Chemie pro šílence 58. Svaly 3.

29. října 2015 v 5:30 | Petr |  Chemie pro šílence
Pokud bych předpokládal, že jste "moderní vysokoškoláci" tak bych dnešní kapitolu zkrátil na Twitterových 140 znaků - vy byste si to přečetli a hotovo, ale protože předpokládám, že máte na víc, než polovzdělané "produkty Boloňského procesu" - proto ten úvod v předchozích dvou kapitolách.

Tedy když "staří patologové" zkoumali svalovou tkáň nebyli z toho moc moudří a proto kolem toho udělali celou složitou terminiologii. Starořecky se "maso" řekne "σαρκο" - tedy "sarko" a proto ve svalech bylo všechno "sarko" - buněčná membrána byla sarkolema, endoplazmatické bylo "sarkoplazmatické" retikulum a to čemu se normálně říká "mitochondrie" se ve svalu jmenovalo "sarkozóm". Jenom taková poznámka na okraj - když se kolem něčeho vytváří nesrozumitelná hantýrka - znamená, že že tomu nerozumíme, nebo máme špatné svědomí - příklad : "nedovyčerpání" EU dotace.

Takže když se dneska soustředíme už výlučně na vůlí ovládané "příčně pruhované" svalstvo, které je biologický analog robotických motorů - musíme začít "takticko technickými daty" - sval má účinnost přeměny energie 30 % asi jako moderní spalovací motory - na rozíl od elektromotorů, kde je to 98% ale zase musíme nějak vyrobit tu elektřinu. Příčně pruhované svaly se pohybují vůlí, a protože nejoblíbenější volní pohyb je "gaučing u televize" tak by se zdálo, že všechny příčně prohované svaly jsou převážnou většinu doby "povolené" ale to není pravda - napříkad svaly kolem páteře, nebo na nohách tzv "posturální" alias polohu udržující svaly - jsou naopak napjaté i mnoho hodin. Ergo je jasné, ze svalů existují dva základní typy :
  • Červené svaly, které pracují pomaleji "aerobně" - to jest nikoliv na "kyslíkový dluh" a prakticky se nedají se unavit
  • Bílé svaly, které pracují rychle, často i "anaerobně" alias na kyslíkový dluh a dají se unavit.
A pak existují i přechody mezi těmito dvěma extrémy. Takže si dáme "radu pro geeky" : existují dva způsoby svalové práce "statická" alias "izometrická" práce - kdy sval je zaťatý, ale jeho délkla se příliš nemění - příklad - vzpírám činku, nebo "tlačím do zdi". Pozoruhodné, je že v zaťatém svalu je tak vysoký hydrostatický tlak, že sval zaškrtí cévy, které jej zásobují, proto "izometricky" pracující sval nemá jinou možnost než pracovat - na kyslíkový dluh "anaerobně". ERGO tréning založený na izometrické práci ( posilovna ) vede automaticky k růstu "bílého svalstva".

A naopak - druhá je dynamická alias izotonická práce - jejíž hlavní složkou je neustálý pohyb relativně málo zatíženého svalstva. Neustálý pohyb - znamená, že nelze pracovat na kyslíkový dluh - protože ten je "jednou třeba splatit" - ergo taková práce se musí dít aerobně, a tréning založený na dynamickém pohybu automaticky vede k růstu převážně "červeného svalstva".

Tím se dostáváme k dalšímu pozoruhodnému aspektu - hmota červeného svalstva je z principu omezena - a to kapacitou plic a cévní soustavy, protože nemůžete mít nikdy více svalstva, než je schopnost vašeho srdce jej "ve výkonu" zásobovat kyslíkem a živinami. Ergo - na trati maratónu se z vás "svalovec z posilovny" nestane a naopak "svalovce z posilovny" do cíle maratónu ( živého ) doběhnout neuvidíte.

Ergo - pokud se maratonec pokusí vzpírat činku - prostě ji od určité váhy nezvedne, protože na to nemá dostatek svalových vláken. Daleko pozoruhodnější je, co se stane když svalovec z posilovny běží maraton ( nebo kope dvě hodiny malinkatou motyčkou ). Takový člověk má více svalstva, než je schopnost jeho cév a srdce takové svalstvo ve výkonu zásobovat, proto pokud je nucen pracovat dlouhodobě a aerobně - neúspornost takového svalstva se projeví tím, že se unaví i při velmi lehké práci, pokud trvá dostatečně dlouho bez přestávky. Takže už je vám jasné, co jsem udělal švagrům v historce z prvního dílu že ?

Pak je zajímavá ještě další věc - pokud se výkon svalstva blíží k maximálním možnostem cév jej zásobovat - dostává se člověk k tzv. aerobnímu prahu - Anaerobně je člověk schopen pracovat na maximální výkon pár desítek sekund ( běh na 100 - 400 metrů ) ale na úrovni 80% maximálního aerobního prahu můžeme pracovat neomezeně dlouho - takže mám na svém "expedičním kole" udělanou přehazovaču na míru - "čtyřka" je na jízdu bez bagáže rychlostí 22km/hod, "trojka" - o kolečko vedle je na jízdu s plnou bagáží rychlostí 17 km/hod - a při obou rychlostech mám přesně 150 tepů / minutu což je 83% 180 tepového maxima. A pak se tvářím jako frajer, co jezdí bez pulsometrů a jiných high tech gadgetů - a přitom vydrží stejně jako frikulíni, kteří jsou jimi ověšeni.


Obávám, se, že jsem při výkladu poněkud zabloudil, takže dneska si dáme jenom poslední věc a to je "Frank - Starlingův mechanismus". Což jednoduše řečeno znamená, že síla svalu závisí na jeho délce. Tedy aktin a myozin se do sebe zasouvají jako píst do válce je jasné, že svalovou sílu ovlivňuje to, jak velký úsek se překrývá. Inženýrům je jasné, že existuje délka svalu, kdy je překrytí 100% a všem je jasné, že v tomto bodě je síla svalu maximální. A taky je všem jasné, že na obě strany od tohoto bodu síla svalu klesá - na jednu stranu protože překrytí aktinu a myozinu je menší než 100% a na druhou stranu protože překrytí aktinu a myozimu "je už příliš" tedy dva aktiny se tlačí ke stejnému myozinu a vzájemně si překážejí - viz obrázek nahoře. Vtip lidské svalové soustavy je takový, že u "natažených končetin", kde sval musí překonávat "velkou páku" - je jeho délka blízko maximální délce se 100% síly. a při zkracování kdy se "páka zkracuje" jeho síla ponekud klesá. To má cekem 3 pozitivní aspekty
  1. je to přirozená ochrana před utržením maximálně staženého svalu.
  2. zajišťuje to rovnoměrnější sílu na "druhém rameně páky" tedy - přibližně stejnou sílu končetiny bez ohledu na polohu.
  3. Zajišťuje to hladký rozjezd končetin z klidové polohy - relativně velkou silou ( na způsob asynchnonních 3fázových elektromotorů které při nulových otáčkách mají maximální točivý moment )
Takže to je příčina paradoxu, že inženýrům svaly připadají - dle svého tvaru - jako hydraulika, ale ony se chovají více jako elektromotory a navíc na rozdíl od elektromotorů je tam nezanedbatelná "pružná komponenta" z pružnosti šlach, a svalových obalů. Vědí to v Boston dynamics ? Asi ano, ale doufám, že teď to vstoupí ve všeobecnou známost i mezi českými amatérskými robotiky.

Poslední poznámky před koncem - Kam se ztrácí 70% energie, které svaly neumí přeměnit v mechanickou práci ? - Mění se v teplo což pomáhá udržovat tělesnou teplotu teplokrevných zvířat. Viz třes když je nám zima. A druhá poznámka - o Frank-Starlingově mechanismu uslyšíte nejspíš v kardiologii, protože u srdce je to důležitá zpětná vazba mezi přitokem krve do srdce a silou, kterou je tato krev vypuzena a pokud se srdce roztáhne "až na druhou stranu" kde dalším roztahováním srdce síla jeho svaloviny klesá - mluvá se o tzv "excentrické dilataci srdce" ( protože vždy začíná asymetricky v nejslabším místě ) a znamená to obrat od negativní k pozitivní zpětné vazbě - více krve přiteče = srdce je slabší = méně krve vytlačí = příště bude roztažené ještě více - a tak dále - až za pár měsíců - cesta na hřbitov.....

