Physik der Infanterieausrüstung/-ausrüstung: Vorteile der Rotationskraft von IcePlate®

Geben Sie immer mehr, als Sie nehmen.

Packen Sie sechs Wasserflaschen in Ihren Rucksack und testen Sie, wie schnell Sie sich drehen können. Finden Sie heraus, wie Elite-Spezialkräfte sich mit IcePlate® mit weniger Energie fortbewegen und so ihre Ausdauer steigern können.

Eine großartige Einstellung, die man sich im Leben aneignen kann, und eine noch großartigere Einstellung, die man beim Produktdesign anwenden kann.

Das Design der IcePlate® verkörpert diese Philosophie. 1 Zoll breit, die Größe einer mittelgroßen SAPI-Platte, die eng am Körper getragen wird. Diese Eigenschaften ermöglichen es Ihnen, 50 Flüssigunzen Wasser auf die effizienteste Art und Weise auf dem Markt zu transportieren.

Einführung

Als ich in die 5. Klasse kam, war meine Familie bereits sechsmal umgezogen. Schon in jungen Jahren lernte ich die Kunst des Kistentransports (Kisten, die wohl nicht von einem Vier-, Sechs-, Acht- und Zehnjährigen hätten transportiert werden sollen). Die Lektion war jedoch einfach. Einen schweren Kiste weit weg vom Körper heben = superschwer. Einen schweren Kiste nah am Körper heben = machbar. Stellen Sie sich jetzt vor, Sie wären in derselben Situation. Sie müssen einen Karton voller Küchengeschirr in einen Umzugswagen packen. Stehen Sie einen Meter vom Karton entfernt und versuchen, ihn hochzuheben? Nein – Sie gehen nah an den Karton heran und versuchen, darunter zu kommen, bevor Sie ihn hochheben.

Diese Lektion wurde durch jahrelanges Wandern und Rucksackreisen bekräftigt. Einen Rucksack auf dem Rücken zu tragen ist viel einfacher, als ihn mit den Armen zu tragen. Noch einfacher ist es, den Rucksack mit einem Brustgurt auf dem Rücken zu tragen. Noch einfacher ist es, die Schultergurte festzuziehen. Die Schlussfolgerung ist einfach: Sie können mehr Gewicht tragen, je näher dieses Gewicht an Ihrem Körper ist. Was ist jedoch die Wissenschaft hinter diesem gut verstandenen Konzept?

In diesem Artikel beantworten wir die folgenden Fragen:

• Was ist die Geschichte der Streitkräfte als Vordenker in Sachen effizientes Lasttragen?
• Wo liegt unser Schwerpunkt? In welcher Beziehung steht der Schwerpunkt zur Rotationskraft oder zum Drehmoment?
• Worin unterscheidet sich das von IcePlate® erzeugte Drehmoment von dem einer herkömmlichen Trinkblase?
• Welche Auswirkungen hat dieser Unterschied auf Anstrengung und Leistung?

Jeder Gegenstand hat einen Schwerpunkt. Der Schwerpunkt (oder Massenmittelpunkt) eines Gegenstands ist ein theoretisches Konzept. Am besten kann man ihn verstehen, indem man sich den Punkt vorstellt, an dem man einen bestimmten Gegenstand auf seinem Finger balancieren könnte [5] . Da der Schwerpunkt als „die durchschnittliche Position der Masse einer Person in einem dreidimensionalen Raum“ definiert ist, kann Ihr Schwerpunkt je nach Bewegungszustand tatsächlich außerhalb Ihres Körpers liegen.

Im Allgemeinen liegt der Schwerpunkt eines aufrecht stehenden Menschen vor dem Kreuzbein (ungefähr auf Hüfthöhe), obwohl dies je nach Geschlecht und Körpertyp unterschiedlich ist. [6]

Die Schwerkraft wirkt auf eine Person als gerade Linie durch ihren Schwerpunkt. Solange sich Ihr Schwerpunkt über Ihrer Stützfläche befindet (oder dem Bereich unter einem Objekt oder einer Person, der alle Kontaktpunkte umfasst, die das Objekt mit der Stützfläche hat [12] ), sind Sie stabil. Sobald sich Ihr Schwerpunkt verschiebt (und damit die Schwerkraft von Ihrer Stützfläche wegwirkt), wird Ihr Körper instabil.

Drehmoment ist ein oft gefürchteter physikalischer Begriff, aber die Definition ist ziemlich einfach. Drehmoment ist jede Drehkraft, die etwas rotieren lässt. Jede Kraft, die auf ein Objekt an einem anderen Punkt als dem Rotationspunkt ausgeübt wird, erzeugt ein Drehmoment [7] . Denken wir an das einfache Beispiel eines Hebels. Hebel sind auf einer Seite stabilisiert (das stabilisierte Ende ist der Rotationspunkt). Wenn Sie eine Kraft (Druckbewegung) auf den Hebel ausüben, drehen Sie ihn in diese bestimmte Richtung. Drehmoment kann auch auf Menschen wirken. Immer wenn Sie etwas auf dem Rücken tragen, verursacht dieses Gewicht ein Drehmoment. Stellen Sie sich ein kleines Kind vor, das einen großen Rucksack aufsetzt. Das Gewicht des Rucksacks würde es drehen (und es nach hinten fallen lassen).

Das Drehmoment kann mit einer einfachen Gleichung (Gleichungen! Gleichungen!) berechnet werden und die Summe aller Drehmomente bestimmt die Drehrichtung.

