Как работают шагомеры?

Сколько вы проходите пешком в обычный день? Вас может удивить, сколько миль вы проходите, слоняясь по дому, забегая в магазины и идя на
работу или в школу. Ходьба — отличный способ улучшить здоровье и физическую форму;
доктор Томислав Беняк из Хорватского национального института общественного здравоохранения
пишет, что: «Ходьба (поход) — идеальный способ ежедневной тренировки… Она безопасна и представляет минимальный риск травм по сравнению со всеми другими физическими упражнениями. Хотя это чрезвычайно эффективная и полезная для здоровья форма упражнений, важность ходьбы редко признается, что делает ее, вероятно, самой недооцененной физической активностью…»
Один из способов заставить себя больше ходить — использовать удобный маленький гаджет под названием
шагомер, который считает каждый ваш шаг.
Вы когда-нибудь задумывались, как они работают? Давайте рассмотрим их поближе!

Фото: Шаг в правильном направлении? Ношение простого шагомера может побудить вас больше заниматься спортом.
Согласно Руководству по тестированию и назначению упражнений Американского колледжа спортивной медицины, 5400–7900 шагов в день — это хорошая цель, к которой стоит стремиться, хотя некоторые источники предлагают более высокую цель — 10 000 шагов в день.
Фото Денниса Роджерса предоставлено ВВС США и DVIDS.

Как работает шагомер?

Предположим, я даю вам задание построить небольшой гаджет, который будет измерять, сколько вы проходите за
день. Мне кажется, это сложная задача. Вы можете использовать что-то вроде
клик-колеса (также называемого колесом-катушкой или геодезическим колесом — большое колесо, которое вы катите по земле и которое щелкает каждый раз, когда совершает один полный оборот), но неровная или грязная поверхность
вызовет проблемы, и ему придется работать над измерением
лестниц.

Иллюстрация: Иллюстрация начала XVIII века с изображением геодезического колеса,
взятая из колоды игральных карт, иллюстрирующих инженерное оборудование.
Иллюстрация из архива Нью-Йоркской публичной библиотеки предоставлена ​​Wikimedia Commons.

Хорошо, давайте переопределим проблему, рассмотрев, что
подразумевает ходьба. Каждый раз, когда вы идете, ваше тело наклоняется в одну сторону
, и вы выносите ногу вперед. Затем ваше тело наклоняется в другую сторону, и
вы выносите другую ногу вперед. Каждый наклон бедер и перемещение
ног — это шаг. Предполагая, что каждый шаг имеет примерно одинаковую
длину, все, что нам нужно сделать, это посчитать количество шагов, которые мы делаем за день,
посчитав количество раз, когда наше тело наклоняется из стороны в сторону.
Затем мы можем умножить количество шагов на длину каждого из них, чтобы вычислить
общее пройденное расстояние. Примерно так работает шагомер.

Фото: Шагомеры могут измерять ваши шаги, поскольку ваше тело качается из стороны в сторону во время ходьбы. Каждое качание считается одним шагом. Умножение количества «качелей» на среднюю длину ваших шагов показывает, как далеко вы прошли.

Механические шагомеры

Ранние шагомеры были полностью механическими и
работали немного как маятниковые часы (те, у которых качающийся стержень
приводился в движение медленно падающим грузом). Когда маятник качается вперед и
назад, своего рода качели-рычаг, называемый спусковым механизмом, щелкает вверх и
вниз, а зубчатое колесо внутри часов (которое отсчитывает секунды)
продвигается на одну позицию. Таким образом, маятниковые часы на самом деле являются механизмом
, который отсчитывает секунды. Первоначальные шагомеры использовали качающийся маятник
для подсчета шагов и отображали счет с помощью указателя, движущегося по циферблату
(немного похожего на аналоговые часы). Вы закрепляли их на талии, и
каждый раз, когда вы делали шаг, маятник качался в одну сторону, а затем обратно
, заставляя шестеренку продвигаться на одну позицию и перемещая стрелку
по циферблату.

Вот описание механического маятника 1871 года:

«Шагомер состоит из простого устройства из груза и маятника, действующих на плоские зубчатые колеса,
с помощью которых точно измеряется пройденное владельцем расстояние. По размеру и форме он напоминает маленькие часы… Цифры и деления представляют собой расстояние
от одной до двенадцати миль, разделенное на половины и четверти. Для инвалида, леди или джентльмена, которым требуется ограниченная ходьба, а также для энергичного активного пешехода он одинаково ценен и надежен. Его можно носить подвешенным на шее или помещать в передний или жилетный карман, удерживая в вертикальном положении с помощью небольшого крючка. Шагомер с легкостью регулируется в соответствии с шагом владельца, будь он длинным или коротким, и по желанию может быть изменен в соответствии с любым требуемым шагом».

