Earth curvature of space2 curvature of space1
Банк задач

ФизМат БАНК / Форумы / Public / Обсуждение задач / Физика и... лошадь

  Автор   Сообщение
Кузька Статус
24.01.2012 12:59
Сообщение #1
Аватар
Member
Сообщений: 6
ru Россия
Пятигорск
Дата регистрации:
24.01.2012 12:58

Доброго времени суток, уважаемые физики. Обращаюсь к вам с неожиданным вопросом и очень рассчитываю на вашу помощь.

Изучая физиологию и анатомию конкурных лошадей, многие конники задаются вопросом: отчего среди прыгающих спортивных трудяг такой большой процент травмированных на передние ноги? Отчего у лошадей страдают связки, суставы и сухожилия?

Сегодня все больше и больше людей отказываются от коного спорта в пользу естественного содержания лошадей. И для таких людей наша команда ветеринаров, иппологов и просто заинтересованных лиц, хотим создать сайт, где подробно будут изложены факты против спортивных нагрузок, основанные исключительно на заключениях науки и медицины.
Когда дело дошло до разбора прыжковых нагрузок, все мы зашли в тупик, ибо одними препарациями нельзя наглядно продемонстрировать силу воздействия прыжка на ногу. В физике мы все как один - полные "нули", а доказательства пагубности метровых прыжков для лошадиных ног нам очень нужны.

Итак, мы имеем лошадь массой 500-600 кг, высоту ее "падения" с высоты в среднем 100-125 см при приземлении после прыжка через препятствие. Так же имеем копыто, диаметром примерно 15 см, на которое приходится вся нагрузка в момент приземления.
Внутренние структуры дистальной области передней ноги в момент приземления деформируются примерно так (если это как-то может помочь вашим рассуждениям))) :





Подобные нагрузки приводят к десяткам заболеваний и травм. Вот нам бы хотелось узнать, насколько большими являются эти нагрузки. С какой силой масса тела лошади в сумме с другими физическими показателями воздействуют на это самое копыто?

Заранее багодарю за содействие.
С глубочайшим уважением, Анна.

 
Doob1k Статус
24.01.2012 16:19
Сообщение #2

Member
Сообщений: 142
kz Казахстан
Кокшетау
Дата регистрации:
13.12.2010 14:28

Действительно интересный и оригинальный вопрос)
честно говоря, мыслей 0. :D
ну я так понимаю, что это будет движение под углом к горизонту, максимальная высота - 125 см. Наверно нужно учитывать силы которые будут действовать на лошадь во время падения.Сила тяжести однозначно, сила "движения"(не знаю как по-другому сказать), ещё наверно после соприкосновения с землей сила реакции опоры, но вот всё это посчитать не могу :<
Думаю, что равнодействующую силу посчитать пока невозможно, так как она будет зависеть от скорости толчка лошади, угла под которым она прыгнет.

куплю мозги )) :D
 
Кузька Статус
24.01.2012 19:05
Сообщение #3
Аватар
Member
Сообщений: 6
ru Россия
Пятигорск
Дата регистрации:
24.01.2012 12:58

Ой, как замечательно, что кто-то откликнулся :) Нам не обязательна какая-то точная цифра, достаточно будет очень примерного значения. Сейчас вспоминаю, что давным-давно на каком-то форуме ветеринар уже пытался вычислить сие, но запутался. Если найду картинку с ходом его мыслей, выложу сюда, может она поможет.
Нам действительно очень, ОЧЕНЬ нужна эта информация.

Добавлено 11 Минут спустя:

Ага, нашла. Далее цитирую:

"Примем очень упрощенно, что всадник и лошадь представляют собой единое целое и обозначим это единение телом. Сопротивлением воздуха принебрегаем.
Рассмотрим движение тела, начиная с его нахождения в наивысшей точке прыжка, т.е. на высоте h и в момент приземления на землю. Тело движется по параболическому закону в течение времени t до своего приземления.
Совершенно очевидно, что чтобы найти силу удара копыт о землю, нам нужно знать их скорость к моменту приземления.
Вот найденные мною зависимости на основе уравнений кинематики:



Вот эти же результаты, найденные с помощью закона сохранения энергии:



Итак:
проекция скорости в момент приземления на ось х равна скорости тела в наивысшей точке или вот такому выражению Vx=[(gL^2)/(2h)]^0.5;
проекция скорости в момент приземления на ось у равна квадратному корню из удвоенного произведения ускорения свободного падения на высоту падения, т.е. Vy=[2gh ]^0.5.

Вобщем на этом я и застряла. Теряюсь в последующих рассуждениях"


И еще чье-то решение. Цитирую:


"Масса лошади 600кг+70кг(всадник); высота препятствия 1м+0.7м(приблизительно до центра тяжести всадника с лошадью по вертикали); время удара 0.07сек.

Воспользуемся формулой импульса силы (не считая горизонтальную составляющую этой силы). Итак проекция на Оу : -F*t=m*Vкон.-m*Vнач., где F-действующая ударная сила в течение времени удара t; m-масса тела; Vкон. и Vнач.-соответственно конечная и начальная скорость тела во время удара (Vкон.=0).
Найдем ударную силу: F=m*Vнач./t=[m*(2gh)^0.5]/t=[670*(2* 10*1.7)^0.5]/0.07=55811 Н, т.е. 5.5 т!!!"

 
Doob1k Статус
24.01.2012 21:21
Сообщение #4

Member
Сообщений: 142
kz Казахстан
Кокшетау
Дата регистрации:
13.12.2010 14:28

Ну я бы так решал(только после мне нужна будет помощь):
получается что лошадь+всадник будут горизонтально падать с высоты h=1,25 м
время падения t= √(2h/g)
можно найти угол под которым тело(лошадь+всадник) упадет на землю
tg β=Vy/Vx=gt/V0=(g*√(2h/g))/V0 к сожалению начальную скорость V0 найти не могу, поэтому воспользуюсь предоставленными данными, т.е. V0= √(2gh)
После соприкосновения с землей на копыто будут действовать 4 силы: сила тяжести mg, сила реакции опоры N, сила "тяги" F, сила трения Fтр
Дальше нужно находить проекции, но тут я туплю :)
ну по оси Ох: F*sin β-Fтр =ma
по оси Оу: N-mg=0 , вот тут я уже начинаю путаться, так как нужно учитывать силу тяги, как не понимаю :-[
вообще не уверен, что решаю правильно...

куплю мозги )) :D
 
inkerman Статус
24.01.2012 21:59
Сообщение #5

Administrator
Сообщений: 1025
ru Россия
Москва
Дата регистрации:
07.04.2009 15:54

Решение рукописное - чушь. Решение "чье-то" очень близко к истине.
Наибольшие нагрузки очевидно испытывают связки и сухожилия ноги. И эти нагрузки зависят от двух вещей:
1) от скорости падения лошади vy. Не копыта, а центра масс лошади перед ударом
2) от времени остановки лошади. Имеется в виду вертикальная остановка, т.е. время до тех пор, пока лошадь опускается. В горизонтальном направлении, разумеется, лошадь не останавливается а движется вперед (хотя при взаимодействии с землей скорость, конечно, теряется).

Нагрузки тем сильнее, чем больше скорость и чем меньше время. Если лошадь будет приземляться на перину/вату то время увеличится и удар будет "мягким" и наоборот, удар о асфальт будет очень жестким.
Скрость посчитать несложно. Оба автора с этим справились. Время посчитать сложнее, вернее его нужно измерять по кинопленке замедленного движения лошади в прыжке. Это время от касания копыта до прекращения падения центра масс лошади (когда центр лошади перестанет опускаться). Второй автор просто взял его как 0,07с. Это примерно так и есть. Примерно.

Второй автор в остальном все сделал верно. Только ударной силе нужно не забыть прибавить вес лошади 670кг*9,8=6566Н. тогда полная нагрузка будет 6656+55811=62377Н, т.е. 6300кг. Это на оба копыта. Т.е. на одно приходится 3200кг, это почти в 20 раз больше чем при стоянии на месте на 4 ногах. Много ли это? На самом деле не факт что много.

Для здоровья лошади вопрос в другом. Может у нее очень прочные связки и ничего ей от таких нагрузок не будет. Для этого нужно знать а какую нагрузку фиически могут выдержать лошади. Для этого нужно знать толшину связок которые держат нагрузку и какую нагрузку они выдерживают на разрыв. Тогда можно оценить запас прочности связок. Толщину связок легко измерить непосредственно или спросить у ветеринара, который делает операции. А вот с максимальной нагрузкой на разрыв все сложно. Тут надо делать измерение в лаборатории по прочности связок на специальных динамометрических машинах.

Пока писал придумал еще вариант. Проще. Нужно просто знать с какой высоты при прыжке лошадь гарантированно рвет эти связки. Тогда тоже Можно оценить скорость, время и посчитать разрушающую нагрузку.

Ну как то вот так.

Sapere Aude
 
Кузька Статус
24.01.2012 22:22
Сообщение #6
Аватар
Member
Сообщений: 6
ru Россия
Пятигорск
Дата регистрации:
24.01.2012 12:58

Уффф... как все сложно...
Как правило, конкур проводят на траве или песочном грунте.
Если нагрузка получается примерно 6,3 т, с чем можно сравнить такое воздействие? Мне трудно представить степень такой нагрузки.
Лошадь приземляется всегда на одно копыто.

Насчет прочности связок не могу ничего сказать, пошла за ветеринаром.

ПС: Если я выложу сюда препарацию интересующих нас связок меня администрация расстреляет или нет?

Добавлено 6 Минут спустя:

Нужно просто знать с какой высоты при прыжке лошадь гарантированно рвет эти связки. Тогда тоже Можно оценить скорость, время и посчитать разрушающую нагрузку.
----
Дело в том, что именно разрывы связок и сухожилий как таковые происходят редко.
Гораздо чаще наблюдаются воспаления челночной кости, челночной сумки и концевой части пальцевого сгибателя, а также переломы челночной кости, воспаление частей челночного блока, тендовагиниты, артрозы, эрозии гребня, сезамоидита и переломы сезамовидных костей, деформации путового и венечного суставов... Т.е. заболевания, возникающие не от разовой резкой нагрузки, а из-за постоянных, регулярных перегрузок.

 
inkerman Статус
24.01.2012 22:34
Сообщение #7

Administrator
Сообщений: 1025
ru Россия
Москва
Дата регистрации:
07.04.2009 15:54

Цитата (Кузька @ 24 января 2012, 18:22 GMT) #2979 Уффф... как все сложно...
КТ.е. заболевания, возникающие не от разовой резкой нагрузки, а из-за постоянных, регулярных перегрузок.
А сосбтвенно тогда что вы хотите посчитать?

Сравнить нагрузку 6,3т можно с весом автомобиля КаМАЗ. Легко его поднять и держать? Вот такая нагрузка в течение приземления действует на ногу лошади.

Sapere Aude
 
Кузька Статус
24.01.2012 22:38
Сообщение #8
Аватар
Member
Сообщений: 6
ru Россия
Пятигорск
Дата регистрации:
24.01.2012 12:58

А сосбтвенно тогда что вы хотите посчитать?
---
посчитать, какой силы удар приходится на копыто в момент приземления.

 
inkerman Статус
24.01.2012 22:53
Сообщение #9

Administrator
Сообщений: 1025
ru Россия
Москва
Дата регистрации:
07.04.2009 15:54

Так вот уже посчитали. примерно нагрузка 6,3т
Более точно осталось оценить время. Его замерить можно по записи прыжка. Надо смотреть по кадрам, ведь 1 кадр = 1/24 сек.

Sapere Aude
 
Кузька Статус
24.01.2012 22:59
Сообщение #10
Аватар
Member
Сообщений: 6
ru Россия
Пятигорск
Дата регистрации:
24.01.2012 12:58

Огомнейшее Вам спасибо!!! Постараюсь подобрать удачную запись прыжка и замерить время. Ну и насчет связок - постараюсь вытащить сюда ветеринара.
Еще раз спасибо.

 
inkerman Статус
24.01.2012 23:14
Сообщение #11

Administrator
Сообщений: 1025
ru Россия
Москва
Дата регистрации:
07.04.2009 15:54

Пожалуйста. Рад помочь на интересный вопрос.

Sapere Aude
 
Reiter Статус
27.01.2012 12:37
Сообщение #12
Аватар
Member
Сообщений: 2
ru Россия
Санкт-Петербург
Дата регистрации:
27.01.2012 11:59

Насколько я понял, обсуждение ведут сейчас просто знатоки физики и некто, претендующий на звание борца за лошадиное счастье. Позвольте присоединиться к разговору конкуристу с 9-летним стажем. Я тоже в свое время производил подобные расчеты. И получал СТАТИЧЕСКИЕ данные, схожие с данными уважаемого inkerman. Но! Это статика. А динамика будет отличаться весьма изрядно. И вот по каким причинам.
В пылу полемики практически никто не учитывает угол встречи передних ног лошади с грунтом. А он меняется в изрядных пределах. Вот наглядные примеры.
Прыжок "ходом", с хорошим движением вперед:

Прыжок "с оттемповки", из-под барьера:

Далее хочу немного пройтись по посту топикстартера.
Цитата (Кузька @ 24 января 2012, 18:22 GMT) #2979 Как правило, конкур проводят на траве или песочном грунте.
Грунт тоже будет вносить изрядные корректуры в расчеты. Ни в одном из них амортизирующие свойства грунта не учтены. Ошибочка вышла. Травяные конкура достаточно редки, тем более на высотах 100-120. Да и песочный грунт тоже весьма абстрактное понятие. На чистом песке проводить конкур может только законченный идиот. Попробуйте попрыгать через метровый забор на пляже. Типовой грунт конкурного поля представляет собой смесь суглинка, песка и обычной земли. Более высококачественные поля содержат подложку в виде специальных пружинящих матов, и основной грунт в виде смеси кварцевого песка и/или геотекстиля с волокнами микрофибры.
Причем такой грунт уже далеко не прерогатива соревнований исключительно уровня Кубка мира.
Цитата (Кузька @ 24 января 2012, 18:22 GMT) #2979 Лошадь приземляется всегда на одно копыто.
Неужели?

Цитата (Кузька @ 24 января 2012, 18:22 GMT) #2979Гораздо чаще наблюдаются воспаления челночной кости, челночной сумки и концевой части пальцевого сгибателя, а также переломы челночной кости, воспаление частей челночного блока, тендовагиниты, артрозы, эрозии гребня, сезамоидита и переломы сезамовидных костей, деформации путового и венечного суставов... Т.е. заболевания, возникающие не от разовой резкой нагрузки, а из-за постоянных, регулярных перегрузок.
Во всей этой замечательной фразе, собравшей в кучу чуть ли не весь ветеринарный справочник по болезням лошадей (сразу вспоминается Джером с его "водой в колене" и "родильной горячкой") есть ключевое слово: перегрузки. Никто не станет отрицать, что лошадь, не готовую по возрасту или просто физически, вполне можно травмировать, запустив ее на запредельную для нее высоту. Равно как и тренированную лошадь, прыгая на ней по максимальным высотам ежедневно.

Ну и напоследок.
Цитата (Кузька @ 24 января 2012, 18:22 GMT) #2979Изучая физиологию и анатомию конкурных лошадей, многие конники задаются вопросом: отчего среди прыгающих спортивных трудяг такой большой процент травмированных на передние ноги?
Будьте так любезны, озвучьте официальную статистику.

Добавлено 13 Минут спустя:

Цитата (inkerman @ 24 января 2012, 17:59 GMT) #2976 Нужно просто знать с какой высоты при прыжке лошадь гарантированно рвет эти связки.
Полагаю, что никак не меньше метров эдак пяти. Но таких прыжков не зафиксировано и никогда не будет. Официальный мировой рекорд, утвержденный Федерацией конного спорта - 2 метра 47 сантиметров.

 
Кузька Статус
27.01.2012 15:21
Сообщение #13
Аватар
Member
Сообщений: 6
ru Россия
Пятигорск
Дата регистрации:
24.01.2012 12:58

Омг, Михаил, ну где бы еще встретились...
Уж извиняйте, что не расписала точнейший состав грунта. Я, кажется, сказала, что точная цифра непринципиальна.
Не придирайтесь к словам: лошадь практически всегда приземляется на одно копыто. Да, бывают и исключения, но как правило (!) - на одно.
Вам статистику? А разве кто-то когда-то официально считал лошадиные травмы? Мне достаточно того, что в любом близлежащем клубе ноги "прыгающих" лошадей практически всегда нездоровы, и часто это видно даже невооруженным глазом, и дети даже не скрывают того, что многим лошадям нужна поддерживающая терапия и обязательная бинтовка. Далеко и ходить не надо - насмотрелась я на Дона, который до сих пор бревно на левую сторону после травмы.
Если у вас есть конструктивные решения по поводу данной задачи - делитесь.

Во всей этой замечательной фразе, собравшей в кучу чуть ли не весь ветеринарный справочник по болезням лошадей:

Укажите мне заболевание, из перечисленных мною, которое не может проявиться при прыжковых нагрузках. Поясните. Желательно - в личку, а то и так форум засоряем.

 
Reiter Статус
27.01.2012 15:41
Сообщение #14
Аватар
Member
Сообщений: 2
ru Россия
Санкт-Петербург
Дата регистрации:
27.01.2012 11:59

Цитата (Кузька @ 27 января 2012, 11:21 GMT) #2990 Омг, Михаил, ну где бы еще встретились...
Конный мир тесен, сами знаете :)
Цитата (Кузька @ 27 января 2012, 11:21 GMT) #2990Не придирайтесь к словам: лошадь практически всегда приземляется на одно копыто. Да, бывают и исключения, но как правило (!) - на одно.
Вы за этим специально следили? Или где-то в официальной литературе есть упоминание об этом?
Цитата (Кузька @ 27 января 2012, 11:21 GMT) #2990Вам статистику? А разве кто-то когда-то официально считал лошадиные травмы?
Тоггда откуда такая уверенность?
Цитата (Кузька @ 27 января 2012, 11:21 GMT) #2990Мне достаточно того, что в любом близлежащем клубе ноги "прыгающих" лошадей практически всегда нездоровы, и часто это видно даже невооруженным глазом, и дети даже не скрывают того, что многим лошадям нужна поддерживающая терапия и обязательная бинтовка. Далеко и ходить не надо - насмотрелась я на Дона, который до сих пор бревно на левую сторону после травмы.
Как раз для статистики одного клуба катастрофически недостаточно. Про выборки статистические слышали чего-нибудь? А то, что в упомянутом Вами клубе не все хорошо, это еще не значит, что все плохо всегда и везде.

Цитата (Кузька @ 27 января 2012, 11:21 GMT) #2990Укажите мне заболевание, из перечисленных мною, которое не может проявиться при прыжковых нагрузках. Поясните.
Чрезмерные прыжковые нагрузки - это ОДНА из причин. Но никак не единственная.

 
inkerman Статус
27.01.2012 19:34
Сообщение #15

Administrator
Сообщений: 1025
ru Россия
Москва
Дата регистрации:
07.04.2009 15:54

Reiter, что вы считали я не знаю, но не статику точно. Статика это когда неподвижны изучаемые объекты. Динамика - когда подвижны. Все расчеты это о движении и это динамика.
Что касается озвученной цифры в 5 метров. Это мало. Это означает что запас прочности на разрыв порядка 1,7 раза. Т.е. чуть не удачно поставленное копыто и травма. Строители делают расчеты статики строений с запасом 7-10 раз. Конструктора авто (динамика) делают запас от 5раз и выше.

Sapere Aude