Прыжки - Jumping

Косуля экспонирования прыжков локомоция, Ваттенмеер Национальных парков

Прыжки или прыгать являются одной из форм локомоции или движений , в котором организм или неживой (например, роботизированная ) механическая сама система продвигает через воздух вдоль баллистической траектории. Прыжки можно отличить от бега, галопа и других аллюров, при которых все тело временно находится в воздухе, по относительно большой продолжительности воздушной фазы и большому углу начального старта.

Некоторые животные, такие как кенгуру , трудоустроить прыжки (обычно называемый прыжковой в данном случае) в качестве своей основной формы локомоции , в то время как другие, такие как лягушки, использовать его только как средство , чтобы избежать хищников. Прыжки также являются ключевой особенностью различных занятий и видов спорта, включая прыжки в длину , высоту и конкур .

Физика

Прыгающий дельфин афалина

Все прыжки включают приложение силы к подложке, которая, в свою очередь, создает реактивную силу, которая отталкивает перемычку от подложки. Любое твердое тело или жидкость, способная создавать противодействующую силу, может служить субстратом, включая грунт или воду. Примеры последних включают дельфинов, выполняющих передвижные прыжки, и индийских лягушек-бегунов, выполняющих прыжки с места из воды.

Прыгающие организмы редко подвергаются значительным аэродинамическим силам, и, как следствие, их прыжки подчиняются основным физическим законам баллистических траекторий . Следовательно, хотя птица может прыгнуть в воздух, чтобы начать полет , никакое движение, которое она совершает в воздухе, считается прыжком, поскольку начальные условия прыжка больше не определяют траекторию полета.

После момента запуска (т. Е. При первоначальной потере контакта с подложкой) перемычка пересечет параболический путь. Угол запуска и начальная скорость запуска определяют расстояние, продолжительность и высоту прыжка. Максимально возможное расстояние по горизонтали достигается при угле запуска 45 градусов, но любой угол запуска от 35 до 55 градусов приведет к девяносто процентам максимально возможного расстояния.

Сплит прыжок выполняется с помощью акробатического танца . Это один из нескольких видов прыжков, используемых в танце.
Собака прыгает из неподвижного положения

Мышцы (или другие исполнительные механизмы в неживых системах) выполняют физическую работу, добавляя кинетическую энергию телу прыгуна в течение двигательной фазы прыжка. В результате кинетическая энергия при запуске пропорциональна квадрату скорости прыгуна. Чем больше работают мышцы, тем больше скорость старта и, следовательно, больше ускорение и короче временной интервал двигательной фазы прыжка.

Механическая мощность (работа в единицу времени) и расстояние, на которое эта сила применяется (например, длина ноги), являются ключевыми факторами, определяющими расстояние и высоту прыжка. В результате у многих прыгающих животных длинные ноги и мышцы, оптимизированные для максимальной мощности в соответствии с соотношением силы и скорости мышц . Однако максимальная мощность мышц ограничена. Чтобы обойти это ограничение, многие прыгающие виды медленно предварительно растягивают эластичные элементы, такие как сухожилия или аподемы , чтобы сохранить работу в виде энергии деформации. Такие эластичные элементы могут выделять энергию с гораздо большей скоростью (большей мощностью), чем эквивалентная мышечная масса, таким образом увеличивая энергию запуска до уровней, превышающих то, на что способны одни мышцы.

Прыгун может быть как неподвижным, так и движущимся при совершении прыжка. При прыжке с места (например, прыжок с места ) вся работа, необходимая для ускорения тела посредством запуска, выполняется за одно движение. При прыжке с места или с разбега прыгун вводит дополнительную вертикальную скорость при запуске, сохраняя при этом как можно больше горизонтального импульса. В отличие от стационарных прыжков, в которых кинетическая энергия прыгуна при запуске возникает исключительно за счет движения прыжка, движущиеся прыжки имеют более высокую энергию, которая является результатом включения горизонтальной скорости, предшествующей прыжку. Следовательно, прыгуны могут прыгать на большие расстояния, начиная с бега.

Анатомия

Bullfrog скелет, показывая удлиненные кости конечностей и дополнительные суставы. Красные отметки указывают на то, что у лягушек кости существенно удлинились, а суставы стали подвижными. Синий цвет указывает на то, что суставы и кости не изменились или имеют лишь несколько удлиненную форму.

Животные используют самые разные анатомические приспособления для прыжков. Эти адаптации касаются исключительно запуска, так как любой последующий метод увеличения дальности или управления прыжком должен использовать аэродинамические силы и, таким образом, считается планированием или парашютным спортом .

