Практич. задания и вопросы. Необработан. Цельработы ознакомиться с основными методами исследования в биомеханике

• Название: Цельработы ознакомиться с основными методами исследования в биомеханике
• Дата: 25.03.2021
• Размер: 0.51 Mb.
• Имя файла: Практич. задания и вопросы. Необработан.pdf
• Тип: Документы; #188055

159
Модуль
6
ПРАКТИЧЕСКИЕ
ЗАНЯТИЯ
1. МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЯВБИОМЕХАНИКЕ
Цельработы: ознакомиться с основными методами исследования в биомеханике.
В ходе биомеханических исследований важно получить объективные экспериментальные данные, характеризующие двигательное действие. Та- кие данные могут быть получены различными способами. В основе наибо- лее универсального метода лежит определение координат точек движуще- гося объекта (тела спортсмена) через минимально возможные промежутки времени. Затем на основании полученного материала вычисляются прак- тически все характеристики двигательного действия: от скоростей и уско- рений всевозможных точек до энергетических параметров двигательного действия. Здесь, как правило, используются оптическиеиоптико-
электронныеметодырегистрациидвижения. К оптическим относятся такие методики как киносъемка,циклографическаяи стробоскопическая фотосъемки
.При изучении пространственных вариантов двигательных действий перечисленные методы используются в виде двух-, трехплоско- стной или стереоскопической съемок. Упомянутые подходы имеют прием- лемую точность, однако они весьма трудоемки, а результаты могут быть получены только через достаточно длительное время, необходимое для по- следующей обработки кино- или фотоматериалов.
При осуществлении оптических методов регистрации биомеханиче- ских характеристик двигательного действия должны быть соблюдены оп- ределенные условия.
В первую очередь, должно быть подготовлено место съемки. В частности, съемочную аппаратуру устанавливают на уровне об- щего центра тяжести исследуемого объекта, ориентируя оптическую ось перпендикулярно плоскости движения. Съемка должна происходить на специально подготовленном фоне. Как правило, в качестве фона использу- ется сетка, нанесенная на стену или щит контрастного по отношению к ней цвета. Сетка часто используется для определения масштаба. При отсутст- вии сетки в кадр помещается масштабная рейка. Перед съемкой на тело спортсмена наносятся специальные маркеры. Как правило, это кружки черного цвета, которые прикрепляют в центрах суставов. Иногда (если вы-

160 полняется сложное движение) используют полосы, охватывающие звенья тела на уровне центров суставов и центров тяжести звеньев.
При выполнении видеосъемки подготовка места съемки и испытуе- мого осуществляется аналогично. Для реализации автоматической компь- ютерной обработки видеосъемки маркеры делают различных цветов, что позволяет компьютерной программе распознавать суставы и другие ха- рактерные точки.
Результатом киносъемки спортивного движения является кинограм- ма. Ее обработка заключается в последовательном переносе изображения исследуемых точек на лист бумаги, в результате чего получается промер физического упражнения. Здесь важным требованием является привязка каждой нанесенной точки ко времени. Это осуществляется с использова- нием информации о частоте съемки или по находящемуся в кадре таймеру.
Затем, соединяя точки, относящиеся к началу и концу каждого звена, по- лучают модельное изображение тела исполнителя. Такую схему часто на- зывают кинематограммой или киноциклограммой упражнения (рис. 36).
Рис. 36. Киноциклограмма бега (по Д.Д. Донскому, Л.С. Зайцевой)
В результате перечисленных действий появляется возможность опре- делить координаты характерных точек тела спортсмена и затем рассчитать все интересующие биомеханические характеристики двигательного действия.
При выполнении циклографическойфотосъемки цикл двигатель- ного действия снимают на один фотокадр. Такая съемка осуществляется в затемненном помещении. При этом вместо маркеров используются мини-
Горизонтальная координата, см
В
ер ти к
ал ьн ая к
о о
р д
и н
ат а,
с м

161 атюрные лампочки или фотодиоды. Масштаб расстояний задается двумя лампочками, расположенными на известном фиксированном расстоянии, а масштаб времени – частотой мигания лампочек, которая обеспечивается либо механическим способом – с применением обтюратора, прерыва- ющего световой поток, либо с использованием электронной системы.
Результатом циклографической съемки является циклограмма, на ко- торой в виде пунктиров изображены траектории интересующих точек тела спортсмена при выполнении физического упражнения. При дальнейшей обработке определяются координаты указанных точек во время выполне- ния двигательного действия, а из них получаются все интересующие ха- рактеристики.
При выполнении стробоскопическойсъемки также используется затемненное помещение. Во время выполнения физического упражнения с помощью специального устройства – стробоскопа – осуществляются вспышки света через равные промежутки времени. В результате на одном кадре проецируется несколько последовательных поз исполнителя двига- тельного действия. Такое изображение называется стробограммой. Требо- вания к помещению и маркировке испытуемого аналогичны используемым при киносъемке. Иногда циклографическую и стробоскопическую съемку совмещают, воспроизводя на циклограмме две или более поз спортсмена.
Обработка стробограммы аналогична обработке кинематограммы, получаемой в результате киносъемки, однако здесь экономится значитель- ное количество времени, затрачиваемое на покадровый перенос на лист бумаги изображения маркеров.
При обработке данных оптических методов регистрации движения точность получения кинематических характеристик зависит от частоты съемки, качества используемой аппаратуры и точности расположения мар- керов. Во время дальнейшего биомеханического анализа, например, при определении динамических параметров, точность в определенной мере снижается из-за отсутствия точных данных о масс-инерционных характе- ристиках тела исполнителя. Здесь, как правило, используются усреднен- ные параметры в зависимости от роста и веса исполнителя. Кроме того, в ходе анализа тело исполнителя чаще всего представляется моделью, со- стоящей из связанных между собой абсолютно твердых звеньев, что не вполне соответствует реальному телу человека. Тем не менее, указанные допущения позволяют достаточно эффективно анализировать принципы построения двигательных действий и решать многие педагогические зада- чи, связанные с обучением спортивным упражнениям, развитием двига- тельных качеств и др. (Н.Б. Сотский, 2005).

162
Оптико-электронныеметодырегистрациидвижений основаны на преобразовании изображения в электрический сигнал. Они делятся:
−
на телевизионные методы;
−
фотоэлектронные методы.
К телевизионным относятся телециклография и видеозапись.
Телециклография (аналог фотоциклографии) характеризуется тем, что траектории движения регистрируются телевизионной камерой и вос- производятся на телевизионном экране.
Видеозапись – запись изображения на магнитной ленте с целью его многократного воспроизведения на телевизионном экране. Видеозапись дает возможность тщательно и объективно анализировать спортивную технику и тактику, приносит большую пользу не только в тренерской ра- боте, но и в судействе соревнований, позволяя многократно воспроизвести на экране тот или иной эпизод спортивною состязания и принять оконча- тельное решение на основании объективных данных. Для научных иссле- дований техники движений видеозапись не годится из-за недостаточной точности.
Фотоэлектронные методы измерения основаны на фотоэффекте.
Фотоэффектом называется испускание веществом электронов под действи- ем электромагнитного излучения (светового и др.).
При помощи фотоэлектронных устройств в спорте измеряется время преодоления дистанции. Фотоэффект применяют и для регистрации цик- лограмм (подобно оптическим методам). По точности современная фото- электронная аппаратура превосходит телевизионную (которая практически не используется в измерительных целях), но значительно уступает лучшим образцам измерительной фотоаппаратуры (аппаратуры для стереофото- грамметрии) (В.М. Зациорский, 1982).
Значительно более точными являются механоэлектрическиемето-
дырегистрации биомеханических характеристик движения. Они характе- ризуются использованием устройств, имеющих непосредственный контакт со спортсменом, выполняющим двигательное действие. Наиболее часто используемые методики – тензодинамометрия,гониометрия,акселеро-
метрия
,динамометрия,спидография и некоторые их разновидности.
Следует иметь в виду, что преимущество в точности перед оптическими и оптико-электрическими методами здесь не является поводом для отказа от последних. При использовании механоэлектрических методов имеются существенные ограничения. Они связаны с получением точных парамет- ров, относящихся к небольшому участку тела спортсмена или точке, пусть даже такой важной, как ОЦТ. Это в значительной мере затрудняет анализ

163 целостной картины исполнения двигательного действия, в связи с чем оп- тические и инструментальные методы получения биомеханической ин- формации следует сочетать.
Тензодинамометрия предполагает использование тензодатчиков – электронных устройств, изменяющих свои свойства (например, электри- ческое сопротивление) в результате деформации. Схема устройства тензо- датчика представлена на рис. 37. Принцип использования тензодатчика можно проиллюстрировать на примере устройства для регистрации уси- лия, прилагаемого к веслу в академической гребле.
Рис. 37. Тензодатчик:
x – направление регистрируемого усилия; 1 – тензорезисторы;
2 – деформируемый элемент
Известно, что при выполнении гребка весло в некоторой мере изги- бается, причем величина изгиба пропорциональна прилагаемому усилию. Ес- ли на весло наклеить тензодатчик, величина электрического сопротивления которого зависит от степени изгиба весла, то при выполнении гребка величи- на изгиба, а следовательно, и усилие, будут отражаться в изменении парамет- ров датчика, что может быть зарегистрировано соответствующей электрон- ной схемой. В приведенном примере тензодатчик приходит на помощь в слу- чае, когда оптические методы использовать весьма сложно.
Другой пример использования тензодинамометрии – изучение опор- ной реакции при выполнении двигательного действия. Для этой цели ис- пользуются тензодинамографические платформы (или тензоплатформы).
Они представляют собой устройства, как правило, выполненные в виде плоскости, поверхность которой воспринимает и переводит оказываемое на нее воздействие в электрический сигнал (рис. 38). Принцип использо- вания тензодатчиков здесь аналогичен описанному выше, но в тензоплат- формах их устанавливается несколько, благодаря чему появляется возмож- ность определения силового взаимодействия с опорой в трех взаимно пер- пендикулярных направлениях, а также регистрации моментов сил.
1 2
x

164
Использование платформ позволяет определять ряд важных характе- ристик движения, таких как ускорение, скорость, перемещение ОЦТ, кине- тический момент, импульс силы, энергетические характеристики. С помо- щью данного устройства очень удобно определять уровни максимальной и взрывной силы, имеющие важнейшее значение для большого числа видов спорта.
Рис. 38. Тензоплатформа
Как правило, одна тензоплатформа имеет небольшие линейные раз- меры, что в некоторой мере ограничивает возможности ее использования при исследовании биомеханических характеристик двигательных дейст- вий, связанных со значительными перемещениями в пространстве. Поэто- му иногда используется одновременно несколько таких устройств, напри- мер, образующих фрагмент беговой дорожки.
Часто тензоплатформы используют для определения колебаний ОЦТ
(стабилография), позволяющих контролировать состояние нервно-мышеч- ного аппарата человека в медицинских исследованиях.
К достоинствам тензоплатформ можно отнести получение совершенно реальных и точных результатов, относящихся к конкретному спортсмену

165
(вспомним, что при обработке результатов оптических методов происходит некоторое усреднение индивидуальных характеристик исполнителя).
В качестве недостатков следует отметить, что из кинематических ха- рактеристик фактически определяется лишь ускорение ОЦТ тела спорт- смена. При этом остаются в стороне вопросы, связанные с движением от- дельных звеньев тела и их влиянием на перемещение ОЦТ.
Иногда в ходе биомеханических исследований представляется важ- ным измерение параметров движения какой-либо точки тела спортсмена или спортивного снаряда. В таких случаях используются спидография и ак-
селерометрия
. Первая методика связана с определением скорости дви- жения какой-либо точки тела спортсмена. Наиболее простое устройство для этой цели было предложено В.М. Абалаковым. Оно представляло собой тонкую нить, намотанную на катушку. Свободный конец нити закреплялся на теле спортсмена. При движении человека нить разматывалась, заставляя катушку вращаться. Регистрация скорости вращения катушки позволяла оценить скорость перемещения точки закрепления нити на теле спортсмена.
Способ спидометрии, основанный на эффекте Допплера, позволяет дистанционно и бесконтактно измерять скорость на прямых отрезках дис- танции. Датчиком служит излучатель ультразвуковых или электромагнит- ных колебаний, направляемых на бегущего спортсмена вдоль беговой до- рожки. Эффект Допплера проявляется в том, что при приближении спорт- смена к излучателю частота отраженных от его тела колебаний
[
]
o
f
оказы
- вается выше
, чем частота колебаний излучателя
[
]
u
f
, а
при удалении спортсмена от излучателя
, наоборот
, ниже
Скорость бегуна вычисляется по формуле
ν
o
u
u
f
f
C
f
−
=
(6.1)
При измерении ускорения отдельных точек тела исполнителя двига- тельного действия используются специальные устройства, называемые ак- селерометрами. Их действие основано на использовании сил инерции, воз- никающих при ускоренном движении. Принцип действия акселерометра можно проиллюстрировать схемой, представленной на рис. 39.
При ускорении корпуса устройства в направлении, перпендикуляр- ном оси 3, сила инерции действует на груз 1 в противоположном направ- лении, обеспечивая растяжение пружин 2 и вращение оси 3, которая, пово- рачиваясь совместно с зубчатым сектором 4, вызывает вращение шестерни
5 и индикаторных стрелок 6 и 7.

166
Рис. 39. Механический акселерометр
При этом стрелка 7 фиксирует максимальное значение ускорения.
Величина поворота стрелок, пропорциональная ускорению эталонного груза, может быть зарегистрирована с помощью специальных электронных схем и затем проанализирована в ходе дальнейшего исследования. Все ак- селерометры используют силы инерции, возникающие при ускоренном движении. При этом, применяя три взаимно перпендикулярных Акселе- рометра, получают ускорение, имеющее любое пространственное ускоре- ние. В современных акселерометрах датчики входят в состав интегральных схем, и информация получается сразу в электронной форме.
Одной из важнейших характеристик физического упражнения являет- ся информация о величине и законе изменения во времени суставных уг- лов исполнителя или других объектов, осуществляющих вращательные движения. Для их определения используются специальные устройства, на- зываемые гониометрами или электрогониометрами
(в последнем случае регистрация угловых перемещений осуществляется с использованием электронной схемы). Типичный электрогониометр представляет собой две планки, соединенные плоским шарниром, в котором может быть вмонти- рован потенциометрический датчик, изменяющий свое электрическое со- противление в зависимости от угла между планками (рис. 40).
При подготовке к исследованию планки прикрепляются к звеньям те- ла, а шарнир располагается на уровне сустава. При выполнении двигатель- ного действия происходит изменение суставного угла и, соответственно, электрического сопротивления потенциометра, которое затем регистриру- ется и анализируется. Гониометры используются и для контроля такого двигательного качества, как гибкость, которая зависит от суставной под- вижности.
Для исследования силовых качеств наиболее часто используются спе- циальные устройства – динамометры и динамографы
(с возможностью за-
6 7
3

167 писи зарегистрированного усилия). Поскольку силовые возможности про- являя-ются по-разному в зависимости от особенностей мышечного со- кращения (преодолевающий, уступающий, статический) и скорости, из- мерение силы также может осуществляться в различных режимах. Наиболее часто используются статическое и ди- намическое измерения силы. В первом случае используется пропорциональ- ная зависимость силы от величины де- формации упругого элемента. При этом регистрация последней может осуществляться как механически, так и с помощью электроники (с использо- ванием тензодатчиков). Поскольку ве- личина деформации упругого элемента незначительна, таким способом изме- ряется статическая сила. Для опреде- ления статической силы применяются обычные динамометры, используемые во врачебном контроле населения: для измерения силы кисти или становой силы. С помощью системы блоков ди- намометры можно использовать для измерения силы практически всех ос- новных мышечных групп спортсмена.
Такая процедура называется по- лидинамометрией. При оценке взрывной силы (скорости нарастания мы- шечного усилия) должна использоваться динамография (запись зависимости силы от времени), осуществляемая с использованием тензодатчиков и спе- циальных электронных схем.
При исследовании динамического проявления силы используются инерционные динамометры и динамографы. Простейший инерционный динамометр собой ворот с симметрично расположенными грузами. По- следние могут перемещаться по отношению к оси вращения. На оси ворота расположена катушка с намотанным на нее шнуром. Свободный конец шнура закрепляется на звене тела испытуемого. При выполнении исследо- вания исполнитель, натягивая шнур, старается заставить ворот вращаться.
Во время движения измеряется сила натяжения шнура индикатором. На- грузка задается расположением грузов. Она тем больше, чем дальше рас- положены грузы от оси вращения.
Рис. 40. Система для крепле- ния гониометрических (1) и аксе- лерометрических (2) датчиков на теле человека (по А.Н. Лапутину)
1 1
2 2
1

168
Механоэлектрические методы получения биомеханических харак- теристик двигательного действия, как правило, применяются в комплек- се. Это позволяет преодолеть некоторую ограниченность методик, ис- пользующих различного рода датчики, путем рассмотрения более общих характеристик двигательного действия человека, например с использо- ванием материалов, полученных оптическими методами. (Н.Б. Сотский,
2005).
2. АНАЛИЗПРОГРАММЫМЕСТАТЕЛАСПОРТСМЕНА
ВОТДЕЛЬНОЙФАЗЕФИЗИЧЕСКОГОУПРАЖНЕНИЯ
Практическаяработа 2.1
Определениетраекторииобщегоцентратяжестиспортсмена
Перед тем, как приступить к выполнению работы, рекомендуется изучить следующие темы: пространственные характеристики движения, положение тела в пространстве, программа места.
Цель работы: овладеть графоаналитическим методом определения траектории ОЦТ тела.
Порядоквыполненияработы
1.
На листе миллиметровой бумаги начертить систему координат
ХОУ
. Подписать оси и разметить их через 10 мм.
2.
Перенести на лист миллиметровой бумаги рисунок, иллюстри- рующий исследуемую фазу физического упражнения.
3.
Определить расположение суставов на рисунке и затем перенести их на систему координат XOY и соединить.
4.
Найти абсолютный вес тела:
P
mg
=
, Н,
(6.2) где
[ ]
m
– собственная масса тела;
[ ]
g ≈
10 м
/
с
2 5.
Рассчитать абсолютный вес звеньев тела
[ ]
i
P
(
Н
) путем произве
- дения веса тела и
относительного веса звена
(
графа
2, табл
. 4); полученный результат разделить на
100.
Результаты занести в
графу
3.
6.
Измерить длину звеньев в
мм
, результаты занести в
графу
4.
7.
Определить центры тяжести звеньев тела
Центр тяжести звена определяют по расстоянию от него до оси проксимального сустава
– по ра
-

169 диусу центра тяжести. Для этого найти произведение длины звена на рас- стояние от проксимального конца до центра тяжести звена:
R
lk
=
,
(6.3) т.е. перемножаем результаты граф 4 и 5.
Полученный результат отложить от проксимального сустава. Центр тяжести для головы расположен в области турецкого седла клиновидной кости (проекция спереди на поверхность головы – между бровями, сбоку – на 3 – 3,5 см выше наружного слухового проходы). Для стопы – на прямой, соединяющей пяточный бугор пяточной кости с концом второго пальца на расстоянии 0,44 от первой точки. Координаты центров тяжести звеньев по оси
ОХ
записать в графу 6,
OY
– в графу 8.
8.
Вычислить произведение координат центров тяжести звеньев те- ла и абсолютного веса звеньев тела [
]
i
i
P X
и [
]
i i
PY
. Полученные результаты записать в графы 7 и 9.
9.
Определить координаты ОЦТ тела. Для этого найти отношение суммы произведений абсолютного веса звеньев тела с координатами цен- тров тяжести (отдельно сумма граф 7 и 9) и абсолютного веса всего тела:
,
i
i
i i
P X
P
PY
P
∑
∑
(6.4)
10.
Графически изобразить траекторию ОЦТ на системе координат
(рис. 41).
Рис. 41. 14-звенная схема с отметками ЦТ звеньев и ОЦТ тела

170
Таблица 4
Определение общего центра тяжести тела
Звенья тела
О
тн о
си те л
ьн ы
й в
ес з
в ен ь
ев
,
%
А
б со л
ю тн ы
й в
ес з
в ен ь
ев
,
[Р
i
],
Н
Д
л и
н а зв ен ь
ев
,
[l
],
м м
Р
ас ст о
я н
и е о
т п
р о
к си м
ал ьн о
го к
о н
ц а д
о
Ц
Т
,
[k
],
м м
К
о о
р д
и н
ат а
Х
, м
м
P
i
X
i
,
Н
м м
К
о о
р д
и н
ат а
Y
, м
м
P
i
Y
i
,
Н
м м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Голова
Туловище
Правое плечо
Левое плечо
Правое предплечье
Левое предплечье
Правая кисть
Левая кисть
Правое бедро
Левое бедро
Правая голень
Левая голень
Правая стопа
Левая стопа
7 43 3
3 2
2 1
1 12 12 5
5 2
2
–
–
0,47 0,47 0,47 0,42 0,42 0,50 0,50 0,44 0,44 0,42 0,42 0,44 0,44
∑ =
∑ =

171
Практическаяработа 2.2
Определениескоростейиускорений общегоцентратяжестиспортсмена
Перед тем как приступить к выполнению работы рекомендуется изу- чить следующие темы: временные, пространственно-временные характе- ристики движения, программа места.
Цельработы
: овладеть графоаналитическим методом определения скоростей и ускорений ОЦТ тела.
Порядоквыполненияработы
1.
Рассчитать масштаб расстояния [
]
S
M
, для этого найти отноше- ние собственного роста в сантиметрах к величине изображения в санти- метрах.
2.
Найти перемещение ОЦТ тела в метрах по оси
ОХ
:
12 2
1
мм=см
S
X
X
X
M
∆
=
−
=
⋅
– результат переводим в метры;
23 3
2
мм=см×
S
X
X
X
M
∆
=
−
=
- результат переводим в метры.
3.
Найти перемещение ОЦТ тела в метрах по оси
О
Y:
12 23
,
Y
Y
∆
∆
– находятся также, как и по оси
ОХ
4.
Вычислить моменты времени в секундах:
12 12 23 23
,
K
t
n
K
t
n
∆ =
∆ =
(6.5) где
[ ]
K – количество кадров;
[ ]
n – частота кадров.
5.
Найти скорость ОЦТ тела в метрах за секунду по оси
ОХ
:
12 12 12 23 23 23
ν
,
ν
x
x
X
t
X
t
∆
=
∆
∆
=
∆
(6.6)
6.
Найти скорость ОЦТ тела в метрах за секунду по оси
О
Y:
12 12 12 23 23 23
ν
,
ν
y
y
Y
t
Y
t
∆
=
∆
∆
=
∆
(6.7)

172 7.
Определить результирующие скорости ОЦТ тела:
2 2
1 12 12 2
2 2
23 23
ν
(ν
)
(ν
) ,
ν
(ν
)
(ν
) .
x
y
x
y
=
+
=
+
(6.8)
8.
Найти изменения скоростей ОЦТ тела в метрах за секунду:
13 23 12 13 23 12
ν
ν
ν
,
ν
ν
ν
x
x
x
y
y
y
∆
=
−
∆
=
−
(6.9)
9.
Определить ускорения ОЦТ тела в метрах за секунду в квадрате по осям OX и OY:
13 13 13 13
ν
,
ν
x
x
y
y
a
t
a
t
∆
=
∆
∆
=
∆
(6.10)
10.
Вычислить результирующее ускорения ОЦТ тела:
2 2
(
)
(
)
x
y
a
a
a
=
+
(6.11)
11.
Выбрать масштабы скоростей и
ускорений и
изобразить в
прямо
- угольной системе координат вектора скоростей и
ускорений
ОЦТ
тела
Ес
- ли скорость или ускорения имеют знак положительный
, направление век
- торов будет совпадать с
направлением осей координат
, если отрицатель
- ный
– противоположно осям координат
3. АНАЛИЗПРОГРАММЫОРИЕНТАЦИИТЕЛАСПОРТМЕНА
ВОТДЕЛЬНОЙФАЗЕФИЗИЧЕСКОГОУПРАЖНЕНИЯ
Практическаяработа 3.1
Определениеориентациипродольнойосителаспортсмена
Перед тем как приступить к
выполнению работы рекомендуется изу
- чить следующие темы
: пространственные характеристики движения
, про
- грамма ориентации
Цельработы:овладеть графоаналитическим методом определения ориентации продольной оси тела

173
Порядоквыполненияработы
1.
Начертить на листе миллиметровой бумаги прямоугольную сис
- тему координат
XOY, аналогичную использованной в
практической рабо
- те
2.1 и
указать положения
ОЦТ
тела
2.
По данным граф
3 табл
. 4, подсчитать вес нижних конечностей
(
суммарный вес бедер
, голеней
, стоп
).
3.
Для каждой их трех исследуемых поз тела
, из граф
7 и
9 табл
. 4, найти суммы произведений веса звеньев нижних конечностей на коорди
- наты центров тяжести этих звеньев
Результаты занести в
табл
. 5.
4.
Определить координаты центров тяжести нижних конечностей
:
1 1
2 2
3 3
I
I
;
,
II
II
;
,
III
III
;
i
i
i i
н н
i
i
i i
н н
i
i
i i
н н
P X
PY
X
Y
P
P
P X
PY
X
Y
P
P
P X
PY
X
Y
P
P
∑
∑
=
=
∑
∑
=
=
∑
∑
=
=
(6.12)
5.
На миллиметровой бумаге для каждой из трех поз через центры тяжести нижних конечностей и
ОЦТ
провести линии от ног голове
, кото
- рые и
будут являться продольными осями тела
(
рис
. 42).
Рис 42. Иллюстрация графического построения при определении программы ориентации тела
6.
Найти с
помощью транспортира в
радианах отклонения продоль
- ных осей тела от осей
OY’ проходящих через
ОЦТ
тела параллельно оси
OY неподвижной системы координат
:

174 1
2 3
α
α
α
=
=
=
(6.13)
(1 градус
≈
0,0175
рад
)
Таблица 5
Определение центра тяжести нижних конечностей н
P
i
i
P X
∑
I
i i
PY
∑
I
i
i
P X
∑
II
i i
PY
∑
II
i
i
P X
∑
III
i i
PY
∑
III
X
1
=
Y
1
=
X
2
=
Y
2
=
X
3
=
Y
3
=
Практическаяработа 3.2
Определениеугловыхскоростейиускоренийтеласпортсмена
Перед тем как приступить к
выполнению работы рекомендуется изу
- чить следующие темы
: временные
, пространственно
- временные характе
- ристики движения
, программа ориентации
Цельработы
: овладеть аналитическим методом определения угло
- вых скоростей и
ускорений тела спортсмена
Порядоквыполненияработы
1.
Вычислить угловые перемещения тела в
радианах на основании результатов лаб раб
. 3.1:
12 2
1 23 3
2
α
α
α ,
α
α
α .
∆
=
−
∆
=
−
(6.14)
2. Найти в радианах за секунду величины угловых скоростей про- дольной оси тела
OY
:
12 12 12 23 23 23
α
ω
,
α
ω
t
t
∆
=
∆
∆
=
∆
(6.15)
3. Определить в радианах за секунду изменение угловой скорости тела:
13 23 12
ω
ω
ω
∆
=
−
(6.16)

175 4. Найти в радианах за секунду в квадрате угловое ускорение про- дольной оси тела
OY
:
13 13
ω
ε
t
∆
=
∆
(6.17)
4. АНАЛИЗПРОГРАММЫПОЗЫТЕЛАСПОРТСМЕНА
ВОТДЕЛЬНОЙФАЗЕФИЗИЧЕСКОГОУПРАЖЕНИЯ
Практическаяработа 4.1
Описаниепозытеласпортсмена висследуемойфазефизическогоупражнения
Перед тем, как приступить к выполнению работы, рекомендуется изучить следующую тему: программа позы.
Цельработы:научиться определять суставные углы и описывать позу тела спортсмена используя матричную запись.
Порядоквыполненияработы
1. На листе миллиметровой бумаги воспроизвести из практической работы 2.1 рисунок, иллюстрирующий исследуемую фазу физического уп- ражнения.
2. На изображениях всех трех поз провести продольные оси тела.
Для этого у каждого звена прямой линией соединить суставы, с которыми сочленены его дистальный и проксимальный концы. Продлить обозначен- ные продольные оси звеньев настолько, чтобы было удобно измерять сус- тавные углы.
3. В соответствии с правилами отсчета суставных углов измерить с помощью транспортира в угловых градусах суставные углы на изображе- ниях всех трех поз тела.
4. Описать в матричной форме все три позы спортсмена в исследуе- мой фазе физического упражнения.
Практическаяработа 4.2
Описаниеизмененияпозытела висследуемойфазефизическогоупражнения
Перед тем, как приступить к выполнению работы, рекомендуется изучить следующую тему: программа позы.

