ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.12.2021
Просмотров: 507
Скачиваний: 1
Основи біофізики і біомеханіки
277
1
,3
0
1
,6
9
1
,7
0
1
,7
0
0
1
,7
0
3
1
,7
0
7
1
,7
1
1
1
,7
1
5
1
,7
2
0
1
,7
2
5
0
,7
3
1
1
,7
3
7
1
,7
4
3
1
,7
5
8
1
,3
0
1
,6
9
1
,4
0
1
,9
6
1
,9
7
1
,9
7
0
1
,9
7
3
1
,9
7
7
1
,9
8
1
1
,9
8
5
1
,9
9
0
1
,9
9
5
0
,0
0
1
2
,0
0
7
2
,0
1
3
2
,0
2
8
1
,4
0
1
,9
6
1
,5
0
2
,2
5
2
,2
6
2
,2
6
0
2
,2
6
3
2
,2
6
7
2
,2
7
0
2
,2
7
5
2
,2
8
0
2
,2
8
5
2
,2
9
1
2
,2
9
7
2
,3
0
3
2
,3
1
8
1
,5
0
2
,2
5
1
,6
0
2
,5
6
2
,5
7
2
,2
7
0
2
,5
7
3
2
,5
7
7
2
,5
8
1
2
,5
8
5
2
,5
9
0
2
,5
9
5
2
,6
0
1
2
,6
0
7
2
,6
1
3
2
,6
2
8
1
,6
0
2
,5
6
1
,7
0
2
,8
9
2
,9
0
2
,9
0
0
2
,9
0
3
2
,9
0
7
2
,9
1
1
2
,9
1
5
2
,9
2
0
2
,9
2
5
2
,9
3
1
2
,9
3
7
2
,9
4
3
2
,9
5
8
1
,7
0
2
,8
9
1
,8
0
3
,2
4
3
,2
5
3
,2
5
0
3
,2
5
3
3
,2
5
7
3
,2
6
1
3
,2
6
5
3
,2
7
0
3
,2
7
5
3
,2
8
1
3
,2
8
7
3
,2
9
3
3
,3
0
8
1
,8
0
3
,2
4
1
,9
0
3
,6
1
3
,6
2
3
,6
2
0
3
,6
2
3
3
,6
2
7
3
,6
3
1
3
,6
3
5
3
,6
4
0
3
,6
4
5
3
,6
5
1
3
,6
5
7
3
,6
6
3
3
,6
7
8
1
,9
0
3
,6
1
3.
Усі проміжні розрахунки заносять в таблицю ПР 4.2. для
підрахунку моменту інерції тіла людини:
Таблиця ПР 4.2.
Розрахунок моменту інерції тіла
№
з/п
Частина тіла
Маса m,
кг
Довжина
частини
тіла l, м
r
K
Момент
інерції
I, кг
.
м
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Голова
Тулуб
Стегно з правого боку
Стегно з лівого боку
Гомілка – стопа з
правого боку
Гомілка – стопа з
лівого боку
Уся нога права
Уся нога ліва
Рука права
Рука ліва
Усе тіло
Примітка:
При положенні тіла із зігнутими ногами в таблиці заповнюють строки 3-6, а
при випрямлених ногах – строки 7-8
4.
Визначивши за схемою і масштабом схеми дійсні довжини
ланок (
l
), їх центри, а також відстані від цих центрів до осі обертання
(
r
), визначають моменти інерції ланок.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
278
4.
Завдання
1.
Визначити дійсну довжину ланок тіла (
l
); для голови довжина
приймається нульовою. Дані занести в таблицю.
2.
Визначити (за радіусами центру тяжіння) положення центрів
тяжіння кожної ланки, виміряти їх відстань (
r
) до осі обертання і
перерахувати за масштабом у дійсну довжину. Усі дані занести в
таблицю.
3.
Визначити момент інерції кожної ланки за допомогою таблиці
Петрова.
4.
Визначити момент інерції тіла, як суму моментів інерції ланок.
5.
Зміст звіту
Мета роботи, аналітичний розрахунок моментів інерції ланок і
усього тіла.
