malchish.org

Конечно, нет. Упругость молекул не управляется центральными нервными сигналами, она существует сама по себе.

Если упругость молекул существует сама по себе, то как это согласуется с ранее вами сказанным:

Здесь не нужно путать «появляется» и «проявляется». Упругость существует сама по себе, она не появляется в какой-то момент, не зависит от сигналов нервной системы. Но проявляется она только в моменты резких растяжений.

Если же Вам захочется уличить меня в каких-то манипуляциях терминами, то просто представьте висящую перед Вами пружину. В зависимости от того, схватитесь Вы за неё или отпустите, Вы либо обнаружите её упругость, либо не обнаружите. При этом очевидно, что упругость самой пружины никак не зависит от Ваших действий. Точно так же и упругость молекул не зависит от нервных сигналов, но проявляется лишь в определённые моменты и не проявляется при строго дозированных движениях.

Упругость проявляется всегда при приложениии силы к упругому телу, независимо от того, происходит ли процесс растяжения (сжатия) упругого тела или же оно находится в статике в растянутом (или сжатом) состоянии под действием внешней силы.

В статике как раз не проявляется. Чтобы упругость проявилась, статику нужно превратить в динамику. Причём это даже для обычной неживой пружины, в мышцах всё сложнее, там упругость постоянно меняется.

Чтобы было нагляднее примените такую аналогию, допустим статика - это масса, а упругость - это вес. Чем отличается масса от веса? В невесомости вес исчезает, а масса остаётся. Масса — вещь постоянная, а вес, строго говоря, зависит, например, от высоты, на которой тело находится. Сжатие и растяжение мышцы шахматиста, когда он берёт в руку фигуру - это как бы упругость ("вес"), а спящий бодибилдер, с горой мышц, который находится в состоянии покоя - это статика ("масса"), упругость тут нулевая.

Сомневаюсь, что аналогии помогут. Я когда-то давно пытался понять так называемые "свойства", чем больше углубляешься в поисках критериев и определений, тем туманнее становится объект. Разные авторы под одним словом понимают далеко не одно и то же.

_________________
Зачем строить в России Америку, зачем делать из русских американцев, да еще и за бюджетные деньги? (с)

Деньги - опиум элиты

Под статикой имеются в виду не расслабленные мышцы, а напряжённые, но не сокращающиеся (например, бодибилдер неподвижно держит гантелю). Упругость мышц здесь ненулевая, однако она не проявляется, пока рука неподвижна. Проявится она, если, к примеру, дёрнуть за руку, то есть вывести из статики (причём дёрнуть так, чтобы мышца растянулась, а не сократилась).

Что значит дёрнуть за руку? Гантеля в руке то и делает, что ежесекундно (постоянно) дёргает, тянет руку, к чему ещё дополнительное дёрганье? ... Если бы упругость здесь не проявлялась, то были бы невозможны рекорды в тяжелой атлетике. Атлет оторвал штангу от пола и удерживает её, упругость мышц атлета ненулевая и мышцы упругость проявили. Атлет ухватился за штангу лежащую на полу, упругость мышц атлета ненулевая, и упругость мышц атлета себя не проявила. Чуть ниже Вы писали: Таким образом, чтобы упругость обнаружилась (проявилась) пружину нужно либо растянуть, либо сжать. Просто висящая пружина упругость имеет, но не проявляет. Поясните нам на примере пружины, когда она проявляет свою упругость, разницу между действиями: не трогать пружину, растягивать её, удерживать растянутой и дёрнуть? Если я Вас правильно понял, то упругость пружина проявит только тогда, если её удерживаемую рукой растянутой, дополнительно ещё дёрнуть?