Из «Иллюстрированного и описательного каталога геодезических, философских, математических, оптических, фотографических и стандартных метеорологических инструментов, изготовленных Л. Казеллой», 1871 г.

Электронные шагомеры

Современные шагомеры работают очень похожим образом, но частично являются
электронными. Откройте один, и
вы увидите металлический маятник (молоток с грузом на одном конце), подключенный к
электронной счетной схеме тонкой пружиной. Обычно цепь
разомкнута, и по ней не течет электрический ток. Когда вы делаете шаг, молоток
качается и касается металлического контакта в центре, замыкая
цепь и позволяя току течь. Поток тока
активирует цепь и добавляет единицу к количеству ваших шагов. Когда вы завершаете шаг, молоток
снова качается назад (с помощью пружины), и цепь разрывается, фактически
сбрасывая шагомер, готовый к следующему шагу.
Шагомер показывает количество ваших шагов на ЖК-дисплее; большинство преобразует количество шагов
в приблизительное расстояние в милях или километрах (или количество
сожженных вами калорий) одним нажатием кнопки.
Обратите внимание, что в некоторых шагомерах цепь молоток-маятник работает наоборот: она обычно замкнута, и каждый шаг заставляет ее временно открываться.

Художественное произведение: В этой распространенной конструкции шагомера есть
электрическая цепь внутри (красная дорожка), которая попеременно разрывается и замыкается
по мере того, как вы делаете шаги. Когда шагомер наклоняется влево, цепь замыкается
, и шаг подсчитывается электронной схемой (вверху слева). Когда он наклоняется в другую сторону,
цепь разрывается и сбрасывается, готовая к подсчету следующего шага. Обратите внимание, как молоток
становится частью цепи: на одном конце у него есть электрический контакт, соединенный с
цепью легкой металлической пружиной (зигзагообразная красная линия). Другие шагомеры работают по
-разному, но большинство более дешевых используют движущийся молоток и прерываемую цепь
примерно таким же образом.

Анимация: Внутри «электронный» шагомер оказывается
принципиально механическим: вы можете видеть, как маленький
молоточек качается вперед и назад, соприкасаясь, когда достигает верхнего положения.
Анимация сделана нами с использованием фотографий,
предоставленных Lenore M. Edman, www.evilmadscientist.com, опубликованных по
лицензии Creative Commons (CC BY 2.0). (Вы можете найти оригиналы на Flickr
здесь
и
здесь.)

Более сложные шагомеры (включая некоторые из действительно хороших, произведенных Omron) работают
полностью электронно и, поскольку у них нет движущихся частей, они, как правило,
долговечнее, надежнее и значительно точнее.
Они обходятся без качающегося маятника-молотка и
вместо этого измеряют ваши шаги двумя или тремя акселерометрами. Это микрочипы,
расположенные под прямым углом, которые обнаруживают мельчайшие изменения силы при
движении ног.

Приложения-шагомеры

Но кому нужен электронный шагомер, когда у вас есть смартфон?
Большинство мобильных телефонов имеют устройства отслеживания местоположения с различной точностью
, и вы найдете множество приложений-шагомеров в вашем любимом магазине приложений для телефонов.
Некоторые используют акселерометры вашего телефона.
Другие используют спутниковую
навигацию GPS, чтобы выяснить, сколько вы прошли или пробежали,
используя сигналы космических спутников вместо утомительного механического подсчета ваших шагов.
Большинство используют смесь сигналов «служб определения местоположения», чтобы отслеживать вас по мере вашего перемещения, включая информацию GPS, Wi-Fi и мобильной сети, и делают вывод о том, сколько шагов вы сделали, исходя из вашего изменения положения.

Фото: Существует множество приложений-шагомеров для мобильных телефонов, которые используют встроенные акселерометры. 1) Это называется Pedometer 24/7, работает на Apple iPhone и iPod Touch и, похоже, получает хорошие оценки от своих пользователей. Как вы можете видеть здесь, оно отображает шаги, среднюю скорость, общее расстояние и сожженные калории. Вам нужно ввести свой рост и вес, чтобы начать, чтобы дать ему приблизительное представление о длине ваших шагов, и вы также можете точно настроить чувствительность. 2) Google Fit — более сложный трекер упражнений, который может вычислить, сколько упражнений вы делаете для 120 различных видов деятельности, включая несколько различных типов ходьбы. Вы можете отслеживать свой прогресс с течением времени на своем планшете, смартфоне Android или настольном компьютере и узнать, как вы справляетесь с достижением долгосрочных фитнес-целей, которые вы установили. Вы можете подключить его ко всем видам других приложений для смартфонов, беспроводных браслетов-трекеров и так далее.

