[Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Rikkie

Ik zou graag zo nauwkeurig mogelijk willen berekenen hoe veel energie het kost om:

1) In de eenvoudigste vorm Touwtje te Springen. Daarbij denk ik aan een tweevoetige afzet, met een maximale hoogte'winst' van 3 centimeter. Uitgevoerd door een persoon van 1,80 meter lengte en een gezicht van 75 kg. De frequentie van springen is 100 sprongen per 30 seconden / halve minuut.

2) Dezelfde persoon, maar nu 'hardlopend op de plaats', waarbij er geen hoogte'winst' is, aangezien het bovenlichaam zo goed als stabiel blijft. De persoon maakt gebruik van de techniek die in bijvoorbeeld Atletiek 'Tripling' heet. Deze techniek wordt ook gedaan door American Football-players en volleybalspelers. Het aantal gemaakte stappen per halve minuut bedraagt 300.

Ik ben heel, HEEL benieuwd naar jullie input.

Miels

Dit onderwerp past beter in het huiswerkforum en is daarom verplaatst.

Vladimir Lenin

Waarom plaats je dit topic hier

Bovendien is dat nogal moeilijk theoretisch te berekenen, je moet weten dat je lichaam dan wel een zeer geoptimaliseerde machine mag zijn, de methode met het meeste rendement zit zeker niet in ons lichaam ingebouwd. Tenzij je enkel wil gaan rekenen met de theoretisch nodige energie zou ik gewoon een test doen, op eventuele proefkonijnen.

Rikkie

Sorry dat ik zo maar de vraag in ene verkeerde plaats gezet heb. Ik heb met inderdaad niet genoeg verdiept in het systeem.

Wat betreft de opmerking van Vladimir ("Tenzij je enkel wil gaan rekenen met de theoretisch nodige energie"): Ja! Dat is exact wat ik wil.

Volgens mij moet het mogelijk zijn om dit theoretisch allemaal te berekenen op basis van aangenomen constanten. Alleen is mijn wiskundige en natuurkundige kennis te gering om dit te kunnen doen.

Ik ben daarom heel benieuwd naar de reacties en input.

Vladimir Lenin

Nou misschien zou je dan kunnen gaan experimenteren, met de potentiële energie.

Met theoretisch bedoel ik, hoveel energie je nodig hebt om een object van 75kg 3 cm op te tillen

\(E_{pot.}=mgh\)

Jan van de Velde

Sterker, de theoretisch (natuurkundig) nodige energie is 0. Er wordt geen (natuurkundige) arbeid verricht. Je zou de hele zaak in een weerstandsloze omgeving door een wrijvingsloos systeem van staven en veren kunnen laten verrichten, eenmaal gestart nooit meer stoppend. Een perpetuum mobile. Beide bewegingen.

Thonan

Je zou de methode van Vladimir Lenin kunnen gebruiken om een idee te krijgen.

Voor touwtje springen (1 sprong):

\(E_{pot} = mgh = (75)(10)(0.03) = 22.5 J\)

Gegeven 100 sprongen / 30 sec dus 3.33 sprongen / sec

Het benodigde vermogen zou dan zijn:

\(P = 22.5 [J/sprong] \cdot 3.33 [sprong/s] = 75 W\)

Tripling:

Ga er vanuit dat de benen van de grond moeten komen en pas hetzelfde toe. Ik verzin hier maar een paar getallen:

massa been = 7.5 kg

hoogte geheven been = 10 cm

dan:

Voor 1 beenheffing:

\(E_{pot} = mgh = (7,5)(10)(0.10) = 7.5 J\)

300 per 30 seconden, dus 10 per seconde

Het benodigde vermogen zou dan zijn:

\(P = 7.5 [J/beenheffing] \cdot 10 [beenheffingen/s] = 75 W\)

Kortom, het maakt niet uit welke oefening je doet, het kost evenveel energie

. Dit is natuurlijk maar een aanzet en bevat allerlei aannames, maar misschien geeft het je een beetje inzicht.

Rikkie

Goedemorgen Thonan!

Dit is een geweldig 'wakker worden'.

Als ik jouw gegevens verder doorredeneer, dan mag ik volgens mij rustig stellen dat ik naast de actie ook een reactie mag rekenen. Immers: 'What goes up, must come down.'. En als ik niet deze neergaande kracht zou afstoppen, dan zou ik door de grond gaan.

Dus mag ik toch aannemen dat mijn spieren excentrisch contraheren om de snelheid van het lichaam weer tot 0 te reduceren alvorens kracht te kunnen leveren om weer omhoog te kunnen gaan.

Klopt deze redenatie? En zou ik dan dus voor beide bewegingen met de reeds gedane aannames mogen stellen dat het 150W kost?

Overdruk

Touwtjes springen is wel niet alleen omhoogspringen, het is ook met de armen bewegen om het touw boven en onder je lichaam te krijgen. Dus m.a.w. je verbruikt zelfs nog meer energie daardoor, hehe.

Sterker, de theoretisch (natuurkundig) nodige energie is 0. Er wordt geen (natuurkundige) arbeid verricht. (...)

Dit begrijp ik toch niet zo goed. De benen voeren toch een kracht uit op de grond waardoor je naarboven springt ?

Is er dan geen sprake van negatieve arbeid ? (De verplaatsing is tegengesteld aan de kracht.)

Overdruk

Rikkie schreef:Dus mag ik toch aannemen dat mijn spieren excentrisch contraheren om de snelheid van het lichaam weer tot 0 te reduceren alvorens kracht te kunnen leveren om weer omhoog te kunnen gaan.

Klopt deze redenatie?

Ehm... Volgens mij als je terug neerkomt op de grond, ondervindt je lichaam weer de normaalkracht die op dat moment gewoon even groot is als je gewicht(indien je op een horizontaal vlak staat) en daardoor zak je niet door de grond, omdat de resulterende kracht op dat moment 0 is. De reden dat je dus niet door de grond zakt, heeft volgens mij helemaal niets met de spieren te maken.

Thonan

Overdruk schreef:Dit begrijp ik toch niet zo goed. De benen voeren toch een kracht uit op de grond waardoor je naarboven springt ?

Is er dan geen sprake van negatieve arbeid ? (De verplaatsing is tegengesteld aan de kracht.)

Jan bedoelde dat als je eenmaal energie levert om te springen en dus potentiele energie krijgt, deze weer omgezet wordt in kinetische energie.

\(E_{pot}=mgh \rightarrow E_{kin}=\frac{1}{2} m v^2\)

Het volgende is dan belangrijk: als je benen als een veer zouden werken en als er verder geen wrijving of ander energieverlies is, dan wordt de kinetische energie weer omgezet naar potentiele energie etc etc.

Dus mag ik toch aannemen dat mijn spieren excentrisch contraheren om de snelheid van het lichaam weer tot 0 te reduceren alvorens kracht te kunnen leveren om weer omhoog te kunnen gaan.

Hier heb je wel een punt ja. Mijn eerste aanzet was de meest eenvoudige waarbij ik er vanuit ging dat er alleen energie gelevert moest worden om omhoog te komen en deze energie volledig verloren was gegaan als je weer was neergekomen. Je kan het uitbreiden door bijvoorbeeld de beweging van de armen mee te nemen, zoals Overdruk suggereerde. Daarnaast zijn er verschillende manieren om te landen. Je kan met je benen gestrekt landen, maar ook zoals jij aangaf met licht gebogen knieen en de landing 'afremmen'. Hoeveel energie dat precies kost? Geen idee, maar je kan een afschatting maken.

Vladimir Lenin

Dat is natuurlijk allemaal waar, maar bevat nog allerlei fouten:

- Je spieren hebben geen 100% rendement, ik weet niet het precieze rendement, maar het zou me verbazen als het meer dan 70% is

- De wrijving van de lucht met je lichaam is hier buiten beschouwing gelaten

- Het kost ook energie op je hersenen de opdrachten te geven

- Sommige spieren werken op hetzelfde moment tegen elkaar in.

- Je springt toch ook niet altijd recht omhoog, je hoek wijkt altijd een beetje af

[muggeziftmodus]

-De formule van

\(E_{pot.}\)

is, hoewel ik hem zelf gegeven heb niet helemaal correct: de g wordt immers een miniscuul beetje kleiner als je je verder verwijdert van de aarde.

-De massa van je lichaam neemt een beetje toe: relativiteitstheorie

[/muggeziftmodus]

-...

Thonan

Vladimir Lenin schreef:[muggeziftmodus]

-De formule van
\(E_{pot.}\)
is, hoewel ik hem zelf gegeven heb niet helemaal correct: de g wordt immers een miniscuul beetje kleiner als je je verder verwijdert van de aarde.

-De massa van je lichaam neemt een beetje toe: relativiteitstheorie

[/muggeziftmodus]

-...

Deze vond ik wel leuk, maar reken maar eens uit hoe groot dat effect is als je een paar cm de lucht in springt.

Vladimir Lenin

[muggeziftmodus]

nou als ik het een schat, moet het op zo'n

\(10^{-30}J\)

komen

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

[Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling

Re: [Natuurkunde] Berekenen energieverbruik touwtje springen en tripling