Модуль № 3 біостатичний аналіз План

1. Зміст поняття вага тіла. Загальний центр маси (ЗЦМ) тіла та центри мас (ЦМ) окремих біоланок.

2. Головні поняття біостатики. Різновиди рівноваги.

3. Теорема ВАРІНЬОНА.

4. Практичне заняття. РГР № 1. Визначення координат ЗЦМ аналітичним методом.

5. Практичне заняття. РГР № 2. Визначення координат ЗЦМ графічним методом.

6. Практичне заняття. РГР №3. Основні критерії стійкості тіла людини та їх вплив на збереження рівноваги.

Література:1. Носко М.О. "Біомеханіка ФВС, підручник.- Київ 2012, с.67-70

2. Носко М.О., Архипов О.А. Біометрія РДЛ. - Київ 2012, с. 23-29, 34-45.

3. підручник: Архипов О.А. «Біомеханічний аналіз».- НПУ, 2010, с. 33-50.

1. Поняття вага тіла витікає з формули P = mg (Н), де m - маса тіла, g - прискорення вільного падіння, g = 9,8 м/с², іншими словами вага тіла - це статична сила, яка давить на підлогу чи підложку, під дією гравітації (сили земного тяжіння).

Під загальним центром мас тіла (ЗЦМ) - розуміється точка докладання рівнодійної всіх діючих сил. У результаті досліджень виявлено, що в основній стійці точка ЗЦМ знаходиться на вершині остистого відростку п'ятого хребця хребта (точка L₅, чи, за новою класифікацією: точка між 20-21 біопарами хребта). При зміні положення тіла, у кожний момент часу, ЗЦМ також змінює своє положення відповідно розташуванню біоланок. Для того, щоб це довести розрахуємо координати ЗЦМ всього тіла у положенні присід у сагітальній площині у РГР № 1, 2.

2. За певних умов тіло людини може зберігати розташування біоланок та всього тіла у просторі. Такі рухи в біомеханіці називають рухами на місці. Якщо всі біоланки зберігають постійні координати, то це означає, що тіло знаходиться у відносно нерухомому стані (біостатична поза тіла). В біомеханіці такі положення вивчають у розділі Біостатика, яку ще називають окремим розділом біомеханіки. Вона базується на основних фундаментальних поняттях теоретичної механіки - статики. В цьому розділі вивчається рівновага тіл, що перебувають під дією системи сил. Під рівновагою прийнято розуміти таке положення тіла, коли сили, що діють на нього зрівноважені. Важливим є той факт, що тіло людини на 80 % від усіх рухів статичних положень (рухів на місці) у кожний момент часу втрачає рівновагу, а потім її встановлює. У теоретичній механіці відомі слідуючи поняття рівноваги:

1 . Стійка рівновага, коли під дією зовнішніх сил тіло буде повертатися в положення рівноваги. Це можливо коли загальний цент мас знаходиться нижче точки опори.

2. Нестійка рівновага, коли під дією зовнішніх сил тіло втрачає рівновагу. Це можливо, коли загальний центр мас знаходиться вище точки опори.

ЗЦМ

3. Байдужа рівновага, коли тіло зберігає рівномірний поступальний рух, а рівнодійна сила зовнішніх сил дорівнює нулю.

4. В біостатичному аналізі тіла людини розглядається 4-й різновид рівноваги - умовно стійка чи умовно нестійка рівновага тіла людини. Це можливо, коли проекція ЗЦМ знаходиться у крайньому положенні площі опори.

S_опори

У такому положенні рівновага тіла людини зберігається завдяки високій міжм'язовій координації, технічній майстерності при виконанні вправ на рівновагу. Головні кількісні критерії контролю визначаються за допомогою стабілографії, їх 3:

1) чим більше час утримання рівноваги (t_ЗЦМ) в заданій біостатичній позі (БП), тим краще розвинений вестибулярний аналізатор, тому t_ЗЦМ → max;

2) чим менше амплітуда коливань ЗЦМ (А_ЗЦМ) у фронтальній та сагітальній площинах, тим краще розвинений вестибулярний аналізатор, тому А_ЗЦМ → min;

3) чим більше частота коливань ЗЦМ (γ_ЗЦМ), або кількість коливань ЗЦМ в одиницю часу у фронтальній та сагітальній площинах, тим краще розвинений вестибулярний аналізатор:

γ_ЗЦМ = n/t (гц) → max.

Сучасні дослідження свідчать про те, що частота коливань ЗЦМ є головним чинником розвитку міжм`язової координації і вестибулярного аналізатору та знаходиться в межах:

• у звичайної людини - 4-6 гц, 4-6 коливань у сек.;

• у спортсменів - 10-12 гц, 10-12 коливань у сек.;

• окремі види спорту - 15-18 гц, 15-18 коливань у сек.;

• акробати-еквілібристи - 20-25 гц, 20-25 коливань у сек.

Іншими словами це означає, що чим більше частота коливань ЗЦМ (γ_ЗЦМ) при виконанні вправ на рівновагу, тим більше разів за одиницю часу тіло людини повертається у положення стійкої рівноваги. Тому ймовірність падіння зменшується і якість виконання вправи висока.

Оскільки тіло людини весь час знаходиться у положенні нестійкої рівноваги, головним завданням біостатики є визначення координат ЗЦМ у кожний момент часу та кількісних критеріїв стійкості.

Біостатика тіла людини базується на 4 аксіомах:

1). Дві сили прикладені до тіла зрівноважуються, якщо вони діють на одній прямій у протилежні боки та рівні за величиною:

F₁

F₂

2). Рівновага не порушиться, якщо до діючої системи тіл додати, або відняти зрівноважену частину тіл.

F₁  F = F₂  F

3 ). Рівнодійна двох сил прикладених до однієї точки і вектори котрих не лежать на одній прямій зображається діагоналлю паралелограма (правило паралелограма).

4). Сили, з котрими два тіла діють одне на одного завжди рівні за величиною та протилежні за напрямком.

F₁ F₂

3. В біостатиці головні методи аналізу засновані на рівновазі важелів, котрі можна виявити в біомеханічній системі ОРА. Зокрема застосовується теорема ВАРИНЬОНА: для умови рівноваги пари сил, які діють на одній прямій, сума їх діючих моментів сил = 0. Момент сили позначається формулою:

M=Fd,

де d – плече сили: відрізок від точки докладання сили до точки опори.

Роздивимося малюнок, де на пряиій зображена діюча пара сил - F₁, F₂, їх плечі - d_1, d₂. Тоді за умов теореми Вариньона рівновага зберігається, коли момент діючих сил рівні, чи їх сума = 0:

М₁=F₁d₁, M₂ =F₂d₂, M₁=M₂:  М_і = 0.

Звідси головним фізичним змістом теореми являється умова: що відношення діючих сил обернено пропорційна їх плечам:

F₁/F₂ = d₂/d₁, F₁ d₁= F₂d₂