ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.12.2021
Просмотров: 508
Скачиваний: 1
Основи біофізики і біомеханіки
267
4.
Як дія сили тяжіння тіла людини впливає на виконання
людиною обертальних рухів?
5.
Як змінюються кінематичні характеристики залежно від дії
сили тяжіння при обертальному русі людини?
П р а к т и ч н а р о б о т а № 2
ВИЗНАЧЕННЯ ПОЛОЖЕННЯ ЗАГАЛЬНОГО ЦЕНТРУ
ТЯЖІННЯ ТІЛА ЛЮДИНИ ГРАФІЧНИМ МЕТОДОМ
(складання сил тяжіння)
Руховий апарат людини – це саморухомий механізм, який складається
з 600 м’язів, 200 кісток, декількох сотень сухожиль. Ці цифри є
приблизними, через те, що деякі кістки (наприклад, кістки хребта,
грудної клітини) зрослися одна з одною, а багато м’язів мають
декілька голівок (наприклад, двоглавий м’яз плеча, чотирьохголовий
м’яз стегна) або поділяються на багато пучків (дельтоподібний, великий
грудний, прямий м’яз живота та ін.). Вважається, що рухова діяльність
людини є порівняною за складністю з мозком людини і є найбільш
досконалим творінням природи. І подібно до того, як вивчення мозку
починають з дослідження його елементів (нейронів), так і в біомеханіці
поперед усього досліджують властивості елементів рухового апарату.
Руховий апарат людини складається з ланок.
Ланкою
називається
частина тіла, яка розташована між двома сусідніми суглобами або між
суглобом і дистальним кінцем. Наприклад, ланками тіла є: кисть,
передпліччя, плече, голова тощо.
Важливим поняттям при розгляді рухової діяльності людини є
центр тяжіння ланки
(ЦТ)
тіла та
загальний центр тяжіння (ЗЦТ)
.
Центр тяжіння має велике значення при оцінці виду рівноваги тіла.
Залежно від розташування точки опори або опорної поверхні у
відношенні до центру тяжіння розрізняють стійку, нестійку і байдужу
рівновагу.
1.
Мета роботи
Навчитися визначати положення центрів тяжіння ланок та
загального центру тяжіння тіла людини.
2.
Оснащення
15-ланкова схема положення тіла людини при виконанні того чи
іншого руху або модель О. Фішера.
3.
Організація самостійної роботи
1.
Центр тяжіння тіла – це уявна точка, до якої прикладена
рівнодіюча сил тяжіння усіх ланок тіла. Експериментальним шляхом
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
268
(О. Фішер, М. Бернштейн) визначено середні дані про вагу ланок тіла і
про положення їх центрів тяжіння (див.
рис. 7.4.2.
).
Визначення маси ланки методом відносних мас
Для практичного застосування використовують округлені величини
ваги ланок (табл. ПР 2.1).
Таблиця ПР 2.1.
Відносні ваги ланок тіла і розташування їх центрів тяжіння
Назва ланки
Відносна вага
Розташування ЦТ ланки (у відносних одиницях
відстані від проксимального суглобу )
Голова
Тулуб
Плече
Передпліччя
Кисть
Стегно
Гомілка
Стопа
0,07
0,43
0,03
0,02
0,01
0,12
0,05
0,02
Над верхнім краєм слухового проходу
На відстані 0,51 від плечової кістки
На відстані 0,45 від плечового суглобу
На відстані 0,43 від ліктьового суглобу
На відстані 0,37 від зап’ястного суглобу
На відстані 0,45 від стегнового суглобу
На відстані 0,41 від колінного суглобу
На відстані 0,44 від п’яти
2.
Для визначення рівнодіючої двох паралельних сил з’єднують
прямою лінією точки їх прикладення. При додаванні сил тяжіння двох
ланок ця лінія з’єднує їх ЦТ. На цій лінії розташовано ЦТ двох ланок.
Наприклад, загальний центр тяжіння плеча і передпліччя розташовано
на лінії, яка їх з’єднує (
рис. ПР 2.1.
).
Рис. ПР 2.1.
Визначення ЦТ ланки (верхньої кінцівки)
Р
в
, Р
с
, Р
m
–
вага плеча, перепліччя, кисті відповідно (виражено у
відсотках до загальної ваги тіла), прикладено в місцях розташування
ЦТ кожної ланки.
Числа (0,47; 0,42; 0,37) вказують на місце розташування ЦТ
відповідної ланки від проксимального суглобу згідно з таблицею 1.
Основи біофізики і біомеханіки
269
Р
в+с
, Р
b+c+m
–
сумарна вага двох та трьох ланок, прикладена в місцях
розташування ЦТ двох та трьох ланок (місце розташування цих ЦТ
знаходиться розахунковим методом).
Через те, що вага плеча складає близько 3 %, а передпліччя – 2 %
ваги тіла, то цю лінію потрібно поділити на 2+3=5 частин. ЦТ двох
ланок розташований ближче до більш важкої ланки (співвідношення
відрізків лінії 2:3, рахуючи від плеча). Таким же чином потрібно
додати усі сили тяжіння інших ланок.
Положення ЗЦТ і ЦТ ланок потрібно визначити при аналізі умов
рівноваги в статичному положенні. Зміною траєкторії руху центру
тяжіння визначити дію зовнішніх сил, які прикладені в цілому, або
зовнішніх сил відносно відповідної ланки.
