ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.12.2021
Просмотров: 505
Скачиваний: 1
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
262
ПРАКТИЧНІ РОБОТИ
Нижче наведено сім практичних робіт, п’ять з яких присвячено
практичному закріпленню методів визначення біомеханічних
характеристик опорно-рухового апарату людини, кінематичних і
динамічних особливостей та інерційних характеристик рухів людини,
унікальності управляючих впливів нервово-м’язової системи на рухову
діяльність людини, а дві роботи присвячено практичному закріпленню
знань з гемодинаміки руху крові і методів захисту людини при роботі з
гамма- та рентген-діагностично-терапевтичними апаратами.
П р а к т и ч н а р о б о т а № 1
ВИЗНАЧЕННЯ КІНЕМАТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ОБЕРТАЛЬНОГО РУХУ ТІЛА ТА АНАЛІЗ ЗАЛЕЖНОСТІ РУХУ
ЛЮДИНИ ВІД ДІЇ СИЛИ ТЯЖІННЯ
Закономірності рухів залежать від особливостей будови функцій
організму. Для вивчення рухових дій опорно-руховий апарат людини
розглядають як б і о м е х а н і ч н у с и с т е м у – спрощену модель,
яка враховує особливості, що є найбільш істотними для рухів.
Методом досліджень у біомеханіці є системний підхід і системний
синтез рухів на основі їх кількісних біомеханічних характеристик.
Біомеханічні характеристики
– це показники, які використовуються
для кількісного опису і аналізу рухової діяльності. Всі біомеханічні
характеристики поділяються на: кінематичні, динамічні і енергетичні
(див. табл. 7.3.1.). У них різне призначення: кінематичні характеризують
зовнішню картину рухової діяльності, динамічні несуть інформацію
про причини змін рухів, енергетичні дають уяву про механічну
продуктивність і економічність.
Біомеханічний аналіз рухів людини спрямовано на оптимізацію їх
виконання під час фізичних навантажень (спортивних, тренувальних),
при фізичній реабілітації після отриманих травм та інших випадках.
Першим етапом такого аналізу є визначення к і н е м а т и ч н и х
х а р а к т е р и с т и к руху – кількісних характеристик, які розкривають
форму і характер рухів через просторово-часове зображення.
Біомеханічні характеристики описують поступальні і обертальні
рухи. В більшості рухів людини поступальний і обертальний компоненти
присутні одночасно. До того ж руховий аппарат людини побудовано
Основи біофізики і біомеханіки
263
таким чином, що всі рухи (в тому числі і поступальні) утворені з
комбінацій обертальних рухів у суглобах.
У якості просторових характеристик використовуються координати
тіла, його траєкторія; в якості часових – момент часу, темп, ритм рухів;
у якості просторово-часових – швидкість тіла та його прискорення.
1.
Мета роботи
Навчитися визначати кутові положення тіла при обертальному русі,
розраховувати кутові швидкості і прискорення за способом різниць,
будувати їх кругові графіки та досліджувати взаємозв’язок змін
радіусу центра тяжіння, кутових швидкостей та прискорень.
2.
Оснащення
Круговий графік обертального руху людини на перекладині (
рис.
ПР1.1
), отриманий за допомогою кінограми.
Рис. ПР1.1.
Круговий графік положення загального центру тяжіння
(ЗЦТ) тіла гімнаста при виконанні ним обертального руху
Кінограма
– це метод реєстрації кінематичних характеристик тіла,
що дозволяє зафіксувати зміну положень тіла під час його руху (на
кожному кадрі фіксується лише одне положення, за яким можна
визначити позу тіла і координати точок тіла у відповідний момент
часу).
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
264
3.
Організація самостійної роботи
1.
При обертальному русі рух людини характеризують кутові
характеристики (кутові координати, кутова швидкість, кутове
прискорення). Однак для визначення цих величин потрібна
розпізнавальна точка (пункт або лінія відліку) на тілі. За таку точку в
багатьох випадках приймають загальний центр тяжіння тіла (ЗЦТ).
Початок відліку встановлюється на лінії, яка проводиться через
стойку перекладини. Напрямок відліку – за часовою стрілкою в сторону
руху гімнаста. Одиниці відліку – кутові градуси (визначаються за
допомогою транспортиру.). Відлік кутового положення тіла (кутова
координата) у кожній точці ведеться по лінії від точки обертання тіла
до ЗЦТ, яка служить лінією відліку від вертикалі за часовою стрілкою
до радіусу ЗЦТ, який проведено від перекладини до ЗЦТ.
Строго кажучи, під дією центр обіжних сил тіла гімнаста і його
ваги перекладина згинається, і центр обертання переміщується. Якщо
враховувати це переміщення, то розрахунок ускладнюється, але
звичайно його не враховують.
Кутова швидкість
– це міра швидкості зміни кутового положення
всього тіла у просторі з часом. Її вимірюють відношенням кутового
переміщення (
) до витраченого часу (
t):
=
’
/
t
(ПР 1.1.)
Розрахунок ведеться за
способом різниць
:
Перші різниці (
‘
) – це величини числівника у формулі (ПР1.1.),
які виражені в одиницях величини кута. Це не самі швидкості, але
через те, що при їх розрахунку береться однакове значення
t, то
різниці є прямо пропорційними швидкостям. Таким чином, другі
різниці (
‘‘
) – це величини числівника у формулі прискорення:
=
‘‘
/
t
2
,
(ПР 1.2.)
