Біомеханічний контроль. клінічний аналіз рухів

ПІДРУЧНИК ДЛЯ ВНЗ.

В.І. ДУБРОВСЬКИЙ, В.М. ФЕДОРОВА

Москва

Рецензенти:

доктор біологічних наук, професорА.Г. Максіна; доктор технічних наук, професорВ.Д. Ковальов;

кандидат медичних наук, лауреат Державної премії СРСР

І.Л. Баднін

Малюнки виконані художникомН.М. Замішаєвої

Дубровський В.І., Федорова В.М.

Біомеханіка: Навч. для середовищ, та вищ. навчань, закладів. М.: Вид-во ВЛАДОС-ПРЕС, 2003. 672 с.: іл. ISBN 5-305-00101-3.

Підручник написаний відповідно до нової програми вивчення біомеханіки у вищих навчальних закладах. Велику увагу приділено біомеханічному обґрунтуванню застосування засобів фізичної культури та спорту на прикладі різних видів спорту. Відображено сучасні підходи до оцінки впливу на техніку спортсмена різних фізичних та кліматичних факторів, дана біомеханічна характеристика різних видів спорту. Вперше представлені розділи з медичної біомеханіки, біомеханіці інвалідів-спортсменів, біомеханічному контролю локомоцій та ін.

Підручник адресований студентам факультетів фізичної культури університетів, інститутів фізичної культури та медичних вузів, а також тренерам, спортивним лікарям, реабілітологам, які займаються розробкою та прогнозуванням тренувань, лікуванням та реабілітацією спортсменів та іншим фахівцям.

© Дубровський В.І., Федорова В.М., 2003 © «Видавництво ВЛАДОС-ПРЕС», 2003 © Серійне оформлення обкладинки. ISBN 5-305-00101-3 «Видавництво ВЛАДОС-ПРЕС», 2003

ПЕРЕДМОВА

Будь-яка галузь людських знань, зокрема така дисципліна як біомеханіка, оперує деяким набором вихідних визначень, понять і гіпотез. З одного боку, використовуються фундаментальні визначення математики, фізики, загальної механіки. З іншого біомеханіка базується на даних експериментальних досліджень, найважливішими з яких є оцінка різних видів рухової діяльності людини, управління ними; визначення властивостей біомеханічних систем за різних способів деформування; результати, отримані під час вирішення медико-біологічних завдань.

Біомеханіка знаходиться на стику різних наук: медицини, фізики, математики, фізіології, біофізики, залучаючи до своєї сфери різних фахівців, таких як інженери, конструктори, технологи, програмісти та ін.

Біомеханіка спорту як навчальна дисципліна вивчає як рухи людини у процесі виконання фізичних вправ, під час змагань, так і рухи окремих спортивних снарядів.

Істотне значення у сучасному спорті та фізичній культурі надається механічній міцності, стійкості тканин опорно-рухового апарату, органів, тканин до багаторазових фізичних навантажень, особливо при тренуваннях в екстремальних умовах (середньогір'я, висока вологість, низька та висока температура, гіпотермія, зміна біомів) з урахуванням статури, віку, статі, функціонального стану людини. Всі ці дані можуть бути використані у вдосконаленні методики та техніки виконання тих чи інших вправ та тренувальних систем, а також у вдосконаленні інвентарю, екіпірування та інших факторів.

Фізична культура та спорт у нашій країні в останнє десятиліття втратили свій вплив. Це не сприяє зміцненню здоров'я людини. Це також позначається як зниження здатності протистояти негативним чинникам довкілля.

Значення спорту в усі часи було суттєвим у запобіганні передчасному старінню, у відновленні функціональних можливостей організму після хвороб та травм.

З розвитком науки медицина активно запроваджує її досягнення, розробляючи нові методи лікування, оцінки їхньої ефективності, нові методики діагностики. Це, у свою чергу, збагачує спортивну медицину та фізичну культуру. У цьому підручнику запропоновано знання фізичних основ багатьох питань спортивної медицини, які необхідні викладачеві фізкультури, тренеру, спортивному лікарю, масажисту. Ці знання не менш важливі, ніж знання основ тренувального процесу. Залежно від цього, як розуміється фізична сутність тієї чи іншої напрями спортивної медицини, разом із медичними аспектами можна прогнозувати, дозувати оздоровчий (лікувальний) ефект, і навіть рівень спортивних досягнень.

У лікувальній фізичній культурі застосовуються різні фізичні вправи, що реалізуються у тому чи іншому виді спорту.

У цьому підручнику, порівняно з тими, що раніше вийшли, вперше для біомеханіки спорту викладено матеріал, що показує застосування законів фундаментальної фізики до багатьох конкретних напрямів цієї дисципліни. Розглянуто питання: кінематика, динаміка матеріальної точки, динаміка поступального руху, види сил у природі, динаміка обертального руху, неінерційні системи відліку, закони збереження, механічні коливання, механічні властивості. Представлений великий розділ, що показує фізичні основи впливу різних факторів (механічних, звукових, електромагнітних, радіаційних, теплових), розуміння фізичної сутності яких необхідно для раціонального вирішення багатьох завдань спортивної медицини.

Професор В.І. Дубровський та професор В.М. Федорова крім біомеханічних методів контролю осіб, які займаються фізкультурою та спортом, представили біомеханічні показники в нормі та при патології (травми та захворювання опорно-рухового)апарату, при втомі та ін), а також при тренуванні в екстремальних умовах, у інвалідів-спортсменів та ін.

Багато питань висвітлено авторами з урахуванням розвитку спорту вищих досягнень, інвалідного спорту, біомеханіки спортивної травми, різних вікових періодів розвитку, з урахуванням статури та техніки виконання тих чи інших вправ у різних видах спорту.

У книзі показано основні напрями у розвитку біомеханіки з використанням сучасних методів контролю: стаціонарний та дистанційний контроль за локомоціями; розробка сучасних технологій інвентарю, екіпірування; техніки виконання фізичних вправ у різних видах спорту; контроль за виконанням вправ інвалідами-спортсменами; біомеханічний контроль при травмах та захворюваннях опорно-рухового апарату та ін.

По суті, у кожному розділі підручника автори підкреслюють, що, щоб успішно виступати на змаганнях, спортсмен повинен володіти раціональною технікою виконання вправи, розуміючи його медико-фізичну сутність, має бути оснащений сучасним екіпіруванням, спортінвентарем, має бути добре підготовлений функціонально та здорово.

Особливе місце у підручнику відведено впливу інтенсивних фізичних навантажень на структурні (морфологічні) зміни у тканинах опорно-рухового апарату, якщо недосконала техніка виконання фізичних вправ і її корекції. Зазначено, що реакція тканин ОДА на фізичні навантаження багато в чому залежить від техніки виконання вправ, статури, віку, функціонального стану, клімато-географічних факторів тощо.

Автори приділяють велику увагу можливостям використання математичних і фізичних моделей як для різних вправ, так і для окремих ділянок і систем організму людини, зокрема, спортсмена, а також тіла в цілому, для прогнозування реакцій організму на фізичні навантаження та різні несприятливі фактори впливу зовнішнього середовища. . Статура, вік важливі для розрахункової та модельної оцінки меж переносимості цих впливів з урахуванням різноманітних додаткових факторів.

У нас в країні і за кордоном досі немає підручника, де були б систематизовані матеріали як з теоретичних фізико-математичних основ біомеханіки спорту, так і з біомеханіки в нормі та при патології, з урахуванням віку, статі, статури та функціонального стану осіб, що займаються фізкультурою та спортом. Особливо це важливо при зайнятті спортом вищих досягнень, де вимоги до техніки виконання вправ є винятковими, і найменші відхилення ведуть до травматизму, іноді до інвалідності, зниження спортивних результатів.

Підручник «Біомеханіка» відповідає сучасним вимогам до підручників з медико-біологічних дисциплін, єдиним для педагогічних, медичних вузів та інститутів фізичної культури.

Велика кількість інформаційних таблиць, малюнків, схем, однотипний і чіткий поділ матеріалу по структурі в кожному розділі, виділені лаконічні визначення роблять матеріал, що викладається дуже наочним, цікавим, легко сприйманим і запам'ятовується.

Цей підручник дозволить студентам, тренерам, лікарям, методистам ЛФК, викладачам фізкультури краще пізнати основи спортивної біомеханіки, спортивної медицини, лікувальної фізкультури, а отже, успішно та активно використовувати їх у своїй роботі. Цей підручник може бути рекомендований знавцям прикладної механіки, що спеціалізуються на біомеханіці.

Завідувач кафедри теоретичної механіки Пермського державного технічного університету,

доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки Російської Федерації

Ю.І. Няшин

ВСТУП

Біомеханіка рухів людини є однією з частин загальної дисципліни, коротко званої «біомеханіка».

Біомеханіка - це розділ біофізики, в якому вивчаються механічні властивості тканин, органів і систем живого організму та механічні явища, що супроводжують процеси життєдіяльності. Користуючись методами теоретичної та прикладної механіки, ця наука досліджує деформацію структурних елементів тіла, перебіг рідин та газів у живому організмі, рух у просторі частин тіла, стійкість та керованість рухів та інші питання, доступні зазначеним методам. На основі цих досліджень можуть бути складені біомеханічні характеристики органів та систем організму, знання яких є найважливішою передумовою вивчення процесів регуляції. Облік біомеханічних показників дає можливість будувати припущення структурі систем, управляючих фізіологічними функціями. До останнього часу основні дослідження в галузі біомеханіки були пов'язані з вивченням рухів людини та тварин. Проте сфера застосування цієї науки прогресивно розширюється; зараз вона включає також вивчення дихальної системи, системи кровообігу, спеціалізованих рецепторів і т. д. Цікаві дані отримані при вивченні еластичного і нееластичного опору грудної клітини, рухів газів через дихальні шляхи. Робляться спроби узагальненого підходу до аналізу руху крові з позицій механіки суцільних середовищ, зокрема, вивчаються пружні коливання судинної стінки. Доведено також, що з погляду механіки структура судинної системи є оптимальною для виконання своїх транспортних функцій. Реологічні дослідження у біомеханіці виявили специфічні деформаційнівластивості багатьох тканин тіла: експоненційну нелінійність зв'язку між напруженнями та деформаціями, суттєву залежність від часу тощо. буд. та ін.). Особливо плідно застосовується класична механіка твердого тіла до вивчення рухів людини. Часто під біомеханікою розуміють саме це її застосування. При вивченні рухів біомеханіка використовує дані антропометрії, анатомії, фізіології нервової та м'язової систем та інших біологічних дисциплін. Тому часто, можливо, у навчальних цілях, біомеханіку ОДА включають його функціональну анатомію, а іноді і фізіологію нервово-м'язової системи, називаючи це об'єднаннякінезіологією.

Кількість керуючих впливів у нервово-м'язовій системі величезна. Тим не менш, нервово-м'язова система має дивовижну надійність і широкі компенсаторні можливості, здатність не тільки багаторазово повторювати одні і ті ж стандартні комплекси рухів (синергії), але і виконувати стандартні довільні рухи, спрямовані на досягнення певних цілей. Крім здатності організувати і активно заучувати необхідні рухи, нервово-м'язова система забезпечує пристосовність до умов навколишнього і внутрішнього середовища організму, що швидко змінюються, змінюючи стосовно цих умов звичні дії. Ця варіативність має як пасивний характер, але має рисами активного пошуку, здійснюваного нервової системою, коли вона домагається найкращого рішення поставлених завдань. Перераховані здібності нервової системи забезпечуються переробкою в ній інформації про рухи, яка надходить по зворотним зв'язкам, утвореним сенсорною аферентацією. Діяльність нервово-м'язової системи відображається у тимчасовій, кінематичній та динамічній структурах руху. Завдяки цьому відображенню стає можливим, спостерігаючи механіку, отримати інформацію про регуляцію рухів та її порушення. Такою можливістю широко користуються при діагностиці захворювань, у нейрофізіологічних дослідженнях за допомогою спеціальних тестів при контролі рухових навичок та навченості інвалідів, спортсменів, космонавтів та інших випадках.

Глава 1 ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ БІОМЕХАНІКИ

Біомеханіка одна з найстаріших гілок біології. Її витоками були роботи Аристотеля та Галена, присвячені аналізу рухів тварин та людини. Але тільки завдяки роботам одного з найблискучіших людей епохи Відродження Леонардо да Вінчі (14521519) біомеханіка зробила свій наступний крок. Леонардо особливо цікавився будовою людського тіла (анатомією) у зв'язку з рухом. Він описав механіку тіла при переході зі становища сидячи до положення стоячи, при ходьбі вгору і вниз, при стрибках і, мабуть, вперше дав опис ходи.

Р. Декарт (1596?1650) створив основу рефлекторної теорії, показавши, що причиною рухів може бути конкретний фактор довкілля, що впливає на органи почуттів. Цим пояснювалося походження мимовільних рухів.

Надалі великий вплив на розвиток біомеханіки надав італієць Д. Бореллі (1608 1679) лікар, математик, фізик. У своїй книзі «Про рух тварин» по суті він започаткував біомеханіку як галузі науки. Він розглядав організм людини як машину та прагнув пояснити дихання, рух крові та роботу м'язів з позицій механіки.

Біологічна механіка як наука про механічний рух у біологічних системах використовує як методичний апарат принципи механіки.

Механіка людиниє новий розділ механіки, що вивчає цілеспрямовані рухи людини.

Біомеханіка Це розділ біології, що вивчає механічні властивості живих тканин, органів і організму в цілому, а також механічні явища, що відбуваються в них (при русі, диханні і т. д.).

Леонардо ДО Вінчі І.П. Павлов

П.Ф. Лесгафт Н.Є. Введенський

Перші кроки у докладному вивченні біомеханіки рухів були зроблені лише наприкінці XIX століття німецькими вченими Брауном та Фішером(V. Braune, О. Fischer), які розробили досконалу методику реєстрації рухів, детально вивчили динамічну сторону переміщень кінцівок та загального центру тяжкості (ОЦТ) людини за нормальної ходьби.

К.Х. Кекчеєв (1923) вивчав біомеханіку патологічних ходів, використовуючи методику Брауна та Фішера.

П.Ф. Лесгафтом (1837?1909) створена біомеханіка фізичних вправ, розроблена на основі динамічної анатомії. У 1877 р. П.Ф. Лесгафт почав читати лекції з цього предмета на курсах з фізичного виховання. В Інституті фізичної освіти ім. П.Ф. Лесгафта цей курс входив у предмет «фізична освіта», а 1927 р. був виділений у самостійний предмет під назвою «теорія руху» і в 1931 р. перейменований на курс «Біомеханіка фізичних вправ».

Великий внесок у пізнання взаємодії рівнів регуляції рухів зробив Н.А. Бернштейн (1880? 1968). Їм надано теоретичне обґрунтування процесів управління рухами з позицій загальної теорії великих систем. Дослідження Н.А. Бернштейна дозволили встановити надзвичайно важливий принцип управління рухами, загальновизнаний нині. Нейрофізіологічні концепції Н.А. Бернштейна стали основою формування сучасної теорії біомеханіки рухів людини.

Ідеї ​​Н.М. Сєченова про рефлекторну природу управління рухами шляхом використання чутливих сигналів, що отримали розвиток у теорії Н.А. Бернштейна про кільцевий характер процесів управління.

B.C. Гурфінкель та інших. (1965) клінічно підтвердили цей напрям, виявили принцип синергії у створенні роботи скелетної мускулатури при регуляції вертикальної пози, а Ф.А. Северин та ін. (1967) отримали дані про спінальні генератори (мотонейрони) локомоторних рухів. R. Granit (1955) з позиції нейрофізіології дав аналіз механізмів регулювання рухів.

R. Granit (1973) зазначив, що організація відповідей на виході в кінцевому рахунку визначається механічними властивостями рухових (моторних) одиниць (ДЕ) та специфічною ієрархією процесів активації включенням повільних або швидких ДЕ, тонічних або фазічних мотонейронів, альфа-моторного або альфа-гамма-контролю .

Н.А. Бернштейн А.А. Ухтомський

І.М. Сєченов А.М. Хрестовників

Великий внесок у біомеханіку спорту зробили RG. Osterhoud (1968); Т. Duck (1970), RM. Brown; J.E. Counsilman (1971); S. Plagenhoef (1971); C.W.Buchan (1971); Dal Monte та ін. (1973); M. Saito та ін. (1974) та багато інших.

