Добрый день уважаемые знатоки!

Предисловие.

Давеча на вело прогулке я с другом приехал к горе, которую в силу своего изнеможения я на своём аваланче осилить не смог, и я слез с велосипеда мы пошли в гору. Идем мы значит и беседуем! И тут я возьми и скажи, что "для полного счастья не хватало только его на себя закинуть и понести его в гору, тогда вообще после этого буду дома спать как убитый обессилевший", на что друг ответил "если ты его закинешь и понесешь на себе, ты затратишь меньше энергии, нежели ты будешь его в гору тащить".

Вопрос?! Кто затратит меньше энергии, тот кто толкает в гору или тот кто несет в гору велосипед.

Масса человека 80 кг, масса велосипеда (допустим) 15 кг. Высота подъема 50 метров. Длина подъема 300 метров. Асфальт сухой, немного грязный (пыльный). Подошва не скользкая, ровная.

https://www.dropbox.com/s/7x0re7sx7njcwlc/velosiped.png

Помогите разобраться пожалуйста?

(195) Чего?С какого ты эти силы складываешь?Они перпендикулярны, никак)))Теоретик ....

(197) Человеку, чтобы шагнуть, представь себе, нужно преодолевать свой вес. Хотя сила тяжести, представь себе, направлена перпендикулярно направлению движения.

(198) откройте для себя биомеханику.Вопрос не в плоскости школьной физики.

200

(200)

(198) Ага.А Луна постоянно падает на Землю.Может закончим постить банальные вещи?

Что проще: катить 200 кг штангу в гору или нести её на себе? Я думаю ответ очевиден : проще нанять пригаду грузчиков чтобы они дотащили её за тебя

Вангую такую ситуацию: усилия будут равнозначны(в теории) только до тех пор, пока угол подъема будет меньше 90 градусов.
Если чел начнет катить под углом 90 градусов, то нагрузка в силу земного притяжения будет такой же как и если бы он тащил велик. На тушку человека будут приходится все 15 кг желеного веса. НО тащить ему будет тяжелее, по скольку чтобы катить велик под углом 90 испытуемый должен идти по стенке:D Если у первого опора будет на ноги - самую сильную мышцу, то у второго вообще не пойми, на чем он будет стоять. Если только ботинки будут не на лепучках, тогда вся нагрузка жахнет на поясницу и он тупо сломается :D

(14) С точки зрения твоего друга, когда мы идем, трения скольжения скольжения нет. То есть идя по ровной поверхности с любым грузом человек совершает НУЛЕВУЮ работу.Вечный двигатель, ху..ле)))

(199) Замени в задаче человека на человекоподобного шагающего робота на сервоприводах и соленоидах, чтобы не прикрываться биомеханикой.

(206) Наоборот.Модельная задача должна быть такой: брусок на наклонной плоскости и связанная с ним тележка.Вот при условии нулевого коэффициента  трения скольжения и не нулевого коэффициента трения качения получаем результат приятеля(0).

подобную задачу может решить любой мужик с мозгами и бутылкой водки. Без научного обоснования.  При Петре первом российский флот не поднимали и переносили на плечах, а подкладывали бревна и катили, нармальный человек знает что проще под Шкаф положить кусок линолеума и катить , а  не кантовать. Примеров можно привести миллион. А доказывать очевидные гипотезы и превращать это в теоремы. Дело математиков и т.п. обычному человеку достаточно просто знания

(207) Я не знаю как надо мыслить, чтобы представлять себе ходьбу человека как скольжение бруска и всерьёз делать после такой аппроксимации какие-то выводы.

(209) ТС вместе с приятелем думаете другие аппроксимации используют?)))

(209) а вершина вашей аппроксимации:
>Если же тащить его на себе, то мышцы человека должны в каждый момент компенсировать все 15 кг веса(101).Да?

В общем тут школьная элементарщина на знание законов сохранения пытается решать задачу биомеханики ))).Хватит тупить то.Мужики с бутылкой водки и то знают: круглое катить)).

(211) Это ближе к реальности - для совершения движения принятого у людей способом нужно преодолевать свой вес и на это тратятся силы. И тем больше сил, чем больше веса.
Но это, безусловно, страшные тайны биомеханики, поэтому будем придерживаться бруска!!

(212) не-не. А вдруг у велосипеда колёса квадратные?

(212) Используй простейшего шагающего робота, у которого есть аккумулятор и две ноги, приводимые в действие сервоприводами.

Как по-твоему, раньше аккумулятор сядет у такого робота если он будет ногами туда-сюда, перенося свой вес, или если он выдвинет из мошонки колесо и начнет крутить его?

(213) Все это хорошо, но ТС хочет выкладок в школьной тетрадке.
"Компенсировать вес" к доказательству не приложить)).
А все  прочее сводится к брускам и тележкам в данной ветке))
(214) Тогда кантовать!

(215) Предствь себе, эту задачку успешно решили при проектировании Лунохода-1.Колесо выгоднее.Смотри также Curiosityна Марсе.

(216) Приложить вполне можно всё. Шаг состоит из двух этапов - выдвигаем ногу вперёд, потом подтягиваем всё тело вслед за ногой, опираясь на неё. При этом присутствует вертикальная составляющая прикладываемых сил, полностью зависимая от массы. Это можно посчитать на конкретных примерах рычагов-ног.

(217) Видать, зверски углубились в биомеханику, да?

*

а зачем тут биомеханика? Вы еще давайте скажите, что велосипед постоянно изменяет свою форму, а горака тоже постоянно изменяет свой уклон, коэффициент трения тоже разный на камнях и на земле-траве.

Что мешает свести задачу к школьной, записать проекции сил и выполнить расчет?

(221)А как ты сведешь ее к школьной?
Человек может потратить кучу энергии на другие вещи.
Приложение силы же не идеальное.
Например когда ты катишь велосипед рядом с собой, то вектор приложения силы скорее всего не будет равен вектору движения.

(216)Ну "компенсировать вес" это вполне понятная вещь.
Велосипед массой тридцать килограмм имеет вес 294нюьтона.
Вот собственно эта сила и воздействует на тебя, вектор приложения известен. Т.е для того чтобы просто удерживать велосипед нужно постоянно  выдавать такое усилие.

(222) Ну, в биомеханике тоже веть придется упрощать некоторые моменты, ибо всего не учесть. Но, для вполне годного ответа может вполне подойти и упрощение до задачи школьного типа. Ну хочется тебе больше параметров - ради бога учитывай и их, но обычно подобная погоня за точностью неочень продуктивна. Важно учесть лишь главные составляющие.
С другой стороны, ранее - я предлагал банально провести опыт )))
Что такое идеальное приложение силы? Вектор движения это траектория (если да, то траектория какой точки велика, и вдопустимо-ли рассматривать велик как просто колесо, которое тянут за ось)?

Так усталость не эквивалент потраченной энергии.

+(225) Но в принципе нести наверное тяжелее. Хотя от массы думаю зависит если велик легкий, то допускаю что нести будет легче чем катить. Тут масса условий вообщем то. Ровная ли дорога и т.д. Из приведенных условий нельзя сделать однозначного вывода.

(225) да, наверное, это не прямой эквивалент, но всёже в (0) речь скорее об усталости в следствии энергозатрат.

Хм, а кстати почему нельзя считать, что усталось есть эквивалент энергозатратам?

(227) усталось есть следствие энергозатрат веть. Т.е. сколько энергии затратили - столько и устали. Т.е. усталость есть мера энергозатратности.

(227) Элементарно, ботаник до конца марафона вообще не дотянет или кони двинет. А энергия нужна та же что спортсмену что ботанику. А если дотянет то два дня лежать будет.

+(229) Или еще четче пример. Боксер сдохнет на середине марафона, а марофонец добежит до конца. Разные группы мышц тренированны по разному, на разные нагрузки.

(228) усталость мышц - это количество молочной кислоты в них.

(229) нет, энергии требуется разное кол-во. На марафонах новички сильнее худеют, теряют больше воды и устают заметно больше - их техника менее эффективна. У него значительно чаще сердцебиение и дыхание. Даже банальное использование пульсомера для расчета сожженых калорий покажет, что ботаник сжег больше энергии для преодоления марафона чем спортсмен- марафонец. Марафонец, если не будет упираться, то несильно то и устанет (я знаю - сам бегаю марафоны иногда).

+(230) Есть еще спинтеры и стаеры. Энергия та же но спринтеру проще велик закинуть и вбежать по склону вертикально. А стаеру катить себе неспеша. Соотношения масс человека и велика, его тренированность.. определят что кому лучше. А физика тут не при делах.

(231) а тут разве нельзя построить соответствие вида: сжигаем больше энергии => больше молочки в мышцах => сильнее устаем ?

