Практическая работа по биомеханике физических упражнений

Лекция 3. Биомеханический анализ движений человека

В третьей лекции по дисциплине «Биомеханика двигательной деятельности» описан биомеханический анализ движений человека Биомеханический анализ движений человека начинается с регистрации и определения различных механических характеристик движущегося или покоящегося тела: кинематических, динамических, энергетических и др. Некоторые из этих характеристик определяются экспериментально, а остальные – расчетным путем.

Лекция 3

Биомеханический анализ движений человека

3.1. Понятие о биомеханическом анализе

Биомеханический анализ движений человека всегда начинается с определения различных характеристик движущегося тела. Этими характеристиками могут быть различные механические характеристики (например, перемещение, скорость, ускорение) и биологические характеристики (сила тяги мышцы, время суммарной электрической активности мышцы). Некоторые из этих характеристик определяются экспериментально, а остальные – расчетным путем. В биомеханике широко используются механические характеристики движущегося тела. Прежде чем перейти к описанию механических характеристик введем ряд понятий, характеризующих механическое движение тел.

3.2. Механическое движение тела

Механическое движение тела – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел. Механическое движение является неотъемлемым компонентом функционирования человеческого организма. Чтобы определить положение какого-либо тела в пространстве, прежде всего, нужно выбрать тело отсчета.

Тело отсчета – тело, которое условно считается неподвижным и относительно которого рассматривается движение данного тела.

Выбор тела отсчета определяется соображениями удобства для изучения данного движения. Обычно за тело отсчета принимается тело, неподвижное относительно поверхности Земли.

Система отсчета состоит из тела отсчета, системы координат и часов, синхронно идущих во всех точках пространства.

Физические величины бывают скалярными и векторными.

Векторная величина отображается отрезком прямой со стрелкой на одном конце. Длина отрезка в выбранном масштабе выражает числовое значение векторной величины, а стрелка указывает ее направление. Векторную величину обозначают буквой с черточкой над ней (или стрелкой) или жирным шрифтом. В настоящей лекции векторные величины будут обозначаться жирным шрифтом.

Скалярная величина (от лат. scalaris — ступенчатый) в механике – величина, каждое значение которой может быть выражено одним числом. То есть скалярная величина определяется только своим значением, в отличие от векторной, которая кроме значения имеет направление. К скалярным величинам относятся длина, площадь, время, температура и т. д.

Тело человека – это не материальная точка, а очень сложная биомеханическая система переменной конфигурации. При изучении кинематики движений человека мы можем исследовать движение отдельных точек его тела (например, центров суставов) и производить анализ и оценку их движений с помощью механических характеристик. При изучении движений отдельных звеньев тела человека мы можем вычленить и наблюдать наиболее простые формы движения тела – поступательное и вращательное.

Поступательным движением тела называется такое движение, при котором всякая прямая, проведенная в этом теле, перемещается, оставаясь параллельной самой себе. Поступательное движение не следует смешивать с прямолинейным. При поступательном движении тела траектории его точек могут быть как прямолинейными, так и криволинейными (например, траектория полета ядра или траектория ОЦТ тела человека в полетной фазе бегового шага).

При поступательном движении тела все его точки движутся по одинаковым и параллельно расположенным траекториям и имеют в каждый момент времени равные скорости и равные ускорения. Поэтому поступательное движение тела вполне определяется движением какой-либо его одной точки, а, значит, задача изучения поступательного движения тела сводится к изучению движения любой его точки.

Вращательным движением тела называется такое движение, при котором какие-либо две его точки остаются все время неподвижными. Прямая, проходящая через эти точки, называется осью вращения. Траекторией движения любой точки тела при вращательном движении будет окружность.

3.3. Классификация механических характеристик движения человека

Исследуя движения человека, измеряют количественные показатели механического состояния тела человека или его движения, а также движения звеньев тела, то есть регистрируют механические характеристики движения.

Механические характеристики движения человека – это показатели и соотношения, используемые для количественного описания и анализа двигательной деятельности человека.

Механические характеристики делятся на две группы:

• кинематические (описывают внешнюю картину движений);
• динамические (несут информацию о причинах возникновения и изменения движения человека, а также показывают, как меняются виды энергии при движениях и происходит сам процесс изменения энергии).

3.4. Кинематические характеристики движения человека или спортивных снарядов

Кинематические характеристики движения человека делятся на следующие группы:

3.4.1. Пространственные характеристики

Для простоты, будем считать, что тело человека является твердым телом. Тогда положение тела в пространстве будут характеризовать следующие пространственные характеристики:

Координаты тела – это пространственная мера местоположения тела относительно системы отсчета.

Положение тела в пространстве может быть описано с помощью декартовых и полярных координат. Для определения положения точки на плоскости в декартовой системе координат достаточно двух линейных координат: x и y, в пространстве – трех: x, y, z.

Перемещение тела (ΔS) – вектор, соединяющий начальное положение точки (тела) с его конечным положением. При прямолинейном движении перемещение тела совпадает с траекторией движущегося тела. При криволинейном – не совпадает.

