Herhangi bir sistemin özelliklerinden biri onun kinetiği ve potansiyel enerji. Herhangi bir F kuvveti, hareketsiz durumdaki bir cismin üzerine, cismin harekete geçmesini sağlayacak şekilde bir etki uygularsa, dA işi gerçekleşir. Bu durumda kinetik enerji değeri dT arttıkça yapılan iş artar. Başka bir deyişle eşitliği şöyle yazabiliriz:
Cismin dR'nin kat ettiği yolu ve geliştirilen dV hızını dikkate alarak kuvvet için ikincisini kullanacağız:
Önemli nokta: bu yasa alınırsa kullanılabilir eylemsizlik sistemi geri sayım. Sistem seçimi enerji değerini etkiler. Uluslararası olarak enerji joule (J) cinsinden ölçülür.
Buradan, hareket hızı V ve kütlesi m ile karakterize edilen bir parçacık veya cismin şöyle olacağı sonucu çıkar:
T = ((V * V)*m) / 2
Kinetik enerjinin hız ve kütle tarafından belirlendiği, aslında hareketin bir fonksiyonunu temsil ettiği sonucuna varabiliriz.
Kinetik ve potansiyel enerji bir cismin durumunu tanımlamaya yardımcı olur. Birincisi, daha önce de belirtildiği gibi, doğrudan hareketle ilgiliyse, ikincisi, etkileşim halindeki cisimler sistemine uygulanır. Kinetik ve genellikle cisimleri birbirine bağlayan kuvvete bağlı olmadığı durumlarda örnekler olarak kabul edilir. Bu durumda yalnızca başlangıç ve son konumlar önemlidir. En ünlü örnek - yerçekimi etkileşimi. Ancak yörünge de önemliyse, o zaman kuvvet enerji tüketir (sürtünme).
Konuşuyorum basit bir dille Potansiyel enerji iş yapma yeteneğini temsil eder. Buna göre bu enerji, bir cismi bir noktadan başka bir noktaya taşımak için yapılması gereken iş şeklinde düşünülebilir. Yani:
Potansiyel enerjiyi dP olarak gösterirsek şunu elde ederiz:
Negatif değer dP'deki düşüş nedeniyle iş yapıldığını gösterir. İçin bilinen fonksiyon dP sadece F kuvvetinin büyüklüğünü değil aynı zamanda yön vektörünü de belirlemek mümkündür.
Kinetik enerjideki değişim her zaman potansiyel enerjiyle ilişkilidir. Sistemleri hatırlarsanız bunu anlamak kolaydır. Vücudu hareket ettirirken T+dP'nin toplam değeri her zaman değişmeden kalır. Böylece, T'deki bir değişiklik her zaman dP'deki bir değişime paralel olarak meydana gelir; sanki birbirlerine akıp dönüşüyorlar gibi görünürler.
Kinetik ve potansiyel enerji birbiriyle ilişkili olduğundan, bunların toplamı söz konusu sistemin toplam enerjisini temsil eder. Moleküllerle ilgili olarak, en azından termal hareket ve etkileşim olduğu sürece her zaman mevcuttur ve mevcuttur.
Hesaplamalar yapılırken bir referans sistemi ve başlangıç momenti olarak alınan herhangi bir an seçilir. Potansiyel enerjinin değerini yalnızca iş yaparken herhangi bir parçacığın veya cismin hareket yörüngesine bağlı olmayan bu tür kuvvetlerin etki bölgesinde doğru bir şekilde belirlemek mümkündür. Fizikte bu tür kuvvetlere muhafazakar kuvvetler denir. Bunlar her zaman toplam enerjinin korunumu yasasıyla bağlantılıdır.
İlginç nokta: öyle bir durumda dış etkiler Minimum düzeyde veya düzleştirilmiş olsa da, incelenen herhangi bir sistem, potansiyel enerjisi sıfıra yaklaştığında daima kendi durumuna yönelir. Örneğin, fırlatılan bir top, yörüngenin en üst noktasında potansiyel enerjisinin sınırına ulaşır, ancak aynı anda aşağı doğru hareket etmeye başlar ve biriken enerjiyi harekete, yapılan işe dönüştürür. Potansiyel enerji için her zaman en az iki cismin etkileşiminin bulunduğunu bir kez daha belirtmekte fayda var: örneğin, top örneğinde, gezegenin yerçekiminden etkilenir. Kinetik enerji, hareket eden her cisim için ayrı ayrı hesaplanabilir.
Vücudun bölümlerini hareket ettiren kaslar mekanik iş yapar.
İş bir yönde - bu, cismin kat ettiği yola göre hareket yönünde etki eden kuvvetin (F) çarpımıdır.(S): A = F S.
