Transcript Biomechanika

Biomechanika
Bio – mechanika
Mechanika živých systémov – v prípade
vied o športe športovec, jeho pohyb,
pohyb, ktorý vyvoláva (náčinia).
.
Biomechanika - interdisciplinárny
(transdiciplinárny) odbor - mechanická
štruktúra, mechanické správanie,
mechanické vlastnosti živých systémov.
Aplikovaná biomechanika - zameranie
na konkrétnu oblasť - šport.
História biomechaniky
.
Biomechanika
Kinematika – priestorové, časové a časovopriestorové charakteristiky


Dynamika – sily a ich pôsobenie
Štruktúra športového výkonu






faktory
faktory
faktory
faktory
faktory
faktory
somatické
kondičnej pripravenosti
technickej pripravenosti
taktickej pripravenosti
psychickej pripravenosti
teoretickej pripravenosti
Rovnováha
• statická
• dynamická
Rovnovážna poloha
• Stála rovnovážna poloha
• Vratká rovnovážna poloha
• Voľná rovnovážna poloha
Stála rovnovážna poloha
Stabilná
• po vychýlení sa teleso (športovec) vracia
späť do rovnovážnej polohy
• moment tiažovej sily otáča teleso
(športovca) späť do rovnovážnej polohy
Vratká rovnovážna poloha
Labilná
• výchylka sa po vychýlení z rovnovážnej
polohy ešte viac zväčšuje a teleso
(športovec) sa nevráti samo do
rovnovážnej polohy
• pád, prevrátenie
Voľná rovnovážna poloha
Indiferentná
• teleso (športovec) zostáva v novej polohe,
jeho výchylka sa nezväčšuje ani
nezmenšuje
• teleso (športovec) je opäť v rovnovážnej
polohe
Mechanické charakteristiky stability
(rovnováhy)
• plocha opory
• výška ťažiska
• hmotnosť
Miera stability
Stabilita telesa je tým väčšia
• čím väčšiu prácu treba vykonať na
preklopenie telesa (športovca) do vratkej
polohy
• čím väčšia sila je potrebná na preklopenie
telesa (športovca)
Fvz
Fsv, Fop, Ft
Fz, Fp,
Legenda
Fvz – vztlaková sila
Fsv – svalová sila
Ft - trenie
FG - tiaž
Fp – odpor prostredia
Fop – odpor vody
Fz – sila zotrvačnosti
FG, Fsv
Kinematicko-dynamická analýza mikro fázy jazdy vpred proti
vetru d`Alembertovým princípom dynamickej rovnováhy
Fvz + Fp + Fz + Fsv + Fop + Fsv+ FG + Ft = 0
.
• Rýchlosť - presnosť
BIOMECHANIKA
je predmet, vedný odbor, ktorý skúma pohyby človeka z
hľadiska všeobecne platných zákonov mechaniky.
Úlohy biomechaniky (B)
- optimalizácia športového výkonu ŠV
- dosiahnutie maximálneho ŠV
- optimálna športová technika
- maximálne efektívna športová technika
Technika korčuľovania, behu, skoku
Technika pri osobných súbojoch
Technika streľby, úderu, hodu, vrhu
Technika chytania
Prevencia pred zraneniami, vhodná výstroj
(korčule, kopačky, tenisky)
• Mechanika, ktorá je súčasťou biomechaniky, študuje
pohyb telies (alebo hmotných bodov) vzhľadom na iné
telesá. Dráha telesa sa mení (veľkosť i smer), menia
sa uhly, ktoré zvierajú jednotlivé segmenty tela
navzájom i vo vzťahu k iným telesám. Tieto zmeny sa
dejú v priestore. Priestorové i časové a priestorovočasové charakteristiky pohybu nazývame
kinematické charakteristiky.
• Pre popis pohybu hmotného bodu v kinematike
používame sústavu súradníc. Pomocou nich je
následne určená poloha a ostatné charakteristiky
hmotného bodu . Súradnicové osy x, y, z a ich
hodnoty vyjadrujú polohu hmotného bodu.
Smery a roviny
• Jednotlivé smery sa určujú podľa rovín a osí a
•
•
•
vychádzajú zo stredového bodu tela:
priebeh vertikálnej osi v smere od horizontálnej
roviny nahor k lebke (cranium) označujeme ako
kraniálny smer a od horizontálnej roviny nadol
k chvostu (cauda) označujeme ako kaudálny smer
priebeh sagitálnej osi v smere od čelovej roviny
dopredu označujeme ako brušný (ventrálny) smer
a od čelovej roviny dozadu ako chrbtový
(dorzálny) smer
priebeh transverzálnej osi v smere k stredovej
rovine označujeme ako prístredný (mediálny) a
smer od stredovej roviny označujeme ako bočný
(laterálny). Rozlišujeme dva bočné smery – pravý
a ľavý (dexter et sinister)
Picture 5 Length of left and right knee (absolute values)
Picture 6 Velocity of left and right knee (absolute values)
Picture 7 Acceleration of left and right knee (absolute values)
Picture 8 Trajectories of chosen body segments during the successful trial
