МОДУЛЬ № 2

План

МОДУЛЬ № 1

НАЙВАЖЛИВІШІ НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ СУЧАСНОЇ БІОМЕХАНІКИ

1. Головні поняття біомеханіки. Характеристика розділів.

2. Біомеханічний аналіз. Класифікація кількісних біомеханічних характеристик.

3. Тіло людини, як біомеханічна система.

Література: підручник "Біомеханіка спорту", розділ 1-3.

І. Головні поняття біомеханіки. Характеристика розділів.

Біомеханіка у широкому науковому плані вивчає просторові рухи живих біологічних макро- та мікрооб'єктів. Сучасна біомеханіка розподіляється на загальну та часткову.

Загальна біомеханіка вивчає закономірності будови рухових систем та закономірності їх рухів.

Часткова біомеханіка має конкретний практичний напрям у галузі рухової діяльності людини. На сьогодні вивчаються такі галузі часткової біомеханіки:

1) біомеханіка у фізичній реабілітації та кінезіотерапії;

2) біомеханіка космонавтики та військової справи;

3) ергономічна біомеханіка;

4) дидактична біомеханіка;

5) біомеханіка тренажерів;

6) біомеханіка фізичного виховання та спорту.

1). Біомеханіка у фізичній реабілітації та кінезіотерапії дозволяє покращити відновлення втрачених функцій органів і систем людини завдяки створенню спеціальних програм рухової активності (мал. 1.).

2). Біомеханіка космонавтики та військової справи має за мету зробити якісний відбір по родах військ, поліпшити життєдіяльність людини в умовах космічного корабля та дослідити можливості функціонування організму людини під керуванням свідомості на слідуючих 4-х рівнях:

Мал. 1. Спеціальні програми рухової активності

у фізичній реабілітації

1. Гравітаційний рівень;

2. Рівень органів і систем;

3. Тканевий рівень;

4. Клітинний (біоенергетичному) рівень.

3). Ергономічна біомеханіка вивчає механічну взаємодію людини з навколишнім середовищем, має за мету пристосувати різноманітні спортивні прилади до рухових потреб людини.

4). Дидактична біомеханіка на сьогодні створена як науково-педагогічна дисципліна для викладання у ВНЗ.

Біомеханіка у порівнянні з іншими, молода наука. Перший підручник з біомеханіки вийшов у1970 р. (автори: Д.Д. Донской і В.М. Заціорський). На Україні перший український навчальний посібник «Біомеханіка спорту» вийшов у 2001 році під загальною редакцією професора Лапутіна А.М. (автори: А.М. Лапутін, В.В.Гамалій, О.А. Архипов, В.О. Кашуба,М.О. Носко, Т.О. Хбінець). Перші програми для навчальних закладів створено на Україні в 70-х роках, а вже з 1981р. біомеханіка є обов’язковим фаховим предметом природничо-навчальних дисциплін у ВНЗ.

5). Біомеханіка тренажерів та технічних засобів навчання рухам дозволяє створити якісні технічні засоби завдяки вивченню і порівнянню рухів людини без тренажера та з його використанням створити біомеханічний паспорт тренажера який дає кількісну характеристику рухам на тренажерному пристрої, а також створити умови постійної від’ємної, долаючої механічної роботи.

Останні дослідження дозволяють конструювати тренажерні пристрої за даними його біомеханічного паспорту та по слідуючий класифікації на мал. 2.

6). Біомеханіка спорту та фізичного виховання дозволяє поліпшити якість навчання рухам, та досягти високих спортивних досягнень завдяки методам біомеханіки:

а. біомеханічний аналіз;

б. біомеханічне модулювання;

в. біомеханічне тестування;

г. біомеханічний прогноз.

а. Біомеханічний аналіз.