Bohužel se musím omluvit - zbloudil jsem při výkladu a potřebuju ještě jeden díl "o regulaci" pohybu na té nejnižší úrovni. Takže jestli vás to nebaví - příští čtvrtek jděte raději do hospody.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 Mroks Mroks | 29. října 2015 v 7:00

Mne takéto zablúdenia vôbec nevadia  a čím viac dielov má ktroýkoľvek tvoj seriál, tým lepšie. A samozrejme môžu byť  veľmi dlhé a vychádzť čatsejšie ....

2 gilhad gilhad | 29. října 2015 v 8:23

Taky to mam rad :) Vzdycky se dozvim neco noveho a navic mam pocit, ze to chapu :)

3 fň | 29. října 2015 v 9:04

"na způsob asynchnonních 3fázových elektromotorů které při nulových otáčkách mají maximální točivý moment"

tak tady jste udělal botu, (3f) asynchroňáky mají rozběhový moment relativně malý, tedy pokud nemají dvojitou či boucherotovu kotvu. Největší moment mají při skluzu cca 10% (v závislosti na velikosti motoru) což odpovídá 90% synchronním otáčkám čili téměř jmenovitým. Najděte si momentovou charku ASM a klossův vztah.
Pokud chcete mít maximální moment při nulových otáčkách potřebujete frekvenční měnič, nejlépe s vektorovým řízením.

Maximální moment mají při nulových otáčkách motory stejnosměrné (za cenu velkého proudového přetížení)

4 blr blr | 29. října 2015 v 20:55

Jak je způsobena křeč, resp. co se tam děje? Díky

5 petr-kubac petr-kubac | 30. října 2015 v 7:58

Křeče jsou dvojího typu
Tonické - sval je bolestivě zaťatý a nelhe povolit - příčinou bývá zvýšená dráždivost svalu a nervů, které je řídí - což má spoustu příčin od nedostatku tekutin a iontů ( nedostatek sodíku u křečujících sportovců ) po infekce a otravy
Druhé jsou klonické křeče - sval se nekontrolovatelně stahuje a povoluje - příklad - epilepsie -  příčina - technickou hantýrkou - nestabilita a "rozkmitání" zpětnovazebných smyček řídících motoriku

6 Vašek Vašek | 30. října 2015 v 20:55

[5]: a co takové ty noční křeče: lýtko ale nejčastěji nárt? Ty jsou tedy asi tonické ale člověk je v klidu bez nějaké námahy a bum, je to tady.

7 petr-kubac petr-kubac | 30. října 2015 v 21:19

[6]: V našem regionu a od 30 let navrch mají tyto křeče dvě hlavní příčiny - nedostatek vitaminů B ( hlavně B12 ) související s chlastem, druhá příčina - poškození nervů z poškození cév kouřením. Pak dlouho nic a pak všechny ostatní příčiny od strany 1 po stranu 650 v každé učebnici neurologie - těžko radit.
Jinak to že křeče přícházejí v klidu je normální protože organismus nastavuje citlivost zpětných vazeb řídících svalové napětí podle "úrovně signálu"  tedy maximální klid = minimální signály = maximální citlivost čidel.

8 pb pb | 2. listopadu 2015 v 10:14

[3]: Asi nejvetsi moment pri nulovych otackach ma stejnosmerny motor se zapojenim rotoroveho a statoroveho vinuti do serie - byly (a mozna dosud jsou) jimi osazovany tramvaje.

9 m.marianek m.marianek | 2. listopadu 2015 v 13:16

[8]: No a tohle mě vždycky zajímalo, proč zrovna seriový motor? Proč ne derivační (paralelní)? mám pocit, že z tohoto tvrzení se postupem let stal axiom stejného druhu, jako že ve špenátu je hodně železa. Pravděpodobně to vychází z tvrzení, že seriový motor má při nulových otáčkách největší moment, ale myslí se tím na své charakteristice a ne největší ze všech možných zapojení. U paralelního zapojení by měl vinutím téct při stejném napětí větší proud a motor by měl mít větší sílu, než při seriovém zapojení.