В Україні вивчення координації рухів людини ведеться з двадцятих років XX сторіччя. Проводились дослідження всієї біомеханічної картини координаційної структури довільних рухів людини з метою встановлення загальних закономірностей, що визначають як центральну регуляцію, так і діяльність м'язової периферії у цьому найважливішому життєвому процесі. З тридцятих років XX століття в інститутах фізкультури в Москві (Н.А. Бернштейн), у Ленінграді (Є.А. Котикова, Є.Г. Котельникова), у Тбілісі (Л.В. Чхаїдзе), у Харкові (Д.Д. Донською) та інших містах почала розвиватися наукова робота з біомеханіки. У 1939 р. вийшов навчальний посібник Є.А. Котиковій «Біомеханіка фізичних вправ» і в наступні роки до підручників та навчальних посібників став входити розділ «Біомеханічне обґрунтування спортивної техніки з різних видів спорту».

З біологічних наук у біомеханіці найбільше використовувалися наукові дані з анатомії та фізіології. У наступні роки великий вплив на становлення та розвиток біомеханіки як науки надали динамічна анатомія, фізика та фізіологія, особливо вчення про нервизм І.П. Павлова та про функціональні системи П.К. Анохіна.

Великий внесок у вивчення фізіології рухового апарату зробив Н.Є. Введенський (1852?1922). Їм виконані дослідження процесів збудження та гальмування в нервовій та м'язовій тканинах. Його роботи про фізіологічну лабільність живих тканин та збудливих систем, про парабіоз мають велике значення для сучасної фізіології спорту. Велику цінність становлять також його роботи щодо координації рухів.

За визначенням А.А. Ухтомського (1875?1942), біомеханіка досліджує «як отримана механічна енергія руху і напруги може придбати робоче застосування». Їм показано, що сила м'язів за інших рівних умов залежить від поперечного перерізу. Чим більший поперечний переріз м'яза, тим більше він може підняти вантаж. А.А. Ухтомський відкрив найважливіше фізіологічне явище – домінанту у діяльності нервових центрів, зокрема, при рухових актах. Велике місце у його роботах відведено питанням фізіології рухового апарату.

Питання фізіології спорту розробляв О.М. Хрестовиків (1885?1955). Вони пов'язані з з'ясуванням механізму м'язової діяльності, зокрема, координації рухів, формування рухових умовних рефлексів, етіології втоми при фізичній діяльності та іншими фізіологічними функціями під час виконання фізичних вправ.

М.Ф. Іваницький (1895?1969) розробив функціональну (динамічну) анатомію стосовно завдань фізкультури та спорту, тобто визначив зв'язок анатомії з фізкультурою.

Успіхи сучасної фізіології та, насамперед, праці академіка П.К. Анохіна дали з позиції функціональних систем по-новому поглянути на біомеханіку рухів.

Все це дало можливість узагальнити фізіологічні дані з біомеханічними дослідженнями та підійти до вирішення важливих питань біомеханіки рухів у сучасному спорті, спорті найвищих досягнень.

У середині XX століття вчені створили протез руки, керований електричними сигналами, що надходять з нервової системи. У 1957 р. у нас в країні була сконструйована модель руки (пензля), яка виконувала біоелектричні команди типу «стиснути розтиснути», а в 1964 створений протез із зворотним зв'язком, тобто протез, від якого безперервно надходить в ЦНС інформація про силу стиснення або розтискання пензля, про напрям руху руки і тому подібні ознаки.

П.К. Анохін

Американські фахівці(E.W. Schrader та ін, 1964) створили протез ноги, ампутованої вище коліна. Була виготовлена ​​гідравлічна модель колінного суглоба, що дозволяє досягти природної ходьби. Конструкція передбачає нормальну висоту підйому п'яти та витягування ноги при її відведенні незалежно від швидкості ходьби.

Бурхливий розвиток спорту СРСР послужило основою розвитку біомеханіки спорту. З 1958 р. у всіх інститутах фізичної культури біомеханіка стала обов'язковою навчальною дисципліною, створювалися кафедри біомеханіки, розроблялися програми, видавалися навчальні посібники, підручники, проводились науково-методичні конференції, готувалися спеціалісти.

Як учбовий предмет біомеханіка виконує кілька ролей. По-перше, з її допомогою студент вводиться в коло найважливіших фізико-математичних понять, які необхідні для розрахунків швидкості, кутів відштовхування, маси тіла, розташування ОЦТ та його ролі у техніці виконання спортивних рухів. По-друге, ця дисципліна має самостійне застосування у спортивній практиці, тому що представлена ​​в ній система рухової діяльності з урахуванням віку, статі, маси тіла, статури дозволяє виробити рекомендації для роботи тренера, вчителя фізкультури, методиста лікувальної фізкультури та ін.

Біомеханічні дослідження дозволили створити новий тип взуття, спортивного інвентарю, обладнання та техніки управління ними (велосипеди, гірські та стрибкові лижі, гоночні лижі, човни для веслування та багато іншого).

Вивчення гідродинамічних характеристик риб та дельфінів дало можливість створити спеціальні костюми для плавців, змінити техніку плавання, що сприяло підвищенню швидкості плавання.

Біомеханіку викладають у вищих фізкультурних навчальних закладах у багатьох країнах світу. Створено міжнародне товариство біомеханіків, проводяться конференції, симпозіуми, конгреси з біомеханіки. При Президії Російської академії наук створено наукову Раду з проблем біомеханіки із секціями, що охоплюють проблеми інженерної, медичної та спортивної біомеханіки.

Глава 2 ТОПОГРАФІЯ ТІЛА ЛЮДИНИ. ЗАГАЛЬНІ ДАНІ ПРО ТІЛО ЛЮДИНИ

Тіло людини є з погляду механіки об'єкт найбільшої складності. Воно складається з частин, які з великим ступенем точності можна вважати твердими (скелет) і деформованих порожнин (м'язи, судини та ін.), причому в цих порожнинах містяться текучі і фільтруючі середовища, що не мають властивостей звичайних рідин.

Тіло людини в загальних рисах зберігає будову, властиву всім хребетним: двополярність (головний та хвостовий кінці), двосторонню симетрію, переважання парних органів, наявність осьового скелета, збереження деяких (реліктових) ознак сегментарності (метамерії) і т. п. (рис. 2.1 ).

До інших морфофункціональних особливостей тіла людини належать: високополіфункціональна верхня кінцівка; рівний ряд зубів; розвинений головний мозок; прямоходіння; пролонговане дитинство та ін.

В анатомії прийнято вивчати тіло людини у вертикальному положенні із зімкнутими нижніми та опущеними верхніми кінцівками.

У кожній частині тіла виділяють області (рис. 2.2, а, б) голови, шиї, тулуба та двох пар верхніх та нижніх кінцівок (див. рис. 2.1,6).

Рис. 2.1. Сегментарний поділ спинного мозку. Формування сплетень із корінців мозку (а). Сегментарна інвервація органів та функціональних систем (б)

На тулубі людини позначають два кінці черепної, або краніальний і хвостовий, або каудальний і чотири поверхні черевну, або вентральну, спинну, або дорсальну і дві бічних праву і ліву (рис. 2:3).

На кінцівках визначають по відношенню до тулуба два кінці: проксимальний, тобто ближчий і дистальний, тобто віддалений (див. рис. 2.3).

Осі та площині

Тіло людини побудоване на кшталт двосторонньої симетрії (воно ділиться серединною площиною на дві симетричні половини) і характеризується наявністю внутрішнього скелета. Усередині тіла спостерігається розчленування наметамери, або сегменти, тобто утворення однорідні за будовою та розвитком, розташовані в послідовному порядку, у напрямку поздовжньої осі тіла (наприклад, м'язові, нервові сегменти, хребці тощо); центральна нервова система лежить ближче до спинної поверхні тулуба, травна – до черевної. Як і всі ссавці, людина має молочні залози та покриту волоссям шкіру, порожнину його тіла розділена діафрагмою на грудний та черевний відділи (рис. 2.4).

Рис. 2.2. Області тіла людини:

а передня поверхня: 7 тім'яна область; 2 лобова область; 3 ¦ область очниці; 4 ¦ область рота; 5 | підборідна область; б передня область шиї; 7 латеральна область шиї; 8 - область ключиці; 9 | долоня кисті; 10 передня область передпліччя; 11 передня ліктьова область; 12 задня область плеча; 13 пахвова область; 14 грудна область; 15 підреберна область; 16 надчеревна область; 17 пупкова область; 18 бічна область живота; 19 пахова область; 20 лобкова область; 21 медіальна область стегна; 22 передня область стегна; 23 передня область коліна; 24 передня область гомілки; 25 задня область гомілки; 26 передня гомілковостопна область; 27 Тил стопи; 28 область п'яти; 29 тил кисті; 30 передпліччя; 31 задня область передпліччя; 32 задня ліктьова область; 33 задня область плеча; 34 задня область передпліччя; 35 область молочної залози; 36 дельтовидна область; 37 - ключично-грудний трикутник; 38 ¦ підключична ямка; 39 грудино-ключично-соскоподібна область; 40 область носа; 41 ¦ скронева область.

Рис. 2.3. Взаємне становище частин у людському тілі

б ¦ задня поверхня: 1 тім'яна область; 2 скронева область; 3 лобна область; 4 ¦ область очниці; 5 ? вилицька область; б щкова область; 7 ¦ піднижньощелепний трикутник; 8 грудино-ключично-соскоподібна область; 9¦акроміальна область; 10 міжлопаткова область; 11 Лопаткова область; 12 дельтоподібна область; 13 бічна грудна область; 14 задня область плеча; 15 підреберна область; 16 задня ліктьова область; 17 задня область передпліччя; 18 передня область передпліччя; 79 | долоня кисті; 20 область п'яти; 21 - підошва стопи; 22 тил стопи; 23 передня область гомілки; 24 задня область гомілки; 25 задня область коліна; 26 задня область стегна; 27 задніпрохідна область; 28 сіднична область; 29 крижова область; 30 Бічна область живота; 31 - поперекова область; 32 - підлопаткова область; 33 хребетна область; 34 задня область плеча; 35 ¦ задня ліктьова область; 36 задня область передпліччя; 37 тил кисті; 38 передня область плеча; 39 надлопаткова область; 40 задня область шиї; 41 потилична область

Рис. 2.4. Порожнини тіла

Рис. 2.5. Схема осей та площин у тілі людини:

1 | вертикальна (поздовжня) вісь;

2 фронтальна площина; 3 горизонтальна площина; 4 поперечна вісь; 5 сагітальна вісь; 6 Сагітальна площина

Щоб краще орієнтуватися щодо взаємного становища частин у тілі, виходять із деяких основних площин і напрямів (рис. 2.5). Терміни "верхній", "нижній", "передній", "задній" відносяться до вертикального положення тіла людини. Площина, що ділить тіло у вертикальному напрямку на дві симетричні половини, називаєтьсясерединний. Площини, паралельні серединній, називаютьсясагіттальними (лат. sagitta стріла); вони ділять тіло на відрізки, розташовані у бік праворуч наліво. Перпендикулярно до серединної площини йдутьфронтальні, тобто паралельні лобі(фр. front лоб) площини; вони розтинають тіло на відрізки, розташовані у напрямку спереду назад. Перпендикулярно серединній та фронтальній площині проводятьсягоризонтальні, або поперечні площини, що поділяють тіло на відрізки, розташовані один над одним. Сагітальних (за винятком серединної), фронтальних та горизонтальних площин можна провести довільну кількість, тобто через будь-яку точку поверхні тіла чи органа.

Термінами «медіально» та «латерально» користуються для позначення частин тіла по відношенню до серединної площини: medialis ¦ що знаходиться ближче до серединної площини, lateralis Далі від неї. З цими термінами не треба змішувати терміни «внутрішній» interims і «зовнішній» externus, які використовуються лише по відношенню до стінок порожнин. Слова «черевний» ventralis, «спинний» dorsalis, «правий» dexter, «лівий» sinister, «поверхневий» superficial, «глибокий» profundus не потребують пояснення. Для позначення просторових відносин на кінцівках прийнято терміни«proximalis» та «distalis», тобто знаходиться ближче і далі від місця з'єднання кінцівки з тулубом.

Для визначення проекції внутрішніх органів проводять ряд вертикальних ліній: передню і задню серединні відповідно перерізам серединної площини; праву та ліву грудинні по бокових краях грудини; праву і ліву серединноключичні через середину ключиці; праву і ліву навкологрудинні посередині між грудиною і серединноключичною; праву і ліву передньопідкрилкові відповідно передньому краю підкрилкової ямки; праву і ліву серединнопідкрильцеві, що виходять із глибини однойменної ямки; праву і ліву задньопідкрильцеві відповідно задньому краю підкрильцевої ямки; праву та ліву лопаткові через нижній кут лопатки; праву і ліву навколохребетні посередині між лопатковою і задньою серединною лініями (відповідає верхівкам поперечних відростків).

Короткі дані про центр тяжкості тіла людини

Функція нижніх кінцівок людини, якщо виключити багато фізичних вправ, визначається головним чином опорою (становище стоячи) та локомоцією (ходьба, біг). І в тому, і в іншомуУ разі функцію нижніх кінцівок, на відміну верхніх, має значний вплив загальний центр тяжкості (ОЦТ) тіла людини (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Розташування загального центру тяжіння за різних видів стояння: 1 | при напруженому; 2 при антропометричному; 3 | при спокійному

У багатьох завданнях механіки зручно і допустимо розглядати масу якогось тіла так, ніби вона сконцентрована в одній точці центру тяжіння (ЦТ). Оскільки ми маємо аналізувати сили, що діють на тіло людини під час виконання фізичних вправ і стоячи (спокій), нам слід знати, де знаходиться ЦТ у людини в нормі та при патології (сколіоз, коксартроз, ДЦП, ампутації кінцівки та ін.).

У загальній біомеханіці важливим є вивчення розташування центру тяжкості (ЦТ) тіла, його проекції на площу опори, а також просторового співвідношення між вектором ЦТ та різними суглобами (рис. 2.7). Це дозволяє вивчати можливості блокування суглобів, оцінити компенсаторні, пристосувальні зміни в опорно-руховому апараті (ОДА). У дорослих чоловіків (в середньому) ОЦТ розташовується на 15 мм позаду передньо-нижнього краю тіла V поперекового хребця. У жінок ЦТ у середньому розташовується на 55 мм спереду від передньо-нижнього краю I крижового хребця (рис. 2.8).

У фронтальній площині ОЦТ незначно (на 2,6 мм у чоловіків та на 1,3 мм у жінок) зміщений вправо, тобто права нога приймає дещо більше навантаження, ніж ліва.

Рис. 2.7. Види положення тіла людини стоячи: 1 | антропометричне положення; 2 спокійне становище; 3 напружене положення: Кухоль з точкою в центрі, що знаходиться в області тазу, показує положення загального центру тяжіння тіла; в області голови - положення центру тяжкості голови; в області кисті положення загального центру тяжкості пензля. Чорні точки показують поперечні осі суглобів верхньої та нижньої кінцівок, а такж атланто-потиличного суглоба

Рис. 2.8. Розташування центру

тяжкості (ЦТ): а в чоловіків; б у жінок

Загальний центр тяжкості (ОЦТ) тіла складається із центрів тяжкості окремих частин тіла (парціальні центри тяжкості) (рис. 2.9). Тому при рухах та переміщенні маси частин тіла переміщається і загальний центр тяжіння, але для збереження рівноваги його проекція не повинна виходити за межі площі опори.

Рис. 2.9. Розташування центрів тяжкості окремих частин тіла

Рис. 2.10. Положення загального центру тяжкості тіла: а у чоловіків однакового росту, але різної статури; б) у чоловіків різного зростання; у чоловіків і жінок

Висота положення ОЦТ у різних людей значно варіює в залежності від цілого ряду факторів, до яких в першу чергу належать стать, вік, статура тощо (рис. 2.10).

У жінок ОЦТ зазвичай "має трохи нижче, ніж у чоловіків (див. рис. 2.8).

У дітей раннього віку ОЦТ тіла розташоване вище, ніж у дорослих.

При зміні взаємного розташування частин тіла проекція його ОЦТ також змінюється (рис. 2.11). Змінюється у своїй і стійкість тіла. У практиці спорту (навчання вправ і тренування) і під час виконання вправ лікувальної гімнастики це дуже важливий, оскільки за більшої стійкості тіла можна виконувати руху з більшою амплітудою без порушення рівноваги.

Рис. 2.11. Положення загального центру тяжкості за різних положень тіла

Стійкість тіла визначається величиною площі опори, висотою розташування ОЦТ тіла та місцем проходження вертикалі, опущеної з ОЦТ, усередині площі опори (див. рис. 2.7). Чим більша площа опори і чим нижче розташований ОЦТ тіла, тим більша стійкість тіла.

Кількісним виразом ступеня стійкості тіла у тому чи іншому положенні єкут стійкості(УУ). УУ називається кут, утворений вертикаллю, опущеною з ОЦТ тіла та прямою, проведеною з ОЦТ тіла до краю площі опори (рис. 2.12). Чим більший кут стійкості, тим більший ступінь стійкості тіла.

Рис. 2.12. Кути стійкості приРис. 2.13. Плечі сили тяжіння по

виконанні вправи «шпагат»: по відношенню до поперечних осей

а кут стійкості назад; обертання в тазостегновому, колінному

р кут стійкості вперед; та гомілковостопному суглобах опорної

Р сила тяжіння ноги ковзаняра

(за М.Ф. Іваницьким)

Вертикаль, опущена з ОЦТ тіла, проходить певній відстані від осей обертання суглобів. У зв'язку з цим сила тяжіння в будь-якому положенні тіла має по відношенню до кожного суглоба певниймомент обертання,рівний добутку величини сили тяжіння на її плече.Плечем сили тяжінняє перпендикуляр, проведений із центру суглоба до вертикалі, опущеної з ОЦТ тіла (рис. 2.13). Чим більше плече сили тяжкості, тим більший момент обертання має по відношенню до суглоба.

Маса частин тіла визначається у різний спосіб. Якщо в різних людей абсолютна маса частин тіла значно відрізнятиметься, то відносна маса, виражена у відсотках, досить постійна (див. табл. 5.1).

Дуже велике значення мають дані про масу частин тіла, а також про розташування парціальних центрів тяжкості та моментів інерції в медицині (для конструювання протезів, ортопедичного взуття тощо) та у спорті (для конструювання спортивного інвентарю, взуття тощо). ).

Організм, орган, система органів, тканини

Організмом називається всяка жива істота, основними властивостями якої є: постійний обмін речовин та енергії (всередині себе та з навколишнім середовищем); самооновлення; рух; дратівливість та реактивність; саморегулювання; зростання та розвиток; спадковість та мінливість; пристосовність до умов існування. Чим складніше влаштований організм, тим більшою мірою він зберігає сталість внутрішнього середовища гомеостаз (температура тіла, біохімічний склад крові та ін.) незалежно від умов зовнішнього середовища.

Еволюція відбувалася під знаком двох протилежних тенденцій: диференціації, або поділу тіла на тканини, органи, системи (з відповідним та одночасним поділом та спеціалізацією функцій), та інтеграції, чи об'єднання частин у цілісний організм.

органом називають більш менш відособлену частину організму (печінка, нирка, око і т. д.), що виконує одну або кілька функцій. В освіті органу беруть участь різні за будовою та фізіологічною роллю тканини, що виникли протягом тривалої еволюції як сукупність пристосувальних механізмів. Одні органи (печінка, підшлункова залоза та ін) мають складну будову, причому кожен їх компонент виконує свою функцію. В інших випадках складові той чи інший орган (серце, щитовидна залоза, нирка, матка та ін) клітинні структури підпорядковані виконанню єдиної складної функції (кровообіг, сечовиділення та ін).

Для точної оцінки рухів людини використовують вимірювальну апаратуру. Вимірювальні прилади повинні відповідати вимогам точності, стабільності, стійкості, ізоляції струмопровідних частин та механічної добротності.

Всі вимірювальні системи включають датчики біомеханічних характеристик з підсилювачами і перетворювачами, канали зв'язку і реєструючий пристрій (що запам'ятовує і відтворює).

Рис.2. Схема складу вимірювальної системи.

Датчик- Перша ланка вимірювальної системи, що сприймає зміни показника. Закріплюється на тілі людини або поза нею.

Датчик, закріплений на тілі людини, повинен мати мінімальну вагу та не обмежувати рухи. Це, наприклад, маркери суглобів, електроміографічні електроди, датчики суглобового кута чи прискорення. Датчики також розміщують на інвентарі, снарядах, покриттях, на яких виконується вправа

Підсилювачхарактеризується коефіцієнтом посилення.

Інформація від датчиків передається по телеметричному каналу.

Зареєструвати інформаціюможна (результат реєстрації – графік, магнітна стрічка):

а) індикатори (теплові, світлові, хімічні);

б) лічильники (механічні, електронні та ін.);

в) самописці (пір'яні, струменеві, теплові);

г) осцилографи (шлейфні та електронні).

Метод тензодинамометрії(Сконструйований А.Б. Абалаковим) дозволяє зареєструвати та виміряти зусилля, що розвиваються спортсменом при виконанні різних фізичних вправ. Спортсмен має механічний вплив на снаряди та покриття, які в результаті цього деформуються. Величину деформації можна зареєструвати за допомогою тензодатчиків наклеєних на пружний елемент.

Використовують дротяні, фольгові та напівпровідникові тензодатчики. Для вимірювання трьох складових зусилля їх наклеюють на три перпендикулярні взаємно площині. Як вимірювальний і реєструючий пристрій використовують осцилограф. Найбільш поширені динамографічна платформа для трикомпонентного запису опорного тиску.

Метод акселерометріїдозволяє зареєструвати прискорення руху тіла та його ланок. Складається з датчиків прискорення, наклеєних на тіло людини або на снаряд, підсилювальної апаратури та апаратури, що реєструє (осцилограф або магнітофон). Для орієнтації вектора прискорення використовується синхронізована дво- або триплощинна відеозйомка.

Метод електрогоніометріїпризначений для вимірювання величини суглобових кутів під час руху тіла людини. Він призначений для вимірювання рухливості та зміни кутів у часі.

Гоніометр складається з двох тонких стрижнів, кінці яких з'єднані шарніром. Між планками закріплений електричний перетворювач. Через провідний зв'язок інформація надходить на підсилювач, перетворювач та реєстратор. Запис зміни кутів називається гоніограмою. Запис інформації від кількох кутів називається полігоніометрією.

Близькими до цього методу є ангулографія (запис кутів згинання та розгинання нижніх кінцівок), їхнографії та подографії (запис слідів при ходьбі та бігу)

Рентгенографічний метод дозволяє визначити теоретично допустиму амплітуду руху, розрахувавши її виходячи з рентгенологічного аналізу будови суглоба.

Метод електроміографії– спосіб реєстрації та аналізу біологічної активності м'язів. Дозволяє вивчити активність окремих м'язів, тривалість роботи та узгодженість у роботі м'язів за допомогою реєстрації різниці потенціалів. Установка складається з електродів, накладених на шкіру над відповідним м'язом, підсилювача біопотенціалів та реєструючого пристрою.

Метод стабілогрфіївикористовується визначення коливання ОЦТ тіла при спробі збереження рівноваги.

Електромеханічний спідограф або фото-(лазеро-) електрична установкавизначення швидкості одиночних рухів.

Найпростішим з них є електромеханічний спідограф, Що складається з стрічкопротяжного механізму з відмітниками часу та відстані. До них приєднана через котушку з гальмом волосінь, інший кінець якої кріпиться до пояса спортсмена. Під час бігу (або плавання, веслування тощо) витягування волосіні призводить до замикання контактів, і писачі відзначають на стрічці час (через кожні 0,02 с) та відстань (через 1 м).

Більш кращою в цьому сенсі є фотоелектронна установка. Вона складається з фотоелементів, підсилювача та реєструючого пристрою (електронного годинника, осцилографа, самописця тощо). Фотоелектронні датчики розташовуються у певних точках дистанції (наприклад, через кожні 3 м для бігу на 30 м або через кожні 5 м для бігу на 100 м); при перетині лінії датчиків змінюється їхня освітленість, і ВІУ спрацьовує.

БІОМЕХАНІЧНИЙ КОНТРОЛЬ. КЛІНІЧНИЙ АНАЛІЗ РУХІВ. ТЕСТИ У БІОМЕХАНІКУ. МЕТОДИ ОБСТЕЖЕННЯ

Робота опорно-рухового апарату людини ґрунтується на принципах механіки. Для вивчення біомеханічних систем людини використовують дані біофізики, фізіології, математики та ін. Відомо, що людина як біомеханічна система підпорядковується законам фізики та механіки.

При вивченні рухів у біомеханіці використовують дані антропометрії, анатомії, фізіології нервової та м'язової систем та ін; в біомеханіку ОДА включають його функціональну (динамічну) анатомію та ін.

Мета біомеханічних досліджень - створення спортивного інвентарю та техніки (велосипеди, човни, весла, спортивне взуття та багато іншого), розробка техніки рухів у тому чи іншому виді спорту, а також профілактика та лікування травм тощо.

Асиметрія сторін тіла та кінцівок, різниця в колі сегментів однієї кінцівки порівняно з іншою, в обсязі суглобів, зміни фізіологічних вигинів хребта та інші відхилення від норми мають бути відзначені та враховані у процесі біомеханічного контролю (рис. 16.1).

Вісь нормальної нижньої кінцівки проходить від передньо-верхньої здухвинної остюки через середину колінної чашки і другий палець стопи (рис. 16.2). Довга вісь верхньої кінцівки проходить через центр головки плечової кістки, головку променевої та головку ліктьової кісток (рис. 16.3).

Вимірювання довжини нижньої кінцівки здійснюється в положенні лежачи: кінцівки мають строго симетрично і обирають на кожній з них по дві симетричні точки (рис. 16.4). Верхньою точкою може бути передньо-верхня ость таза або верхівка великого рожна. Нижньою точкою може бути нижній кінець внутрішньої або зовнішньої кісточок (див. рис. 16.4).

Так само проводиться вимірювання довжини верхньої кінцівки. Верхньою точкою при цьому служить кінець акроміального відростка лопатки або великий горбок плечової кістки, нижньої – шилоподібний відросток променевої кістки або до кінця ІІІ пальця (рис. 16.5).

Для вимірювання довжини плеча або передпліччя проміжною точкою зазвичай служить верхівка ліктьового відростка або головка променевої кістки.

Після вимірювань хворої кінцівки отримані дані порівнюють з даними вимірювань здоровою кінцівкою (рис. 16.6).

Необхідно розрізняти анатомічне (справжнє) та функціональне укорочення або подовження кінцівки. Анатомічна довжина (укорочення або подовження) складається із суми довжини стегна і гомілки для нижньої кінцівки та плеча та передпліччя – для верхньої кінцівки.

Вимірювання у першому випадку проводиться від верхівки великого рожна до щілини колінного суглоба і від останньої до зовнішньої (внутрішньої) кісточки; у другому випадку - від великого горбка плечової кістки до головки променевої кістки та від останньої до шилоподібного відростка променевої (ліктьової кістки). Ці сумарні дані порівнюють з тими самими даними, отриманими при вимірі здорової кінцівки. Різниця з-поміж них і становить величину анатомічного укорочення (рис. 16.7).

Функціональне укорочення або подовження кінцівки визначається шляхом зазначеного вище вимірювання її окремих сегментів, але верхньою точкою для нижньої кінцівки при цьому служить передньо-верхня клубова остюка, а для верхньої кінцівки - кінець акроміального відростка лопатки. Функціональне вкорочення

зазвичай залежить від наявності контрактур чи анкілозів суглобів у порочному становищі, викривлень кісток, вивихів тощо.

Функціональне вкорочення може бути виміряне у положенні стоячи (див. рис. 16.7, б). Воно дорівнює відстані від підошовної поверхні стопи хворої кінцівки до підлоги під час опори на здорову кінцівку (див. рис. 16.7, б).

Між анатомічним та функціональним укороченням може бути значна різниця. Так, наприклад, довжина стегна і гомілки хворої та здорової сторони може бути однаковою, а тим часом за наявності згинальної контрактури в колінному або кульшовому суглобах, вивиху, анкілозі тазостегнового суглоба в положенні приведення функціональне вкорочення може досягти 10-15 см і більше (рис. 16.8).

Визначення обсягу руху у суглобах(16.9). Ступінь і тип руху нормального суглоба залежить від форми суглобових поверхонь, від дії зв'язок, що обмежує, і від функції м'язів.

Розрізняють активні та пасивні обмеження рухів у суглобах. Відомий обсяг нормальної амплітуди рухів у різних

суглобах (рис. 16.10, див. стор. 454-455). Однак для практичних цілей набагато важливіші дані можуть бути отримані при порівнянні рухів у суглобах хворої та здорової сторони.

Рухи в сагітальній площині називають згинанням і розгинанням (flexio et extensio), щодо кисті прийнято говорити – долонне та тильне згинання, щодо стопи – тильне та підошовне згинання.

Рухи у фронтальній площині називають приведенням (adductio) та відведенням (abductio). Щодо променево-зап'ясткового суглоба прийнято говорити - променеве приведення та ліктьове відведення; рух усередину в п'ятково-кубоподібному суглобі є приведення, рух назовні - відведення. Рухи навколо поздовжньої осі називають ротацією (rotatio) внутрішньої та зовнішньої. Щодо передпліччя (рис. 16.11) прийнято називати зовнішню ротацію - супінацією (supinatio), а внутрішню ротацію - пронацією (pronatio), так само як відхилення стопи в підтаранному суглобі від осі нижньої кінцівки всередину прийнято називати супінацією, а назовні - пронацією .рис.16.15).

Рухи в суглобах можуть здійснюватись пацієнтом активно або за допомогою дослідника (пасивно). Вимірювання амплітуди рухів здійснюється за допомогою кутоміру,бранші якого встановлює осі сегментів кінцівки, а вісь кутоміра - по осі руху суглобів (див. рис. 16.9).

Обмеження пасивної рухливості в суглобі зветься контрактури.Обмеження активної рухливості - це контрактура, а стан, пов'язані з больовими відчуттями, паралічем чи парезом м'язів.

Повну нерухомість у суглобі називають анкілоз.Розрізняють кістковий анкілоз, при якому суглобові кінці кісток, що зчленовуються, спаяні між собою кістковою речовиною, і фіброзний анкілоз, при якому спайка складається з фіброзної тканини. В останньому випадку можливі нікчемні, ледь помітні рухи на око.

Для визначення обсягу ротаційних рухів кінцівок використовують ротатометри (рис. 16.12). Дані вимірювань записують у градусах. Межею можливого пасивного руху є відчуття болю. Обсяг активних рухів іноді значною мірою залежить стану сухожильно-м'язового апарату, а чи не лише змін у суглобі. У цих випадках між обсягом активних та пасивних рухів виникає значна різниця.

Рухи в ліктьовому суглобі можливі в межах: згинання до 40-45 °, розгинання до 180 °. Пронаціонально-супінаційні рухи передпліччя в ліктьовому суглобі визначаються в положенні, зображеному на рис. 16.13 і можливо в межах 180°.

У променево-зап'ястковому суглобі рухи відбуваються в межах 70-80° тильного згинання і 60-70° долонного згинання. Визначаються також бічні рухи кисті – радіальне відведення в межах 20° та ульнарне – в межах 30° (див. рис. 16.10).

У пальцях кисті розгинання можливе в межах 180 °, згинання в п'ястно-фалангових суглобах можливе до кута 70-60 °, в міжфалангових зчленування - до 80-90 °. Можливі бічні рухи пальців. Особливо важливо визначити відведення першого пальця та можливість зіткнення між першим та п'ятим пальцями.

У тазостегновому суглобі обсяг рухів у нормі: згинання до 120°, розгинання 30-35° (кут між горизонтальною площиною та віссю стегна), відведення 40-50°, приведення 25-30° (кут між вертикальною віссю тулуба та віссю стегна) ( див. рис.16.10, б).

Фізіологічні рухи в гомілковостопному суглобі та стопі відбуваються в межах 20-30° тильного згинання (розгинання стопи) та 30-50° підошовного згинання (див. рис. 16.9). Приведення стопи, як правило, поєднується з супінацією (обертання стопи всередину), відведення супроводжується пронаціональним рухом (обертання стопи назовні).

Фізіологічні рухи в хребті для зручності визначаються і в градусах (що складніше) і в максимальних рухах різних відділів.

У шийному відділі згинання в нормі відбувається до зіткнення підборіддя з грудиною, розгинання - до горизонтального

положення потилиці, убік - до зіткнення вушної раковини з надпліччям.

У грудному відділі згинання та розгинання здійснюються в невеликому обсязі. Грудні хребці беруть велику участь у бічних рухах хребта, об'єм ротаційних рухів 80-120 °.

У поперековому відділі найбільший обсяг рухів визначається у передньо-задньому напрямку, бічні та ротаційні рухи помірні.

Окружність кінцівок (хворий і здорової) вимірюють в симетричних місцях на певній відстані від кісткових розпізнавальних точок: для ноги - від передньої верхньої остюк здухвинної кістки, великого рожна стегна, суглобової щілини колінного суглоба, головки малої гомілкової кістки; для рук - від акроміального відростка, внутрішнього надвиростка плеча (рис. 16.14).

Вимірювання стоп проводять як із навантаженням, так і без навантаження (рис. 16.15). Деформація стопи внаслідок статичної недостатності складається з а) пронації заднього відділу стопи

та компенсаторної відносної супінації її переднього відділу; б) вигину до тилу переднього відділу стопи по відношенню до заднього відділу, що встановлюється в положенні згинання підошви (сплощення стопи); в) відведення переднього відділу стопи (абдукція) стосовно її задньої частини (рис. 16.16).

Ф.Р. Богданов рекомендує вимірювати поздовжнє склепіння стопи шляхом побудови трикутника, розпізнавальні точки якого легко доступні обмацуванню. Такими точками є: головка першої плюсневої кістки, бугор п'яти і вершина внутрішньої кісточки (рис. 16.17). З'єднавши ці три точки, отримують трикутник, основою якого служить відстань від головки першої плеснової кістки до бугра п'яти. Розрахунок ведуть по висоті склепіння та величині кутів внутрішньої кісточки і біля п'яткової кістки. У нормі висота склепіння дорівнює 55-60 мм, кут у кісточки становить 95 °, кут у кістки п'яти - 60 °. При плоскій стопі: висота

склепіння менше 55 мм, кут у кісточки 105-120 °, кут у кістки п'яти 55-50 °.

Для визначення рівня плоскостопості застосовують рентгенологічний метод дослідження. Розрахунок заснований на побудові трикутника, вершинами якого є головка плюсневої кістки, човноподібна кістка і бугор кістки п'яти, і вимірювання висоти склепіння і величини кута у човноподібної кістки (рис. 16.18).

Ангулографія- Запис кутів згинання та розгинання в суглобах нижньої кінцівки: тазостегновому, колінному та інших з позначенням міжланкових кутів (B.C. Гурфінкель та А.Я. Сисин, 1956). За даними ангулограм можна визначити ходу в нормі та при патології, а також до та після лікування (рис. 16.19). При застосуванні лікування (реабілітації) ангулографія починає наближатися до норми.

Іхнографіяметод запису слідів від обох ніг при ходьбі з урахуванням довжини кроку кожної ноги, розвороту стопи, ширини кроку, кут кроку (рис. 16.20).

При аналізі слідових доріжок з відбитків стоп вимірюються просторові параметри кроку.

Модифікація методу їхнографії подографія- Використання реєстрації електричних сигналів при зіткненні стопи з підлогою (рис. 16.21). На спеціальну металізовану доріжку та металевий контакт на взутті подається слабкий електричний струм, при торканні поверхні таким взуттям замикається.

Ланцюг і проходить струм, що реєструється на приладі (наприклад, на осцилографі). Поміщаючи контакти у певних місцях підошви можна реєструвати фази перенесення кінцівки, постановки п'яти на опору, перекату на всю ступню, відриву п'яти тощо.

Участь різних м'язів у здійсненні рухового акта вивчають за допомогою електроміографії,тобто шляхом дослідження електричної активності м'язів. З цією метою відводять електроди прикладають до шкіри людини над відповідним м'язом. Багатоканальні електроміографи одночасно реєструють електричну активність кількох м'язів.

ЕМГ записують з м'язів симетричних сегментів кінцівок або симетричних половин тулуба або з м'язів-антагоністів. Отриману ЕМГ оцінюють за висотою осциляції, їх частотою в одиницю часу та в цілому весь запис. Показано, що тренування підсилює електричну активність м'язів (рис. 16.22). Особливо це помітно при тренуванні (застосування ходьби, бігу, лікувальної гімнастики та інших засобів) після травми.

Вимірювання гнучкості хребта.Гнучкістю називається здатність виконувати рухи з великою амплітудою. Мірою гнучкості є максимум амплітуди рухів. Розрізняють активну та пасивну гнучкість. Активна виконується самим випробуваним, пасивна – під впливом зовнішньої сили. Гнучкість залежить від стану суглобів, еластичності (розтяжності) зв'язок, м'язів, віку, температури навколишнього середовища, біоритмів, часу доби та ін.

Зазвичай гнучкість визначається за здатністю людини нахилитися вперед, стоячи на найпростішому пристрої (рис. 16.23). Переміщається

планка, де в сантиметрах нанесені поділки, показує рівень гнучкості.

Викривлення хребтаможе наступити у трьох площинах: а) фронтальної (бічний викривлення - сколіоз); б) сагітальної (кругла спина, горб – кіфоз); в) горизонтальній (поворот хребців – торсія).

Сколіоз - це захворювання кісткової та нервово-м'язової системи в області хребта, яке викликає прогресуюче бічне викривлення останнього з торсією, зміною форми хребців клиноподібного характеру, з розвитком деформацій ребер та утворенням реберних горбів, переднього та заднього, посиленням поперекового лорду, розвитком компесаторних дуг викривлення (рис. 16.24).

Загальний центр тяжкості тілавідіграє важливу роль під час вирішення різних питань механіки рухів. Рівновага та стійкість тіла визначається положенням ОЦТ.

Загальна площа опори - площа, укладена між крайніми точками опорних поверхонь, іншими словами площа опорних поверхонь і площа простору між ними (рис. 16.25). Величина площі опори за різних положень тіла дуже варіює.

Стосовно тіла людини розрізняють два види рівноваги: ​​стійке і нестійке. Стійка рівновага - коли ОЦТ тіла розташований нижче площі опори, а нестійка - коли ОЦТ тіла розташований вище площі опори.

В. Брауне та О. Фішер визначили положення ОЦТ тіла та центрів тяжкості його окремих частин. Виявлено, що ЦТ голови лежить позаду спинки турецького сідла приблизно на 7 мм; ЦТ тулуба - спереду верхнього краю першого поперекового хребця (L,). По осі тулуба його ЦТ віддалений від краніального кінця приблизно на 3/6 довжини, а від каудального - на 2/5 довжини (див. рис. 2.9). Пряму між поперечними осями, що проходять через плечові та кульшові суглоби, ЦТ тулуба ділить приблизно щодо 4:5. За Фішером, ізольоване стегно, гомілка, плече і передпліччя мають ЦТ там, відрізки від якого до проксимального і дистального кінців цих ланок відносяться приблизно

як 4:5. Центр ж тяжкості кисті з дещо зігнутими пальцями розташований на 1 см проксимальніше за головку третьої п'ястної кістки.

Знаючи положення ЦТ кожної з двох частин тіла, що зчленовуються між собою (плечі та передпліччя, стегна та гомілки та ін.), неважко визначити положення загального для них центру тяжіння (див. рис. 2.9). Він знаходиться на прямій, що з'єднує ЦТ кожної з ланок, і ділить цю пряму щодо, обернено пропорційному їх масам. За допомогою перетворення дволанкових систем можна визначити положення ОЦТ тіла.

Для визначення ОЦТ, і навіть визначення його траєкторії В.М. Абалаков запропонував прилад (рис. 16.26).

Стійкість тіла визначається величиною площі опори, висотою розташування ОЦТ тіла і місцем проходження вертикалі, опущеної з ОЦТ, всередині площі опори (див. рис. 16.25). Чим більше площа опори і чим нижче розташований ОЦТ тіла, тим більша стійкість тіла.

Для визначення центру мас JL. Parks (1959) запропонував метод розсічення, який дозволив визначити центр кожного сегмента, масу та положення центру мас (рис. 16.27).

Для дослідження площі опори підошовну поверхню стопи (стоп) змащують фарбою, для чого пацієнт стає на

рівну поверхню, вкриту тонким шаром фарби, а потім обережно переходить на аркуш чистого паперу. За відбитками стоп можна судити про зведення стопи та характер розподілу навантаження на стопу (див. рис. 16.20). Методом відбитків визначають особливості та характер ходи (див. рис. 16.20).

Аналіз ходи слідом, залишеним на папері, виробляють шляхом вимірювання кута кроку (кут, утворений лінією пересування та віссю стопи), ширини кроку (відстань між відбитками краю п'яти однієї й тієї ж ноги (рис. 16.28).

Гарна поставастворює оптимальні умови для діяльності внутрішніх органів, сприяє підвищенню працездатності та, звичайно, має велике естетичне значення. Характеристику типів постави можна надати

за результатами гоніометрії хребетного стовпа (рис. 16.29) та візуально.

Гоніометрія- метод реєстрації відносних рухів частин тіла: як датчики кутових переміщень у суглобах використовуються електричні змінні опори (потенціометри) або кутоміри (на шарнірі, або з висувними браншами, або дискової). Найбільш широке застосування знаходить циркуль-гоніометр В.А. Гамбурцева.

За допомогою гоніометричного методу легко здійснюється комплексний вимір кривизни та рухів хребта, кутів нахилу тазу, амплітуди рухів суглобів кінцівок, деформацію кінцівок та ін.

Характер зміни у часі суглобових кутів ноги у площині, близькій до сагітальної, показаний на рис. 16.30.

Циклографія- Спосіб реєстрації рухів людини. При циклографії послідовні пози людини, що рухається (або

однієї з його кінцівок) реєструються на одній і тій же фотографічній плівці. Для цього досліджуваний одягає костюм із чорної тканини, що не блищить. На місцях відповідних суглобах та деяких інших точках тіла закріплюють невеликі електричні лампочки. Переміщення досліджуваного залишає слід на фотоплівці. При цьому кожній лампочці на плівці відповідає своя світлова траєкторія у вигляді лінії.

Для визначення швидкості рухів окремих ланок тіла перед фотокамерою поміщають диск, що обертається, з одним або декількома отворами. Повертаючись із рівномірною швидкістю перед об'єктивом фотокамери, диск дробить світлові траєкторії лампочок на певні точки, що віддаляються один від одного на однакові інтервали часу.

Обробляючи циклограму методом Н.А. Бернштейна, можна докладно аналізувати рухи тіла людини та її окремих ланок у просторі та часі. Це дозволяє не тільки виявляти дійсні та відносні переміщення тіла та його окремих пунктів (сегментів), а й визначати швидкості та прискорення цих переміщень як по поздовжній, так і вертикальній складових.

Циклограми дозволяють бачити цілісний просторовий рух тіла, що утворюється в результаті складання кутових рухів безлічі ланок тіла щодо один одного.

На рис. 16.31 та рис. 16.32 наведені циклограми людини, що йде і біжить.

Стабілографія.По суті, стійкість - це здатність людини розміщувати загальний центр мас так, щоб її проекція на горизонтальну ділянку опори потрапила на площу, обмежену стопами. Утримання вертикальної пози – це м'язова координація циклічних рухів тіла. При цьому тіло коливається і площа, що описується ОЦМ, може перевищувати площу опори. При проведенні проби «стійкість» стабілограма знімається протягом 30 с, при цьому випробовуваного просять стати на платформу і постаратися самостійно зберігати вертикальне положення тіла (спочатку 30 з відкритими очима, а потім 30 с - з закритими). На рис. 16.33 представлені статокінезіграми.

Аналіз статокінезіграм (СКГ) передбачений за такими характеристиками.

1. Математичне очікування координатОЦТ (ОЦМ) з математичного очікування положення центру тиску М х± з х,

та спектральний аналіз проводяться із застосуванням методів, що вивчаються в основному курсі медичної та біологічної фізики.

Для дослідження вестибулярного апаратупроводять спеціальні координаційні проби та проби з обертанням: обертання в кріслі Барані, проба Ромберга та ін.

Від стану вестибулярного аналізатора великою мірою залежить орієнтування у просторі, і навіть стійкість тіла. Це особливо важливо у деяких складних видах спорту (акробатика, гімнастика, батут, стрибки у воду, фігурне катання та ін.).

Проба Ромберг (Romberg).Тест для визначення зміни пропріорецепції. Проба Ромберга проводиться у чотирьох режимах (рис. 16.34) за поступового зменшення площі опори. У всіх випадках руки у обстежуваного піднято вперед, пальці розведені і очі закриті. За секундоміром засікається час збереження рівноваги протягом 15 с. При цьому фіксуються всі зміни - похитування тіла, тремтіння рук або повік (тремор).

Треморографії.Тремор - гіперкінез, що проявляється мимовільними, стереотипними, ритмічними коливальними рухами всього тіла або його складових частин. Запис тремору здійснюється за допомогою сейсмодавця на ЕКГ-апараті. На палець випробуваному надягається індукційний сейсмодатчик. Механічні коливання (тремор) руки та пальця, перетворені на електричні сигнали, посилюються та реєструються на стрічці електрокардіографа (рис. 16.35). Запис проводиться протягом 5-10 с. Потім аналізується форма отриманої кривої по амплітуді та частоті. При втомі та збудженні амплітуда та частота тремору збільшується. Поліпшення тренованості супроводжується, як правило, зниженням величини тремору, а також при зменшенні чи зникненні болю.

Тест Яроцького.Тест дозволяє визначити поріг чутливості вестибулярного аналізатора. Тест виконується в положенні стоячи із заплющеними очима, при цьому спортсмен по команді починає обертальні рухи головою у швидкому темпі. Фіксується час обертання головою до втрати рівноваги спортсменом. У здорових людей час збереження рівноваги в середньому 28 с, у тренованих спортсменів – 90 с і більше, особливо у тих, хто займається акробатикою, гімнастикою, стрибками у воду та ін.

Актографія- Це дослідження рухової активності людини під час сну. Запис актограм здійснюється на електрокимографі, де як сприймаючу частину застосовується велосипедна камера довжиною 1,5 м, тиск в якій становить 15-20 мм рт. ст. Камера з'єднується гумовою трубкою із капсулою Марея. Чорнильними писачами провадиться запис актограми на папері. При аналізі актограм враховується тривалість засинання, тривалість стану повного спокою, загальний час сну та інші компоненти. Що показник спокою, то краще сон.

Для визначення поверхні тіла за даними вимірювання довжини та маси тіла (рис. 16.37) існують номограми. Поверхня тіла є значною мірою інтегруючою ознакою фізичного розвитку, що має високий кореляційний зв'язок з багатьма найважливішими функціональними системами орга. низма.

Розрахунок величини поверхні тіла (S)за Дюбо: S = 167,2 л/Л4 ■ Д,де М- Маса тіла в кілограмах; Д- Довжина тіла в сантиметрах.

Співвідношення маси та поверхні тіла дитини залежно від віку наведено у табл. 16.1.

Визначення товщини шкірно-жирових складок у дітей та підлітків.Вимірювання за Л.С. Трофименко виробляють каліпером Беста з постійним тиском 10 г/мм 2 (рис. 16.38). Товщину складки вимірюють у десяти точках тіла: щока, підборіддя, груди I (по передній пахвовій лінії на рівні пахвової складки), задня поверхня плеча, спина, груди II (по передній пахвовій лінії на рівні X ребра), живіт над гребенем клубової кістки, стегно, гомілка. Товщину кожної складки вимірюють 3 рази та отримані дані складають.

У дівчаток крива суми складок віком від 7 до 17 років неухильно зростає; у хлопчиків пік наростання кривої посідає вік 10- 12 років, потім спостерігається тенденція до деякого

її зниження. Зіставлення отриманих величин з масою тіла дитини дозволяє судити про переважний розвиток жирової тканини або кістково-м'язової системи.

Вивчення м'язової сили.Функціональні можливості опорно-рухового апарату (ОДА) значною мірою залежить стану м'язів.

Для визначення м'язової сили використовують динамометри, тонусометри, електроміграфію та ін. (рис. 16.39).

Для визначення сили пензля зазвичай використовують динамометри Коллена. Силу розгиначів тулуба вимірюють за допомогою станового динамометра. Для вимірювання сили м'язів плеча та плечового поясу, розгиначів стегна та гомілки, а також згиначів тулуба використовують універсальні динамометричні установки

(Рис. 16.40).

Чоловіки досягають максимуму ізометричної сили віком близько 30 років, потім сила зменшується. Цей процес йде швидше у великих м'язах нижніх кінцівок та тулуба. Сила рук

зберігається довше. У таблиці 16.2 наведено показники сили різних м'язових груп, отримані під час обстеження близько 600 осіб (середнє зростання чоловіків 171 см, жінок – 167 см).

Силові індексиодержують розподілом показників сили на вагу і виражають у відсотках (%). Середні величини сили кисті у чоловіків вважають 70-75% ваги, у жінок - 50-60%; для станової сили у чоловіків – 200-220%, у жінок – 135-150%. У спортсменів відповідно - 75-81% та 260-300%; у спортсменок – 60-70% та 150-200%.

Кафедра ЕНДіІТ

СРС №2 на тему:
"Основи біомеханічного контролю".

Роботу виконав студент
II курсу ДО, група 211
Шевцов Сергій

Волгоград-2013

Вимірювання в біомеханіці.

Список літератури.

Вимірювання в біомеханіці.

Технічні засоби та методики вимірювань: відеоциклографія, електроміографія, акселерометрія, гоніометрія, тензодинамометрія.

1. подометрія – вимір тимчасових характеристик кроку;
2. гоніометрія – вимірювання кінематичних характеристик рухів у суглобах;
3. динамометрія – реєстрація реакцій опори;
4. електроміографія – реєстрація поверхневої ЕМГ;
5. Стабілометрія - реєстрація положення та рухів загального центру тиску на площину опори при стоянні.

Електроміографічні методи виміру
Електроміографія - метод дослідження нервово-м'язової системи, заснований на реєстрації та аналізі біоелектричних потенціалів.
Електроміографія стресової реакції включає оцінку впливу стресової реакції на поперечно смугасту мускулатуру. ЕМГ, по суті, можна як непряме визначення м'язового напруги. Воно є непрямим у тому сенсі, що вимірює електрохімічну активність нервів, що іннервують цей поперечно смугастий м'яз, а не справжнє напруження, що викликається скороченням мускулатури. Активність поперечно смугастого м'яза стала розглядатися як індикатор стресової реакції після однієї з ранніх робіт Е. Якобсона (Edmund Jacobson, 1938), в якій він відзначив існування високої позитивної кореляції між стресовою активацією та напругою поперечно смугастого м'яза.
Хоча і не беззастережно, але багато дослідників дійшли висновку, що реєстрація ЕМГ активності лобової області може бути корисним індикатором генералізованої активності симпатичної нервової системи. Практична перевага використання ЕМГ реєстрації стресової реакції полягає у доступності для вимірювання м'язових груп. Більшість клініцистів працює з лобовою мускулатурою, але і трапецієподібна (верхні відділи), плечі променева та грудино-ключично соскова групи м'язів також можуть використовуватися для вимірювання стресової ситуації.
Амплітуди біопотенціалів коливаються в межах від 10 мкВ до кількох мілівольт. Частотний діапазон сигналів від 1 до 20000 Гц (є посилання деяких авторів на наявність в ЕМГ складових з частотами близько сотень кілогерц).
В електроміографії використовується два види електродів за конструктивним виконанням - поверхневі (нашкірні) та голчасті (підшкірні).
Голчасті електроди дозволяють реєструвати потенціал дії одного чи небагатьох прилеглих м'язів. Такі електроди або хірургічно імплантують або вводять за допомогою голки для підшкірних ін'єкцій. У поліграфі для знімання ЕМГ використовують поверхневі електроди, що дозволяють виміряти інтерференційну (сумарну) ЕМГ. Поверхневі електроди можна поділити на металеві, ємнісні, резистивні, резистивно-ємнісні. У поліграфі найзручніше використовувати плоскі металеві електроди. Вони є пластинами або дисками зі срібла, сталі, олова і т. д. площею близько 0,2-1 см2. Два таких електроди зміцнюються на шкірі там, де контурується м'яз, вздовж ходу її волокон. Для кращого кріплення електроди накладають еластичну манжету. Відстань між електродами 2 см. Для стабілізації відстані і рівномірного притискання електродів до шкіри вони вмонтовані в рамку з пластмаси. Для зниження міжелектродного опору шкіру перед накладанням електрода протирають спиртом і змочують ізотонічним розчином натрію хлориду. Для зниження перехідного опору шкіра - електрод область шкірно-електродного контакту наносять спеціальну електродну пасту.
Незалежно від типу електродів розрізняють два способи відведення електричної активності – моно та біполярний. В ЕМГ монополярним називається таке відведення, коли один електрод розташовується безпосередньо поблизу досліджуваної ділянки м'язів, а другий - у віддаленій від нього області. Перевагою монополярного відведення є можливість визначити форму потенціалу досліджуваної структури та справжню фазу відхилення потенціалу. Недолік полягає в тому, що при великій відстані між електродами в запис втручаються потенціали від інших м'язових відділів або навіть від інших м'язів.
Біполярне відведення - це таке відведення, при якому обидва електроди знаходяться на досить близькій та однаковій відстані від досліджуваної ділянки м'яза. Біполярне відведення малою мірою реєструє активність від віддалених джерел потенціалу, особливо при відведенні голчастими електродами. Вплив на різницю потенціалів активності, що надходить від джерела на обидва електроди, призводить до спотворення форми потенціалу та неможливості визначити справжню фазу потенціалу. Тим не менш, висока ступінь локальності робить цей спосіб кращим у клінічній практиці.
Крім електродів, різниця потенціалів яких подається на вхід підсилювача ЕМГ, на шкіру досліджуваного встановлюють поверхневий електрод заземлення, який приєднують до відповідної клеми на електродній панелі електроміографа. Ланцюг цього електрода закорочує ємнісну різницю потенціалів між тілом хворого і землею та сприяє ліквідації ємнісних струмів, що виникають внаслідок дії полів змінного промислового струму.
Сучасний електроміограф є складним пристроєм, що складається з електродів для зняття біопотенціалів м'язів, підсилювального блоку, осцилоскопа, інтегратора ЕМГ, аналізатора, репродуктора, обчислювального пристрою та пристрою виведення цифрової та графічної інформації.
Частина електроміографа, що складається з підсилювального блоку та осцилоскопа, називається міоскопом. Міоскоп має від одного до чотирьох незалежних один від одного підсилювальних блоків, що дозволяє одночасно досліджувати чотири електроміографічні сигнали.
Інтегратор ЕМГ застосовують для обробки інформації, яка міститься на електроміограмі. Аналізатор ЕМГ необхідний виділення амплітуди окремих складових частотного спектра ЭМГ для подальшої обробки. У сучасних електроміографах обробка отриманої інформації здійснюється за допомогою ЕОМ.

Акселерометричні методи вимірювання
Акселерометри є датчиками лінійного прискорення і в цій якості широко використовуються для вимірювання кутів нахилу тіл, сил інерції, ударних навантажень і вібрації. Вони знаходять широке застосування на транспорті, медицині, промислових системах вимірювання та управління, в інерційних системах навігації. З 1965 року почали створювати акселерометри на базі технології МЕМС. Зменшення у розмірах призвело до масового серійного виробництва. В даний час промисловість виготовляє багато різновидів акселерометрів, що мають різні принципи дії, діапазони вимірювання прискорень та інші функціональні характеристики, масу, габарити та ціни. За принципом дії розрізняють такі типи акселерометрів: ємнісні, п'єзорезистивні, п'єзоелектричні, тензорезистивні, теплові, тунельні. Акселерометри ємнісного типу є найбільш простими, надійними і легко реалізованими, що зумовлює їх широке поширення. Принцип їхньої роботи полягає в наступному. При прискоренні руху вздовж осі чутливості відбувається деформування пружної підвіски, яка є рухомим електродом, при цьому нерухомий електрод розташований на поверхні підкладки. Отже, змінюється відстань між електродами, отже, ємність конденсатора, утвореного ними.
При розробці та виготовленні мікромеханічних акселерометрів ємнісного типу необхідно проводити контроль їх характеристик. Методики вимірювання показників є невід'ємною частиною виробничого циклу виробів і служать для оперативного внесення коригувань у конструкції та технології пристроїв на стадії розробки. У цій роботі запропоновано методику вимірювання характеристик мікромеханічних акселерометрів ємнісного типу, що забезпечують вимірювання прискорень у діапазоні від 0 до 500 м/с2 з точністю 0,05 м/с2, при цьому маса зразків у корпусі не повинна перевищувати 10 г, а розміри у площині – 3 см х 3 см.
Перед початком вимірювань зразки акселерометрів мають бути змонтовані у стандартний металокерамічний корпус. При цьому контактні майданчики на зразках повинні бути приварені до контактних майданчиків на корпусі за допомогою ультразвукового зварювання.
Прискорення зразка у встановленому діапазоні вимірювання задають за допомогою вібростенду за допомогою регулювання амплітуди та частоти вібрації столика із закріпленим експериментальним зразком.

Метод оптичної комп'ютерної топографії

Стереофотограмметрія з уявним базисом. Геометричні моделі стереофотографії. Координати фіксованої точки: X = 90, Y = 112, Z = -24 мм. Важливу інформацію про геометрію тіла людини, про особливості та порушення постави можна отримати при дослідженні спеціальним методом комп'ютерної топографії. Цей сучасний та найточніший метод дозволяє кількісно з високою точністю визначити координати будь-якої анатомічної точки поверхні тіла. Тривалість обстеження становить 1 - 2 хвилини, тому цей метод успішно застосовується для масових досліджень.

Подографія - реєстрація часу опори окремих ділянок стопи під час ходьби з вивчення функції перекату досліджується з допомогою спеціальних датчиків, вмонтованих підошву взуття.

Стабілограма поперемінного стояння на правій та лівій нозі. Стабілографія – об'єктивний метод реєстрації положення та проекції загального центру мас на площину опори – важливий параметр механізму підтримки вертикальної пози. Зазвичай реєструють площу міграції загального центру мас (ОЦМ) у проекції горизонтальної площини, поєднаний із нарисом стопи

Електрогоніометрія
Для вимірювання значень суглобових кутів застосовують прилади, які називаються гоніометрами.
Гоніометр-це дві плоскі прямокутні пластинки, з'єднані одним кінцем на одній осі. Для вимірювання кутів у зчленуваннях ланок тіла під час руху використовують електрогоніометри, які забезпечують перетворення кутових переміщень датчика у пропорційну електричну напругу. Для оцінки рівня гнучкості необхідно виміряти амплітуду рухів у суглобах.

Динамометрія-вимірювання зусиль, що розвиваються спортсменом при випонуванні різних фізичних вправ.
За допомогою динамометричної платформи – це жорстка пластина або рама, що спирається на 4 силовимірювальні датчики. Спортсмен стає на платформах і за допомогою цих датчиків вимірюється сила дії на цю платформу.
За допомогою кистьових динамометрів вимірюють силу м'язів, що згинають пальці, за допомогою станового динамометра - силу м'язів, що випрямляють тулуб ("станова" сила), і т.д.

Біомеханічний контроль у волейболі.

4. Список літератури:

Донський Д.Д., Заціорський В.М. Біомеханіка: Підручник для інститутів фізичної культури.-М. ФіС,1979-264
Біомеханічні методи дослідження у спорті: Навчальний посібник для студентів ІФК.-М., 1976.275
Колодцев І.Х., Медведєв В.В. Кількісний аналіз руху м'ячів, що обертаються у волейболі.
Кравцев І.М., Орлов В.П. Контрольно-вимірювальний комплекс ВНІІФКА,1982
Попов Г,І, та співавт. Досвід використання швидкісної кінематографії у спортивних іграх,1983

МІНІСТЕРСТВО СПОРТУ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Федеральний державний бюджетний освітній заклад вищої професійної освіти.
"Волгоградська державна академія фізичної культури"

Кафедра ЕНДіІТ

Реферат на тему:
"Сили в рухах спортсменів".

Роботу виконав студент
II курсу ДО, група 211
Шевцов Сергій

Волгоград-2013

План.
1. Роль сил у русі людини.
2. Робочі та шкідливі опори.
3. Рушійні та гальмівні сили.
4. Зовнішні та внутрішні сили щодо тіла людини та їх прояви (плавання).
5. Сили дії середовища.
6. Сили інерції в інерційних та неінерційних системах відліку.
7. Використана література.

