Прыжки

Прыжок или прыжок — это форма передвижения или движения, при которой организм или неживая (например, роботизированная ) механическая система движется по воздуху по баллистической траектории. Прыжки можно отличить от бега, галопа и других видов походки, при которых все тело временно находится в воздухе, по относительно большой продолжительности фазы полета и большому углу начального старта.

Некоторые животные, такие как кенгуру , используют прыжки (в данном случае обычно называемые прыжками ) в качестве основной формы передвижения , в то время как другие, такие как лягушки , используют их только как средство спасения от хищников. Прыжки также являются ключевой особенностью различных видов деятельности и видов спорта, включая прыжки в длину , прыжки в высоту и конкур .

Физика

Прыгающая морская форель

Любой прыжок предполагает приложение силы к подложке, которая, в свою очередь, создает реактивную силу, которая отталкивает перемычку от подложки. Субстратом может служить любое твердое тело или жидкость, способные создавать противодействующую силу, включая землю или воду. Примеры последних включают дельфинов, совершающих прыжки в движении, и индийских лягушек-прыгунов, совершающих прыжки с места из воды.

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

После момента старта (т. е. первоначальной потери контакта с подложкой) прыгун пройдет по параболической траектории. Угол запуска и начальная скорость запуска определяют расстояние, продолжительность и высоту прыжка. Максимально возможное горизонтальное расстояние полета снаряда достигается при угле запуска 45 °, но любой угол запуска от 35 ° до 55 ° приведет к девяносто процентам максимально возможного расстояния. Однако угол прыжка для людей, который максимизирует пройденное горизонтальное расстояние, ниже и составляет ~ 23–26 ° (см. Раздел «Механика прыжков в длину с места» ниже).

Прыжок в шпагат, выполняемый танцором акро . Это один из нескольких типов прыжков, встречающихся в танце.

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

Механическая мощность (работа в единицу времени) и расстояние, на котором эта мощность применяется (например, длина ноги), являются ключевыми факторами, определяющими расстояние и высоту прыжка. В результате многие прыгающие животные имеют длинные ноги и мышцы, оптимизированные для максимальной мощности в соответствии с соотношением силы и скорости мышц . Однако максимальная выходная мощность мышц ограничена. Чтобы обойти это ограничение, многие прыгающие виды медленно предварительно растягивают упругие элементы, такие как сухожилия или аподемы , чтобы сохранить работу в виде энергии напряжения. Такие эластичные элементы могут высвобождать энергию с гораздо большей скоростью (более высокой мощностью), чем эквивалентная мышечная масса, тем самым увеличивая энергию запуска до уровней, превышающих возможности одних только мышц.

В начале прыжка прыгун может находиться как в неподвижном состоянии, так и в движении. При прыжке из положения (т. е. прыжке с места ) вся работа, необходимая для ускорения тела при толчке, выполняется за одно движение. В прыжке с разбега или в движении прыгун придает дополнительную вертикальную скорость при старте, сохраняя при этом как можно больше горизонтального импульса. В отличие от стационарных прыжков, в которых кинетическая энергия прыгуна при старте обусловлена исключительно прыжковым движением, движущиеся прыжки имеют более высокую энергию, что является результатом включения горизонтальной скорости, предшествующей прыжку. Следовательно, прыгуны способны прыгать на большие расстояния, начиная с разбега.

Анатомия

Животные используют для прыжков самые разнообразные анатомические приспособления. Эти адаптации касаются исключительно запуска, поскольку любой метод увеличения дальности или управления прыжком после запуска должен использовать аэродинамические силы и, таким образом, считается планированием или прыжком с парашютом .

Водные виды редко демонстрируют какую-либо особую специализацию в прыжках. Те, кто являются хорошими прыгунами, обычно в первую очередь приспособлены к скорости и выполняют движущиеся прыжки, просто всплывая на поверхность на высокой скорости. Некоторые преимущественно водные виды, которые могут прыгать на суше, например, прыгуны по грязи , делают это с помощью движения хвоста.

Морфология конечностей

У наземных животных основной двигательной структурой являются ноги, хотя некоторые виды используют хвост. К типичным характеристикам прыгающих видов относятся длинные ноги, крупные мышцы ног и дополнительные элементы конечностей.

Длинные ноги увеличивают время и расстояние, на которое прыгающее животное может прижаться к субстрату, что позволяет увеличить мощность и совершать более быстрые и дальние прыжки. Большие мышцы ног могут генерировать большую силу, что приводит к улучшению прыжковых показателей. Помимо удлиненных элементов ног, многие прыгающие животные имеют модифицированные кости стопы и лодыжки, которые удлинены и имеют дополнительные суставы, что эффективно увеличивает количество сегментов конечности и еще большую длину.