Головний зміст розділу, як методу наукових досліджень, полягає у тому, що тіло людини розглядається не як матеріальна точка, а як складна біомеханічна система, яка має біоланки, біопари, біоланцюги, які з м'язовою системою та кістковими важелями засновують ОРА, за допомогою якого і виконуються всі рухові дії. Цей напрямок є головним теоретичним розділом, де визначаються головні поняття, кількісні характеристики рухів людини та їх взаємозв'язок.

Головною метою біомеханічного аналізу, як найсучаснішого методу наукових досліджень є визначення впливу головних кількісних біомеханічних характеристик руху, на його ефективність у різних напрямках застосування: в оздоровчому тренуванні; у спортивному тренуванні; у розвитку конкретних рухових якостей; при відновленні після травм; у фізичній реабілітації; у кінезіотерапії.

Біомеханічний аналіз являє собою один із засобів вивчення рухової діяльності людини. Це ефективний логічний прийом вивчення складних і багатомірних систем, за допомогою котрого рухи людини ніби розчленовуються на складові частини (фази), що потім досліджуються диференційовано для більш глибокого їх пізнання як єдиного цілого.

Задачі біомеханічного аналізу:

1. Визначити (виміряти) досліджувані кількісні біомеханічні характеристики (БМХ) рухових дій людини.

2. Виконати біостатичний, біокінематичний, біодинамічний та біоенергетичний аналіз.

3. Визначити за даними БА закон руху (простого чи складного).

Класифікація тренажерів

По призначенню: За структурою:

1. Для удосконалення технічної майстерності:

	Тренажери збільшення і зменшення гравітації		Ергономічні тренажери				Без зворотнього зв`язку

2. Для розвитку рухових якостей:

для розвитку гнучкості

для розвитку витривалості

силові

для розвитку швидкості

З терміновою інформацією  

Без термінової інформації  

3. Для розвитку динамічної рівноваги

Одноконтурні

Багатоконтурні

4. Для тактичної підготовки:

	Відеозапис		Тренажери імітаційного моделювання
			on line (реальний час обробки інформації)		in line (з додатковим часом на обробку інформації)

5. Відновлювальні:

Для відновлення втрачених функцій

Для реабілітації

6. Оздоровчі

Мал. 2. Сучасна класифікація тренажерів.

4. Проаналізувати якість виконаної рухової дії, зробити практичні висновки.

Починається біомеханічний аналіз із вимірювання систем біомеханічних характеристик руху (мал.3). Потім встановлюється закономірності їхніх взаємозв’язків та системоутворюючі елементи руху як цілого. Далі, у разі необхідності, визначається внесок кожного елемента у реалізацію його цільової функції.

У процесі аналізу використовується цілий ряд фундаментальних знань з механіки. До найважливіших із них відносяться насамперед поняття про механічний рух, який вимірюється кількісними біомеханічними характеристиками і аналізується методами: математичної статистики (метод середніх величин, вибірковий метод, кореляційний та регресійний аналізи, однофакорний дисперсійний аналіз); методами кваліметрії (комп’ютерне анкетування, експертиза).

б. Біомеханічне моделювання.

Біомеханічний аналіз заснований на біомеханічних (біостатичних, біокінематичних) моделях тіла людини [М.О. Бернштейн (1947); А.О. Альошинський – В.М. Заціорський (1970- 1982р.) Хатц-Ханаван (1980-1997)]:

1. Модель Бернштейна: 14 сегментів 1947р.- дозволяє вивчити 50% усіх можливих рухів. У тривимірному просторі усі сегменти зображаються як циліндри, а голова і кісті – як кулі.

14 сегментів моделі М.О. Бернштейна:

1. голова; 2. тулуб; 3. праве плече; 4. ліве плече; 5. праве передпліччя; 6. ліве передпліччя; 7. права кість; 8. ліва кість; 9.праве стегно; 10. ліве стегно; 11. права гомілка; 12. ліва гомілка; 13. права стопа; 14. ліва стопа.

2- 3. Модель А.О. Альошинського – В.М. Заціорського (1970- 1982р.): 15 сегментів – тулуб має верхню та нижню частини; 16 сегментів – тулуб має верхню, середню та нижню частини дозволяє вивчити 60 % усіх можливих рухів.