İş yapmak enerji gerektirir. Bu nedenle iş yapıldıkça sistemdeki enerji azalır. İşin yapılabilmesi için bir enerji kaynağı gerekli olduğundan ikincisi şu şekilde tanımlanabilir: Enerji – bu, iş yapma fırsatıdır, bu, mekanik bir sistemde işi gerçekleştirmek için mevcut olan “kaynağın” belirli bir ölçüsüdür. Ayrıca enerji bir hareket türünden diğerine geçişin ölçüsüdür.
Biyomekanikte aşağıdaki ana prensipler dikkate alınır: enerji türleri:
Elemanların göreceli konumuna bağlı olarak potansiyel mekanik sistem insan vücudu;
Kinetik ileri hareket;
Kinetik dönme hareketi;
Sistem elemanlarının potansiyel deformasyonu;
Termal;
Değişim işlemleri.
Bir biyomekanik sistemin toplam enerjisi, listelenen tüm enerji türlerinin toplamına eşittir.
Bir cismi kaldırarak, bir yayı sıkıştırarak, daha sonra kullanmak üzere potansiyel formda enerji biriktirebilirsiniz. Potansiyel enerji her zaman bir vücuttan diğerine etki eden şu veya bu kuvvetle ilişkilidir. Örneğin, Dünya düşen bir nesneye yerçekimiyle etki eder, sıkıştırılmış bir yay bir topa etki eder ve çekilmiş bir kiriş bir oka etki eder.
Potansiyel enerji – bu, bir cismin diğer cisimlere göre konumundan veya bir cismin parçalarının göreceli düzenlenmesinden dolayı sahip olduğu enerjidir.
Bu nedenle yer çekimi kuvveti ve elastik kuvvet potansiyeldir.
Yerçekimi potansiyel enerjisi: En = mg h
Burada k yay sertliğidir; x onun deformasyonudur.
Yukarıdaki örneklerden, enerjinin daha sonra kullanılmak üzere potansiyel enerji (bir cismi kaldırmak, bir yayı sıkıştırmak) biçiminde depolanabileceği açıktır.
Biyomekanikte iki tür potansiyel enerji dikkate alınır ve dikkate alınır: koşullandırılmış göreceli konum Dünya yüzeyine vücut bağlantıları (yerçekimi potansiyel enerjisi); biyomekanik sistemin elemanlarının (kemikler, kaslar, bağlar) veya herhangi bir dış nesnenin (spor malzemeleri, ekipman) elastik deformasyonu ile ilişkili.
Kinetik enerji Hareket halindeyken vücutta depolanır. Hareket eden bir cisim, kaybı nedeniyle iş yapar. Vücudun ve insan vücudunun bazı kısımları öteleme ve dönme hareketleri yaptığından, toplam kinetik enerji (Ek) şuna eşit olacaktır: 
m kütle, V ise doğrusal hız, J – an eylemsizlik sistemler, ω – açısal hız.
Enerji, kaslarda meydana gelen metabolik metabolik süreçler nedeniyle biyomekanik sisteme girer. İşin yapılmasıyla sonuçlanan enerji değişimi, biyomekanik bir sistemde yüksek verimli bir süreç değildir; yani enerjinin tamamı enerjiye dönüştürülmez. faydalı iş. Enerjinin bir kısmı geri dönüşü olmayan bir şekilde kaybolur ve ısıya dönüşür: yalnızca %25'i iş yapmak için kullanılır, geri kalan %75'i dönüştürülür ve vücutta dağıtılır.
Biyomekanik bir sistem için enerjinin korunumu yasası uygulanır mekanik hareket formda:
Epol = Ek + Epot + U,
burada Epol sistemin toplam mekanik enerjisidir; Ek – sistemin kinetik enerjisi; Epot – sistemin potansiyel enerjisi; U- iç enerjiÖncelikle termal enerjiyi temsil eden sistemler.
Biyomekanik bir sistemin mekanik hareketinin toplam enerjisi aşağıdaki iki enerji kaynağına dayanmaktadır: insan vücudundaki metabolik reaksiyonlar ve mekanik enerji dış çevre(spor malzemelerinin, ekipmanların, destek yüzeylerinin deforme olabilen unsurları; temas etkileşimleri sırasında rakipler). Bu enerji şu şekilde iletilir: dış kuvvetler.