А.В.Самсоновой с соавт. (2016) изучалось влияние «моста» на характеристики движения штанги. Авторами установлено, что «сведение лопаток» позволяет уменьшить значение модуля перемещения штанги из положения «штанга на вытянутых руках» в положение «штанга на груди» на 2,5 см, а «мост» — на 6,7 см. Применение технических приемов позволяет уменьшить механическую работу по подъему штанги массой 144 кг на 43,7 Дж и 88,8 Дж соответственно (рис.3.1)

Рис.3.1. Перемещение штанги из положения «штанга на вытянутых руках» в положение «штанга на груди» (А.В.Самсонова с соавт., 2016)

Траектория движения тела – это геометрическое место положений движущегося тела в рассматриваемой системе координат.

В тяжелой атлетике одним из критериев мастерства является траектория движения штанги. На рис.3.2 представлены различные варианты траектории штанги. Считается, что ширина «коридора» в котором заключена траектория движения штанги не должна превышать 12 см.

Рис.3.2. Оптимальная (1) и нерациональные (2 и 3) траектории движения штанги при выполнении тяжелоатлетических упражнений.

Путь – физическая величина (скалярная), численно равная длине траектории движения точки или тела.

3.4.2. Временные характеристики

Временные характеристики раскрывают движение во времени. К временным характеристикам относятся:

Длительность движения тела – это временная мера, которая измеряется разностью моментов времени окончания и начала движения тела.

Фаза – это часть движения, в течение которой решается самостоятельная двигательная задача.

Например, в беге существуют фаза опоры и фаза полета. Каждая из этих фаз характеризуется определенной длительностью.

Темп движений определяется количеством движений звена человека (например руки или ноги) в единицу времени. Эта характеристика определяется для повторных (циклических движений). Темп движений – величина, обратная длительности движений. Чем больше длительность движений, тем ниже темп. При педалировании в максимальном темпе спортсмен выполняет три цикла в секунду, при беге – 2,8 циклов в секунду, при беге на коньках – 1,8 циклов в секунду.

В атлетизме темп выполнения силовых упражнений существенно влияет на гипертрофию скелетных мышц. Установлено, что эксцентрические упражнения, выполняемые в высоком темпе, оказывают большее повреждающее действие на скелетные мышцы по сравнению с умеренным темпом. Вследствие этого степень гипертрофии мышц при выполнении силовых упражнений в высоком темпе будет больше.

Ритм движений – временная мера соотношения частей (фаз) движения.

Пример. В беге отношение фазы опоры к фазе полета характеризует ритм движений бегуна. Это отношение называется ритмическим коэффициентом. У детей 5-6 лет ритмический коэффициент равен двум, то есть фаза опоры значительно превышает фазу полета. У взрослых мужчин 20-29 лет этот значение ритмического коэффициента равно 1,4. У сильнейших спринтеров этот показатель равен 0,8.

Во многих видах спорта, например, толкании ядра, барьерном беге ритм является важнейшим критерием технического мастерства спортсмена.

3.4.3. Пространственно-временные характеристики

К пространственно-временным характеристикам относят:

Поступательное движение тела

Скорость тела (V) – это векторная величина, определяющая быстроту и направление изменения положения тела в пространстве с течением времени. Скорость измеряется отношением перемещения тела (ΔS) к затраченному времени V= ΔS/Δt.

В спорте скорость движения человека или снаряда является критерием спортивного мастерства. Существует ряд видов спорта, в которых чем выше скорость перемещения спортсмена, тем выше результат, табл. 3.1.

Источник

Сборник практических работ по основам биомеханики

1 Министерство образования и науки Пермского края ГБПОУ «Чайковский индустриальный колледж» Сборник практических работ по основам биомеханики Учебно-практическое издание для студентов специальности (050141) Физическая культура по программе подготовки специалистов среднего звена Чайковский, 2015

2 ББК О — 76 Сборник практических работ по биомеханике: учебно-практическое издание для студентов учреждений среднего профессионального образования: учебнопрактическое издание./ автор-сост. Останина Л.В. Чайковский.: Чайковский индустриальный колледж, с. Утверждено Экспертно-методической комиссией колледжа: протокол 7 от г. Председатель экспертно-методической комиссии: Н.А.Калмыкова, заведующая сектором управления учебно-методической документацией основных профессиональных образовательных программ Составитель: Останина Л.В., преподаватель Чайковского индустриального колледжа Печатается по решению экспертно-методической комиссии ГБПОУ «Чайковский индустриальный колледж» Останина Л.В. автор-сост., 2015 Чайковский индустриальный колледж,

