Является ли бегущая дорожка инерциальной системой отсчета?

[brigval]

Большое спасибо за ответы и обсуждение.
И последний вопрос.
Одним из ключевых моментов беге является переход через вертикаль, проведенную из точки опоры.
Может ли быть корректной схема бегуна на бегущей дорожке (показана справа)?
Может ли быть вращение относительно центра масс (или центра тяжести) на бегущей дорожке?
Или дорожку следует рассматривать только как тело, к которой привязана инерциальная система отсчета?

[pogulyat_vyshel]

brigval в сообщении #1381150 писал(а):

У нас с коллегами вопрос был такой: чем отличается бег на бегущей дорожке от бега по неподвижной дорожке стадиона?
Один из коллег утверждает, что с точки зрения физики, ничем. Потому что дорожка - инерциальная система отсчета.

побегайте по дорожке и по стадиону, сразу узнаете чем отличается:)

[brigval]

pogulyat_vyshel в сообщении #1381389 писал(а):

побегайте по дорожке и по стадиону, сразу узнаете чем отличается:)

Трудность в том, что любой бег происходит рефлекторно, на уровне подсознания.
Кроме того, частота шагов может достигать 180 шагов/мин и больше.
То есть, один шаг длится доли секунды, а элементы шага и того меньше.
Анализировать свои ощущения при таких условиях, скорее всего, невозможно.

[Dan B-Yallay]

pogulyat_vyshel в сообщении #1381389 писал(а):

побегайте по дорожке и по стадиону, сразу узнаете чем отличается:)

Очень правильное замечание.

Биомеханика различается заметно хотя бы потому, что при беге по неподвижной поверхности корпус/тело слегка наклонен(о) вперёд, а на тренажёре -- нет. Поэтому после долгого бега на дорожке первые несколько шагов по земле кажутся какими-то непривычными.

[brigval]

Dan B-Yallay в сообщении #1381699 писал(а):

после долгого бега на дорожке первые несколько шагов по земле кажутся какими-то непривычными.

Это точно. Тоже это замечал.
После тренажера плывешь как лебедь по водной глади.

-- 14.03.2019, 11:48 --

На форуме бегунов-любителей попытался привести анализ бега на бегущей дорожке.
Кто как думает, имеет он право на существование с точки зрения логики.
Есть здесь ошибки?

Цитата:

Пусть по ступенькам движущегося вниз эскалатора поднимается человек.
Причем так, что б всегда оставаться напротив эскалаторного светильника, то есть на одном месте относительно стен.
Когда человек из исходного положения поднимется на одну ступеньку, то ему придется ждать пока эскалатор не опустит эту ступеньку с человеком вниз, на исходную позицию, чтоб сделать следующий шаг.
Если человек не будет дожидаться, пока ступенька с ним вернётся на исходную позицию, и будет делать шаг раньше, то он начнет продвигаться вверх.
Если он будет "засиживаться" и делать шаг позже, эскалатор постепенно будет сносить его вниз.
То есть, человек должен тратить время (ждать и ничего не делать) на то, чтоб эскалатор вернул его на исходную позицию.

Далее.
Чтобы не скучать в процессе опускания, человек начинает поднимать неопорную маховую ногу для следующего шага с учетом скорости движения эскалатора.
Это будет неестественное немного напряженное движение, так как оно осуществляется с учётом ожидания опускания ступеньки.
Это будет выжидательный мах. Отличающийся от того, который человек выполнял бы просто поднимаясь по ступенькам.
Внешне такие шаги будут похожи на обычные.
Но о выжидательности маха будет знать тело, которое в подсознании будет решать дополнительную задачу "оставаться на месте относительно стен".

Заменим эскалатор траволаторм (эскалатором без ступенек), длинной наклонной плоской движущейся лентой.
Очевидно, что человек, с условием оставаться на одном месте, будет двигаться по траволатору как по ступенькам.
И выполнять такие же немного неестественные выжидательные шаги, чтоб в итоге не смещаться относительно светильника.

Аналогично будет происходить и ходьба по траволатору с горизонтальной лентой.
Тело человека будет делать выжидательные шаги в процессе возвращения на исходную позицию.

Увеличим скорость горизонтального траволатора, чтоб человек побежал.
Или поставим человека на бегущую дорожку и выставим скорость, обеспечивающую бег.
Очевидно, что принцип перемещения при беге будет таким же как и при ходьбе.
Чтоб оставаться на месте, после начала фазы опоры до подхода к вертикали, тело будет выполнять выжидательный мах.
Для осуществления возможности сделать следующий беговой шаг и не врезаться в панель управления или не слететь по ходу дорожки.

Вывод. При беге на бегущей дорожке появляется дополнительный фактор для движения маховой ногой, скорость движения которой должна учитывать время на возвращение бегуна в исходную позицию.
Чтоб бегун оставался в итоге на одном месте относительно станины дорожки.
На бегущей дорожке тело человека работает четко как биомеханическая система с учётом всех законов физики.
Высокий каденс делает выжидательные махи незаметными для сознания бегуна и для внешнего наблюдателя (это может выглядеть как подтаскивание дорожкой ноги под бегуна, пока маховая нога делает выжидательный мах).

При беге по неподвижной дороге, этот дополнительный фактор ожидания не требуется и бег происходит естественным образом. С меньшим напряжением.

[wrest]

brigval в сообщении #1381780 писал(а):

Это точно. Тоже это замечал.
После тренажера плывешь как лебедь по водной глади.

Это чисто зрительный эффект, несвязанный с различием ИСО неподвижной земли и неподвижного полотна беговой дорожки. Зрение довольно плотно участвует в движении наряду с вестибулярным аппаратом: например, если вы закроете глаза, то не сможете удерживать равновесие дольше считанных десятков секунд стоя на одной ноге.

-- 14.03.2019, 11:57 --

brigval в сообщении #1381780 писал(а):

Кто как думает, имеет он право на существование с точки зрения логики.
Есть здесь ошибки?

Приведенные рассуждения сводятся к тому, что идти\бежать с конкретно заданной скоростью труднее, чем идти\бежать свободно. К наличию\отсутствию эскалатора\беговой дорожки это отношения не имеет, на мой взгляд.

[Dan B-Yallay]

wrest в сообщении #1381785 писал(а):

Это чисто зрительный эффект

Угу, который явственно ощущается мышцами тела, особенно ног.

[brigval]

wrest в сообщении #1381785 писал(а):

Приведенные рассуждения сводятся к тому, что идти\бежать с конкретно заданной скоростью труднее, чем идти\бежать свободно.

Да, именно так. Во всяком случае, в этом основное различие, думаю.

wrest в сообщении #1381785 писал(а):

К наличию\отсутствию эскалатора\беговой дорожки это отношения не имеет, на мой взгляд.

Эти механические средства и диктуют свою скорость. В отличие от обычного бега, когда скорость (каждого шага) подсознательно выбирает сам организм.

[wrest]

brigval в сообщении #1381788 писал(а):

Эти механические средства и диктуют свою скорость.

Я имел в виду, что принуждение к конкретной скорости может быть и без беговой дорожки\эскалатора. Например -- ходьба строем или в колонне, бег в колонне и т.п. И помойму этой чепухи с "выжидательным махом" не происходит. Беговые дорожки кстати не все активные, есть пассивные -- там вы шагаете как вам хочется, двигая полотно дорожки не имеющее никакого привода, ногами.

[Walker_XXI]

wrest в сообщении #1381785 писал(а):

Приведенные рассуждения сводятся к тому, что идти\бежать с конкретно заданной скоростью труднее, чем идти\бежать свободно. К наличию\отсутствию эскалатора\беговой дорожки это отношения не имеет, на мой взгляд.

Полностью согласен.

brigval в сообщении #1381780 писал(а):

Это будет неестественное немного напряженное движение, так как оно осуществляется с учётом ожидания опускания ступеньки.
Это будет выжидательный мах. Отличающийся от того, который человек выполнял бы просто поднимаясь по ступенькам.

По-моему, все эти рассуждения про "выжидательный мах" - ерунда. Человек при ходьбе/подъёме способен на подсознательном уровне поддерживать постоянную скорость без каких-либо "ожиданий ступенек".

Простая иллюстрация. Человек спокойно поднимается по эскалатору с постоянной скоростью (не обращая внимания на фонари и балюстраду). Начинаем медленно менять скорость эскалатора, пока не уровняем её по модулю со скоростью человека относительно ступеней эскалатора. Всё! Человек неподвижен относительно земли, фонаря и балюстрады, при этом он не делает никаких "выжидательных махов" и тем более не задумывается о них (и вообще может не подозревать, что неподвижен относительно земли). Так что Вы говорите о чисто психологическом эффекте. Физики и биомеханики в этом нет никакой.

Разумеется, диапазон скоростей, которые может поддерживать человек (вообще или не напрягаясь), ограничен.

[rockclimber]

Dan B-Yallay в сообщении #1381699 писал(а):

Биомеханика различается заметно хотя бы потому, что при беге по неподвижной поверхности корпус/тело слегка наклонен(о) вперёд, а на тренажёре -- нет.

А вот кстати нет. И там, и там можно бегать обоими способами. У меня знакомый есть, марафон бегает каждый год, говорит, бегать "прямо" (в смысле, не наклоняясь) более правильно, и надо всегда так делать.

brigval в сообщении #1381780 писал(а):

На форуме бегунов-любителей попытался привести анализ бега на бегущей дорожке.
Кто как думает, имеет он право на существование с точки зрения логики.
Есть здесь ошибки?

Мне эти рассуждения, если честно, напомнили мультик про гусеницу, где она запуталась, с какой из сорока ног начинать идти. Если задумываться о том, когда какую ногу поднять, сколько ее держать и так далее, то конечно да, тяжело. А когда я просто иду по эскалатору - я просто иду и все. Человек ходит помногу каждый день, эти движения у здорового взрослого человека уже давно выполняются на автомате, обычно человек думает просто "надо идти чуть быстрее" и идет быстрее.

[Walker_XXI]

brigval в сообщении #1381788 писал(а):

В отличие от обычного бега, когда скорость (каждого шага) подсознательно выбирает сам организм

И при свободном беге, и при движении с вынужденной постоянной скоростью человек не задумывается о скорости каждого шага. Это в любом случае подсознательно.

-- 14.03.2019, 12:52 --

rockclimber в сообщении #1381800 писал(а):

обычно человек думает просто "надо идти чуть быстрее" и идет быстрее.

Именно так!

[brigval]

wrest в сообщении #1381789 писал(а):

Например -- ходьба строем или в колонне, бег в колонне и т.п.

Так широко не смотрел.
При беге в колонне (или без колонны) происходит толкание тела как массы (центра масс, ЦМ). Перемещение массы вдоль Земли.
При беге по бегущей дорожке ЦМ почти неподвижен относительно Земли.
Можно ли сказать, с точки зрения физики, что существует некая разная нагрузка на биомеханику человека на бегущей дорожке и на неподвижной? С учетом этого фактора?

Бегущие дорожки без электрического привода как-то не очень популярны.
Те, что видел в Интернете имеют не плоское полотно, а изогнутое.
Что-то типа низа беличьего колеса.

-- 14.03.2019, 13:20 --

Walker_XXI в сообщении #1381799 писал(а):

Простая иллюстрация. Человек спокойно поднимается по эскалатору с постоянной скоростью (не обращая внимания на фонари и балюстраду). Начинаем медленно менять скорость эскалатора, пока не уровняем её по модулю со скоростью человека относительно ступеней эскалатора. Всё! Человек неподвижен относительно земли, фонаря и балюстрады, при этом он не делает никаких "выжидательных махов" и тем более не задумывается о них (и вообще может не подозревать, что неподвижен относительно земли). Так что Вы говорите о чисто психологическом эффекте. Физики и биомеханики в этом нет никакой.