176
Цельработы: научиться описывать изменение позы тела в виде ли- нейной функции времени и уметь анализировать соответствующее изме- нение.
Порядоквыполненияработы
1. Пользуясь данными о значении суставных углов из практической работы 4.1 определить угловую скорость в радианах за секунду:
0 0 1
φ
φ
ω
t
t
t
abc
abc
t
−
−
=
(6.18)
2. Записать в матричной форме виде линейной функции времени из- менение позы спортсмена в промежутке времени от
t
1
до
t
2 3. Аналогично второму пункту – для промежутка времени от
t
2
до
t
3 4. Сделать заключение о программе позы в исследуемой фазе физи- ческого упражнения: в каких суставах выполняются управляющие движе- ния, а в каких осуществляются элементы динамической осанки для проме- жутков времени от
t
1
до
t
2
и от
t
2
до
t
3
5. ДИНАМИКАФИЗИЧЕСКИХУПРАЖНЕНИЙ
Практическаяработа 5.1
Определениемоментаинерциитела
Перед тем как приступить к выполнению работы рекомендуется изу- чить следующие темы: инерционные характеристики тела.
Цельработы: освоить аналитический метод определения момента инерции тела человека.
Порядоквыполненияработы
1. Определить массу звеньев тела в килограммах путем произведе- ния массы тела и относительного веса звена (из графы 2 табл. 4); получен- ный результат разделить на 100. Результаты занести в графу 2 табл. 6.
2. Найти длину звеньев тела в метрах, результаты занести в графу 3.
3. Измерить радиус инерции звеньев тела, как расстояние от центра тяжести звена до ОЦТ, результаты записать в метрах в графу 4.
4. Вычислить моменты инерции звеньев тела:
−
для головы
2 0
J
mr
=
;
(6.19)

177
Таблица 6
Определение момента инерции тела
Звено
m, кг
l, м
r
ин
, м
J
o
mr
2
1
2
3
4
5
6
Голова
Туловище
Правое плечо
Левое плечо
Правое предплечье
Левое предплечье
Правая кисть
Левая кисть
Правое бедро
Левое бедро
Правая голень
Левая голень
Правая стопа
Левая стопа
∑ =
∑ =
−
для остальных звеньев
2 0
12
ml
J
=
(6.20)
Полученные результаты записать в графу 5.
5. Определить момент инерции звеньев тела относительно ОЦТ:
2
i
J
mr
=
(6.21)
Полученные результаты записать в графу 6.
6. Подсчитать полный момент инерции тела человека для трех поз путем суммирования результатов граф 5 и 6:
2
o
J
J
mr
=
∑
+
∑
(6.22)

178
Примерный перечень вопросов к
экзамену
1.
Предмет биомеханики.
2.
Взаимосвязь биомеханики с другими учебными дисциплинами.
3.
История развития биомеханики.
4.
Система отсчета. Определение положения точки в пространстве.
5.
Пространственные характеристики движения.
6.
Временные характеристики движения.
7.
Пространственно-временные характеристики движения.
8.
Положение тела в пространстве. Программа места.
9.
Программа ориентации.
10.
Программа позы.
11.
Инерционные характеристики тела.
12.
Силовые характеристики тела.
13.
Законы динамики.
14.
Сила тяжести и вес, сила реакции опоры.
15.
Силы трения.
16.
Силы упругости. Закон Гука. Общее понятие о силах инерции.
17.
Силы сопротивления окружающей среды.
18.
Силы инерции, возникающие при вращательном движении сис- темы отсчета.
19.
Понятие управляющих сил и момент сил.
20.
Работы силы. Мощность. Коэффициент полезного действия, ко- эффициент механической эффективности.
21.
Энергия. Виды энергии. Закон сохранения энергии.
22.
Равновесие. Виды равновесий. Устойчивость.
23.
Показатели устойчивости. Особенности устойчивости тела че- ловека. Осанка.
24.
Биомеханические свойства и функции костей.
25.
Биомеханика суставных движений.
26.
Биомеханика сухожильно-связочного аппарата.
27.
Биомеханические аспекты строения мышцы.
28.
Биомеханические свойства мышц.
29.
Режимы сокращения и разновидности работы мышц.
30.
Звенья тела как рычаги.
31.
Телосложение и моторика человека.
32.
Онтогенез моторики. Двигательный возраст.
33.
Двигательная ассиметрия и двигательные предпочтения.
34.
Биомеханическая характеристика силовых качеств.

