Biomchanika, SPR - GUMY, Zofia Piątkowska gr

Zofia Piątkowska gr. II ż

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 1

TEMAT : POMIAR PRĘDKOŚCI PROSTOWANIA STAWU KOLANOWEGO W

ZALEŻNOŚCI OD WARTOŚCI MOMENTU OBCIĄŻAJĄCEGO.

OPIS OSÓB BADANYCH:

BADANY	Zofia Piątkowska	Aleksandra Gorzkowska	Sonia Mosur	Katarzyna Michnowska	Karolina Łaska
WAGA	67 kg	56 kg	66 kg	69 kg	58 kg
WZROST	177 cm	167 cm	172 cm	171 cm	171 cm
UPRAWIANA DYSCYPLINA	Siatkówka	Taniec towarzyski	Taniec towarzyski	Koszykówka	Łyżwiarstwo szybkie
STAŻ TRENINGOW.	6 lat	8 lat	8 lat	8 lat	8 lat

WPROWADZENIE

Jak wiemy, napęd poszczególnych biernych segmentów naszego ciała, odbywa się dzięki pracy odpowiedzialnych za to mięśni szkieletowych, które są w stanie realizować swe zadanie dzięki zdolności do aktywnej zmiany swej długości. Oprócz zmieniania długości, mięśnie potrafią generować siłę, co z kolei daje nam możliwość, do przemieszczania - ruchu kostnych segmentów naszego ciała względem siebie (dźwignie kostne ).

Siła mięśniowa, to wartość, która podobnie jak wytrzymałość czy szybkość, występuje u każdego z nas. Jednak wpływ na jej wielkość i możliwości jej rozwijania ma wiele czynników. Są to m.in. długość mięśnia, siła pobudzenia, wielkość przekroju fizjologicznego, prędkość skracania, często nawet i jego temperatura, czy charakter pracy jaką wykonuje.

Pomiary siły mięśniowej mogą być prowadzone zarówno w warunkach statycznych, jak i dynamicznych. Jednak biorąc pod uwagę, iż większość czynności życiowych i zawodowych jakie wykonuje człowiek, to czynności w ruchu, ważniejsze zdają się być pomiary w warunkach dynamicznych. Pozwalają one na ocenę takich parametrów, jak siła, prędkość ruchu i wartość rozwijanej mocy ( pomiary niezwykle istotne w praktyce sportowej, w ocenie efektywności treningu ). Cel, jaki postawimy badaniu, określa nam wybór odpowiedniej metody badawczej. Taki pomiar może dotyczyć pojedynczych zespołów mięśniowych, jak i całych łańcuchów biokinematycznych. Pomiary na pojedynczych zespołach mięśniowych, wymagają standaryzacji położenia ciała i kończyn, oraz określenia wartości kąta stawowego, przy którym następuje pomiar siły lub prędkości. Test taki w miarę możliwości powinien jak najwierniej odzwierciedlać rzeczywisty ruch, wykonywany w naturalnych warunkach.

Dynamiczne testy siły mięśniowej, przeprowadzamy w warunkach pracy koncentrycznej ( skracanie mięśnia ), lub ekscentrycznej ( jego rozciąganie ) przy stałym, izotonicznym obciążeniu lub stałej, izokinetycznej prędkości ruchu. Dzięki takim pomiarom otrzymujemy charakterystyki własności mechanicznych mięśni, które noszą nazwę krzywej Hilla. Wykreślenie takiej krzywej, możliwe jest tylko wtedy, gdy ustalony jest jeden z dwóch badanych parametrów, tj. prędkość ruchu ( ω = constans ) lub moment obciążenia zewnętrznego ( M = constans ).

Znaczenie mocy oraz jej pomiarów w praktyce sportowej.

W warunkach dynamicznych, kiedy rozwijaniu siły przez mięsień towarzyszy zmiana jego długości, pojawia się kolejny czynnik limitujący wartość siły maksymalnej - MOC.

Moc jest wielkością fizyczną, zdefiniowaną jako wartość pracy wykonanej w jednostce czasu.

P = W / t

Można również udowodnić, że moc poruszającego się ciała, to iloczyn skalarny wektorów siły działającej na to ciało i prędkości z jaką się porusza.

P = F ⋅ V

Dla ruchów obrotowych natomiast, moc poruszającego się ciała równa się iloczynowi momentu siły wywołującej ruch i prędkości kątowej ruchu.

P = M ⋅ ω

A. V. Hill zauważył, że wartość mocy rozwijanej przez mięśnie, ograniczona jest wydajnością źródeł energetycznych. Należy również pamiętać, że podczas skurczu mięśnie wydzielają ciepło. W ten sposób uzyskujemy dwa wyrażenia na moc mięśnia. Jedno uzyskane drogą badań mocy rozwijanej przez wyizolowany mięsień, drugie - z bilansu energetycznego.