10 fň | 2. listopadu 2015 v 15:45

[9]: zjednodušeně protože F=BIL B-magnetická indukce vyvolaná budícím vinutím I proud vodičem (vinutím rotoru) L -délka vodiče- konstanta F-síla na vodič

budícím vinutím u motoru které je zapojeno jako derivační teče stále stejný budící proud nezávisle na otáčkách - za předpokladu, že je motor připojen na tvrdý zdroj napětí. čili B je konstantní

  Kdežto u sériového SSM je proud rotoru tak proud budícím vinutím stejný- závislý na zatížení. Při nulových otáčkách je indukované napětí nulové a tím pádem je proud motorem maximální -jak proud budícím vinutím tak proud rotorem.  (za předpokladu připojení na tvrdý zdroj napětí)
Čili při nulových otáčkách má sériový motor vyšší buzení než motor s derivačním buzením a tím pádem i vyšší moment.

11 fň | 2. listopadu 2015 v 15:52

doplnění: samozřejmě, že budící vinutí sériového motoru  se bude lišit od motoru s derivačním buzením
derivační vinutí bude vinuto tenčím drátem a více závity aby jím tekl co nejmenší proud,narozdíl od sériového, které bude vinuto méně závity tlustším drátem jelikož musí snést celý proud motorem.

12 m.marianek m.marianek | 2. listopadu 2015 v 16:14

[10]: Ale no tak, bavíme se přece o motoru stejné konstrukce, abychom mohli srovnávat stejné se stejným a pak vychází síla (moment) u derivačního motoru větší, protože při paralelně zapojených vinutích poteče vinutími větší proud. To co totiž nikdo neobjasní je, že seriový motor má při nulových otáčkách vinutí brutálně přebuzeno, což si u derivačního motoru nemůžeme dovolit (proud statoru je stále stejný, zatímco u seriového motoru s otáčkami klesne na provozní hodnotu).

13 fň | 2. listopadu 2015 v 18:06

no vidíš, já očekával, že se bavíme o motorech které mají stejný výkon a jsou konstruovány buť jako seriové nebo derivační.

Pokud máme derivační motor tak se dá očekávat, že budící vinutí bude navinuto tak, aby budící vinutí bylo připojeno na plné napětí motoru, čili bude tvořeno hodně závity tenkým drátem tak, aby jím tekl co nejmenší proud (dejme tomu 10X menší než proud rotorem) pro co nejmenší ztráty (pouze ohmický odpor budícího vinutí omezí budící proud) Pokud tedy takovýto motor přepojíme jako seriový tak mude mít moment 00prd, protože budící vinutí nám omezí proud do rororu.

14 vladimír šmídl vladimír šmídl | E-mail | 2. listopadu 2015 v 19:19

Daleko od svalů, ale třeba budu tolerován.
Lokomotivy s třífázovými asynchrony   jezdily pokusně před 100 lety, v 80 létech 20.stol. zrušili Taliáni provoz na posledním úseku (dvojitá trolej, třetí fáze v kolejnici).
Pro komutátorové motory el. trakce vyvinula elektronika  měniče, aby  mohla regulovat rychlost (ve  skutečnosti moment) a vyhnout se ztrátám v  předřadných odporech (výkon ventilátoru lokomotivních odporů byl polovinou výkonu trlejbusu). Zároveň v 80.létech se jako obloukem vracejí  třífázové asynchronní motory do trakce, ale jejich střídavé napájení je generováno elektronicky (dříve tyristory, dnes IGBT) , bez ohledu na trolejové napětí. Podrobně www.atlaslokomotiv.net
V nářadí , mixérech a  domácích vysavačích dominují komutátorové motory, protože jiné nelze tak levně šidit. Pardon,  vyrábět.

15 Vašek Vašek | 2. listopadu 2015 v 20:55

[13]: Přesně tak, není to žádné dogma vycucané z prstu ale vlastnost prověřená léty teorie a praxe v předměničovém období... také stojí za zmínku, že seriové motory při odlehčení mají tendenci se rozbíhat do teoreticky nekonečných, v praxi však dostatečných otáček na to, aby se vlivem odstředivých sil vytrhalo vinutí z drážek či rozpadl komutátor. V trakci, kde se však používají nejčastěji, toto nehrozí.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama