Biomechanika jest nauką dotyczą zewnętrznych i wewnętrznych sił działających na organizm człowieka oraz skutków ich wykorzystania. Na najwyższym poziomie sportowym, w którym technika odgrywa ważną rolę, konieczne jest zwracanie bacznej uwagi na poprawę nawet najdrobniejszych szczegółów. Trener nie może sobie pozwolić na ich pominięcie czy też zgadywanie i zmarnowanie nawet najmniejszej szansy podniesienia poziomu wytrenowania zawodników. Takim trenerom znajomość biomechaniki można zostać uznana za niezbędną.

Biomechanika - bada właściwości mechaniczne tkanek, narządów, układów oraz ruch mechaniczny żywych organizmów - jego przyczyny i skutki. Przyczynami ruchu są siły: zewnętrzne (zwłaszcza ciężkości) i wewnętrzne (zwłaszcza mięśniowe). Skutkiem jest zmiana położenia ciała własnego lub ciał obcych albo naprężenia, czy odkształcenia ciała.

Nazwa wywodzi się od greckich słów: mechana - narzędzie. Nauka o stanach równowagi i ruchu człowieka. Przedrostek bio- wskazuje, że jest to dyscyplina mówiąca o organizmach żywych.

Biomechanikę możemy podzielić na:

-inżynieryjną - modele i układy człowiek-maszyna

-medyczną - anatomia, fizjologia, ortopedia

-ogólną - metodologia, struktury funkcjonalne, sterowanie ukł. biologicznych, zbieranie danych,

* sportową i ruchów podstawowych

Wiedzieć co to biomaszyna i jak się liczy jej sprawność.

parametry charakteryzujące funkcjonowanie biomaszyny:

1)parametry strukturalne (ilościowe) - wyrażane w liczbach niemianowanych, np.: liczba stawów, liczba kończyn, liczba mięśni,...

2)parametry geometryczne - wyrażane w jednostkach długości, pola powierzchni, objętości, np.: wzrost, objętość płuc,...

3)parametry energetyczne - wyrażane w stosownych jednostkach fizycznych, np.: praca, moc, energia,...

4)parametry informacyjne - związane z układem sterowania.

Szkielet człowieka jako biomechanizm

Szkielet człowieka odpowiada wszelkim regułom budowy mechanizmów, może więc być traktowany jako biomechanizm. Rolę członów sztywnych pełnią w tym przypadku kości, a połączeń ruchowych stawy - razem tworzą pary biokinematyczne. W obrębie całego szkieletu człowieka jest w sumie 148 członów ruchomych i 147 połączeń. W przypadku par biokinematycznych można mówić jedynie o trzech stopniach swobody, ponieważ w stawach możliwe są jedynie ruchy obrotowe. Minimalne przemieszczenia liniowe kości względem siebie w trakcie ruchu traktowane są jako luzy i nie są brane pod uwagę podczas określania klasy połączeń. W związku z tym każda para biokinematyczna ma automatycznie odjęte trzy (liniowe) stopnie swobody i w obrębie szkieletu mogą występować jedynie połączenia:

· III klasy - o trzech stopniach swobody, np. stawy: biodrowy i ramienny - łącznie 29 połączeń w całym szkielecie,

· IV klasy - o dwóch stopniach swobody, np. staw promieniowo-nadgarstkowy - łącznie 33 połączenia,

· V klasy - o jednym stopniu swobody, np. stawy międzypaliczkowe - łącznie 85 połączeń.

Para (bio)kinematyczna jest to układ dwóch członów połączonych przegubem (stawem).

Klasa pary (bio)kinematycznej to liczba odjętych stopni swobody w ruchu względnym członów.

ŁAŃCUCH (BIO)KINEMATYCZNY jest to układ połączonych ze sobą par (bio)kinematycznych

Ruchomość łańcucha (bio)kinematycznego w obliczamy wg wzoru:

W=6*6-(łan*oś+…kl3 3oś kl4 2oś kl5 1oś

Umieć narysować i opisać :

Metody badawcze:

akcelerometria- ALM- metoda badania przyspieszeń liniowych i kątowych

spidometria- SDM- metoda badań prędkości liniowych i kątowych

dynamometria-DNM-pomiary siły

elektrogoniometria- EGM- metoda badań przemieszczeń kątowych (w stawach kończyn)

elektromiografia (powierzchowna)- EMG- wykres elektrycznej aktywności mięśnia,

elektrostymulacja (funkcjonalna)- FES

fotokinemetria:kinematografiabiomechaniczna, metoda rejestracji ruchu człowieka przy pomocy kamer fotograficznych i filmowych systemów optoelektronicznych; równocześnie metoda analizy ruchu na podstawie jego zapisu technika światłoczułą

DZIAŁANIE MIĘŚNI NA DŹWIGNIE KOSTNE

Z punktu widzenia mechaniki kości połączone ruchomo w stawach są dźwigniami. Staw stanowi punkt podparcia dźwigni. Do kości przyłożonych jest wiele sił, które można podzielić na dwie przeciwdziałające grupy - każda z grup stara się odwrócić dźwignię w przeciwnym kierunku. Jeżeli siły mięśniowe i siły oporu są sobie równe, żadna z grup nie uzyskuje przewagi i część ciała jako dźwignia pozostaje w równowadze. Mówimy wtedy o równowadze momentów sił mięśniowych i momentów sił zewnętrznych (np. siły ciężkości, sił oporu). Dla zapoczątkowania ruchu niezbędne jest, aby jeden z momentów był większy od drugiego.

W organizmie człowieka spotykamy dwa rodzaje dźwigni kostnych:

1. dźwignie jednostronne

2. dźwignie dwustronne

DŹWIGNIE JEDNOSTRONNE - to dźwignie występujące najczęściej w stawach kończyn . Siły przyłożone do nich działają w różne strony i położone są po jednej stronie punktu podparcia.

DŹWIGNIE DWUSTRONNE - to dźwignie, w których obie grupy sił (poruszające i hamujące) działają w jednym kierunku. Oś stawu jest położona pomiędzy siłami przeciwdziałającymi sobie wzajemnie. Są to dźwignie ułatwiające zachowanie równowagi statycznej i kinetycznej.

Często zdarza się, że siły mięśni i siły oporu przyłożone są do kości pod różnymi kątami i w różnej odległości od osi stawu. Pamiętać należy, że ramię siły największe jest wtedy, gdy kąt przyłożenia siły wynosi 90°. Wtedy ramię siły i ramię dźwigni pokrywają się. W przypadku przyłożenia siły pod kątem ostrym bądź rozwartym ramię siły jest mniejsze od ramienia dźwigni, co oznacza, że moment siły zmniejsza.

Siła człowieka jest zwykle przyłożona do kości pod kątem różnym od prostego, dodatkowo w czasie ruchu kąt ten ulega zmianom. Oznacza to również zmiany momentu siły i najczęściej jest on mniejszy od maksymalnego.

BADANIE I OCENA SIŁY MIĘŚNIOWEJ

Metody pomiaru i oceny siły mięśniowej możemy podzielić na dwie duże grupy:

Pośrednie i bezpośrednie

Metody wyznaczania środka ciężkości

Metody pośrednie oceniają wielkość i zmiany siły mięśniowej na podstawie wyników testów ruchowych przeprowadzanych na badanych. Istnieje wiele testów oceny siły mięśniowej, badających poszczególne grupy mięśniowe (np. liczba podciągnięć w zwisie, liczba unoszeń w podporze, liczba przysiadów w określonym czasie, liczba siadów z leżenia w określonym czasie itd.).

Metody bezpośrednie sprowadzają się do pomiaru momentów sił mięśniowych przeprowadzanych w warunkach statyki (praca izometryczna). Dzieje się tak dlatego, że siła mięśni w czystej postaci jest niedostępna badaniu. Nie pozwala na to brak możliwości pomiaru na żywym osobniku wielkości ramienia siły mięśniowej, kąta pod jakim mięsień przyczepia się do kości, kierunku działania siły mięśnia.

Wobec tego w układzie par biokinetycznych pomiar „bezpośredni” siły mięśniowej polega na pomiarze momentu siły na zasadzie zrównoważenia momentów siły mięśni (nieznanych) poprzez momenty oporu (znane).

Warunkiem niezbędnym przeprowadzenia pomiaru jest zapewnienie równowagi pomiędzy momentami sił zewnętrznych - oporu (
) i mięśniowych (
).

Ponieważ nie możemy zmierzyć ani siły mięśniowej (F) ani jej ramienia (r) zatem o wielkości momentu siły mięśniowej wnioskujemy na podstawie momentu siły zewnętrznej (
), ponieważ zarówno wielkość siły oporu (R) jak też jej ramię możemy nie tylko zmierzyć, ale również ustalić. Wolno nam to uczynić jedynie pod warunkiem zachowania statyki, co pozwala nam na utożsamienie wartości obu momentów (I zasada dynamiki Newtona).

1)Ustalanie pozycji pomiarowej - należy zadbać aby część ciała poddana badaniu była ułożona stabilnie w określonej pozycji. Warunkiem zbudowania prawidłowego stanowiska pomiarowego jest zachowanie kątów prostych pomiędzy częściami ciała, pomiędzy kierunkiem siły oporu i mierzoną częścią ciała oraz pomiędzy kierunkiem siły oporu i układem stabilizującym.

2)Ustabilizowanie sąsiednich odcinków ciała

3)Zamierzenie ramienia siły oporu (r)

4)Wykonanie pomiaru, zapisanie wyniku

5)Dopilnowanie, aby siła oporu była tka duża, by wykluczyć ruch. Pomiaru należy dokonywać w staryce, zatem skurcz mięśnia musi być izometryczny. Pomiar misi być chwilowy, bowiem mierzymy siłę maksymalną - z pominięciem techniki i taktyki ruchu.

Wyznaczanie OSC za pomocą dźwigni jednostronnej - metodą Baslera. (bezpośrednia)

q*x=RA*h x=RA*h/q

Pomoce potrzebne w badaniu :

1)Platforma - sztywna deska o znanych wymiarach umożliwiających położenie się człowiekowi w wygodnej pozycji i zakończona wystającymi podpórkami, zapewniającymi jak najmniejszą powierzchnię podparcia platformy.

2)Waga łazienkowa i podstawka o takiej samej wysokości jak waga, umożliwiająca poziomie ułożenie platformy jednym końcem na wadze, a drugim na podstawce.

3)Taśma miernicza.

4)Badany

Schemat badania :

1)Ważymy badanego,

2)Ustawiamy płytę na wadze i podpórce,

3)Tarujemy wagę (zerujemy) po to by waga płyty nie miała wpływu na badanie,

4)Układamy badanego,

5)Odczytujemy wynik z wagi.

Wyznaczanie OSC za pomocą metody Hochmuth'a.

q=RA+RB+RC

Pomoce potrzebne w badaniu :

1)Platforma - sztywna płyta trójkątna (równoboczna) o wymiarach umożliwiających położenie się człowiekowi w wygodnej pozycji.

2)Dwie wagi i podstawka o takiej samej wysokości, umożliwiające poziomie ułożenie platformy dwoma końcami na wadze, a trzecim na podstawce.

3)Taśma miernicza,

4)Badany i trener

---