Hill porównując oba te wyrażenia, stworzył zależność, nazwaną dziś równaniem charakterystycznym Hilla.

( F + a ) ⋅ V = ( F_max - F ) ⋅ b gdzie,

a - stała charakterystyczna dla mięśnia o wartości zależnej od tzw. ciepła

skracania się mięśnia

b - stała, zależna od długości i temperatury mięśnia.

To równanie hiperboli ukazuje nam, że zarówno maksymalna siła, jak i prędkość skracania mięśnia są ograniczone pewnymi wartościami maksymalnymi, charakterystycznymi dla każdego mięśnia, zależnymi od jego budowy, czy temperatury.

Znaczenie wielkości rozwijanej mocy (dla zawodnika ).

Moc, to pojęcie może trochę pomijane i `niedoceniane' w praktyce sportowej. Operuje się najczęściej pojęciem treningu siły, szybkości, wytrzymałości, zapominając o tak ważnej dla sportu wartości, jaką jest moc. Moc jest niezbędna i kluczowa zarówno w dyscyplinach, w których o wyniku rywalizacji decyduje czas ( biegi, pływanie ) gdzie rozwijanie większej mocy, jako iloczynu siły i prędkości gwarantuje lepszy czas, jak i w dyscyplinach, gdzie sukces od czasu nie zależy ( rzuty, skoki ). Tu dobry wynik jest konsekwencją mocy odbicia z belki, czy mocy pociągnięcia ramieniem np. przy rzucie oszczepem.

Metoda pomiaru mocy, podczas prostowania nogi w stawie kolanowym, polega na przyspieszeniu podudzia podczas prostowania w stawie kolanowym i opisuje ją równanie :

EJ = M_m - M_t - M_p - M_g - M_r gdzie,

E - przyspieszenie kątowe

J - moment bezwładności podudzia, stopy oraz ruchomych części stanowiska

pomiarowego względem osi obrotu przechodzącej przez staw kolanowy.

M_m - moment siły mięśni równy różnicy momentów mięśni synergistycznych

i antagonistycznych.

M_t - moment tarcia mechanizmu.

M_p - moment siły elementów pasywnych ( więzadła, ścięgna )

M_r - zewnętrzny moment oporujący.

M_g - moment od siły ciężkości.

CEL BADANIA

Celem ćwiczenia jest nauczenie metody pomiarowej pozwalającej na zmierzenie zależności prędkości kątowej uzyskanej przez ćwiczącego, od funkcji zewnętrznego momentu oporującego na stanowisku do pomiaru prędkości prostowania w stawie kolanowym. Pomiar taki pozwala również na znalezienie takiego obciążenia, przy którym badany rozwija największą moc. Ćwiczenie zaznajamia z pojęciem mocy i modelem mięśnia opracowanym przez Hilla.

METODA BADANIA

Badany siedzi na fotelu w pozycji ustabilizowanej ( podtrzymując się rękami ), tak aby zachować bezpieczny kąt prosty w stawie biodrowym. Możliwy zakres ruchu badanej kończyny dolnej wynosi 90⁰. Podudzie przebywa drogę od położenia, w którym tworzy kąt prosty z udem, do całkowitego wyprostu. Podudziem wprawiana jest w ruch dźwignia połączona z blokiem obrotowym, który jest sztywno umocowany do ramy.

Na środkowej części ramy obrotowej znajduje się szczelina i jej długość kątowa wynosi 26⁰. Po jednej jej stronie znajduje się żarówka, którą połączono z zaciskiem zasilacza, po drugiej zaś, naprzeciw żarówki, diodę światłoczułą połączoną z przetwornikiem fotoelektrycznym.

W czasie prostowania kończyny dolnej w stawie kolanowym, pomiędzy żarówką, a fotokomórką pojawia się szczelina, element światłoczuły oświetla się i przetwornik włącza czasomierz. Zmierzony czas wyświetla się automatycznie. Zmianę momentu oporującego, zapewnia różna ilość gum wykorzystanych przy pomiarze.

Na podstawie powyższego pomiaru i obliczeń, uzyskujemy przebieg zmian prędkości kątowej w zależności od wartości momentu oporującego. Wyniki przedstawiamy w wykresach.

PRZEBIEG BADANIA

Główne założenia :

Badany znajduje się w pozycji ustabilizowanej
Oś obrotu stawu kolanowego pokrywa się z osią bloku obrotowego
Badany wykonuje ćwiczenie z maksymalną prędkością
Nie bierzemy pod uwagę siły bezwładności ( równa się zeru )

Tabela nr 1

Dotyczy wykresu przedstawiającego zależność momentu oporującego od rozwijanej prędkości kątowej.

