Скачать 1.31 Mb.
|
Теоретические сведенияПри исследовании физического упражнения недостаточно определения только программы места, характеризующей поступательное движение тела спортсмена как целого. Необходимо также иметь представление о программе ориентации, раскрывающей особенности вращательного движения тела или, выражаясь иначе, описывающей закономерности, в соответствии с которыми в ходе упражнения изменяются углы между собственными осями тела и осями неподвижной прямоугольной системы координат, принятой за систему отсчета. (Начала отсчета обеих систем координат помещены в ОЦТ.) Для определения направления собственных осей тело спортсмена мысленно делят на две равные по весу половины (обычно верхнюю и нижнюю) и находят ЦТ каждой из этих половин. Каким бы сложным по конфигурации ни было тело, его продольной осью считается линия, проведенная через упомянутые ЦТ по направлению от ног к голове. Эта ось обязательно проходит через ОЦТ тела (рис. 2.1.1) и направлена в сторону головы. Заднепередняя ось тела Рис. 2.1.1 * Рис. 2.1.2 Рис. 2.1.3 Две другие оси (заднепередняя и поперечная) проходят также через ОЦТ тела перпендикулярно продольной оси и взаимно перпендикулярно друг другу. Продольная ось тела обозначается через Оy’, заднепередняя – через Оx’, а поперечная – через Оz’. Ось Оx’ обычно изображается на чертеже стрелкой, проходящей через ОЦТ тела спортсмена в заднепереднем направлении. Ось Оz’ изображается стрелкой, проходящей через ОЦТ тела спортсмена слева направо. Направление продольной оси тела Оy’ можно определить так же, проведя в сторону головы линию через ОЦТ тела и ЦТ одной из его половин, например нижней. Углы между собственными осями тела и осями неподвижной системы координат определяются как три угла Эйлера. Они обычно обозначаются с помощью греческих букв α, β, и γ. Угол α показывает отклонение продольной оси Оy’ тела от вертикальной оси Оy неподвижной системы координат. Угол β дает представление о повороте тела вокруг его собственной продольной оси Оy’. Угол позволяет судить о конусообразном повороте продольной оси тела Оy’ вокруг оси Оy неподвижной системы координат. Так как для проведения биомеханических исследований, описанных в настоящем пособии, отобраны только плоские движения тела и его звеньев, ориентация задается одним углом – α. Для упрощения расчетов в данной лабораторной работе мы будем полагать, что одну из половин тела, фигурирующих при определении продольной оси, приблизительно, составляют ноги. Порядок выполнения работы1. Определение центра тяжести нижней половины тела. 1.1. Создать в своей папке (диск D/Биомеханика/Студент/Группа/Ф.И.О.) папку «Программа ориентации». 1.2. Скопировать в нее файл «Траектория ОЦТ тела спортсмена». Переименовать файл, присвоив название «Ориентация продольной оси тела спортсмена». 1.3. Запустить программу Photoshop CS4 и открыть в ней файл «Ориентация продольной оси тела спортсмена». 1.4. Сделать видимым первый кадр видеограммы, убирая флажки в виде глаза в палитре «Слои» на всех остальных кадрах видеограммы:
1.5. Активировать специальную программу «RasChT.exe», находящуюся в каталоге «D/Биомеханика». 1.6. Активировать с помощью мыши пункт меню «Настройка». 1.7. Обнулить относительный вес звеньев верхней части тела, вставляя в соответствующие ячейки нулевые значения. 1.8. Распределить относительный вес тела (100%) на звенья ног. При этом, в ячейки соответствующие бедрам, следует записать относительный вес по 32%, голеням – по 13% и стопам – по 5%. 1.9. Указать в соответствующей ячейке вес спортсмена в ньютонах. 1.10. С помощью мыши закрыть пункт меню «Настройка». 1.11. Перемещая специальный движок окна программы «RasChT.exe», сделать его полупрозрачным. 1.12. Перемещая окно программы «RasChT.exe» наложить его на изображение первого кадра видеограммы. 1.13. Отметить на теле спортсмена основные суставы и характерные точки:
1.14. Активируя с помощью мыши в меню клавишу «Расчет», определить положение ЦТ ног спортсмена для рассматриваемого кадра. 1.15. Нанести изображение ЦТ ног на рассматриваемый кадр:
1.16. Установив флажок (в виде глаза), сделать видимым слой с изображением следующего кадра. Это лучше делать следующим образом:
1.17. Активировать данный слой, щелкнув левой клавишей мыши в палитре «Слои» справа от рассматриваемого изображения. 1.18. Проделать операции, описанные в п. 1.12 – 1.15. 1.19. Аналогичным образом нанести изображение ЦТ ног на все кадры видеограммы. 2. Построение продольной оси тела. 2.1. Активировать инструмент «Линия» и произвести настройку его параметров (толщину, цвет, стиль, стрелка в конце линии). 2.2. Установив флажок в форме глаза, сделать видимым слой с изображением первого кадра видеограммы (в остальных слоях указанные флажки убрать).
