Një nga karakteristikat e çdo sistemi është kinetik dhe energji potenciale. Nëse ndonjë forcë F ushtron një efekt mbi një trup në qetësi në mënyrë të tillë që ky i fundit të vihet në lëvizje, atëherë bëhet puna dA. Në këtë rast, vlera e energjisë kinetike dT bëhet më e lartë, aq më shumë punë bëhet. Me fjalë të tjera, mund të shkruajmë barazinë:
Duke marrë parasysh rrugën dR që përshkon trupi dhe shpejtësinë dV të zhvilluar, do të përdorim të dytin për forcën:
Pika e rëndësishme: këtë ligj mund të përdoret nëse merret sistemi inercial numërimin mbrapsht. Zgjedhja e sistemit ndikon në vlerën e energjisë. Ndërkombëtarisht, energjia matet në joules (J).
Nga kjo rrjedh se një grimcë ose trup i karakterizuar nga shpejtësia e lëvizjes V dhe masa m do të jetë:
T = ((V * V) * m) / 2
Mund të konkludojmë se energjia kinetike përcaktohet nga shpejtësia dhe masa, në fakt duke përfaqësuar një funksion të lëvizjes.
Energjia kinetike dhe potenciale ndihmojnë në përshkrimin e gjendjes së një trupi. Nëse e para, siç është përmendur tashmë, lidhet drejtpërdrejt me lëvizjen, atëherë e dyta zbatohet në një sistem trupash ndërveprues. Kinetike dhe zakonisht konsiderohen si shembuj kur forca që lidh trupat nuk varet nga Në këtë rast, vetëm pozicionet fillestare dhe përfundimtare janë të rëndësishme. Shumica shembull i famshëm - ndërveprimi gravitacional. Por nëse trajektorja është gjithashtu e rëndësishme, atëherë forca është shpërndarëse (fërkimi).
Duke folur në gjuhë të thjeshtë, energjia potenciale përfaqëson aftësinë për të bërë punë. Prandaj, kjo energji mund të konsiderohet në formën e punës që duhet bërë për të lëvizur një trup nga një pikë në tjetrën. Kjo është:
Nëse energjia potenciale shënohet si dP, atëherë marrim:
Vlera negative tregon se po punohet për shkak të rënies së dP. Për funksion i njohur dP është e mundur të përcaktohet jo vetëm madhësia e forcës F, por edhe vektori i drejtimit të saj.
Një ndryshim në energjinë kinetike është gjithmonë i lidhur me energjinë potenciale. Kjo është e lehtë për t'u kuptuar nëse i mbani mend sistemet. Vlera totale e T+dP gjatë lëvizjes së trupit mbetet gjithmonë e pandryshuar. Kështu, një ndryshim në T ndodh gjithmonë paralelisht me një ndryshim në dP, ato duket se rrjedhin në njëra-tjetrën, duke u transformuar.
Meqenëse energjia kinetike dhe potenciale janë të ndërlidhura, shuma e tyre përfaqëson energjinë totale të sistemit në shqyrtim. Në lidhje me molekulat, ajo është dhe është gjithmonë e pranishme, përderisa ka të paktën lëvizje dhe ndërveprim termik.
Gjatë kryerjes së llogaritjeve, zgjidhet një sistem referimi dhe çdo moment arbitrar i marrë si moment fillestar. Është e mundur të përcaktohet me saktësi vlera e energjisë potenciale vetëm në zonën e veprimit të forcave të tilla që, gjatë kryerjes së punës, nuk varen nga trajektorja e lëvizjes së ndonjë grimce ose trupi. Në fizikë, forca të tilla quhen konservatore. Ato janë gjithmonë të ndërlidhura me ligjin e ruajtjes së energjisë totale.
Pika interesante: në një situatë ku ndikimet e jashtme janë minimale ose të niveluara, çdo sistem i studiuar gjithmonë tenton në gjendjen e tij kur energjia e tij potenciale priret në zero. Për shembull, një top i hedhur arrin kufirin e energjisë së tij potenciale në pikën e sipërme të trajektores, por në të njëjtën çast fillon të lëvizë poshtë, duke e kthyer energjinë e grumbulluar në lëvizje, në punë të kryer. Vlen të përmendet edhe një herë se për energjinë potenciale ekziston gjithmonë një ndërveprim i të paktën dy trupave: për shembull, në shembullin me topin, ai ndikohet nga graviteti i planetit. Energjia kinetike mund të llogaritet individualisht për çdo trup në lëvizje.
Muskujt që lëvizin pjesët e trupit kryejnë punë mekanike.
Punë në një drejtim - ky është produkti i forcës (F) që vepron në drejtim të lëvizjes së trupit nga rruga që ka përshkuar(S): A = F S.