3 СОДЕРЖАНИЕ Пояснительная записка 4 1. Содержание учебной дисциплины «Основы биомеханики» 5 2. Требования к результатам освоения дисциплины 5 3. Практические работы по теме «Общая биомеханика» 8 Практическая работа 1 «Определение общего центра тяжести человека по фотографии» тела 8 Практическая работа 2 «Установление фазового состава двигательного действия» 12 Практическая работа 3 «Составление промера движения по кинограмме» 14 Практическая работа 4 Расчет пространственно-временных характеристик движения по промеру 4. Практические работы по теме «Дифференциальная и частная биомеханика» Практическая работа 5 «Оценка устойчивости человека по фотографии, построение угла устойчивости» Примерные контрольные задания для подготовки к зачету 22 Список рекомендуемой литературы для выполнения практических работ и подготовки к зачету 23 3

4 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Сборник практических работ разработан в соответствии с требованиями Федеральных государственных образовательных стандартов по специальности (050141) Физическая культура. Сборник включает следующие разделы: описание содержания дисциплины «Основы биомеханики» и требования к результатам ее освоения; комплекс практических работ по дисциплине; перечень рекомендуемой литературы для выполнения практических работ и подготовки к зачету. Практические работы по дисциплине структурированы по темам и видам. Практические работы имею следующую структуру: наименование; перечень образовательных результатов, осваиваемых при выполнении практической работы (в т.ч. профессиональных и общих компетенций); практические задания; информационные материалы, обеспечивающие выполнение практических заданий. Примерные контрольные задания для подготовки к зачету предназначены для самооценки студентами освоения образовательных результатов (знаний и умений) по дисциплине. Практические работы ориентированы на формирование профессиональных и общих компетенций. Учебно-практическое издание обеспечивает самостоятельную работу студентов в процессе обучения на практических занятиях и в период подготовки к зачету по дисциплине «Основы биомеханики». Условные обозначения Цель работы Информационные материалы для выполнения задания практической работы Порядок выполнения практической работы 4

5 Тема 1. Общая биомеханика Тема 2. Дифференциальная и частная биомеханика 1. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ОСНОВЫ БИОМЕХАНИКИ 2. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Требования (ФГОС, работодателя, запрос специальности) Формулировка требования Применять знания по биомеханике при изучении профессиональных модулей и в профессиональной деятельности Формулировка образовательного результата Образовательные результаты Умения Выявляет и называет проблемы построения модели двигательной деятельности Намечает пути решения проблем, применяя различные средства физической культуры в конкретнозаданной модельной ситуации. Демонстрирует различные упражнения как средства решения конкретной двигательной задачи. Формируемые компетенции ПК 3.1. Разрабатывать методическое обеспечение организации учебно-тренировочного процесса и руководства соревновательной деятельностью спортсменов в избранном виде спорта. ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. ОК 6. Работать в коллективе и команде, взаимодействовать с коллегами и социальными партнерами. 5

6 4 Определяет пути и средства оптимизации двигательных действий и двигательной деятельности в конкретнозаданной ситуации. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. Знания Основы кинематики и динамики; Биомеханические характеристики двигательного аппарата человека; Биомеханика физических качеств человека; Дает понятия кинематики и динамики. Дает определение «общей» и «частной» биомеханики. Называет и поясняет основные кинематические (пространственные, временные, пространственновременные) и динамические характеристики. Называет и поясняет общие биомеханические характеристики: кинематические, динамические, инерционные. Воспроизводит понятия: сила, скорость, геометрия масс, звено тела человека, биокинематическая пара, биокинематическая цепь, степени свободы тела человека. Классифицирует действующие силы на внешние и внутренние в конкретной двигательной ситуации. ПК 1.5. Анализировать учебно-тренировочные занятия, процесс и результаты руководства соревновательной деятельностью. ОК 5. Использовать информационнокоммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности. ПК 1.5. Анализировать учебно-тренировочные занятия, процесс и результаты руководства соревновательной деятельностью. ОК 5. Использовать информационнокоммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности. ПК 1.5. Анализировать учебно-тренировочные занятия, процесс и результаты руководства соревновательной деятельностью. 6

7 Половозрастные особенности моторики человека; Биомеханические основы физических упражнений, входящих в программу физического воспитания школьников Поясняет особенности скоростных и силовых качеств человека и воспроизводит понятия выносливости, работоспособности, утомления, гибкости и ловкости. Дает определение «дифференциальной» биомеханики, моторики и онтогенеза моторики в различные возрастные периоды. Устанавливает последовательность и объясняет особенности выполнения физических упражнений в соответствии с возрастом, с учетом биомеханических характеристик упражнений с целью исключения травматизма и ошибок при выполнении. ПК 2.2. Мотивировать население различных возрастных групп к участию в физкультурноспортивной деятельности. ПК 2.1. Определять цели, задачи и планировать физкультурно-спортивные мероприятия и занятия с различными возрастными группами населения. ПК 2.1. Определять цели, задачи и планировать физкультурно-спортивные мероприятия и занятия с различными возрастными группами населения. 7

8 3.ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ «ОБЩАЯ БИОМЕХАНИКА» Практическая работа 1 «Определение общего центра тяжести (ОЦТ) тела человека по фотографии» Освоение образовательных результатов: Тип ОР Формулировка Называет и поясняет общие биомеханические характеристики: кинематические, динамические, Знания 7 инерционные. Воспроизводит понятия: сила, скорость, геометрия масс, звено тела человека, биокинематическая пара, биокинематическая цепь, степени свободы тела человека. Умения 4 Определяет пути и средства оптимизации двигательных действий и двигательной деятельности в конкретно-заданной ситуации. ПК 1.5. Анализировать учебно-тренировочные занятия, процесс и результаты руководства соревновательной деятельностью. ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования профессиональной Формируемые деятельности. компетенции ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. Определить общий центр тяжести тела человека по фотографии. Тело человека — это система подвижно соединенных звеньев. На каждое звено тела человека действует сила тяжести звена, направленная вертикально вниз. Если силы тяжести звеньев обозначить соответственно G 1, G 2. G n, то равнодействующая этих параллельных сил G тела и модуль (величина) этой силы, равна: G тела = G 1 + G G n Точка, через которую проходит линия действия равнодействующей элементарных сил тяжести при любом повороте тела в пространстве, называется общим центром тяжести (ОЦТ) твердого тела. Так как тело человека не является неизменным твердым телом, а представляет собой систему подвижных звеньев, то положение ОЦТ будет определяться главным образом позой тела человека. 8

9 Знание положения ОЦТ человека важно для биомеханического анализа и для решения многих самостоятельных задач механики спортивных движений. Часто по движению ОЦТ мы судим о движении человека в целом, как бы оцениваем результат движения. По характеристикам движения ОЦТ (траектории, скорости, ускорению) можно судить о технике выполнения движения. Центр тяжести звена определяют по расстоянию от него до оси проксимального сустава — по радиусу центра тяжести. Его выражают относительно длины всего звена, принятой за единицу, считая от проксимального сочленения. На рисунке 1 указано расположение центров тяжести различных звеньев тела человека (в долях от единицы) и обозначен относительный вес звеньев тела человека (в %). Зная вес звеньев и радиусы центров их тяжести, можно приближенно определить положение ОЦТ всего тела. Аналитический способ определения ОЦТ основан на сложении моментов сил тяжести по теореме Вариньона: Сумма моментов сил относительно любого центра равна моменту суммы этих сил (или равнодействующей) относительно того же центра Р 1 х 1 + Р 2 х Р n х n = (Р 1 + Р Р n ) Х, (1) Из теоремы Вариньона: x y P x i i (2) P i P y i i (3) P i Где P 1, P 2, P 3 относительный вес звеньев тела человека; x 1, x 2, y 1,y 2, — координаты центров тяжести звеньев тела человека; х, y координаты ОЦТ тела человека. Рисунок 1 — Расположение центров тяжести различных звеньев тела человека 9

10 Для выполнения данной работы используется: цифровое фото человека в какой-либо позе (низкий старт, поза при выполнении гимнастических упражнений и пр.), программное обеспечение MS Word. 1. Создать документ MS Word, указать название практической работы, цель работы. 2. Произвести фотосъемку человека в какой-либо позе (низкий старт, поза при выполнении физических или гимнастических упражнений и пр.). Студент может сам занять выбранную позу и попросить других студентов сделать снимок. Точку съемки выбрать так, чтобы хорошо просматривались все звенья тела. 3. Вставить цифровое фото в документ, установить оптимальный размер фото (фото должно занимать не менее 1/2 страницы документа) 4. Ввести координатную плоскость для определения координат ЦТ звеньев тела Х и Y. Для этого слева от фото вставить вертикальную стрелку длиной чуть больше высоты фото ось Y. Внизу фото вставить горизонтальную стрелку длиной чуть больше ширины фото ось X. Точка пересечения осей должна быть внизу слева относительно фото. Координаты ЦТ определять в сантиметрах. Для удобства измерений в документе рекомендуется отразить графическую сетку. Для этого на вкладке «Вид» в группе «Показать или скрыть» установить флажок «Линии сетки». Расстояние между линиями сетки удобно выбрать 0,5 см. Для этого в группе «Инструменты рисования» щелкнуть вкладку «Формат», в группе «Расположение» выбрать команду «Выровнять», а затем выбрать в списке пункт «Параметры сетки» и ввести нужное расстояние между горизонтальными или вертикальными линиями сетки. 5. С помощью координатной плоскости определить координаты Х 1 и Х 2 суставов, соответствующих звеньям тела человека. Результаты занести в таблицу1. a. Где Х 1 координата проксимального сустава различных звеньев тела; i. Х 2 координата противоположного сустава звена тела. Наимен ование звеньев тела Таблица 1 — Результаты измерений координат ЦТ звеньев тела(x) Относите льный вес звеньев тела* (q) Голова 0,07 ЦТ звена* относительное значение (k) Тулови 0,43 0,44 ще Плечо 0,03 0,47 правое Плечо 0,03 0,47 левое Предпл. 0,02 0,42 Х1 (прокс сустав) Х2 10 ΔХ= Х1- Х2 ΔХ k Х i =Х 1± ΔХ k ** Вес звена тела P i =q*p P i X i x P x P i i

