🗊Презентация Тема1.2. Біомеханічний аналіз

Тема1.2. Біомеханічний аналіз Лектор: канд. наук ФВ і С ГАКМАН Анна Вікторівна

План: Постановка задачі і методика дослідження. Реєстрація характеристик руху а) кінематичних б) динамічних Біомеханічні вимірювальні системи (контактні та безконтактні).

Біомеханічні методи дозволяють одержувати кількісні характеристики рухів і виявляти їхню взаємну залежність. Це забезпечить системний аналіз, а також системний синтез рухів як основний шлях їхнього вивчення.

Задачі біомеханічного дослідження досить різноманітні. Постановка задачі дослідження значною мірою визначає: 1) що вивчати (які залежності); 2) на якому матеріалі (об'єкті) досліджувати; 3) у яких умовах збирати дані; 4) яким способом одержувати й обробляти їх.

Методики дослідження (як комплекси приватних методів) вибирають, виходячи з задачі дослідження. Одні з них одержують тільки розрахунковим способом як вироблені від зареєстрованих основних характеристик (момент інерції, кінетична енергія, робота, у багатьох випадках також швидкість, прискорення і т.д.), інші (частіше просторові, тимчасові і силові характеристики) — шляхом безпосередньої реєстрації.

Спостереження в природних умовах тренування і змагань проводять так, щоб вони не служили перешкодою рухам спортсмена. Спостерігач може користуватися вимірювальними приладами (рулетка, секундомір, оптичні системи спостереження) і фото- і кіноапаратурою. Основна умова зорового або інструментального спостереження — одержання об'єктивних даних, що вимагає невтручання в природний хід рухів.

При проведенні експерименту (наукового досвіду) створюються спеціальні умови, у яких вирішуються поставлені в дослідженні задачі. Можна провести природний експеримент, у якому випробувані будуть знаходитися в строго визначених умовах і при цьому буде забезпечене найменше втручання в його рухи. При цьому спортсмени, оснащені складною апаратурою, можуть показати навіть високий результат.

Той або інший метод дослідження вибирають, виходячи з того, наскільки він забезпечує одержання достовірних і доступних даних. Необхідно, щоб такий метод: а) забезпечував достатню точність вимірів; б) не спотворював рухів, тобто не обтяжував би випробуваного; в) був надійного і зручним для застосування; г) міг застосовуватися в умовах проведення спостережень або експерименту; д) давав матеріал у формі, зручної для обробки; е) був сумісний з іншими необхідними методами і по всіх названих показниках відповідав задачі дослідження.

У біомеханічному дослідженні умовно розрізняють три етапи: 1) реєстрація даних (характеристик); 2) обробка результатів реєстрації; 3) біомеханічний аналіз.

Реєстрація характеристик рухів людини і спонукуваних їм тіл має на меті одержання кількісних даних про досліджувану дію, умови його виконання, його результаті, а також про самого спортсмена. Реєструються як механічні характеристики рухів і навколишніх умов (кінематичної і динамічні), так і характеристики самого спортсмена (наприклад, розміри тіла, функціональні показники). Звичайно реєструються не одиночні характеристики, а їхня сукупність, для чого застосовується не один, а комплекс методів (методика).

Реєстрація характеристик рухів людини і спонукуваних їм тіл має на меті одержання кількісних даних про досліджувану дію, умови його виконання, його результаті, а також про самого спортсмена. Реєструються як механічні характеристики рухів і навколишніх умов (кінематичної і динамічні), так і характеристики самого спортсмена (наприклад, розміри тіла, функціональні показники). Звичайно реєструються не одиночні характеристики, а їхня сукупність, для чого застосовується не один, а комплекс методів (методика).

Біомеханічний аналіз спрямований на встановлення характерних закономірностей, пошуки яких були визначені в задачах дослідження, і на обґрунтування висновків і рекомендацій. Пошуки закономірностей за традицією називають «аналізом». Однак, як відомо, аналіз тісно зв'язаний із синтезом: розчленовування цілого на частині обов'язково доповнюється об'єднанням частин у ціле. Отже, біомеханічний аналіз містить у собі і синтез.

Етапи аналізу рухової діяльності: Вивчення картини зовнішньої рухової діяльності Висування причини, що виникають і змінюють рухи Визначення топографії працюючих м’язів Визначення енергетичних витрат та як доцільно витрачається енергія працюючих м’язів Виявлення оптимальних режимів виконання

При вивченні рухів тіло людини часто умовно беруть за так звану матері­альну точку. Це припустимо тільки у тому випадку, якщо його розмі­ри настільки малі порівняно з відстанню, на котру воно переміщуєть­ся, що ними можна знехтувати. У випадках, коли з будь-яких прак­тичних міркувань розмірами тіла знехтувати неможливо, за матеріаль­ні точки беруть окремі його частини, ланки і розглядають у цьому разі як систему матеріальних точок. Якщо відстань між окремими точка­ми системи не змінюється, її називають матеріальною системою, що не змінюється, або абсолютно твердим тілом.

Абсолютно твердих тіл у природі не існує; деформації притаманні усім без виключення матеріальним тілам з відносним молекулярним рухом. Однак більшість деформацій, у тому числі і у тілі людини, такі малі, що при вивченні її рухів ними можна знехтувати.

Усі рухи людини відбуваються у часі та у просторі. Час береться однаковим у будь-якій точці простору, у будь-якій системі відліку. Під простором, у котрому рухається тіло людини, розуміють евклідів тривимірний простір. При цьому вважається, що маса тіла (кількісна міра інертності її тіла) залишається увесь час незмінною і не залежить від руху.