2.3. Щелчком мыши справа от изображения слоя в палитре «Слои» активировать данный слой. 2.4. Установить курсор на ЦТ ног спортсмена, нажать левую клавишу мыши и, не отпуская ее, провести прямую линию через ОЦТ тела (при правильной настройке инструмента на конце проведенной линии должна быть стрелка, указывающая направление оси «от ног к голове»). 2.5. Установить курсор на ОЦТ тела спортсмена и при нажатой клавише Shift аналогичным образом, перемещая мышь вверх, провести вертикальную ось. В результате образовался новый слой с изображением осей. 2.6. Сделать активным слой, на который необходимо поместить изображение осей, правой клавишей вызвать контекстное меню и активировать опцию «Объединить видимые». 2.7. Операции, описанные в п.п. 2.2.–2.6. проделать со следующими слоями видеограммы. Не забывайте снимать глаза с отработанных слоев, поскольку команда «Объединить видимые» объединит их с обрабатываемым слоем. 2.8. Сохранить файл «Ориентация продольной оси тела спортсмена». 3. Определение ориентации продольной оси тела спортсмена. 3.1. Запустить программу Photoshop CS4. 3.2. Открыть файл «Ориентация продольной оси тела спортсмена» (диск D/Биомеханика/Студент/Группа/Ф.И.О./Программа ориентации). 3.3. Выбрать инструмент «Линейка». 3.4. Установив флажок в форме глаза, сделать видимым слой с изображением первого кадра видеограммы (в остальных слоях указанные флажки убрать).
3.5. Определить угол отклонения продольной оси тела от вертикальной оси системы отсчета:
3.6. Активировать команду «Свернуть в окно» (правый верхний угол, около значка «Закрыть») 3.7. Активировать файл Microsoft Excel «Исследование программы ориентации» (D/Биомеханика/Образцы оформления таблиц в Excel/Исследование программы ориентации). Файл «Исследование программы ориентации» содержит в себе электронные таблицы необходимые для исследования. 3.8. Активировать команду «Свернуть в окно». 3.9. С помощью мыши расположить окна программ Photoshop CS4 и Excel так, чтобы они были видны одновременно. 3.10. Найти значение угла ориентации продольной оси тела в строке, расположенной под меню программы Photoshop CS4 и ввести его в соответствующую строку первого столбца электронной таблицы «Определение угловых скоростей (ω) и ускорений (ε) в программе ориентации» с соответствующим знаком. Программа Photoshop CS4 определяет модуль значения угла. Поэтому следует учитывать, что отклонение продольной оси тела от вертикальной оси системы отсчета имеет знак «+» при повороте продольной оси «против часовой стрелки» и знак «–» при повороте «по часовой стрелке». 3.11. Проделать операции, перечисленные в п.п. 3.4, 3.5, и 3.9 для второго, третьего и остальных кадров видеограммы. 3.12. Сохранить электронную таблицу «Исследование программы ориентации» (используя функцию Microsoft Excel «Сохранить как») в папке «Программа ориентации» (D/Биомеханика/Студент/Группа/Ф.И.О./Программа ориентации). Лабораторная работа 2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ И УСКОРЕНИЙ ТЕЛА СПОРТСМЕНА Цель занятия: овладеть аналитическим методом определения угловых скоростей и ускорений тела спортсмена в исследуемой фазе физического упражнения. Теоретические сведения Как и в предыдущей работе, считаем, что начало отсчета базовой системы координат и начало отсчета системы собственных осей тела спортсмена помещены в ОЦТ его тела. При определении программы ориентации следует описать закон, по которому