Лабораторная работа по Биомеханике

Лабораторные работы по дисциплине «Биомеханика»
Преподаватель: Шретер Сергей Алексеевич
ЗФО 1 курс.
Лабораторная работа № 1
Определение положения общего центра тяжести тела
графическим способом (сложением сил тяжести)
Выполнение расчетно-графических работ направлено на приобретение студентами практических навыков проведения биомеханического обоснования спортивных движений в физических упражнениях на основе системного подхода к изучению движений.
Расчетно - графические работы предусматривают: - получение и обработку экспериментальных данных; - сравнение и обоснование движений биомеханических характеристик, биомеханической системы; - общую биомеханическую и педагогическую оценку движений спортсмена;
- результаты расчетно-графических работ оформляются в виде расчетных и экспериментальных таблиц и графиков с анализом движений, общими выводами, обоснованиями. Основные задачи:
Научиться определять положение центров тяжести звеньев (ЦТ).
Научиться определять положение общего центра тяжести тела (ОЦТ).
Пояснения:
Центр тяжести звена - это воображаемая точка, к которой приложена равнодействующая сил тяжести всех частиц звена. Опытным путём (О.Фишер. Н.А.Бернштейн) были определены средние данные о весе звеньев тела и о положении их ЦТ.
Для определения равнодействующей двух параллельных сил соединяют прямой линией точки их приложения. При сложении сил тяжести двух звеньев эта линия соединяет их ЦТ. На этой линии располагается точка приложения суммы двух сил (равнодействующей), т.е. общий центр тяжести двух звеньев.
Положение ОЦТ и ЦТ звеньев важно определить при разборе условий равновесия в статическом положении. Изменением траектории движения центра тяжести определить действие внешних сил, приложенных в целом или внешних относительно соответствующего звена.
Задания:
Нанести проекцию на схему, определить масштаб проекции относительно собственного роста и записать его в углу схемы.
Начертить таблицу.
Определить положение ЦТ звеньев тела. На рисунке (проекции) позы человека, пользуясь анатомическими данными, пометить положение проекций осей суставов. Измерить длину звеньев (см) как расстояние между ограничивающими звеньями центров суставов и запись в табл.1. Умножить её на соответствующее относительное значение радиуса ЦТ. Пользуясь этими данными и анатомическими ориентирами, проставить ЦТ всех звеньев.
Заполнить столбец 3, рассчитав вес каждого звена относительно собственного веса, перемножив его на данные из столбца 2.
Рассчитать вес Р(кг) всех звеньев тела: Pi Pi =Рт * Ротн, где Pi - абсолютный вес звена (кг); Рт - вес тела спортсмена (кг); Ротн - относительный вес звена
Заполнить столбец 4, рассчитав длину каждого звена относительно собственного роста в сравнении с рассматриваемой проекцией.
Найти равнодействующую всех сил тяжести, используя данные из столбца 3. Последовательно найти ЦТ кисти и предплечья, затем их суммы и плеча. Далее удобно найти ЦТ рук. Затем ЦТ головы и туловища. Далее ЦТ стопы и голени, затем их суммы и бедра. Определить ЦТ ног. Определить ЦТ рук и ног, а затем, определяя ЦТ их суммы (50%) и суммы туловища и головы (50%), находим равнодействующую всех сил тяжести (ОЦТ).
Наименование звеньев тела
Относительный вес звеньев тела
Абсолютный вес звеньев тела, кг
Абсолютная длина звена, см
Относительная длина звена, мм
ЦТ звена* относительное значение

1
2
3
4
5
6

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. левое
0,02



0,42

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
0,02



0,44*****

Стопа левая
0,02



0,44*****

* Расстояние от проксимального конца звена до ЦТ этого звена.
** Центр тяжести головы находится над верхним краем наружного слухового отверстия.
*** На линии между серединами осей плечевых и тазобедренных суставов на расстоянии 0,44 от плечевой оси.
**** Центр тяжести кисти находится в пястно - фаланговом суставе третьего пальца.
***** На линии между пяточным бугром и 2-м пальцем на расстоянии 0,44 от пятки.