Игрек, вы, наверное, плохо представляете, как и на что влияет эластичность мышц в мышечной механике. На приведённых ниже рисунках показано, почему в эластичной системе мышца не может совершить перемещение груза на всю величину своего сокращения - часть сокращения уходит на растяжение упругих элементов. Поскольку молекулы белков, втягивающие друг друга, можно разделить на места жёсткого их соединения (зацепление в головках миозина) и упругие промежутки между этими зацеплениями, то для наглядности я вынес "упругость" из мышц "наружу" - на физику явления это не влияет.




Абсолютно жёсткая система позволяет направить всю энергию организма на совершение полезной работы - на подъём груза. В упруго-эластичной системе часть энергии организма тратится на создание потенциальной энергии упругости в мышце, и потому полезная работа становится меньше на эту величину. Пока усилие упругости в растягиваемых упруго-эластичных элементах (на рисунке - пружина) не дойдёт до 100 кГ, груз от земли не оторвётся. Но для этого (в нарисованном случае) мышце требуется сократиться наполовину своего сжатия. И чем сильнее окажутся упруго-эластичные свойства мышцы (то есть, чем на большее растяжение при одной и той же нагрузке способна мышца), тем большая часть сокращения мышц тратится на создание потенциальной энергии упругости в мышце. В данном случае - в случае подъёма массы - пользы от этого нет никакой, и накопленная энергия упругости потом будет рассеяна в тепло при расслаблении. Работа мышечных белков при этом будет выглядеть так: в начале создания усилия (то есть, вползания друг в друга) они одновременно с ростом развиваемого ими усилия сначала начнут сами растягиваться - так, что общая длина вползающих друг в друга молекул останется прежней. - насколько "влезли" настолько же и растянулись. А когда усилие достигнет внешней нагрузки, начнёт перемещаться и сухожилие.

Если применить этот случай к поднятию штанги, то в случае почти предельной нагрузки штангист так и не сможет распрямить ноги до конца, поскольку при сжатии упруго-эластичных мышц бёдер наступит момент, когда мышцы разовьют максимальное усилие, но ноги в коленях так и не распрямятся ввиду того, что молекулы мышечных белков уже полностью вошли одна в другую, но при этом оказались упруго растянуты. То есть, силы хватает, но не хватает места, куда сжиматься дальше.

.....

Я не утверждаю, что эластичной упругости в мышцах нет совсем. Вполне вероятно, что сам механизм создания усилия в этом и состоит - зацеплением друг друга молекулы мышечного белка создают силу упругости, которая в свою очередь и вызывает перемещение конечностей. Но для того, чтобы мышцы работали на всю амплитуду при полной нагрузке, величина упругих растяжений должна быть по меньшей мере на порядок меньше полного хода сухожилий. Для случая 10% растяжения молекул при полной нагрузке, это будет соответствовать 90%-ному использованию амплитуды перемещений сухожилия. Для случая же реализации рекуперации энергии при прыжках ( кинетическая энергия "падения" - в энергию упругости мышц, и назад - в кинетическую энергию "взлёта"), надо, чтобы максимальное усилие упругости мышца развивала при полностью растянутом состоянии - как 100%-ная пружина. Но тогда мы получим только половину возможной амплитуды движения, развиваемого мышцами (см. объяснения выше). То есть, человек сможет подпрыгнуть как мячик только на половину прежней высоты, и потому его подпрыгивания быстро затухнут.

Простая проверка бицепса в статике показывает, что с ростом усилия мышца не сокращается, не растёт в объёме и не становится сильно твёрже. Это также говорит, что упругое состояние мышцами достигается быстро - при сравнительно малых сокращениях мышц. При дальнейшем сокращении, запасения энергии в виде энергии упругости уже не происходит.

.....

Выводы следующие:

1) Мышцы обладают упругостью в напряжённом состоянии как следствие механизма создания усилия.
2) Механизм создания усилия реализуется через принудительное растягивание молекул белка, которые стремясь сжаться, выполняют механическую работу.
3) Упругая деформация белков не может превышать 10% от величины "вползания" друг в друга (примерно).