Лягушки являются прекрасным примером всех трех тенденций: лягушачьи лапы могут быть почти в два раза длиннее тела, мышцы ног могут составлять до двадцати процентов веса тела, и они не только удлиняют ступню, голень и бедро, но и удлиняют лодыжку. кости в другой сустав конечности, аналогичным образом расширили бедренные кости и приобрели подвижность в крестце для второго «дополнительного сустава». В результате лягушки являются бесспорными чемпионами по прыжкам среди позвоночных, прыгая на расстояние более пятидесяти длин тела, на расстояние более восьми футов. ^{[ 1 ]}

Усиление мощности за счет накопленной энергии

Кузнечики используют упругий накопитель энергии, чтобы увеличить дальность прыжка. Хотя выходная мощность является основным фактором, определяющим расстояние прыжка (как отмечалось выше), физиологические ограничения ограничивают мышечную мощность примерно до 375 Вт на килограмм мышц. ^{[ 2 ]} Чтобы преодолеть это ограничение, кузнечики фиксируют свои ноги с помощью внутреннего «механизма захвата», в то время как их мышцы растягивают эластичную аподему (похожую на сухожилие позвоночных ). Когда защелка отпускается, аподема быстро высвобождает свою энергию. Поскольку аподема высвобождает энергию быстрее, чем мышца, ее выходная мощность превышает мощность мышцы, производящей энергию.

Это аналогично тому, как человек бросает стрелу вручную, а не использует лук; использование эластичного накопителя (лука) позволяет мышцам работать ближе к изометрическому на кривой сила-скорость . Это позволяет мышцам выполнять работу в течение более длительного времени и, таким образом, производить больше энергии, чем они могли бы в противном случае, в то время как эластичный элемент освобождается, который работает быстрее, чем могут мышцы. Использование упругого накопления энергии было обнаружено у прыгающих млекопитающих, а также у лягушек, с соразмерным увеличением мощности в два-семь раз по сравнению с эквивалентной мышечной массой. ^{[ 3 ]}

Классификация

Один из способов классификации прыжков - это способ переноса ног. ^{[ 4 ]} В этой системе классификации выделяют пять основных форм прыжка:

Прыжок – прыжок и приземление на две ноги.
Хоп – прыжок с одной ноги и приземление на ту же ногу.
Прыжок – прыжок с одной ноги и приземление на другую ногу.
Ассамбле – прыжок с одной ноги и приземление на две ноги.
Сиссон – прыжок с двух ног и приземление на одну ногу.

Прыжковые походки, которые отличаются от беговых походок (см. «Передвижение »), включают галоп , галоп , а также топот или шатание. ^{[ 5 ]} Некоторые источники также различают прыжки как циклическое движение повторяющихся прыжков, используемое для поддержания энергии от одного прыжка к другому. ^{[ 6 ]}

Механика прыжков в длину с места.

Оптимальный угол отталкивания для прыжка в длину с места (выполняемого человеком) теоретически рассчитан равным ~22,6°. ^{[ 7 ]} существенно ниже оптимального угла взлета снаряда (т.е. 45°). ^{[ 8 ]} Это связано с тем, что скорость разбега уменьшается с увеличением угла разбега из-за конфигурации тела прыгуна. ^{[ 7 ]} Показано, что опытные паркурщики используют угол отталкивания ~25,6°, тогда как начинающие трейсеры используют угол ~34°. ^{[ 9 ]} Опытные спортсмены также в большей степени размахивают руками и раскачиваются назад перед взлетом. Эти факторы помогают спортсменам-паркуристам выполнять более длинные прыжки в длину с места, чем новички. ^{[ 9 ]}

(Официальный) мировой рекорд по прыжкам в длину среди мужчин составляет 371 см, а женский рекорд - 292 см (оба по состоянию на июнь 2023 года). Этого добились Арне Твервааг и Аннелин Маннес соответственно. ^{[ 10 ]} Дистанция прыжка в длину с места колеблется от 146,2 см до 219,8 см (от 10 до 90 перцентиля) для 18-летних мужчин и от 100 см до 157 см для 18-летних женщин. ^{[ 11 ]}

Устройства и методы повышения высоты

Высоту прыжка можно увеличить, используя батут или преобразуя горизонтальную скорость в вертикальную с помощью такого устройства, как хаф-пайп .

Для увеличения высоты вертикального прыжка спортсмена можно использовать различные упражнения. Одна категория таких упражнений — плиометрика — предполагает повторение отдельных движений, связанных с прыжками, для увеличения скорости, ловкости и силы.

