Построение графиков зависимости угловой скорости и ускорения от времени.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 11Следующая ⇒

2.1. Используя данные столбца таблицы «Угловая скорость» построить график зависимости угловой скорости продольной оси тела от времени.

2.2. Используя данные столбца таблицы «Угловое ускорение» построить график зависимости углового ускорения продольной оси тела от времени.

2.3. В папку «Программа ориентации» (диск D/Биомеханика/Студент/Группа/Ф.И.О.) копировать файл «Отчет студента по программе ориентация» (диск D/Биомеханика/Формы отчетов студентов по работам практикума) и в письменной форме сделать заключение о программе ориентации тела спортсмена в исследуемой фазе физического упражнения, ответив на вопросы, прилагая при необходимости полученные графики:

· Что называют угловой скоростью тела и угловым ускорением? По каким формулам их определяют?

· В каких единицах измеряют угловую скорость и угловое ускорение?

· По какому правилу определяют направление вектора угловой скорости и ускорения?

· Каковы величины углов между продольной осью ОY’ тела и осью ОY неподвижной системы координат ХОY в исследуемом упражнении?

· Какие величины угловых скоростей характеризуют вращение тела в исследуемом физическом упражнении?

· Каковы величины векторов углового ускорения, приложенного к телу в физическом упражнении?

· Какое ускоряющее или замедляющее влияние оказывает угловое ускорение на вращение тела спортсмена в различных фазах физического упражнения?

· Как направлены (от наблюдателя или к наблюдателю) векторы угловых скоростей и угловых ускорений в различных фазах физического упражнения?

Тематика вопросов для собеседования

Теоретические вопросы:

1. Что называют программой ориентации?

2. Какие характеристики исследуются в рамках программы ориентации?

3. Как построить собственные оси тела?

4. В каких единицах измеряются углы в системе СИ и в чем целесообразность введения такой единицы измерения?

5. Какие повороты продольной оси тела спортсмена ОY характеризуют углы Эйлера?

6. Как определить направление продольной оси тела спортсмена при любой его позе?

7. Как определить величину угла между продольной осью ОY тела и осью ОY неподвижной системы координат? Как определить знак этого угла?

Практические вопросы:

8. Как используя программу RasChT найти центр тяжести нижней части тела (центр тяжести ног)?

9. Как построить продольную ось тела?

10. Как измерить угол отклонения продольной оси тела ОУ’ от оси системы отсчета ОУ?

11. Как перевести градусную меру угла в радианную в программе Excel?

12. Как определить время между соседними слоями исследуемого видеофайла?

13. Как построить график угловых скоростей и ускорений продольной оси тела спортсмена в физическом упражнении?

ПРОГРАММА ПОЗЫ ТЕЛА СПОРТСМЕНА
В ФИЗИЧЕСКОМ УПРАЖНЕНИИ

Лабораторная работа 3.1

ОПИСАНИЕ ПОЗЫ ТЕЛА СПОРТСМЕНА В ИССЛЕДУЕМОМ
ФИЗИЧЕСКОМ УПРАЖНЕНИИ

Цель занятия: 1. Ознакомиться с индексным методом аналитического описания позы тела в физическом упражнении. 2. Научиться описывать позы спортсмена с помощью индексного метода, а также анализировать их изменения.

Теоретические сведения

Третьей составной частью программы положения тела спортсмена в физическом упражнении является программа позы*.

Программа позы описывает закономерности, в соответствии с которыми в ходе физического упражнения изменяются углы в суставах и связанная с ними поза тела. В одних физических упражнениях указанные изменения позволяют достичь требуемого перемещения тела как целого в пространстве, в других – дают возможность зрительно усилить впечатление от исполнения упражнения, в-третьих – выполнить требования, предъявляемые к исполнению упражнений правилами соревнований и т. д.

Углы в суставах и изменение их величин удобно описывать математически с помощью индексного метода, базирующегося на представлении тела спортсмена в виде модели, которая представляет собой систему биокинематических цепей: ног, рук, позвоночника и головы. Указанная модель схематически изображена на рис. 3.1.1.