11 правое Предпл. левое Кисть правая Кисть левая Бедро правое Бедро левое Голень правая Голень левая Стопа правая Стопа левая 0,02 0,42 0,01 0,01-0,12 0,44 0,12 0,44 0,05 0,42 0,05 0,42 0, , P i Х i 1. По приведенным в таблице 1 формулам произвести вычисления параметров: ΔХ проекция длины звена тела на ось; ΔХ k расстояние от оси проксимального сустава до ЦТ; Х i координата ЦТ звена тела (** если Х 1 Х 2 то Х i =Х1- ΔХ k); P i =q*p вес звена тела, где P — приблизительный вес тела человека; P i X i момент силы веса звена; P i Х i — сумма моментов сил; Координата Х ОЦТ человека. *значения относительного веса звеньев тела (q) и ЦТ звена (k) являются постоянными (Рисунок 1) 2. Аналогично заполнить таблицу 2 и определить координату Y ОЦТ человека. Наименова ние звеньев тела Таблица 2 Результаты измерений координаты ЦТ звеньев тела (Y) Относительный вес звеньев тела (q) ЦТ звена* относительное значение (k) Голова 0,07 Туловище 0,43 0,44 Плечо правое 0,03 0,47 Плечо левое 0,03 0,47 Предпл. правое 0,02 0,42 Предпл. 0,02 0,42 Y1 (прокс сустав) 11 Y2 ΔY ΔY* k Y i = Y1± ΔХ* k Вес звена тела P i =q*p P i * X i y P y i i P

12 левое Кисть правая 0,01 Кисть левая 0,01 — Бедро правое 0,12 0,44 Бедро левое 0,12 0,44 Голень правая 0,05 0,42 Голень левая 0,05 0,42 Стопа правая 0, Стопа левая 0, Записать вывод, в котором указать координаты ОЦТ тела человека (Х,Y). 4. Обозначить на фото расположение ОЦТ человека. Примечание: для более точного обозначения ОЦТ рекомендуется сначала распечатать документ, а затем обозначить на нем ОЦТ относительно введенной системы координат. 5. Записать вывод, в котором указать координаты ОЦТ и значение углов устойчивости. Отличается ли расположение ОЦТ в данной позе от расположения ОЦТ в положении стоя? Практическая работа 2 «Установление фазового состава двигательного действия». Освоение образовательных результатов: Тип ОР Формулировка Называет и поясняет основные кинематические Знания 6 (пространственные, временные, пространственновременные) и динамические характеристики. Определяет пути и средства оптимизации двигательных Умения 4 действий и двигательной деятельности в конкретно-заданной ситуации. ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, Формируемые определять методы решения профессиональных задач, компетенции оценивать их эффективность и качество. ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. 12

13 Установить фазовый состав двигательного действия человека. Рассчитать временные характеристики. Фаза — это часть движения, выделенная во времени, в процессе которой решается самостоятельная задача. Для определения продолжительности фазы необходимо знать: 1. Число временных интервалов (n) — (число кадров), относящихся к данной фазе; 2. Длительность временного интервала (t) между двумя последовательными фазами. Графическое отображение длительности отдельных фаз движения дает хронограмма. Хронограмма — это последовательность горизонтальных отрезков, пропорциональных длительности фаз. Хронограмма позволяет проанализировать и оценить следующие временные характеристики: 1. Длительность отдельных фаз движения; 2. Темп движения (в циклических видах, т.е. t время одного двигательного действия) — частоту повторений в единицу времени: 1 ; t N (4) Ритм движения — соотношение длительностей отдельных фаз движения. Для выполнения данной работы используется: цифровое видео движения человека (выполнение упражнений, бег, лыжный ход и пр.), программное обеспечение: Virtual Dab, MS Word. Особые условия: Работа выполняется студентами в парах. 1. Создать документ MS Word, указать название практической работы, цель работы с указанием вида двигательного действия. Например: «Установить фазовый состав двигательного действия человека прыжок в высоту с места». 2. Дать краткое описание выбранного двигательного действия (с учетом фаз движения). 3. Произвести видеосъемку одного и того же двигательного действия (выполнение упражнений, бег, лыжный ход и пр.) разными спортсменами (студентами, работающими в парах). 4. Двигательные действия выполняются относительно выбранной системы отсчета в определенном масштабе. Система отсчета обычно связывается с неподвижным ориентиром, имеющимся в каждом кадре (каким-либо предметом известных линейных размеров). Студент может сам выполнять двигательное действие, попросив своего напарника произвести видеосъемку. 5. Импортировать видеофайл в программу Virtual Dab. 6. Используя линейку Virtual Dab заполнить таблицу 3 в документе MS Word для 1-го и 2-го спортсменов. 13