Drehmoment = Kraft x Entfernung

Denken Sie noch einmal an unser Beispiel mit dem Hebel. Wenn Sie den Hebel sehr nahe an seine stationäre Achse drücken, müssen Sie viel stärker drücken, um ihn zum Drehen zu bringen, als wenn Sie ihn weiter von der Achse weg drücken. Dies ist auch die Wissenschaft hinter dem Lösen von Schrauben mit einer Ratsche.

Eine weitere wichtige Gleichung, die wir für diese Studie benötigen, ist das Gewicht. Gewicht ist eine Kraft und wird mithilfe von Masse und Schwerkraft berechnet.

Gewicht = Masse x Beschleunigung

In diesem Fall beträgt die durch die Schwerkraft in Erdnähe verursachte Beschleunigung 9,8 m/s^2. Diesen Wert werden wir später noch benötigen.

Was hat das mit dem Tragen von Gewichten nahe am Körper zu tun? Um dieses Konzept besser zu verstehen, sehen wir uns zwei stark vereinfachte Beispiele an – die Qore Performance IcePlate ® im Vergleich zu einer herkömmlichen Trinkblase. Wir gehen davon aus, dass ein aufrecht stehender Mensch (mit einem typischen Schwerpunkt) diese Gewichte auf dem Rücken trägt.

Um das durch das Gewicht der IcePlate® verursachte Drehmoment zu berechnen, müssen wir den Abstand zwischen der IcePlate® und dem theoretischen menschlichen Schwerpunkt berechnen (wobei wir die gerade Linie durch die Mitte des menschlichen Körpers als Bezugspunkt verwenden). Nehmen wir einen Abstand von 4 Zoll zwischen dieser Linie und der Mitte der IcePlate® an. Die IcePlate® ist 1 Zoll breit. Der Abstand zwischen der Mitte des Menschen und der Mitte der IcePlate® beträgt also 4,5 Zoll. 4,5 Zoll = 0,11 Meter.

Die IcePlate® (vollständig gefüllt) in der Sicherheitshülle wiegt ungefähr 4 Pfund. 4 Pfund = 1,81 kg.

Jetzt können wir das Gewicht der IcePlate® in Newton berechnen.

Gewicht = Masse x Beschleunigung , also:

Gewicht (IcePlate®) = 1,81 kg x 9,8 m/s^2 = 17,7 N

Als solche:

Drehmoment (IcePlate®) = Kraft x Entfernung = 17,7 N x 0,11 m

Drehmoment (IcePlate®) = 1,95 Nm

Fall Nr. 2: Herkömmliche Trinkblase

Sehen wir uns nun das Drehmoment an, das von einer herkömmlichen Trinkblase erzeugt wird. Diese Blasen haben nicht das gleiche starre Design wie die IcePlate®, daher wölben sie sich nach außen und verschieben den Schwerpunkt der Blase nach außen. Lassen Sie uns ein sehr vereinfachtes Beispiel verwenden, um den dadurch erzeugten Unterschied im Drehmoment zu demonstrieren. Nehmen wir an, diese Trinkblase hat das gleiche Gewicht und die gleiche Wasseraufnahmekapazität wie die IcePlate. In diesem Fall ist das Gewicht (Trinkblase) = 17,7 N. Die Metrik, die sich in diesem Szenario ändert, ist die Distanzvariable in unserer Drehmomentgleichung (D2 > D1 in der Handzeichnung oben). Nehmen wir an, der Mittelpunkt der Trinkblase verschiebt sich im Vergleich zur IcePlate um 1 Zoll (0,03 m). Unsere Drehmomentgleichung ändert sich:

Drehmoment (Trinkblase) = 17,7 N x 0,14 m

Drehmoment (Trinkblase) = 2,48 Nm

Vielleicht sagt Ihnen dieser Unterschied im Drehmoment nicht viel. Ich meine, 1,95 Nm ist eine kleine Zahl, ebenso wie 2,48. Die Auswirkungen sind jedoch tatsächlich tiefgreifend, da Ihr Körper dieses Drehmoment ausgleichen muss, um nicht in diese Richtung gezogen zu werden. „Posturales Schwanken“ ist „die Menge an Drehmoment und Spannung, die durch eine schwere Last auf die Wirbelsäule ausgeübt wird.“ Wenn Sie das Gewicht näher am Körper tragen, verringert sich das Schwanken und die Belastung der Rückenmuskulatur. [10] Insbesondere unsere unteren Rückenmuskeln spüren die Hauptlast dieser Belastung. „Wenn eine Last vom Körper weggehalten wird, erhöht sich die Belastung des unteren Rückens erheblich. Das maximale Gewicht, das Sie sicher heben können, verringert sich drastisch, je weiter die Last vom Körper weg getragen wird.“ [11]

Anekdotisch wird berichtet, dass sich diese Muskelbelastung mit der Zeit erhöht, je länger Sie die Last tragen. Für Menschen, deren Arbeit, Vergnügen oder Leben davon abhängt, ausreichend Flüssigkeit zu sich zu nehmen, hat die geringere Belastung durch die IcePlate® im Vergleich zur herkömmlichen Trinkblase erhebliche Auswirkungen auf Gesundheit und Ausdauer.

Nehmen Sie die Änderung vor. Sehen Sie den Unterschied.

Wie hat sich Ihr Tragekomfort durch den Wechsel von einer herkömmlichen Trinkblase zur Qore Performance IcePlate® verbessert? Hat sich Ihre Rückenbelastung verringert? Wir würden gerne mehr erfahren!