Биомеханика бега и ходьбы. биомеханика бега и ходьбы. Биомеханика ходьбы и бега человека
 Скачать 19.27 Kb.
|
|
Биомеханика ходьбы и бега человека Биомеханика ходьбы и бега делится на три раздела, первый из них КИНЕМАТИКА БЕГА И ХОДЬБЫ. Вспомним из курса физики, что КИНЕМАТИКА – это раздел, изучающий движение тел без учета действующих сил. Ходьба и бег – самый древний способ механического передвижения человека по Земле. Известно, что этими способами движения человек проходит за всю свою жизнь, в среднем, расстояние, равное расстоянию от Земли до Луны.(384 тысячи) Механическое передвижение человека осуществляется за счет циклических действий его нижних конечностей. В зависимости от темпа и постановки конечностей выделяют ХОДЬБУ и БЕГ. Ходьба – это движение, перемещение на ногах. Бег – это быстрое перемещение на ногах. Как и все циклические движения, перемещение человека характеризуется скоростью передвижения. Скорость передвижения тела – это произведение длины шага на темп движения: V=L * n , где v – скорость движения; L – длина шага; n – частота шагов. Одна и та же скорость может быть достигнута при различных сочетаниях длины и частоты шагов. Кривая, все точки которой соответствуют одной и той же скорости, называются ИЗОСПИДОЙ. На слайде изображены графики зависимости длины шагов от частоты. Видно, что увеличить скорость можно тремя способами: повысить длину шага, подняв темп, увеличить одновременно длину и частоту шагов. Давайте разберемся как человек ходит или бегает, для этого нужно изучить фазовый состав этих движений. На слайде представлены простейшие хронограммы (диаграммы, иллюстрирующие протекание событий во времени) ходьбы, спортивной ходьбы, бега трусцой и спортивного бега. Анализируя хронограмму, следует отметить: -при ходьбе сокращается период двойной опоры ( когда обе ноги находятся на земле) вплоть до почти полного его исчезновения при спортивной ходьбе; -при беге увеличивается отношение длительности периода полета (когда обе ноги не касаются опоры) к длительности периода опоры. Если рассматривать фазы движения при ходьбе и беге, то можно выделить существенную разницу. При ходьбе следует выделять фазу переноса ноги, амортизацию, перекат тела, отталкивание. При беге количество фаз движения сокращается, и можно выделить фазу амортизации, полета и отталкивания. При беге нагрузка ложится на те же мышцы, что и при ходьбе, однако неодинакова последовательность включения и выключения мышц. Кроме того, степень напряжения мышц при беге существенно больше. ДИНАМИКА ХОДЬБЫ И БЕГА. Второй раздел, который мы затронем при рассмотрении темы БИОМЕХАНИКА БЕГА И ХОДЬБЫ – это ДИНАМИКА бега и ходьбы. Если снова обратиться к курсу физики, то мы знаем, что ДИНАМИКА – это раздел механики, изучающий законы движения тел в зависимости от действующих на них сил. Человек является самодвижущейся системой, поскольку первопричиной его движений служат внутренние силы, создаваемые мышцами и приложенные к подкожным мышцам тела. К внутренним силам относятся силы инерции, приложенные к центрам масс движущихся звеньев тела. Сила инерции равна произведению массы всего тела или отдельного звена на его ускорение: F = m*a Где F – сила инерции; m – масса звена; a – ускорение звена. Сила инерции направленна в противоположную сторону ускорения, поэтому сила инерции замедляет разгон и торможение тела. Наряду с внутренними силами на человеке действуют внешние силы. При ходьбе к ним относятся: сила тяжести, сила реакции опоры, силы сопротивления воздуха. На рис. 31 представлены силы, действующие при ходьбе и беге. Сила, действующая на опору, раскладывается на две составляющие: вертикальную и горизонтальную. Аналогично сила реакции опоры раскладывается на динамическую реакцию опоры и статическую реакцию опоры. При движении сила реакции опоры направлена к центру масс и колеблется около него, создавая опрокидывающий момент (на рисунке показано стрелкой). Сила тяжести приложена к центру масс и равна произведению массы тела на ускорение: G = mg Сила лобового сопротивления воздуха приложена к центру поверхности тела. Оно увеличивается пропорционально квадрату скорости. Центром