Biyomekanik bir sistemde enerji üretiminin bir özelliği, hareket sırasında enerjinin bir kısmının gerekli motor hareketini gerçekleştirmek için harcanması, diğerinin depolanan enerjinin geri döndürülemez şekilde dağılmasına gitmesi, üçüncüsünün ise sonraki hareket sırasında kaydedilip kullanılmasıdır. Hareketler sırasında harcanan enerji hesaplanırken mekanik iş insan vücudu çok bağlantılı bir biyomekanik sistemin bir modeli olarak temsil edilir. anatomik yapı. Bireysel bir bağlantının hareketleri ve bir bütün olarak vücudun hareketleri iki hareket şeklinde ele alınır. basit türler hareket: öteleme ve dönme.
Bazı i'inci bağların (Epol) toplam mekanik enerjisi, potansiyel (Epot) ve kinetik enerjinin (Ek) toplamı olarak hesaplanabilir. Buna karşılık Ek, baklanın tüm kütlesinin yoğunlaştığı baklanın kütle merkezinin (Ec.c.m.) kinetik enerjisi ile baklanın dönme kinetik enerjisinin toplamı olarak temsil edilebilir. kütle merkezi (Ec.Vr.).
Bağlantının hareketinin kinematiği biliniyorsa, bu genel ifade bağlantının toplam enerjisi şu şekilde olacaktır: burada mi, i'inci bağlantının kütlesidir; G - hızlanma serbest düşüş; merhaba – kütle merkezinin bazılarının üzerindeki yüksekliği sıfır seviye(örneğin, Dünya yüzeyinin üstünde burası); - kütle merkezinin öteleme hareketinin hızı; Ji – eylemsizlik momenti kütle merkezinden geçen anlık dönme eksenine göre i'inci bağlantı; ω – anlık eksene göre anlık açısal dönüş hızı.
Tamamını değiştirmek için çalışın mekanik enerji t1 anından t2 anına kadar çalışma sırasındaki bağlantı (Ai), hareketin son (Ep(t2)) ve ilk (Ep(t1)) anlarındaki enerji değerleri arasındaki farka eşittir:
Doğal olarak bu durumda bağlantının potansiyelini ve kinetik enerjisini değiştirmek için iş harcanır.
Eğer iş miktarı Ai > 0 ise yani enerji artmışsa bağlantı üzerinde pozitif iş yapıldığını söylerler. Yapay zeka ise< 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.
Belirli bir bağlantının enerjisini değiştirmeye yönelik çalışma moduna, eğer kaslar bağlantı üzerinde pozitif iş yaparsa, üstesinden gelme denir; kaslar bağlantı üzerinde negatif iş yapıyorsa yetersizdir.
Kas, dış bir yüke karşı kasıldığında, vücudun bazı kısımlarını, bir bütün olarak vücudu, spor ekipmanlarını vb. hızlandırmaya gittiğinde pozitif iş yapılır. Dış kuvvetlerin etkisi nedeniyle kaslar gerilmeye direnirse negatif iş yapılır. Bu, bir yükü indirirken, merdivenden inerken veya kasların gücünü aşan bir kuvvete direnirken (örneğin bilek güreşinde) meydana gelir.
Benekli ilginç gerçekler pozitif ve negatif kas çalışmasının oranı: negatif kas çalışması pozitiften daha ekonomiktir; infaz öncesi negatif iş kendisinden sonraki olumlu çalışmanın büyüklüğünü ve verimliliğini artırır.
Bir kişinin vücudunun hareket hızı ne kadar yüksek olursa (atletizm, koşu, paten, kayak vb. sırasında), en iş harcanmıyor faydalı sonuç- Vücudun uzaydaki hareketi ve bağlantıların GCM'ye göre hareketi. Bu nedenle ne zaman hız sınırları asıl iş, vücut parçalarının hızlandırılması ve frenlenmesi için harcanır, çünkü hız arttıkça vücut parçalarının hareketinin hızlanması keskin bir şekilde artar.
Herhangi bir cismi harekete geçirmek için bir önkoşul vardır: sanat eseri. Aynı zamanda bu işi gerçekleştirmek için bir miktar enerji harcamak da gerekir.
Enerji, bedeni iş üretme yeteneği açısından karakterize eder. Enerji birimi Joule, kısaltılmış hali [J].
Herhangi bir mekanik sistemin toplam enerjisi, potansiyel ve kinetik enerjinin toplamına eşdeğerdir. Bu nedenle potansiyel ve kinetik enerjiyi mekanik enerji türleri olarak ayırmak gelenekseldir.
Biyomekanik sistemlerden bahsediyorsak, bu tür sistemlerin toplam enerjisi ayrıca termal ve metabolik süreçlerin enerjisinden de oluşur.
İÇİNDE izole sistemler cisimlere yalnızca yerçekimi ve esneklik kuvveti etki ettiğinde toplam enerjinin değeri değişmez. Bu ifade enerjinin korunumu yasasıdır.