Насколько точен шагомер?

Подсчет шагов с помощью шагомера звучит супернаучно, но вам нужно помнить, что это
лишь приблизительное измерение. Не все ваши шаги будут
правильно подсчитаны, и некоторые ложные движения (например, толчки на дороге во время
езды на машине) также могут быть засчитаны как шаги. Не относитесь к подсчету
слишком серьезно; предположите, что он погрешен как минимум на 10 процентов (
лучшие электронные шагомеры заявляют о 5-процентной точности).

Чтобы шагомер работал правильно, его нужно закрепить на талии, а
не класть в карман, потому что шагомер должен определять
наклоны тела из стороны в сторону, чтобы правильно регистрировать каждый шаг. Большинство устройств поставляются с зажимом для ремня, что позволяет
достаточно легко правильно их закрепить. Некоторые шагомеры имеют винт,
который можно повернуть, чтобы изменить натяжение качающегося
маятника-молотка внутри них, чтобы он правильно регистрировал ваши шаги. Если
вы бежите, вам может потребоваться настроить его немного иначе,
чем при ходьбе, например, потому что ваши шаги, скорее всего, будут иметь другую длину.

Не хотите читать наши статьи? Попробуйте вместо этого послушать

Если вы предпочитаете слушать наши статьи, а не читать их, подпишитесь на наш новый подкаст
на Apple Podcasts,
Spotify,
Amazon,
Podchaser
или в вашем любимом приложении для подкастов или слушайте ниже:

Узнать больше

На этом сайте

• Электричество
• Электроника

Статьи

• Хотите узнать, сколько вы пробежали? Возможно, вам придется отказаться от своего фитнес-трекера Кейт Картер. The Guardian. 23 апреля 2018 г. Почему шагомеры для отслеживания фитнеса такие неточные? Что можно сделать, чтобы свести к минимуму ошибки измерений?
• Модный способ отслеживать шаги Джейка Сигайнеро. The New York Times. 18 января 2015 г. Как заставить людей продолжать носить и использовать шагомеры? Может быть, сделать их более стильными?
• Эти приложения созданы для ходьбы Кита Итона. The New York Times. 18 февраля 2014 г. Обзор ряда приложений-шагомеров для iOS и Android.
• Пройдите свой путь к здоровью:
  15 октября — Всемирный день ходьбы Томислава Беньяка. Croat Med J. 2012 октябрь; 53(5): 507–508. Убедительный аргумент в пользу того, чтобы больше ходить пешком.
• Почему подсчет калорий в фитнес-трекерах везде одинаков Шон Дауни. Wired, 17 августа 2012 г. Устройства для отслеживания фитнеса могут быть крайне неточными — и вот почему.
• Тест с шагомером: американцы делают меньше шагов. Автор: Тара Паркер-Поуп. The New York Times. 19 октября 2010 г. Тесты с шагомером показывают, что американцы ходят гораздо меньше, чем люди в других странах.
• Стремитесь делать «100 шагов в минуту»: BBC News, 18 марта 2009 г. Ученые утверждают, что шагомеры являются плохим измерителем физической активности, поскольку они ничего не говорят об интенсивности ваших усилий.
• Разборка шагомера Лемором Эдманом. Evil Mad Scientist Laboratories, 20 февраля 2008 г.: Великолепная серия фотографий, на которых показан шагомер, разобранный на множество частей. На этой фотографии отчетливо виден качающийся маятник.

Книги

Для читателей старшего возраста

• Pedometer Power: Using Pedometers in School and Community Роберта П. Панграци, Аарона Бейла и Кары Л. Сидман. Human Kinetics, 2007. Содержит 65 занятий по укреплению здоровья и фитнеса с использованием шагомеров для измерения прогресса. В основном ориентировано на школьных учителей.
• Шагомер для ходьбы Марка Фентона, Дэвида Р. Бассета и Трейси Тир. Лайонс, 2006. Практическое руководство по подсчету шагов и использованию шагомера для увеличения физической активности.

Для юных читателей

• Walk the Walk: Детская книга с заданиями по шагомеру Пита Метера. Applesauce Press, 2008.