Почему устает неподвижная рука?

[mask-13.livejournal.com]

Меня давно мучает такой вопрос:
Если взять тяжелый предмет и держать его на вытянутой руке (так чтобы рука была параллельна полу), то рука через некоторое время устанет. Почему она устает? Ведь рука неподвижна, а значит, не совершает работы и не тратит энергии.

Upd. Поясню, что конкретно мне непонятно.
Да, на руку действует сила тяжести, и мышцы прикладывают равную силу в обратном направлении, чтоыб рука не упала. Как посчитать энергетические затраты?
Нужно силу умножить на пройденный рукой путь:

A = F*s

s = 0 , т.к. рука неподвижна. Следовательно и A = 0 Дж;

Аналогично, развиваемая моей рукой мощность равна 0:

P = mg * 0 км/ч = 0

Так почему рука устает, если энергия не тратится?

Comments

[l-havelock.livejournal.com]

Потому что рука преодолевает силу притяжения, которая тянет её к полу. Для уравновешивания этой силы нужна такая же. Третий закон Ньютона.

[mask-13.livejournal.com]

Работа силы равна силе умноженной на пройденный путь:

A = F*s

s = 0 м, а значит А = 0 Дж.

[spax555.livejournal.com]

Рука неподвижна, но трицепс при нагрузке, вот мышца и устает.

[flat-hedgehog.livejournal.com]

Трицепс, это если вниз головой. Плечевые ващет.

[volho.livejournal.com]

совершает она работу - преодолевает земное притяжение
ваш кэп )

[besuhoff.livejournal.com]

в потенциальном поле работа по замкнутому контуру равна нулю. это можно считать тривиальным случаем такой работы.

[art-kom.livejournal.com]

Рука не есть некое литое изделие. Состоит из костей, суставов, мышц. Когда держишь вытянутой руку, тем более с предметом напрягается определенная группа мышц, т.е. мозг дает команду мышцам на сокращение, затрачивается энергия. Вот они и устают...

[5trovi4.livejournal.com]

ляжь на лавку и свесь руку с предметом вниз, перпендикулярно полу. рука перестанет уставать опять же не делая никакой работы. Это магийа!

[plumbumz.livejournal.com]

погуглите изометрия
рука имеет свой вес, который нужно уденрживать параллельно поллу

[bar-do.livejournal.com]

а распределяемая от этого предмета нагрузка и собственный вес руки божественным промыслом исчезают?

[sublieutenant.livejournal.com]

В этом случае нагрузка не динамическая, а статичная. Чтобы удерживать тело в вертикальном положении тоже надо применять силу.

[gouen.livejournal.com]

Как минимум рука не неподвижна - микроколебания вверх-вниз сумарно создают эту работу.

P.S. в половине комментов почему-то отождествляется работа в её "обыденном" понимании с физическим термином.

[mask-13.livejournal.com]

т.е. если добиться того, чтобы рука не тряслась, можно держать ее неподвижно сколь угодно долго?

[d-v-temnote.livejournal.com]

че-то сегодня школота поперла, али мне кажется?
ну вопросы точно на этом уровне.

[besuhoff.livejournal.com]

не помню, чтобы про такое в школе рассказывали.

[radolini.livejournal.com]

Как-то все приняли за аксиому, что руке, чтобы устать, нужно совершать работу...

[follen-engell.livejournal.com]

Усталость есть понятие не механическое, а биологическое - пережимаются капилляры и сосуды, растягиваются сухожилия, напрягаются мышцы руки и корпуса (т.к. смещение центра тяжести требует дополнительных затрат на стабилизацию положения тела). Проще говоря, тело подает сигналы о наличии дискомфорта.

[eterevsky.livejournal.com]

То есть вы имеете в виду, что рука устаёт, но энергия не тратится?

