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人体部件施加的机械应力可产生多少能量
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下一步,组织必须制定明确的愿景和目标。如果没有对什么是可持续性的广泛定义,组织需要为可持续性及其目标建立一个统一的愿景。这在2010年南非奥运会和冬季奥运会、2012年伦敦奥运会和2010年温哥华奥运会上都是显而易见的。每个城市都有一个与主办城市可持续性相关的清晰愿景,并制定量化措施和关键绩效指标,以衡量和跟踪其可持续发展目标(Henson,2011年)。这就是说,组织必须建立一个可审计的结构来监控其绩效和持续改进。2010年温哥华奥运会建立了可持续发展管理和报告系统,以跟踪和衡量绩效。年度可持续性报告包括其目标和改进方法,已出版并向公众提供(Henson,2011年)。最后,组织必须建立一个团队结构,强调团队所有部分的可持续性并将其优先化。建立一个促进沟通、创造力和创新的有机结构,有助于实现可持续性。通过利用上述交付机制,体育组织在建设或翻新体育场基础设施时,以及在建筑内部政策和原则时,都可以树立更加可持续的心态。 17 方法论 该分析集中在体育赛事期间,人体部件施加的机械应力可产生多少能量并将其转换为货币储蓄。通过在地面下方和场馆周围安装压电传感器,运动员产生的强大力量以及球迷的高频脚步声和噪音中的可用能量可以被捕获,否则这些能量就会流失到环境中。脚步的输出功率可与Pavegen Systems的实验相媲美,该实验由一名150磅的步行受试者产生每英尺7瓦的功率。使用线性运动学计算,将计算组件的每步力速率,以确定事件持续时间内产生的总能量。这将被转换为货币储蓄量,并与活动当天消耗的能量进行比较。还将检查产品成本,以确定这些瓷砖的最具成本效益的使用。 由于缺乏这一领域的文献和研究,保守估计是根据统计和各种研究确定的。 讨论部分将进一步分析压电效应的影响及其与可持续体育运动的关系,以及对环保行为的影响。 为了进行这项研究,对足球比赛的体育赛事进行了分析。 18 分析 运动员的动力 关于方向和施加的力量,足球运动在不同的位置上有所不同。例如,垂直力假设可以更好地应用于那些在不中断身体接触的情况下采取更多步骤的技能位置(接球手、防守后卫、跑动后卫、后卫)。线路员位置施加的垂直力将随从不同方向施加的同时力而变化,因为它们将经历更多的方向变化和突然接触。在这种情况下,两名运动员同时受到的力取决于每种力的大小和作用角度(Hamilton、Weimar和Luttgens,2012)。在本实验中,将使用线性运动学方程来确定职业足球运动员在比赛中脚踩所施加垂直力的保守估计值。牛顿第二运动定律可以用方程形式表示为:𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹=𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀∗𝐴𝐴𝐴 𝐴 𝐴 𝐴𝐴𝐴 𝐴 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴 斯克里普斯·霍华德(Scripps Howard)最近的一项研究发现,职业足球运动员的平均体重为248磅,即112.49公斤(Hargrove,2006年)。地球上重力加速度的常规标准值是9.80𝑚𝑚/𝑠 𝑠 2.因此,职业足球运动员相对于地球引力的质量计算如下: 19 112.49𝑘𝑘𝑘 ∗9.8𝑚𝑚𝑠 𝑠 2=1,102.41 𝑁𝑁𝑁 𝑁𝑁𝑁 𝑁 𝑁 接下来,必须确定运动员的加速度,即运动员速度的变化率。比赛前,运动员的初始速度为0𝑓𝑓𝑓 /𝑠 𝑠 当抓拍发出比赛开始的信号时,运动员的速度开始增加而改变。速度的变化率就是运动员的加速度(汉密尔顿、魏玛和卢特根斯,2012)。加速度以方程形式表示为:𝑎 􀴤=𝑣𝑣𝑓𝑓−𝑣𝑣𝑖𝑖𝑡 运动员的加速度取决于运动员的身体属性、比赛类型和位置。在这项研究中,2015年NFL球探联合会的40码在本研究中,2015年NFL球探联合会的40码短跑数据将用于确定保守估计。