(232) Ну вот спасибо что напомнил... про внутреннюю энергию системы.

(233) физики всегда при делах )))

+(235) Энергия на подъем велика примерно одинакова. Хотя при качении она больше за счет потерь на трение.

(235) ну а какую еще энергию в этой задаче разумно рассматривать?

(236) Да это да просто условия не корректны - у задачи нет однозначного решения.

(237) что значит примерно одинакова? Кто тебе сказал? Расчет сделай сперва. Ты что правда считаешь, что если катить велик, то это сложнее чем его на себе нести?

(239) задача практическая, её легко решить на опыте. Попробуй велик на себе носить или катить его рукой. Даже можно ничего не считать. Ты быстро поймешь какое решение верное.

(238) Ну так в том то и дело... Про человека ничего не сказано... А по сути это самое важное.
(240) Сложнее? Это не физика и не биология)... У кого проблемы с координацией и мышечным корсетом - тем однозначно сложнее тащить на себе.
Короче об чем говорить все в конкретного человека упирается в массу велика и в расстояние...
(241) Нет. Уже сто раз объяснил почему.

(241) Что проще нести одежду на себе или волочь ее за собой?

Ладно мне в принципе все ясно - пора спать. Велик не втыкает.

(242) Считаешь, что  в (0) - у автора проблемы с координацией и мышечным корсетом? По моему очевидно, что рассматривается обыкновенный здоровый человек. Ты еще придумай, что типа человек на роликах будет )))

(243) зависит от силы трения между одеждой и поверхностью (по которой её волочишь). Пусть у нас такого трения почти нет, тогда волочить проще, ибо когда будешь идти в одежде, то сила трения между твоими ботинками и поверхностью будет больше.

Тема явно переходит в разряд пятничной)) Дотянем?Особенно радуют рассуждения в стиле приложения сил,проекции силы тяжести на линию подъема в зависимости от высоты центра тяжести, отсутствия работы при замкнутом пути,"компенсации веса",увеличения энергии  велосипедиста, если он ест сало или сахар)))Феерический праздник! Давайте еще!

(241)На опыте говоришь?
Современные велики делаются из довольно современных и очень легких материалов.
Поэтому не так уж сложно найти велик весом менее 10кг.
Энергии на перенос десяти килограмм я потрачу меньше, чем на качение велика таким весом.
Потому что в первом случае я буду просто идти, а во втором случае мне идти будет довольно неудобно, т.к велик под ногами мешаться будет, уже нормальный шаг не получится, в итоге на каждый шаг мне придется делать кучу лишних движений, т.е растрачивать энергию впустую.

(246)А в чем проблема? Все это нужно просчитывать чтобы посчитать расход энергии.
Человек офигенно сложный механизм, так что просто решить не получится.

(0) подниматься в гору легче, идя назад. проверено

(247) вел весит 15 килограмм. Это довольно тяжелый велик по современным меркам. Бежать и идти кача велик рукой за седло - ничего сложного и это особо не мешает.

(250)Откуда ты знаешь сколько весит велосипед из (0)?

Сила тяжести при переносе больше, чем сила трения качения, когда ты тащишь его в гору. (сила тяжести при этом распределяется на землю, а тебе лишь коэффициент трения качения достается)

Вообще задачка из школьного курса - надо только вектора силы построить и все станет сразу наглядно

(295)"Сила тяжести при переносе больше, чем сила трения качения,"  - вот это как раз спорный момент.
Почему ты решил что она больше?
Тут как раз надо знать вес велосипеда, и его характеристики, например сила трения во всех его узлах.
Не зная этого нельзя утверждать что сила тяжести больше, она может оказаться и меньше.

(251) Дык ты этот самый (0) прочитай.

(254) Ну у исправного велика их можно прикинуть приблизительно. А так да, можно параметры задачи сделать такими, что катить будет затратнее.

Силу трения в узлах не критичная, по опыту знаю, катался на велосипедах. Масса велосипеда не принципиальна, т.к. участвует в обоих формулах. Далее остается только построить векторы действующих сил и вычислить результатирующий вектор.

Вообще люди давно эту задачу уже решили, когда придумали колесо))).

facepalm.jpg

(0) Бойся своего друга за такие высказывания.

(257)При современных материалах снизить вес велосипеда до 1кг и менее вполне реально.
Сила трения существует между покрышкой и грунтом (зависит от типа покрышки и грунта), так же сила трения присутствует в подшипниках колес.

