөлгөөн ба биеийн хөдөлгөөнийг бүхэлд нь өөр хоёр хэлбэрээр авч үздэг энгийн төрлүүдхөдөлгөөн: орчуулга ба эргэлт.
Зарим i-р холбоосын (Эпол) нийт механик энергийг потенциал (Эпот) ба кинетик энергийн (Ek) нийлбэрээр тооцоолж болно. Хариуд нь Ek нь холбоосын бүх масс төвлөрсөн холбоосын массын төвийн кинетик энергийн нийлбэр ба холбоосын эргэлтийн кинетик энергийн нийлбэрээр илэрхийлж болно. массын төв (Ec.Vr.).
Хэрэв холбоосын хөдөлгөөний кинематик мэдэгдэж байгаа бол энэ ерөнхий илэрхийлэлучир нь холбоосын нийт энерги нь дараах хэлбэртэй байна: , энд mi нь i-р холбоосын масс; ĝ - хурдатгал чөлөөт уналт; hi – заримаас дээш массын төвийн өндөр тэг түвшин(жишээлбэл, дэлхийн гадаргуугаас дээш энэ газар); - массын төвийн орчуулгын хөдөлгөөний хурд; Жи - инерцийн моментмассын төвөөр дамжин өнгөрөх эргэлтийн агшин зуурын тэнхлэгтэй харьцуулахад i-р холбоос; ω – агшин зуурын тэнхлэгтэй харьцуулахад эргэлтийн агшин зуурын өнцгийн хурд.
Бүрэн өөрчлөхийн тулд ажиллана механик энерги t1 мөчөөс t2 мөч хүртэлх үйл ажиллагааны явцад холбоос (Ai) нь хөдөлгөөний эцсийн (Ep (t2)) ба эхний (Ep (t1)) мөчүүдийн энергийн утгын зөрүүтэй тэнцүү байна.
Мэдээжийн хэрэг, in энэ тохиолдолдажил нь холбоосын потенциал ба кинетик энергийг өөрчлөхөд зарцуулагддаг.
Хэрэв ажлын хэмжээ Ai > 0, өөрөөр хэлбэл энерги нэмэгдсэн бол холбоос дээр эерэг ажил хийгдсэн гэж тэд хэлдэг. Хэрэв AI< 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.
Өгөгдсөн холбоосын энергийг өөрчлөх ажлын горимыг булчингууд холбоос дээр эерэг ажил хийдэг бол даван туулах гэж нэрлэдэг; булчингууд холбоос дээр сөрөг ажил хийвэл доогуур.
Булчин гадны ачааллын эсрэг агшиж, биеийн хэсгүүд, биеийн бүхэлдээ, спортын тоног төхөөрөмж гэх мэтийг хурдасгахад эерэг ажил хийгдэнэ.Гадны хүчний үйлчлэлээр булчингууд сунах үйлдлийг эсэргүүцэж байвал сөрөг ажил хийдэг. Энэ нь ачааллыг буулгах, шатаар буух эсвэл булчингийн хүчнээс хэтэрсэн хүчийг эсэргүүцэх (жишээлбэл, гар барилдааны үед) тохиолддог.
Толбо сонирхолтой баримтуудбулчингийн эерэг ба сөрөг ажлын харьцаа: булчингийн сөрөг ажил нь эерэгээс илүү хэмнэлттэй байдаг; өмнөх гүйцэтгэл сөрөг ажилтүүнийг дагасан эерэг ажлын цар хүрээ, үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
Хүний биеийн хөдөлгөөний хурд их байх тусам (хөнгөн атлетикийн гүйлт, тэшүүр, цанаар гулгах гэх мэт) ихэнх ньажил зарцуулдаггүй ашигтай үр дүн- орон зай дахь биеийн хөдөлгөөн, GCM-тэй харьцуулахад холбоосын хөдөлгөөн. Тиймээс, хэзээ хурдны хязгаарлалтГол ажил нь биеийн хэсгүүдийг хурдасгах, тоормослоход зарцуулагддаг, учир нь хурд нэмэгдэх тусам биеийн хэсгүүдийн хөдөлгөөний хурдатгал огцом нэмэгддэг.
Аливаа биеийг хөдөлгөөнд оруулахын тулд зайлшгүй шаардлагатай урлагийн бүтээл. Үүний зэрэгцээ энэ ажлыг гүйцэтгэхийн тулд бага зэрэг эрчим хүч зарцуулах шаардлагатай болно.
Эрчим хүч нь бие махбодийг ажил үйлдвэрлэх чадварын үүднээс тодорхойлдог. Эрчим хүчний нэгж нь Жоуль, товчилсон [J].
Аливаа механик системийн нийт энерги нь потенциал ба кинетик энергийн нийлбэртэй тэнцүү байна. Тиймээс потенциал ба кинетик энергийг механик энергийн төрөл гэж ялгах нь заншилтай байдаг.
Хэрэв бид биомеханик системийн тухай ярьж байгаа бол ийм системийн нийт энерги нь бодисын солилцооны үйл явцын дулааны болон энергиээс бүрддэг.
IN тусгаарлагдсан системүүдбие махбодид зөвхөн таталцлын болон уян хатан байдлын хүчээр үйлчлэхэд нийт энергийн утга өөрчлөгдөхгүй. Энэ мэдэгдэл нь энерги хадгалагдах хууль юм.