179 35.
Биомеханическая характеристика скоростных качеств
36.
Утомление и его биомеханические проявления. Возрастное раз- витие выносливости.
37.
Эргометрические показатели выносливости. Факторы, опреде- ляющие проявления выносливости.
38.
Биомеханические основы гибкости.
39.
Формирование системы двигательных действий.
40.
Общее понятие об управлении. Уровни управления двигатель- ными действиями.
41.
Роль программирования в формировании двигательного действия.
42.
Биомеханическое моделирование двигательных действий.
43.
Биомеханика ходьбы и бега.
44.
Биомеханика плавания.
45.
Биомеханика гребли.
46.
Биомеханика передвижений со скольжением.
47.
Биомеханика передвижений с механическими преобразователя- ми движения.
48.
Биомеханика прыжков.
49.
Закономерности полета спортивных снарядов.
50.
Сообщение движения спортивным снарядам.
51.
Вращательные движения тела при опоре.
52.
Основные способы управления движениями вокруг осей.
53.
Оптические и оптико-электронные методы регистрации движений.
54.
Механоэлектрические методы регистрации движений.

180
ОРГАНИЗАЦИЯ
РЕЙТИНГОВОГО
КОНТРОЛЯ
Рейтинг по учебной дисциплине «Биомеханика» определяется суммой баллов, полученных студентом, и отражает успешность изучения дисциплины. Рейтинговая система контроля включает следующие направления оценки успешности обучения:
1. Оценка отношения студента к выполнению своих обязанностей в про- цессе изучения дисциплины.
Максимальное количество баллов – 90, которые распределяются следующим образом: количество баллов за 1 ч лекции – 1 балл, за 100 %-ное посещение лекций
(18 ч) – 18 баллов. За каждое непосещение лекций снимается соответствующее ко- личество баллов. Количество баллов за 1 ч практических занятий – 2 балла, за 100
%-ное посещение практических занятий (36 ч) – 72 балла. За каждое непосещение практических занятий снимается соответствующее количество баллов.
2. Текущий контроль успешности этапа изучения дисциплины.
Рейтинговой оценкой учитывается:
−
активная работа на практических занятиях;
−
промежуточный контроль знаний
(практические работы, мини- контрольные);
−
активная самостоятельная работа (подготовка рефератов).
Оценка различных форм активного участия студентов
Формы активного участия студентов
Количество присуждаемых баллов
Работа на практических занятиях
10 баллов – максимум за активное участие
Промежуточный контроль знаний (защита практических работ, проверочные работы)
10 баллов – максимум за каждую выпол- ненную работу
Подготовка рефератов
10 баллов – максимум за реферат
Максимальное количество баллов – 160, которые распределяются сле- дующим образом:
Формы активного участия студента
Максимальное кол-во баллов, необходимых для получения допуска к экзамену
Интерпретация
Работа на практических занятиях
50
Максимальное количество баллов за 5 обязательных ответов на практических занятиях
Промежуточный контроль знаний
90 7 – общее количество практиче- ских работ при выполнении их на максимальную оценку;
2 – общее количество мини- контрольных при выполнении их на максимальную оценку
Подготовка рефератов
20 2 – максимальное количество ре- фератов при выполнении их на максимальную оценку
Итого баллов
160

181
Итого баллов по первому и второму направлениям – 250.
3. Оценка активности и творческого подхода к изучению дисциплины.
Максимальное количество баллов – 140, которые распределяются сле- дующим образом:
1)
участие в НИРС – 30 баллов;
2)
участие в республиканской НИРС – 50 баллов;
3)
публикации – 30 баллов за одну публикацию.
Для оценки успешности изучения дисциплины следует руководствоваться следующими критериями:
Недопуск
Допуск
Экзамен
R < 175 175 < R < 225
R > 225
Если после изучения дисциплины в семестре рейтинг удовлетворяет условиям R < 175 баллов (R < 70 %), то студент считается не выполнившим учебный план по данной дисциплине и не допускается к сдаче экзамена. Для допуска к экзамену необходимо набрать недостающие баллы (например, по причине пропуска занятий, невыполненных заданий, упражнений, или выполненных на «неудовлетворительно» и т.д.). Форма и способы получения недостающих баллов определяются преподавателем. Это может быть опрос
(письменный, устный) по темам пропущенных занятий, мини-контрольные и тому подобное, т.е. студент должен выполнить на «удовлетворительно» необходимый минимум учебных работ, который не был выполнен в семестре.
Если после изучения дисциплины в семестре рейтинг удовлетворяет условиям 175 < R < 225 (70 % < R < 90 %), то студент считается выполнившим учебный план и допускается к сдаче экзамена. Если в результате изучения дисциплины рейтинг удовлетворяет условиям R > 225 (R > 90 %), то такой рейтинг считается высоким.
Таким образом, рейтинговая система учета и оценки успешности изучения дисциплины «Биомеханика»позволяет рационально организовать обучение, предоставить студентам возможность выбора тактики и стратегии в овладении знаниями по изучаемой дисциплине, определить свой рейтинг среди одногрупп- ников.