які виражені у величинах кута. Вони є також прямо пропорційними
прискоренням. Таким чином, якщо нас цікавить лише те, як саме і
коли змінюються швидкості і прискорення, а не їх абсолютні значення,
то можна не вести розрахунок до кінця, а розглядати лише різниці.
З кутової координати 3-ої пози (
3
) віднімають кутову координату
1-ої пози (
1
). Різниця
‘
2
=
3
-
1
дорівнює числівнику формули
кутової швидкості (
2
=
‘
2
/
t). Це – шлях (у кутових координатах),
який був пройдений за перші два інтервали часу. Ця різниця є прямо
пропорційною швидкості.
Так, якщо повне обертання зроблено за 2 сек, то при цьому кожне з
25 положень зафіксовано через t = 0,08 сек. Два інтервали часу
Основи біофізики і біомеханіки
265
дорівнюють 0,16 сек. Тому, поділивши відповідну
на
t=2t=0,16
сек, отримаємо кутову швидкість (в градусах за одну секунду).
Кутове прискорення – це міра швидкості зміни кутової швидкості з
часом. Вона вимірюється відношенням приросту кутової швидкості
(додатного або від’ємного) до часу, який було витрачено на цей приріст.
Розрахунок кутових прискорень ведеться за способом других різниць.
З першої різниці 4-ої пози віднімається перша різниця 2-ої пози.
Отримана різниця
‘‘
3
=
‘
4
-
‘
2
складає числівник формули кутового
прискорення (
3
=
‘‘
3
/
t
2
). Вона є прямо пропорційною прискоренню.
Розрахунок різниць ведеться через 2 інтервали, і середнє
прискорення відноситься до проміжної точки.
2.
Зміни кутової швидкості тіла гімнаста і відповідні прискорення
залежать від дії сили тяжіння (при русі вниз вона прискорює рух, при
русі вверх – затримує), а також від зміни довжини радіусу ЗЦТ. Коли
ЗЦТ наближується до перекладини, з’являється додатне кутове
прискорення, і кутова швидкість збільшується; віддалення ЗЦТ від
перекладини здійснює протилежну дію.
Щоб простежити за впливом наближення ЗЦТ до центру обертання
і віддалення від нього, крім траєкторії руху ЗЦТ (з лабораторної
роботи № 1) отримати кругові графіки кутових швидкостей і прискорень:
1.
Круговий графік кутових швидкостей добре зображувати
відкладаючи величини кутової швидкості (перших різниць
‘
) на
радіусах ЗЦТ від вісі перекладини. З’єднання усіх точок на радіусах
(від № 2 до № 24) дає графік кутової швидкості.
2.
Круговий графік кутового прискорення зображують іншим
чином, бо швидкість має один знак (рух в одному напрямку), а у
прискорення два знаки (додатній – при зростанні швидкості і
від’ємний – при її зменшенні). За нульовий рівень приймається коло
довільного радіусу (центр його – вісь перекладини).
Додатні прискорення відкладаються за радіусами відповідних
точок до центру від кола (від нуля), а від’ємні – від центру.
4.
Завдання
1.
Перенести на папір положення ЗЦТ (25 точок), вісі
перекладини і вертикалі. Зобразити траєкторію руху, провівши радіуси
ЗЦТ від центру обертання до кожної точки, які відповідають ЗЦТ, та
з’єднавши всі ці точки. Провести коло радіусом ЗЦТ пози у природно
випрямленому положенні ЗЦТ (поза № 7).
2.
Визначити кутові положення тіла
(вимірюючи від вертикалі
за рухом від 0
0
до 360
0
).
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
266
3.
Розрахувати перші і другі різниці, отримуючи значення
кутових швидкостей і кутових прискорень тіла людини. Результати
занести в таблицю (табл. ПР 1.1.).
Таблиця ПР 1.1
.
Поза
‘
=
‘
/
t
‘‘
=
‘‘
/
t
2
1
.
.
.
n
4.
Зобразити кругові графіки кутових швидкостей і прискорень.
Для графіку швидкості
: відкладати на радіусах ЗЦТ (починаючи з
2-ої пози) величину кутової швидкості у довільному масштабі
(наприклад, 10
0
першої різниці відповідають 10 мм).
Для графіку прискорень:
відкладати на радіусах ЗЦТ (починаючи з
3-ої пози) від кола довільного радіусу додатні прискорення до центру,
від’ємні – від центру (масштаб 10 мм:10
0
другої різниці).
Примітка
: лінії повинні бути незамкнутими (немає даних для 1-ої і
останньої поз – за швидкостями, для двох з початку та двох – з кінця –
для прискорень). Відмітити, що це графіки характеристик, що
розглядаються за шляхом, а не за часом.
5.
Проаналізувати залежності руху від дії сили тяжіння і
наближення тіла до вісі перекладини. Відмітити, де відбувається
віддалення ЗЦТ від перекладини і його наближення до неї, та якими є
пов’язані з цим зміни прискорення і швидкості. Дати аналіз обертальному
руху людини на перекладині за визначеними кінематичними характе-
ристиками.
5.
Зміст звіту
Мета роботи, графічне представлення траєкторії руху (ЗЦТ), табличне
представлення значень кутових швидкостей та кутових прискорень,
графічне представлення кутових швидкостей і кутових прискорень
обертального руху людини, аналіз залежності руху від дії сили тяжіння
за отриманими кінематичними характеристиками.
6.
Контрольні питання:
1.
Для чого та за якими етапами проводять біомеханічний аналіз
рухів людини?
2.
У чому полягають особливості обертального руху людини?
3.
Як знайти кутові швидкості і кутові прискорення при
обертальному русі тіла людини?