Біомеханічний аналіз являє собою один із способів вивчення ру­хової діяльності людини. Це ефективний логічний прийом вивчення складних і багатомірних систем, за допомогою котрого рухи людини ніби розчленовуються на складові частини, що потім досліджуються диференційовано для більш глибокого їх пізнання як єдиного цілого. Разом з тим біомеханічний аналіз не зводиться до простого розчлену­вання складних об'єктів, котрі вивчаються, на їхні складові елементи. Біомеханічний аналіз — це тільки початок об'єктивного дослідження руху. За ним іде слідом біомеханічний синтез — моделювання склад­них систем рухів з метою використання їх у різних напрямах медицини, ергономіки та прикладної дидактики рухової діяльності людини.

Біомеханічний аналіз

Механічним рухом людини називається зміна її положення у просторі щодо інших тіл (вибраної системи відліку) з плином часу. Положення будь-якої точки тіла на будь-якій лінії, площині та у просторі визначають відповідно одним, двома й трьома числами -координатами. У зв'язку з тим, що положення тіла людини у будь-який момент часу можна визначити за координатами його точок, то найважливіше завдання біомеханічного аналізу у даному випадку зво­диться до того, щоб знайти координати точок тіла у будь-який мо­мент часу.

Для того щоб визначити рух тіла, необхідно знати його перемі­щення. Переміщенням тіла (матеріальної точки) називається спрямо­ваний відрізок прямої, що з'єднує початкове положення тіла з його наступним положенням. Переміщенням точки задається вектор, що називається вектором переміщення.

При вивченні рухів тіла важливо знати як мінімум дві величини — його переміщення і час, протягом котрого це переміщення відбулося. Довжина переміщення і час виражаються певними числами. Перш ніж робити біомеханічний аналіз, слід виміряти ці характеристики. Для того щоб дослідити рухи людини, вимірюють кількісні показни­ки механічного стану і рухової функції її тіла та самих рухів. Для цьо­го використовують біомеханічні характеристики.

Біомеханічні характеристики рухів тіла людини — це міри меха­нічного стану біосистеми та його зміни (поведінки). Будь-яке об'єк­тивне вивчення рухів тіла на організменому рівні неможливе без дослідження їхніх біомеханічних характеристик. Механічний стан і поведінка кожної біологічної системи, тим більше такої складної, як тіло людини, відрізняється перемінним характером, тому характеристики, що описують її стан, називаються не механічними, а біомеханічними. Ця суттєва особливість дає змогу при вивченні врахо­вувати біологічну специфіку рухів тіла людини як цілісної біологіч­ної системи.

На практиці звичайно використовують біомеханічні характерис­тики двох типів — якісні та кількісні. Якісні характеристики дають змогу розрізняти рухи, принципово різні за типами, видами, біомеха­нічними закономірностями, принципами побудови та особливостями виконання (приклад якісно різних типів рухів — рухи навколо осі та локомоторні рухи). Кількісні характеристики дають змогу розрізняти та співставляти рухи всередині кожного їх типу, виду тощо.

Розділ біомеханічного аналізу — біокінематика (від грецьк. bios — життя, kinematos — рух) вивчає рух живих тіл та біологічних систем. Кінематика — це розділ механіки, що вивчає механічні рухи усіх ма­теріальних тіл у природі.

Існують три способи визначення рухів тіла людини як матеріаль­ної точки: природний, координатний та векторний.

Найзручнішим місцем розміщення центра соматичного коорди­натного тригранника є антропометрична поперекова точка, котра розташована на вершині остистого відростка п'ятого поперекового хребця. У цьому випадку числова координатна вісь Z відповідає нап­рямку істинної вертикалі, осі X та Y розташовуються під прямим ку­том у горизонтальній площині та відповідають сагітальному (F) та фронтальному (X) напрямкам.

Декартова система координат на площині складається з двох вза­ємно перпендикулярних осей — абсциси (X) та ординати (У). Декартовою ж системою координат у просторі вважається впорядкована трійка взаємно перпендикулярних осей координат із одним загальним початком (0) на кожній з них та з одним і тим самим масштабним від­ношенням Для визначення координат будь-якої точки досліджуваних просторових фігур біоланок необхідно застосовувати три числові осі: X (абсциса), Y (ордината) та Z (апліката). При цьому позитивна напіввісь X має сполучатися з позитивною напіввісю Y обертанням на 90° проти годинникової стрілки, якщо дивитися з позитивної напіввісі OZ. У результаті побудови трьох координатних осей у просторі мож­на розрізнити координатні площини, котрі проходять через дві будь-які координатні осі.

Окрім прямокутної декартової координатної системи для визна­чення просторових характеристик тіла людини можна застосовувати так звану косокутну систему координат, у котрій числові осі перети­наються не тільки під прямим кутом. На цьому можливості координатного методу не вичерпуються. У деяких випадках доцільно застосовувати полярну та сферичну системи координат на площині та у просторі. У багатьох випадках до­цільно вводити одночасно прямокутні, полярні та сферичні координатні системи. Це дозволяє розв’язувати різноманітні просторові завдання в антропометрії та біомеханіці.

Отже, у тій або іншій системі відліку усі точки тіла людини можуть бути описані такими біокінематичними характеристиками: 1) траєкторія руху; 2) форма руху; 3) шлях руху; 4) час руху; 5) швидкість руху; 6) прискорення руху.

Домашнє завдання: Гарно підготуватися до модульної роботи! До зустрічі на семінарі. Дякую за увагу.