Не спорю, но в реальности может происходить и так.
Кто-то заходит на эскалатор так, что может даже пробежать несколько шагов.
Сердечко забилось. Потом тело понимаеет - переборщило. И замедляет шаг.
Потом, вроде, приспособился идти, а усталость-то накапливается и темп медленно уменьшается.
Тут услышал сзади шаги. Догоняют! Тело встрепенулось и сделало еще несколько шагов быстрее.
Опять понимает, что тяжеловато. Чуть сбавил темп.
На выходе с эскалатора - еще несколько быстрых шажков и дальше пошел, делая вид, что не устал (хотя сердечко зашкаливает и дыхалка восстанавливается медленно).
Это все подсознательно, не произнося мысли про себя конечно.
Тоже самое происходит на неподвижной дороге при беге.

Есть мастера, нарезающие круги на стадионе с точностью до десятых долей секунды.
Но ведь это не значит, что весь круг они бегут с идеально постоянной скоростью.

На бегущей дорожке тело не может заниматься варьированием темпа в зависимости от своего текущего состояния.
И обязано всегда подстраиваться под скорость, задаваемую дорожкой.
Но, может, это к физике движения не имеет прямого отношения. Не знаю.

Хочется понять, существует ли разница в беге.
Многие, кстати, отрицают разницу. Один из аргументов — относительно полотна, движущегося с постоянной скоростью, бегун бежит так же как по неподвижной дороге. И ссылаются на первый закон механики.

Но есть некоторые факты, наводящие на мысль, что разница есть.

-- 14.03.2019, 13:28 --

rockclimber в сообщении #1381800 писал(а):

Мне эти рассуждения, если честно, напомнили мультик про гусеницу, где она запуталась, с какой из сорока ног начинать идти.

Это да. Но мы же пытаемся анализировать, поэтому и рассматриваем все по частям.

[wrest]

brigval в сообщении #1381806 писал(а):

При беге по бегущей дорожке ЦМ почти неподвижен относительно Земли.
Можно ли сказать, с точки зрения физики, что существует некая разная нагрузка на биомеханику человека на бегущей дорожке и на неподвижной? С учетом этого фактора?

Нет, разницы никакой не имеется.
Ну представьте что дорожка не метр на полметра, а 3000 метров на 1000 метров...

brigval в сообщении #1381806 писал(а):

Но есть некоторые факты, наводящие на мысль, что разница есть.

Разница есть: разные покрытия (асфальт и что там ещё), разные зрительные ощущения, ветер не обдувает, потолок низко, нет зеленой травки и синего неба вокруг, за перила можно держаться и т.п. Но это всё
не имеет отношения к заданному вопросу по физике. Например чемпионаты по легкой атлетике проводят отдельно на открытом воздухе и в закрытых помещениях. Это не значит, что разная физика, хотя условия конечно разные -- освещение, температура воздуха и т.п.

[EUgeneUS]

brigval в сообщении #1381806 писал(а):

Но, может, это к физике движения не имеет прямого отношения. Не знаю.

Не имеет.

brigval в сообщении #1381806 писал(а):

Но есть некоторые факты, наводящие на мысль, что разница есть.

Вся разница "в голове"
а) либо чистая психология - когда разница мозгом фиксируется, но физиологически её нет.
б) либо психофизиология - когда разница фиксируется мозгом, а мозг как-то чуть по другому начинает работать телом.
Приведу аналогию:
1. если положить на два кирпича доску шириной по ширине стопы человека, то обычный человек (не больной, но и не тренированный специально) пройдет по ней практически не задумываясь, прогулочным шагом.
2. если ту же самую доску перекинуть через два стола или выше, то есть на высоте, падение с которой чревато травмами, то тот же самый обычный человек будет идти по ней совершенно по другому. Хотя с точки зрения физики ничего не поменялось.