Her iki mekanik enerji türü de nedir?
Potansiyel enerji hakkında
Potansiyel enerji belirlenen enerjidir karşılıklı pozisyon birbirleriyle etkileşime giren gövdeler veya bu gövdelerin bileşenleri. Başka bir deyişle, bu enerji belirlenir bedenler arasındaki mesafe.
Örneğin, bir cisim düştüğünde ve düşme yolu boyunca çevredeki cisimleri harekete geçirdiğinde, yerçekimi pozitif iş üretir. Ve tam tersine, vücudun yukarı doğru kaldırılması durumunda negatif iş üretiminden bahsedebiliriz.
Sonuç olarak, her cisim belirli bir mesafeye yerleştirildiğinde dünyanın yüzeyi potansiyel enerjiye sahiptir. Nasıl daha fazla yükseklik ve vücut ağırlığı, daha fazla değer vücudun yaptığı iş. Aynı zamanda ilk örnekte bir cisim aşağıya düştüğünde potansiyel enerjisi negatif, yükseltildiğinde ise potansiyel enerjisi pozitif olacaktır.
Bu, yerçekimi işinin değer olarak eşitliği ile açıklanır, ancak potansiyel enerjideki değişimin zıt işareti.
Ayrıca, etkileşim enerjisinin ortaya çıkışının bir örneği, elastik deformasyona maruz kalan bir nesne olabilir - sıkıştırılmış yay: Düzeltme sırasında elastik kuvvet tarafından iş yapılacaktır. Burada hakkında konuşuyoruz elastik deformasyon sırasında vücut bileşenlerinin birbirlerine göre konumlarındaki değişiklik nedeniyle işin performansı hakkında.
Bilgileri özetlemek gerekirse, yerçekimi veya elastik kuvvetten etkilenen her nesnenin kesinlikle potansiyel farkın enerjisine sahip olacağını not ediyoruz.
Kinetik enerji hakkında
Kinetik enerji, cisimlerin sahip olmaya başladığı enerjidir. hareket süreci. Buna göre hareketsiz durumdaki cisimlerin kinetik enerjisi sıfıra eşittir.
Bu enerjinin miktarı, vücudu dinlenme durumundan çıkarmak ve böylece hareket ettirmek için yapılması gereken iş miktarına eşdeğerdir. Başka bir deyişle kinetik enerji arasındaki fark olarak ifade edilebilir. tam enerji ve dinlendirici enerji.
Hareket eden bir cismin yaptığı öteleme işi doğrudan kütlenin ve hızın karesine bağlıdır. Dönme hareketinin işi atalet momentine ve açısal hızın karesine bağlıdır.
Hareketli cisimlerin toplam enerjisi, yapılan her iki iş türünü de içerir; aşağıdaki ifadeye göre belirlenir: . Kinetik enerjinin temel özellikleri:
- toplanabilirlik– Kinetik enerjiyi bir dizi parçadan oluşan bir sistemin enerjisi olarak tanımlar. maddi noktalar, ve bu sistemin her noktasının toplam kinetik enerjisine eşit;
- değişmezlik referans sisteminin dönüşüne göre - kinetik enerji, noktanın hızının konumundan ve yönünden bağımsızdır;
- Kaydediliyor– karakteristik, yalnızca mekanik özelliklerin değiştiği durumlarda, herhangi bir etkileşim sırasında sistemlerin kinetik enerjisinin değişmediğini gösterir.
Potansiyel ve kinetik enerjiye sahip cisim örnekleri
Sabit bir durumda yükseltilen ve dünya yüzeyinden belli bir mesafede bulunan tüm nesneler potansiyel enerjiye sahip olabilir. Örnek olarak bu vinçle kaldırılan beton levha Durağan durumda olan yüklü bir yay.
Hareket eden nesnelerin kinetik enerjisi vardır Araçlar ve genel olarak herhangi bir yuvarlanan nesne.
Aynı zamanda doğada, günlük yaşamda ve teknolojide potansiyel enerji kinetik enerjiye, kinetik enerji ise tam tersine potansiyel enerjiye dönüşebilir.
Top belirli bir noktadan belirli bir yükseklikte fırlatılan: en yüksek pozisyonda topun potansiyel enerjisi maksimumdur ve top hareket etmediği ve hareketsiz olduğu için kinetik enerjinin değeri sıfırdır. Yükseklik azaldıkça potansiyel enerji de buna bağlı olarak giderek azalır. Top dünyanın yüzeyine ulaştığında yuvarlanacak; V şu anda kinetik enerji artar ve potansiyel enerji sıfır olur.