6.
Контрольні питання:
1.
Що таке момент інерції ланки та усього тіла? Які фактори
впливають на його значення?
2.
Як впливає величина радіусу інерції (моменту інерції) на
якість руху людини (наприклад, при бігу)?
3.
Для чого оцінюють момент інерції тіла людини при аналізі
діяльності її опорно-рухового апарату?
П р а к т и ч н а р о б о т а № 5
ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТУ СИЛИ ТЯГИ М’ЯЗУ
М’язова активність – одна із загальних властивостей високоорга-
нізованих живих організмів. Уся життєдіяльність людини пов’язана з
м’язовою активністю. Вона забезпечує роботу окремих органів і цілих
систем: роботу опорно-рухового апарату, легенів, судинну активність,
шлунково-кишкового тракту, скорочувальну властивість серця тощо.
Порушення роботи м’язів може призвести до патології, а припинення
їх роботи – навіть до летальних наслідків (наприклад, смерть при
електротравмі від задушення через параліч дихальних м’язів).
Виконання м’язами роботи (наприклад, при підйомі, утриманні тіла
двоголовим м’язом плеча) засноване на важільному принципу устрою
опорно-рухового апарату людини. Використовуваний у біомеханіці поділ
тіла людини на ланки дозволяє представити ці ланки як механічні
важелі і маятники, бо всі ці ланки мають точки з’єднання, які можна
розглядати або як точки опори (для важеля), або як точки відвісу (для
маятнику). А це, у свою чергу, дає можливість координувати роботу
м’язів.
Основи біофізики і біомеханіки
279
Важіль характеризується відстанню між точкою прикладення сили і
точкою обертання. Важелі бувають першого, другого і третього роду.
Важіль I роду або важіль рівноваги складається лише з однієї ланки.
Приклад – прикріплення черепу до хребту. Важіль II і III роду
характеризуються наявністю двох ланок (II – з плечами однакової
довжини, III – плечі важеля мають різну довжину).
Через те, що м’язи, в більшості випадків, прикріплюються недалеко
від суглобу, то плече сили тяги м’язу є коротким. У зв’язку з цим
м’язи, які діють на кісткові важелі, майже завжди дають виграш у
швидкості, програючи в силі
(«золоте правило» біомеханіки
).
Умовно можна виділити важіль швидкості і важіль сили залежно від
того, що переважає в їх діях. Важіль швидкості дає виграш у швидкості
при здійсненні роботи. Приклад – ліктьовий суглоб з вантажем на
долоні. Важіль сили дає виграш у силі. Приклад – стопа на пальцях.
1.
Мета роботи
Навчитися визначати момент сили тяги м’язу для забезпечення
рівноваги ланок тіла як важелів.
2.
Оснащення
Макет верхньої чи нижньої кінцівки людини з моделлю м’язового
механізму скорочення верхніх або нижніх кінцівок, вантаж (тверде
тіло), динамометр, пружинні терези.
3.
Організація самостійної роботи
Використовуючи макет кінцівки з пружною компонентою
двоголового м’язу передпліччя (
рис. ПР 5.1
), провести вимірювання
моменту сили тяги м’язу при виконанні ним роботи з утримування
вантажу. Силу тяги двоголового м’язу, при цьому, розрахувати за
допомогою динамометру, який розміщується наприкінці пружини.
Рис. ПР 5.1.
Схема проведення експерименту з визначення моменту
сили тяги м’язу
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
280
Для того, щоб м’яз утримував вантаж (
у м о в а р і в н о в а г и )
необхідно, щоб момент сили м’яза і моменти сили тяжіння урівноважували
один одного:
M (F
T
) =
M (P
1
) +
M (P
2
)
(1)
У випадку:
M (F
T
) > M (P
1
) +
M (P
2
)
(2)
у ліктьовому суглобі відбувається згинання.
У випадку:
M (F
T
) < M (P
1
) +
M (P
2
)
(3)
у ліктьовому суглобі відбувається розгинання.