1. Роль сил у русі людини.
Усі сили, прикладені рухового апарату людини, становлять систему сил зовнішніх та внутрішніх. Система зовнішніх сил виявляється найчастіше у вигляді сили опору. Для подолання опору витрачається енергія напруги м'язів людини. Розрізняють робітники та шкідливі опори. Подолання робочих опорів нерідко залишають головне завдання рухів спортсмена (наприклад, у подоланні ваги включається мета рухів зі штангою). Шкідливі опори поглинають позитивну роботу.
Зовнішні сили використовуються людиною у його рухах як рушійні. Для здійснення необхідної роботи для подолання сил опору можуть використовуватися вага, пружні сили та ін. Зовнішні сили в цьому випадку є "даровими" джерелами енергії, оскільки людина витрачає менше внутрішніх запасів енергії м'язів.
Людина долає сили опору м'язовим відповідальними зовнішніми силами і здійснює хіба що дві частини робіт: а) роботу, спрямовану подолання всіх опорів (робітників і шкідливих); б) роботу, спрямовану на повідомлення прискорення та зовнішнім об'єктам, що переміщуються.
У біомеханіці сила дії людини - це сила на зовнішнє фізичне оточення, що передається через робочі точки тіла. Робочі точки, стикаючись із зовнішніми тілами, передають рух (кількість руху, а також кінетичний момент) та енергію (поступального та обертального руху) зовнішнім тілам.
Гальмуючими силами, що входять в опір, можуть бути всі зовнішні та внутрішні сили, у тому числі м'язові. Які з них відіграватимуть роль шкідливих опорів, залежить від умов конкретної вправи. Тільки реактивні сили (сили реакції опори та тертя) не можуть бути рушійними силами; вони завжди залишаються опорами (як шкідливими, і робітниками).
Всі сили, незалежно від їхнього джерела, діють як механічні сили, змінюючи механічний рух. У цьому сенсі вони перебувають у єдності як матеріальні сили: можна виробляти (при дотриманні відповідних умов) їхнє складання, розкладання, приведення та інші операції.
Рухи людини є результатом спільної дії зовнішніх і внутрішніх сил. Зовнішні сили, що виражають вплив довкілля, зумовлюють багато особливостей рухів. Внутрішні сили, які безпосередньо керуються людиною, забезпечують правильне виконання заданих рухів.
У міру вдосконалення рухів стає можливим краще використовувати м'язові сили. Технічна майстерність проявляється у підвищенні ролі зовнішніх і пасивних внутрішніх сил як рушійних сил.
Основними завданнями вдосконалення рухів, підвищення їх ефективності у найзагальнішому вигляді є підвищення результату прискорювальних сил та зниження дії шкідливих опорів. Це особливо важливо у спорті, де всі рухові дії спрямовані на зростання технічної майстерності та спортивного результату.
2. Робочі та шкідливі опори.
Система зовнішніх сил виявляється найчастіше як сили опору. Для подолання опору витрачається енергія руху та напруження м'язів людини. Розрізняють робітники та шкідливі опори.
Подолання робітників опір нерідко становить головне завдання рухів людини (наприклад, у подоланні ваги штанги та полягає мета руху зі штангою).
Шкідливі опори поглинають позитивну роботу; вони, в принципі, непереборні (наприклад, сила тертя лиж по снігу).
3. Рушійні та гальмівні сили.
Сили, прикладені до ланкам тіла людини, діючи динамічно, призводять до різного результату. Залежно від того, як спрямовані сили щодо швидкості тіла, що рухається, розрізняють:
- рушійні сили, які збігаються з напрямом швидкості (попутні) або утворюють з ним гострий кут і можуть виконувати позитивну роботу;
- гальмівні сили, які спрямовані протилежно до напрямку швидкості (зустрічні) або утворюють з ним тупий кут і можуть здійснювати негативну роботу;
- сили, що відхиляють, перпендикулярні до напрямку швидкості і збільшують кривизну траєкторії;
- сили, що повертають, також перпендикулярні до напрямку руху, але зменшують.Кривізну траєкторії.
Обидві останні групи сил безпосередньо не змінюють величину тангенційної швидкості.
Від співвідношення сил, прикладених до кожної ланки тіла, залежить результат їх дії.
Рухаюча сила - це сила, яка збігається з напрямом руху (супутня) або утворює з ним гострий кут і при цьому може виконувати позитивну роботу (збільшувати енергію тіла).
Однак у реальних умовах рухів людини завжди є середовище (повітря чи вода), діють опора та інші зовнішні тіла (снаряди, інвентар, партнери, противники та інших.). Всі вони можуть гальмувати. Більше того, жодного реального руху без участі сил, що гальмують, просто не буває.
Гальмівна сила спрямована протилежно напрямку руху (зустрічна) або утворює з ним тупий кут. Вона може виконувати негативну роботу (зменшувати енергію тіла).
Частина рушійної сили, що дорівнює за величиною гальмує врівноважує останню - це сила, що врівноважує (Fyp).
Надлишок ж рушійної сили над гальмуючою - прискорювальна сила (Fуск) - викликає прискорення тіла з масою m відповідно до 2-го закону Ньютона (Fy=ma).
4. Зовнішні та внутрішні сили щодо тіла людини та їх прояви (плавання).
Зовнішні сили – це сили, які діють тіло ззовні. Під впливом зовнішніх сил тіло або починає рухатися, якщо воно знаходилося в стані спокою, або змінюється швидкість його руху, або напрямок руху. Зовнішні сили здебільшого врівноважені іншими силами та його вплив непомітно.
Зовнішні сили, діючи на тверде тіло, викликають зміни його форми, що зумовлюються переміщенням частинок.
Внутрішніми силами є сили, що діють між частинками, ці сили чинять опір зміні форми.
Зміну форми тіла під дією сили називають деформацією, а тіло, яке зазнало деформації, називають деформованим.
Рівновага внутрішніх сил з моменту застосування зовнішньої сили порушується, частинки тіла переміщуються одна щодо іншої до такого стану і положення, коли внутрішні сили, що виникають між ними, врівноважують зовнішні сили і тіло зберігає набуту деформацію.
Після видалення зовнішньої сили, якщо вона не перевершила певної межі, тіло приймає свою первісну форму.
Властивість збереження тілом набутої деформації після зняття навантаження називається пластичністю, а деформація – пластичною.
При дотику два тіла впливають одне на одного і деформуються. Недеформованих тіл немає. Будь-яке тіло деформується при дії на нього скільки завгодно малої сили. Величину внутрішніх сил характеризує міцність зчеплення частинок цього тіла.
Тіло при русі долає сили опору, величини яких різні, від невеликого гальмування до опору, що зупиняє тіло, що рухається. До сил опору, крім внутрішніх сил, відносять опір середовища (повітря, вода), сили інерції, сили тертя.
Дія сили на тіло, що полягає у зміні стану цього тіла, цілком визначається такими трьома факторами: точкою докладання сили, напрямом сили, величиною сили.
Точкою застосування сили називається точка даного тіла, на яку сила безпосередньо діє, змінюючи стан даного тіла.
Під напрямом сили розуміють напрям руху, який отримає тіло під дією цієї сили. Лінією спрямування цієї сили називається лінія дії цієї сили.
Вимір величини сили означає порівняння її з деякою силою, прийнятою за одиницю. Вимірюють силу зазвичай динамометрами різних конструкцій.
Сила - величина векторна, т. е. має як числове значення, а й напрям, тому дію сили на тіло визначається як її величиною, а й її напрямом.
Плавання – локомоторний, циклічний рух у воді. Воно протікає в незвичайному для людини середовищі і в невластивому йому горизонтальному положенні. При цьому тяжкість тіла зменшується на вагу води, що витісняється ним.
Діяльність м'язів при плаванні статичні зусилля незначні. У той же час динамічне навантаження велике. Це з труднощами зберегти рівновагу у питній воді, і навіть з тим, що відштовхування походить від рідкого середовища.
Сила тяжіння тіла, спрямована вертикально вниз, і тиск води, спрямоване вертикально вгору, утворюють "пару сил", в результаті дії яких тіло має відчувати обертальні рухи. Рівновага досягається, коли загальний центр тяжкості тіла та центр його об'єму (перебуває вище) виявляться на одній вертикалі. Для цього руки витягуються перед головою.
Велика щільність води та складність відштовхування від неї зумовлюють невелику швидкість руху. Але при горизонтальному положенні тіла зменшується поверхня опору. Таке становище незвичайне для людини і ускладнює координацію рухів.
5. Сили дії середовища.
Спортсмену нерідко доводиться долати опір повітря чи води. Середовище, в якому рухається людина, робить свою дію на її тіло. Ця дія може бути статичною (виштовхуюча сила) та динамічною (лобовий опір, нормальна реакція опори).
Виштовхувальна сила - це міра впливу середовища на занурене в неї тіло. Вона вимірюється вагою витісненого об'єму рідини та спрямована вгору.
Якщо сила (Q), що виштовхує, більша за силу тяжкості тіла (G), то тіло спливає. Якщо ж сила тяжіння тіла більше сили, що виштовхує, то воно тоне.
Лобовий опір - це сила, з якою середовище перешкоджає руху тіла щодо неї. Величина лобового опору (R x) залежить від площі поперечного перерізу тіла, його обтічності, платності та в'язкості середовища, а також відносної швидкості тіла:
R x = S M C x pv 2; = MLT -2
де S M - площа найбільшого поперечного перерізу тіла (мідель), С х - коефіцієнт лобового опору, що залежить від форми тіла (обтічності) та його орієнтації щодо напрямку руху в середовищі, р - щільність середовища (води - 1000 кг/м 3 повітря- 1,3 кг/м 3), v-відносна швидкість середовища та тіла.
Змінюючи площу поперечного перерізу тіла, можна змінити і дію середовища. Так, у лижника при спуску з гори у високій стійці ця площа майже в 3 рази більша, ніж у низькій стійці. Отже, опір повітря під час спуску можна змінювати майже втричі. Приймаючи у воді пози з найкращою обтічністю, потрібно зменшувати опір води. Як відомо, зі збільшенням швидкості пересування опір води чи повітря різко збільшується (приблизно пропорційно квадрату швидкості).
Нормальна реакція середовища - це сила, що діє з боку середовища на тіло, розташоване під кутом до його руху. Вона залежить від тих самих факторів, що і лобовий опір:
Ry = S M C y pv 2; = MLT -2
де Су - коефіцієнт нормальної реакції середовища (у польоті її називають підйомною силою).
Нормальна реакція середовища при гребку спрямована перпендикулярно силі лобового опору. С.) нормальною реакцією середовища як з підйомною силою доводиться рахуватися (наприклад, плавцю під час просування по дистанції, стрибуну на лижах з трампліну під час польоту
і т.д.................

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ У БІОМЕХАНІКУ

Постановка завдання та вибір методик дослідження. Поняття про вимірювальну систему (датчики, передача, перетворення, реєстрація інформації).

Розрахункові методи (визначення координат, швидкостей, прискорень, сил, моментів сил).

Постановка завдання та вибір методик дослідження.

Біомеханіка як природна наука значною мірою базується на експериментальному дослідженні явищ, що вивчаються. У самому дослідженні виділяють три послідовні етапи: вимірювання біомеханічних характеристик, перетворення результатів вимірювання, біомеханічний аналіз та синтез. Використання обчислювальної техніки дозволяє виконувати ці дії одночасно.

Для кількісної оцінки тієї чи іншої явища використовуються лише об'єктивні (інструментальні) методи дослідження.

Конкретний метод обирають вихід із завдання та умов проведення експерименту. У біомеханіці до методу дослідження та його апаратурі пред'являються такі основні вимоги:

- метод та апаратура повинні забезпечувати отримання достовірного результату, тобто ступінь точності вимірювань має відповідати меті дослідження;

- метод та апаратура не повинні впливати на досліджуваний процес, тобто не повинні спотворювати результати та заважати випробуваному.

При проведенні дослідження бажано дотримуватися принципу об'єктивної термінової інформації (В.С. Фарфель, 1961), тобто інформації про головний чинник спортивного руху має надходити або під час виконання руху, або відразу після закінчення.

Вибір методу дослідження насамперед визначається характером зміни контрольованої величини у часі. За цією ознакою біомеханічні характеристики можуть бути поділені на біомеханічні параметри та біомеханічні змінні.

Біомеханічні параметри - це такі характеристики, значення яких не змінюються протягом всього процесу вимірювання (наприклад, маса тіла, момент інерції та координати ОЦТ у фіксованій позі, вага снаряда). Величина параметрів може бути невідомою, але вона не змінюється.

Біомеханічні змінні - це характеристики, величина яких у процесі вимірювання змінюється, як правило, випадковим чином (сили, прискорення, координати і т.п.).

Вимоги до точності вимірювань у біомеханіці спорту передусім визначаються метою та завданнями дослідження, а також особливостями самого руху. Вважається достатнім, якщо похибка при вимірі не перевищує ±5%.

Перетворення результатів вимірювань застосовується підвищення точності отриманих результатів (статистична обробка) і визначення розрахунковим шляхом безпосередньо не вимірюваних біомеханічних характеристик.

Розрахункові методи базуються на використанні законів механіки (статики та динаміки точки, тіла, системи тіл), а також статистичних даних про геометрію мас тіла людини. Ці дані можуть бути представлені у вигляді таблиць, що характеризують зв'язок маси окремих сегментів тіла людини з його загальною вагою (вагові коефіцієнти); характеризують зв'язок довжини сегмента з відстанню до його ЦТ (радіуси центрів тяжкості). Ці дані можуть бути представлені також у вигляді коефіцієнтів регресії (парної та множинної).

Поняття про вимірювальну систему (датчики, передача, перетворення, реєстрація інформації).

p align="justify"> В основі інструментальних методів біомеханічного контролю лежать вимірювальні системи. Типова схема вимірювальної системи складається із шести блоків.

1. Об'єкт виміру.

2. Пристрій, що сприймає.

3. Перетворювач.

4. Обчислювальний пристрій.

5. Передавальний пристрій.

6. Індикатор (пристрій для запису).

Пристрій, що сприймає або датчик. Його основне призначення – сприйняття фізичних величин. При дослідженнях у спорті найчастіше використовуються такі датчики.

Фотодіоди (або фотоелементи). Використовуються для вимірювання часових відрізків. Їхня вхідна величина – освітленість, вихідна – постійний струм. Фотодіоди чутливі в діапазоні від 0 до 500 гц і мають похибку 1-3%, що недостатньо при особливо точних вимірах.

Реостатні датчики (потенціометри). Використовуються для вимірювання лінійних та кутових переміщень, можуть використовуватись для вимірювання зусиль. Вхідна величина потенціометра – кутове переміщення, вихідна – зміна опору. Він має порівняно невелику похибку, високу чутливість.

Тензорезистори. Використовуються для виміру зусиль. Використання тензорезисторів дозволяє перетворити будь-який спортивний снаряд на засіб вивчення руху. В основі дії тензорезисторів лежить той самий фізичний принцип, що й у реостатних датчиків – зміна геометричних розмірів провідників викликає зміну електричного опору датчика. R = r l /q - Опір прямо пропорційно питомому опору і довжині провідника, і обернено пропорційно площі його перерізу. Зміни довжини та площі перерізу в межах пружності матеріалу пропорційні силі дії. Вхідна величина тензорезисторів – переміщення, вихідна – зміна опору. До переваг цих датчиків відносяться: мала похибка вимірювань, стійкість до вібрацій. До недоліків – низька чутливість, необхідність ретельного приклеювання. Найбільш суттєвою для тензорезисторів є температурна похибка.

Акселерометри призначені для виміру прискорень. Лінійні прискорення точок тіла людини змінюються дуже значно (наприклад, при замаху та ударі по м'ячу – від 200 до -1000 м/с 2). Тому для досягнення максимальної точності вимірювань акселерометри підбираються за своїми характеристиками для вимірювання конкретних класів рухів.

Застосування акселерометрів обмежується тим, що датчик вимірює не прискорення руху тіла, а рівнодію лінійного прискорення та прискорення сили тяжіння. Для визначення шуканого прискорення треба знати орієнтацію датчика щодо вертикалі в кожний момент часу, тобто вимір має супроводжуватися стереокінозйомкою. Але щодо ударних рухів це обов'язково.

Електроди – голчасті та нашкірні – призначені для зняття біопотенціалів із працюючих м'язів.

Перетворювачі (вони блок живлення датчиків і підсилювачі) можуть бути різними - від саморобних пристроїв до стандартних багатоканальних. Дозволяють посилювати сигнали з датчиків рівня, достатнього для використання реєструючого приладу.

Обчислювальний пристрій порівнює сигнал з еталоном (калібрувальним сигналом) і по проводах або за допомогою радіотелеметрії передає результат на індикатор або записуючий пристрій.

У деяких випадках вимірювальна система не включає обчислювальний пристрій і аналіз матеріалів проводиться окремо з використанням напівавтоматичних дешифраторів або навіть вручну. У разі про дотримання принципу термінової інформації говорити годі й говорити.

Для реєстрації даних можуть використовуватися самописці (наприклад, електрокардіограф), осцилографи, що пишуть, друкуючі пристрої. Вони мають свої переваги і недоліки. Так у самописців при записі швидкоплинних процесів може бути дуже велика інертність. Світлопроменеві (шлейфні) осцилографи позбавлені цього недоліку, проте обробка плівки займає багато часу і є небезпека зіпсувати кіноплівку при обробці (та й роздобути таку плівку не так просто). Запис зроблений ультрафіолетовим променем на фотопапері УФ не треба обробляти, але сам запис не збільшити для дешифрування.

Експериментальні методи визначення біомеханічних параметрів (оптичні та оптико-електронні, механоелектричні, вимірювання часових інтервалів, комплексні).

Для реєстрації біомеханічних параметрів використовуються методи, запозичені з багатьох галузей знань. Ці методи зручно розбити на оптичні, оптико-електронні, механоелектричні, комплексні.

Оптичні методи реєстрації рухів. Залежно від завдань дослідження можуть застосовуватись:

1. 1. Звичайна фотографія визначення структури пози.
2. 2. Фотографія з багаторазовою експозицією – для отримання інформації про рухи у площині зйомки. При використанні цих видів фотозйомки трьома синхронізованими апаратами одержують зображення об'єкта у трьох площинах.
3. 3. Циклографічна (стробографічна) зйомка. Виробляється через обтюратор або з використанням пульсуючих маркерів, а також джерел світла. Дозволяє одержати готовий достовірний промір руху.
4. 4. Стереостробофоторафія. Її перевагою є документальна точність локалізації точок у кадрі за трьома координатами у послідовні моменти часу, інтервали між якими задані електронним, а не механічним пристроєм.
5. 5. Кінозйомка – загальнодоступний інформативний педагогічний та біомеханічний метод дослідження рухів у спорті. Залежно від швидкості протягування плівки апаратура ділиться на стандартну (24 к/с), «лупу часу» (до 300 к/с) та спеціальні високочастотні (до 5000 к/с) кінокамери.

Фото- та кіноплівка є матеріалом для розрахунків механічних характеристик руху, точність яких залежить від достовірності зняття вихідних координат, що в свою чергу є наслідком правильності організації зйомки.

Випробуваний має бути в щільно облягаючому костюмі з контрастними мітками над осями суглобів. Місце дослідження вибирають з розмаху переміщень об'єкта. Висвітлення має забезпечувати достатню короткочасність експозиції. Для зменшення спотворень з обох боків знімка використовують довгофокусні об'єктиви. Оптимальна відстань між об'єктивом та об'єктом (Е 0) визначається за формулою:

Е 0 = V F k / C f де V - Швидкість об'єкта, м / с, F - фокусна відстань, см, k - Відношення часу експонування до часу зміни кадрів, З роздільна здатність апарату, см, f - Частота кінозйомки, к / с.

Оптико-електронна реєстрація рухів здебільшого здійснюється за допомогою відеозапису. У цьому випадку рухи можуть бути відразу ж відтворені на екрані та використовуватися для прикладного педагогіко-біомеханічного аналізу. Однак для кількісної оцінки техніки звичайні відеомагнітофони не підходять через низьку роздільну здатність. У зв'язку з цим створено спеціалізовані відеомагнітофони (так зване Speed ​​- Video ). У комплексі з обчислювальним пристроєм дозволяють давати термінову кількісну оцінку рухів.

За матеріалами кіно- та відеозйомки, проведеної з дотриманням усіх технічних вимог до їх організації, можна визначити низку механічних характеристик положення або руху тіла. Звичайна фотографія або плівка є документом для визначення в площині зйомки наступних показників.

1. координат центрів тяжкості ланок чи ОЦТ тіла;
2. моментів сил тяжіння ланок;
3. суглобових кутів;
4. моментів та кутів стійкості;
5. моментів інерції ланок та тіла.

Аналіз кількох кадрів пов'язані з простежуванням цих характеристик у часі.

Залежність координат точок тіла іноді представляє закон їх руху у обраної системі координат. Ці дані необхідні кількісної оцінки якості рухів. Динаміка суглобових кутів, моментів сил тяжкості та умов роботи м'язів складає предмет аналізу рухів людини як біомеханічної системи, що керується ЦНС. Зміни моменту інерції тіла розкриває механізм побудови складних обертальних рухів.

Механоелектричні методи визначення біомеханічних характеристик. Оптичні та оптико-електронні методи дослідження не дозволяють (за рідкісним винятком) проводити кількісну оцінку руху відразу після вимірювання, оскільки отриманню кінцевого результату передують етапи хімічної обробки матеріалів (не завжди) та розрахунку за ними біомеханічних характеристик. Це суттєво обмежує можливість використання результатів дослідження у тренувальному процесі. Механоелектричні методи значною мірою вільні від цього недоліку. Вони полягають у перетворенні вимірюваної механічної величини в електричний сигнал та подальшому вимірі (або реєстрації) та аналізі його.