в исследуемой фазе упражнения происходят изменения углов поворота собственных осей тела спортсмена. Но, как уже отмечалось ранее, в настоящем пособии для проведения биомеханических исследований отобраны только плоские движения тела и его звеньев. Поэтому ориентация тела спортсмена сводится к определению только одного из углов Эйлера – угла α. Однако для описания закона, по которому с течением времени изменяются углы поворота собственных осей тела спортсмена (в нашем случае продольной оси), одного угла α недостаточно. Нужны еще понятия угловой скорости и углового ускорения. Угловая скорость тела – физическая величина, показывающая, насколько быстро изменяется угловое положение тела спортсмена с течением времени. Угловое положение тела определяется угловым положением его продольной оси, то есть углом между базовой осью Oy и продольной осью тела спортсмена. Для получения формулы, позволяющей количественно определить угловую скорость, необходимо понятие углового перемещения тела. Пусть в момент времени t1 тело имеет угловое положение φ1, а в момент времени t2 (t2 > t1) – угловое положение φ2. Тогда разность Δφ = φ2 - φ1 называется угловым перемещением тела за время Δt = t2 - t1, и угловая скорость количественно определяется по формуле: ω  , (2.2.1)при этом Δφ измеряется в радианах, а Δt – в секундах. Угловая скорость измеряется в радианах в секунду. Формулу (2.2.1) можно использовать либо для точного определения величины постоянной угловой скорости, либо для расчета среднего значения переменной угловой скорости. Для точного определения величины переменной угловой скорости в данный момент времени пользуются формулой мгновенной угловой скорости, определяемой для бесконечно малого промежутка времени: ωмгн  (2.2.2)Угловое ускорение характеризует быстроту изменения угловой скорости. Численно оно определяется путем деления величины изменения угловой скорости на промежуток времени Δt, за который это изменение произошло:   , (2.2.3)где Δω – изменение угловой скорости при угловом перемещении тела от начального до конечного углового положения; Δt – промежуток времени, за который произошло изменение угловой скорости на величину Δω. Формулу 2.2.3 используют либо для точного определения величины постоянного углового ускорения, либо для расчета среднего значения переменного углового ускорения. Для точного определения значения переменного углового ускорения в данный момент времени используют формулу: мгн.= . (2.2.4)Угловые ускорения изменяются в радианах на секунду в квадрате. Угловые перемещения, скорости и ускорения являются векторными величинами. Направление векторов углового перемещения и угловой скорости спортсмена определяется по правилу буравчика: оно совпадает с направлением движения острия буравчика при повороте рукоятки в направлении происходящего вращения. При вращении тела в плоскости чертежа вектор угловой скорости перпендикулярен указанной плоскости и направлен при вращении по часовой стрелке «от наблюдателя», а против часовой стрелки – «на наблюдателя». Для определения направления вектора углового ускорения следует установить, уменьшилась или увеличилась угловая скорость тела под влиянием этого углового ускорения. Если произошло ее увеличение, то направление углового ускорения совпадает с направлением угловой скорости, а если произошло уменьшение, то направление углового ускорения противоположно направлению угловой скорости. |