Picture 9 Angle forhead – center of hips – ball and its changes
Fvz
Fsv, Fop, Ft
Fz, Fp,
Legenda
Fvz – vztlaková sila
Fsv – svalová sila
Ft - trenie
FG - tiaž
Fp – odpor prostredia
Fop – odpor vody
Fz – sila zotrvačnosti
FG, Fsv
Kinematicko-dynamická analýza mikro fázy jazdy vpred proti
vetru d`Alembertovým princípom dynamickej rovnováhy
Fvz + Fp + Fz + Fsv + Fop + Fsv+ FG + Ft = 0
Aristoteles
384 – 322 predn.l
organizmus-mechanický a
riadiaci systém,svaly-pohyb
Leonardo da Vinci
1452 – 1519
gravitačné centrum tela,šlachy prenos sily
Giovanni Alfonso Borelli
1608 – 1679
otec novodobej biomechaniky
gravitácia,pákový mechanizmus
Etienne-Jules Muray
1830 – 1904
vynález chronofotografu
1.moderná analýza pohybu - chôdza
Chronofotograf
Archimedes 287 – 212 pred n.l
(hydromechanika)
Galileo Galilei 1564 – 1642 (izoloval jednotlivé
javy od celku – metodológia výskumu, zákon
zotrvačnosti a zachovania hybnosti)
Isac Newton 1643 - 1727 (3 pohybové zákony:
sily, zotrvačnosti, akcie a reakcie)
Lesgaft 1837 – 1909 (anatómia, abeceda
pohybov)
V Československu:
Stráňai, Čelikovský, Novák, Koniar, Leško,
Baláž
Novodobý svet:
Schnabel, Donskoj, Hochmuth,
Zatsiorskij 1983, Seluyanov 1983, Chandler
1975, Hanavan 1964, Yeadon 1990, Kwon
1991 1993-3D, Jensen 1978, Hatze 1980
Zatsiorskij
Hanavan model
Yeadon model
Paličkový model
– stick diagram
• Oporný a pohybový systém ľudského tela
• Všeobecné znaky ľudského tela
• Ľudské telo je veľmi zložitý pohybový systém tvorený
•
•
subsystémami s diferencovanými funkciami (riadiaci,
oporný, energetický, pohybový, atď.). Celú materiálnu
časť tela človeka tvoria nehomogénne a nepravidelné
tvary, ktoré sú výsledkom ľudského vývinu. Tkanivá,
z ktorých sú tieto systémové a funkčné časti (orgány)
zložené majú rôznu stavbu. Táto sa v priebehu
ľudského života mení. Menia sa tým ich fyzikálne
vlastnosti. K nim patria:
- štruktúrovanosť
- pružnosť a pevnosť
• Celé telo v rámci diferencovanosti pôsobí ako
jeden funkčný homogénny celok. Štruktúra
týchto systémových jednotiek akým sú kosti,
šľachy, svalové vlákna, nervové bunky atď. je
v jednote pôsobenia ako celku.
• Vlastnosti pevnosti a pružnosti sú viazané na
schopnosti tkanív odolávať účinkom
pôsobiacich síl.
• Pevnosť tkaniva je veľkosť odporu, ktorý
kladie proti svojmu porušeniu. Teda pôsobí
vnútornou silou proti vonkajším silám.
• Pružnosť tkaniva je vlastnosťou, ktorá mu
umožňuje návrat do pôvodného stavu.
• Smer pôsobiacich síl určuje i základné triedenie.
Poznáme pevnosť v tlaku, ťahu a krútení.
Pri všetkých druhoch silového pôsobenia je
známy jav medznej sily. Ak je táto väčšia ako
je vnútorné napätie (δ sigma) dochádza
k deformácii tkaniva. Matematicky je vzťah
vyjadrený:
F
δ = ––––––
[N.cm-2]
S
• kde δ je napätie, F pôsobiaca sila, S plocha
prierezu tkaniva.
Pákový systém
Pohyb pákového systému zabezpečujú vonkajšie a vnútorné
svalové sily. Z vonkajších síl pôsobí tiažová sila (FG), ktorá sa
rozkladá na G1 pôsobiacu v predĺžení predlaktia a FG2
pôsobiacu na ňu kolmo. Výslednicou je FG
Momenty tiažovej alebo svalovej sily (FSV, MFG) vznikajú
vtedy, ak sila pôsobí mimo osi otáčania.
MG = G . q
U človeka nachádzame i dvojzvratné páky (hlava s chrbticou).
Ich mechanizmus je zložitejší. Sily pôsobia na oboch stranách
osi a sú spravidla udržiavané v rovnovážnom stave.
Ťažisko – centrum hmoty
• V biomechanických analýzach pohybu
ľudského tela sa stretávame so zjednodušením.
Hmotu celého tela nahradzujeme jedným
hmotným bodom, ktorým je ťažisko. Hmota
tela je pritom zachovaná. Ťažisko sa nazýva i
„centrom hmoty“ alebo „centrom zotrvačnosti“.
Ponechávame mu teda všetky vlastnosti hmoty
V mikroanalýzach pohybu je potrebné poznať
i ťažiská segmentov. To preto, aby bolo možné
posúdiť vplyv pohybu jednotlivých segmentov
v rámci celého tela pri pohybe v priestore.
Preto sú určené i segmentálne ťažiská.
Hmotnosť segmentov tela (m, v):
1.znalosť percentuálneho rozdelenia hmotnosti
2.výpočet Zatsiorskij,Seluyanov 1979
B0, B1, B2
koeficienty
m i = B0 + B1m + B2v
m – v kg
v – v cm
3.antropometrické postupy (podvodné váženie - AZ)