Визначення маси ланки за методом В. Селуянова
В. Н. Селуянов встановив, що маси ланок тіла можна визначити за
допомогою наступного рівняння:
m
x
= B
0
+B
1
m+B
2
H,
де
m
х
– маса однієї з ланок тіла (кг), наприклад стопи, гомілки, стегна
тощо;
m
– маса всього тіла (кг);
H
– довжина тіла (см);
В
0
, В
1,
В
2
–
коефіцієнти регресійного рівняння (див. табл. 7.5.1.).
4.
Завдання
1.
Визначити положення ЦТ ланок тіла.
Для цього:
–
на схемі пози людини, користуючись анатомічними даними,
відмітити положення проекцій осей суглобів;
–
вимірити довжину кожної ланки;
–
за даними довжини ланки та даних про відносне розташування
ЦТ ланки визначити положення ЦТ кожної ланки тіла людини за
схемою, проміжні дані розрахунків занести у таблицю;
–
визначити масу кожної ланки методом відносних мас і за
методом В. М. Селуянова (див. вище), результати занести в таблицю;
–
користуючись цими і анатомічними даними, рисунком 1
нанести на схему ЦТ усіх ланок.
2.
Знайти рівнодіючу усіх сил тяжіння. Зручно знайти спочатку
ЦТ сил тяжіння плеча і передпліччя (вектори сил тяжіння малювати не
потрібно, потрібно знати відносні ваги ланок. Далі, додавши вагу кисті,
знайти ЗЦТ всієї руки. Таким же чином послідовно додати ваги ланок
ноги. Якщо положення є симетричним, то ЦТ обох рук розташовані
однаково, так як і обох ніг.
Примітка
: не забути подвоїти вагу кінцівок при додаванні їх до
ваги тулуба і голови.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
270
Визначаючи положення ЦТ тулуба (якщо воно є розігнутим, чи
зігнутим) правильно його положення наносити не на зігнутій
подовжній осі, а на прямій лінії, яка з’єднує плечовий і тазостегновий
суглоби.
3.
Визначивши положення ЗЦТ голови і тулуба (50 % ваги тіла),
а також усіх кінцівок (друга половина ваги), названі дві точки
з’єднують відрізком, який поділяють навпіл. У цій точці і розташовано
ЗЦТ тіла (
рис. ПР 2.2.
).
4.
Позначити на схемі ваги усіх ланок тіла, визначених за
методом відносних мас.
5.
Зміст звіту
Мета роботи, графічне представлення центрів тяжіння ланок тіла та
загального центра тяжіння усього тіла, табличне представлення
проміжних розрахунків.
Рис. ПР 2.2.
Визначення ЗЦТ усього тіла
(усі позначення аналогічні
рис. ПР 2.1.
)
Основи біофізики і біомеханіки
271
5.
Контрольні питання:
1.
Якими показниками характеризується геометрія мас тіла?
2.
Інерційні характеристики рухової діяльності людини.
3.
Що таке біомеханічна ланка, біокінематична пара?
4.
Як визначити масу ланки? За методом В. Селуянова?
5.
Що таке центр тяжіння ланки? Як його знайти?
6.
Що таке загальний центр тяжіння тіла людини? Як його знайти?
7.
Від чого залежить розташування ЗЦТ при здійсненні людиною
різних рухів?
8.
Для чого оцінюють ЗЦТ при тренуванні спортсменів, при
фізичній реабілітації людини після травм опорно-рухового апарату?
П р а к т и ч н а р о б о т а № 3
ВИЗНАЧЕННЯ ПОЛОЖЕННЯ ЗАГАЛЬНОГО ЦЕНТРУ
ТЯЖІННЯ ТІЛА ЛЮДИНИ АНАЛІТИЧНИМ МЕТОДОМ
(складання моментів сил тяжіння за теоремою Варіньйона)
Центр тяжіння тіла – це уявна точка, до якої прикладена рівнодіюча
сил тяжіння усіх частин ланки. Положення загального центра тяжіння
визначається тим, де знаходяться центри мас окремих ланок. А це
залежить від пози, тобто від того, як частини тіла розташовані одна
відносно одної в просторі.
Графічний метод визначення ЗЦТ (лабораторна робота № 2) не
завжди дає точні дані щодо розташування ЗЦТ, тому поряд з ним
використовують також аналітичний метод знаходження ЗЦТ через
додавання моментів сил тяжіння ланок тіла.
Мета роботи
Навчитися визначати положення загального центру тяжіння тіла
(ЗЦТ) людини додаванням моментів сил тяжіння.
1.
Оснащення
Схема положення тіла людини при виконанні руху або модель
О. Фішера (з роботи 2).
2.
Організація самостійної роботи
1.
Спосіб складання моментів сил тяжіння засновано на теоремі
Вариньона: «Сума моментів сил відносно будь-якого центру дорівнює
моменту суми цих сил (їх рівнодіючої) відносно того ж центру».
Розглянемо для прикладу додавання моментів сил тяжіння трьох
ланок ноги (
рис. ПР 3.1.
). Оберемо довільно центр, відносно якого
будемо визначати моменти сил тяжіння. Цю точку
О
можна поставити