Liczba gum	Mz	t1	t2	t3	t4	t5	ω1	ω2	ω3	ω4	ω5
2	24,4	50	56	50	49	57	9,1	8,1	9,1	9,3	8
4	39,1	55	63	58	53	63	8,3	7,2	7,8	8,6	7,2
6	53,8	68	71	63	57	81	6,7	6,3	7,2	8	5,6
8	67,2	87	84	72	69	104	5,2	5,4	6,3	6,6	4,4
10	83,7	125	97	93	73	-	3,6	4,6	4,9	6,2	-
12	100,3	-	115	105	95	-	-	3,9	4,3	4,7	-

Tabela nr 2

Dotyczy wykresu przedstawiającego zależność między mocą uzyskaną w prubie przez badanego, a prędkością kątową

Liczba gum	Mz	ω1	ω2	ω3	ω4	Ω5	P1	P2	P3	P4	P5
2	24,4	9,1	8,1	9,1	9,3	8	221	181	221	227	195
4	39,1	8,3	7,2	7,8	8,6	7,2	322	282	305	336	281
6	53,8	6,7	6,3	7,2	8	5,6	359	339	387	430	301
8	67,2	5,2	5,4	6,3	6,6	4,4	350	363	423	443	296
10	83,7	3,6	4,6	4,9	6,2	-	303	435	408	519	-
12	100,3	-	3,9	4,3	4,7	-	-	391	431	471	-

ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

W momencie badania rejestrowany był czas wykonywanego ruchu, który posłużył do obliczenia prędkości kątowej. Zakres ruchu wynosił 90⁰. Założeniem jest, że prędkość ruchu na całej długości jest stała, co powoduje, że przyspieszenie a = 0. Pomijamy siły bezwładności, tarcia i grawitacji.

Przebieg zamierzonej charakterystyki ω = f ( M_z ) ma charakter liniowy.

Przyczyny powstawania błędów pomiarowych :

Błędy pomiarowe są nieuniknione, niezależnie od zastosowanej techniki. Wyniki pomiarów zawsze różnią się od rzeczywistych wielkości mierzonych. Możemy tu mieć do czynienia z błędami subiektywnymi, spowodowanymi niedokładnością wykonania zarówno przez osoby badane ( niewykorzystanie maksymalnego potencjału ), jak i badające ( nierzetelność ). Natomiast błędy systematyczne, są w tym przypadku niestety niemożliwe do wykrycia.

Z przebiegu wykresu zależności momentu siły i wartości rozwiniętej prędkości kątowej, możemy wnioskować, że błąd pomiarowy był niewielki, ponieważ wykres jest zbliżony do wzorcowej linii prostej.

WNIOSKI.

Charakterystyka, jaką uzyskałam na wykresie 1, ma charakter liniowy.

Wartością zdecydowanie najwyższą w zadanej próbie osiągnęła koleżanka, uprawiająca czynnie łyżwiarstwo szybkie. Stąd wniosek, że wartość prędkości zależna musi być bezpośrednio od budowy wewnętrznej mięśnia, jego przekroju fizjologicznego i charakteru pracy do jakiej został zaadoptowany. Najniższe wyniki w pomiarach osiągnęła koszykarka. Nietrudno zauważyć, że jej mięśnie wykonują na treningach prace zdecydowanie inną, od wytrzymałościowego treningu łyżwiarki. W koszykówce to szybkość zareagowania mięśnia, jego gibkość, elastyczność i przewaga włókien kurczących się szybko, powoduje wzrost wydolności mięśnia potrzebnej do tej dyscypliny. Oczywiście wartości osiągane przez poszczególne zawodniczki nie określają stopnia ich wytrenowania, nie wskazują, która z nich jest lepsza. Wartości prędkości kątowej w stawie kolanowym dowodzą, że bezpośredni na nie wpływ, ma specyfika uprawianej dyscypliny, specyfika pracy, jaką wykonuje mięsień.

Badając się nawzajem i analizując wyniki pomiarów prędkości kątowej w funkcji zewnętrznego obciążenia oraz mierząc moc rozwijaną przez daną grupę mięśni, wnioskujemy o charakterystykach biomechanicznych pojedynczych zespołów mięśniowych (prostowników stawu kolanowego) w warunkach dynamicznych. Ten sposób badania wydolności mięśniowej ma bardzo szerokie zastosowanie w praktyce trenerskiej, sportowej.

możemy łatwo ocenić predyspozycje zawodnika do uprawiania dyscyplin : siłowo-szybkościowych i wytrzymałościowych.
Oceniamy poziom wytrenowania zawodników (prowadząc pomiary w różnych okresach treningowych)
Oceniamy wytrzymałość prostowników stawu kolanowego.