Так вот представь велосипед весом около 1кг сделанный из композитных материалов, ты катишь в гору по раскисшему глинистому грунту.
Что легче, где меньше сил уйдет? тащить его на спине, или пытаться катить по грунту?

В любом случае ты переносишь свой вес в гору, поэтому сколько ты весишь, не важно. Далее
Вес велосипеда - 15 кг * 9,8 М/с = 147Н
Сила трения качения = Коэффициент трения качения / радиус тела  * Прижимающую силу. Коэффициент  для резины-бетона что то типо 0,015 или 0,02м/0,4м * 147Н = 7,35Н

Но тут не совсем точно, это для прямого качения формула, для горки надо знать углы и рисовать векторы сил, но суть будет та же, т.к. в любом случае коэффициент трения кочения будет с увеличением градуса наклона стремиться к 1 но будет всегда меньше его.

(0)
Когда что-то несешь (или тупо держишь в руках), то постоянно совершаешь работу по подъему вверх тяжести.
Твоя ноша все время совершает небольшие колебательные движения и ты тратишь энергию, что бы поднять вверх. При колебании вниз ты эту энергию обратно не извлекаешь - она рассеивается.
Даже если ты несешь рюкзак, то при ходьбе ты стараешься свой центр тяжести удержать на одном уровне, но он все равно немного колеблется. На эти колебания уходит значительная часть энергии. Чем твой рюкзак тяжелее, тем затраты на компенсацию колебаний центра тяжести больше.

(261)Возьмем серийный велосипед Spin Light, массой 2,7кг.
И попробуем катить по раскисшей глине.
Твоя формула для расчета учитывает налипшую на колесо грязь?
А прилипание колеса к размокшему грунту?.
В твоей формуле даже нет ширины колеса. А от ширины колеса будет зависеть насколько колесо будет проваливаться в грунт.
Свойства грунта ты вообще не учитываешь.
А грунт может быть такой что колеса вообще из за грязи катится не будут.

(262) Да при чём тут колебания? Типа, если бы колебаний не было, не уставал бы?

Вопрос из разряда, почему у машины на неотбалансированных колесах расход на 2-3 литра бензина больше

(264) Если ты просто вытянешь руку вперед - то устаешь, потому что она немного колеблется. Когда она лежит на опоре - колебания минимальны

(266)Если ты вытянешь руку вперед то устанешь потому что под ней нет точки опоры. И для удержания ее в таком положении надо напрягать мышцы.
Если она будет лежать на опоре, руку можно расслабить, и не устанешь.

Насчет ходьбы - ну да колеблется.
Ну и что?
Тащишь ты рюкзак массой 10кг.
Начало шага(колебание вверх) - рюкзак весит около нуля.ъ
Конец шага(колебание вниз) - рюкзак весит в десять раз больше.
В итоге если все это суммировать - вес рюкзака одинаков.

(263) в условиях задачи четко указано, что нет там раскисшей грязи. Тем более, что считается, что если условия задачи не указаны дополнительно, то они стандартные. Так что для велосипеда сделанного из бумаги при ширине его колеса в 1,5км, где наиболее серьезным будет действие силы ветра.
Такие вещи понятны и даже не рассматриваются, рассматриваются обычные условия. Т.есть нет урагана, действие происходит в Солнечной системе, на планете Земля, велосипед такой себе среднестатистический, дороги ровные немецкого образца, солнечная радиация не превышает нормы, и пр.

З.ы Ширина колеса учитывается в коэффициенте.

(266) Пипец понимание вопроса. А за счёт чего, по-твоему, неколеблющаяся рука будет в воздухе держаться? Силой упругости футболки?

(267) Работу по подъему в верхнюю точку колебаний ты совершаешь, а обратно энгергию при падении в нижнюю точку ты не извлекаешь.
Иначе с такой логикой ты точно так же можешь подбрасывать что-то вверх и ловить, и говорить что никакой энергии не потратил

(269) Пипец у тебя в голове. С таким пониманием вопроса можешь спать стоя - ведь какая разница - ты же и так на опоре

(271) Забудь про опору. За счёт чего рука вообще в горизонтальном положении фиксируется? Без учёта микроколебаний, которые, как выяснилось в этой теме, мегамодная фишка православной науки, съедающая львиную долю энергии.

(272) Рука в горизонтальном положении не фиксируется никогда. Повесь на нее датчики и увидишь колебания

блин, вы все вел тащите? уже взяли бы попутку сто раз поймали по-бырому и на горе были...

