by 
Γεια σας, είμαι μαθητής γ’ λυκείου και θα ήθελα αν μπορούσατε να μου διαλευκάνετε ένα περίεργο σημείο που εντόπισα σε άσκηση του study4exams στο κεφάλαιο του στερεού σώματος.
Εκφώνηση
Ένας οριζόντιος δίσκος , έχει μάζα Μ=50kg και ακτίνα R=4m . Στη θέση Β του δίσκου βρίσκεται ένα παιδί με μάζα m=40kg και το σύστημα παιδί – δίσκος περιστρέφεται χωρίς τριβές, με γωνιακή ταχύτητα ω1=5,6rad/s, γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το κέντρο του δίσκου Ο. Αν το παιδί μετακινηθεί από τη θέση Β στη θέση Α του δίσκου τότε η γωνιακή ταχύτητα του δίσκου γίνεται ω2. (Να θεωρήσετε το παιδί ως σημειακή μάζα).
Δίνεται ΑO=2m , BO=3m
α) Να υπολογίσετε την μεταβολή της κινητικής ενέργειας του συστήματος.
β) Που οφείλεται οι παραπάνω μεταβολή;
Δίνονται: οι αποστάσεις και η ροπή αδράνειας του δίσκου ως προς άξονα που διέρχεται από το κέντρο του .
Στο ερώτημα α) υπολογίζουμε πως ΔΚ=4256J.
Και η ερώτηση που τίθεται είναι: πού οφείλεται η αύξηση της κινητικής ενέργειας του συστήματος;
Η απάντηση στο study4exams: «Η αύξηση της κινητικής ενέργειας του συστήματος οφείλεται στην ενέργεια που δαπάνησε το παιδί για να πάει στο σημείο Α»
Δηλαδή, μέρος της χημικής ενέργειας του παιδιού μετατράπηκε σε κινητική ενέργεια του συστήματος.
Με ποιο τρόπο(μέσω ποιών έργων) η χημική ενέργεια του παιδιού μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του συστήματος;
Δεν είναι βιαστική/«μπακάλικη» η απάντηση του study4exams;
[Φαντάζομαι πως η μεταφορά ενέργειας-εν προκειμένω- δεν μπορεί να γίνει με διαφορετικό τρόπο παρά μόνο μέσω του έργου της τριβής που αναπτύσσεται μεταξύ του παιδιού και του δίσκου]
Καλησπέρα Κατερίνα, καλησπέρα σε όλους.
Από μια ματιά στο διαδίκτυο είδα ότι υπάρχει εκτενής βιβλιογραφία για τη λειτουργία των σκελετικών μυών. Υπάρχουν μοντέλα για τη μυϊκή λειτουργία και αναλυτική περιγραφή της φυσιολογίας και των αντιδράσεων – διεργασιών που λαμβάνουν χώρα.
Η αναλυτική μεταφορά τους εδώ ξεφεύγει από τις δυνατότητές μου, ίσως ένας βιολόγος θα μπορούσε να κάνει πιο λεπτομερή ανάλυση.
Μεταφέρω μόνο επιγραμματικά όσα έχω καταλάβει.
Κάθε μυς έχει ένα μήκος ηρεμίας που μπορεί να αυξομειώνεται από το 40-60% στο 110-120%. Σε κατάσταση ηρεμίας δεν ασκεί καμία τάση (χαλαρός).
Ασκεί δυνάμεις στα οστά με τα οποία συνδέεται μόνο όταν συσπάται, όταν είναι σφιγμένος, με φορά πάντα προς το κέντρο του.
Υπάρχουν τρία κύρια είδη μυϊκής συστολής για τον σφιγμένο μυ:
α) Η Ισομετρική (Isometric contraction)
Το εξωτερικό φορτίο αντισταθμίζεται από τη δύναμη του μυός και το μήκος του παραμένει σταθερό (θα προτιμούσα βέβαια να μιλάμε για ροπές ως προς την άρθρωση, αλλά τέλος πάντων
). Στην περίπτωση αυτή το μηχανικό του έργο είναι μηδέν.
β) Η Μειομετρική ή Σύγκεντρη (Concentric contraction)
H δύναμη του μυός υπερτερεί. Ο μυς συστέλλεται προκαλώντας κίνηση του φορτίου. Το μηχανικό έργο του μυός είναι τώρα θετικό.
γ) Η Πλειομετρική ή Έκκεντρη (Eccentric contraction)
Το φορτίο υπερτερεί της δύναμης του μυός. Ο μυς διαστέλλεται υποχωρώντας, αντιδρώντας στην κίνηση του φορτίου. Το μηχανικό έργο του μυός είναι τώρα αρνητικό.
Οι περιπτώσεις (β) και (γ) χαρακτηρίζονται συχνά και ως «κινητήρια φάση (motion)» και «φάση ελέγχου (control)» αντίστοιχα της λειτουργίας των μυών. Η τελευταία ονομασία (control) προέρχεται από το γεγονός ότι κατά την πλειομετρική συστολή ο μυς, διαστελλόμενος, κάνει μια «ελεγχόμενη υποχώρηση» μη επιτρέποντας στο φορτίο να αποκτήσει μεγάλη ταχύτητα.
Η «κανονική» συστολή, η κανονική λειτουργία των μυών είναι η περίπτωση (β) κατά την οποία η μυϊκή δύναμη λειτουργεί ως κινητήρια δύναμη, παράγοντας έργο.
Γι’ αυτό και τα παιδιά εξοικειώνονται πιο εύκολα με αυτή. Συχνά ένα παιδάκι ανεβαίνει με ευκολία μια σκάλα, φοβάται όμως να την κατέβει γιατί αισθάνεται ανασφάλεια κατά τη λειτουργία (γ).
Η έντονη ή παρατεταμένη μυϊκή δραστηριότητα μπορεί να προκαλέσει μυϊκούς πόνους, ειδικά αν οι μύες είναι αγύμναστοι. Από τα τρία πιο πάνω είδη, η πλειομετρική συστολή (γ) είναι η περισσότερο επικίνδυνη για την καταπόνηση των μυών. Και μάλιστα οι πόνοι δεν εμφανίζονται άμεσα, αλλά με καθυστέρηση, συνήθως την επομένη (delayed onset muscle soreness, DOMS).
Από ενεργειακή άποψη τώρα, σε κάθε περίπτωση από τις (α), (β), (γ) οι μύες δαπανούν χημική ενέργεια (που προέρχεται από αναερόβια ή αερόβια παραγωγή ATP ανάλογα με τις συνθήκες) για τη λειτουργία τους και θερμαίνονται.
Η δαπάνη χημικής ενέργειας όμως στην περίπτωση (β) είναι πολλαπλάσια (3πλάσια, 4πλάσια ή και περισσότερο) από ότι τις περιπτώσεις (α) και (γ) και ο λόγος είναι βέβαια ότι στην περίπτωση της μειομετρικής συστολής ο μυς παράγει θετικό έργο μέσω του οποίου προσφέρει ενέργεια στο φορτίο που κινεί. Η ενέργεια αυτή είναι μέρος της δαπανηθείσας χημικής ενέργειας.
Στην περίπτωση (γ) τώρα της πλειομετρικής συστολής το έργο του μυός είναι αρνητικό. Ο μυς απορροφάει δηλαδή μηχανική ενέργεια από το περιβάλλον την οποία μετατρέπει σε δυο άλλες μορφές:
i) Θερμική ενέργεια, η οποία προκαλεί και την υπερθέρμανσή του σε περιπτώσεις παρατεταμένης και έντονης λειτουργίας.
ii) Ελαστική δυναμική ενέργεια (Elastic recoil energy). Αυτό ήταν καινούργιο για μένα, δεν το ήξερα! Οι μύες λοιπόν, σε συνεργασία και με τους τένοντες, όταν διαστέλλονται υπό τάση μπορούν να αποθηκεύσουν ελαστική ενέργεια. Αυτό συμβαίνει βέβαια για σύντομο χρονικό διάστημα (αν η ενέργεια αυτή δεν χρησιμοποιηθεί μετατρέπεται κι αυτή σε θερμική).
Για παράδειγμα, όταν τρέχουμε, κάθε φορά που ένα πόδι μας χτυπάει στο έδαφος και κάποιοι μυς τεντώνονται επιβραδύνοντας την πτώση, ένα μέρος της κινητικής μας ενέργειας μετατρέπεται σε ελαστική η οποία χρησιμοποιείται κατά την εκτίναξη που ακολουθεί.
Τα πράγματα νομίζω αγαπητοί φίλοι είναι πολύ πιο πολύπλοκα. Οι μηχανές που έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος είναι δύο ειδών. Οι θερμικές και οι ηλεκτρικές. Οι ζωντανοί οργανισμοί δεν κατατάσσονται ούτε στην πρώτη ούτε στη δεύτερη περίπτωση. Αν κατατασσόντουσαν στην πρώτη, τότε τα ψυχρόαιμα δεν θα είχαν τη δυνατότητα κίνησης λόγω πολύ χαμηλού συντελεστή απόδοσης. Ούτε βέβαια είναι ηλεκτρικές λόγω των πολύ χαμηλών ρευμάτων. Στους ζωντανούς οργανισμούς έχουμε μετατροπή της χημικής ενέργειας απευθείας σε κινητική, ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια που δεν μπορούσε να ερμηνεύσει όπως ομολόγησε ο μεγάλος Πριγκοζιν σε ομιλία του δύο χρόνια πριν το θάνατό του.
Διονύση, σε ευχαριστούμε, πολύ χρήσιμες οι πληροφορίες που μας έδωσες.