BADANIE PRZEBIEGU SIA
Y REAKCJI PODA
OśA
PODCZAS WYSKOKÓW
I. Wprowadzenie do badania sił reakcji podło\
a.
Badania statyczne i dynamiczne reakcji podło\
a przy pomocy platform oraz odmiennych
systemów, są bardzo szeroko stosowane w biomechanice. Pierwsze obserwacje rejestracji sił
nacisku na podło\
u oraz pionowego przyspieszenia głowy wykonał w 1886 r. E.Marey.
W latach 1916- 1923 J.Amar opublikował wyniki badań dwóch składowych sił reakcji
podło\
a, dokonanych na platformie sił z gumowymi czujnikami.
W 1930 r. W.O.Fenn skonstruował i zastosował platformę siły ze sprę\
onymi czujnikami, do
pomiarów poziomych sił reakcji.
Mo\
liwości dynamiczne układu ruchu człowieka mogą być oceniane przez rozpatrywanie sił
wewn. i zewn. działających na ciało. Podczas ruchów zapoczątkowanych na podło\
u, zgodnie
z III zasadą dynamiki Newtona, siła reakcji podło\
a równa jest sile akcji ciała człowieka, ale
o przeciwnym kierunku i zwrocie. Składową pionową siły akcji tworzy siła cię\
kości G= mg
i siła bezwładności Fi = mai związana z niejednostajnym ruchem ciała. Siła reakcji podło\
a
jest więc zale\
na od aktywności ciała.
Podczas stania na podło\
u w miejscu, siłę akcji stanowi tylko siła cię\
kości, czyli
R = G
W fazie związanej z aktywnym obni\
eniem środka cię\
kości ciała i wymachem kończyn
występuje siła bezwładności skierowana ku górze , a więc nacisk na podło\
e maleje. Jest to
faza odcią\
enia, w której R = G - Fi . Zmiana przyspieszenia na zwrot przeciwny wywoła siłę
bezwładności o zwrocie zgodnym z siłą cię\
kości i siła reakcji wzrośnie R = G + Fi.
Charakterystyki rozwijanych sił reakcji są decydującym czynnikiem wpływającym na wynik
w wielu dyscyplinach sportowych. Mo\
na więc powiedzieć \
e 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 podło\
a.
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 wy\
ej urządzenia pomiarowe pozwoliły nam na zarejestrowanie w formie
krzywej zmian przebiegu sił reakcji podło\
a.
Ciało badanego znajdowało się ( na początku ) w bezruchu ( statyka ), wartość reakcji
podło\
a równa się cię\
arowi ciała. Następnie rozpoczyna się faza zamachu z wymachem
kończyn górnych w tył i obni\
eniem środka cię\
kości ciała. Na początku tej fazy
przyspieszenie środka cię\
kości (SC) skierowane jest do dołu, co powoduje działanie siły
bezwładności skierowanej do góry  nacisk na podło\
e maleje. Moment ten nazywamy
odcią\
eniem, a pisak (komputer) rejestruje wartość siły mniejszą od cię\
aru ciała. Zmiana
kierunku przyspieszenia na dodatnie (skierowane od podło\
a) rozpoczyna się w chwili
rozpoczęcia hamowania przysiadu. W tym momencie następuje zmiana kierunku działania
siły bezwładności Fi, która sumując się z cię\
arem ciała powoduje zwiększenie reakcji
podło\
a R. U wytrenowanych osobników wartość przecią\
enia podło\
a mo\
e dochodzić do
czterokrotnej wartości cię\
aru ciała.
Celem badania było:
" zapoznanie się z przebiegiem w czasie siły reakcji podło\
a i jej związkiem z
działaniem siły bezwładności.
" wyliczenie impulsu siły powodującego prędkość wylotu środka cię\
kości (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 du\
e (P2 ) = 2384 mm
Pole małe (P1) = 601 mm
Pole c = P2  P1 = 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 cię\
kości:
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:
Ek = 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, i\
na wykresie nie jest zaznaczona faza po odbiciu, nie mo\
na
było obliczyć czasu lotu.
IV. Ocena błędu pomiarowego:
Błędy pomiarowe mogą być spowodowane przez:
" wadliwe działanie urządzeń pomiarowych,
" przeniesienie rąk w tył podczas obni\
enia środka cię\
kości (powstają wtedy zbędne
przyruchy, powodujące niedokładność na wykresie sił reakcji podło\
a),
" 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 obcią\
ona błędem związanym z działaniem przetwornika analogowo-
cyfrowego. Według G.Bartosiewicza błąd pomiarowy siły reakcji podło\
a dla
ośmiobitowego przetwornika A/C powoduje błąd oceny:
" prędkości maksymalnej V  około 2,3%,
" wysokości wyniesienia środka cię\
kości h  około 4,5%,
" mocy maksymalnej P  około 3,3%.
V. Podsumowanie:
Na ogół trening o charakterze siłowym wpływa na wy\
szy wzrost skoczności ni\
trening
szybkościowy, natomiast na moc kończyn oba typy treningów wpływają podobnie.
Dokładnej analizie mo\
na poddać parametry wyskoku pionowego, związane z techniką
wyskoku i koordynacją ruchową.
Platformę tensometryczną wykorzystuje się do analizy techniki odbicia w ró\
nych
dyscyplinach sportowych, takich jak gimnastyka, lekka atletyka (skoki, rzuty, start niski,
biegi). Metodę rejestracji dynamiki siły mo\
na 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
dosię\
nego 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.