אמנם אתה מבזבז מעט אנרגיות בגוף בכדי להרים את הספר, אבל חשוב להבדיל אותו ממאמץ פיזי. הם מחוברים אך אינם זהים. מאמץ גופני תלוי לא רק בכמה ש אנרגיה מושקעת, אלא גם ב אופן הוצאת אנרגיה.

החזקת ספר בזרוע מתוחה מחייבת הרבה מאמץ פיזי, אבל זה לא לוקח כל כך הרבה אנרגיה.

• במקרה ה אידיאלי, אם אתה מצליח להחזיק את היד שלך בצורה יציבה לחלוטין, ותאי השריר שלך הצליחו להישאר מכווצים מבלי להזדקק להזנת אנרגיה , לא תושקע כלל אנרגיה מכיוון שלא היה זז מרחק.

• בתרחישים אמיתיים, עם זאת, אתה כן מוציא אנרגיה (כימית) המאוחסנת בגופך, אך היכן היא מוציאה? זה מושקע ברמה הסלולרית. שרירים עשויים חוטים שיכולים להחליק ביחס זה לזה, חוטים אלה מחוברים על ידי מולקולות הנקראות מיוזין, המשתמשות באנרגיה כדי לנוע לאורך החוטים אך מתנתקות במרווחי זמן כדי לתת להם להחליק. כשאתה שומר על הזרוע שלך במצב, מיוזינים מחזיקים את החוטים במצב, אך כאשר אחד מהם מנתק שרירנים אחרים צריך לפצות על הרפיה קלה מקומית. אנרגיה כימית המאוחסנת בגופך משוחררת על ידי התא גם כעבודה וגם כחום. *

גם על התרחישים האידיאליים וגם על התרחישים האמיתיים עליהם אנו מדברים על ההגדרה הפיזית של אנרגיה. . על פי שיקול דעתך, אתה מתעלם מתנועה של תאי שריר, ולכן אתה שוקל את המקרה האידיאלי. ניתוח מדויק של המקרה ה אמיתי מוביל למסקנה שהעבודה נעשית והחום משתחרר, למרות שהזרוע עצמה לא זזה.

* בסופו של דבר, העבודה שנעשית על ידי התאים נעשית למעשה על תאים אחרים, שבסופו של דבר מתפוגגים לחום בגלל חיכוך וחוסר גמישות. אז כל האנרגיה שאתה מוציא מושקעת בשמירה על מתח השרירים ובסופו של דבר מתפוגגת כחום.

זה על האופן שבו השרירים שלך עובדים - הם אנסמבל של אלמנטים קטנים, המופעלים על ידי איתות מעצבים, משתמשים באנרגיה כימית כדי לעבור ממצב ארוך פחות אנרגטי למצב קצר יותר אנרגטי. עם זאת, ברור שזה לא קבוע ויש חזרה ספונטנית, שיש לפצות אותה על ידי גורם אחר. בדרך זו ישנן מתיחות ומשחררים רבים המסכמים תנודות קטנות היוצרות עבודה מקרוסקופית על המשקל.

אולי אנלוגיה מסודרת. נניח להחזיק את הספר באמצעות אלקטרומגנט (נניח ששמנו חתיכה אם פלדה מתחתיו). אם הסלילים היו עשויים מחומר מוליך-על זה לא יידרש שום קלט אנרגיה כדי לשמור על מיקום / עוצמת השדה. אך אם אנו משתמשים בחוט רגיל, על האנרגיה החשמלית המסופקת חיצונית לאבד אוהם בתוך הסליל.

הסיבה היא שאתה צריך להוציא אנרגיה כדי לשמור על שרירים נמתחים .

הדבר הראשון שאתה צריך לדעת הוא שהעבודה $ W = F \ Delta x $ היא העברת האנרגיה בין עצמים. לפיכך, אין עבודה שנעשית על הספר כאשר הוא מונח על השולחן מכיוון שאין תנועה.

כאשר זרועך שריר נמתחת, עם זאת, היא צורכת אנרגיה ברציפות. כדי לשמור על מצב זה כך שתרגיש צמיג מהר מאוד. אנרגיה זו מגיעה מהאנרגיה הכימית בגופך ורובם מומרים לחום ואובדים לסביבה. במצב זה, שום אנרגיה אינה מועברת לספר, ולכן לא נעשית שום עבודה.

אתה יכול להרגיש את צריכת האנרגיה השונה כאשר זרועך נמתחת בזווית אחרת. מקרה מסוים הוא שאתה שם את הספר על הרגל כאשר אתה יושב על כיסא כך שהשריר שלך נינוח והאנרגיה המושקעת פחות.

יש גם סוג מיוחד של שריר, שריר חלק, דורש מעט מאוד אנרגיה כדי לשמור על מצבו כך שהוא תמיד יכול לשמור עליו מתוח ולא תקבל צמיג:

שריר חלק טוני מתכווץ ונרגע לאט ומציג תחזוקת כוח כמו שריר חלק בכלי הדם. תחזוקת כוח היא שמירה על התכווצות למשך זמן ממושך עם מעט אנרגיה.

