Физика мощность при прыжке

НАУКА ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРЫЖКА — Часть 1

Сегодня мы поговорим с вами о вертикальном прыжке. Однако, к сожалению многих, я не буду писать сейчас про упражнения, тренировки, и даже технику прыжков.

Я попытаюсь начать с самого начала, а именно – то, почему мы прыгаем высоко (или не очень).

Это основы, фундамент, потому что в дальнейшем, вы легко сможете понять, что РЕАЛЬНО помогает вам улучшить вертикальный прыжок, а что нет.

От чего зависит высота вертикального прыжка с точки зрения физики?

ПОНЯТИЕ «ВЫСОТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРЫЖКА»

С точки зрения физики, высота вертикального прыжка – это разница в высоте Центра Масс Тела (ЦМТ) между положением покоя (стоя на пятках на обеих ногах), и положением ЦМТ в максимальном возвышении в воздухе (на пике прыжка).

Сам ЦМТ представляет собой точку, в которой суммарный момент сил тяжести всех составных частей тела равен нулю. Проще говоря, если мы захотим представить свое тело как материальную точку, эта точка и будет ЦМТ.

У мужчин в положении стоя, руки по швам, на двух ногах на всей ступне, ЦМТ находится на высоте примерно 57% роста тела от земли (у женщин – 55%).

ЦМТ также меняется при вертикальном прыжке: когда вы встаете на носки и поднимаете руки вверх, ЦМТ также уходит вверх, даже пока вы еще стоите на земле.

По этой причине (и другим тоже), замеры высоты по перемещению ЦМТ, по касанию и по времени полета будут различными, поэтому на 100% сказать, что вертикальный прыжок атлета А составляет х см, увы, невозможно!

КАКОЙ ПАРАМЕТР ВЛИЯЕТ НА ВЫСОТУ ПОДЪЕМА?

С точки зрения кинематики движения материальной точки в поле силы тяжести, вертикальная составляющая скорости является определяющей величиной:

Для вертикального прыжка, это пиковая скорость перед отрывом.

Соответственно, чтобы увеличить высоту вертикального прыжка, нам нужно увеличить величину вертикальной скорости отрыва.

КАК УВЕЛИЧИТЬ СКОРОСТЬ ОТРЫВА?

Хороший вопрос. Парадоксально, но вам не нужно выполнять какие-то «очень быстрые» движения, ведь скорость есть следствие мышечного сокращения.

Точнее, во время отталкивания (рассмотрим для простоты вариант прыжка без опускания, лишь позитивную фазу) вы проявляете некую силу F , и это длиться определенный момент t .

Произведение F*t есть импульс силы (Н*с, или же, кг*м/с)

К концу отталкивания, ваше тело массой m приобретает скорость отрыва v .

Произведение m*v есть импульс тела (кг*м/с)

Как вы могли уже догадаться, эти величины равны:

Соответственно, скорость отрыва зависит напрямую от силы отталкивания и его продолжительности, и обратно зависит от массы вашего тела

ВРЕМЯ ОТТАЛКИВАНИЯ И АМПЛИТУДА ОТТАЛКИВАНИЯ

В формуле, чем больше время отталкивания, тем больший импульс силы получит наше тело, будет выше скорость отрыва, и прыжок будет выше.

Однако, даже интуитивно, мы понимаем, что это не так: медленное отталкивание не приведет к высокому прыжку, даже если будет приложено очень много сил.

Все дело в том, что мы разгоняем сами себя, т.е. источник силы и тело, которое надо разогнать – это мы в одном лице.

С точки зрения физики, у нас есть амплитуда прыжка d – путь ЦМТ от нижней точки подседа и до самого отрыва от земли.

Отношение d/t это средняя скорость отталкивания.

Поскольку мы приняли, что в нижней точке скорость равна нулю (и так есть на самом деле), то мы можем принять, что пиковая скорость будет в 2 раза больше, чем средняя:

Таким образом, мы видим, что время отталкивания есть как в числителе (прямая связь), так и в знаменателе (обратная связь).

На практике, с ростом высоты прыжка происходит уменьшение времени отталкивания.

Соответственно, для высокой скорости отрыва/высоты прыжка нам нужно проявить как можно больше сил за как можно меньший период времени относительно собственной массы.

ВЛИЯНИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

Несмотря на то, что в уравнении выше есть показатель m (масса), это все еще не характеризует силу тяжести, которая равна m*g (вес).

В вертикальном прыжке, сила тяжести направлено строго противоположно от наших усилий, поэтому мы можем просто отнять от нашей проявляемой силы силу тяжести:

Теперь понятно, что важна не только абсолютная сила (пусть и по отношению к массе), но ее возвышение над силой тяжести.

