Работа 1. Биомеханический анализ упражнений с сохранением положения тела (статических положений)
Цель работы: дать биомеханическую и педагогическую оценку исследуемого статического положения.
Исходные данные:
Фотография статического положения спортсмена (рис 1.1). Точками указаны центры вращения в суставах, крестами – центры тяжести отдельных звеньев).
Масса спортсмена m =70 кг.
Масштаб изображения M_масш=0,5/L= (L – горизонтальный отрезок на рис. 1.1 в миллиметрах, соответствующий 0,5 м).
I
1.1. Определить мышцы, обеспечивающие фиксацию звеньев тела в каждом суставе. Заполнить таблицу 1.1. Напомним, что тело человека является подвижной многозвенной системой с таким расположение звеньев тела, что практически относительно всех суставов силы тяжести отдельных звеньев (рис. 1.1) создают вращающие моменты: ,
где - момент силы тяжести звена, - сила тяжести звена, - плечо силы тяжести звена относительно центра вращения в том или ином суставе.
Вращающие моменты сил тяжести звеньев тела нарушают статическую позу (изменяют межзвенные углы). Для сохранения позы необходимо уравновесить действие моментов сил тяжести мышечными моментами. Условием фиксации межзвенного угла (блокировки сустава), т.е. условием сохранения позы, является равенство мышечных моментов M_M моментам сил тяжести звеньев тела относительно того или иного сустава
Исходя из вышесказанного, следует заполнить таблицу 1.1, т.е. указать мышцы, которые своей активностью фиксируют межзвенные углы в каждом суставе.
1.2. Показать на рис 1.1 направления сил тяги мышц (указанных в табл. 1.1) относительно каждого сустава. Следует помнить, что вектор силы тяги мышцы всегда направлен к опорному звену.
II
Рассчитать моменты сил тяжести звеньев тела относительно одного из суставов, заполнить таблицу 1.3.
2.1. Определить звенья, силы тяжести которых создают момент относительно данного сустава (рис 1.1). Записать названия этих звеньев в столбец 1 таблицы 1.3.
2.2. Значения сил тяжести звеньев тела взять из таблицы 1.2. Сила тяжести туловища делится на два, поскольку рассматриваются суставы только одной стороны тела. Записать эти значения в столбец 2 таблицы 1.3.
2.3. Определить на рис. 1.1 плечи сил тяжести звеньев , создающих момент относительно данного сустава. Для этого из центра вращения в суставе провести перпендикуляр на линию действия каждой силы тяжести, измерить его длину в миллиметрах и умножить полученное значение на масштаб M_масшт. Полученный таким образом результат в метрах записать в столбец 3 таблицы 1.3.
2.4. Рассчитать момент силы тяжести каждого звена , записать в столбец 4 таблица 1.3. Момент силы тяжести имеет знак «+», если он вращает звено относительно данного сустава против часовой стрелки, и знак «-», если по часовой стрелке.
2.5. Рассчитать суммарный момент сил тяжести звеньев тела (с учетом знака) относительно данного сустава , записать в таблицу 1.3.
III
Определить вид устойчивости равновесия данного статического положения. Построить и измерить углы устойчивости в направлении возможной потери равновесия. По величине углов устойчивости оценить динамическую устойчивость тела по сравнению с основной стойкой (в основной стойке углы устойчивости равны ≈ 10/12 град.).
IV
Оценить условия дыхания в данном статическом положении:
• Установить тип дыхания (диафрагмальный, верхнегрудной, нижнегрудной), наиболее благоприятный в данном статическом положении.
• Определить, какой тип дыхания затруднен и почему.
• Определить, затруднен вдох или выдох, имеет ли место задержка дыхания и почему.
• Определить, принимают ли участие в акте дыхания вспомогательно-дыхательные мышцы
V
ВЫВОДЫ.
В выводах следует ответить на вопросы:
• Какие мышцы, участвующие в удержании данной статической позы, наиболее загружены.
• Какова степень устойчивости равновесия по сравнению с основной стойкой.
• Какой тип дыхания возможен, какой затруднен и почему.