Все биокинематические цепи системы пронумерованы: правой ноге присвоен номер 1, левой ноге – 2, правой руке – 3, левой руке – 4, позвоночнику с головой – 5.

Суставы и подвижные сочленения каждой биокинематической цепи также имеют свои номера. На позвоночнике номер 1 дан сочленению крестцового и поясничного отделов, 2 – поясничного и грудинного отделов, 3 – грудного и шейного отделов, 4 – атлантозатылочному суставу. На руках номером 1 обозначены плечевые суставы, 2 – локтевые, 3 – лучезапястные, 4 – пястно-фаланговые. На ногах номер 1 присвоен тазобедренным суставам, 2 – коленным, 3 – голеностопным, 4 – плюснефаланговым.

Различным типам суставных движений, выполняемых спортсменом в ходе физического упражнения, также присвоены номера: циркумдукционному – 1, отводяще-приводящему, а также сгибательно-разгибательному – 2, ротационному, известному в анатомии как пронационно-супинационному типу, – 3.

С учетом вышеизложенного, суставной угол, обозначаемый греческой буквой

φ _abc, характеризуется тремя цифровыми индексами, расположенными справа-внизу

от буквы. Причем первый слева индекс обозначает номер биокинематической цепи, второй – номер сустава на этой цепи, а третий – номер, соответствующий типу суставного движения.

Для расширения возможностей индексного метода описания позы тела и ее изменений введены три группы индексов, в качестве которых использованы буквы латинского алфавита:

Фиксирующие индексы	Скользящие индексы	Индексы спец. назначения
a, b, c, d, f, g, h	i, j, k, l, m, n, o, p, q, r, s	t, v, u, w, x, y, z

Фиксирующие индексы должны применяться в случае, когда речь идет об одном каком-либо объекте из возможной их совокупности: какой-либо одной цепи, одном суставе, одном типе суставного движения.

Пример 1: Выражение j_abc означает, что некоторый суставной угол образован в биокинематической цепи с номером а, в суставе, номер которого равен b, в результате суставного движения, тип которого имеет номер с.

Скользящие индексы необходимо использовать в случае, если речь идет о перечислении всех возможных объектов, обозначенных этими индексами.

Пример 2: Выражение j_1к3 означает, что имеется в виду одновременно углы во всех суставах (на это указывает скользящий индекс k) правой ноги (об этом свидетельствует индекс 1) в результате выполнения ротационных суставных движений (последнее определяется третьим индексом 3).

Индексы специального назначения оговариваются в каждом конкретном случае. Мы будем обозначать t – время; v – линейная скорость; х, у, z – координаты и т. д.

Индекс времени t будем располагать справа-вверху от греческой буквы, обозначающей суставной угол.


Рис. 3.1.1	Рис. 3.1.2

Рис. 3.1.3

Пример 3: Выражение φ ^t₁₁₂ означает, что рассматривается суставной угол в тазобедренном суставе правой ноги, образовавшийся в результате сгибательно-разгибательного типа суставного движения в момент времени t.

Если описывается суставной угол в начальный (нулевой) момент времени, то индекс времени t₀справа-вверху от буквы φ не пишется.

Пример 4: Выражение φ ₃₂₂ означает, что имеется в виду угол в локтевом суставе правой руки, образовавшийся в результате суставного движения сгибательно-разгибательного типа в начальный момент времени t₀.

Приведенный метод легко распространяется и на описание других объектов двигательного аппарата спортсмена: звеньев тела, масс звеньев, моментов инерции и др. Для этого необходимо заменить букву φ на соответствующее обозначение рассматриваемого объекта и использовать нужное число индексов. Обычно для обозначения объекта применяют первую букву его назначения, написанную прописным шрифтом.

Пример 5: Выражение З₂₁ означает, что речь идет о звене с номером 1, расположенном в цепи с номером 2, т. е. о бедре левой ноги; С₄₂ – о суставе с номером 2 в цепи с номером 4, т. е. о локтевом суставе левой руки и т. д.

Основные правила определения суставных углов при описании позы
спортсмена с помощью индексного метода:

1. Для отсчета суставных углов с каждым звеном тела жестко связывается прямоугольная система координат О_iХ_iY_iZ_i (i – номер звена тела), начало которой совмещается с ЦТ звена, а оси параллельны собственным осям тела (см. тему 2) в положении основной стойки. Отсчет суставных углов производится путем измерения поворота осей системы координат О_iX_iY_iZ_i, связанной с исследуемым звеном, относительно аналогичной системы координат сочлененного с ним проксимального звена.

В позе основной стойки все суставные углы во всех суставах тела следует считать равными нулю. За исключением голеностопного сустава, здесь угол равен нулю, если продольная ось стопы является прямым продолжением продольной оси голени.

2. Определение углов в суставах нижних и верхних конечностей следует начинать соответственно с тазобедренных и плечевых суставов, последовательно переходя к суставам, расположенным более дистально.

В суставах и сочленениях позвоночника определение углов необходимо начинать с крестцово-поясничного сочленения, также последовательно переходя к сочленениям, расположенным более дистально.

3. Суставной угол, образовавшийся в результате циркумдукционных суставных движений типа 1, равен углу конусообразного поворота продольной оси исследуемого звена относительно продольной оси связанного с ним проксимального звена. Нулевому значению этого угла соответствует положение исследуемого звена, отклоненного на некоторый угол (величина отклонения в данном случае значения не имеет) вперед в направлении оси ОХ системы координат, связанной с проксимальным звеном. Конусообразный поворот исследуемого звена от нулевого значения против часовой стрелки (если смотреть из конца продольной оси проксимального звена) отсчитывается со знаком «+», а его поворот по часовой стрелке – со знаком «–».

4. Суставной угол, образовавшийся в результате отводяще-приводящих или сгибательно-разгибательных суставных движений типа 2, равен углу между продольными осями исследуемого и сочлененного с ним проксимального звеньев.

Перемещение исследуемого звена при выполнении суставных движений типа 2 может происходить в различных плоскостях (направлениях). Например, суставной угол, равный 90 градусам, для движения данного типа может быть результатом отводяще-приводящих движений, сгибательно-разгибательных либо движений, имеющих промежуточный характер по отношению к указанным. Направление звена задается указанием плоскости его отклонения в виде угла конусообразного поворота, т. е. необходимо одновременно с углом, образованным продольными осями сочлененных звеньев, записать угол, соответствующий движению типа 1 (конусообразному повороту). Например, запись вида φ ₅₄₂ = 20 (φ ₅₄₁ = 90) означает, что в атланто-затылочном суставе произошло отведение головы влево. Если бы в скобках стояло φ ₅₄₁ = 180, то голова была бы отклонена назад.

Для определения знака отклонения (особенно это важно для движений, происходящих в одной плоскости) исследуемое звено рассматривают: как сгибательно-разгибательные движения из конца оси ОZ системы координат, связанной с соседним проксимальным звеном. В данном случае наблюдатель видит проксимальное звено со стороны его правой боковой поверхности. Если оказывается, что исследуемое звено вращается против часовой стрелки, то величина суставного угла отсчитывается со знаком «плюс», а если по часовой стрелке, то указанный угол отсчитывается со знаком «минус».

При определении знака суставного угла, образовавшегося в результате отводяще-приводящих суставных движений, производимых строго в плоскости YOZ системы координат, связанной с проксимальным звеном, исследуемое звено рассматривают из конца оси ОХ упомянутой системы координат.