МОЩНОСТЬ

Мощность – это работа в единицу времени, или же сила, умноженная на скорость:

Мощность учитывает прямую связь между силой и амплитудой отталкивания, и обратную от времени отталкивания. Однако она не учитывает вес и массу тела

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ

Если теперь учесть вес и массу атлета, мы получим:

Эта величина (относительная мощность, Вт/кг) может выступать как количественный показатель высоты прыжка, т.к. учитывает сразу все факторы: силу сверх силы тяжести, амплитуду, массу тела и время отталкивания.

В следующих частях мы рассмотрим отдельные параметры вертикального прыжка — перемещение ЦМТ, скорость, проявляемую силу и мощность прыжка.

Также, будет показана методика расчета вертикального прыжка, которая позволит каждому произвести индивидуальный подсчет параметров.

Источник

Прыжок с места с точки зрения физики материальной точки.

Рассуждая о физическом смысле прыжка, авторы специализированной литературы говорят о мощности, точнее о прыжке как показателе мощности. При этом приводится формула представления мощности в механике:

Далее очень часто следует объяснение — мощность тем больше чем больше сила или чем больше скорость применения силы. И это объявляется как руководство к действию. Дескать, можно увеличивать мощность посредством развития силы или скорости движения.
Подобные трактовки, создают впечатление, что тренируя каждое из качеств (сила и скорость) в отдельности можно повысить прыжок в целом.
В формуле, скорость — это скорость тела, а вернее вектор скорости, а не скорость приложения силы. К тому же, изменение скорости, в данном случае, обусловлено наличием ускорения, которое, в свою очередь, является следствием действия силы.

Для чистоты восприятия опишем процесс прыжка не фигурируя понятием — мощность.

Надо понимать, что описать корректно такой процесс как «вертикальный прыжок человека» физическими формулами на уровне школьных знаний, вряд ли получится. Без упрощений не обойтись.

Начать нужно с того, что прыжок это работа. А именно механическая работа. Работу совершает сила, сила с которой атлет опосредованно, через опору (пол, грунт), на собственное тело.
Механическая работа (упрощенно) – это физическая величина являющиеся характеристикой действия силы, и численно равна произведению значения силы на величину пройденного пути:

где: A – механическая работа; F – сила воздействующая на тело; S – пройденный путь ( за время действия силы!)

В нашем случае произведение величины силы, с которой мы воздействуем на опору и величину пройденного пути до отрыва ног от пола (до фазы начала полета), а именно количество затраченной энергии на этот процесс.

Сила в соответствии со вторым законом ньютона:

где: F – сила воздействующая на тело; m – масса тела; a – ускорение тела;

Теперь чего мы хотим добиться? Вылететь на максимально возможную высоту.
Если высота «вылета» будет h, то минимально необходимая энергия, которой должно обладать тело, будет равна потенциальной энергии:

где: U – потенциальная энергия; m – масса тела; g – ускорение свободного падения

Для того, чтобы получился прыжок необходимо за время вставания из приседа развить такое ускорение, что бы остаточная энергия после полного выпрямления численно равнялась потенциальной энергии необходимой для взлета на высоту h.

Минимальная работа при вставании из приседа будет равна:

Тогда наше уравнение имеет следующий вид:

где: A1 – работа соответствующая энергии вставания из приседа; A – общая работа; U – потенциальная энергия;

При взгляде на данное выражение возникает два варианта повысить высоту выпрыгивания:

Исходя из биомеханики движения при сгибании ног в коленях, мышцы-разгибатели коленного сустава оказываются в «не выгодном» положении, то есть нагрузка на них значительно возрастает, а, следовательно, способность генерировать ускорение снижается. Обусловлено это, во-первых, увеличением крутящего момента относительно коленного сустава, во-вторых, снижением способности к максимальному сокращению при значительном растяжении. Таким образом, увеличить высоту выпрыгивания, просто увеличив подсед, не получится. По крайней мере, не развив необходимые способности.
Для чистоты восприятия теории остановимся на том, что подсед у нас величина постоянная, хотя повторюсь, на практике это не так.

Еще раз взглянем на наше уравнение:

Наглядно видно, что даже если развить ускорение в два раза выше ускорения свободного падения выпрыгнуть удастся только на величину подседа.
Значит, ускорение, которое необходимо развить, должно быть во столько больше g, во сколько требуемая высота выпрыгивания больше глубины подседа плюс единица:

На первый взгляд, ни какой практической ценности подобные выражения не имеют, ввиду того, что измерить или, тем более, понять, каково ускорение развито в конкретном движении, без специальной аппаратуры, не представляется возможным.
Однако ускорение не рождается само собой, а является следствием проявления силы.
Таким образом эта зависимость справедлива для определения силы которую необходимо сообщить, чтобы выпрыгнуть на необходимую высоту.

тяжелоатлеты прыгают будь здоров. Но они не только приседают, а еще делают спец упражнения, вот парочка:
1) это упражнения я делаю время от времени, мне нравится, прыгучесть улучшилась

В тяж.атлетике есть такая метода — прыжки в глубину (ударный метод). Забираешься на возвышение 50-60 см и соскакиваешь вниз на лист резины, в момент приземления слегка сгибаешь ноги и выпрыгиваешь вверх как можно выше. Так 4 серии по 10 раз.
Как написано у Медведева «. метод обладает сильно выраженным тренирующим воздействием, преимущественно направленным на развитие абсолютной и взрывной силы, а также реактивной способности мышц.»

со шт. на плечай выпрыгивать можно, но там техника сложноватая, нужно принаравливаться, там ведь выпрыгивать нужно без отрыва носков от земли. Я н/р практически всегда практикую в подготовительные периоды выпрыгивания 2х видов, с гирей в руках становясь на 2 лавочки из полного седа максимально высоко, по 12-15 раз 3 подхода и что существенно 60сек отдых меж подходами, очень хорошо развивает взрывную силу. И практикую запрыгивания на коня, но прыгать нужно на резинке если в штангетках или в кросовках, что бы колени сразу не трамбануть, высоту макс. на что способен. запрыгнуть, существенно помогает увеличить фазу торможения при спрыгиваниях и взрыв при запрыгиваниях.
Это очень хорошие и полезные упражнения особенно если ещё и добавить пробежки или игровые виды спорта, но и усугублять этим тоже не следует, как никак нам нужно приседать а не прыгать, бегать.

Источник

Лабораторное занятие 2 по основам физики, ГУОР

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 12

ТЕМА РАБОТЫ: Оценка собственной мощности.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: оценить мощность, которую вы можете развить при прыжке в высоту с места.

НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ: теоретический материал по теме «Механика»

НЕОБХОДИМО УМЕТЬ: анализировать, оценивать, проверять на достоверность и обобщать теоретический материал по теме «Механика»; осуществлять работы с соблюдением правил охраны труда и техники безопасности во время проектно-исследовательской и экспериментальной деятельности, при использовании лабораторного оборудования.

ОБОРУДОВАНИЕ: мерная лента, напольные весы.

ТЕОРИЯ:

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы. Работой A, совершаемой постоянной силой F называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла α между векторами силы F и перемещения S: A=F Scosα.

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0°≤α 2 – ускорение свободного падения тела); S=H – высота подъема центра тяжести своего тела (высота прыжка).

Определите время t(c) прыжка. Для расчета необходимо знать путь L(м), на котором действует сила мышц ног при разгибании колен (глубина приседа) и начальную скорость V(м/с), с которой человек отрывается от Земли. Скорость рассчитываем по формуле: H=V 2 /2g, тогда V=

Т.к. человек до отрыва от Земли движется с постоянным ускорением, можно записать: L=V·t/2, тогда t=2L/V

1. Рассчитайте мощность при прыжке в высоту: N=A/t

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ:

• Сравните мощность, которую вы определили с внесистемной единицей измерения мощности, сделайте вывод.
• Если решить данную задачу в общем виде получится: , следовательно, отчетливо видно, что при уменьшении глубины приседания мощность растет, но оказывается, что если вы вообще не присядете, то не сможете оторваться от Земли. Поясните данное противоречие.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что такое «лошадиная сила»?
2. Чему она равна?
3. Что ей определяется?

ОТЧЕТ

ТЕМА: Оценка собственной мощности

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: оценить мощность, которую вы можете развить при прыжке в высоту с места.

ОСНОВНОЕ ЗАДАНИЕ:

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ:

Номер опыта	m, кг	H, м	L, м	А, Дж	V, м/с	t, с	N, Вт
1.
2.
3.
4.
5.

РАСЧЕТЫ:

F=m·g ( g=9.8 м/с 2 )

А=F·S (S=H)

V=

t=2L/V

N=A/t

ВЫВОД:

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ:

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Что такое «лошадиная сила»?

1. Чему она равна?

1. Что ей определяется?

Оценка_________________ Дата защиты____________ Подпись преподавателя_______________

Источник