• Обосновать возможность применения изученной позы в лечебной физкультуре или тренировочном процессе.
Работа 2. Анализ механизма взаимодействия с опорой
Цель работы: Произвести анализ механизма отталкивания от опоры и дать оценку техники прыжка.
Исходные данные:
1. Тензодинамограммы (ТДГ) вертикальной составляющей силы давления на опору при выполнении прыжка вверх с места толчком двумя ногами (рис. 3.1).
2. Вес испытуемого P = 650 Н (вес P указан на рис. 3.1).
I. Определить масштаб ТДГ по усилию µp =50 Н/дел и по времени µt=0,04 с/дел.
II. Измерить по ТДГ длительность отдельных фаз прыжка.
III. Измерить по ТДГ силу давления на опору в характерных точках. Результаты измерений занести в таблицу 2.2
IV. Рассчитать импульс силы отталкивания.
VI. Рассчитать двумя способами максимальную высоту подъема ОЦМ тела в прыжке
VII. Провести анализ работы мышц нижних конечностей при взаимодействии с опорой. Анализ работы мышц представить в таблице 2.3.
ВЫВОДЫ
В выводах следует отразить:
1. Закономерность взаимосвязи высоты прыжка и импульса силы отталкивания.
2. Учитывая, что величина импульса силы отталкивания равна площади S
1-2-d-k под кривой отталкивания, как надо изменить технику отталкивания, чтобы увеличить импульс силы.
Работа 3. Анализ механизма вращения тела
Цель работы: изучить кинематические и динамические характеристики вращательного движения тела на примере большого оборота на перекладине.
Исходные данные:
Промер большого оборота на перекладине (рис. 3.1). Центр масс тела в каждом кадре обозначен точкой, а центр инерции тела обозначен крестиком.
Масштаб изображения M_масш=1/L= м/мм (L – горизонтальный отрезок на рис. 3.1 в миллиметрах, соответствующий 1 м).
Частота киносъемки f.
Сила тяжести спортсмена Fтяж.
I. Определить по промеру (рис. 3.1) угол поворота тела гимнаста φi, соответствующий каждому кадру. Угол φi измеряется между вертикальной линией (начало отсчета) и продольной осью тела гимнаста (линией, проходящей через центр масс тела и центр вращения). Результаты измерений φiзанести в таблицу 3.1, столбец 3.
II. Рассчитать по промеру среднюю угловую скорость вращения тела гимнаста, соответствующую каждому кадру: , где: Δφi–приращение угла поворота продольной оси тела гимнаста; Δt– промежуток времени, за который произошло приращение угла поворота Δφi. Результаты занести в табл. 3.1, столбец 4.
III. Измерить радиус инерции тела – в каждой позе, т.е. расстояние от оси перекладины до точки, обозначенной крестом. Умножить измеренную величину на масштаб промера, записать в столбец 6. Полученную величину возвести в квадрат и записать в столбец 7.
IV. Определить момент инерции многозвенной биомеханической системы достаточно сложно. Существует ряд приближенных методов расчета. В данной работе момент инерции тела гимнаста рассчитывается при условном допущении, что вся масса тела сосредоточена в одной точке (центр инерции), на расстоянии ρ от оси вращения (на промере обозначена крестом)
V. Рассчитать величину кинетического момента тела гимнаста для каждой из фиксированных поз на промере
VI. Рассчитать момент силы тяжести тела гимнаста для каждой из фиксированных поз на промере относительно оси вращения (ось перекладины). Момент силы тяжести M равен:
Выводы:
В выводах должно быть отражено следующее:
1). Механизм изменения момента силы тяжести тела гимнаста при выполнении большого оборота.
2). Механизм изменения момента инерции тела гимнаста.
3). Закономерность и механизм изменения работы момента силы тяжести для рациональной техники выполнения большого оборота.
4). Роль работы внутренних сил (управляющих мышечных моментов относительно плечевых и тазобедренных суставов) в технике большого оборота.
5). Условие выполнения большого оборота с точки зрения энергетики движения.