Të bësh punë kërkon energji. Prandaj, me kryerjen e punës, energjia në sistem zvogëlohet. Meqenëse për të kryer punë është i nevojshëm furnizimi me energji, kjo e fundit mund të përkufizohet si më poshtë: Energjisë – kjo është mundësia për të bërë punë, kjo është një masë e caktuar e "burimit" të disponueshëm në një sistem mekanik për ta kryer atë. Përveç kësaj, energjia është një masë e kalimit nga një lloj lëvizjeje në tjetrën.
Në biomekanikë, merren parasysh parimet kryesore të mëposhtme: llojet e energjisë:
Potenciali, në varësi të pozicionit relativ të elementeve sistemi mekanik trupi i njeriut;
Kinetike lëvizje përpara;
Kinetike lëvizje rrotulluese;
Deformim i mundshëm i elementeve të sistemit;
Termike;
Proceset e shkëmbimit.
Energjia totale e një sistemi biomekanik është e barabartë me shumën e të gjitha llojeve të listuara të energjisë.
Duke ngritur një trup, duke ngjeshur një sustë, ju mund të grumbulloni energji në formë të mundshme për përdorim të mëvonshëm. Energjia e mundshme shoqërohet gjithmonë me një ose një forcë tjetër që vepron nga një trup në tjetrin. Për shembull, Toka vepron nga graviteti mbi një objekt që bie, një sustë e ngjeshur vepron mbi një top dhe një varg harku i tërhequr vepron mbi një shigjetë.
Energjia e mundshme – kjo është energjia që zotëron një trup për shkak të pozicionit të tij në raport me trupat e tjerë, ose për shkak të rregullimit relativ të pjesëve të një trupi..
Prandaj, forca e gravitetit dhe forcë elastike janë potenciale.
Energjia potenciale gravitacionale: En = m g h
Ku k është ngurtësia e sustës; x është deformimi i tij.
Nga shembujt e mësipërm është e qartë se energjia mund të ruhet në formën e energjisë potenciale (ngre një trup, ngjesh një sustë) për përdorim të mëvonshëm.
Në biomekanikë merren parasysh dhe merren parasysh dy lloje të energjisë potenciale: e kushtëzuar pozicioni relativ lidhjet e trupit me sipërfaqen e Tokës (energjia potenciale gravitacionale); shoqëruar me deformim elastik të elementeve të sistemit biomekanik (kockat, muskujt, ligamentet) ose ndonjë objekti të jashtëm (pajisje sportive, pajisje).
Energjia kinetike ruhet në trup gjatë lëvizjes. Një trup në lëvizje funksionon për shkak të humbjes së tij. Meqenëse pjesët e trupit dhe të trupit të njeriut kryejnë lëvizje përkthimore dhe rrotulluese, energjia totale kinetike (Ek) do të jetë e barabartë me: 
, ku m është masë, V është shpejtësi lineare, J – moment inercia sistemet, ω - shpejtësia këndore.
Energjia hyn në sistemin biomekanik për shkak të proceseve metabolike metabolike që ndodhin në muskuj. Ndryshimi i energjisë që rezulton në punën që kryhet nuk është një proces shumë efikas në një sistem biomekanik, domethënë jo e gjithë energjia shkon në punë e dobishme. Një pjesë e energjisë humbet në mënyrë të pakthyeshme, duke u shndërruar në nxehtësi: vetëm 25% përdoret për të kryer punë, 75% e mbetur konvertohet dhe shpërndahet në trup.
Për një sistem biomekanik, zbatohet ligji i ruajtjes së energjisë lëvizje mekanike në formën:
Epol = Ek + Epot + U,
ku Epol është energjia totale mekanike e sistemit; Ek – energjia kinetike e sistemit; Epot – energjia potenciale e sistemit; U - energjia e brendshme sistemet që përfaqësojnë kryesisht energji termike.
Energjia totale e lëvizjes mekanike të një sistemi biomekanik bazohet në dy burimet e mëposhtme të energjisë: reaksionet metabolike në trupin e njeriut dhe energjia mekanike. mjedisi i jashtëm(elemente të deformueshme të pajisjeve sportive, pajisjeve, sipërfaqeve mbështetëse; kundërshtarët gjatë ndërveprimeve të kontaktit). Kjo energji transmetohet përmes forcat e jashtme.
Një tipar i prodhimit të energjisë në një sistem biomekanik është se një pjesë e energjisë gjatë lëvizjes shpenzohet për kryerjen e veprimit të nevojshëm motorik, tjetra shkon në shpërndarjen e pakthyeshme të energjisë së ruajtur, e treta kursehet dhe përdoret gjatë lëvizjes pasuese. Gjatë llogaritjes së energjisë së shpenzuar gjatë lëvizjeve dhe punë mekanike trupi i njeriut përfaqësohet si një model i një sistemi biomekanik me shumë lidhje, i ngjashëm struktura anatomike. Lëvizjet e një lidhjeje individuale dhe lëvizjet e trupit në tërësi konsiderohen në formën e dy të tjerave lloje të thjeshta lëvizja: përkthimore dhe rrotulluese.
Energjia totale mekanike e disa lidhjeve të i-të (Epol) mund të llogaritet si shuma e potencialit (Epot) dhe energjisë kinetike (Ek). Nga ana tjetër, Ek mund të përfaqësohet si shuma e energjisë kinetike të qendrës së masës së lidhjes (Ec.c.m.), në të cilën është e përqendruar e gjithë masa e lidhjes, dhe energjia kinetike e rrotullimit të lidhjes në lidhje me qendra e masës (Ec.Vr.).
Nëse dihet kinematika e lëvizjes së lidhjes, kjo shprehje e përgjithshme për energjinë totale të lidhjes do të ketë formën: , ku mi është masa e lidhjes i-të; ĝ - nxitimi rënia e lirë; hi – lartësia e qendrës së masës mbi disa niveli zero(për shembull, mbi sipërfaqen e Tokës në ky vend); - shpejtësia e lëvizjes përkthimore të qendrës së masës; Ji - momenti i inercisë lidhja e i-të në lidhje me boshtin e menjëhershëm të rrotullimit që kalon përmes qendrës së masës; ω – shpejtësia këndore e menjëhershme e rrotullimit në raport me boshtin e menjëhershëm.
Punoni për të ndryshuar të plotë energji mekanike Lidhja (Ai) gjatë funksionimit nga momenti t1 në momentin t2 është e barabartë me ndryshimin në vlerat e energjisë në momentet përfundimtare (Ep(t2)) dhe fillestare (Ep(t1)) të lëvizjes:
Natyrisht, në në këtë rast puna është shpenzuar për ndryshimin e potencialit dhe energjisë kinetike të lidhjes.
Nëse sasia e punës Ai > 0, pra energjia është rritur, atëherë thonë se është bërë punë pozitive në lidhje. Nëse AI< 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.
Mënyra e punës për të ndryshuar energjinë e një lidhjeje të caktuar quhet tejkalim nëse muskujt kryejnë punë pozitive në lidhje; inferiore nëse muskujt kryejnë punë negative në lidhje.
Puna pozitive bëhet kur muskuli tkurret kundër një ngarkese të jashtme, shkon për të përshpejtuar pjesët e trupit, trupin në tërësi, pajisjet sportive etj. Puna negative bëhet nëse muskujt i rezistojnë shtrirjes për shkak të veprimit të forcave të jashtme. Kjo ndodh kur ulni një ngarkesë, zbrisni shkallët ose i rezistoni një force që tejkalon forcën e muskujve (për shembull, në mundjen me krahë).
I ndotur fakte interesante raporti i punës pozitive dhe negative të muskujve: puna negative e muskujve është më ekonomike sesa pozitive; para-ekzekutimi punë negative rrit madhësinë dhe efikasitetin e punës pozitive që e pason.
Sa më e madhe të jetë shpejtësia e lëvizjes së trupit të një personi (gjatë atletikës, vrapimit, patinazhit, skijimit, etj.), shumica puna nuk shpenzohet rezultat i dobishëm- lëvizja e trupit në hapësirë, dhe lëvizja e lidhjeve në lidhje me GCM. Prandaj, kur kufijtë e shpejtësisë puna kryesore është shpenzuar në përshpejtimin dhe frenimin e pjesëve të trupit, pasi me rritjen e shpejtësisë rritet ndjeshëm nxitimi i lëvizjes së pjesëve të trupit.
Për të vënë në lëvizje çdo trup, një parakusht është vepër arti. Në të njëjtën kohë, për të kryer këtë punë është e nevojshme të shpenzoni pak energji.
Energjia karakterizon trupin nga pikëpamja e aftësisë së tij për të prodhuar punë. Njësia e energjisë është Xhaul, shkurtuar [J].
Energjia totale e çdo sistemi mekanik është e barabartë me shumën e potencialit dhe energjisë kinetike. Prandaj, është zakon të dallojmë energjinë potenciale dhe kinetike si lloje të energjisë mekanike.
Nëse po flasim për sisteme biomekanike, atëherë energjia totale e sistemeve të tilla përbëhet gjithashtu nga termike dhe energjia e proceseve metabolike.
NË sisteme të izoluara trupat, kur ndaj tyre veprohet vetëm nga forca e gravitetit dhe elasticitetit, vlera e energjisë totale është e pandryshuar. Kjo deklaratë është ligji i ruajtjes së energjisë.
