МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПРИ ПОДГОТОВКЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ Практическое занятие – форма систематических учебных занятий, с помощью которых обучающиеся изучают тот или иной раздел определенной научной дисциплины, входящей в состав учебного плана. Для того чтобы практические занятия приносили максимальную пользу, необходимо помнить, что упражнение и решение задач проводятся по вычитанному на лекциях материалу и связаны, как правило, с детальным разбором отдельных вопросов лекционного курса. Следует подчеркнуть, что только после усвоения лекционного материала с определенной точки зрения (а именно с той, с которой он излагается на лекциях) он будет закрепляться на практических занятиях как в результате обсуждения и анализа лекционного материала, так и с помощью решения проблемных ситуаций, задач. При этих условиях студент не только хорошо усвоит материал, но и научится применять его на практике, а также получит дополнительный стимул (и это очень важно) для активной проработки лекции. При самостоятельном решении задач нужно обосновывать каждый этап решения, исходя из теоретических положений курса. Если студент видит несколько путей решения проблемы (задачи), то нужно сравнить их и выбрать самый рациональный. Полезно до начала вычислений составить краткий план решения проблемы (задачи). Решение проблемных задач или примеров следует излагать подробно, вычисления располагать в строгом порядке, отделяя вспомогательные вычисления от основных. Решения при необходимости нужно сопровождать комментариями, схемами, чертежами и рисунками. Следует помнить, что решение каждой учебной задачи должно доводиться до окончательного логического ответа, которого требует условие, и по возможности с выводом. Полученный ответ следует проверить способами, вытекающими из существа данной задачи. Полезно также (если возможно) решать несколькими способами и сравнить полученные результаты. Решение задач данного типа нужно продолжать до приобретения твердых навыков в их решении. При подготовке к практическим занятиям следует использовать основную литературу из представленного списка, а также руководствоваться приведенными указаниями и рекомендациями. Для наиболее глубокого освоения дисциплины рекомендуется изучать литературу, обозначенную как «дополнительная» в представленном списке. На практических занятиях приветствуется активное участие в обсуждении конкретных ситуаций, способность на основе полученных знаний находить наиболее эффективные решения поставленных проблем, уметь находить полезный дополнительный материал по тематике занятий. Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к занятию: 1. Проработать конспект лекций; 2. Прочитать основную литературу, рекомендованную по изучаемому разделу; 3. Проработать тестовые задания; 4. Проработать практические задания и задачи 6. При затруднениях сформулировать вопросы к преподавателю Практическое занятие №1. Вес звеньев человека и положение их центра тяжести Тема: Вес звеньев человека и положение их центра тяжести. Цель: освоить расчетные методы биомеханики, применяемые дня определения геометрии масс тела человека. Задачи: научиться определять вес звеньев тела человека и положение их центра тяжести на основе среднестатистических данных. Оборудование: сантиметровая лента, микрокалькуляторы. Пояснение Для определения динамических характеристик, характеризующих биодинамическую структуру спортивных упражнений, необходимо знать масс–инерционные характеристики биомеханической системы: вес звеньев тела, положение их центра тяжести, моменты инерции отдельных звеньев. Исследования, выполненные на большом объеме экспериментальных данных, позволили получить среднестатистические результаты о геометрии масс тела человека. Среднестатистические показатели характеризуют усредненное значение исследуемых характеристик, которые выражаются через относительные веса сегментов и через относительные коэффициенты, определяющие положение центра тяжести сегментов. Сегменты тела человека Тело человека можно представить в виде биомеханической системы, состоящей из отдельных сегментов: кисть, предплечье, плечо, голова, туловище, бедро, голень, стопа (рис.1). Указателями границ сегментов – местами прохождения плоскостей, отделяющих один сегмент от другого, являются антропометрические точки (рис.2). Рис.1. Сегменты тела человека Выбор способов сегментирования обусловлен требованиями биомеханики: начало и конец сегмента должны касаться оси вращения в суставе, а масса сегментов при выполнении упражнений должна оставаться постоянной. т 4 5 П у 8% я е б ер ,4 9% 9 н 4% П ят Рис.2. Антропометрические точки, определяющие границы сегментов. Вес сегментов тела Зная вес тела и относительный вес звена в процентах (весовой коэффициент по отношению к весу тела), можно определить вес отдельных сегментов по формуле Рi = (Р х Кi) /100, Где Р – вес тела испытуемого; Рi – вес определяемого сегмента; Кi – весовой коэффициент сегмента; i – номер сегмента; – знак умножения в арифметическом действии; / – знак деления в арифметическом действии. Значения весовых коэффициентов звеньев тела представлены в таблице 1. Весовые коэффициенты звеньев тела № п/п Название частей тела Весовой коэффициент (%) 1. Кисть 1 2. Предплечье 2 3. Плечо 3 4. Голова 7 5. Туловище 43 6. Бедро 12 7. Голень 5 8. Стопа 2 Пример Допустим, вес испытуемого равен 69 кг. Тогда: 1. Вес кисти равен 0,69 кг (69х1)/100 = 0,69 (кг) 2. Вес предплечья равен 1,38 кг 2,07кг (69х2)/100 = 1,38 (кг) 3. Вес плеча равен (69х3)/100 = 2,07 (кг) Аналогично определяются веса остальных сегментов тела человека. Положения центров масс сегментов Таблица 1 Положение центра масс сегментов на их продольных осях определяется длиной сегмента и относительным коэффициентом в соответствии с формульной зависимостью Хc = (Li х Аi) / 100, где Хс – координата положения центра тяжести сегмента на его продольной оси; Li – длина i-го сегмента; Аi – относительный коэффициент i-го сегмента; i – номер сегмента. Относительный коэффициент выражает в %, по отношению к длине сегмента, положение центра тяжести звена тела. Значения относительных коэффициентов для отдельных звеньев тела представлены в таблице 2. Таблица 2. Относительные коэффициенты звеньев тела № Название частей тела п/п Относительный коэффициент (%) 1. Кисть 50 2. Предплечье 42 3. Плечо 47 4. Голова 50 5. Туловище 44 6. Бедро 44 7. Голень 42 8. Стопа 44 Антропометрические точки, от которых отсчитывается расстояние до центра тяжести сегмента для определяемых звеньев тела, следующие: 1. Кисть – шиловидная (лучезапястный сустав). 2. Предплечье – плече–локтевая (локтевой сустав). 3. Плечо – акромиальная (плечевой сустав). 4. Голова – остистый отросток 7-го шейного позвонка. 5. Туловище – акромиальная (плечевой сустав). 6. Бедро – переднеподвздошная (тазобедренный сустав). 7. Голень – верхнеберцовая (коленный сустав). 8. Стопа – пяточная. Пример 1. Длина бедра испытуемого – 50 см. В соответствии с (2) и данными таблицы 2 определяем, что центр тяжести бедра расположен на расстоянии 22 см от тазобедренного сустава (антропометрическая точки – переднепод-вздошная) (50 х 44) / 100 = 22 (см). 2. Длина предплечья – 25 см., следовательно, центр тяжести предплечья находится на расстоянии 11,75 см от локтевого, сустава (антропометрическая точка – плече–локтевая) (25 х 47) / 100 = 11,75 (см). Задание 1. Подготовить рабочую таблицу для определения веса сегментов тела и положения их центра тяжести с записью весовых (3-я колонка) и относительных (5-я колонка) коэффициентов (см. табл.3). 2. Зная собственный вес, рассчитать по формуле (1) веса отдельных звеньев тела и записать вычисленные показатели в 4-ю колонку рабочей таблицы. 3. Измерить сантиметровой лентой длины звеньев тела и вписать результаты измерения в 6-ю колонку рабочей таблицы. 4. Вычислить по формуле (2) положение центра тяжести сегментов тела с записью результатов вычислений в 7-ю колонку рабочей таблицы. 5. Показать на рисунки положение центров масс отдельных звеньев тела с указанием: – длины звена; – антропометрической точки (сустава), относительно которой определяется положение центра масс звена; – расстояния от антропометрической точки в (см). Таблица 3. Рабочие таблица для определения веса сегментов тела и положения центра тяжести звенья тела Весовой № Название частей коэффицие п/п тела нт (%) 1 2 Относител Вес ьный сегмента коэффицие (кг) нт (%) 3 4 5 1. Кисть 1 50 2. Предплечье 2 42 3. Плечо 7 47 4. Голова 3 50 5. Туловище 43 44 6. Бедро 12 44 7. Голень 5 42 8. Стопа 2 44 Длина сегмента (см) Положение центра тяжести сегмента 6 7 Примечание. Необходимо помнить, что в таблице даны весовые коэффициенты отдельных звеньев тела: одной кисти, одного предплечья и т.д. Поэтому при определении веса парных конечностей (рук, ног), получаемый результат умножается на два. В качестве примера по определению веса сегментов тела и получения их центра тяжести в таблице 4 приведены вычисленные показатели для испытуемого весом 80 кг и размерами длины звеньев тела, указанными, в колонке 6. Таблица 4. Рабочая таблица для определения веса сегментов тела и положения центра тяжести звеньев тела № п/п Название частей тела 1 2 ОтносиВесовой тельный коэффициент Вес сегмента коэффициент Длина (%) (кг) сегмента (см) (%) Положение центра тяжести сегмента 3 4 5 6 7 1. Кисть 1 0,80 50 20,0 10,0 2. Предплечье 2 1,60 42 26,0 10,92 3. Плечо 7 2,40 47 24,5 11,52 4. Голова 3 5,60 50 23,0 11,50 5. Туловище 43 34,40 44 48,0 21,12 6. Бедро 12 9,60 44 43,0 18,92 7. Голень 5 4,00 42 38,0 15,96 8. Стопа 2 1,60 44 25,5 11,92 Практическое занятие №2. Определение центрального момента инерции тела человека Цель работы. Овладеть графоаналитическим способом определения собственного момента инерции системы тел. Исходные данные. Промер фазы физического упражнения. Таблицы расчета положения ОЦТ тела в данной фазе. Масштаб изображения. Если ось вращения не проходит через центр тяжести объекта или вообще не связана с ним (внешняя ось вращения), то момент инерции твердого тела можно представить, как сумму центрального (собственного) момента инерции объекта (J o) относительно оси, проходящей через его ОЦТ параллельно внешней оси, и произведения массы объекта на квадрат расстояния между этими осями (Rин.): J = Jo + m R2ин. (1) Если объект является системой тел, то его центральный момент инерции (Jos) равен сумме полных моментов инерции элементов данной системы: Jos = ΣJoi + Σmi R2ин. i, (2) где Rин. i - расстояние между осями вращения, проходящими через ЦТ-го элемента системы и ОЦТ системы тел. Для приближенной оценки величины центрального момента инерции звена тела человека — это звено можно представить в виде однородного твердого тела и выполнить расчеты по следующим формулам. Для головы: Jo = m l2/ 4 (3) Для остальных звеньев тела: Jo = m l2/ 12 (4) где m - масса звена тела, l - длина звена (диаметр головы). Ход работы. 1. Заготовить бланк таблицы расчета центрального момента инерции тела человека: Таблица - 1 Звено 1 m, кг 2 l, м 3 Rин., м 4 Jo, кгм2 5 J, кгм2 6 2. Из таблицы расчета положения ОЦТ тела перенести в графу 2 значения масс звеньев тела. 3. Значения длин звеньев тела, содержащиеся в таблице расчета положения ОЦТ тела, умножить на величину, обратную масштабу изображения и для перевода в метры разделить на 1000. Результаты записать в графу 3. Примечание. Для головы и кистей записать 0,18 и 0,20 м соответственно. 4. На промере измерить расстояния от ЦТ каждого звена до ОЦТ тела. Полученные данные умножить на величину обратную масштабу промера и перевести в метры. Результаты записать в графу 4. 5. Используя формулы 2 и 3 рассчитать центральные моменты инерции звеньев тела. Результаты записать в гр. 5. 6. Рассчитать моменты инерции звеньев относительно ОЦТ тела (J = m R 2ин.). Результаты записать в графу 6. 7. Суммировать числа в графах 5 и 6 (получаем ΣJo и ΣJ соответственно). 8. Используя формулу 1 рассчитать величину центрального момента инерции тела (Jos). Результаты работы: полученные результаты оформите в рабочую тетрадь. Практическое занятие №3. Определение линейных скоростей и ускорения ОЦТ тела Цель работы. Овладеть графоаналитическим способом определения линейных перемещений, скоростей и ускорений точки. Исходные данные. Координаты ОЦТ тела в 3-х кадрах. Частота киносъемки. Масштаб изображения. Ускорение точки показывает, как быстро изменяется ее скорость: а = V2 – V1 / t2 – t1 = ΔS / Δ2t, (1) где ΔS - разность линейных перемещений. При работе с промером для определения истинных величин пространственных характеристик (размеров, перемещений) результат измерения (мм) умножают на число, обратное масштабу промера (α ) и делят на 1000 для перевода миллиметров в метры. Следовательно, выражения 10,11 могут иметь вид: V = (γ·α/β·1000)·S (2) Ход работы. 1. Заготовить бланк таблицы расчета скоростей и ускорений. 2. Записать в таблицу координаты ОЦТ тела (графы 2, 7). 3. Рассчитать линейные перемещения ОЦТ тела и результаты записать в графы 3, 8. 4. Рассчитать разности линейных перемещений ОЦТ тела. Результаты записать в графы 4, 9. 5. Рассчитать линейные скорости ОЦТ тела, используя формулу 1. Результаты записать в графы 5, 10. 6. Рассчитать линейные ускорения ОЦТ тела, используя формулу 2. Результаты записать в графы 6, 11. 7. Выбрать масштаб изображения векторов скорости и ускорения. Примечание. Их масштаб может быть разным и может отличаться от масштаба промера. 8. Построить результирующие векторы скоростей и ускорения. 9. Определить величину и направление результирующих векторов. 10. Описать программу места в исследуемой фазе физического упражнения: форма траектории (прямая линия – горизонтальная, вертикальная, восходящая, нисходящая; изогнутая линия – изгибом вверх, вниз; синусоида; окружность и т.д.); - величина и направление результирующих скоростей и ускорения; - разгоняется или тормозится тело. Пример. Дано: координаты ОЦТ тела, мм: Х1 = 15, Х3 = 40, Х5 = 85; Y1 = 10, Y3 = 40, Y5 = 60. Частота киносъемки 24 к/с. Масштаб изображения 1:10. Определить программу места в данной фазе. - Таблица - 1 Расчет линейных скоростей и ускорений ОЦТ тела Vy, м/с аy, м/с2 № кадра Х, мм Sx, мм ΔSx, мм Vх, м/с ах, м/ с2 Y, мм Sy, мм ΔSy, мм 1 15 25 20 3,0 28,8 10 30 -10 3,6 -14,4 3 40 45 - 5,4 - 40 20 - 2,3 - 5 85 - - - - 60 - - - - Рассчитываем линейные перемещения ОЦТ тела и разности линейных перемещений. Например, Sх1 = 40-15 = 25 (мм); ΔSх1 = 45 – 25 = 20 (мм). Определяем число интервалов между кадрами: β = 3-1 = 5 – 3 = 2. Рассчитываем линейные скорости и ускорения ОЦТ тела: Например, Vх 1 = (24·10/2·1000) .25 = 3,0 (м/с); ax1 = (242·10/22·1000)·20 = 28,8 (м/с2). Выбираем масштаб изображения векторов и выполняем графическое построение. В системе координат ХОУ отмечаем положение ОЦТ тела в І, ІІІ, V, кадрах и строим результирующие векторы скоростей и ускорения. Измеряем длины векторов и определяем величины результирующих. Измеряем углы наклона результирующих относительно оси Х. Даем описание программы места в исследуемой фазе физического упражнения: траектория ОЦТ – изогнутая восходящая линия, изгиб направлен вверх; V1 = 4,7 м/с, φ1 = 50о , V3 = 5,9 м/с, φ3 = 24 о , а1 = 32 м/с2 , φ1 = 333 о; тело движется вперед с разгоном, вверх – с торможением. Результаты работы: полученные результаты оформите в рабочую тетрадь. -