כאשר הם מכווצים, הסרקומרים, המבנה שעושה את העבודה בפועל בשריר, בתורם לבצע את העבודה. רק שליש מהם מאורסים בכל רגע נתון.

הסיבה לכך היא שהסרקומר שואב דם כשהוא מתכווץ ונרגע, מה שמאפשר לו להשיג את האנרגיה הדרושה לו כדי לבצע את עבודתו לתקופות ארוכות יותר. הכוח הזמני והעל-אנושי שיש אנשים שחווים עשוי להיות סוג של עקיפה של רמת ההתקשרות הרגילה הזו.

למערכת זו אין מנגנון אחר להחזיק תפקיד, ולכן אותו דבר נמשך כשמנסים להחזיק אובייקט יציב.

אך אם השריר מכווץ לזמן ממושך מאוד והאנרגיה בדם הנשאב הופכת להיות לא מספקת, סרקומרים באמת יתקעו במצבם המכווץ. מצב זה אינו דורש אנרגיה והסרקומר יישאר מכווץ עד שהעומס ייפסק ויחזור זרימת הדם הרגילה. אחרת להיות מוחץ.

זה גם יכול לגרום לנוקשות שרירים כאשר זרימת הדם דרך שריר נפגעת, מצב שכיח מאוד ככל שאנשים מזדקנים.

ההבדל הגדול בין החזקת ספר בידך (על ידי החזקתו בכף היד) לבין החזקת ספר על ידי הנחתו על שולחן הוא שמיקום שיווי המשקל הראשון הוא דינמי, ואילו הספר שעל השולחן הוא בשיווי משקל סטטי.

אסביר את זה באופן איכותי. אתה יכול להשוות את המצב שבו אתה מחזיק ספר עם המצב שבו ספר מוחזק על ידי הפצצה מתמדת מלמטה עם חלקיקים, למשל גולות. במקרה הקיצוני של הפצצת הספר בכל פעם בשיש אחד בלבד, הספר נופל מעט, השיש פוגע בו מלמטה ובכך מחזיר אותו חזרה. השיש מאבד אנרגיה בתהליך, אשר ניתן לספר (בהנחה שהתנגשות אלסטית). הספר נופל לאחור, והשיש הבא פוגע בספר, שולח אותו בחזרה וכו '. אתה יכול להשתמש בגולות גדולות, בגולות קטנות, לתת להן מהירויות שונות ולשנות את פרק הזמן שביניהן הגולות פגעו בספר. השילוב הטוב ביותר של אלה יחזיק את הספר במצב הכי יציב. אפילו יותר טוב יהיה להשתמש בגולות רבות, ולהכות את הספר במקומות שונים.

אז בכל פעם שיש פוגע בספר הוא מאבד מעט מהאנרגיה שלו, המוענקת לספר הנופל כל הזמן, וגורם לו להראות כאילו הספר נמצא בשיווי משקל. כלומר, שיווי משקל דינמי.

עכשיו, איפה הקשר עם השרירים מקיים את הספר? אני חושב שזה קל לראות, אם כי אין לי יותר מדי הבנה לגבי פעולות השרירים. ניתן להשוות בין תאי שריר Alls לבין הגולות ולתת לספר כל הזמן שינוי בתנועה כלפי מעלה במהלך נפילתו. הם נרגעים, הולכים במתח, נרגעים, מתחים וכו '. הנפילה והשינוי כלפי מעלה קטנים מכדי להבחין בהם, כך שהספר נראה במצב יציב. כלומר, מצב יציב דינמי. כמובן, אין שום חיכוך במקרה של הגולות, שמקבלות את האנרגיה שלהן מ"קנונים קטנים ".

אנלוגיה היא המסוק הצף.

כשזה סטטי, לא עושים שום עבודה למסוק.

אבל הוא צורך את הגז.

שקול אנלוגיה,

אנחנו מתעייפים אחרי שעמדנו זמן מה, בלי לעשות שום עבודה *. הסיבה מאחורי זה זהה לסיבה שבגללה אנחנו לא עושים שום עבודה שמחזיקה אובייקט מעל ראשים, אך מקרה זה קל יותר להבנה,

כאשר אנו עומדים אנו למעשה מתנגדים לנטייה של נפילה על הקרקע, השרירים נאחזים במבנה גופנו כך שלא נמוטטים על הקרקע כמו איזה יצור שאינו חי,

לשרירים אלה יש סיבים שהתפשטו, דבר שדורש אנרגיה,

באופן דומה כאשר אנו מחזיקים משהו מעל לראשנו אנו עושים את אותו הדבר, מתנגדים אותה נטייה מתמוטטת, הגורמת להתארכות בשרירים הדורשת אנרגיה.

כאשר פיזיקאי מדבר על עבודה, הם משתמשים במילה במובן הטכני של המשוואה שאתה מצטט. אולם עבור ביולוג, ניתן להגדיר עבודה כאנרגיה המושקעת לביצוע משימה. בדוגמה שלך, זרועך לא תישאר באופן טבעי במצב המתואר. על גופך (בעיקר השרירים שלך) להשקיע אנרגיה בכדי להחזיק את זרועך (ואת הספר) במצב מוגדר, שאינו נתמך בשום דבר פרט לפיזיולוגיה שלך.

אז, לפי הגדרת הביולוג, השרירים שלך עושים עבודה בכדי להחזיק את הספר ואת זרועך (סיבי השריר מתכווצים ונרגעים על סמך שורה של תהליכים כימיים ברמה התאית). אך לפי ההגדרה הטכנית של הפיזיקאי, שום עבודה לא נעשית.

לעניות דעתי, אני לא באמת חושב שזו בעיה שמצריכה כל כך הרבה בירור. עליכם להבין כי ה"אנרגיה "שאתם מכירים בפיזיקה אינה קשורה לחלוטין, כלומר אין שום קשר לאנרגיה שתאי גופכם מוציאים. אתה יכול למעשה להוציא אנרגיה תוך כדי עבודה פיזית (של פיזיקה) אבל למי אכפת! הפיזיקה עובדת רק עם מה שהגדיר " work " ואם אתה לא עושה סוג כזה של עבודה תאמין לי שלא עשית שום עבודה מבחינת הפיזיקה. ההגדרה של עבודה בפיזיקה כבר הייתה אומרת לך שזה לא תלוי במה שאתה מרגיש או מה התאים שלך עושים. זה רק כוח ומרחק . אתה מותש כי עלית על כמה מדרגות למרות שפיזיקה תגיד שהגברת את האנרגיה הפוטנציאלית שלך. אז זו לא סתירה! מדוע אתה מרגיש חלש כאשר הגדלת את האנרגיה הפוטנציאלית שלך? השורה התחתונה היא: עבודה פיזית וזו שלדעתך היא למעשה עבודה אמיתית הם פשוט שונים לחלוטין. בעוד שהראשון הומצא על ידי פיזיקאים, האחרון הוא מה שקורה בתאים שלך שלא אכפת לנו כל עוד מדובר בפיזיקה.

$ F = ma $ פירושו שכל כוח מופעל על מסה ומייצר תאוצה. בסדר. התאוצה היא $ a = \ frac {\ Delta v} {\ Delta t} $ . אם אתה מכניס את $ \ Delta v $ ל $ {\ frac {1} {2} מ '(\ Delta v) ^ 2} $ span> אתה מגלה את האנרגיה שהייתה נחוצה בכדי לאפשר למסה ההיא להאיץ. מכיוון שאנרגיה לא נוצרת ולא נהרסת, זו האנרגיה שנשרפה על ידי מי שהפעיל את הכוח! האנרגיה הפוטנציאלית שלו / שלה (למשל מהמזון) הפכה לאנרגיה קינטית של הגוף המואץ. עכשיו, מה לגבי להחזיק 5 ק"ג עם היד? אין אנרגיה? כמובן שאתה מוציא אנרגיה. זהה לעיל: אתה מפעיל כוח, שווה ומנוגד לכוח הכבידה, כך שהאובייקט לא נופל ולא עולה ואם אתה מפעיל כוח, מהסיבה לעיל, אתה מוציא אנרגיה. כעת אפשר להתנגד כי אין תאוצה במקרה זה. אם לא הייתה תאוצה (בניגוד לתאוצת הכבידה $ g $ ), האובייקט היה נופל! יש לנו שתי תאוצות מנוגדות (שכן שני כוחות מנוגדים) מונחות על כף המאזניים ( $ \ mathbf {F} = - \ mathbf {F_g} \ Rightarrow \ mathbf {a} = \ mathbf {-g } $ span>). אילו מבטלים. אבל אם הם מבטלים שניהם קיימים. אז כן, אתה מוציא אנרגיה להחזקת האובייקט: לתת לתאוצה הנגדית הזו להתקיים. אז אתה זקוק לאנרגיה כדי להחזיק מסה, אך לא נעשית שום עבודה אם האובייקט נמצא במנוחה על ידך, מכיוון שהאנרגיה הקינטית שלו אינה משתנה. אם אתה עוצר ביד שלך גוף נופל אתה גורם ל $ \ Delta E_k $ שלילי (אתה עושה עליו עבודה שלילית) אבל ברגע שהוא לא מפסיק לעבוד יותר, שלך האנרגיה היא פשוט לבטל את $ F_g $ ולהשאיר את הגוף במנוחה.

אנרגיה מושקעת בשמירה על עמדתה. כוח המשיכה של כדור הארץ מפעיל כוח כלפי מטה, הספר מואץ במורד כוח הכבידה.

כוח מוחל על היד והזרוע שיש לעמוד בפניו וכך להוציא את האנרגיה.

הזרוע והספר אינם מערכת סגורה.