Sprawozdanie Biomechanika 2/2002

”Wyskok dosiężny”

WPROWADZENIE :

Ruch żywego organizmu lub jego części należy traktować m.in. jako zjawisko

mechaniczne , zaś organizm będący połączeniem elementów działających wspólnie i

spełniających określony cel , zastępuje się pojęciem obiektu ( układu ,systemu )

biomechanicznego . Toteż przedmiotem biomechaniki jest badanie ruchu istot

żywych , zwłaszcza człowieka , na podstawie fundamentalnych i szczegółowych praw

mechaniki oraz zasad cybernetyki. Stosowanymi metodami badawczymi są analiza i

synteza ruchu oraz identyfikacja strukturalna i parametralna obiektu. W wyniku

zastosowania tych metod określa się parametry i wyznacza charakterystyki

statyczne , kinematyczne i dynamiczne organizmu lub jego częśći , co umożliwia

wyrażanie wiadomości o badanym zjawisku i biorącym w nim udział obiekcie w

postaci równania - modelu matematycznego. Ruchy , które odbywają się na podłożu

, są wynikiem działania sił wewn. i sił zewn. Wielkości tych sił oraz impulsów sił , a

raczej wzajemne ich stosunki , powodują różne efekty ruchowe . Celowo

ograniczamy się do ruchów w ogólnym pojęciu , ponieważ pomiar nasz dotyczy

zmian wielkości reakcji podłoża . Pod działaniem siły nacisku (np. ciężkości ) na

podłoże powstaje równe i przeciwstawnie skierowane przeciwdziałanie , nazywane

reakcją podłoża lub reakcją oporową . Reakcje podłoża ma miejsce zarówno w

statyce , jak i w dynamice . Przy pionowym nacisku ciała na podłoże w bezruchu

(V=0) reakcja podłoża równa się ciężarowi ciała. Reakcja podłoża w dynamice

występuje wtedy , gdy ciało wywierające nacisk na podłoże posiada przyśpieszenie ,

wówczas do ciężaru ciała , dodaje się siłę bezwładności (ze znakiem + lub - ) : R =

Q + F1 .

Podczas ruchów zapoczątkowanych na podłożu , zgodnie z 3 zasadą dynamiki

Newtona , siła reakcji podłoża równa jest sile akcji ciała człowieka, ale o przeciwnym

1

kierunku i zwrocie Składową pionową siły akcji tworzy siła ciężkości G = m g i

siła bezwładności Fi = ma związana z niejednostajnym ruchem ciała . Siła reakcji

podłoża jest więc zależna od aktywności ciała . Podczas stania na podłożu V = 0 ,

siłę akcji stanowi tylko siła ciężkości , a więc R = G . W fazie związanej z aktywym

obniżeniem środka cężkości ciała SC i wymachem kończyn -początek zamachu ,

wystęuje siła bezwładności skierowana ku górze , a więc nacisk na podłoże maleje .

Jest to faza obciążenia , w której R = G - Fi . Zmiana przyśpieszenia ma zwrot

przeciwny - ku górze , wywoła siłę bezwładności o zwrocie zgodnym z siłą ciężkości i

siła reakcji wzrośnie(koniec fazy zamachu i odbicia ) 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 szczególności trudno sobie wyobrazić trenera

podnoszenia ciężarów , skoków lub rzutów , który w swej pracy nie korzystałby z

wykresów sił uzyskanych na platformie . W najnowocześniejszych platformach

wykorzystuje się zjawisko pizoelektryczne i oprócz trzech składowych sił reakcji

mierzy się trzy składowe momentów . Są to urządzenia bardzo drogie ze względu na

skomplikowane rozwiązania elektroniczne i sterowanie obróbki komputerowej

wszystkich danych pomiarowych . Platformy takie produkuje firmà Kistler ` . W

Zakładzie Biomechaniki w Warszawie znajduje się uniwersalna platforma

tensometryczna PT 2-00 skonstrułowana w Zakładzie Konstrukcji Urządzeń

Badawczych Instytutu Sportu w Warszawie .

STANOWISKO POMIAROWE :

Stanowisko do pomiaru siły reakcji składało się z następujących urządzeń:

-platformy dynamometrycznej

-przetwornika siła - napięcie

2

-rejestratora albo dodatkowo z przetwornika sygnału analogowego na cyfrowy

A\ C

-komputera

-rejestratora

Tor pomiarowy siły reakcji podłoża wyglądał następująco :

W \ w urządzenie pomiarowe pozwoliło nam na zarejestrowanie w formie

krzywej zmian przebiegu sił reakcji podłoża . W sposób analityczny obliczyłam te

parametry , które decydują o wielkości rozwijanych sił reakcji, prędkość wylotu

środka ciężkości ciała i wysokości jego uniesienia . 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 przyśpieszenie 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 przyśpieszenia 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 .

CEL:

3

1. Zapoznanie się z przebiegiem w czasie siły reakcji podłoża i jej związkiem z

działaniem siły bezwładności

2. Wyliczenie impulsu siły powodującego prędkość wylotu środka ciężkości (SC)

badanej osoby i wykreślenie na tej podstawie wysokości wyskoku .

OBLICZANIE WARTOŚCI POMIAROWYCH DLA :

Wojciech Sanecki

(na podstawie materiałów zadanych przez Panią mgr. Dagmarę Iwańską )

Urządzenie pomiarowe pozwoliło nam na zarejestrowanie w formie krzywej zmian

przebiegu sił reakcji podłoża . W sposób analityczny możemy wyliczyć te parametry ,

które decydują o wielkości rozwijanych sił reakcji, prędkości wylotu środka ciężkości

ciała i wysokości jego uniesienia .

Wojciech Sanecki:

wzrost: 178 cm ; masa ciała: 72 kg ; trenował pływanie przez ok. 10 lat.

Pole duże P1= 2532

Pole małe P2= 542

Pole duże - Pole małe = Pole c = 1990

KOLEJNOŚĆ PROWADZONYCH WYLICZEŃ JEST NASTĘPUJĄCA :

4

1.

200N – 18mm

x N - 1mm

x= 11,1 N

2.

0,2s – 26mm

x s – 1 mm

x= 0,007 s

3.

∆∏ = (P1-P2)*11,1N*0,007s

∆∏ = 1990*11,1N*0,007s

∆∏ = 154,6

4.

∆∏=∆p

F*t = m*∆V --> ∆V=Vmax –Vp --> Vp=0

∆∏ = m*Vmax --> ∆V=Vmax

Vmax=154,6:72=2,1

5.

Ek=Ep

m*g*h=mVS:2

h= VS:2g

h=4,41:20

h=0,22

hmax=0,22

5