Основною перевагою механоелектричних методів вимірювання біомеханічних змінних є оперативність отримання вимірюваних характеристик та можливість автоматизації розрахунку безпосередньо не вимірюваних характеристик. Найпоширеніших із цієї групи методів є тензодинамометрія. У процесі виконання вправи людина механічно взаємодіє із зовнішніми тілами (опорою, снарядом, інвентарем). Ці тіла деформуються. Причому величина деформації зазвичай пропорційна силі впливу. Для реєстрації цих деформацій найчастіше використовуються тезодатчики, але можуть застосовуватись і реостатні датчики.

У більшості випадків тензометрична апаратура використовується безпосередньо для визначення силових характеристик спортивних рухів та вивчення на цій основі динамічної структури рухових дій.

Широкого поширення набули тензоплатформи - пристрої, що дозволяють визначати взаємодію людини з опорою при відштовхуванні. Складові реакції опори (вертикальна та горизонтальні) реєструються незалежно від точки контакту з приладом.

Стабілометрія. За допомогою тензометричної апаратури можна дослідити також переміщення точки зусилля до тензоплатформи. Таке переміщення може відбуватися як через пересування випробуваного, так і зміну положення його ОЦТ при зміні пози. Для цих вимірювань потрібна багатокомпонентна тензоплатформа, за допомогою якої вимірюються окремі складові реакції у всіх опорах, встановлених по кутах платформи.

Акселерометрія. Однією з найважливіших характеристик руху є лінійне прискорення. визначати його можна також за допомогою тензометричної апаратури. У даному випадку тензодатчик реєструє деформацію пружної пластини, пов'язаної з об'єктом, що рухається. Оскільки маса датчика ( m ) та пружність пластини ( C ) величини постійні, то переміщення маси датчика щодо об'єкта буде пропорційно до лінійного прискорення об'єкта. Параметри акселерометра підбираються таким чином, щоб власна частота коливань датчика була в 3-4 рази більша за максимальну частоту досліджуваного процесу.

Гоніометрія – вимір у людини кутів у зчленуваннях тіла. Суглобовий кут є важливою біомеханічною характеристикою, наприклад щодо програми пози. Від суглобового кута залежить сила тяги м'яза (тобто її довжина та її плече щодо осі суглоба).

Для безпосереднього вимірювання суглобових кутів застосовуються механічні та електромеханічні гоніометри. В останніх використовуються реостатні потенціометри. Корпус потенціометра жорстко зв'язується з однією з планок гоніометра, а з іншого його вісь.

Механографія – запис руху. Здійснюється також за допомогою потенціометрів. Точка, що переміщається, з'єднується малорозтяжною ниткою з віссю датчика. Рухи з великою амплітудою можуть бути зареєстровані, якщо на вісь потенціометра вдягнути кільце (блок) відповідного діаметра.

Електроміографія - спосіб реєстрації електричної активності м'язів. Дозволяє отримувати інформацію безпосередньо під час виконання фізичної вправи. Можна виділити три основні напрями використання електроміографії вивчення рухової діяльності людини. 1. Характеристика активності окремих рухових одиниць м'язів. 2. Визначення активності окремих м'язів у різних рухових актах. 3. Характеристика узгодження активності м'язів, об'єднаних спільною участю у русі. Для вирішення біомеханічних завдань використовуються головним чином другий та третій напрямки. При використанні електроміографії вивчення спортивних рухів зазвичай застосовуються нашкірні електроди, але іноді використовують і голчасті. Нашкірні електроди можуть бути моно-і біполярні. У будь-якому випадку електроміограма може відображати електричну активність м'язів, над якими знаходяться електроди, або (при монополярному відведенні) активність м'язів, що знаходяться між активними та індиферентними електродами.

Слід враховувати, що величина біопотенціалів, що реєструється, залежить від трьох факторів. Від положення електродів щодо м'яза – при розташуванні вздовж волокон, а також поблизу рухової точки (місце входу нерва в м'яз) потенціали більші. Від електропровідності шкіри – шкіру слід знежирювати ефіром. Від форми та розмірів електродів – слід користуватися одними й тими самими чи, у крайньому разі, однаковими.

У будь-якому випадку електроміограма може використовуватися як показник стану механізмів координації рухів як еквівалент механічних явищ (напруги, тяги), що виникають у м'язі при її збудженні. Н.В. Зімкін та М.С. Цвєтков (1988) показали, що за згладженою електроміограмою можна судити про участь у русі м'язових волокон різного типу (швидких, проміжних та повільних), а отже і склад м'язи. Згладжену електроміограму простіше обробляти, ніж натуральну, за згладженою електроміограмою можна розраховувати швидкість збудження м'яза.

Методи виміру часових показників. Якщо траєкторія відома заздалегідь, а амплітуда руху велика (кілька метрів), реєструвати час проходження відрізків можна за допомогою фотодатчиків. Сигнали від датчиків або вимикають електросекундомери (кожен датчик – свій секундомір), або реєструються самописцем (осцилографом). У разі точність методу визначається точністю відмітника часу, чи точністю лентопротяжного механізму. Ступінь достовірності результатів безпосередньо залежить від кількості встановлених на дистанції датчиків.

Комплексні методи дослідження. Метою біомеханіки є дослідження як фізичних можливостей спортсмена, і способів вирішення певної рухової завдання. У процесі дослідження необхідно з'ясувати закономірності побудови рухів, визначити взаємозв'язок між механічними та біологічними характеристиками, що відбивають координацію рухів. Це завдання дуже складне, оскільки залежність між м'язовим напругою і рухом перестав бути однозначної, вказував Н.А. Бернштейн. Причиною руху ланок тіла є напруга м'язів, яка обумовлена ​​як ступенем збудження, так і ступенем розтягування м'яза. Таким чином, переміщення ланки змінює довжину м'яза і, як наслідок, її напругу.

Комплексна реєстрація біологічних та механічних характеристик руху є необхідною умовою вивчення закономірностей управління рухами людини. Вона можлива при одночасному записі електрофізіологічних та біомеханічних показників руху. Коли реєструється електрична активність м'язів та зовнішня картина руху (кінограма, циклограма, тензодинамограма, гоніограма, механограма). При записі цих процесів різні носії виникає потреба у застосуванні спеціальних пристроїв для синхронізації записи. Один з таких пристроїв описано в[4, С. 60].

При використанні механо- та (або) тензодинамографії завдання синхронізації записів вирішується простіше, тому що вони здійснюються на одній і тій же стрічці.

Отже, до теперішнього часу доведено необхідність і виняткову цінність використання багатоканальної одночасної реєстрації параметрів кінематики, динаміки та електричної активності м'язів для встановлення зв'язку між різними феноменами рухів та їх причинами, а також для реалізації ідеї оптимального управління тренувальним процесом.

Однак використання в природних умовах з метою комплексної оцінки технічної майстерності спортсменів, інформативних інструментальних методів (тензо-, механо-, електроміографії, кінозйомки та ін) зазвичай пов'язане з великими організаційними та методичними труднощами.

Водночас доведено, що у штучно створених умовах, що забезпечуються використанням тренажера, можна отримати достовірну інформацію про ту чи іншу сторону технічної чи фізичної підготовленості. Крім того, спрощена структура вправи дозволяє з більшою ймовірністю оцінити характер зміни фізичного компонента, оскільки зменшується вплив технічного компонента на результат. І хоча тренажер ніколи не замінить цілісний рух, є безліч даних про те, що тренажерно-дослідницький комплекс може успішно вирішувати завдання термінової достовірної інформації, а також визначення стану спортсмена, який гарантує йому досягнення бажаного результату на змаганнях.

Розрахункові методи вивчення рухів (визначення координат, швидкостей, прискорень, сил, моментів сил).

Змістові висновки можуть бути зроблені на підставі надійної інформації. Звідси випливає, що методи та апаратура, які застосовуються у біомеханічних дослідженнях, повинні забезпечувати отримання достовірних результатів. Це означає, що ступінь точності вимірювань має відповідати меті дослідження, а методи та апаратура не повинні впливати на досліджуваний процес, тобто не повинні спотворювати результат та заважати випробуваному.

На перший погляд цим вимогам цілком відповідають (непрямі вимірювання, механіко-математичне моделювання), що базуються на використанні фізичних закономірностей та статистичних даних про геометрію мас тіла людини (таблиці та ілюстрації містяться в ). Розрахункові методи використовуються при вирішенні прямої та зворотної задач динаміки. При цьому як вихідні дані зазвичай використовуються кінематичні або динамічні характеристики, тобто аналіз проводиться з початкової або кінцевої ланки явищ, що становлять об'єкт біомеханічних досліджень (механічний рух людини, причини та прояви цього руху).

Розрахункові методи часто застосовують для непрямого визначення біомеханічних характеристик, які з різних причин не можуть бути виміряні (зареєстровані) безпосередньо, наприклад, в умовах змагань.

Видатні біомеханіки Д.Д. Донський та С.В. Дмитрієв (1996) констатують, що «…розвиток точної реєструючої апаратури та комп'ютеризація досліджень рухових актів захопили дослідників побудовою механіко-математичних моделей, дуже складних та ефективних у розкритті найтонших деталей руху (особливо в інженерній та медичній біомеханіці)». Ми не маємо права заперечувати це твердження повністю, але ефективність застосування механіко-математичного моделювання для вирішення деяких завдань біомеханіки спорту піддається сумніву багатьма не менш відомими дослідниками.

У вітчизняній науково-методичній літературі можливості розрахункових методів продемонстровані в поодиноких роботах, що підтвердили загальновідомі істини, наприклад, при визначенні провідних елементів техніки у спортивній гімнастиці (Ю.А. Іполитов, 1997), виділення факторів, що забезпечують результат у стрибках на лижах з трампліну ( Н. А. Багін, 1997), виявленні залежності між кінематикою та динамікою обертань у фігурному катанні на ковзанах (В. І. Виноградова, 1999). Автори продемонстрували найвищу ерудицію, але у всіх випадках розрахункові результати значно відрізнялися від результатів, одержаних прямим виміром в аналогічних умовах.

Теоретично це пояснюється тим, що в основі класичних розрахункових методів у біомеханіці лежить гіпотеза еквівалентності неживої та живої маси. Ця гіпотеза передбачає, що біологічне тіло не змінює своєї внутрішньої структури під вплив керуючих сил і моментів, і навіть перебуває у постійної позі. Якщо ця умова не виконується, то методи класичної біомеханіки стають непридатними.

Експериментальні дослідження, що проводилися протягом багатьох років у лабораторії біомеханіки ВНДІФКу, показали, що «…обмеженість класичних розрахункових методів для отримання по переміщенням точок даних про величини прискорень і сил у рухових діях із зміною пози, випливає з тих обставин, що нині немає можливостей для об'єктивної оцінки напрямів усунення внутрішніх органів, мас крові та лімфи. У рамках алгоритмів розрахунків також не враховується передача сил чи енергії від ланки до ланки або їх поглинання та розсіювання» (І.П. Ратов, Г.І. Попов, 1996). Ці автори експериментально підтвердили думку Н.А. Бернштейна про те, що не існує однозначного зв'язку між м'язовою напругою та механічним рухом (оскільки кожен рух – результат взаємодії активних та реактивних сил) і показали, що в біомеханічних системах функція «сила-прискорення» – нелінійна, тобто значні прискорення при переміщенні мас можуть призводити до появи зусиль.

Таким чином, недоліком розрахункових методів взагалі і особливо механіко-математичного моделювання є те, що «розроблені моделі рухів людини (сумнівно адекватні живому тілу людини та її рухам) намагаються «начинити» середньостатистичною геометрією мас і реальною кінематикою живих вправ» (М.Л. .Іоффе з співавт., 1995). «Результати такого підходу плачевні як з наукової, так і з практичної точки зору», – наголошує Н.Г Сучилін (1998).

Література 1. Годік М.А. Спортивна метрологія: підручник для ІФК - М.: Фізкультура та спорт, 1988. С. 57-66.

2. Заціорскій В. М., Аруїн А. С, Селуянов В. Н. Біомеханіка рухового апарату людини. - М.: Фізкультура та спорт, 1981. - 143 с.

3. Зімкін Н.В., Цвєтков М.С. Фізіологічна характеристика особливостей скорочувальної діяльності м'язів у спринтерів та стаєрів // Фізіологія людини. - 1988. - Т.14. - № 1. - С. 129-137.

4. Практикум з біомеханіки: Посібник для ін-тів фіз.культ / За заг. ред. к.б.н. І.М. Козлова. - М.: Фізкультура та спорт, 1980. - 106 с.

5. Селуянов В.М., Чугунова Л.Г.Розрахунок мас-інерційних характеристик тіла спортсменів методом геометричного моделювання // Теорія та практика фізичної культури. - 1989. - № 2. - С. 38-39.

6. Сучілін Н.Г., Аркаєв Л.Я., Савельєв В.С. Педагогіко-біомеханічний аналіз техніки спортивних рухів на основі програмно-апаратного відеокомплексу // Теорія та практика фізичної культури. - 1995. - № 4. - С.12-21.

7. Шафранова Є.І. Методи обробки біоелектричної активності м'язів // Теорія та практика фізичної культури. - 1993. - № 2. - С. 34-44; № 3 - С. 16-18.

8. Уткін В.А. Біомеханіка фізичних вправ: Навч. посібник для ф-тів фізичного виховання. - М.: Просвітництво, 1989. - С. 56-79.

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ БІОМЕХАНІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ (2 години)

Шкали вимірів (найменувань, порядку, інтервалів, відносин).

Завдання обробки біомеханічних вимірів. Обробка результатів проводиться з метою оцінки похибки отриманих даних, і навіть визначення розрахунковим шляхом безпосередньо не вимірюваних біомеханічних характеристик.

Оцінка похибок, а також їх зменшення шляхом подальшої обробки результатів вимірювань має у біомеханічних дослідженнях спортивних рухів першорядне значення, оскільки специфічні вимоги до методів дослідження не дозволяють застосовувати високоточні, але громіздкі вимірювання. Для вирішення цього завдання було розроблено математичну теорію помилок вимірювань. Нижче в короткому вигляді будуть надані основні рекомендації щодо оцінки похибок та зменшення їх впливу на кінцевий результат.

Не всі біомеханічні характеристики можуть бути безпосередньо виміряні з дотриманням вимог, що висуваються до методів вимірювання у спортивних дослідженнях. Але використання функціонального зв'язку між шуканими і вимірюваними характеристиками дозволяє, як правило, визначати всі біомеханічні характеристики, що цікавлять дослідника. Цей метод взятий з техніки, де він широко поширений, і зветься «метод непрямих вимірів».

Розрахунок шуканих біомеханічних характеристик за даними непрямих вимірів може здійснюватися як у процесі виміру з використанням засобів обчислювальної техніки, і у процесі аналізу результатів вимірів після експерименту. І в тому, і в іншому випадку наявність похибок виміру накладає певні обмеження на методи обробки результатів непрямих вимірів.

Оцінка похибки вимірювань та правильне, тобто виконане відповідно до ГОСТу, представлення матеріалів вимірювань дає можливість зіставляти результати досліджень, які проводяться за допомогою різних методів виміру або різними авторами. А це, у свою чергу, дозволяє різко скоротити кількість додаткових досліджень тих самих явищ і тим самим скоротити тривалість і вартість біомеханічних досліджень взагалі.

Похибки вимірів, класифікація, джерела та методи усунення. Похибка виміру – різниця результату виміру Х i та істинного значення вимірюваної величини Х іст. : e = Х i – Х іст.

За способом визначення розрізняють абсолютні та відносні; а за походженням – систематичні та випадкові, а також грубі похибки (промахи).

Спосіб визначення абсолютних похибок ми щойно описали. Абсолютна похибка виявляється у тих самих одиницях, як і вимірювана величина. За справжнє значення зазвичай беруть результат, отриманий за допомогою більш точного методу.