5. Суставной угол, образовавшийся в результате ротационных суставных движений типа 3, равен углу поворота исследуемого звена вокруг собственной продольной оси. В основной стойке этот угол во всех суставах тела принимается равным нулю. Знак суставного угла при движениях данного типа определяется путем наблюдения за движением исследуемого звена из конца его продольной оси. Если вращение исследуемого звена происходит против часовой стрелки, то суставной угол отсчитывается со знаком «плюс», а если по часовой стрелке, то значение суставного угла отсчитывается со знаком «минус».

Пример 1. Суставной угол φ равен 20 градусам. Он зафиксирован для суставного движения типа 2 (отведения левой руки строго влево, в плечевом суставе). Упомянутый суставной угол записывают следующим образом:

φ ₄₁₂ = 20 (φ ₄₁₁ = 90). (3.1.1)

Выражение в скобках указывает на плоскости YOZ, которой соответствует угол φ ₄₁₁ конусообразного поворота плеча в плечевом суставе против часовой стрелки на 90 градусов.

Пример 2. Суставной угол φ равен, например, 80 градусам. Он зафиксирован в результате выполненного суставного движения типа 2 (сгибания правого бедра). Такой суставной угол записывается следующим образом:

φ ₁₁₂ = 80 (φ ₁₁₁ = 0). (3.1.2)

Выражение в скобках, как в предыдущем примере, обозначает плоскость движения: сгибание правого бедра в тазобедренном суставе произведено в плоскости ХОY, которой соответствует угол φ ₁₁₁ конусообразного поворота правого бедра в тазобедренном суставе 0 градусов.

Выражение (3.1.2) можно упростить, используя правило умалчивания, в соответствиис которым нулевые значения любого параметра могут не записываться. А если информация о каком-либо объекте, обозначаемом с использованием индексов, отсутствует, то его значение автоматически применяется равным нулю. Следовательно, выражение (3.1.2) можно записать без информации в скобках в виде:

φ ₁₁₂ = 80. (3.1.3)

Рассмотрим особенности индексного описания некоторых наиболее часто встречающихся поз тела спортсмена:

1. φ = const – некоторая неизменная поза, сохраняемая в промежутке времени от момента времени t₁ до момента t₂.

2. φ = 0 – поза, соответствующая основной стойке спортсмена в некоторый момент времени t₁.

3. φ = const – элемент динамической осанки (неизменность суставного угла с параметрами abc) в промежутке времени от t₁до t₂.

4. φ = 45 – углы во всех суставах левой руки, зафиксированные в начальный момент времени, для движения сгибательно-разгибательного типа равны 45 градусам. Отнесение суставных движений к сгибательно-разгибательному типу обеспечивает третий индекс (2) и отсутствие информации о плоскости суставного движения (углы φ ₄_k₁не упомянуты, следовательно, равны нулю). Признаком начального момента времени также является отсутствие соответствующего индекса.

5. φ ₁₁₂ = –30, (φ ₁₁₁ = –90) – в тазобедренном суставе правой ноги в начальный момент времени зафиксировано отведение бедра вправо на 30 градусов.

6. φ _ikl = 0 – поза основной стойки (все индексы скользящие, следовательно, имеет место одновременное перечисление всех цепей, всех суставов и всех типов суставных движений).

Если поза спортсмена достаточно простая, например, по сравнению с основной стойкой изменен один или малое количество суставных углов, записываются только измененные углы. Остальные сочленения автоматически считаются соответствующими основной стойке. Для записи сложной позы используется матричная форма индексного описания.

Более сложным является описание позы, при которой значения многих суставных углов отличаются от нулевого значения. В этом случае используется матричная форма индексного описания позы спортсмена.

Матрица – это прямоугольная таблица, состоящая из 5 строк и 4 столбцов. Строкам и столбцам присвоены номера. Номера возрастают от 1 до 5 по мере перехода с верхней строки столбца на нижнюю строку, и от 1 до 4 – по мере перехода от крайнего левого столбца к крайнему правому. Номера строк соответствуют номерам биокинематических цепей, а номера столбцов – номерам суставов этих цепей. Ниже представлена матрица, описывающая некоторую позу, образовавшуюся в результате одновременного выполнения суставных движений типа «С» во всех суставах тела:

	СТОЛБЦЫ –
	номера суставов
	1 2 3 4

	φ ₁₁φ ₁₂φ ₁₃φ ₁₄	^t 1 (правая нога)
	φ ₂₁φ ₂₂φ ₂₃φ ₂₄	2 (левая нога)	СТРОКИ –
φ _ikl =	φ ₃₁φ ₃₂φ ₃₃φ ₃₄	3 (правая рука)	номера
	φ ₄₁φ ₄₂φ ₄₃φ ₄₄	4 (левая рука)	цепей
	φ ₅₁φ ₅₂φ ₅₃φ ₅₄	² 5 (позвоночник)

Первая строка матрицы содержит данные о суставных углах, относящихся к правой ноге, вторая – к левой ноге, третья – к правой руке, четвертая – к левой руке, пятая – к позвоночнику. В свою очередь, первый столбец матрицы включает в себя данные об углах в суставах или сочленениях, имеющих номер 1 в каждой из названных цепей: в тазобедренных суставах, плечевых суставах и в сочленении крестцового и поясничного отделов позвоночника. Второй столбец составлен из данных об углах в суставах и сочленениях, имеющих номер 2 в каждой из упомянутых цепей: в коленных и локтевых суставах, в сочленении поясничного и грудного отделов позвоночника. Третий столбец позволяет судить об углах в суставах и сочленениях, которым присвоен номер 3, т. е. в голеностопных и лучезапястных суставах, сочленении грудного и шейного отделов позвоночника. Наконец, четвертый столбец содержит данные об углах в суставах, имеющих номер 4 в каждой из упомянутых цепей: в плюснефаланговых и пястно-фаланговых суставах, а также в атлантозатылочном суставе. Индекс справа-внизу от правой скобки матрицы указывает номер типа суставного движения (в рассмотренной выше матрице этот номер равен С). Индекс справа-вверху от правой скобки матрицы указывает на момент времени, в который зарегистрирована поза (в рассмотренном выше случае этот момент времени обозначен индексом t). Если рассматривается поза в начальный момент времени t = 0, то справа-вверху индекс времени не пишется.

Пример 1: В результате суставных движений типа 3 (ротационные движения) во всех суставах в момент времени t = 0, 5 с тело приобрело позу, описанную следующим образом:

	10 0 0 0	0, 5
	10 0 0 0
φ =	30 10 0 0		(3.1.5)
	-30 10 0 0
	0 0 0 0	3.

Примечание: в выражении (3.1.5) и других случаях описания позы численное значение времени, расположенное справа-вверху от буквы j и от правой скобки матрицы, может быть обведено окружностью, чтобы не спутать его с показателем степени.

При описании позы, явившейся следствием отводяще-приводящих суставных движений, следует указывать не только матрицу углов, образовавшихся в результате этих движений, но и матрицу углов конусообразных поворотов исследуемых звеньев, устанавливающих плоскости (направления), в которых происходят упомянутые отводяще-приводящие движения звеньев.

Пример 2: В результате отводяще-приводящих суставных движений переднезаднего направления (сгибательно-разгибательных) во всех суставах в момент времени t = 1, 5 с тело приобрело позу, описываемую следующим образом:

	25 -60 0 0	1, 5	10 0 0 0	1, 5
	0 0 0 0		0 0 0 0
φ =	90 30 0 0	φ =	0 0 0 0	(3.1.6)
	0 0 0 0		0 0 0 0
	0 0 0 0		0 0 0 0	1.

Если бы в правой матрице выражения (3.1.6) все углы φ имели отличные от нуля одинаковые величины, например 15, вместо этой матрицы следовало бы написать более простую форму φ = 15. Если бы все углы в указанной матрице равнялись нулю, то кроме левой матрицы в выражении (3.1.6) не следовало бы ничего писать.

Описание позы, приобретенной спортсменом после выполнения циркумдукционных движений в суставах, кроме матрицы углов, образовавшихся в результате этих движений, содержит матрицу углов между продольными осями исследуемого и соседнего проксимального звеньев в каждом суставе, дающую представление о размерах движений в суставах.

Пример 3: В результате циркумдукционных движений во всех суставах тела в момент времени t = 5 с тело приобрело позу, описываемую следующим образом:

	-60 0 0 0		45 0 0 0
	0 0 0 0		0 0 0 0
φ =	0 0 0 0	φ =	0 0 0 0	(3.1.7)
	90 0 0 0		30 0 0 0
	0 0 0 0		0 0 0 0	2.

В общем случае при описании позы тела необходимо пользоваться матрицами углов в суставах тела, образовавшихся в результате выполнения суставных движений всех типов: φ _ikl, φ _ik₂ и φ _ik₃. Если суставные движения какого-либо типа не выполняются, то считается, что суставные углы, описывающие эти движения, равны нулю, и матрицы таких углов не пишутся.

В настоящей лабораторной работе и следующих, в учебных целях, будут описываться позы спортсмена, приобретенные в результате выполнения только сгибательно-разгибательных или отводяще-приводящих суставных движений.

Порядок выполнения работы

Подготовка файла «Изменение позы тела спортсмена» в формате Photoshop CS4.

1.1. Создать в своей папке (диск D/Биомеханика/ Студент/ Группа/Ф.И.О.) папку «Программа позы».

1.2. Скопировать в нее файл «Видеограмма» (диск D/Биомеханика/Группа/Ф.И.О, /Программа места) и переименовать его, присвоив название, «Изменение позы тела спортсмена».

1.3. Запустить программу Photoshop CS4 и открыть в ней файл «Изменение позы тела спортсмена».

1.4. Путем просмотра видеограммы определить кадры, соответствующие граничным моментам фаз физического упражнения.

1.5. Удалить остальные кадры видеограммы:

· Активизировать кадр нажатием левой клавишей мыши справа от изображения в окне «Слои» и нажать клавишу «Delete».

· Другой вариант – вызвать контекстное меню нажатием правой клавиши мыши.

· Осуществить команду «Удалить слой».

1.6. Установив флажок в форме глаза, сделать видимым слой с изображением первого из выбранных кадров видеограммы и активизировать его, щелчком мыши справа от изображения кадра в окне «Слои» (в остальных слоях указанные флажки убрать).

1.7. Активизировать инструмент «Кисть» и задать его параметры (строка, расположенная под меню, диаметр (3 пикс.), непрозрачность (100%), нажим (100%), цвет синий).

1.8. Провести маркировку следующих суставов и звеньев тела:

· центр тяжести головы (в районе уха),

· атлантозатылочный сустав,

· правый и левый плечевые суставы,

· правый и левый локтевые суставы,

· правый и левый лучезапястные суставы,

· центры тяжести правой и левой кисти (посередине звеньев),

· правый и левый тазобедренный суставы,

· правый и левый коленные суставы,

· правый и левый голеностопные суставы,

· крайние точки правой и левой стоп.

1.9. Аналогичным образом нанести изображение суставов и звеньев тела на другие выбранные изображения.

1.10. Активизировать инструмент линия и задать его параметры (толщина один пиксель, цвет красный).

1.11. Соединить линиями маркеры суставов и звеньев на всех выбранных изображениях:

· правый и левый плечевые суставы (ось плеч);

· правый и левый тазобедренный суставы (ось таза);

· центры осей плеч и таза (ось туловища);

· центр оси плеч и атлантозатылочный сустав;

· атлантозатылочный сустав и центр тяжести головы;

· плечевые и локтевые суставы рук;

· локтевые и лучезапястные суставы рук;

· лучезапястные суставы и центры тяжести кистей;

· тазобедренные и коленные суставы ног;

· коленные и голеностопные суставы ног;

· голеностопные суставы пятки и носки стоп;

· пятки и носки стоп.

1.12. Сохранить файл «Изменение позы тела спортсмена».

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