Biomechanika wyklady0012

I

Badania X. Ąuberta nad ciepłem skracania i ciepłem aktywacji wskazują, że najwięcej ciepła wydziela się na początku skurczu, a mięsień izolowany najbardziej się rozgrzewa, gdy wykonuje pracę zmieniając swą długość od długości spoczynkowej l₀ do nieznacznie większej od l₀.

Równanie Hilla (patrz wykład 2.) pozwala wyliczy.ć.pracę.uźyteczną.mięśnia W„ jako funkcję jego siły.

W_u = F-A/ = F-At-v,    (6)

gdzie Al - to długość o jaką się mięsień skraca w czasie At.

Po przekształceniach równania Hilla, prędkość skracania się mięśnia v można wyrazić jako

_v (F^-F)b F + a

Po podstawieniu wzoru (7) do (6) otrzymujemy (F^-F)b

(7)

= F -At ■'

F + a

(S)

Można teraz wyznaczyć maksimum funkcji opisanej wzorem (8) poprzez przyrównanie jej pochodnej względem siły' do zera.

\

Podobnie, także z równania Hilla, można wyznaczyć maksimum pracy użytecznej mięśnia w funkcji prędkości jego skracania się.

r

Wykresy przedstawione na rysunkach 1 i 2 uzyskano uwzględniając wspomniane powyżej zależności ciepła wydzielonego podczas skurczu od długości mięśnia (od której zależy także siła skurczu), zależności pracy użytecznej od siły i prędkości skracania się mięśnia.

Rys.ł. Zależność mocy całkowitej (1), szybkości wydzielania ciepła (2) oraz mocy użytecznej mięśnia krawieckiego żaby w temperaturze 0°C od względnego obciążenia siłowego (a) i od względnej prędkości (b) [1].

Rys.2. Zależność sprawności mięśnia wyliczonej z równania Hilla od względnej sity i prędkości [1],

Podsumowując przedstawione zależności możemy stwierdzić, że:

•    moc całkowita osiąga maksimum przy 0,2 FI F_m„ oraz 0,5 v/ ,

•    moc użyteczna wykazuje podobną zależność od siły jak i od prędkości osiągając maksimum przy 0,3 F/F_w, i 0,3 v/v_m3S.

•    największa sprawność mięśni mam miejsce przy około 0,4-0,6 F/F_m,_x oraz 0,5

^v/v_max,

Zatem sprawność mięśni jest duża podczasIsiToweTfaczei niż szybkościowej pracy mięśni. . SprawTtość człowieka oceniana jako stosunek pracy użytecznej do zuż\lej energii osiąga maksimum przy około 0,3 F/F_m„.

II. Układ ruchu człowieka jako biomechanizm.

Każdy mechanizm składa się ze sztywnych członów, między którymi występują połączenia ruchowe. Za biomechanizm można uznać układ ruchu człowieka. Zbudowany on jest z kości jako członów sztywnych połączonych stawami umożliwiającymi ich ruch. Badania układu ruchu człowieka zostały oparte na teorii maszyn i mechanizmów m.in. ze względu na wykorzystanie wyników tych badań do konstruowania trenażerów ruchu, manipulatorów, pedipulatorów, protez i aparatów ortopedycznych.

Czy manipulator spełnia wszystkie funkcje kończyny górnej? Aby na to pytanie odpowiedzieć zapoznamy się z pojęciem pary biokinematycznej, jej ruchliwością, klasą, oraz zakresem ruchu, jak również z terminem łańcucha biokinematycznego składającego się z par biokinematycznych.