поверхности тела называется воображаемая точка,определяющая и характеризующая поверхностные явления тела при его движении. Сила реакции опоры определяет взаимодействие конечности с поверхностью опоры. Она не является "движущейся" силой, а направлена от точки опоры к центру масс. Силу реакции опоры, как было отмечено, можно разложить на две составляющие: статическую и динамическую компоненты реакции опоры. Статическая компонента постоянна и равна силе тяжести. Динамическая компонента реакции опоры возникает при движении с ускорением, когда тело или отдельные звенья разгоняются или тормозятся. Динамическая составляющая реакции опоры равна по величине, но противоположна по направлению силе инерции. В конечном итоге силы действия ног на опору отображают всю совокупность внутренних и внешних сил, действующих на тело человека. Сила реакции опоры равна по величине силе действия на опору, но противоположна по направлению. Как видно из рис. 31, сила действия на опору (как и реакция опоры) имеет две составляющие: вертикальную и горизонтальную. Их значения изменяются во времени, о чем судят по диаграмме Рис. 32 ходьбы или бега (Рис. 32). Горизонтальная составляющая диаграммы ходьбы и бега состоят из двух полуволн: отрицательной и положительной. Отрицательная полуволна соответствует начальной фазе периода опоры, когда происходит неизбежное торможение. При движении её желательно уменьшить. Тогда вторая положительная полуволна показывает, как изменяется сила во времени. Эта сила продвигает тело человека вперед. Ee величина достигает до 500-600 Н. Вертикальная составляющая сила при ходьбе сильно отличается по амплитуде от вертикальной составляющей при беге. У мастеров спорта она достигает до 2800 H, a y новичков - 1300 Н. При ходьбе амплитуда вертикальной составляющей в среднем достигает 1000 H. На величину силы действия, на опору влияет свойство дороги и материал, из которого изготовлена обувь. Мягкое покрытие дорожки и обувь с амортизаторами делает технику ходьбы и бега соответствующей критерию комфортабельности. Тем самым уменьшается давление на суставы и межпозвоночные диски при рассматриваемых движениях. ЭНЕРГЕТИКА ХОДЬБЫ И БЕГА. При ходьбе механическая энергия определяется скоростями движения тела и его звеньев, а также расположением тела. При ходьбе и беге человек затрачивает энергию не только на Горизонтальные и вертикальные, но и на поперечные перемещения общего центра масс. В зависимости от фазы цикла величина кинетической и потенциальной энергии тела изменяется. Характер этих изменений при ходьбе и беге принципиально различен. Кинетическая (это энергия движения тела относительно чего-либо) и потенциальная энергия при ходьбе изменяется в противофазе; например, в момент постановки ноги на опору, максимум кинетической энергии совпадает с минимумом потенциальной. При беге - в высшей точке полета максимум кинетической энергии совпадает с максимумом потенциальной. Чем больше скорость, тем значительно возрастают энергозатраты. Энергозатраты на 1 метр пути при ходьбе меньше, чем при беге, но только при низких скоростях передвижения. При высоких скоростях бег, наоборот, экономичнее ходьбы. На рис. 33 представлен график зависимости энергетических затрат от скорости передвижения. Зона, где более выгоден бег, отделена от зоны, где более выгодна ходьба, отделена параметром, его называют граничной скоростью. Граничная скорость определяется числом Фруда (Ф), которая вычисляется по формуле: Ф = v2/2gh где g- ускорение свободного падения; v- скорость передвижения человека;h - высота общего центра масс, тела в основной стойке. Если число Фруда меньше единицы, то выгоднее ходьба, а если больше – выгоднее бег. Граничную область можно определить при условии, если Ф = 1, тогда:  Энергетические затраты зависят от многих факторов, в том числе от сочетания длины и частоты шагов. При слишком коротких или чересчур длинных шагах энергозатраты на 1 м пути выше, чем при оптимальном сочетании. Например, отклонение длины шага от оптимальной величины на 6% при беге со скоростью 4 м/с увеличивает энергетические затраты, приходящиеся на метр пути в среднем на 1 Дж. |