Исследования показали, что дети, которые более физически активны, демонстрируют более умелые прыжки (наряду с другими базовыми двигательными навыками). ^{[ 12 ]}

Отмечается также, что развитие прыжков у детей имеет прямую связь с возрастом. Видно, что по мере взросления детей их прыжковые способности во всех формах также увеличиваются. Развитие прыжков легче выявить у детей, чем у взрослых, поскольку в более молодом возрасте физических различий меньше. Взрослые одного и того же возраста могут сильно различаться с точки зрения физического развития и атлетизма, поэтому трудно понять, как возраст влияет на прыгучесть. ^{[ 13 ]}

В 2021 году исследователи включили храповики в конструкцию робота и создали робота, способного прыгать вертикально на тридцать метров. ^{[ 14 ]}

См. также

Список прыжковых занятий

Ссылки

^ Цуг, Г. Р. (1978). «Локомоция бесхвостых животных: структура и функции. II. Прыжки полуводных, наземных и древесных лягушек». Смитсоновский вклад в зоологию (276): iii–31.
^ Марш, РЛ (1994). «Прыгаемость бесхвостых амфибий». Достижения ветеринарной науки и сравнительной медицины . 38Б (38): 51–111. ПМИД 7810380 .
^ Пепловский, ММ; Марш, РЛ (1997). «Работа и выходная мощность мышц задних конечностей кубинской древесной лягушки Osteopilus septentrionalis во время прыжков» . Дж. Эксп. Биол . 200 (22): 2861–70. дои : 10.1242/jeb.200.22.2861 . ПМИД 9344973 .
^ Учебное пособие по элементарной лабанотации Пегги Хакни, Сары Манно (редактор), Мюриэл Топаз (редактор)
^ Тристан Дэвид Мартин Робертс (1995) Понимание баланса: механика позы и передвижения , Нельсон Торнс, ISBN 0-412-60160-5 .
^ Рейли, Стивен М.; Монтюэль, Стефан Дж.; Шмидт, Андре; Нейлор, Эмили; Йоргенсен, Майкл Э.; Хэлси, Льюис Г.; Эсснер, Ричард Л. (28 марта 2015 г.). «Покоряем мир семимильными шагами: прыжковое передвижение жаб на самом деле является скачкообразным» . Функциональная экология . 29 (10): 1308–1316. Бибкод : 2015FuEco..29.1308R . дои : 10.1111/1365-2435.12414 . ISSN 0269-8463 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Вакаи, Масаки; Линторн, Николас П. (февраль 2005 г.). «Оптимальный угол отталкивания в прыжках в длину с места» . Наука о движении человека . 24 (1): 81–96. CiteSeerX 10.1.1.426.3112 . дои : 10.1016/j.humov.2004.12.001 . ISSN 0167-9457 . ПМИД 15949583 .
^ «Как запустить мяч, чтобы преодолеть наибольшую дистанцию?» . Научный американец . 9 ноября 2010 г. Архивировано из оригинала 18 июня 2023 г. Проверено 18 июня 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Гропретр, Сидней; Уфланд, Пьер; Джекер, Дэниел (2018). «Адаптация к прыжкам в длину с места в паркуре осуществляется путем модуляции определенных переменных до и во время взлета» . Науки о движении и спорте - Science & Motricité (100): 27–37. дои : 10.1051/см/2017022 . ISSN 2118-5735 .
^ «Прыжки в длину с места (Ат)» . Книги рекордов Гиннесса . Архивировано из оригинала 18 июня 2023 года . Проверено 18 июня 2023 г.
^ Томас, Юэн; Петринья, Лука; Табак, Сад; Тейшейра, Эдвард; Пажауиене, Симона; Штурм, Дэвид Дж.; Шахин, Фатма Несе; Гомес-Лопес, Мануэль; Паушич, Елена; Паоли, Антонио; Алези, Марианна; Бьянко, Антонино (17 июня 2020 г.). «Процентильные значения прыжков в длину с места у детей и подростков 6-18 лет» . Европейский журнал трансляционной миологии . 30 (2):9050.doi : (неактивен 31 января 2024 г. 10.4081/ejtm.2019.9050 ). ISSN 2037-7452 . ПМЦ 7385687 . ПМИД 32782766 . {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
^ Раудсепп, Леннарт; Пялль, Пип (ноябрь 2006 г.). «Взаимосвязь между фундаментальными двигательными навыками и физической активностью детей младшего школьного возраста вне школы». Педиатрическая физкультура . 18 (4): 426–35. дои : 10.1123/пес.18.4.426 .
^ Утеш, Т.; Драйскэмпер, Д.; Штраус, Б.; Наул Р. (1 января 2018 г.). «Развитие физической подготовленности в детстве». Скандинавский журнал медицины и науки в спорте . 28 (1): 212–19. дои : 10.1111/sms.12889 . ISSN 1600-0838 . ПМИД 28376240 . S2CID 5276116 .
^ «Робот-рекордсмен показывает, как животные превосходно прыгают» . Журнал Кванта . 2022 . Проверено 15 сентября 2022 г.

