SPRAWOZDANIE

TEMAT : POMIAR PRĘDKOŚCI PROSTOWANIA STAWU KOLANOWEGO W

ZALEŻNOŚCI OD WARTOŚCI MOMENTU OBCIĄŻAJĄCEGO.

1. Wprowadzenie

Zarówno w praktyce sportowej, jak i biomechanice ważnym zadaniem staje się określenie zależności pomiędzy prędkością a siłą rozwijaną przez zawodnika podczas wykonywania dowolnych ruchów. Najczęściej mierzona jest prędkość ruchu w jednym stawie. Kończyna przemieszcza się dzięki naprężeniu współpracujących ze sobą mięśni zginaczy i prostowników.

Charakter pracy mięśni może być: koncentryczny- mięsień skraca się; ekscentryczny- mięsień ulega rozciąganiu; lub izometryczny- mięsień nie zmienia swojej długości.

Siła rozwijania w warunkach statycznych, ma zawsze większą wartość od siły rozwijanej w czasie pracy o charakterze koncentrycznym. Jednak największą siłę rozwijają mięśnie podczas pracy o charakterze ekscentrycznym.

Podczas badania ruchów w stawie należy rozpatrywać wpływ momentu obciążenia na kąt obrotu i prędkość kątową w stawie. Czynniki te decydują o technice i mocy ćwiczenia:

P(t)- zmiana mocy w czasie

P(t)=M(t)ဪၷ(t) M(t)-zmiana momentu obciążającego w czasie

ၷ(t)-zmiana prędkości kątowej w czasie

Badania nad zależnością V=f (F) dla mięśnia izolowanego prowadził A. V. Hill. Podał on równanie charakterystyczne w postaci:

(F+a)ဪ v = b ဪ (F_max - F)

F_i - F_max - bieżąca i maksymalna wartość siły

V- prędkość skracania się siły

a , b -stałe współczynniki

Z równania wynika, że przy skurczu izotonicznym (o stałym napięciu), prędkość skracania się mięśnia zmniejsza się hiperbolicznie wraz ze wzrostem obciążenia. Uzyskuje się hiperbolę o asymptotach równych stałym a i b.

Czas po pobudzaniu mięśnia do pracy, gdy nie zauważa się żadnych zmian(około 0,0015 s) nazywa się okresem utajonym. Następnie po upływie 0,0015 s ma miejsce rozluźnienie mięśnia (tzw. utajone rozluźnienie), po czym następuje skracanie mięśnia. Jest ono poprzedzone wydzielaniem niewielkiej ilości ciepła. Przy każdym pobudzeniu mięśnia wydziela się ciepło aktywacji o stałej wartości A, a następnie ciepło skracania a proporcjonalne do wielkości bezwzględnej skrócenia ၄L.

2. Cel badania

Celem badania jest określenie zależności między prędkością ruchu w stawie kolanowym a zewnętrznym obciążeniem siłowym tego stawu.

Dokonujemy pomiarów:

- prędkości kątowej w funkcji zewnętrznego obciążenia siłowego

- mocy rozwijanej przez grupę mięśni.

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.

3. Metoda badania

- Badany siedzi na fotelu w pozycji ustabilizowanej ( podtrzymując się rękami ), tak aby zachować bezpieczny kąt prosty w stawie biodrowym.

- Badany napędza dźwignię prostując kończynę w stawie kolanowym z maksymalną prędkością; dla każdego obciążenia wykonuje się trzy próby, zapisuje się najlepszy wynik.

- 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.

4. Przebieg badania

Główne założenia :

• Badany znajduje się w pozycji ustabilizowanej

• Oś obrotu stawu kolanowego pokrywa się z osią bloku obrotowego

• Do bloku obrotowego założyć odpowiednią liczbę gum o znanej i wywzorcowanej sile naciągu.

• Badany wykonuje ćwiczenie z maksymalną prędkością

• Nie bierzemy pod uwagę siły bezwładności ( równa się zeru )

• Badany wykonuje trzy próby dla każdego obciążenia, zapisywany jest najlepszy wynik

• Zarejestrować czas pokonania ustalonego odcinka drogi kątowej α = 26˚ = 0,454 [rad] i dane pomiarowe wpisać do karty.

• Wykonać obliczenia prędkości kątowej ω i mocy chwilowej P.

5. Opracowanie wyników

1. Zmierzony czas wyprostu (t) kończyny w stawie kolanowym (wynik lepszy z dwóch zmierzonych) został zapisany w tabeli 2. i podany w [sm].

2. Następnie obliczono prędkość 9 ω ) prostowania kończyny dla poszczególnych wartości obciążenia wg zależności:

ω	=	∆α
				t

α = 0,454 rad

ω- prędkość kątowa

3. Moc rozwijana przez badanego dla poszczególnych wartości obciążenia została wyliczona ze wzoru:

P = ω M_z , M_z - to stały moment zewnętrzny (oporujący).

4. Moc względną (Pwz ) obliczono dzieląc wartość mocy bezwzględnej przez masę ciała.

5. Na podstawie otrzymanych wyników opracowano charakterystyki zależności prędkości kątowej (wykres nr 1.), mocy bezwzględnej (wykres nr 2.) i mocy względnej (wykres nr 3.) od wielkości obciążenia (liczba gum).

LP	Imię i Nazwisko	Masa ciała	Wysokość	Dyscyplina
1	Artur Wyzner	75	173	Piłka ręczna
2	Adrian Slesicki	80	172	Podnoszenie ciężarów
3	Grzegorz Witkowski	83	185	Piłka nożna

Tabela nr 1 przedstawia dane dotyczące wagi oraz wzrostu badanych osób. Wszyscy badani byli lub aktualnie są piłkarzami nożnymi. Jak wynika z tabeli masa ciała oraz wysokość jest bardzo zróżnicowana.

Liczba gum	Mo [Nm]	Artur Wyzner	Adrian Ślesicki	Grzegorz Witkowski
		0,039	0,037	0,041
2	24,4	11,641	12,27	11,073
		284,041	299,395	270,185
		0,045	0,038	0,044
4	39,1	10,089	11,947	10,318
		394,476	467,142	403,441
		0,05	0,041	0,048
6	53,8	9,08	11,073	9,458
		488,504	595,737	508,858
		0,055	0,046	0,053
8	67,2	8,255	9,87	8,566
		554,705	663,235	575,638
		0,067	0,052	0,061
10	83,7	6,776	8,731	7,443
		567,161	730,765	622,948
		0,081	0,054	0,068
12	100,3	5,605	8,407	6,676
		562,175	843,263	669,65
		0,117	0,06	0,08
14	116,4	3,88	7,567	5,675
		451,672	880,76	660,57
		0,113	0,065	0,088
16	129,7	4,018	6,985	5,159
		521,096	905,905	669,134

Tabela nr 2 przedstawia wyniki wartości bezwzględnych i względnych mocy prędkości kontowych i czasu. Najlepsze czasy badani uzyskali w pierwszych próbach przy najmniejszym obciążeniu, im większe obciążenie tym czas wykonania ruchu był dłuższy. Najlepszy wynik w pierwszej próbie uzyskał Jan Redliński. Dwie z pośród 3 badanych osób nie dotrwały do ostatnie próby. Podczas pomiaru wykonywano 3 podejścia z których zapisywano najlepszy czas.




Wykres nr1 przedstawia zmiany prędkości kontowej zależnie od obciążenia. Jak widać w miarę wzrostu obciążenia maleje niemalże liniowo wartość prędkości kontowej. Zmniejszanie prędkości kontowej jest proporcjonalne do zwiększania obciążenia. Najwyższą wartość miał Jan Redliński 11.07 ω [rad/s] , najmniejszą miał Słomkowski Marek 10 ω [rad/s] miał on też największy spadek mocy w kolejnych próbach.




Wykres nr 3 przedstawia zmiany prędkości kątowej zależnie od obciążenia. Jak widać w miarę wzrostu obciążenia maleje niemalże liniowo wartość prędkości kątowej. Zmniejszanie prędkości kątowej jest proporcjonalne do zwiększenia obciążenia. Różnice w wynikach są bardzo niewielkie

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.




Wykres nr 3 przedstawia zależność mocy i momentu obciążającego (wartości bezwzględnej) Wykresy te mają charakter paraboli, która w pewnym punkcie zyskuje maksimum czyli moc maksymalną. Można zauważyć zależność spowodowaną prawdopodobnie wielkością parametrów wagowo- wzrostowych. Największą wagę ma Janek Redliński i to on rozwija największą moc P[w] 778,7 przy 14 gumach , następnie Krystian Ryczkowski P[w] 596,8 przy 12 gumach i Marek Słomkowski P[w] 549,9 przy 10 gumach Tak jak spada waga badanych osób tak również maleje rozwijana moc maksymalna. Osoby wyższe i ważące więcej rozwijają większą moc. U badanych osób można zaobserwować znaczący spadek P[w] przy ich ostatnich próbach.




Wykres nr 4 przedstawia zależność mocy i momentu obciążającego (wartości względnej) Wykresy te mają charakter paraboli, która w pewnym punkcie zyskuje maksimum czyli moc maksymalną. Janek Redliński rozwija największą moc P[w] 7,94 przy 14 gumach , następnie Krystian Ryczkowski P[w] 8,64 przy 12 gumach i Marek Słomkowski P[w] 7,96 przy 10 gumach. U badanych osób można zaobserwować znaczący spadek P[w] przy ich ostatnich próbach.

Wykres nr 4 zależność mocy względnej od obciążenia

VII. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

Otrzymane wyniki, przedstawione w tabelach, świadczą o tym że istnieje związek między prędkością ruchu w stawie kolanowym a zewnętrznym obciążeniem siłowym.

W pracy zostały przedstawione wyniki trzech piłkarzy nożnych . Różnią się oni między sobą zarówno wagą jak i wzrostem.

8. PODSUMOWANIE

1. Im badana osoba uzyskała większą wartość tym prędkość kątowa v jest mniejsza.

2. Im badana osoba uzyskała większą wartość ω, tym moc P jest większe.

3. Stosunkowo duże wartości prędkości przy małym obciążeniu wskazują na duże możliwości szybkościowe zawodnika w ruchu, bez dodatkowego obciążenia.

4. Duże wartości prędkości przy dużym obciążeniu oznaczają lepsze predyspozycje zawodnika do ruchów dynamicznych takich jak:

• podnoszenie ciężarów

• skoki

5. Analiza charakterystyki ogólnej badanej osoby umożliwia stwierdzenie, przy jakiej prędkości ruchu ( prędkości kątowej), dany zespół mn rozwija maksymalną moc.

- Jest to przydatne trenerowi, by móc dobrać odpowiednie obciążenie, by uzyskać najlepszy efekt treningowy

• Przydatne jest to również w doborze sprzętu sportowego.

• Rozwijanie większej mocy decyduje o osiągnięciu lepszego wyniku sportowego.

• Osobnicy o przewadze włókien szybko kurczliwych ( białych) mają większe możliwości szybkiego skracania się mm, niż osobnicy o przewadze włókien wolno kurczliwych (czerwonych)




---