Главный вывод: мышцы могут запасать кинетическую энергию в виде энергии упругости лишь в размере степени упругой деформации белков - то есть, не более 10% (скорее 1..2%). Что практически не влияет на траты энергии организмом при совершении работы даже в возвратно-поступательных движениях (Грибник, прочитав это обязательно пошутит)

Вернулись к тому, с чего начали - рекуперации практически нет.

Небольшое, чисто формальное, замечание. Не используйте для формулы работы знак умножения в виде креста, он используется для векторного произведения, а здесь должно быть скалярное, это знак точки.

Картинка, которую Вы нарисовали, правильная, но она описывает поднятие тяжести штангистом. У штангистов энергия упругой деформации практически не возвращается, я уже об этом говорил. Возвращается она при беге, а там картинка совсем другая.

В момент, когда нога опускается на землю, передняя бедренная мышца имеет максимальное сжатие, но упругого растяжения практически нет, потому что не поднимается вес тела, а всего лишь выпрямляется нога в колене. Вот аналог Вашей картинки (прямыми чёрточками я обозначаю мышечную часть, скобками пружинную, точкой груз):
+
|
|
)
• Нога выпрямлена, мышца сжата с небольшим напряжением, растяжения пружины нет вообще, вес груза нулевой.

Затем нога начинает сгибаться в колене, на неё переносится тяжесть тела. Мышца растягивается, одновременно напрягаясь всё больше. В нашей модели это значит, что вес груза растёт от нуля до максимума:
+
|
|
|
)
)
• Нога согнута в колене, мышца растянута и напряжена, пружина растянута в два раза.

Затем нога отталкивается от земли, мышца сокращается, энергия упругости при этом возвращается, совершая работу, пружина сжимается в свободное состояние, получаем снова первую картинку.

В моей схеме растяжение пружины оказалось равно растяжению мышцы, то есть 50% от полного хода сухожилий. И теоретического препятствия такому движению нет, в отличие от Вашей схемы с поднятием тяжестей.

Откуда цифра 10%? Даже миомизин растягивается в 2,5 раза, а титин намного больше. Не вижу препятствий для запасания энергии в размере 40-50%, как пишут во многих источниках.

Картинка аналогичная. У штангистов энергия упругой деформации возвращается также как и при беге. Бегать и ходить можно даже если наложить гипс на оба здоровых колена. Поднятие штанги - это не просто отрыв её от пола, поднятие штанги состоит из нескольких этапов:
1. Старт – это начальная позиция спортсмена, из которой он начинает движение.
2. Тяга – отрыв снаряда от пола и его поднятие до уровня выше колен.
3. Подрыв – придание снаряду резкого ускорения наверх.
4. Подсед (уход) – «нырок» под штангу и ее фиксация на вытянутых руках (или на груди для толчка).
5. Подъем из подседа – атлет поднимается со штангой.
6. Фиксация – окончание движения.

При подрыве и подседе, как и при беге, вероятно происходит та самая рекуперация.

Не происходит. Для запасения кинетической энергии необходимо, чтобы при уменьшении скорости поднимаемого тела (штанги) напряжённая мышца растягивалась. А здесь мышца, наоборот, сжимается. Кинетическая энергия штанги при этом переходит в потенциальную гравитационную, а не в энергию упругости. Энергия упругости в мышце тоже запасается, в момент отрыва штанги, но не из кинетической энергии, а из работы самой мышцы, поэтому никакой экономии нет (см. рисунок Аланова).

Игрек! Ну, не получается мышца с 50%-ной упругостью!
При растягивании такой мышцы усилие должно будет расти в точном соответствии с физической пружиной - в вашем случае ровно вдвое. А на самом деле, у мышцы усилие сначала растёт, а потом падает. Мышца развивает максимальное усилие в средней степени сокращения, в то время как в пружине рост усилия должен быть пропорционален растяжению:


Эта же картина наблюдается и в растяжении саркомера:


Внимание: Сократительные элементы мышц актин и миозин сами по себе не способны к укорочению. Мышечное укорочение является следствием взаимного скольжения миофиламентов относительно друг друга (механизм скольжения филаментов).