14 Таблица 3 Длительность фаз движения. Название фазы Начало фазы Конец фазы Длительность фазы в кад. в сек. в кад. в сек. в кад. в сек. 7. Названия фаз и результаты последнего столбца вынести в таблицу 4. Таблица 4 Сводная таблица длительности фаз, сек Номер спортсмена 1 спортсмен 2 спортсмен Например, как указано в таблице 5. Название фазы Таблица 5 Сводная таблица длительности фаз прыжка в высоту, сек Номер спортсмена Название фазы присед прыжок приземление 1спортсмен 0,54 0,92 1,36 2спортсмен 0,62 0,99 1,45 8. По данным таблицы построить диаграмму линейчатую с накоплением. Добавить подписи данных. Например: Рисунок 2 Диаграмма длительности фаз 9. Рассчитать темп движения спортсменов по формуле (4). 10. Записать вывод, в котором представить сравнительный анализ длительности фаз движения спортсменов в процентном соотношении и темпа их движения. 11. Обсудить результаты работы с преподавателем, студентами группы. 14

15 Практическая работа 3 «Составление промера движения по кинограмме» Освоение образовательных результатов: Тип ОР Формулировка Называет и поясняет основные кинематические Знания 6 (пространственные, временные, пространственно-временные) и динамические характеристики. 3 Демонстрирует различные упражнения как средства решения конкретной двигательной задачи. Умения Определяет пути и средства оптимизации двигательных 4 действий и двигательной деятельности в конкретно-заданной ситуации. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. Формируемые ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные компетенции технологии для совершенствования профессиональной деятельности. ОК 6. Работать в коллективе и команде, взаимодействовать с коллегами и социальными партнерами. Составить промеры движения спортсменов по кинограмме, исследовать изменение координат X и Y рабочих точек спортсменов. Промер — это рисунок последовательных положений тела спортсмена в процессе выполнения им определенной двигательной задачи. Промер показывает, где располагаются точки и звенья тела в пространстве и как они изменяют свое положение через определенные интервалы времени, определяемые частотой киносъемки. Прорисовка последовательных положений тела спортсмена выполняется относительно выбранной системы отсчета в определенном масштабе. Система отсчета обычно связывается с неподвижным ориентиром, имеющимся в каждом кадре. В этом случае мы получаем промер движения в инерциальной (неподвижной) системе отсчета. Промер движения изготовляется обычно в масштабе 1:4; 1:5, так как меньший масштаб не позволяет достоверно снять координаты «рабочих точек». В учебных целях позволяется выполнять промер в масштабе 1:10; 1:20. В качестве «рабочих точек» (движение которых подвергается биомеханическому анализу) на промере обычно выбирают центры суставов или центры тяжести отдельных звеньев тела. Промер позволяет рассчитать и проанализировать следующие кинематические характеристики движения: 1. Траекторию движения исследуемой рабочей точки; 2. Линейные координаты X и Y рабочей точки. 15

16 Для выполнения данной работы используется: цифровое видео движения человека (выполнение упражнений, бег, лыжный ход и пр.), программное обеспечение: Virtual Dab, MS Word, МS Excel. Особые условия: работа выполняется студентами в парах. 1. Создать документ MS Word, указать название практической работы, цель работы с указанием вида двигательного действия. Например: «Составить промер движения прыжок в высоту с места по кинограмме». 2. Для составления промера движения использовать видеофайлы практической работы 2. В программе Virtual Dab во вкладке «Файл» выбрать функцию «Экспорт» — «Сохранить серию картинок». Серия фотографий сохраниться в той же папке, где находится видеофайл. Зайти в папку с фотографиями, узнать, сколько всего получилось фотографий и это число разделить на 10. Для измерений координат взять фотографии, номера которых кратны полученному значению. Всего в работе используется 10 фотографий. Например: количество фотографий 190 шт. 190/10=19, это значит, что для измерений координат нужно брать фотографии с номерами 19, 38, 57.и т.д. 3. Для удобства измерений в документе рекомендуется отразить графическую сетку и ввести координатную плоскость (см. практическую работу 1). 4. Скопировать в основной документ первую из десяти фотографий из папки с фотографиями определить координаты X и Y рабочей точки спортсменов. 5. Значения координат X и Y занести в таблицу 6. Далее фотографию удалить, вставить следующую фотографию, измерить координаты X и Y рабочей точки и т.д. 6. Заполнить аналогичную таблицу и для второго спортсмена. 7. По данным таблицы построить графики изменения координат от времени X(t) (для двух спортсменов на одной координатной плоскости) и Y(t). 8. Записать вывод, ссылаясь на результат, полученный из диаграммы (вывод должен нести сравнительный характер). 9. Подготовить работу к сдаче: отменить графическую сетку, удалить систему координат, на их место скопировать в документ основные фотографии, по которым производился промер. 10. Обсудить результаты работы с преподавателем, студентами группы. Таблица 6.- Координаты рабочей точки спортсмена в кад. 1 спортсмен в сек. Y X 16