У випадку (1) м’яз виконує
утримуючу роботу
(утримує вантаж), в
(2) –
переможну
(піднімає вантаж), в (3.8.7.) –
уступальну
(опускає
вантаж).
4.
Завдання
1.
Провести дослід з визначення сили тяги м’язу при виконанні
ним роботи з утримування вантажу (експеримент провести 3 рази).
Результати занести в таблицю.
Таблиця ПР 5.1.
№ досліду
Вантаж, кг
Плече сили, м
Кут тяги
м’язу, град
Показання
динамометру, Н
1
3
2
3
3
3
Середнє значення
2.
Розрахувати момент сили тяги м’язу
М(F
T
).
3.
Розрахувати момент сил тяжіння задіяних ланок
М(P
1
)
(передпліччя та кисті – якщо розглядається верхня кінцівка, стегна та
голені – якщо розглядається нижня кінцівка) та момент сили тяжіння
вантажу
М(P
2
)
.
4.
Порівняти
М(F
T
)
з сумою
М(P
1
)
та
М(P
2
)
.
5.
Зробити висновок щодо виконання м’язом того чи іншого
виду роботи (переможної, утримуючої, уступальної). Знайти умову
рівноваги ланок (при якому куті м’яз спроможний утримувати вантаж).
5.
Зміст звіту
Мета роботи, аналітичний розрахунок моментів сили тяги м’язів.
6.
Контрольні питання:
1.
Навести приклади ланок тіла людини, як важелів I, II, III роду.
2.
Що таке момент сили тяги м’язу? Від чого він залежить?
3.
Що таке плече сили тяги м’язу? Від чого воно залежить?
4.
Що таке реактивна сила в суглобах?
Основи біофізики і біомеханіки
281
5.
Умова рівноваги ланок тіла як важелів.
6.
Зміст і застосування у біомеханіці «золотого правила» механіки.
7.
Обґрунтувати, як можна полегшити роботу м’язів при однаковій
її силі тяги.
П р а к т и ч н а р о б о т а № 6
ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕМОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ В
ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ
Одним з розділів біомеханіки є
гемодинаміка
– це область
біомеханіки, в якій досліджується тиск крові в судинній системі.
Фізичною основою гемодинаміки є гідродинаміка. Течія крові в
судинах залежить як від властивостей крові, так і від властивостей
кровоносних судин.
Як відомо, до системи кровообігу відносяться: серце, яке виконує
функцію насосу, і периферичні кровоносні судини – артерії, вени і
капіляри. Кров, що викидається серцем, розноситься тканинам через
артерії, артеріоли (дрібні артерії) і капіляри, а потім повертається до
серця через дрібні вени (венули) і великі вени. Стінки артерії
складаються з декількох шарів. Під м’язовими шарами проходять
судини і нерви. Подразнення нервів призводить до скорочення гладких
м’язів і звуження судин. Діаметр кровоносних судин і тканевий їх
склад різні залежно від типу судини: в стінках артерій більше
еластичної тканини і менше колагенових волокон, ніж у стінках вен;
вени ж, навпроти, є більш багатими на колагенові волокна, ніж на
еластичні (колагенові волокна не володіють пружністю, вони
спроможні розтягуватися); капіляри мають ендотеліальний шар, але в
їх стінках немає м’язової і з’єднувальної тканини, тому вони відносно
пасивні.
Кров, після викиду її з серця, здійснює на стінки судин тиск. Існує
градієнт тиску, який спрямовано від артерії до артеріол і капіляр і від
периферійних вен – до центральних, через що кров’яний тиск
зменшується в наступному напрямку: аорта – артеріоли – капіляри –
венули – крупні вени – порожні вени. Саме завдяки цьому градієнту
кров тече від серця до артеріол, потім до капіляр, венул, вен, і назад –
до серця. У судинах через тиск крові з’являється опір.
Основними величинами, які визначають стан кровоносної системи
є:
серцевий викид,
артеріальний тиск
і
периферійний опір
. Усі ці
величини знаходяться між собою у взаємозв’язку і залежності, яка
визначається п р а в и л о м П у а з е й л я , згідно з яким
P = Q
.
R
(
Р
–