Futás során fellépő ütközések hatása a kinetikus energiára
Járáskor, futáskor lábunkkal ütemesen érintkezünk a talajjal, majd újból ellökjük magunk attól. Ütközéskor vagy a talpunk elülső részét tesszük le először vagy a sarkunkat. Megfigyelhető, hogy mezítláb inkább az előbbit alkalmazzuk, valamint rövidtávfutóknál is ez a domináns.
Dolgozatom során a futás jelenségét vizsgáltam. Talajhoz ütközéskor egy pillanatszerű esemény hatására energiaveszteség lép fel. A megfigyelés azt mondja, hogy attól függően, a talpunk mely része ér a talajhoz, valamint a lábszárunk épp milyen szögben áll, ez a veszteség más és más. A futás modellezésével képet kaphatunk arról, hogy milyen módon érdemes mozognunk, ha tudjuk, hogy minél több vagy minél kevesebb energiát szeretnénk leadni, tehát lassítani vagy energiahatékonyan haladni szeretnénk.
Többféleképp is kiszámítható az ütközés utáni sebességállapot vagy perdületmegmaradást felírva, vagy vetítési mátrix használatával. Hogy megismerjem mindkét módszer működését, először egy, ezután több rúdból álló rendszereken alkalmaztam őket. Később csak a vetítési mátrixszal dolgoztam.
Először az irodalomban elért eredményeket ismertetem, illetve magam is levezetem őket összehasonlításképp. A mechanikai modellek két, egymással mereven kapcsolt rúdtól, amely csak a lábfejet és a lábszárat tartalmazza, egy összetettebb lábmodellig terjednek, ami a három, egymáshoz csuklósan kapcsolt, a végén az ember tömegét tartalmazó modellt jelenti.
Mivel futáskor nem csupán egyszer ütközik a lábunk a talajjal- például az előláb talajfogását sok esetben sarokütés követi-, ezért ennek hatásával is foglalkoztam. Ezt a kérdést még nem vizsgálták az általam tanulmányozott szakirodalmakban. A vizsgálatok során kiderült, hogy a lábszár szöge is nagyban befolyásolja az elveszett energia értékét. A kapott eredmények helyességét arról, hogy mikor mennyi energiát veszítünk, mérési eredmények kiértékelésével igazoltam.
[1] Daniel E. Lieberman, Madhusudhan Venkadesan, William A. Werbel, Adam I. Daoud, Susan D'Andrea, Irene S. Davis, Robert Ojiambo Mang'Eni, Yannis Pitsiladis: Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners, Nature, 531--536, 2010. jan. 28., Vol 463
[2] József Kövecses, László L. Kovács: Foot impact in different modes of running: mechanisms and energy transfer, Department of Mechanical Engineering and Centre fot Intelligent Machines, McGill University, Montreal, Quebec, Canada
szerző
-
Patkó Dóra
Ipari termék- és formatervezői alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Zelei Ambrus
Tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék
