Marcin Bąk

Biomechanika - wykłady

Wykład 1.

Statyka - jest to dział mechaniki, który zajmuje się siłami działającymi na ciało znajdujące się w stanie równowagi i spoczynku

Moment siły - wielkość wskazująca na możliwość wykonania ruchu obrotowego

Wykład 2.

Model - to uproszczenie rzeczywistości w celu jego badania, a wyniki przenoszone do oryginału w celu jego poprawy

Cybernetyka - nauka o sterowaniu istot żywych

Model człowieka - posiada wejścia i wyjścia

Wejścia - informacje ( tele- , kontakto - , proprioreceptory), energetyczne (jam ustna i nosowa)

Wyjścia - efektory mięśniowe (praca mechaniczna), narządy wydalnicze (kał, mocz, CO₂), narządy wydzielnicze (gruczoły: ślinowe, potowe, łojowe itp.)

Model człowieka składa się z 3 układów:

1. Układ sterowania (wyższe ośrodki nerwowe; somatyczne ośrodki nerwowe; wegetatywne ośrodki nerwowe)

2. układ ruchu (mięśnie, kości, stawy)

3. Układ zasilania (narząd sercowo naczyniowy)

telereceptory

kontraktoreceptory

propriorecetory

Układ sterowania Układ ruchu

Bodźce ruchowe

Bodźce wegetatywne

visceroreceptory

Układ zasilania

Baza i sprzęt

Czynniki nie podlegające wytrenowaniu: Predyspozycje: Antropometryczne Wytrzymałościowe szybkościowe

Czynniki podlegające wytrenowaniu: Cechy psychiczne Cechy fizyczne Technika Taktyka

Warunki socjalno - bytowe

Planowanie, organizacja,

kontrola procesu treningowego

Wykład 3.

Działanie sił na dźwignie kostne

Dźwignie jednostronne - punkty

Dźwignie dwustronne

Para sił - to dwie równoległe siły o zwrotach przeciwnych, równych modułach i przesunięcie względem siebie na odległość zwaną ramieniem siły

Hypomolchion - występ kostny, który zwiększa kąt działania mięśnia, zawarty między wektorem FM, a prostą łączącą oś obrotu z punktem przyczepu

Siły działające na staw biodrowy

Wykład 4.

Parametry strukturalne układ ruchu (kostny)

Pojęcie struktury w biomechanice to liczbowe zależności pozwalające na klasyfikację mechanizmów i napędów

Mechanizm - to zespół części (członów) składowych spełniających określone zadanie np. przenoszenie ruchu (układ kostno stawowy).

Napęd - urządzenie do nadawania ruchu mechanizmowi, energia powodująca ruch (mięśnie)

Parametrami strukturalnymi nazywamy wszystkie wartości wyrażone liczbą. Są to:

• parametry strukturalne kości i stawów

• parametry strukturalne mięśni

Parametry strukturalne kości i stawów:

Człon - to nieodwracalny sztywny element - kość

Para biokinetyczna - jest to ruchome połączenie dwu lub więcej członów wzajemnie ograniczające ruchy względne. Ruchy te muszą być większe niż 5° lub 1-2 mm. Pary biokinetyczne charakteryzują pewną liczbę stopni.

β

X = Vt ± at² /2 = Z=Y

Stopień swobody - niezależny względny ruch w stawach

Liczba stopni swobody - to liczba niezależnych parametrów (albo równań) określających dowolne położenie członu, pary biokinematycznej. Łańcucha biokinematycznego lub biomechanizmu.

Klasa pary biokinematycznej - to liczba odjętych stopni swobody ruchu członów, z których każdy może mieć maksymalnie 6.

Obliczanie liczby stopni swobody:

_i=n

W = 6n - Σ i p_i

ⁱ⁼¹

• W - liczba stopni swobody

• N - liczba członów

• P_i - klasa pary biokinematycznej

Wyliczanie liczby stopni swobody dla kończyny górnej przyjmując łopatkę za podstawę.

n = 22, p₃ = 1, p₄ = 6, p₅ = 15

W = 6 • 22 - ( 1•3+4•6+5•15) = 132 - (3 + 24 +75) = 132 - 102 = 30

Wyliczanie liczby stopni swobody dla całego człowieka:

n = 148, p₃ = 29, p₄ = 33, p₅ = 85

W = 6 • 148 - ( 29•3+33•4+85•5) = 888 - (87 + 132 + 425) = 244

Płaszczyzny ruchów:

• Strzałkowa - zginanie i prostowanie

• Czołowa - przywodzenie i odwodzenie

• Poprzeczna - pronacja i supinacja

Dla tułowia:

• Skłon w przód i w tył, w bok

• Skręt w lewo i prawo

Łańcuch biokinetyczny - to spójny zespół członów połączonych w pary biokinematyczne

Ruchliwość łańcucha - określamy liczbą stopni swobody względem przyjętej podstawy

Biomechanizm - to łańcuch biokinematyczny wykonujący określony ruch względem jego podstawy.

Człowiek ma 206 kości

Parametry strukturalne mięśni:

Akton - to mięsień, jego część lub głowa, których włókna mięśniowe mają jednakowy lub zbliżony przebieg względem osi obrotu w stawach ponad, którymi przebiega i wykonuje jednakową funkcję.

Funkcja aktonu - to dodatnie i ujemne składowe momentów sił [Nm], które akton może rozwijać względem osi obrotu w stawach ponad którymi przebiega.

Klasa aktonu - jest równa liczbie stawów, ponad którymi dany akton przejawia swoje funkcje.

Mięśnie o wyższej klasie nie mogą spełniać jednej funkcji. Powodowałoby to włączenie zbyt dużej liczby funkcji stabilizujących względem funkcji ruchowych.

Funkcje ruchowe - to funkcje działające na te stopnie swobody stawu, na które działają siły niezależne od układu nerwowego.

Funkcje stabilizujące - są równoważone przez funkcje aktonów antagonistycznych czyli zależnych od układu nerwowego.

Nie zawsze jest jednoznaczność pomiędzy pobudzeniem a funkcją mięśni.

Bodziec ± Δ Mm ± Δα ±ΔLm

Fz

Jeżeli zadziała siła zewnętrzna (Fz) i będzie większa od Mm to zamiast skracania będzie wydłużanie mięśnia.

Rola aktonów o klasie większej niż jeden:

1. zmniejszenie wydatku energetycznego

2. Brzuśce mięśniowe są bliżej osi obrotu proksymalnych stawów co zmniejsza momenty bezwładności

I = Σmr²

3. Może rozwijać większe siły, ponieważ ma większe przekroje fizjologiczne i przyczepia się na większej powierzchni kostnej

4. Zmniejsza naprężenie w kościach

5. Trudności w sterowaniu, powstaje zbyt dużo momentów stabilizujących

Wykład 5.

Parametry biomechaniczne mięśni

Parametry mięśni to: F, W, p, δ.

Są dwa rodzaje mięśni:

• gładkie

• poprzecznie prążkowane

Mięśnie poprzecznie prążkowane:

• mięsień sercowy

• mięśnie szkieletowe

1. białe - mało mioglobiny, dużo włókien kurczliwych; szybkokurczliwe włókna glikolityczne

2. czerwone - dużo mioglobiny, mało włókien, wolnokurczliwe; tlenowe

3. pośrednie - szybko kurczące ale wolno męczące; glikolityczno-tlenowe

Jednostka motoryczna - to zespół włókienek mięśniowych unerwionych przez jeden akson komórki nerwowej rdzenia kręgowego.

Parametry mięśnia:

P - przekrój fizjologiczny

δ - naprężenie

n_t - liczba i synchronizacja pobudzonych jednostek

l - długość mięśnia

V - prędkość skracania

U_l - napięcie, stopień pobudzenia



NAPRĘŻENIE






100 FTG





66 FTGO



STO

33






t

2 4 6

Liczba i synchronizacja pobudzonych jednostek motorycznych


n_t[%]




FTG, FTGO, STO










70 Próg Mocy





60 FTGO, STO

50



STO

30




2 8 16 t[h]

Długość mięśnia [ηm] sarkomer













F/F₀




Składowa aktywna

1

Składowa pasywna


0,5

l/l₀

0,5 1 1,5 1,75

Prędkość skracania się mięśnia (Prawo A. V. Hilla)


F[%]



Mm<Mz praca ekscentryczna


Mm=Mz praca izometryczna


100


50


Mm>Mz praca koncentryczna








V[%]

-50 50 100

Od czego zależy siła mięśniowa?

Silnik




p[m²]






Stopień sprężania: δ[N/ m²] L [m]

F = pδ[N/ m²]

W = Fs= pδL [m² N/ m² m] = [J] analogicznie dla mięśnia

n(obr/s) P=Fs 1/s [W]

Równanie udziału mięśni:

Mm=δΣp_iU_i/U_imax r_i (α) { F_i/F_io[L_i/L_io (α)]}

Wykład 6.

Prędkość i moc w funkcji czasu.

Prędkość [m/s]

Szybkość potocznie oceniana jest czasem [s]. W mechanice te pojęcia są synonimami.

Szybkość ocenia się na podstawie trzech parametrów:

1. czas reakcji [ s ]

2. prędkość ruchu [ m/s ]

3. częstotliwość [ 1/s ]

Składowe ruchu (czasu)

1. czas reakcji: t = t₁ + t₂ + t₃+ t₄

• t₁ - umiejętność koncentracji (uwagi)

• t₂ - koordynacja nerwowo mięśniowa (nie zmienia się)

• t₃ - zależy od Fm, pokonania bezwładności ciała przy zapoczątkowaniu ruchu, szybkość skracania się mięśnia, umiejętności rozluźniania mięśni antagonistycznych

• t₄ - przebieg bodźców wzdłuż włókien nerwowych zależy od grubości nerwów :50 - 120 m/s, nie podlega wytrenowaniu, jest funkcją wieku max.: 9 - 28 lat

2. prędkość ruchu [ m/s , rad/s ]

3. częstotliwość [ Hz, 1/s ]

na te parametry wpływa moc mięśni.


P = W/t = Fs/t = FV =QV

Suma wszystkich F

W stałych warunkach Q = const


P∼V - moc proporcjonalna (zależna) od prędkości fałszywe zalożenie

Moc źródeł energetycznych:

Źródła energii	Zasób [ J/kg ]	Moc [ W/kg ]	tmax [ s ]	tpracy [ s]
Fosfokreatyna CP	420	54,4	4 - 6	20 - 25
Glikogen G	960	29,3	35 - 45	90 - 120
Tlen O2	∞	15 → 0	120 - 180	∞

ATP - bezpośrednie źródło energii, tylko 30% się rozpada (badania dowodzą, że więcej)

CP - 3 x więcej niż ATP, zużycie całkowite

G - mięśniowy 74%, wątrobowy 22%, pozakomórkowy 4%.

Moc źródeł a prędkość biegu:











Suma wszystkich źródeł energii


Pw [ % ] V [ m/s ]





100 10

ATP

CP

7,5




G


50 5

O₂

10 100 1000 10000 t [ s ]

ATP,CP = 100%

G = 66%

O₂ = 33% (5%)

ATP w mięśniach 1,5[ s ] 30 [ % ] 0,45 [ s ]

CP 5 [ s ] 70 [ % ] 3,5 [ s ]

ADP, ADM 0,2 [ s ] 100 [ s ] 0,2 [ s ]

Razem FOSFAGENY 4,15 [ s ]

Prędkość:













V [ m/s ] V




10

V= Lxf

5 a 29 0

V= Lxf

40 F, L, technika,

wytrzymałość

Ft=mV

54,4




0,15 5 10 15 20 t[s]

treakcji min

a max F = ma FV = 0

Sprawność:

Pw - moc włożona, VO₂/min

Pu - moc użyteczna względem S.C. ciała i sprzętu [ W ]




P[kW] VO₂/min













2,0 5,0

1,5





1 1


0,5 0,5









2 4 6 8 V[m/s]

η = P_u/P_w - sprawność

η₁ = 0,12 : 0,2 = 0,6

η₄ = 0,15 : 0,5 = 0,3

η₆ = 0,2 : 1 = 0,2

η₈ = 0,3 : 5 = 0,06

Wykład 7.

Obciążenia treningowe i metody treningowe:

	10	d	Δ(%)
V	10	6	40
P	240	120	100
F	1/3	3	900

Obciążenia treningowe (OT)

Obciążenia treningowe





Obciążenia fizyczne Obciążenia psychiczne







Cechy fizyczne Technika Taktyka Cechy psychiczne

OT = f (objętość, intensywność, czas odpoczynku)

OT = f (Ww, Pw, todp)

Ww - wartość wykonywanej pracy

Pw - moc rozwijana względem otoczenia

todp - czas odpoczynku

η = W_u/W_w = P_u/P_w

OT

Mm = Mzew + Mbezwz + Mant

Mzew Gr, Rr

Mbezw J (ma) r

Mant izometria

Mm < 0,2 Mmax - ΔMm (atrofia)

Mm ∼ 0,3 Mmax ΔMm = 0

Mm > 0,3 Mmax + ΔMm

Mm > 0,7 Mmax + ΔMm dla zawodników

Δ





Fm [%]

0,33

7 14 t [dni]


ΔFm[%]
















100





80



60

40





20

1/14 1/7 1/3,5 ˝ 1/1 f[1/dni]


ΔFm[%]







100

trening

po treningu

n treningów = 20




60

70 20 t [dni]

Metody Treningowe:

Składowe obciążenia	Max obciążeń	Min obciążeń	Max powtórzeń	izometryczna	Ciągła	Powtórzeniowa	Interwałowa
Intensywność Pw [W]	P > 0,9 Pmax m max	P > 0,8 Pmax a max	P = 0,5 Pmax 10 - 12x	V=0 m > max	P = 0,3 Pmax	P > 0,7 Pmax	P < 0,7 Pmax
Objętość t ćwiczenia [s]	2 - 6	5 - 15	20 - 40	4 - 6	> 100	5 - 20	40 - 90
t odpoczynku [min]	3 - 5	6 - 8	10 - 15	2 - 4	brak	8 -10	1,3
Charakter odpoczynku	Mało aktywny	Mało aktywny	czynny	czynny	-	Mało aktywny	czynny
Główne źródła energii	CP	CP + G	G	CP	O2	CP + G	G + O2

SUPERKOMPENSACJA





P[%]




I II III











I - powrót do normy

II - faza superkompensacji

III - ustabilizowania








15s 10 20 30 40 t[min]

2h 1 2 3 4 t[dni]

Wykład 8.

Praca mięśni w różnych aktach ruchowych (w dynamice i statyce)

Wyeliminowanie siły ciężkości











α

Prostowniki Zginacze




30 t










G

a = g nie pracują mięśnie

a > g pracują przywodziciele

a < g pracują odwodziciele

a = 0, V = 0 pracują mięśnie

Prawo Pascala - ciśnienie rozkłada się równomiernie na wszystkie ściany

Mięśnie „jamowe” zwiększają ciśnienie w obrębie jam ciała, co powoduje, że tułów stanowi sztywną belkę, umożliwiającą skuteczne przekazywanie pędu.

Napięcie mięśni „jamowych” powoduje zmniejszenie nacisku na kręgosłup do 40 %.

Postawa ciała:

Statyka:

Przyjęto, że postawa ciała to statyka.

Tak nie jest. Ciało zawsze jest w ruchu fizjologicznym i mechanicznym

Siła zewnętrzna to taka siła, która działa na dany układ z zewnątrz i tylko ona może przemieścić nas w przestrzeni ( odbić się z betonu, z piasku, na bagnach)

Prawo d' Alamberta

ΣFi = 0 ΣMi = 0

Równowaga stała - występuje wówczas gdy środek ciężkości ciała znajduje się pod płaszczyzną przyłożenia siły reakcji.



Równowaga chwiejna - występuje wówczas, gdy siła ciężkości znajduje się nad płaszczyzną przyłożenia siły reakcji (podporu).

Stopień chwiejności - jest zależny od kąta stabilności, który zawarty jest pomiędzy linią ciężaru ciała a linią łączącą środek ciężkości z krawędzią pola podparcia.

Fizjologiczne częstotliwości chwiania się podczas stania na stabilografie:

f₁ - 1 Hz - związana z momentem bezwładności J=mr²

f₂ - 0,3 - zależna od rytmu oddechowego

f₃ - 0,6 - 2 Hz - tętno

f₄ - 8 - 14 Hz - tremor mięśniowy, rytm (EEG), słuch, wzrok

Równowaga obojętna - występuje wówczas gdy siła reakcji przyłożona jest w środku ciężkości ciała.

Wykład 9.

Biomechaniczna analiza chodu i biegu.

Chód:

• faza jednopodporowa

• faza dwupodporowa

tj / td = 3/1

f = 90 ± 30 kr/min f = 1,5 Hz

αst.biodorwego = 30°

Bieg.

• faza jednopodporowa

• faza lotu

tj/tl = ½ 1/1

f = 190 ± 30 kr/min chód przechodzi w bieg ; f = 4,5 Hz

αst.biodorwego = 90°

t_Lkr = 0,22s

Fazy kroku:

TYLNE WAHADŁO












ŚC

Oś obrotu w stawie






MOMENT PIONU





PRZEDNIE WAHADŁO













Noga oporowa:

• postawienie stopy








• 
  
  
  
  
  
  
  
  moment pionu

• 
  
  
  
  
  
  
  odbicie

Prawo d' Alemberta:

G + Fi - F_m

T ( w stawach) minimalne (pomijamy)

F_m = G + F_i + T + R_p = 0

Praca mięśni (tylne wafadło):

CHÓD:



Zginacze stawu biodrowego



















F Prostowniki stawu kolanowego

r




G





Fw a


















BIEG:

Zginacze stawu biodrowego

Fi

Fw

Prostowniki stawu kolanowego

r



G

a

Praca mięśni (moment pionu):

CHÓD: BIEG:










Zginacze st. kolanowego









Zginacze st. kolanowego






G + Fy




G

Praca mięśni (przednie wahadło):




CHÓD: BIEG:





















Prostowniki st. biodrowego


Prostowniki stawu kolanowego




F_i




Zginacze st. kolanowego


F_w



F_i

Zginacze st.kolanowego


G G


F_w











a a

Praca mięśni (postawienie stopy):







CHÓD I BIEG: Prostowniki st. biodrowego


F_w











R_G

Prostowniki stawu kolanowego

Zginacze podeszwowe stopy

R_T

Praca mięśni (moment pionu):













CHÓD BIEG:

Prostowniki st. biodrowego

R_{G =} R_w

Prostowniki stawu kolanowego

Zginacze podeszwowe stopy


Praca mięśni (odbicie):


Prostowniki st. biodrowego















R_w

R_G

Prostowniki stawu kolanowego

Zginacze podeszwowe stopy

Siły reakcji (chód):




















4 ÷ 6 cm

h_sc




t


Ry G

1 3

t

Rx

t

Siły reakcji (bieg):

















h_sc 6 ÷ 12 cm








t


2G

Ry

t



Rx

T

Wykład 10.

Kryteria skoków lekkoatletycznych

Składowe skoków:

1. rozbieg

2. odbicie

3. lot

4. lądowanie

Kryteria skoku w dal:

• 
  wynik
































S₂

S₁ S₃ S₄

S = S₁ + S₂ + S₃ + S₄

S₁






















γ

h_o





β

γ - kąt osi długiej ciała z podłożem w chwili postawienia stopy ok.. 130°

β - kąt osi długiej ciała z podłożem w chwili odbicia, ok.. 76° V_o

S₂













S₂ = V_o² sin2α / g






V_oy V_o













α






V_ox

α = 22 ÷ 23°

Moment odbicia:










R₁ R₂









r₁

r₂

Założenia:

M_m = 400 [Nm]

r₁ = 0,07 [m]

r₂ = 0,1 [m]

R₁ = M_m / r₁ = 400/0,07 = 5900 N

R₂ = M_m / r₂ = 400/0,1 = 4000 N

Gdy zwiększymy ugięcie w stawie kolanowym, siła reakcji będzie mniejsza.

S₃














S₃

S₄

































Fw Fw Fw

Skok wzwyż:

h_sk = h_o + h_L - h_p

h_o - wysokość zawieszenia

h_L - wysokość skoku

h_p - wysokość przewyższenia

KRYTERIA SKOKÓW

Faza skoków	Wzwyż	W dal
Rozbieg	Vx opt.	Vx max.
Odbicie	Voy max.	Vo max.
Lot	hp min.	technika
Lądowanie	-	technika

Wykład 11.

RZUTY:

Przyborem szybującym:

• dysk

• oszczep

Przyborem z minimalnym oporem powietrza:

• młot

• 
  
  
  
  
  
  
  kula

β





α

V

α

β - kąt ataku, zawarty pomiędzy osią długą przyboru a wektorem prędkości

α - kąt wyrzutu, zawarty pomiędzy wektorem prędkości a linią poziomą.































RZUT:


V_oy

α S₂

V_ox

S₂ = V_o²sin2α/g

S₃

S₁

S = S₁ + S₂ + S₃

SIŁA REAKCJI:








KULA:

R(xG) I II III




R_y


6

4





2






R_x

0,5 1 t [s]

OSZCZEP:








R(xG) II III







3





2

1











0,1 0,2 t [s]

Prędkość przyboru:

∫R_y(t)dt = mΔV - taki sam wzór używany w skokach

ΔV = 1/m ∫R_y (t) dt

EFEKT ŻYROSKOPOWY:

α + β - kąt szybowania γ

γ = const.

DYSK:
ω = 2 obr/s ma 5 ÷ obr/s

OSZCZEP:

ω = 60 obr/s ma 20 ÷ 25 obr/s













V_d = 20 m/s

V_p = 0 m/s


R_p = ½ ϑ V² SCx

Gęstość

V_d = 20 m/s

V_p = -5 m/s




V_w = 25 m/s





V_d = 20 m/s

V_p = 5 m/s

V_w = 15 m/s

KIERUNEK WIATRU:

+ 5 m/s → ΔS - 2,3 ÷ 3,2 m













- 5 m/s → ΔS + 4,5 ÷ 6 m


V_o = 20 m/s

V_p = 0 m/s


R_p = ˝ ϑ V² SCx






Gęstość

V_o = 20 m/s

V_p = - 5 m/s

V_w = 25 m/s

V_o = 20 m/s

V_p = 5 m/s






V_w = 15 m/s

KIERUNEK WIATRU:

+ 5 m/s → ΔS + 3 m


- 5 m/s → ΔS - 2 m

Ogólna funkcja zasięgu:

	S [m]	V [m/s]	α [°]	β[°]
Kula K - 22,63 M - 23,42	20	13	38 ÷ 42	-
Dysk K - 76,80 M - 74,08	60	23,5	36 ÷ 38	- 12
Oszczep K - 80 M - 98,48	80	31	37 ÷ 39	- 8
Młot K - 75,97 M - 86,74	70	26	44	-

S = f (V_o, h_o, α, β)

Wykład 12.






Kryteria oceny postawy w grach i sportach walki:




Kryteria:

1. Zachowanie równowagi ( w przypadku potknięcia układ nerwowy najpierw dąży do przywrócenia równowagi)

2. Działanie w dowolnym kierunku

3. pozycja ekonomiczna (mało męcząca)

Kryteria zachowania równowagi:

• geometryczne

• energetyczne

• dynamiczne

KRYTERIA GEOMETRYCZNE:


α - kąt stabilności ( przestrzenny), zawarty pomiędzy wektorem ciężaru ciała a linią łączącą środek ciężkości z krawędzią pola podparcia.





Suma kątów stabilności w jednej płaszczyźnie jest kątem równowagi.

α

G


KRYTERIA ENERGETYCZNE:























Δh

E_p=mgh

E_p = E_k

mgh = mV₂

h = V²/2g

KRYTERIA DYNAMICZNE:












M_s = Gx - moment stabilizujący

F M_p = F_h - moment przewracający

F_h > Gx

h

G x

DZIAŁANIE W DOWOLNYM KIERUNKU:

















G

X




















SKUTECZNY START:




























F_x

h

R_N

G + F_y

R_T

Względem środka ciężkości:

R_T - F_x = 0 R_T = F_x

R_N - G + Fy = 0 R_N = G - F_Y

R_Nl = R_Th

R_T = R_Nl/h

∫R_T(t)dt = mΔV - równanie ruchu

Kryteria uderzenia w grach i sportach

Kryteria

Kryteria - miara, ocena

1. Celność

2. Zaskoczenie

3. Przekazanie pędu

CELNOŚĆ:

Celność - skierowanie uderzenia (rzutu) w miejsce zaliczane przez sędziów i aktualnie najtrudniejsze do obrony

Miara celności jest przestrzeń [m]

Celność zależy od:

• Techniki ruchu

• Równowagi własnego ciała

• Ruchy w jednej płaszczyźnie

• Oceny położenia, odległości

• Dużej powierzchni części uderzającej

• Rotacja piłki

• precyzji






































F V_p



































ROTACJA:

V_w = V_pow. + V_obr +

V_p

F

EFEKT MAGNUSA _ V_w = V_pow. - V_obr










F R=F

α=β

α















ROTACJA F R=F R_w

α

α=β γ < β

T R




















R_w R=F

α

α=β

R_T T

Zaskoczenie przeciwnika:

Zaskoczenie - to skierowanie uderzenia (rzutu) w czasie najmniej spodziewanym przez przeciwnika, co powoduje wydłużenie czasu jego ruchu.


Miarą zaskoczenia jest czas [s].












t₁ - czas ruchu A

t₂ t₁ - czas reakcji B

t₂ - czas ruchu B

t₅ t₂ - czas reakcji A

t₃ - czas ruchu A

t₃ - czas stracony dla B

t₃

t₁ t₄ - czas reakcji B

t₅ - czas ruchu B

Przekazywanie pędu (duży pęd - „siła”)

Zasada zachowania pędu:

M_u ( V_u1 - V_u2 ) = m_p ( V_p2 - V_p1 )

M_u - masa części uderzającej max

V_u - prędkość masy uderzającej

1. przed uderzeniem max

2. po uderzeniu max

m_p - masa piłki, przeciwnika = const

V_p - prędkość piłki

1. przed uderzeniem min (kontra)

2. po uderzeniu max

Wykład 13.

Ruchy obrotowe

Ruchem obrotowym nazywamy taki ruch, w którym wszystkie punkty ciała przemieszczają się po okręgach współśrodkowych, doznając w jednakowych odstępach czasu tych samych przemieszczeń kątowych.

1. ruchy wokół osi swobodnej: ΣM_z = 0

2. ruchy wokół osi ustalonej : ΣM_z ≠ 0

K = Iω

K - kręt, moment pędu

I - moment bezwładności

ω - prędkość kątowa

ω = α /t [rad/s]

























I = Σmr² [kgm²]

Iω = Iω

I = m₁r²₁ + m₂r²₂ + ... + m_nr²_n









1m I = mr² = 12 kgm²






I = mr² = 144 kgm²






12m



MOMENT BEZWŁADNOŚCI:











































0,5 ÷ 1,3 kgm² 0,8 ÷ 1,2 kgm²




2 ÷ 2,4 kgm²


























14 ÷ 15 kgm²















3 ÷ 6 kgm²

16 ÷ 19 kgm²


SIŁA ODŚRODKOWA:




























h_y

ZALOŻENIA:

t_lotu = 0,8 [s]

α = 300° = 5,24 [rad]

I_max = 16 kgm²

I_min = 5 kgm²

K = I_maxω_min

K = I_śrω_śr

K = I_minω_max

K = I_śrω_śr

ω_śr = α/t = 5,24/0,8 = 6,55 [rad/s]

I_śr = (I_max + I_min)/2 = (16+5)/2 = 10,5 [kgm²]

K = I_śrω_śr = 10,5 x 6,55 = 68, 77 [kgm²/s]

K = I_minω_max

ω_max = K/ I_min = 68,77/5 = 13,75 [rad/s]

Obliczamy maksymalną siłę odśrodkową:

F_o = mrω²

Obliczamy maksymalną siłę odśrodkową dla kończyn dolnych:

ZAŁOŻENIA:

m = 70 [kg]

m_nóg = 70 x 38% = 26,6 kg

r = 0,2 [m]

F_o = mrω² = 26,6 x 0,2 x 13,75² = 1005,5 [N]

ZAPOCZĄTKOWANIE RUCHU OBROTOWEGO:

Im większa składowa pozioma tym dalej przeniesiemy ciało.





















X

R_G

G































T_x


Drążek










G

G

G

ZMIANA MOMENTU OBROTOWEGO:

M = 70 kg





























































3





1

2

1. R_max = 2200 [N]

2. R_max = 810 [N]

3. R_max = 2100 [N]

Wykład 14.

Biomechaniczna analiza pływania:

Opór:

• Ciśnieniowy

• Tarcia

• Falowy

• Wirowy




R_c ∼ 70% (całego oporu)

ρ - gęstość środowiska (woda - 999,7 kg/m³, powietrze 1,29 kg/m³)

V - prędkość pływaka

S - przekrój czołowy

C_x - współczynnik kształtu (aerodynamiczny)

C_x - współczynnik kształtu


















V

C_x = 100%
























V

C_x = 3%




Opływ laminarny

Opór tarcia




Rt ∼ 20% (całego oporu)

A - powierzchnia zamoczona

C_f - współczynnik tarcia powierzchni

ρ - gęstość środowiska

Opór falowy

R_f = f (λ, h)

R_f ∼ 10% (całego oporu)

h - wysokość fali

λ - długość fali

Opór ciśnieniowy w „strzałce”:

C_x = 0,8 ÷ 1,0

S = 0,04 ÷ 0,1 [m²]

ρ = 1000
















V [m/s]	1,0	1,5	1,75	2	2,25
Rc [N]	31,5	71	96,5	126	160

OPÓR W WODZIE:

Opór w wodzie zmierzono przeciągając model człowieka z prędkością 2 m/s. (Onoprijenko 1979).

Pozycja ciała	Rc [N] %	Pozycja ciała	Rc [N] %
	128 ..........	Połączenie kończyn	134 4,69
135°	136 6,25	Rozstawienie kończyn	148 15,5
90°	145 12,28	Załamanie w biodrach 160°	184 43,75




Pozycja ciała	Rc [N] %	Pozycja ciała	Rc [N] %
125° 150°	160 25,0	45° 100°	240 87,5
50° 150°	168 31,25	Uniesienie głowy 45° 100°	264 106 304 137,5
18°	192 50	36°	304 137,5

Ułożenie stóp

Opór w wodzie można tylko zmierzyć(nie da się obliczyć), ponieważ zmianie ulega zbyt wiele czynników.



N






α





R V_d

α - kąt ataku

V_d - prędkość deski

R - siła oporu

N - siła nośna, zawsze prostopadła do R

Siła oporu:


R_c [N]





100










10 -15 90 α[°]

N[%]






najlepsze ułożenie 30° - 40°


100







20 50 90 α[°]

Dla skrzydła samolotu

Mechanizm napędu (ruch kończyny górnej)

PRZEPŁYW WZGLĘDEM BRZEGU PŁYWALNI











6 5 4 3 2 1




• Przedramię - 30% siły napędowej

• 
  Ramię - 10% siły napędowej

• Ręka 60% siły napędowej








WZGLĘDEM TUŁOWIA

WŁOŻENIE KOŃCZYNY DO WODY (Rozkład sił względem tułowia)













R

R' V_c

N V_r

V_r V_w













R

V_c

R' V_r

N V_w







V_r

R V_w

V_c V_r

Najlepsze położenie dla siły nośnej

N










R' V_r

R

V_c

R'

V_r




N R'

Wykład 15.

KOORDYNACJA

Koordynacja ruchu to współdziałanie mechanizmów fizjologicznych, głównie nerwowo - mięśniowych, które zapewniają wykonanie ruchu zgodnie z programem ruchu.

Sterowanie ruchami (obieg informacji) odbywa się w układzie otwartym (sprzężenie proste) lub zamkniętym (sprzężenie zwrotne)

W procesie sterowania istotnym kryterium jest stała czasowa - jako wartość czasu, w którym taki proces może być zrealizowany.

Jeżeli czas od polecenia do wykonania ruchu jest krótszy niż stała czasowa, nie umożliwia to wprowadzenie korekty i sterowanie odbywa się w układzie otwartym (sprzężenie proste).

Jeżeli czas od polecenia do wykonania ruchu jest dłuższy niż stała czasowa,umożliwia to wprowadzenie korekty i sterowanie odbywa się w układzie zamkniętym (sprzężenie zwrotne).


STEROWANIE W UKŁADZIE OTWARTYM Z

X Y



Układ sterujący (regulator) Układ sterowany (regulowany)

X - sygnał sterujący, informacja

Y - zakłócenie

Z - wynik

INFORMACJA - to treść sygnałów odbieranych, przetworzonych i przekazywanych przez urządzenie sterujące.

Sprzężenie proste - to przekazanie informacji od urządzenia sterującego do urządzenia sterowanego.

Sprzężenie zwrotne - to mechanizm kontroli i sterowania następnym działaniem na podstawie informacji z poprzedniego działania.





Z


X Y








Układ sterujący Układ sterowany

U

X - sygnał sterujący, informacja

Y - zakłócenie

Z - wynik

U - informacja zwrotna od X po zadziałaniu Z, jako podstawa korekty

KOORDYNUJEMY (sterujemy):

• Czasem (t) - kiedy (bodziec nerwowy)

• Przestrzenią (s,α) - który mięśnień

• Siłą (F = ma) - ile włókien mięśniowych

V = s/t ; F = ma

a = V/t ; Ft = mV

ω = α/t ; W = F • s





V = ωr ; P = Fr

F




ΣF_m

ΣF_z

t

PIEŚCIEŃ RUCHOWY BERNSTEINA


MECHANIZM PORÓWNUJĄCY





Program ruchu
Część znaczeniowa	Część wykonawcza

STREFA SYNTEZY




WZMACNIACZ STREFA SYNTEZY


(rdzeń kręgowy) CZUCIOWEJ




Sprzężenie wewnętrzne




EFEKTORY RECEPTORY





OBIEKT PRACY

sprzężenie zewnętrzne

E_pO_z

Czas obiegu informacji od receptora do efektora wynosi wg. N. A Bernsteina Δt = 0,07 - 0,12 s. Proces sterowania cyklicznego przebiega więc z częstotliwością 8 - 14 Hz. Taką częstotliwość ma rytm EEG i tremor mięsniowy. Jest to częstotliwość dolnej granicy słyszalności dźwięków i górnej granicy poznawalności pojedynczych obrazów.

Wartość Δt jest dolną granicą czasu reakcji prostej.

Uwzględniając Δt i związane z tym możliwości sterowania ruchami możemy wyróżnić trzy rodzaje ruchów:

t_ruchu < 0,1 s ruchy mimowolne (odruchy) sterowanie na poziomie rdzenia kręgowego bez sprzężenia zwrotnego.

t_ruchu = 0,1 - 0,2 - ruchy balistyczne, sterowane „przed”, nie można sterować

t_ruchu > 0,2 s - ruchy ciągłe, sterowane „w czasie:, podczas wykonania, na bieżąco wprowadzenie korekty, wykorzystywanie sprzężenia zwrotnego.

Wykład 16.

Koordynacja.

FAZY KSZTAŁTOWANIA NAWYKU RUCHOWEGO:

FAZA	CO? obserwujemy	JAK? Do tego dochodzi	Dlaczego? Tak jest
I	Ruchy sztywne	Irradiacja pobudzenia (generalizacja bodźców)	Pokonanie nadmiernej liczby stopnie swobody. OPANOWANIE PRZESTRZENI
II	Nadmierna ruchliwość	Koncentracja pobudzenia	Poszukiwanie optymalnej techniki ruchu. Wykorzystanie stopni swobody i sił zewnętrznych. OPANOWANIE CZASU
III	Płynność ruchu	Automatyzacja i stabilizacja	Podświadome wykonywanie ruchu. Działanie taktyczne. Mimika, symbolika

RECEPTORY I ICH CZUŁOŚĆ:

NAZWA	RECEPTOR I JEGO LOKALIZACJA	RODZAJ INFORMACJI	PRÓG CZUŁOŚCI
TELE receptor	Receptor wzroku - oko	Położenie liniowe (l) i kątowe (α) oraz prędkości (V,ω)	Zdolność rozdzielcza t - 16 ms
TELE receptor	Receptor słuchu - ucho wewnętrzne	Odległość od źródła dźwięku (l) i jego kierunek (α)	α = 3 - 4°
KONTAKTO receptor	Receptor dotyku - skóra	Siła dotyku (F), programowanie przestrzeni (s)	F = 0,5 - 10 • 10^-2 N S = 1 - 67 mm
PROPRIOreceptor Czucie własne Kinestetyczne	Kanały półkoliste - ucho wewnętrzne	Kąt ustawienia ciała (α), przyspieszenie (ε)	α = 1 - 2° ε = 1 - 3°^-2s
		Przedsionek - ucho środkowe	Położenie pionowe ciała (g), przyspieszenie (a)	a = 2 - 20cm • S^-2
		Wrzeciona mięśniowe - brzuśce mięśniowe	Długość mięśnia (l) i prędkość skracania (l,f)	Lmt/lm = 1/4000
		Receptory ścięgnowe (organa Golgiego)	Siła mięśniowa (Fm)	Brak danych
		Receptory stawowe (ciałka Pucciniego i ruffiniego)	Kąty stawowe (α) i prędkość w stawach (α/t)	α = od 20” do 10'

POZIOM KONSTRKCJI RUCHU

Poziom	Struktura mózgu	Rodzaj informacji	Rodzaj ruchu
A	Móżdżek, jądro czerwienne	Propio- interoreceptory Siła długość, prędkosć skracania się mięśnia, kąty stawowe	Odruchy informujące o sile mięśni, odruch utrzymania postawy
B	Wzgórze wzrokowe, gałka blada	Propio- i kontaktoreceptory Siła nacisk, kształt, temperatura, wilgotność	Lokomocja, niekontrolowane emocje (bieg z piłką)
C	Wzgórze wzrokowe, ciałko prążkowane (układ piramidowy)	Propio.- kontakto.- telereceptory	Wszystkie ruchy; skoki biegi, rzuty
D	Płaty ciemieniowy, potyliczny	Synteza czuciowa Analiza i synteza czucia	Działalność techniczno- taktyczna
E	Płat czołowy	Wyobrażenie symboli	Mowa, pismo, mimika

A, B, C - część wykonawcza

D, E - część znaczeniowa

ZALECENIA DO NAUCZANIA TECHNIKI RUCHU:

1. Podawanie poleceń w kategoriach przestrzeni i czasu

2. Kolejność akcentów wykonania. Ogólne zapoznanie się z ćwiczeniem. Ogólne wyobrażenie ruchu(D), a następnie doskonalenie szczegółów. Opanować ruch poprawny w przestrzeni w zwolnionym tempie (I faza). Opanować ruch poprawny w czasie, odpowiedni rytm, prędkość, przyspieszenie (II faza). Doskonalić technikę działania, wyraz ruchu, obserwacja otoczenia, wybór wariantu technicznego i taktycznego (III faza)

3. Stosowanie różnorodnych ćwiczeń.

4. Ćwiczenia pomocnicze doprowadzić do II fazy kształtowania nawyku ruchowego (nadmierna ruchliwość)

5. Nie kopiować techniki mistrza (mistrz jest niepowtarzalny)

6. Wykorzystać do maksimum swoje cechy indywidualne (budowa ciała, predyspozycje, zdolności)

7. początkującemu pokazać i wytłumaczyć jak ten ruch wygląda i jak go należy wykonać, a zaawansowanemu stawiać zadanie ruchowe i podpowiadać warianty rozwiązań.

www.student-akademia.prv.pl

44

Marcin Bąk

α

γ

δ [%]

V max

B

A

12 kg

1

---