BADANIE PRZEBIEGU SIŁY REAKCJI PODŁOśA

PODCZAS WYSKOKÓW

I. Wprowadzenie do badania sił reakcji podłoża.

Badania statyczne i dynamiczne reakcji podłoża przy pomocy platform oraz odmiennych
systemów, są bardzo szeroko stosowane w biomechanice. Pierwsze obserwacje rejestracji sił
nacisku na podłożu oraz pionowego przyspieszenia głowy wykonał w 1886 r. E.Marey.
W latach 1916- 1923 J.Amar opublikował wyniki badań dwóch składowych sił reakcji
podłoża, dokonanych na platformie sił z gumowymi czujnikami.
W 1930 r. W.O.Fenn skonstruował i zastosował platformę siły ze sprężonymi czujnikami, do
pomiarów poziomych sił reakcji.

Możliwości dynamiczne układu ruchu człowieka mogą być oceniane przez rozpatrywanie sił
wewn. i zewn. działających na ciało. Podczas ruchów zapoczątkowanych na podłożu, zgodnie
z III zasadą dynamiki Newtona, siła reakcji podłoża równa jest sile akcji ciała człowieka, ale
o przeciwnym kierunku i zwrocie. Składową pionową siły akcji tworzy siła ciężkości G= mg
i siła bezwładności F

i

= ma

i

związana z niejednostajnym ruchem ciała. Siła reakcji podłoża

jest więc zależna od aktywności ciała.
Podczas stania na podłożu w miejscu, siłę akcji stanowi tylko siła ciężkości, czyli

R = G

W fazie związanej z aktywnym obniżeniem środka ciężkości ciała i wymachem kończyn
występuje siła bezwładności skierowana ku górze , a więc nacisk na podłoże maleje. Jest to
faza odciążenia, w której R = G - Fi . Zmiana przyspieszenia na zwrot przeciwny wywoła siłę
bezwładności o zwrocie zgodnym z siłą ciężkości i siła reakcji wzrośnie R = G + Fi.

Charakterystyki rozwijanych sił reakcji są decydującym czynnikiem wpływającym na wynik
w wielu dyscyplinach sportowych. Można więc powiedzieć że platforma dynamometryczna
powinna być podstawowym urządzeniem pomiarowym w sporcie. W najnowocześniejszych
platformach wykorzystuje się zjawisko piezoelektryczne i oprócz trzech składowych sił
reakcji mierzy się trzy składowe momentów.

II.Opis i przebieg badania sił reakcji podłoża.

Stanowisko do pomiaru sił reakcji składa się z następujących urządzeń:

•

platformy dynamometrycznej,

•

przetwornika siła – napięcie,

•

rejestratora albo dodatkowo z przetwornika sygnału analogowego na cyfrowy A/C,

•

komputera,

•

rejestratora.

Wymienione wyżej urządzenia pomiarowe pozwoliły nam na zarejestrowanie w formie
krzywej zmian przebiegu sił reakcji podłoża.
Ciało badanego znajdowało się ( na początku ) w bezruchu ( statyka ), wartość reakcji
podłoża równa się ciężarowi ciała. Następnie rozpoczyna się faza zamachu z wymachem
kończyn górnych w tył i obniżeniem środka ciężkości ciała. Na początku tej fazy

przyspieszenie środka ciężkości (SC) skierowane jest do dołu, co powoduje działanie siły
bezwładności skierowanej do góry – nacisk na podłoże maleje. Moment ten nazywamy
odciążeniem, a pisak (komputer) rejestruje wartość siły mniejszą od ciężaru ciała. Zmiana
kierunku przyspieszenia na dodatnie (skierowane od podłoża) rozpoczyna się w chwili
rozpoczęcia hamowania przysiadu. W tym momencie następuje zmiana kierunku działania
siły bezwładności Fi, która sumując się z ciężarem ciała powoduje zwiększenie reakcji
podłoża R. U wytrenowanych osobników wartość przeciążenia podłoża może dochodzić do
czterokrotnej wartości ciężaru ciała.

Celem badania było:

•

zapoznanie się z przebiegiem w czasie siły reakcji podłoża i jej związkiem z
działaniem siły bezwładności.

•

wyliczenie impulsu siły powodującego prędkość wylotu środka ciężkości (SC)
badanej osoby i wykreślenie na tej podstawie wysokości wyskoku.

III. Opracowanie wyników pomiarowych.

Charakterystyka osoby badanej;
Daniel Lewandowski
lat: 22; wzrost: 182 cm; masa ciała: 84 kg trenował piłkę ręczną
Pole duże (P

2

) = 2384 mm

Pole małe (P

1

) = 601 mm

Pole c = P

2

– P

1

= 2384 – 601 = 1783

1.

wyznaczam podziałkę dla wartości xt :
xt – czas przypadający na 1 mm = 0,009 s

2.

wyznaczam podziałkę dla wartości yR:
y R = G : h = mg : h = 13,3 (N/mm)

3.

obliczanie podziałki dla impulsu siły (Ft) na 1 mm :
Ft = Pc * xt * yR
Ft = 213,4

4.

obliczam prędkość odbicia od platformy:
Ft = m V
V = Ft : m
V = 2,54 m/s

5.

obliczam na jaką wysokość w czasie wysiłku został uniesiony środek ciężkości:
h = V : 2g
h = 0,323 m

6.

obliczam pracę
W = Fs
W = mgh
W = 84 kg * 10 m/s * 0.323 m = 271,3 (J)

7.

obliczam energię kinetyczną:

E

k

= mV : 2 = 271 (J)

8.

obliczam czas podczas zamachu
t

zamachu

= 92 mm * 0,009 = 0,828 s

9.

obliczam czas podczas odbicia
t

odbicia

= 28 mm * 0,009 = 0,252 s

10.

obliczam średnią moc:
Pśr = W : t

odbicia

= 1076,6

Niestety, ze względu na fakt, iż na wykresie nie jest zaznaczona faza po odbiciu, nie można
było obliczyć czasu lotu.

IV. Ocena błędu pomiarowego:

Błędy pomiarowe mogą być spowodowane przez:

•

wadliwe działanie urządzeń pomiarowych,

•

przeniesienie rąk w tył podczas obniżenia środka ciężkości (powstają wtedy zbędne
przyruchy, powodujące niedokładność na wykresie sił reakcji podłoża),

•

pomyłki obliczeniowe.

Poza tym pewną niedogodnością przy rejestracji wysokości wyskoku na platformach jest
potrzeba rozpoczynania próby z pozycji statycznej. Zastosowana wysokiej klasy aparatura
pomiarowa jest obciążona błędem związanym z działaniem przetwornika analogowo-
cyfrowego. Według G.Bartosiewicza błąd pomiarowy siły reakcji podłoża dla
ośmiobitowego przetwornika A/C powoduje błąd oceny:

•

prędkości maksymalnej V – około 2,3%,

•

wysokości wyniesienia środka ciężkości h – około 4,5%,

•

mocy maksymalnej P – około 3,3%.

V. Podsumowanie:
Na ogół trening o charakterze siłowym wpływa na wyższy wzrost skoczności niż trening
szybkościowy, natomiast na moc kończyn oba typy treningów wpływają podobnie.
Dokładnej analizie można poddać parametry wyskoku pionowego, związane z techniką
wyskoku i koordynacją ruchową.
Platformę tensometryczną wykorzystuje się do analizy techniki odbicia w różnych
dyscyplinach sportowych, takich jak gimnastyka, lekka atletyka (skoki, rzuty, start niski,
biegi). Metodę rejestracji dynamiki siły można zastosować w urządzeniach, w które uda się
wbudować czujniki tensometryczne (wiosło, dulka wioślarska, worek bokserski itp..).

VI. Bibliografia:

1.

K.Fidelus: Przewodnik do ćwiczeń z teorii sportu.

2.

A.Jurczak, T.Ruchlewicz: Zmienność parametrów biomechanicznych wyskoku
dosiężnego w procesie ontogenezy. W: Ogólnopolska Konferencja Biomechaniki.
Materiały. Gdańsk 1990.

3.

S.Kornecki, T.Bober: Systematyzacja biomechanicznych metod badania techniki
ruchu. Zeszyty naukowe AWF Wrocław 1989 nr 49.

4.

W.Musiał, M.Wychowański, A.Martyn, A.K.Gajewski, K.Wierzyńska-Starosta:
Pomiar mocy w ocenie cech fizycznych. Sport Wyczynowy1989 nr 6.