Cilat janë të dy llojet e energjisë mekanike?
Rreth energjisë potenciale
Energjia potenciale është energjia e përcaktuar pozicioni i ndërsjellë trupa, ose përbërës të këtyre trupave, që ndërveprojnë me njëri-tjetrin. Me fjalë të tjera, kjo energji është e përcaktuar distanca midis trupave.
Për shembull, kur një trup bie dhe vë në lëvizje trupat përreth përgjatë rrugës së rënies, graviteti prodhon punë pozitive. Dhe, anasjelltas, në rastin e ngritjes së trupit lart, mund të flasim për prodhimin e punës negative.
Rrjedhimisht, çdo trup, kur ndodhet në një distancë të caktuar nga sipërfaqen e tokës ka energji potenciale. Si më shumë lartësi dhe peshën trupore, më shumë vlerë punën e bërë nga trupi. Në të njëjtën kohë, në shembullin e parë, kur një trup bie, energjia potenciale do të jetë negative, dhe kur ngrihet, energjia potenciale është pozitive.
Kjo shpjegohet me barazinë e punës së gravitetit në vlerë, por me shenjën e kundërt të ndryshimit të energjisë potenciale.
Gjithashtu, një shembull i shfaqjes së energjisë së ndërveprimit mund të jetë një objekt që i nënshtrohet deformimit elastik - sustë e ngjeshur: gjatë drejtimit, puna do të bëhet nga forca elastike. Këtu po flasim për në lidhje me performancën e punës për shkak të një ndryshimi në vendndodhjen e përbërësve të trupit në lidhje me njëri-tjetrin gjatë deformimit elastik.
Për të përmbledhur informacionin, vërejmë se absolutisht çdo objekt që ndikohet nga graviteti ose elasticiteti do të ketë energjinë e një ndryshimi potencial.
Rreth energjisë kinetike
Energjia kinetike është energjia që trupat fillojnë të zotërojnë si rezultat i saj procesi i lëvizjes. Bazuar në këtë, energjia kinetike e trupave në qetësi është e barabartë me zero.
Sasia e kësaj energjie është e barabartë me sasinë e punës që duhet bërë për të hequr trupin nga një gjendje pushimi dhe për ta bërë atë të lëvizë. Me fjalë të tjera, energjia kinetike mund të shprehet si ndryshim midis plot energji dhe energji qetësuese.
Puna përkthimore e bërë nga një trup në lëvizje varet drejtpërdrejt nga masa dhe shpejtësia në katror. Puna e lëvizjes rrotulluese varet nga momenti i inercisë dhe katrori i shpejtësisë këndore.
Energjia e përgjithshme e trupave në lëvizje përfshin të dy llojet e punës së kryer ajo përcaktohet sipas shprehjes së mëposhtme: . Karakteristikat kryesore të energjisë kinetike:
- Aditiviteti– përcakton energjinë kinetike si energjinë e një sistemi të përbërë nga një grup pikat materiale, dhe e barabartë me energjinë totale kinetike të secilës pikë të këtij sistemi;
- Invarianca në lidhje me rrotullimin e sistemit të referencës - energjia kinetike është e pavarur nga pozicioni dhe drejtimi i shpejtësisë së pikës;
- Duke kursyer– karakteristika tregon se energjia kinetike e sistemeve është e pandryshuar gjatë çdo ndërveprimesh, në rastet kur ndryshojnë vetëm karakteristikat mekanike.
Shembuj të trupave me energji potenciale dhe kinetike
Të gjitha objektet e ngritura dhe të vendosura në një distancë të caktuar nga sipërfaqja e tokës në një gjendje të palëvizshme janë të afta të posedojnë energji potenciale. Si shembull, kjo pllakë betoni e ngritur me vinç, e cila është në gjendje të palëvizshme, një sustë e ngarkuar.
Gjërat në lëvizje kanë energji kinetike automjeteve, si dhe, në përgjithësi, çdo objekt rrotullues.
Në të njëjtën kohë, në natyrë, në jetën e përditshme dhe në teknologji, energjia potenciale mund të shndërrohet në energji kinetike, dhe energjia kinetike, nga ana tjetër, në të kundërtën, në energji potenciale.
Topi, i cili hidhet nga një pikë e caktuar në një lartësi: në pozicionin më të lartë, energjia potenciale e topit është maksimale, dhe vlera e energjisë kinetike është zero, pasi topi nuk lëviz dhe është në pushim. Ndërsa lartësia zvogëlohet, energjia potenciale gradualisht zvogëlohet në përputhje me rrethanat. Kur topi të arrijë në sipërfaqen e tokës, ai do të rrokulliset; V për momentin energjia kinetike rritet, dhe energjia potenciale do të jetë zero.
