SPRAWOZDANIE
TEMAT : POMIAR PRĘDKOŚCI PROSTOWANIA STAWU KOLANOWEGO W
ZALEŻNOŚCI OD WARTOŚCI MOMENTU OBCIĄŻAJĄCEGO.
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 (Fmax - F)
Fi - Fmax - 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.
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.
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.
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.
Opracowanie wyników
Zmierzony czas wyprostu (t) kończyny w stawie kolanowym (wynik lepszy z dwóch zmierzonych) został zapisany w tabeli 2. i podany w [sm].
Następnie obliczono prędkość 9 ω ) prostowania kończyny dla poszczególnych wartości obciążenia wg zależności:
ω |
= |
∆α |
|
|
t |
α = 0,454 rad
ω- prędkość kątowa
Moc rozwijana przez badanego dla poszczególnych wartości obciążenia została wyliczona ze wzoru:
P = ω Mz , Mz - to stały moment zewnętrzny (oporujący).
Moc względną (Pwz ) obliczono dzieląc wartość mocy bezwzględnej przez masę ciała.
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.
Artur Wyzner |
Adrian Ślesicki |
Grzegorz Witkowski |
0,039 |
0,037 |
0,041 |
11,641 |
12,270 |
11,073 |
284,041 |
299,395 |
270,185 |
0,045 |
0,038 |
0,044 |
10,089 |
11,947 |
10,318 |
394,476 |
467,142 |
403,441 |
0,050 |
0,041 |
0,048 |
9,080 |
11,073 |
9,458 |
488,504 |
595,737 |
508,858 |
0,055 |
0,046 |
0,053 |
8,255 |
9,870 |
8,566 |
554,705 |
663,235 |
575,638 |
0,067 |
0,052 |
0,061 |
6,776 |
8,731 |
7,443 |
567,161 |
730,765 |
622,948 |
0,081 |
0,054 |
0,068 |
5,605 |
8,407 |
6,676 |
562,175 |
843,263 |
669,650 |
0,117 |
0,060 |
0,080 |
3,880 |
7,567 |
5,675 |
451,672 |
880,760 |
660,570 |
0,113 |
0,065 |
0,088 |
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.
PODSUMOWANIE
Im badana osoba uzyskała większą wartość tym prędkość kątowa v jest mniejsza.
Im badana osoba uzyskała większą wartość ω, tym moc P jest większe.
Stosunkowo duże wartości prędkości przy małym obciążeniu wskazują na duże możliwości szybkościowe zawodnika w ruchu, bez dodatkowego obciążenia.
Duże wartości prędkości przy dużym obciążeniu oznaczają lepsze predyspozycje zawodnika do ruchów dynamicznych takich jak:
podnoszenie ciężarów
skoki
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)