17 Практическая работа 4 «Расчет пространственно-временных характеристик движения по промеру» Освоение образовательных результатов: Тип ОР Формулировка Называет и поясняет основные кинематические Знания 6 (пространственные, временные, пространственно-временные) и динамические характеристики. Демонстрирует различные упражнения как средства решения 3 конкретной двигательной задачи. Умения Определяет и средства оптимизации двигательных действий и 4 двигательной деятельности в конкретно-заданной ситуации. ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности. ОК 6. Работать в коллективе и команде, взаимодействовать с коллегами и социальными партнерами. Формируемые ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять компетенции методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. Рассчитать скорость движения спортсмена при выполнении одной из фаз двигательного действия по кинограмме. К пространственно-временным характеристикам движения относятся скорости и ускорения точек и звеньев тела человека. Движение звена тела спортсмена за малый промежуток времени (в течении одной фазы двигательного действия) можно считать равномерным и прямолинейным. Равномерное движение движение, при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые пути. Прямолинейное движение движение, траектория которого прямая линия. Скорость при равномерном прямолинейном движении определяется по формуле: 2 2 V (5) V x V y где V x и V y проекции скорости на ось ОХ и OY соответственно. Их можно определить по формулам: V х x x 2 1 (6) t 17

18 V y y t y 2 1 (7) Время Δt в данной практической работе определяется по кинограмме, а координаты X 1, Y 1, X 2, Y 2 — по фотографиям. Для того чтобы рассчитать скорость, необходимо перейти к реальным значениям Х 2 -Х 1 и Y 2 -Y 1. Для этого на фотографии присутствует предмет известных линейных размеров. С его помощью нужно вычислить коэффициент перехода k. Он равен отношению реального линейного размера предмета к его линейному размеру на фотографии. Например, мы знаем, что высота предмета 1 метр = 100 см. в реальности, а его высота на фото 2 см. Коэффициент перехода к реальным размерам k=100/2=50. Тогда формулы (2), (3) будут иметь вид: V х V y x x 2 1 k (8) t y 2 y 1 k (9) t Для выполнения данной работы используется: цифровое видео движения человека (выполнение упражнений, бег, лыжный ход и пр.), программное обеспечение: Virtual Dab, MS Word, МS Excel. Особые условия: работа выполняется студентами в парах. 1. Создать документ MS Word, указать название практической работы, цель работы с указанием вида и фазы двигательного действия. Например: «Рассчитать скорость движения спортсмена при выполнении прыжка в высоту с места в фазе «прыжок». Примечание: выбрать такую фазу двигательного действия, в которой скорость наибольшим образом влияет на его результат. Например: при прыжке в высоту с места из трех основных фаз «присед», «прыжок» и «приземление» выбираем фазу «прыжок». Подготовить таблицу измерений (таблица 7.) 2. Зайти в папку видео, найти 2 фотографии — начало и конец фазы (по номеру кадров, указанному в таблице 7). 3. Для удобства дальнейших измерений в документе рекомендуется отразить графическую сетку и ввести координатную плоскость (см. практическую работу 1). 4. Скопировать в основной документ фотографию начала фазы из папки видео Определить координаты X 1 и Y 1 начала фазы двигательного действия. Занести данные в таблицу Фотографию начала фазы удалить, вставить фотографию конца фазы. Определить координаты X 2 и Y 2 конца фазы двигательного действия. Занести данные в таблицу По данным таблицы рассчитать длительность фазы: Δt= t 1 — t 2. Результат занести в таблицу. 7. По формулам (4), (5) рассчитать V x и V y проекции скорости на ось ОХ и OY соответственно, предварительно рассчитав коэффициент k. 18

19 8. По формуле (1) вычислить значение средней скорости V 1 спортсмена 1. Результат занести в таблицу. 9. Провести такие же измерения и расчеты для второго спортсмена, вычислить значение средней скорости V 2. Результат занести в таблицу. 10.В выводе оценить правильность полученных результатов, сравнив их со средней скоростью человека при ходьбе. Сравнить полученные значения скоростей спортсменов. 11.По результатам практических работ 2,3,4 сделать общий вывод о технике выполнения данного двигательного действия. Вывод должен носить сравнительный характер, содержать рекомендации по улучшению качества выполнения данного двигательного действия. 12.Обсудить результаты работы с преподавателем, студентами группы. Таблица 7- Расчет пространственно-временных характеристик 1 спортсмен 2 спортсмен Начало фазы Конец фазы X 1 Y в кад. в сек.(t 1 1 ) в кад. в сек.(t 2 ) X 2 Y 2 Δt Vx Vy V 19