Определение положения равнодействующей силы P3 двух параллельных сил с помощью формулы равенства суммы моментов сил P1 и P2 нулю.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Лабораторная работа № 2
Определение положения общего центра тяжести тела аналитическим
способом (сложением моментов сил тяжести по теореме Вариньона).
Основная задача - научиться определять положение ОЦТ сложением моментов сил тяжести.
Прим.: работа выполняется на отдельной миллиметровой схеме с использованием фотографии или промера из лабораторной работы № 1.
Пояснения:
Способ сложения моментов сил тяжести основан на теореме Вариньона: “Сумма моментов сил относительно любого центра равна моменту суммы этих сил (их равнодействующей) относительно того же центра”:
Рх1+ Рх2+ Рх3++ Рn=Рхn/Рn
Задания:
Построить оси координат с центром в левом нижнем углу, выбрать масштаб - желательно одинаковый по осям х и у (но не обязательно).
Опустить перпендикуляры из каждого ЦТ звена на оси ОХ и ОУ и записать их в таблицу. Измерить горизонтальную (xi) и вертикальную (yi) координаты ЦТ звеньев, значения занести в табл.2.
РАСЧЕТ КООРДИНАТ ОЦТ ТЕЛА СПОРТСМЕНА Таблица 2
Наименование звеньев тела
Относительный вес звеньев тела
Абсолютный вес звеньев тела, кг
Хi(мм)
Yi(мм)
Pi, Xi(кг,мм)
Рi, Xi(кг,мм)

1
2
3
4
5
6
7

Голова
0,07






Туловище
0,43






Плечо правое
0,03






Плечо левое
0,03






Предпл. правое
0,02






Предпл. левое
0,02






Кисть правая
0,01






Кисть левая
0,01






Бедро правое
0,12






Бедро левое
0,12






Голень правая
0,05






Голень левая
0,05






Стопа правая
0,02






Стопа левая
0,02






Все тело









[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 2
3. Вычислить значения горизонтальных моментов статических сил PiXi и вертикальных моментов статических сил PiYi, действующих на все звенья, относительно осей Х и У. Pi - абсолютный вес звена, Xi - расстояние от ЦТ звена до вертикальной оси, Yi - расстояние от ЦТ до горизонтальной оси. 4. Найти сумму абсолютных весов звеньев тела и веса спортивного снаряда. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 5. Найти сумму горизонтальных и вертикальных моментов сил, действующих на звенья тела и спортивные снаряды. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 6. Найти горизонтальную и вертикальную координаты ОЦТ тела спортсмена. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Pi - абсолютный вес звена тела спортсмена, Xi - горизонтальные координаты ЦТ звена, Yi - вертикальные координаты ЦТ звена, Х,У - координаты ЦТ 7. Отметить положение ОЦТ на схеме (Рис.1.) 8. Определить координаты ОЦТ, найденные графическим способом в данной системе координат и вычислить абсолютную и относительную погрешность способов определения ОЦТ тела спортсмена. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Лабораторная работа № 3
Вычисление веса сегментов тела по уравнениям множественной регрессии

Коэффициенты уравнений множественной регрессии вида у = В1 х1 + В2 х2

Для вычисления веса сегментов тела по длине тела (X2) и весу тела (X1) (В.М. Зациорский, В.Н. Селуянов)

Порядок выполнения работы:
Вычислить вес сегментов тела, исходя из собственного веса тела и роста;
Вычислить вес сегментов для веса тела, превышающего собственный на 25%;
Вычислить разницу в весе сегментов тела в кг. и в процентах.
Лабораторная работа № 4
Определение эффективности спортивной техники на примере толкания ядра с разбега
Теория
2.2. Педагогико-биомеханический контроль с использованием
математических моделей
Модель - совокупность параметров, обусловливающих протекание процесса на определенном уровне. Математические модели, как правило, представляют собой уравнения, графики и т.д., полученные в результате статистической обработки материалов экспериментальных исследований.
Тело человека, его двигательная деятельность представляют собой биомеханические системы. Атрибут системы - наличие взаимосвязей между ее элементами. Эти связи могут быть функциональными, либо корреляционными. В первом случае каждому значению одного признака соответствует строго определенное значение второго признака. Например, при одной и той же угловой скорости (
·) точки ее линейная скорость (V) однозначно определяется расстоянием от точки до оси вращения: V =
·r.
При исследованиях в области спорта чаще встречаются корреляционные зависимости, при которых каждому значению одной переменной соответствует ряд распределения второй переменной. И с изменением первой переменной положение ряда распределения второй переменной закономерно изменяется. Так, люди одинакового роста могут иметь различный вес, но с увеличением длины тела его масса, как правило, возрастает.
Простейшей формой такой связи двух переменных является зависимость вида Y = а + bХ ± Syx. Параметр а (начальная ордината) графически представляется в виде отрезка, который линия регрессии отсекает на оси ординат и равен Y при Х=0. Параметр b (коэффициент регрессии) показывает, на сколько в среднем изменится величина Y, если Х возрастет на единицу, и равен тангенсу угла между линией регрессии и осью абсцисс.
Syx (стандартная ошибка уравнения регрессии) показывает зону, в которой должны находиться примерно 68,3% всех значений величины Y (рис. 5). Тесная связь между двумя признаками зависит от степени воздействия на нее не учитываемых в опыте аргументов, которые можно включить в анализ для уточнения картины явления (создания более точной модели). В таком случае уравнение регрессии принимает вид Y = а + b1х1 + b2х2 ++ bnхn. Процесс расчета коэффициентов такого уравнения с помощью обычного микрокалькулятора весьма трудоемок даже при небольшом количестве (4-5) переменных. Зато с использованием корректно составленных математических моделей можно повысить эффективность учебно-тренировочного процесса. Например, по величине b - коэффициентов можно определить показатели, улучшение которых может дать наибольший прирост результата в соревновательном упражнении.
С использованием математических моделей можно достоверно определить реализационную эффективность техники конкретного исполнителя -соотношение физической и технической подготовленности занимающегося. Так выявлена связь спортивного результата в толкании ядра (Y) с результатами в жиме штанги лежа (х1), приседаниях со штангой на плечах (х2), толкании ядра с места (х3), прыжке в высоту с места (х4), метании ядра через голову назад (х5):
Y1 = 7,455 + 0,010х1 + 0,028х2, (3)
Y2 = 0,252 + 0,953х3 + 0,023х4 – 0,0001х5. (4)
При этом техническую подготовленность оценивают, используя в качестве критерия разность действительного и расчетного результатов в толкании ядра (табл. 1).
Таблица 1
Оценка эффективности техники толкания ядра
Yдейств. – Yрасч.
>1,65 м
0-1,65 м
0- -1,65 м
< -1,65 м

