Podstawy

Włodzimierz Stefan ERDMANN
Biomechanika lekkiej
atletyki: doświadczenia
gdańskie
Konferencja Doszkoleniowa Trenerów Lekkoatletyki AZS
Gdańsk-Górki Zachodnie, 14-16.10.2016
.
PODSTAWY MECHANIKI
I
BIOMECHANIKI
Wybrane zagadnienia
MECHANIKA:
F~a
F=ma
Uzyskiwane przyspieszenie jest
proporcjonalne do działającej siły.
Współczynnikiem tej proporcjonalności
jest masa ciała
MECHANIKA (główne działy):
1. Morfologia ciała: rozmiary i kształt, oraz inercja ciała
(masa, moment bezwładności)
2. Kinematyka (opisuje formy ruchu)
Po jakiej drodze (postępowo lub obrotowo), z jaką
prędkością, z jakim przyspieszeniem
3. Dynamika (opisuje przyczyny ruchu – siły, momenty sił)
----- Statyka (równowaga sił)
----- Kinetyka (nierównowaga sił – ruch)
4. Mechanizmy proste: m.in. dźwignie, równia pochyła
5. Praca, moc, energia
Rozmiary
Elisany (BRA), 2010: 14-latka, 206 cm;
<http://niewiarygodne.pl> 2010-08-31
Suparwono (INA), 2009:
http://wiadomosci.wp.pl/gid,11740939,title,Czy-on-ma-naprawde271-m-wzrostu---zdjecia,galeria.html
Rozmiary
Maratończyk
Skoczek
wzwyż
Fot.: archiwum
MASA CIAŁA
Fot.: Whipp et al. The Univ of W. Autralia, 2013?
MĘŻCZYŹNI
Tomasz Majewski – pchnięcie kulą
Wysokość ciała 204 cm, masa ciała 145 kg
Fot.: archiwum
KOBIETY
Joan Benoit (USA) – maraton
Wysokość ciała: 157 cm, masa ciała 45 kg
Masa ciała ludzkiej populacji
charakteryzuje się rozkładem
Gaussa – prawostronnym.
Niestety, ludzie tylko z prawej strony rozkładu
pod krzywą Gaussa są brani pod uwagę w
lekkiej atletyce.
Liczebność
Wysokość i masa ciała
Aby przyciągnąć więcej osób do lekkiej
atletyki należy wprowadzić kategoryzacje pod
względem wysokości i masy ciała.
Liczebność
Wysokość i masa ciała
INERCJA
Położenie
środków mas
części ciała
gł
rę.p.
sz
pr.p
ra.p
ba.p
kl
ra.l
ba.l
br
mi
Środek masy to
punkt umowny
ud.p ud.l
go.p
go.l
st.p
st.l
Erdmann, 1995
pr.l
rę.l
Lokalizacja środka masy całego ciała w
oparciu o program komputerowy AS-1
Aschenbrenner i Erdmann 2001
Dla biomechaników
i trenerów ważna
jest wysokość
względna skoku
Wartość
względna:
h.j
Wskaźnik
sprawności skoku
h.s
WSS = h.j / h.s
Moment bezwładności I
Jest to wielkość mechaniczna opisująca
masę i jej rozmieszczenie względem osi
obrotu analizowanego obiektu.
Moment bezwładności
punktu zawieszonego na
nieważkiej nici
Moment bezwładności bryły
obracającej się wokół osi
przechodzącej przez jej
środek masy
Moment bezwładności bryły
obracającej się wokół osi
przechodzącej poza jej
środkiem masy
I
ω
Pęd = m  v; Moment pędu = I  ω
KINEMATYKA
Prędkość średnia
Przyspieszenie średnie
Ruch jednostajny (v = const)
Ruch zmienny
--- jednostajnie (v  const; a = const)
--- niejednostajnie (a  const)
Wartości chwilowe
Jeżeli wartość Δt, względem której będzie
się określało zmiany prędkości lub
przyspieszenia będzie dążyła do zera
(Δt  0), to obliczane wartości będą coraz
dokładniejsze zbliżając się do wartości
chwilowej.
DYNAMIKA
Co to jest siła ?
Jest to oddziaływanie jednego obiektu na
drugi powodujące:
1) naprężenie
2) odkształcenie
3) ruch
SIŁY:
1. ZWIĄZANE Z CIAŁEM
Mięśniowe, elastyczności tkanek,
bezwładności
2. ZWIĄZANE Z OTOCZENIEM
Grawitacji, tarcia, oporu powietrza, innych
osób
Funkcja siłowa mięśni
A. Mięsień
oddziałujący na
obciążenie małe
Czynność
koncentryczna
(pokonująca)
B. Mięsień
oddziałujący
na obciążenie
średnie
Czynność
izometryczna
(statyczna)
C. Mięsień
oddziałujący
na obciążenie
duże
Czynność
ekscentryczna
(ustępująca)
Dźwignie kostno-mięśniowe
Siła skurczu mięśnia oddziałuje
na oba przyczepy
Siła grawitacji (ciężkości) Q
Q
Moment siły ciężkości M.Q = Q  q
+M.Q
q
Q
Siła działania mięśnia F
F
q
Q
Moment siły mięśnia M.F= F  f
F
-M.F
q
Q
f
W statyce momenty sił (a nie
same siły) są sobie równe:
Qq=Ff
Natomiast, gdy jeden z
momentów siły przeważa, to ruch
jest wykonywany w jego kierunku
Komputeryzacja stanowisk treningowych
Akademia Aspire, Doha, Qatar, 2005
Siła oporu ośrodka = ½  ρ  v2  S  cx
ρ – gęstość ośrodka (powietrza, wody), v – prędkość względna obiektu i ośrodka, S – powierzchnia czołowa, cx – współczynnik kształtu
Fot.: Górski 2004
Płotkarz pochyla się by trajektoria jego środka masy
przebiegała jak najbliżej płotka, ale dodatkowo zmniejsza się
tu powierzchnia czołowa ciała zawodnika.
S
Powierzchnia czołowa ‘S’ (prostopadła do kierunku ruchu)
S
S
Współczynnik kształtu cx:
cx = 1.0
cx = 0.05
Współczynnik kształtu cx: wklęsły kształt
Powietrze
Opływowy kształt ciała
Opływowy kształt ciała
Mechanizmy proste:
- dźwignie:
 dwustronna
 jednostronna
- równia pochyła
Dźwignia dwustronna
Ff=Rr
Dźwignia
jednostronna
Równia pochyła
W biegach crossowych podczas zbiegania z
pochyłości siła N dociskająca ciało do podłoża
jest mniejsza niż ciężar ciała Q, a stąd mniejsza
jest siła tarcia i występuje możliwość poślizgu.
Praca, moc, energia:
Praca: L = F  d [siła  droga]
Moc: N = L / t [praca / czas]
Energia potencjalna: E.p = m  g  h
[masa  przysp. graw.  wysokość)]
Energia kinetyczna: E.k = (m  v2) / 2
[(masa  prędkość2) / 2]