[shuster.livejournal.com]

Не такой простой вопрос, как всем кажется на первый взгляд :)

Я бы дал такое объяснение: предположим, что вместо мышцы у нас гидроцилиндр. Закачал рабочую жидкость, поршень выдвинулся, удерживает руку. В идеальном случае дальше энергию тратить не нужно, система статична и стабильна. Но наш гипотетический гидроцилиндр не идеален - рабочая жидкость вытекает, поршень постепенно возвращается на место. Чтобы рука не опустилась, нужно постоянно подкачивать рабочую жидкость под давлением - и на это затрачивать энергию.

С мышцей примерно та же картина. В основе сокращения мышечного волокна лежит химический процесс и лишь какая-то часть энергии тратится непосредственно на сокращение (механическую работу). Граздо бОльшая часть расходуется на выделение тепла. Чтобы мышца оставалась в сокращенном состоянии нужно постоянно затрачивать энергию, которая будет в основном тратиться на нагрев и отводиться в окружающую среду.

Так что ответ - в основном потому, что КПД мышцы значительно менее 100% (согласно википедии - 50%)

[chlorian.livejournal.com]

Вот это совершенно верно. энергия уходит не в механическую работу, а в нагрев мышц, и ее несложно измерить, но сложно расчитать - механика не даст ответа.

[mevamevo.livejournal.com]

Даже в совершенно неподвижном теле постоянно расходуется энергия. Львиная её доля уходит на поддержание различной концентрации некоторых "основных" ионов (калий, натрий, кальций, хлор) внутри каждой клетки организма и за её мембраной. Для этого существуют специальные ионные насосы - даже в покое они постоянно перекачивают ионы против осмоса и диффузии: одни ионы идут в клетку, другие - из клетки, на что и уходит энергия.

Распространение нервного импульса и уж тем более мышечное сокращение - это процессы, связанные с ещё более активной "прокачкой" различных ионов через клеточную мембрану. Так что энергия расходуется именно на "разгон ионов". Когда энергетический материал в тканях начинает истощаться, это субъективно воспринимается как усталось.

К слову, в подавляющем большинстве случаев статическая нагрузка является даже более утомительной, чем динамическая (то есть, проще поднимать и опускать груз, чем постоянно держать его на одном уровне). Это связано с тем, что при динамической нагрузке различные группы мышц работают попеременно, к тому же, при постоянных "больших" сокращениях улучшается кровоснабжение и, следовательно, улучшается доставка как кислорода, так и питательных веществ к каждой отдельной клетке. При статической нагрузке мышцы (как агонисты, так и антагонисты) находятся в "спёртом" состоянии, что усложняет метаболизм и усугубляет утомление.

[bosco.livejournal.com]

Если взять гирю, но не поднимать её, а просто держать, опустив руку (статическая нагрузка), на развитие мышц это сможет влиять? Ну, как некое упражнение.

[zeus-x.livejournal.com]

Переходите от школьной физики к сопромату. Простейшая задача с балкой у который один конец защемленный, а второй свободен.

[roquefort-tln.livejournal.com]

и где там совершается работа с точки зрения сопромата?

[tumbochka.livejournal.com]

Микродвижения вверх-вниз. Если ту же руку подпереть подпоркой, то уставать она будет гораздо меньше.

[rm-chik.livejournal.com]

рука с мышцами в данном случае - рычаг.
груз на конце рычага создаёт крутаящий момент равный весу груза (помним, что вес есть сила), умноженному на длину руки. соответственно мышщы должны развивать такой же момент, чтоб обеспечивать неподвижность. причем плечо у мышц меньше (там все сложнее, несколько же мышц работают, но суть от этого не меняется)

[hapchu.livejournal.com]

И какое все это имеет отношение к работе? Вы вопрос-то перечитайте еще раз и подумайте.

[flat-hedgehog.livejournal.com]

Возьмем электродвигатель, если на обмотки подать напряжение, но уравновесить вращение ротора противодействующей силой, работа совершаться не будет, но энергия будет расходоваться на нагрев. На поддержание равновесия противодействующих сил расходуется энергия. Скоро сюда придут физики-энциклопедисты и всё разложат по полочкам.