20 4.ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ «ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ И ЧАСТНАЯ БИОМЕХАНИКА» Практическая работа 5 «Оценка устойчивости человека по фотографии, построение угла устойчивости» Освоение образовательных результатов: Тип ОР Формулировка Определяет пути и средства оптимизации двигательных Умения 4 действий и двигательной деятельности в конкретно-заданной ситуации. ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных Формируемые задач, профессионального и личностного развития. компетенции ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. Оценить устойчивость человека по фотографии. Статическая и динамическая устойчивость — это глобальные критерии оценки статодинамической устойчивости тела спортсмена и системы тел. Ученые рассматривают статическую устойчивость тела как способность человека сопротивляться всякому, хотя бы и малому, нарушению его равновесия. Выражена статическая устойчивость тела коэффициентом устойчивости. Динамическая устойчивость тела — это способность человека возвращаться к равновесному положению по прекращению действия на тело сил, нарушающих равновесие. Выражается углом устойчивости. Сумма двух углов устойчивости рассматривается как угол равновесия тела в этой плоскости. Углом устойчивости (УУ) называется угол, образованный вертикалью, опущенной из ОЦТ тела и прямой, проведенной из ОЦТ тела к краю площади опоры (рис. 2.12). Чем больше угол устойчивости, тем больше степень устойчивости тела. Оценка степени устойчивости статического положения играет важную роль в биомеханическом анализе физических упражнений. Как уже отмечалось, статическое положение часто является начальным, исходным положением для выполнения дальнейшей двигательной программы. Недостаточная или, наоборот, чрезмерная степень устойчивости подчас нарушает программу двигательной задачи. При оценке степени устойчивости статического положения необходимо учитывать его целевой характер. Например, целью статического положения «Старт» (в легкой атлетике, плавании и др. спортивных специализациях) является перевод механической 20

21 системы (тело человека), находящейся в состоянии равновесия, в другое механическое состояние с минимальными энергозатратами, а также обеспечение необходимых параметров движения (траектории, скорости, ускорения) при последующем перемещении. Поэтому и запас устойчивости положения «Старт» должен быть минимальным в направлении движения. Рисунок — 3 Углы устойчивости при выполнении упражнения «шпагат»: а угол устойчивости назад; р угол устойчивости вперед; Р сила тяжести (по М.Ф. Иваницкому) Вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит на некотором расстоянии от осей вращения суставов. Для выполнения данной работы используется: цифровое фото человека в какой-либо позе (можно использовать фото на распечатанном документе практической работы 1). программное обеспечение: MS Word. 1. Создать документ MS Word, указать название практической работы, цель работы. 2. Вставить цифровое фото из практической работы 1 в документ. 3. На фото (на распечатанном документе) провести вертикаль, опущенную из ОЦТ тела и прямые, из ОЦТ тела к краю площади опоры справа и слева. С помощью транспортира измерить углы устойчивости справа и слева (см. рис 2) 4. На цифровом фото также обозначить углы устойчивости спортсмена (схематично, как на рис. 2). 5. Ниже записать результаты измерений. 6. В выводе оценить, в каком направлении спортсмен более устойчив. 21

22 5. ПРИМЕРНЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ОСНОВАМ БИОМЕХАНИКИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЧЕТУ Задание 1. Для каждого высказывания выберите единственно верное окончание. 1. Биомеханика наука изучающая А. свойство физических тел, сохранять свою скорость постоянной 2. Ритм движений (временной) это Б. примерно на уровне второго крестцового позвонка. В. изменение движений и двигательных 3. Скорость точки это возможностей человека на протяжении его жизни. Г. способность выполнять движения с 4. Инертность это большой амплитудой. 5. Примером рычага первого рода Д. законы механического движения в является живых системах. 6. Релаксация это свойство мышц, Е. временная мера соотношения частей движений. 7. ОЦМ у человека, стоящего в Ж. подвижное (кинематическое) основной стойке, находится соединение двух костных звеньев 8. В соответствии с режимами З. проявляющееся в постепенном проявления различают 3 вида уменьшении силы тяги при постоянной сил: длине мышцы. И. пространственно-временная мера 9. Выносливость это движения точки (быстроты изменения ее положения). 10. Гибкость это К. метание копья. Л. статические, динамические и 11. Биокинематическая пара это амортизационные. 12. Онтогенез моторики — это М. прыжок в длину с разбега 13. Примером локомоторных Н. способность противостоять движений является утомлению. 14. Примером перемещающих О. крепление черепа к позвоночнику. движений является Задание 2. Приведите по 1 примеру физических упражнений, направленных на развитие следующих двигательных качеств: силовые качества, скоростные качества, выносливость, гибкость, ловкость. Оформите данную информацию в виде таблицы. 22

23 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ И ПОДГОТОВКИ К ЗАЧЕТУ Основная литература: 1. Попов Г.И. Биомеханика Москва : Академия, с. 2. Дубовский В.И., Федерова В.Н. Биомеханика: Учеб. для сред. и выс. учеб. Заведений. М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, с.:ил. Дополнительные источники: 1. Сайт binf-chifk.ru 23

24 Учебно-практическое издание Сборник практических работ по основам биомеханики для студентов учреждений среднего профессионального образования Автор-составитель Л.В. Останина Компьютерная вёрстка Л.А. Чепкасова Подписано в печать г. Формат 60 Х 90 1/16 Печать на ризографе. Бумага офсетная. Набор компьютерный Тираж 25 экземпляров. Заказ 43 Отпечатано в отделе ризографии Чайковского индустриального колледжа , г. Чайковский, ул. Ленина, 75 тел. ( )

Источник