Ходьба. Требования к обуви
Применительно к ходьбе задача эргономической биомеханики состоит в обеспечении безопасных и комфортных условий передвижения.
Различные участки стопы в разные фазы ходьбы и бега испытывают неодинаковое давление (рис. 23). Типичной для ходьбы является следующая картина: давление, действующее при первом соприкосновении стопы с опорой в области пятки, перемещается в переднем отделе стопы и, достигая максимума в области плюсневых костей, уменьшается при отрыве пальцев от опоры. Центр давления равномерно переходит от боковой стороны пятки к большому пальцу. Средняя частота шагов при естественной ходьбе взрослых мужчин в городских условиях составляет 1,8 Гц, при ходьбе женщин 1,9 Гц, варьируя в довольно широких пределах от 40 до 180 шагов в минуту.
Конструкции для пешего передвижения, например пешеходные мосты, должны иметь полосу собственных частот, выходящую за пределы основных гармоник спектра опорной реакции при ходьбе. В противном случае может
Рис. 23. Распределение нагрузки по стопе при ходьбе
в различное время с момента начала движения
возникнуть опасность резонанса. Это в особенности касается совпадения с частотой первой гармоники.
Из других характеристик ходьбы упомянем ширину постановки стоп. При ходьбе по ровной поверхности она составляет у мужчин 120 мм, у женщин 40 мм. При ходьбе с грузом или по лестнице ширина постановки стоп увеличивается. Это, к сожалению, не всегда учитывается конструкторами.
Нагрузку на ноги можно значительно уменьшить, применяя правильно сконструированную обувь. Можно выделить ряд биомеханических требований к обуви.
Распределение нагрузки по стопе. Одним из объективных критериев рациональной конструкции обуви является относительно равномерное распределение давления на поверхности стопы, т. е. отсутствие чрезмерной концентрации давлении на каких-либо участках.
На распределение нагрузки на участки стопы влияют высота каблука и опорная жесткость обуви.
Высота каблука. Распределение парциальных нагрузок (рис. 24) в здоровой стопе при стоянии примерно соответствует соотношению: задний отдел 56 %, передний отдел 44 %. Подобный уровень нагрузок сохраняется в условиях 8-часового рабочего дня. Применение обуви с различной высотой каблука приводит к перераспределению нагрузок, действующих на передний и задний отделы стопы.
Экспериментами установлено, что пользование обувью с высотой каблука до 50 мм не сопровождается перегрузкой передних отделов. Высота же каблука свыше 50 мм приводит к такой перегрузке, а также изменяет характеристики ходьбы – уменьшается длина шага, угол разворота стоп и др.
Наименьшая активность икроножной и передней большеберцовой мышц
а) б) в)
Рис.24. Распределение парциальных нагрузок:
а - без обуви; б, в - в обуви с различной высотой каблука
зарегистрирована при ходьбе в обуви с высотой каблука 20... 40 мм.
Ходьба на высоких каблуках увеличивает ударную нагрузку на межпозвоночные диски, в особенности при спуске по лестнице, приводит к искривлению поясничного отдела позвоночника.
Опорная жесткость обуви. Под опорной жесткостью понимается способность низа обуви приформовываться к стопе. Известно, что в первые дни носки обуви часто появляются потертости поверхности стопы и ощущения «жжения». В дальнейшем на внутренней поверхности стельки под головками плюсневых костей, пальцами, в области пятки образуются углубления, т. е. создается индивидуальное ложе для стопы, что уменьшает удельное давление, благодаря чему исчезают неприятные ощущения.
В результате экспериментов установлены материалы низа обуви и их сочетания, лучше всего приформовывающиеся к стопе.
Вес обуви - существенный показатель ее свойств, влияющий на комфортные условия передвижения человека. При передвижении в тяжелой обуви затрачивается значительно больше усилий и энергии, чем при передвижении в легкой обуви.
В наибольшей степени на общий вес бытовой обуви влияет вес подошв, каблуков и стелек. Так, вес подошв составляет 15 – 40 %, вес каблуков 8 – 30 %, вес стелек 12 – 20 % общего веса обуви. В процессе носки вес обуви изменяется незначительно.