|
|
Биомеханика конспект лекций донской. Лекция. Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных движений
|
|
звеньев тела работают в четкой последовательности друг с другом. В этом случае какое-либо звено может быть слабее чем остальные в последовательной цепочке действия и необходимо его выявить, чтобы укрепить его (тренировкой или скорректировать технику выполнения действия таким образом, чтобы действие этого звена не уменьшало конечный результат). Может быть, целесообразно работу этого звена вообще
исключить из действия если возможны другие пути.
|
126
|
Скорость рабочего звена тела является результатом движения отдельных звеньев и, естественно, она будет максимальна только при определенном сочетании во времени движений отдельных звеньев. В связи с этим на
какие виды движения подразделяются
|
движения подразделяют на:
своевременное движение;
движение с запаздыванием;
движение с опережением.
|
127
|
Перечислите факторы, определяющие движение снаряда, его траекторию, т.е. путь его перемещения
|
чем лучше результат, тем больше начальная
скорость, значит тем выше классификация спортсмена;
чем выше место вылета снаряда, тем дальше он улетит;
вращение снаряда стабилизирует положение снаряда в полете, т.е. не позволяет кувыркаться в полете (гигроскопический эффект - волчок, велосипед и т.д.);
искривляет траекторию полета (эффект Мангуса) V1 > V2, значит P1 < P2, отсюда возникает сила перпендикулярная потоку и направлению движения тела и траектория движения изменяется (искривляется);
снаряд (тело) перемещается во внешней среде (воздух, вода), следовательно, среда оказывает влияние на тело. Различают лобовое сопротивление
это сила, с которой среда препятствует движению. тела относительно нее. Величина лобового сопротивления:
|
|
|
|
|
|
где - площадь поперечного сечения S max
коэффициент лобового сопротивления (коэфф. формы)
плотность среды
V - скорость движения тела относительно среды.
Тела имеют различную конфигурацию, т.е. форму,
значит и обтекаемость и структуру поверхности, а отсюда:
|
|
|
- зависимость от формы (геометрия) тела
= 25 - 30 наличие завихрений среды, поток турбулентный;
= 10 - 15 частичные завихрения, поток турбулентный;
Завихрений нет, поток нормальный =1
При полете снаряда (диск, копье) воздушный поток обтекает снаряд под некоторым углом, но силу сопротивления среды можно разложить на составляющие:
Оптимально: для устойчивости совпадение О и О1, тогда Fпод направлена вверх - снаряд планирует.
Необходимым и обязательным условием возникновения подъемной силы является наличие скорости и угла (атаки) наклона тела навстречу направлению движения. Величина подъемной силы должна быть такой, чтобы обеспечивать получение
нужного результата.
|
128
|
Под точностью перемещения следует понимать степень близости движения к требованиям двигательной задачи. Какие различают задания по точности:
|
обеспечение точности всей траектории движения (фигурное катание обязательная программа);
конечная точность попадания в цель (стрельба, баскетбол) характеризуется средним отклонением от цели, т.е. систематической ошибкой, в случае нормального закона распределения характеризуется средней величиной и средним квадратическим отклонением. Для увеличения точности увеличивают площадь
приложения силы (удар внутренней стороны стопы) и т.д.
|
129
|
Какие виды ударов различают
|
чисто упругий удар, вся механическая энергия сохраняется (потерь нет), наиболее близкий удар бильярдных шаров;
неупругий удар, энергия деформации полностью переходит в тепло, при этом скорости взаимодействующих тел после удара равны нулю.
частично упругий удар. Только часть энергии упругой деформации переходит в тепло.
|
|
|
Характеризуется коэффициентом восстановления:
У теннисного мяча международного стандарта К = 0,73 - 0.76.
|
Механика мышечного сокращения
|
130
|
Как с позиций биомеханики характеризуется мышечное сокращение
|
связью линейных перемещений концов мышцы (кинематика движений) и усилий, развиваемых мышцей (динамика движения), т.е речь идет о связи мышечных усилий с величиной и скоростью изменения длины мышцы. В этой связи заключается
вся механика мышечного сокращения.
|
131
|
Строение саркомера
|
Саркомер состоит из тонких белковых нитей актина и толстых белковых нитей миозина. Темные нити миозина пересекаются посередине мышц мембраной, светлые полосы тоже разделены промежуточной Z мембраной. Повторяющийся период то Z до Z мембраны называется саркомером. Тонкие нити активно расположены с обеих сторон наподобие гребенки между толстыми миозиновыми нитями. При возбуждении мышц тонкие нити актина вдвигаются с обеих сторон между толстыми нитями миозина. Происходит сокращение мышцы, уменьшение ее длины. Поскольку каждая миофибрилла состоит из большего числа (n) последовательно расположенных саркомеров, то величина и скорость изменения длины мышцы в n раз больше, чем у одного саркомера.
Сила тяги, развиваемая миофибриллой, состоящей из n последовательно расположенных саркомеров, равна силе тяги одного саркомера. Эти же самые n саркомеров, соединенные параллельно (что соответствует большому числу миофибрилл), дают n
- кратное увеличение в силе тяги, но скорость изменения длины мышцы такая же, как скорость сокращения одного саркомера.
Поэтому увеличение физиологического поперечника мышцы приводит к увеличению ее силы, но не изменяет скорости ее укорочения, и наоборот, увеличение длины мышцы приводит к увеличению
скорости сокращения, но не влияет на ее силу. Мы говорим: короткие мышцы - сильные, длинные
|
|
|
мышцы - быстрые.
Зависимость между длиной саркомера и силой
Сила тяги сократительных компонентов мышцы зависит от длины мышцы. Сила тяги максимальная при так называемой длине покоя мышцы, когда имеет место наибольшее перекрытие актиномиозиновых мостиков. При растяжении или активном укорочении мышцы перекрытия актиномиозиновых мостиков уменьшается, и уменьшается сила тяги сократительного компонента. В сократительном компоненте мышцы под влиянием нервного импульса происходит превращение химической энергии энергетически богатых структур в механическую энергию мышечного сокращения и теплоту (это уже потери подводимой энергии). Таким образом, работа сократительного компонента происходит с
поглощением энергии от организма.
|
132
|
Назовите и охарактеризуйте биомеханические свойства мышц
|
Сократимость - это способность мышцы укорачиваться при возбуждении, в результате чего возникает сила тяги. Свойство сократимости принадлежат собственно сократительным (контрактильным) элементам мышцы. Первичным сократительным механизмом мышечной ткани является саркомер.
Упругость - это способность восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы. носителями упругих свойств мышцы являются соединительно - тканные образования, составляющие оболочку мышечного волокна, сухожилия мышц, места перехода миофибрилл в соединительную ткань. При растягивании упругих компонентов мышцы возникают упругие силы противодействия деформации, и накапливается (аккумулируется) энергия упругой деформации. После снятия деформирующих нагрузок мышцы отдает эту накопленную энергию на совершение механической работы по перемещению биокинематических звеньев. Эта работа упругих сил производится без
потребления запасов химической энергии от организма, то есть она “бесплатна” для организма.
|
|
|
В линейной упругой системе (например, пружине) упругие силы растут пропорционально величине растяжения пружины:
где Р - упругая сила, - величина растягивания (деформации) пружины
с - коэффициент упругости (жесткость) пружины Жесткость материала или конструкции - это способность противодействовать прикладываемым силам. Чем больше жесткость, тем большую силу нужно приложить к упругому телу, чтобы растянуть его на заданную величину. Жесткость линейной (идеальной) упругой системы - есть величина постоянная на всем участке деформации.