(0)Интересно, сколько еще будут обсасывать эту тему?
Если рассматривать велосипед и человека как бруски металла, то энергия будет затрачена равная (смотрим закон сохранения энергии).
Если рассматривать человека как биологический объект, то затраты энергии будут зависеть от эффективности движений которые он будет делать.

(272) Там даже не микроколебания, а вполне себе видимые глазом колебания, соизмеримые пульсу, диханию и прочим циклам жизнедеятельности организма

(273) Пох на колебания, забудь про них пока, колебания двигают руку от горизонтальной оси на микрометры, это флуктуации. А само горизонтальное положение руки по-твоему за счёт чего осуществляется? Оно, по-твоему, никакой энергии не требует?

А где вариант, тот кто заедет на велосипеде в гору. Я за него проголосую...

(277) Никакой энергии не требуется. Ты путаешь силу, работу и энергию

если бы велик нести было легче, то не понятно зачем придумали колесо и телегу.

(279) чего вы спорите, когда вы держите руку/ногу, х** на весу и любое другое тело, вы прикладываете усилие обратное весу этого тела. Если это усилие уменьшиться, то тогда тело начнет перемещаться, т.есть потенциальная энергия начнет превращаться в кинетическую

(277) Вот эти флуктуации - это утечка энергии со временем. Чем больше времени пройдет, тем заметнее энергии потратится

Когда тело лежит на поверхности оно обладает потенциальной энергией, это кинетическая энергия уравновешенная силой упругости той поверхности на которой лежит тело.
Всем срочно в 7 класс))

(279)Т.е сила удерживающая руку возникает волшебным образом изниоткуда, и не требует никакой энергии?

(284) Да, с таким же успехом ты можешь повесить руку на веревку и сила натяжения веревки тоже возникнет ниоткуда, как и сила натяжения в твоих мышцах. Вися на крючке, энергия тратиться не будет. Затраты энергии - это, например, висящий грузик на веревке ничинает опускатся.

А вот твои мышцы все-таки начинают колебаться и у них уже заметные затраты энегрии в виде тепла

Сила натяжения веревки - это сила упругости, она не берется из неоткуда, она берется из связей атомов кристаллической решетки. Тело при это совершает работу, и отдает энергию, немного охлаждаясь.

(286) Нифигга не отдает, а накапливает в виде потенциальной энергии, как растянутая резинка

(287) Да, потенциальная энергия накапливается, но она не создает работы. Она же потенциальная)), тем более она условная.
При висении постоянно создается работа для противодействия силе тяжести, а любая работа это затраты энергии.

(285)Руку в вытянутом состоянии удерживает не веревка а мышца.
В расслабленном состоянии мышца растянута, и не может удержать руку.
Чтобы удержать руку нужна энергия, затрачивая энергию мышца сжимается и поднимает руку. Пока есть подача энергии мышца сжата и удерживает руку.
Прекратишь подавать энергию мышца расслабиться, растянется и рука повиснет вдоль тела.

(288) Если так рассматривать, то там постоянно идут колебания, работа и затраты и накопления энергии в обе стороны

(289) Кто сказал, что расслабленная мышца - это ее обычное состояние? Пробовал разжать руку у мертвого человека?

(291)Разницы между живым и не живым человеком не замечаешь?
У живого человека нормальноя состояние мышцы расслабленное.
А после смерти мышца лишается питания, и при охлаждении застывает в том положении в котором находилась.

(292) Возьми не нормального человека, а больного, с повышенным тонусом мышц (часто у младенцев). Или с расстройством нервно-двигательной системы. Их, бывает, так скрючивает.
Да даже у здорового человека для некоторых групп мышц нормальное состояние - сжатое. Иначе бы все ходили с отвисшими ртами, постоянно закрывающимеся глазами, итд.

(279) Я не путаю. Человек - не резиновая кукла, у которой ручки горизонтально висят сами, за счёт силы упругости резины. Человек любую нерасслабленную позу держит за счёт сокращения мышц. А сокращённая мышца - это постоянный динамический процесс, жрущий энергию. Близкой аналогией было бы, если бы руки горизонтально подвешивались на маленьких ракетах - ракета висит в воздухе, но постоянно жрёт топливо.

(293) То есть про тонус мышц ты никогда не слышал? С помощью местной анестезии, кстати, довольно легко добиться того, что челюсть будет болтаться открытой.

(291) Блин, и трупное окоченение для тебя открытие?