4. Модель Хатца-Ханавана, 1980-1997 р. Має 17 сегментів. Моделюється 70% рухів. Відрізняється від першої моделі тим, що тулуб має один сегмент, і права та ліва лопатки по одному сегменту.

На сьогодні завдяки науково технічному прогресу та застосуванню нових комп’ютерних технологій тіло людини в залежності від складності вивчаємого руху моделюється у тривимірному просторі 32 – 58 сегментами (мал.4):

Мал.4. Модель тіла людини у тривимірному просторі (OXFORD METRICS).

в, г) Біомеханічне тестування, біомеханічний прогноз

Біомеханічний прогноз при моделюванні рухової дії (РД) людини буде виконано у алгоритмі множинного регресійного аналізу другого порядку:

Ŷ= А₀+А_{1 1}+ А_{2 2}+…+ А _{п п} + В_{1 1}²+ В_{2 2}²+…+ В _{п п} ²,

де Ŷ – частковий критерій РД людини (факторна ознака); _п – середні арифметичні біомеханічних перемінних; А₀ – вільний член; А _п – лінійні коефіцієнти регресії; В _п – квадратичні коефіцієнти регресії. У цьому випадку доцільно використовувати певний алгоритм побудови моделі РД людини [Лапутін А.М. (1991), Архипов О.А., Зубрилов Р. О. (1993)].

Пояснення до класифікації кількісних біомеханічних характеристик (мал.3.)

1). Вимірювання часових характеристики рухів

Момент часу – це часова міра положення точки тіла щодо початку відліку. Момент часу (t) визначають проміжком часу до нього від початку відліку. Визначають момент часу не тільки для початку та закінчення руху, але й для інших важливих миттєвих положень: .

Тривалість руху – часова міра, котра вимірюється різницею моментів часу закінчення і початку руху: .

Темп руху – це часова міра їх повторюваності; це кількість рухів, що повторюються за одиницю часу. , де: n-кількість рухів; t-час.

Ритм рухів (часовий) – часова міра співвідношення частин руху; співвідношення фаз руху: , де: t₁, t₂ - час фаз.

2). Вимірювання просторово - часових характеристик рухів:

Швидкість – просторово-часова міра руху точки; векторна величина, що характеризує швидкість руху точки та його напрямок.

, де: S-відстань, t-час подолання відстані.

Швидкість обертального руху – швидкість зміни кутового положення тіла. , де: α-величина кута, t-час.

Лінійне прискорення: , де -тривалість руху, -зміна швидкості.

Прискорення обертального руху:

, де: - зміна величини кута, - проміжок часу.

3). Вимірювання інерційних характеристик:

Момент маси: , де: m - маса тіла, d - плече сили

Момент сили: , де: F – діюча сила, d - плече сили

4).Вимірювання силових характеристик:

Імпульс сили: , де: - максимальна сила, t - час

Градієнт сили: G = F _max / /. де: - максимальна сила, t - час досягнення .

5). Вимірювання енергетичних характеристик:

Механічна робота: A=FS, де: F - діюча сила,, S - переміщення тіла.

Потужність: , де: А - механічна робота, - проміжок часу.

Повна механічна енергія: , де: - потенціальна енергія, E_k кінетична енергія.

Потенціальна енергія: , де: m - маса тіла, g - стала, h - висота ЦМ біоланки.

Кінетична енергія поступального руху: -, де: - половина маси тіла, - квадрат швидкості тіла;

Кінетична енергія обептального руху: , де: I – момент інерції, w – кутова швидкість.

- коефіцієнт рекуперації.

Де: : сумма змін повної механічної енергії.

- сумма змін квазімеханічної (теоретичної, неіснуючої) роботи.

БІОМЕХАНІЧНА КЛАСИФІКАЦІЯ ОПОРНО-РУХОВОГО АПАРАТУ

Дата добавления: 2015-06-04