建模论文怎么写( 十 )


模型的假设:1,人每走一步脚的前端接触到B点 。2,人的所有重量可以看成质点并集中在O(与集中在N是等价的),其他部位没有重量 3,每一步迈出同样的距离(台阶宽),并且连续前进 。
4,人体上升的力量全部来自支撑腿的力F,F与h有关且在h取定的情况下F大小不变且始终保持ON方向 。5,上台阶过程做功只在DN段,并且人总是以所谓最舒适的感觉(P恒定)上楼 。
6,台阶宽度大于等于脚长 运动的分解:可以将登上台阶看为两个运动过程 1.(由M到N)人若想登上台阶,向前倾斜重心将是第一步,毕竟人是前进的 。要在D点发力,将M点移动到N点将是合理的 。
【建模论文怎么写】而且此过程与人在平地行走时的状态非常接近(这里将它们等同看待,速度也为v,v的方向近似水平) 。为了简化计算,可以令此段做功充分小从而可以忽略(因为我们的主要矛盾是上楼,此段做功的变化也是相当于平地上走5米与10米的区别,而这种差别在正常人看来是微乎其微的) 2.(N点竖直向上达到直立并回到初始状态)在此过程中所做的功为F的贡献(这里腿部的屈申很类似课堂上铅球投掷模型中球的出手过程,因为当时的主要矛盾为球的初速度,所以可以将其近似看做线性关系,然而此时的重点是这个屈申过程,因此假设与模型机理自然不同) 。
随后根据生物课所学知识,可以知道,人腿的运动都是靠肌肉细胞的伸缩变化产生伸缩力的(伸缩方向只能沿腿的方向),因此这里可以将所有肌肉的发力等效看为一个力,方向总是沿着腿的方向,大小恒定(实际上F要随着角度的变化而变化,为了简化问题可以将其设为恒定) 。由于考虑到人在2过程上升时做的功实际为非保守力所做功(并不是w=mgh),一个很简单的直观,就是同样登上两米的高度我们分10步与分2步腿部做功一定不同 。
造成这种差异的根源在于腿的承重能力与发力方向角度的大小(也就是说台阶越高,我们所做的额外功越多) 。所以要去用数学的观点度量所谓“腿部做功”这个概念,假设4将是必要的 。
其次我们要去度量所谓“舒适”与“疲劳”的概念 。通常,在短距离内造成我们疲劳的主要原因实际为腿的运动强度过高,即功率P过大 。
这就使我们度量“舒适”成为可能 。三.数据的获得 行走速度v的测算:首先所谓“正常速度”就是一个模糊概念,但又是客观存在的,为了尽可能得到人正常行走时的速度并要求误差尽量的小,所以这里采用多次测量的方法 。
并且需要亲自进行实验 。恰好家附近的楼门口的地面由方砖铺成,每块砖为正方形,边长为0.48米 。
这就为距离的测定提供了方便 。用最大自控能力以正常速度行走,规定走过五块砖时开始记时并规定这点为距离零点(为了将加速段去掉) 。
最终得到11组数据 距离(米) 时间(秒) 1 2.4 2.03 2 2.88 2.42 3 3.36 2.78 4 3.84 3.22 5 4.32 3.57 6 4.8 3.97 7 5.28 4.47 8 5.76 4.81 9 6.24 5.19 10 6.72 5.53 11 7.2 6.05 在matlab中进行拟合得到下图 。一次多项式为y=0.012909+0.83186x所以算得自己的正常行走速度为1.202m/s 体重53公斤,小腿长0.47米,脚长0.26米,都是可以精确测量的 。
唯有功率P未知,但由于我们假定它的大小不变,所以在随后的模型求解中可以根据关系式将其反解出 。四.模型的建立 由假设 台阶总数即为 (有分数出现时如 则可近似看为取每一小段时间的 倍 。
这种误差是可以被忽略的) 设 那么过程一的时间为 且满足关系 代入可得过程一的总时间为 过程二的总时间为 其中 为h,l,F,p的函数由于我们假 。