Внешние ссылки

[1] Цуг, Г. Р. (1978). «Локомоция бесхвостых животных: структура и функции. II. Прыжки полуводных, наземных и древесных лягушек». Смитсоновский вклад в зоологию (276): iii–31.

[2] Марш, РЛ (1994). «Прыгаемость бесхвостых амфибий». Достижения ветеринарной науки и сравнительной медицины . 38Б (38): 51–111. ПМИД 7810380 .

[:0-3] Пепловский, ММ; Марш, РЛ (1997). «Работа и выходная мощность мышц задних конечностей кубинской древесной лягушки Osteopilus septentrionalis во время прыжков» . Дж. Эксп. Биол . 200 (22): 2861–70. дои : 10.1242/jeb.200.22.2861 . ПМИД 9344973 .

[4] Учебное пособие по элементарной лабанотации Пегги Хакни, Сары Манно (редактор), Мюриэл Топаз (редактор)

[Roberts1995-5] Тристан Дэвид Мартин Робертс (1995) Понимание баланса: механика позы и передвижения , Нельсон Торнс, ISBN 0-412-60160-5 .

[6] Рейли, Стивен М.; Монтюэль, Стефан Дж.; Шмидт, Андре; Нейлор, Эмили; Йоргенсен, Майкл Э.; Хэлси, Льюис Г.; Эсснер, Ричард Л. (28 марта 2015 г.). «Покоряем мир семимильными шагами: прыжковое передвижение жаб на самом деле является скачкообразным» . Функциональная экология . 29 (10): 1308–1316. Бибкод : 2015FuEco..29.1308R . дои : 10.1111/1365-2435.12414 . ISSN 0269-8463 .

[:1-7] Перейти обратно: ^а ^б Вакаи, Масаки; Линторн, Николас П. (февраль 2005 г.). «Оптимальный угол отталкивания в прыжках в длину с места» . Наука о движении человека . 24 (1): 81–96. CiteSeerX 10.1.1.426.3112 . дои : 10.1016/j.humov.2004.12.001 . ISSN 0167-9457 . ПМИД 15949583 .

[8] «Как запустить мяч, чтобы преодолеть наибольшую дистанцию?» . Научный американец . 9 ноября 2010 г. Архивировано из оригинала 18 июня 2023 г. Проверено 18 июня 2023 г.

[:2-9] Перейти обратно: ^а ^б Гропретр, Сидней; Уфланд, Пьер; Джекер, Дэниел (2018). «Адаптация к прыжкам в длину с места в паркуре осуществляется путем модуляции определенных переменных до и во время взлета» . Науки о движении и спорте - Science & Motricité (100): 27–37. дои : 10.1051/см/2017022 . ISSN 2118-5735 .

[10] «Прыжки в длину с места (Ат)» . Книги рекордов Гиннесса . Архивировано из оригинала 18 июня 2023 года . Проверено 18 июня 2023 г.

[11] Томас, Юэн; Петринья, Лука; Табак, Сад; Тейшейра, Эдвард; Пажауиене, Симона; Штурм, Дэвид Дж.; Шахин, Фатма Несе; Гомес-Лопес, Мануэль; Паушич, Елена; Паоли, Антонио; Алези, Марианна; Бьянко, Антонино (17 июня 2020 г.). «Процентильные значения прыжков в длину с места у детей и подростков 6-18 лет» . Европейский журнал трансляционной миологии . 30 (2):9050.doi : (неактивен 31 января 2024 г. 10.4081/ejtm.2019.9050 ). ISSN 2037-7452 . ПМЦ 7385687 . ПМИД 32782766 . {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )

[Raudsepp-12] Раудсепп, Леннарт; Пялль, Пип (ноябрь 2006 г.). «Взаимосвязь между фундаментальными двигательными навыками и физической активностью детей младшего школьного возраста вне школы». Педиатрическая физкультура . 18 (4): 426–35. дои : 10.1123/пес.18.4.426 .

[13] Утеш, Т.; Драйскэмпер, Д.; Штраус, Б.; Наул Р. (1 января 2018 г.). «Развитие физической подготовленности в детстве». Скандинавский журнал медицины и науки в спорте . 28 (1): 212–19. дои : 10.1111/sms.12889 . ISSN 1600-0838 . ПМИД 28376240 . S2CID 5276116 .

[14] «Робот-рекордсмен показывает, как животные превосходно прыгают» . Журнал Кванта . 2022 . Проверено 15 сентября 2022 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]