40码短跑是一种定量测量,用于确定运动员的速度,从静止状态开始以尽可能快的速度跑40码(0𝑓𝑓𝑓 /𝑠 𝑠 ), 这意味着一出戏的开始。根据ESPN NFL DraftTracker的数据,参加2015年NFL球探联合会的313名运动员的平均40码短跑时间为4.81秒(2014年NFL联合会结果,2014年)。然而,我们可以假设职业运动员在40码标记之前达到最高速度,在这一点上他们保持最大速度直到完成。一篇发表在《国家力量与训练协会杂志》上的文章对短跑运动员在40码短跑中的加速率进行了分析,发现运动员达到了最大速度,或者说加速度为0𝑓𝑓𝑓𝑓𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠2,在27.34码处(麦克法兰,1993年)。要确定运动员在该点的速度,我们必须 20 确定一个保守的估计。根据之前的数据可以确定每秒24.97英尺的平均速度。然而,我们可以假设一个更高的最大速度,因为运动员的瞬时速度不同,他会加速直到达到他的最高速度(Gage,2010)。对于这个特殊的实验,假设运动员在27.34码处的最大速度为每秒28英尺。 考虑到之前确定的4.81 40码短跑时间和27.34码标志,在该时间段内出现最大速度,速度变化的时间间隔可计算为3.28秒。计算结果如下:27.34𝑦 𝑦𝑦𝑦 40𝑦 𝑦𝑦𝑦 ∗4.81𝑠 =3.28𝑠 因此,运动员可以在3.28秒内从0英尺/秒的初始起始速度跑到28英尺/秒,并继续保持该速度到40码终点标记。运动员达到最高速度时的加速率现在可以计算为:𝑎 􀴤=28𝑓𝑓𝑓 𝑠 −0𝑓𝑓𝑓 𝑠 3.28𝑠 =8.52𝑓𝑓𝑓 𝑠 2. 根据之前计算的职业足球运动员的体重和他们跑步时的加速度,我们现在可以计算运动员在40码短跑时每一步施加的动能。1,102.41𝑁𝑁𝑁 𝑁𝑁𝑁 𝑁 𝑁 ∗8.52𝑓𝑓𝑓 𝑠 2=9,397.27 𝑁𝑁𝑁 𝑁𝑁𝑁 𝑁 𝑁 𝑝𝑝𝑝 𝑝 𝑠 𝑠 𝑠 𝑠 然而,足球运动是一项运动和改变方向的运动,运动员可能不会在运动比赛中模仿40码短跑。数据 21 上述计算假设职业运动员能够产生8.5倍于其体重的力量,这可能不是每一步都会发生。Saucony鞋业公司报告称,跑步时可施加高达运动员体重7倍的力(Birnbaum,1999年)。Z-Tech鞋业公司发表的一篇文章报告说,一个台阶施加的最大力可以相当于跑步者体重的三倍半(Birnbaum,1999)。然而,上面列出的文章是用一个慢跑运动员而不是一个模拟NFL运动员在比赛中的短跑运动员进行实验的。下表显示了不同文献中力的变化情况。 表2:根据各种文献,NFL运动员施加的力 来源 运动员人数 倍数 施加的力 40码短跑计算 1102.41N 8.5 9397.27N 鞋子背后的科学。索科尼公司。 1102.41N 7 7716.89N 历史。Z-线圈鞋缓解疼痛。Z-Tech公司。 1102.41N 3.5 3858.44N 平均的 6990.87N 在本实验中,每一步6990.87牛顿的平均值将作为保守估计值,用于确定可转化为清洁能源的总动能。这个数字将在以后的计算中用于确定游戏中产生的瓦特数,使用Pavegen瓷砖实验的瓦特率。 22 下一步是确定一场比赛中采取了多少主动步骤的估计值。根据SportsVU technology提供的关于球员距离和速度的量化数据,技术位置(接球手、防守后卫、后卫、跑动后卫)在比赛中以每场1.25英里的速度跑得最多(Rose,2013)。技能位置在同一时间占据了场上一半的球员,而其余的通常受到同时的力量和接触,并停留在距离初始抓拍区域很近的地方。也就是说,可以假设一名玩家在一场比赛中的平均跑步距离小于1.25英里。在本研究中,NFL足球运动员在比赛期间的平均跑步距离为每场0.85英里。考虑到每场比赛有22名球员在场,一场比赛的总距离可以计算为18.7英里。 然后需要确定运动员在比赛中所走的步数。世界著名的力量和体能教练迈克尔·博伊尔表示
 
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