эффективность
отличная
хорошая
средняя
плохая


Цель работы. Научиться оценивать технику физического упражнения с использованием уравнений множественной регрессии.
Исходные данные. Уравнения множественной регрессии, связывающие результат в толкании ядра с разбега с результатами тестов – см. формулы (3) и (4). Таблица оценки эффективности техники толкания ядра – см. табл. 5. Результаты тестирования (табл. 6).
Y1 = 7,455 + 0,010х1 + 0,028х2, (43)
Y2 = 0,252 + 0,953х3 + 0,023х4 – 0,0001х5. (44)
Таблица - 5
Оценка эффективности техники толкания ядра
Yдейств. – Yрасч.
>1,65 м
0-1,65 м
0- -1,65 м
< -1,65 м

эффективность
отличная
хорошая
средняя
плохая


Ход работы. 1. Подставить данные тестирования в уравнения (43) и (44), и рассчитать ожидаемые результаты в толкании ядра с разбега Yрасч.1 и Yрасч.2.
2. Рассчитать разности действительных (Yдейств.) и ожидаемых (Yрасч.) результатов.
3. Полученные разности сопоставить с данными табл. 5.
4. Сделать заключение о технике толкания ядра с разбега данного исполнителя.
5. Ответить на вопрос: возможны ли значительные различия в оценке эффективности техники толкания ядра при использовании данной математической модели?
Таблица - 6
Данные тестирования и действительные результаты в толкании ядра
№ варианта
Х1, кг
Х2, кг
Х3, м
Х4 , см
Х5, м
У действ., м

1
2
3
4
5
6
7

1
140
182
12,96
59
15,59
13,96

2
140
182
14,10
60
14,84
15,60

3
140
182
13,80
53
16,51
13,73

4
140
182
13,10
53
15,13
12,70

5
169
220
11,62
53
14,12
13,61

6
169
220
13,53
59
16,01
15,31

7
169
220
12,80
53
16,14
15,92

8
169
220
13,71
60
14,24
16,99

9
115
146
13,61
58
14,90
14,38

10
115
146
11,83
55
15,07
11,03

11
115
146
12,86
58
16,00
12,35

12
115
146
12,90
59
14,99
12,89

13
128
163
13,75
61
16,52
12,57

14
128
163
13,84
52
15,38
14,07

15
128
163
12,90
59
15,24
14,97

16
128
163
11,52
54
14,90
11,66

17
155
192
14,14
58
16,21
14,38

18
155
192
11,54
52
15,24
14,30

19
155
192
12,79
53
16,28
14,40

20
155
192
12,79
53
16,28
14,98

21
155
192
14,22
14,22
15,15
16,11


Результаты работы: полученные результаты оформите в рабочую тетрадь.









13 PAGE \* MERGEFORMAT 14715




Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 8840731
    Размер файла: 220 kB Загрузок: 5

Добавить комментарий