[potan.livejournal.com]

А если сделать обмотки из сверхпроводника?

[toothedgoo.livejournal.com]

Дофига работы совершает напряженная мышца, даже с механической точки зрения. Она состоит из отдельных волокон, каждое волокно работает в двоичной системе, выстрелило-не выстрелило, а сила сокращения управляется за счет количества действующих волокон и частоты их стрельбы. Легче всего эту деятельность напряженной мышцы услышать у челюстной мышцы, как гул, если ее напрячь.

[chlorian.livejournal.com]

Любил у нас препод вгонять троечников в задумчивость вопросами: какая работа совершается вертолетом при поднятии бревна на высоту 30 м? Ну, это легко каждый вычисляет. А теперь просто при зависании с этим бревном на этой высоте в течение часа? Что, ноль? А чего тогда жрет керосин, как бегемот веники? Не ноль? А сколько, и почему о работе перестанем говорить, если вертолет заменить столбом, если результат тот же?

[forcomments76.livejournal.com]

Вот-вот. То ж хотел про вертолет написать. :-) Хотя меня этот вопрос (про руку) со школы волнует, но ответа я на него не знаю.

[chva.livejournal.com]

Рука удерживается с грузом = мышцы находятся в напряженном состоянии = расходуется АТФ, а это и означает усталость.

Приведу аналогию — цилиндр, в котором кипит жидкость, давление пара держит поршень с грузом. Держать будет пока мы подкидываем дрова и есть вода, хотя перемещения груза нет, а энергии израсходовалась куча.

Таким образом, хотя работы в нашем случае не совершилось, но энергия потратилась. В вашем вопросе вы исходите их ложного допущения что отсутствие работы равно отсутствию потраченной энергии. См. выше про работу при перемещении по замкнутому контуру (когда работа равна нулю, но энергия тратится).

[bioplant.livejournal.com]

биологическая усталость не равна затрате физической энергии

[garkusha.livejournal.com]

Вытянутая рука вместе с гирей, поскольку ей есть куда падать, обладает потенциальной энергией
(Любая физическая система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией)
Чтобы эта энергия не перешла, например, в работу и ещё дальше по цепочке, нужно уравновесить её такой же энергией, генерируемой силой упругости не важно чего.

потенциальная энергия U=mgh
m - это масса руки вместе с гирей поделённая пополам, поскольку один конец закреплён.
h - длина руки
значит, сила прикладываемая к другому концу должна быть равна mg, но вся засада, что конец не тот, и
тут уже начинаются медицинские тонкости, которых я не знаю и расчитывается она из момента с накладкой КПД мышц.

[sanitareugen.livejournal.com]

Если бы Ваша рука была бы неподвижна - Вы бы действительно не совершали работу и не уставали бы. Но это возможно, если Ваша рука лежит на подпирающей поверхности.
Если же Вы держите груз на весу - он отклоняется, как под действием разности силы руки и силы тяжести, так и под действием каких-то внешних сил. Вы его вынуждены возвращать на место. Фактически работает регулятор, поддерживающий в среднем заданное положение руки. А, как говорил Иван Вышнеградский, ещё в свою бытность великим инженером, а не посредственным министром Российской Империи, "Нет регулятора без колебания".
В результате рука совершает высокочастотные движения возле заданного положения, и хотя амплитуда их мала, всё же при подъёме руки, опустившейся ниже желаемого, работа совершается, тогда как выделяющаяся при движении вних энергия организмом использована быть не может, и превращается в тепло.

[potan.livejournal.com]

А если я повис на турнике - где там регулятор?

[glenn-witcher.livejournal.com]

И никто про типы мышц не вспомнил.
В руках нет гладкой мускулатуры. Зато есть поперечно-полосатая. Она к длительным нагрузкам не сильно приспособлена.

[keatis.livejournal.com]

Вопрос не приобретет новый смысл, если гирю вы будете держать сфинктером.