Відносна похибка часто використовується під час проведення комплексного контролю, коли вимірюються показники різної розмірності:eотн. = e/Х i *100%. Ще один аргумент на використання відносної похибки – визначення відносної похибки необхідне оцінки можливості використання цієї методики на дослідження конкретного руху (помилка має перевищувати ±5,0% вимірюваної величини).

p align="justify"> Систематичні похибки - це похибки, значення яких залишається незмінним (або змінюється відомим чином) від досвіду до досвіду. Отже, вони можуть бути виключені з остаточного результату, якщо їх величина визначена шляхом попередньої тарування апаратури перед кожним експериментом. Розрізняють 4 групи систематичних помилок. 1. Причина виникнення відома і величина може бути визначена досить точно (температурна похибка, лінійка з поламаним початком...). 2. Причина виникнення відома, а величина – ні. Ці помилки залежать від класу вимірювальної апаратури і коливаються в межах допустимої граничної величини. Клас точності (1,0, 2,0 тощо) означає відносну похибку вимірювань у відсотках. 3. Походження та величина помилки невідомі. Такі помилки виявляються у складних вимірах, коли вдається врахувати всі джерела можливих похибок. 4. помилки, пов'язані з властивостями об'єкта виміру. Систематичний контроль за спортсменами дозволяє визначити міру їхньої стабільності та враховувати можливі похибки вимірювань. Інакше важко відокремити значні зрушення (наприклад, при втомі) від похибок вимірювання.

Для усунення систематичних похибок використовують два способи. Перший - це таріровка апаратури - перевірка показань приладів з використанням еталонів у всьому діапазоні можливих значень вимірюваної величини. Другий спосіб – це калібрування – визначення похибок та величини поправок.

Випадкові похибки викликаються неконтрольованими причинами, що змінюються від досвіду до досвіду. Випадкові похибки виявляються при одночасному дії дуже великої кількості незалежних друг від друга причин, кожна з яких мало впливає на результат виміру, але в сукупності ці причини дають помітний ефект. Випадкова похибка за своєю природою не може бути врахована і компенсована в процесі проведення експерименту.

Грубі похибки (промахи) характером істотно відрізняються від випадкових. Якщо випадкові похибки виникають при справній апаратурі та правильних діях експериментатора, причиною виникнення промахів є несправності та (або) помилки в роботі. Грубі похибки виявляються за різким випаданням результату із загального ряду отриманих чисел, що, як правило, знаходиться в різкій суперечності з фізичною картиною явища.

Обробка результатів прямих та непрямих вимірювань біомеханічних параметрів та змінних. Методи оцінки та зменшення випадкових похибок вимірювання біомеханічних параметрів та змінних істотно різняться.

Обробка результатів вимірів біомеханічних параметрів. Основним способом зменшення випадкових похибок під час вимірювання біомеханічних параметрів є проведення повторних вимірювань та обробка їх результатів.

Обробляє результати прямих вимірювань біомеханічних параметрів. За відсутності точних відомостей про фізичні причини розкиду результатів вимірювань, що спостерігається, за найбільш ймовірне значення вимірюваної величини приймають оцінку математичного очікування результатів вимірювань, тобто. Ступінь достовірності одержаного результату можна оцінити величиною інтервалу ± q всередині якого із заданою ймовірністю α буде знаходитись величина: = t * S x , де t – критерій Стьюдента для числа рівного n -1; S x - Середня помилка середньої арифметичної.

Обробка результатів непрямих вимірів біомеханічних параметрів. У ряді випадків величина, що цікавить нас, не вимірюється безпосередньо, а обчислюється як функція виміряних значень якихось інших величин. Наприклад, тобто. У таких випадках для розрахунку середньої арифметичної та середньої помилки середньої арифметичної спочатку визначають найбільш ймовірні значення вимірюваних параметрів (кута та швидкості вильоту) та їх середні помилки. Надалі передбачається, що похибки визначення параметрів малі проти їх справжніми значеннями, а виміри кожного з параметрів проводилися незалежно друг від друга. Це припущення справедливе переважної більшості випадків біомеханічних непрямих вимірів. Тоді найбільш ймовірне значення довжини польоту обчислюється за середніми значеннями швидкості та кута вильоту: . Середня помилка розраховується так: .

Обробка результатів виміру біомеханічних змінних. Біомеханічні змінні (координати, швидкості, прискорення) у процесі руху є випадкові функції часу. Результатом їх виміру є, зазвичай, таблиці значень, зафіксованих через певні проміжки часу, чи графіки, написані самописцем (осцилографом). Повторні вимірювання принципове що неспроможні підвищити точність результату через варіативності рухів людини. Одночасне вимірювання шуканої змінної за допомогою декількох однотипних приладів з подальшою обробкою не рекомендується через громіздкість апаратури та вплив цього фактора на вимірюваний процес.

Відносно простим способом підвищення точності вимірювання біомеханічних змінних є використання відмінності частотного складу вимірюваного процесу, що виникли при вимірюванні випадкових похибок (перешкод), тобто при роботі апаратури на синусоїду процесу (1) накладається синусоїда помилки (2).

Характер похибок при цьому можна визначити шляхом пробних записів у разі, коли змінна змінна дорівнює нулю або постійна. Наприклад, за відсутності руху.

Усунути похибки при записі можна згладжуванням сигналу за допомогою фільтра, коефіцієнт передачі якого визначається за формулою: де f - Частота вхідного сигналу, R - Опір резисторів, С - величина ємності конденсатора. Розрахунки виконуються окремо для частоти сигналу процесу та частоти сигналу перешкоди, потім порівнюються коефіцієнти передачі вимірювання та перешкоди.

Згладжуванню можна піддавати і табличні дані. Ця процедура обов'язково застосовується тоді, коли за табличними даними розраховують похідну вимірюваного сигналу, тобто координати розраховують швидкості і прискорення. Практично це виконується таким чином, що переміщення, а потім різницю швидкостей розраховуються не між сусідніми кадрами, а через 1 або більше кадрів.

Якщо результат представлений у вигляді графіка, на якому вимірюваний процес містить високочастотну похибку, можна виконати графічне усереднення шляхом нанесення середньої лінії між високочастотними коливаннями процесу.

Похибка динамічних вимірювань визначають експериментально за допомогою перевірки вимірювальної апаратури (тарування) в умовах, близьких до умов її практичного використання (за силою, швидкістю процесу).

Щкали вимірів (найменувань, порядку, інтервалів, відносин).

Подання результатів вимірів. Правильне уявлення результатів біомеханічних вимірів є важливим чинником забезпечення достовірності та наочності результатів біомеханічних досліджень. При поданні результатів слід дотримуватись таких правил. 1. Всі записи, що стосуються дослідження, повинні вестись повно та акуратно, бути цілком зрозумілими будь-якому досить кваліфікованому читачеві. 2. Усі результати спостережень (вимірювань), а також обчислений за ними остаточний матеріал слід наводити разом із похибками. Для кожної величини має бути зазначена розмірність відповідно до системи СІ. 3. Число та його похибка слід записувати так, щоб їх останні цифри належали до того самого десяткового розряду. 4. Помилка, що отримується в результаті обчислень, повинна бути приблизно в 10 разів менша за похибку вимірювань.

При вивченні біомеханічних змінних результати можуть бути представлені у вигляді графіка. Основна перевага графіка – наочність. Графік має бути таким, щоб можна було відразу охопити вид отриманої залежності, отримати про неї кількісне уявлення та відзначити наявність різних особливостей – максимуму, мінімуму, областей найбільшої та найменшої швидкостей зміни, періодичності тощо. При кресленні графіка дотримуються правил. 1. Графік будують на міліметровому папері, або на папері з координатними сітками. 2. По осі абсцис (Х) відкладають ту величину, що викликає зміни інших величин (час – завжди). На осях обов'язково вказують позначення та розмірність відповідної величини. 3. Масштаб графіка визначається похибкою вимірювання величин, відкладених по осях (чи з правил угруповання даних). Масштаби по осях можуть бути різними. Шкала повинна легко читатися, тому одна клітина масштабної сітки повинна відповідати зручному числу (1, 2, 5, 10...) одиниць величини, що зображується на графіку. 4. На графіці наводиться лише експериментально певна сфера змін показників; не слід прагнути того, щоб графік починався з точки з координатами 0; 0. 5. Щодо нанесення кривої, тобто дві думки. Одні вважають, що лінія має бути плавною, інші вважають, що точки на графіку слід з'єднувати прямими лініями – тобто не заходити в гіпотетичні області (виходить ламана лінія). 6. Заголовок має вказувати, що зображено. Криві мають бути підписані, або пояснені у заголовку.

Тестування та педагогічне оцінювання в біомеханіці.

Тест – вимір чи випробування, проведене визначення стану чи здібностей спортсмена. Як тести можуть бути використані лише ті випробування, які задовольняють наступним метрологічним вимогам. 1. Повинна бути визначена мета тестування. 2. Процедура має бути стандартизована. 3. Повинна бути визначена надійність та інформативність тесту. 4. Повинна бути розроблена система оцінювання результатів тестування. 5. Має бути зазначений вид контролю (оперативний, поточний, етапний).

Залежно від мети тестування, тести можуть бути розділені на кілька груп. 1. Показники, що вимірюються у спокої – оцінка фізичного стану чи визначення рівня «фону» для «динамічних» досліджень. 2. Стандартні тести – всі випробувані виконують однакові завдання, навантаження у своїй не гранична і, отже, немає мотивації для досягнення максимального результату. 3. Тести з максимальним навантаженням – їх результат залежить від підготовленості та від мотивації.

Залежно кількості факторів, визначальних результат тесту, розрізняють гетеро- і гомогенні тести. По-перше більшість.

Зазвичай, оцінка рівня підготовленості проводиться з допомогою батареї тестів.

Визначення мети тестування вибирається виходячи з існування трьох різновидів (оперативний, поточний, етапний) та трьох напрямів контролю (змагальної діяльності, тренувальної діяльності, рівня підготовленості).

Різновиди та напрямки комплексного контролю у спорті

(за М. Годік, 1988)

Стандартизація вимірювальних процедур зумовлює точність результатів контролю. Досягається тим, що режим дня напередодні тестування, розминка, виконавці, схема та умови тестування, інтервали відпочинку та рухова установка під час тестування мають бути незмінними.

Надійність та інформативність тесту. Надійність тесту - ступінь збігу результатів при повторному тестуванні тих самих людей в однакових умовах. Найбільш простим способом визначення надійності є розрахунок коефіцієнта парної кореляції результатів першого та другого тестування. Надійність тесту вважається прийнятною при r ³ 0.70.

Інформативність (валідність) тесту - властивість тесту досить повно відображати сутність процесу, що вивчається. Інформативність тесту можна визначити логічно та емпірично. Суть логічного методу полягає у логічному (якісному) зіставленні характеристик критерію та тесту. емпіричний метод полягає у проведенні кореляційного аналізу критерію та результату тесту.

Як критерій може бути використані – 1. результат у змагальному вправі. 2. Найбільш значні елементи змагальної вправи. 3. результати тестів, інформативність яких доведено. 4. сума окулярів випробуваного під час виконання батареї тестів.

При використанні як критерій спортивної кваліфікації, порівнюють середні значення показників у спортсменів різної кваліфікації (застосовують t -Критерій Стьюдента). Якщо відмінності є достовірними – тест інформативний.

Крім надійності та інформативності тести характеризуються також стабільністю, еквівалентністю та узгодженістю.

Стабільність – різновид надійності у разі значного розведення у часі тесту та ретесту. Висока стабільність тесту свідчить про стабільність досліджуваної якості.

Еквівалентність тесту - ступінь збігу результату в даному тесті з результатами в інших тестах при дослідженні однієї і тієї ж ознаки (наприклад, підтягування та віджимання, стрибки з місця у довжину та у висоту).

Узгодженість тестів – незалежність результатів тестування від особистих якостей дослідника. Навіть під час проведення інструментальних досліджень хтось може краще мотивувати піддослідних, як і визначає величину узгодженості.

Педагогічне оцінювання – завершальний етап процедури тестування. Полягає в: 1. підборі шкали для переведення результатів тесту в окуляри. 2. перетворення результатів на бали. 3. порівняння досягнень з нормами та виведення підсумкової оцінки.

Результати можна просто ранжувати, але це не завжди слушно. Тому потрібно використати спеціальні шкали. Їх може бути багато. Основними вважаються чотири шкали: пропорційна (а), прогресуюча (б), регресуюча (в), S -подібна (сигмоподібна) (г).

Вибір шкали оцінки залежить від цього, у якій зоні слід стимулювати зростання результатів.

У практиці використовують шкали: стандартну, перцентильну, ГЦОЛІФК.

У основі стандартної шкали лежить пропорційна. Стандартна шкала названа так тому, що масштабом у ній є стандартне відхилення ( S ). При побудові цієї шкали використовується закон нормального розподілу, який свідчить, що це можливі значення ознаки містяться у інтервалі (правило трьох сигм для генеральної сукупності: ). У цьому випадку зазвичай виділяють такі зони оцінки (рівні прояву досліджуваної ознаки:

Але ця шкала не дозволяє давати точну оцінку явища.

Найбільш поширена Т-шкала, де Т – результат в окулярах, – результат i -го учасника, – результат групи, S - стандартне відхилення. Ця шкала справедливіша порівняно з простим ранжуванням.

Перцентильна (відсоткова) шкала. У її створенні лежить наступна операція - кожен випробуваний отримує за свій результат стільки очок, скільки відсотків суперників він випередив. Ця шкала найбільше придатна для оцінки великих груп людей. Розраховують скільки результатів вкладається в один перцентиль (відсоток) або скільки відсотків припадає на одну особу. Ця шкала зовні нагадує сигмовидну – найбільші зміни припадають на середину діапазону.

Шкала ГЦОЛІФКа застосовується для оцінки результатів тестування одного й того спортсмена в різні періоди циклу або етапу підготовки: n = (найкращий результат – оцінюваний результат / кращий результат – найгірший результат) х 100 (балів). В даному випадку результат тесту розглядається не як абстрактна величина, а у зв'язку з кращим та гіршим результатами.

Оцінка комплексу тестів. Може виконуватись з використанням регресійного аналізу. Рівняння типу У = а + b 1 x 1 + b 2 x 2 +…+ b n x n дозволяє визначити результат у змагальній вправі (У) за результатами тестів (х 1, х 2, …). Але треба мати на увазі, що тести мають бути нерівнозначними. Важливість (вагомість) тесту можна визначити трьома способами. 1. Експертна оцінка – для важливого тесту запроваджується підвищуючий коефіцієнт. 2. Коефіцієнти встановлюються з урахуванням факторного аналізу. 3. Кількісним мірою вагомості тесту може бути коефіцієнт парної кореляції з результатом у вправі змагання. Це способи отримання «зваженої» оцінки тестування.

Другий варіант оцінки комплексного контролю - побудова профілю спортсмена - тобто графічне зображення результатів оцінювання в окремих тестах батареї. Графік наочно показує сильні та слабкі сторони підготовленості.

Таблиці окулярів. У них максимальна кількість очок (1000-1200) дається за результат, що перевищує світовий рекорд, а результат новачки оцінюється у 100 очок. Далі йде якась із основних шкал. Вибір суто суб'єктивний. Важко порівнювати різні види спорту. Але ці шкали потрібні визначення ходу командних змагань та його результатів, а чи не рівня розвитку тієї чи іншої ознаки.

Отже, біомеханічний контроль (з погляду метрології) складається з кількох етапів.

Визначення мети тестування виходячи з існування трьох різновидів (оперативний, поточний, етапний) та трьох напрямів контролю (змагальної діяльності, тренувальної діяльності, рівня підготовленості).

I. Вибір тесту (тестів) – визначення його (їх) надійності, інформативності, а також стабільності, еквівалентності та узгодженості на основі вивчення науково-методичної літератури або з використанням методів математичної статистики. Визначення процедури тестування. Вибір апаратури. Визначення систематичної похибки вимірів.

ІІ. Тестування (вимірювання) – реєстрація біомеханічних процесів у ході рухової діяльності з використанням інструментальних методів. Боротьба із випадковими похибками.

ІІІ. Обробка результатів тестування з використанням відповідних методів математичної статистики в залежності від того, що вимірювалося (параметри або змінні). Виявлення похибок, боротьби з ними.

IV. Подання результатів дослідження у текстовій, табличній чи графічній формі.

V. Вибір шкали для оцінювання результатів тестування (пропорційна, прогресуюча, регресуюча, S -подібна, Т-шкала, перцентильна, ГЦОЛІФК та ​​ін).

VI. Оцінювання результатів тестування.

Література

1. Годік М.А. Спортивна метрологія: підручник для ІФК - М.: Фізкультура та спорт, 1988. С. 10-44.

2. 2. Практикум з біомеханіки: Посібник для ін-тов фіз. культ / За заг. ред. к.б.н. І.М. Козлова. - М.: Фізкультура та спорт, 1980. - С. 65-75.

3. Уткін В.А. Біомеханіка фізичних вправ: Навч. посібник для факультетів фізичного виховання. - М.: Просвітництво, 1989. - С. 33-56.