Механик энерги гэж юу вэ?
Боломжит энергийн тухай
Боломжит энерги нь тодорхойлогдсон энерги юм харилцан байр суурьбие, эсвэл эдгээр биеийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд, бие биетэйгээ харилцан үйлчлэлцдэг. Өөрөөр хэлбэл, энэ энерги тодорхойлогддог биеийн хоорондын зай.
Жишээлбэл, бие унаж, эргэн тойрон дахь биетүүдийг уналтын замаар хөдөлгөхөд таталцлын хүч эерэг ажил үүсгэдэг. Мөн эсрэгээр, биеийг дээш өргөх тохиолдолд сөрөг ажлын үйлдвэрлэлийн тухай ярьж болно.
Үүний үр дүнд бие бүр нь тодорхой зайд байрладаг дэлхийн гадаргууболомжит энергитэй. Яаж илүү өндөрболон биеийн жин, the илүү үнэ цэнэбие махбодийн хийсэн ажил. Үүний зэрэгцээ, эхний жишээнд, бие доош унах үед боломжит энерги сөрөг байх болно, харин дээш өргөх үед боломжит энерги эерэг байна.
Үүнийг таталцлын ажлын үнэ цэнийн тэгш байдал, харин боломжит энергийн өөрчлөлтийн эсрэг шинж тэмдэгээр тайлбарладаг.
Мөн харилцан үйлчлэлийн энерги үүсэх жишээ нь уян хатан хэв гажилтанд өртсөн объект байж болно. шахсан пүрш: шулуутгах үед уян хатан хүчээр ажил хийгдэнэ. Энд бид ярьж байнауян харимхай хэв гажилтын үед бие биентэйгээ харьцуулахад биеийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн байршил өөрчлөгдсөний улмаас ажлын гүйцэтгэлийн тухай.
Мэдээллийг нэгтгэн дүгнэхэд таталцал эсвэл уян харимхай хүчний нөлөөлөлд өртсөн объект бүр боломжит зөрүүний энергитэй байх болно гэдгийг бид тэмдэглэж байна.
Кинетик энергийн тухай
Кинетик энерги гэдэг нь бие махбодид бий болж эхэлдэг энерги юм хөдөлгөөний үйл явц. Үүний үндсэн дээр амарч байгаа биеийн кинетик энерги тэгтэй тэнцүү байна.
Энэ энергийн хэмжээ нь биеийг амралтын байдлаас гаргаж, улмаар хөдөлгөөнд оруулахад шаардагдах ажлын хэмжээтэй тэнцэнэ. Өөрөөр хэлбэл, кинетик энергийг хоорондын зөрүүгээр илэрхийлж болно бүрэн эрч хүчмөн тайван эрч хүч.
Хөдөлгөөнт биеийн орчуулах ажил нь масс ба хурдны квадратаас шууд хамаардаг. Эргэлтийн хөдөлгөөний ажил нь инерцийн момент ба өнцгийн хурдны квадратаас хамаарна.
Хөдөлгөөнт биетүүдийн нийт энергид гүйцэтгэсэн ажлын хоёр төрлийг багтаасан бөгөөд үүнийг дараах илэрхийллийн дагуу тодорхойлно. Кинетик энергийн үндсэн шинж чанарууд:
- Нэмэлт чанар– олонлогоос бүрдэх системийн энерги гэж кинетик энергийг тодорхойлдог материаллаг цэгүүд, мөн энэ системийн цэг бүрийн нийт кинетик энергитэй тэнцүү;
- Тогтворгүй байдаллавлагааны системийн эргэлттэй харьцуулахад - кинетик энерги нь цэгийн хурдны байрлал, чиглэлээс үл хамаарна;
- Хадгалж байна- шинж чанар нь зөвхөн механик шинж чанар өөрчлөгдөх тохиолдолд аливаа харилцан үйлчлэлийн үед системийн кинетик энерги өөрчлөгдөөгүй болохыг харуулж байна.
Потенциал ба кинетик энергитэй биетүүдийн жишээ
Хөдөлгөөнгүй байдалд дэлхийн гадаргуугаас тодорхой зайд байрладаг бүх объектууд боломжит энергитэй байх чадвартай байдаг. Жишээлбэл, энэ кранаар өргөгдсөн бетонон хавтан, хөдөлгөөнгүй байдалд байгаа, цэнэглэгдсэн пүрш.
Хөдөлгөөнт зүйл нь кинетик энергитэй байдаг тээврийн хэрэгсэл, түүнчлэн, ерөнхийдөө, ямар ч өнхрөх объект.
Үүний зэрэгцээ байгаль, өдөр тутмын амьдрал, технологид боломжит энерги нь кинетик энерги болж хувирч, кинетик энерги нь эсрэгээрээ потенциал энерги болж хувирдаг.
Бөмбөг, өндөрт тодорхой цэгээс шидсэн: хамгийн өндөр байрлалд бөмбөг хөдөлдөггүй, тайван байдалд байгаа тул бөмбөгний боломжит энерги хамгийн их, кинетик энергийн утга тэг байна. Өндөр буурах тусам боломжит энерги аажмаар буурдаг. Бөмбөлөг дэлхийн гадаргуу дээр хүрэхэд энэ нь өнхрөх болно; В одоогооркинетик энерги нэмэгдэж, потенциал энерги тэг болно.