Мышца - это нелинейное упругое образование . Упругие силы в мышце растут непропорционально растяжению (рис., кривая 2). Вначале мышца растягивается легко, а затем даже для небольшого ее растяжения надо прикладывать все большую силу. Мышца ведет себя как трикотажный шарф: вначале он легко растягивается, а затем становится практически нерастяжимым. Иными словами, мышца обладает высоко нелинейной упругостью. Упругое сопротивление мышцы (ее жесткость) растет по мере растягивания мышцы, то есть мышца
- это упругая система с переменной жесткостью.
Зависимость упругой силы Р от величины растяжения пружины D l. Упругость (жесткость) пружины 2 в два раза больше, чем пружины I. Механическая работа А, затраченная на растягивание пружины, переходит в энергию
упругой деформации и выражается площадью под кривой
|
|
|
Зависимость упругой силы Р от величины деформации D l для линейной (кривая 1) и нелинейной (кривая 2) упругой системы.
Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Сила, при которой происходит разрыв мышцы (в пересчете на 1 кв.мм. ее поперечного сечения), составляет от 0,1 до 0,3 н/кв.мм. Предел прочности сухожилия составляет около 50 н/кв.мм, а фасций - около 14 н/кв.мм.
Релаксация (расслабление) - свойство мышцы, проявляющееся в уменьшении с течением времени силы тяги при постоянной длине мышцы . Пример: перед выпрыгиванием вверх мы приседаем. Этим мы предварительно растягиваем мышцы (ягодичные, четырехглавую бедра, трехглавую голени), которые будут выполнять рабочую функцию (создать силу тяги) в фазу отталкивания. Чем длительнее пауза между приседанием и отталкиванием, тем больше релаксируются растянутые мышцы. То есть с увеличением паузы сила тяги этих мышц будет уменьшаться, следовательно, будет уменьшаться и высота выпрыгивания, вследствие рассеивания энергии упругой деформации, накопленной в фазе приседания.
Вязкость определяется наличием внутреннего трения в сократительном компоненте мышцы. Это свойство вызывает потери энергии мышечного сокращения, идущие на преодоление вязкого трения, обусловленного силами внутреннего взаимодействия между актиномиозиновыми нитями саркомера. В диапазоне укорочения мышцы потери
на преодоление сил внутреннего трения больше, чем в диапазоне ее растягивания.
|
133
|
Опишите трехкомпонентную модель мышцы
|
Трехкомпонентная модель мышцы представлена комбинацией сократительных и упругих компонентов. Упругие компоненты мышцы моделируем в виде пружин с нелинейными
упругими свойствами. Это не означает, что мышца
|
|
|
реально (то есть материально, вещественно) состоит из трех этих компонентов, а лишь означает, что мышца обладает свойствами, характерными для тех элементов, которыми мы моделируем мышцу.
Трехкомпонентная модель мышцы (по В.М.Зациорскому)
1 - параллельный упругий компонент, 2 - сократительный компонент,
3 - поседовательный упругий компонент
|
134
|
Опишите работу трехкомпонентной модели мышцы при ее растягивании
|
Если мышца не была предварительно растянута, то ее следует рассматривать как систему, состоящую из сократительного (саркомер) и последовательного упругого компонентов (сухожилия мышц, места перехода миофибрилл в соединительную ткань). При возбуждении нерастянутой мышцы начинается процесс укорочения контрактильного компонента. Сила тяги, развиваемая контрактильным элементом при его укорочении, будет растягивать последовательный упругий компонент, передавая через него усилие разгоняемому звену. Растягивание последовательного упругого компонента будет длиться до тех пор, пока скорость звена не уравняется со скоростью контрактильного компонента. С этого момента растянутая последовательная пружина освобождается от деформирующей нагрузки и начинает релаксировать (восстанавливать исходную длину). Высвобождаемая при релаксации пружины энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию перемещаемого звена, сообщая ему дополнительную скорость. Скорость звена становится больше скорости сократительного процесса, и дальнейшее его стимулирование с потреблением энергии от организма становится нецелесообразным. Таким образом, важнейшие свойства системы, составленной из сократительного и последовательно упругого элементов, является ее
способность сообщать звену скорость,
| |
|
|
Скачать 0.93 Mb.