...мышца обладает высоко нелинейной упругостью:



Что означает сия кривая? Она показывает, что большое усилие от упругости присутствует лишь на очень коротком участке предельно-растянутой мышцы (загиб к горизонту, по видимому, означает уже процесс разрушения ткани - достигнутый предел прочности). Мышца в этом плане похожа на мягкую пружину, которую растянули и вытянули в нить, и её конструктивная эластичность сменилась жесткостью материала, из которой она сделана. То есть, "бесплатную" работу такая нелинейная мышца совершит лишь на очень коротком участке предельного растяжения. Соответственно и запасти энергию в виде упругой деформации мышца способна лишь на этом - коротком конечном участке растяжения. То есть, далеко не всю кинетическую энергию прыжка возможно рекуперировать, а лишь малую её часть.
Кроме того, этой нелинейностью мышца обязана вовсе не саркомеру, а соединительной ткани:
Данный физиологический механизм объясняется эластическими элементами мышцы — эластичностью сарколеммы (клеточная мембрана) и соединительной ткани, располагающимися параллельно сократительным мышечным волокнам.
Мышца в плане упругости аналогична шарфу:
Мышца ведет себя как трикотажный шарф: вначале он легко растягивается, а затем становится практически нерастяжимым.
Попробуйте выстрелить из рогатки, у которой вместо резинки будет шарфик, и вам сразу станет ясно, что никакой "упругой энергии" в шарфике не запасти.

Там есть ещё один график усилия мышцы от растяжения с учётом этой нелинейной упругости:

Как видите, на графике есть закономерный провал усилия (см. рис. выше), на конечном участке восстанавливающий своё значение за счёт нелинейного роста жесткости растягиваемой соединительной ткани. Она только и может выступать в роли аккумулятора. Но даже и на этом - не экспериментальном, а всего лишь принципиальном графике видно, что это никакие не "50%".
....

Пойти, что ли в ортопеды?

Растяжение мышцы складывается из перемещения нитей миозина и актина и растяжения собственно пружины, то есть титина. На Вашем графике мы видим только суммарное растяжение, поэтому ничего не можем сказать о зависимости силы от растяжения именно титина. Я предполагаю, что максимальное растяжение титина приходится на максимальную силу в центре графика, а минимальное оказывается на краях, так что прямая зависимость, как и должно быть у пружины, имеется.

Но всё-таки обладает, и это главное. Линейность или нелинейность ничего не значат. Даже в обычной пружине сила пропорциональна растяжению только для малых перемещений (строго говоря, даже для бесконечно малых), на самом деле зависимость нелинейная.

Судя по предложенному графику, в разной степени упругость наблюдается на всём участке растяжения. А это значит, что накопление энергии происходит с самого начала растяжения. Каково количество этой запасённой энергии по отношению ко всей работе мышцы, из графика не видно. На уровне модели с такой нелинейной пружиной «бесплатная» работа может быть даже и 100%. В реальности до 50%.

Обратите внимание, что это график изометрического напряжения. То есть показана статика, где усилие мышцы предельное. В динамике мышца никогда не напрягается в полную силу, поэтому картинка будет совсем другая. При большой скорости сокращения, как при беге, напрягаться в полную силу мышца не может в принципе, потому что при одной и той же мощности сила должна быть во столько же раз меньше, во сколько больше скорость. Таким образом, при скорости сокращения мышцы у бегуна в три раза большей, чем у штангиста, напряжение будет в три раза меньше — значит, и не более трети от изометрического. Теперь уменьшим левую часть графика в три раза, и площадь под активной частью оказывается примерно равной площади под пассивной. А это и есть 50% совершённой работы.