UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY

w BYDGOSZCZY

Wydział Inżynierii Mechanicznej

Zakład Inżynierii Biomedycznej

Biomechanika Inżynierska

INSTRUKCJA

DO ĆWICZENIA NR 1

POMIAR ŚRODKA CIĘŻKOŚCI CIAŁA W POZYCJI STOJĄCEJ

1. Wprowadzenie

1.1. Środek ciężkości ciała

Środek ciężkości ciała jest to punkt, w którym jest zaczepiona siła przedstawiająca ciężar

danego ciała, i pokrywa się on ze środkiem sił równoległych, które reprezentują elementarne siły

ciężkości, tj. siły przyciągania cząstek ciała materialnego przez kulę ziemską, skierowane pionowo

do środka ziemi.

Współrzędne x

c

, y

c

i z

c

środka ciężkości C dowolnego ciała jednorodnego wyznaczamy ze

wzorów:

,

gdzie:

r - gęstość ciała,

m - masa danego ciała jednorodnego.

Z wzorów tych wynika, że współrzędne środka ciężkości C zależą od kształtu ciała oraz

rozkładu masy.

Wyrażenia w licznikach tych wzorów noszą nazwę momentów statycznych ciała

materialnego względem odpowiednich płaszczyzn układu współrzędnych Oxyz.

Twierdzenia przydatne przy wyznaczaniu środków ciężkości ciał materialnych jednorodnych:

•

jeżeli bryła ma płaszczyznę symetrii, to środek ciężkości leży w tej płaszczyźnie,

•

gdy bryła ma dwie płaszczyzny symetrii, środek ciężkości leży na linii ich przecięcia,

•

gdy bryła ma trzy płaszczyzny symetrii, środek ciężkości leży w punkcie przecięcia się tych

płaszczyzn,

•

moment statyczny dowolnej figury względem płaszczyzny przechodzącej przez środek cięż-

kości tej figury jest równy zeru.

1.2. Środek ciężkości ciała człowieka

Położenie środka ciężkości ciała człowieka:

•

usytuowany jest na poziomie 2 kręgu kości krzyżowej, około 5 cm przed tym kręgiem,

•

linia ciężkości zwykle zbliża się do powierzchni podparcia, przebiegając około 4 cm przed

stawem skokowym w stawie wyprostowanym,

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest pomiar położenia środka ciężkości ciała w swobodnej pozycji stojącej

oraz obserwacja zmian jego położenia w zależności od zmiany położenia części ciała podczas

swobodnego stania. Drugim celem jest określenie rozkładu zmian rozkładu ciężaru ciała na

poszczególne części stóp w zależności od położenia środka ciężkości.

3. Metoda badań

Badania będą prowadzone na platformie dynamometrycznej Zebris.

4. Przebieg ćwiczenia:

1. określenia liczby badanych (w zależności od liczności grupy i ilości czasu do dyspozycji),

2. określenie wagi ciała badanego,

3. określenie rozmiaru stopy badanego,

4. określenie położenia środka ciężkości ciała w pozycji stania swobodnego z rękoma

opuszczonymi wzdłuż tułowia (w zależności od ciężaru ciała z dodatkowym obciążeniem

lub bez),

5. określenie położenia środka ciężkości ciała w pozycji stania swobodnego z rękoma

wyciągniętymi do przodu (w zależności od ciężaru ciała z dodatkowym obciążeniem lub

bez),

6. określenie położenia środka ciężkości ciała w pozycji stania swobodnego z ręką wyciągnięta

na bok (w zależności od ciężaru ciała z dodatkowym obciążeniem lub bez),

7. określenie położenia środka ciężkości ciała w pozycji stania swobodnego z założonym

obciążeniem na plecy.

5. Opracowanie wyników - zakres sprawozdania

Na rys. 1 i 2 przedstawiono przykładowy wydruk z pomiaru siły nacisku stóp wraz z

zaznaczeniem położenia rzutu środka ciężkości ciała na płaszczyznę poprzeczną (podstawy)

względem położenia stóp, w zależności od położenia części ciała i ich dodatkowego obciążenia.

Otrzymany z badania podobny wydruk konturu stóp należy wpisać w prostokąt. Znając rozmiar

stopy badanego określić wymiary prostokąta i określić położenie rzutu wypadkowej środka

ciężkości ciała względem jego środka. Następnie określić przesunięcie środka ciężkości przy

poszczególnych zmianach położenia ciała względem środka prostokąta.

Rys. 1. Położenie rzutu środka ciężkości ciała na płaszczyznę podstawy podczas stania

swobodnego z rękoma opuszczonymi wzdłuż tułowia, bez obciążenia

Rys. 2. Zmiana położenia rzutu środka ciężkości ciała na płaszczyznę podstawy podczas stania

swobodnego z dodatkowym obciążeniem w prawej ręce

Na rys. 3 przedstawiono podział stopy na części anatomiczne wraz z ich opisem.

Przeprowadzić analizę zmian siły nacisku pochodzącej od ciężaru ciała w poszczególnych

strefach przy zmianie położenia części ciała oraz dodatkowym obciążeniu. Pominąć tutaj ocenę

prawidłowości rozkładu sił pod katem anatomii (to, jak i ocena kształtu powierzchni styku

stopy z podłożem będzie tematem oddzielnego ćwiczenia), skupić się jedynie na opisie zmian

wartości siły w poszczególnych strefach dla obu kończyn.

Rys. 3. Strefy anatomiczne stopy:

HL: Heel Lateral – pięta część boczna,

HM: Heel Medial – pięta część przyśrodkowa,

MF: Midfoot – środkowa część stopy,

M5: Metatarsal 5 – 5 główka kości śródstopia,

M4: Metatarsal 4 – 4 główka kości śródstopia,

M3: Metatarsal 3 – 3 główka kości śródstopia,

M2: Metatarsal 2 – 2 główka kości śródstopia,

M1: Metatarsal 1 – 1 główka kości śródstopia,

T2-T5: Toe 2 to toe 5 – palce,

T1: Hallux – duży palec.

Uwaga: Podczas badania postarać się nie balansować ciałem w celu kompensacji zmiany

położenia rzutu środka ciężkości na skutek zmiany postawy ciała i dodatkowego obciążenia.

Sprawozdanie powinno zawierać:

1. wagę i rozmiar stóp badanych osób,

2. wydruki z zaznaczonym położeniem rzutu środka ciężkości ciała na płaszczyznę

podstawy,

3. te same wydruki z zaznaczoną odległością położenia środka ciężkości ciała względem

środka prostokąta,

4. analizę zmian położenia rzutu środka ciężkości ciała w zależności od jego pozycji i

obciążenia,

5. analizę zmian rozkładu ciężaru ciała na poszczególne strefy obu stóp,

6. wnioski.