Водные виды редко проявляют какую-либо особую специализацию в прыжках. Те, кто хорошо прыгают, обычно в первую очередь приспособлены к скорости и выполняют подвижные прыжки, просто плывя к поверхности с высокой скоростью. Некоторые преимущественно водные виды, которые могут прыгать на суше, например шкиперы по грязи , делают это путем взмахивания хвоста.

Морфология конечностей

У наземных животных основной движущей силой являются ноги, хотя некоторые виды используют свои хвосты. Типичные характеристики прыгающих видов включают длинные ноги, большие мышцы ног и дополнительные элементы конечностей.

Длинные ноги увеличивают время и расстояние, на которое прыгающее животное может толкаться о субстрат, что обеспечивает большую мощность и более быстрые и дальние прыжки. Большие мышцы ног могут создавать большую силу, что приводит к улучшенным характеристикам прыжков. В дополнение к удлиненным элементам ног, у многих прыгающих животных есть модифицированные кости стопы и лодыжки, которые удлиняются и имеют дополнительные суставы, эффективно добавляя больше сегментов к конечности и даже больше.

Лягушки - отличный пример всех трех тенденций: лягушачьи лапы могут быть почти вдвое длиннее тела, мышцы ног могут составлять до двадцати процентов веса тела, и они не только удлинили ступню, голень и бедро, но и увеличили лодыжку. кости в другой сустав конечности и аналогичным образом растянули бедренные кости и приобрели подвижность в крестце для второго «дополнительного сустава». В результате лягушки - бесспорные чемпионы по прыгунам среди позвоночных, прыгающие на пятьдесят длин тела на расстояние более восьми футов.

Усиление мощности за счет накопленной энергии

Кузнечики используют запасы упругой энергии для увеличения дистанции прыжка. Хотя выходная мощность является основным фактором, определяющим расстояние прыжка (как отмечалось выше), физиологические ограничения ограничивают мощность мышц примерно до 375 Вт на килограмм мышц. Чтобы преодолеть это ограничение, кузнечики закрепляют свои ноги с помощью внутреннего «механизма захвата», в то время как их мышцы растягивают эластичную аподему (похожую на сухожилие позвоночного ). Когда ловушка отпускается, аподема быстро высвобождает свою энергию. Поскольку аподема высвобождает энергию быстрее, чем мышца, ее выходная мощность превышает мощность мышцы, производящей энергию.

Два мотоцикла прыгают в машину на загородной ярмарке, Англия

Это аналогично тому, как человек бросает стрелу рукой, а не использует лук; использование эластичного накопителя (дужки) позволяет мышцам работать ближе к изометрической кривой силы-скорости . Это позволяет мышцам работать в течение более длительного времени и, таким образом, производить больше энергии, чем они могли бы в противном случае, в то время как эластичный элемент высвобождается, который работает быстрее, чем мышцы. Использование эластичного накопителя энергии было обнаружено у прыгающих млекопитающих, а также у лягушек, при этом соразмерное увеличение силы в два-семь раз превышает эквивалентную мышечную массу.

Классификация

Один из способов классифицировать прыжки - по способу передачи стопы. В этой системе классификации выделяют пять основных форм прыжков:

  • Прыжок - прыжок и приземление на две ноги
  • Хоп - прыжок с одной ноги и приземление на одну ногу
  • Прыжок - прыжок с одной ноги и приземление на другую ногу
  • Ассембле - прыжок с одной ноги и приземление на две.
  • Сиссон - прыжок с двух ног и приземление на одну ногу

Leaping походка, которые отличны от запуска походки (см Locomotion ), включает в себя галоп , скачут и pronging .

Устройства и методы увеличения роста

Человек прыгает на батуте

Высота прыжка может быть увеличена с помощью батута или путем преобразования горизонтальной скорости в вертикальную с помощью такого устройства, как полутрубка .

Чтобы увеличить высоту прыжка спортсмена в вертикальном положении, можно использовать различные упражнения. Одна из категорий таких упражнений - плиометрика - использует повторение отдельных прыжков для увеличения скорости, ловкости и силы.

Исследования показали, что более физически активные дети демонстрируют более искусные прыжки (наряду с другими базовыми двигательными навыками).

Также отмечается, что прыжковое развитие у детей напрямую связано с возрастом. По мере взросления детей видно, что их прыжковые способности во всех формах также увеличиваются. Прыжковое развитие легче определить у детей, чем у взрослых, поскольку в более молодом возрасте меньше физических различий. Взрослые одного возраста могут сильно различаться с точки зрения физической подготовки и атлетизма, что затрудняет понимание того, как возраст влияет на способность к прыжкам.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки