La quarta lezione sulla disciplina “Biomeccanica dell'attività motoria” descrive i metodi di ricerca in biomeccanica (registrazione di filmati e video, dinamometria, accelerometria ed elettromiografia), le fasi di misurazione e la composizione del sistema di misurazione. Quando si analizzano i metodi biomeccanici, vengono discusse le caratteristiche positive e negative dei metodi, nonché gli errori di misurazione. I miglioramenti nei metodi di ricerca biomeccanica hanno permesso di sviluppare sistemi completamente automatici che consentono l'analisi dei movimenti in tempo reale.

Lezione 4

Metodi di ricerca in biomeccanica

4.1. Il concetto di metodo di ricerca

Metodo(Metodo greco - percorso verso qualcosa) - nel senso più generale - un modo per raggiungere un obiettivo, un certo modo di ordinare l'attività.

Il metodo di ricerca viene scelto in base alle condizioni e agli obiettivi dello studio. Al metodo di ricerca e alle attrezzature che lo supportano sono imposti i seguenti requisiti:

• Il metodo e l'attrezzatura devono garantire un risultato affidabile, ovvero il grado di accuratezza della misurazione deve corrispondere allo scopo dello studio;
• Il metodo e l'attrezzatura non devono influenzare il processo in studio, cioè distorcere i risultati e interferire con l'argomento;
• Il metodo e l'attrezzatura devono garantire la rapidità di ottenimento del risultato.

Esempio. L'allenatore e l'atleta si sono posti l'obiettivo di migliorare il risultato nella corsa dei 100 m di 0,1 s. Un velocista percorre una distanza di 100 m in 50 passi, pertanto il tempo di ogni passo dovrebbe essere ridotto in media di 0,002 s. Ovviamente, per ottenere un risultato affidabile, l'errore nella misurazione della durata del passo non dovrebbe superare 0,0001 s.

4.2. Fasi di misurazione

Ci sono tre fasi nello studio di qualsiasi fenomeno:

1. Misura delle caratteristiche meccaniche.

Le proprietà meccaniche vengono misurate utilizzando i metodi descritti in questa lezione.

1. Elaborazione dei risultati della ricerca.

Attualmente vengono utilizzati programmi informatici speciali per elaborare i risultati. COSÌ. Ad esempio, il programma per computer Video Motion, progettato per l'atletismo, consente, sulla base di dati video, di calcolare la traiettoria, la velocità e l'accelerazione del movimento di qualsiasi punto del corpo dell'atleta, compreso il bilanciere.

1. Analisi e sintesi biomeccanica.

Nella fase finale delle misurazioni, in base alle caratteristiche meccaniche ottenute, viene valutata la tecnica delle azioni motorie dell'atleta e vengono fornite raccomandazioni per il suo miglioramento.

4.3. Composizione del sistema di misura

Il sistema di misura comprende:

• Sensore di informazioni;
• Linea di comunicazione;
• Dispositivo di registrazione;
• Computer;
• Dispositivo di uscita dati.

Sensore– un elemento del sistema di misurazione che misura (percepisce) direttamente una determinata caratteristica biomeccanica del movimento dell’atleta. I sensori possono essere fissati all'atleta, all'attrezzatura e all'attrezzatura sportiva, nonché alle superfici di supporto.

Collegamento serve a trasmettere informazioni dal sensore al dispositivo di registrazione. La linea di comunicazione può essere cablata o telemetrica. La comunicazione cablata è la trasmissione di informazioni attraverso un cavo multi-core. Il suo vantaggio è la sua semplicità e affidabilità, il suo svantaggio è che interferisce con i movimenti dell’atleta. Comunicazione telemetrica: trasmissione di dati tramite un canale radio. In questo caso, l'antenna trasmittente si trova spesso sull'atleta e il dispositivo di registrazione ha un'antenna ricevente attraverso la quale viene percepito il segnale.

Dispositivo di registrazione– un dispositivo in cui avviene il processo di registrazione delle caratteristiche biomeccaniche dei movimenti di un atleta.

Per molto tempo esisteva una forma analogica di registrazione del segnale. Ad esempio, la registrazione analogica di un segnale nelle videocamere su nastro magnetico. Attualmente è molto diffusa la forma digitale di registrazione del segnale (sotto forma di una sequenza di numeri su un determinato supporto digitale, ad esempio un DVD).

ADC– convertitore analogico-digitale – un dispositivo che converte un segnale analogico in forma digitale.

computer– un personal computer in cui il segnale in ingresso viene elaborato utilizzando uno specifico programma informatico. Successivamente, su una stampante o su un monitor vengono visualizzate le informazioni sulle caratteristiche biomeccaniche dell’atleta.

Attualmente, nel campo dell'atletica (sollevamento pesi, powerlifting, bodybuilding), sono ampiamente utilizzati i seguenti metodi di ricerca:

• Metodi ottici (registrazione di filmati e video con successiva analisi, ciclografia optoelettronica);
• dinamometria;
• accelerometria;
• elettromiografia.

Parleremo di questi metodi in modo più dettagliato.

4.4. Metodi di ricerca ottica

Le riprese– metodo di ricerca ottica. Questo metodo si riferisce agli strumenti di misura senza contatto. Le basi di questo metodo furono gettate da J.L. Daguerre, E.J. Marais ed E. Muybridge. Ciò è particolarmente importante poiché il sistema non interferisce con l'atleta durante l'esecuzione delle azioni motorie. Il principale mezzo tecnico è una cinepresa. Per condurre studi biomeccanici, vengono spesso utilizzate cineprese con un'elevata frequenza di scatto (da 100 fotogrammi al secondo e oltre). Lo svantaggio delle riprese è la necessità di una lavorazione speciale della pellicola. Pertanto, attualmente, negli studi biomeccanici vengono spesso utilizzati altri due metodi ottici: la registrazione video e la ciclografia optoelettronica.

Riprese video– un metodo di ricerca ottica che consente di registrare l'azione motoria su videocassetta o sulla matrice elettronica di una videocamera. Attualmente, per gli studi biomeccanici vengono utilizzate videocamere ad alta velocità, che consentono di registrare fino a 1000 fotogrammi al secondo e oltre.

Un esempio di tale fotocamera è la fotocamera digitale CASIO EXILIM PRO EX-F1 (Fig. 4.1), che consente riprese ad alta velocità con una frequenza fino a 1200 fps. La risoluzione della matrice della fotocamera è di 6,6 Megapixel. Per registrare un atleta che esegue esercizi di forza, questa fotocamera può utilizzare la registrazione video, che deve essere eseguita con una risoluzione di 1920x1080 pixel e un frame rate di 60 fps.

Riso. 4.1. Fotocamera digitale Casio Exlim Pro EX F1

La parte più importante dei dinamometri meccanici è la molla, che deve operare nella regione di deformazione lineare. Ciò significa che la forza misurata è direttamente proporzionale all'allungamento della molla. Quando si effettuano misurazioni nello sport, vengono spesso utilizzati dinamometri per le mani e per la colonna vertebrale (Fig. 4.2). Ad esempio, un dinamometro per stacchi viene utilizzato per misurare la forza di trazione nel powerlifting. Il campo di misura va da 100 N a 1800 N con un errore del +/-2% su tutta la scala. Peso 1,8 kg, dimensioni 25,4 x 6,35 cm. Manico in alluminio resistente con una presa comoda.

Lo svantaggio dei dinamometri meccanici è la valutazione di un valore di forza, molto spesso il massimo. A questo proposito, se è necessario studiare la variazione di forza sviluppata da un gruppo muscolare o da un atleta, si utilizzano dinamometri elettronici. In questo caso, il sensore non è una molla, ma un estensimetro, e la tecnica stessa è chiamata dinamometria a deformazione.

Metodo dinamometria delle deformazioni permette di registrare gli sforzi sviluppati dall'atleta durante l'esecuzione dei vari esercizi fisici.

Nel processo di esecuzione dei movimenti sportivi, un atleta esercita un impatto meccanico su un'ampia varietà di oggetti: attrezzature sportive, pavimento, pista, che di conseguenza si deformano. Per misurare i valori degli sforzi sviluppati dall'atleta vengono utilizzati appositi estensimetri che convertono la deformazione meccanica in un segnale elettrico. Il funzionamento degli estensimetri si basa sull'effetto tensoelettrico. L'essenza dell'effetto tensoelettrico è la variazione della resistenza del conduttore quando viene allungato.

L'estensimetro è un filo di diametro 0,02-0,05 mm incollato tra due strisce di carta. È incollato ad un elemento elastico che assorbe la forza imposta dall'atleta.

Nel 1938 furono sviluppati i primi estensimetri che funzionavano sulla base dell'effetto di deformazione. Nel 1947, gli estensimetri furono utilizzati per la prima volta nella ricerca fisica.

Per la prima volta nello sport nel 1954, M.P. Mikhailyuk ha fissato l'estensimetro al bilanciere, P.I. Nikiforov (1957) sviluppò una piattaforma estensimetrica per registrare le forze di decollo nei salti alti. Nel 1963 V.K. Balsevich ha utilizzato solette estensimetriche per analizzare la corsa di velocisti di varie qualifiche. Hanno stabilito diversi tipi di repulsione.

La tecnica della tensodinamometria viene utilizzata attivamente nel sollevamento pesi. Uno dei compiti chiave di un allenatore è fornire informazioni sugli errori, ovvero feedback dall'allenatore all'atleta. Il feedback è un elemento importante dell’apprendimento. L'atleta dovrebbe ricevere regolarmente informazioni che gli permettano di confrontare la propria prestazione con un ideale o un modello. Come risultato di tale confronto, l'atleta acquisirà conoscenza delle sue attività e avrà l'opportunità di lavorare per correggere i propri errori.

Questa tecnica è stata sviluppata da A.N. Furaev (1988) e modernizzato da I.P. Kozekin (1998). Lo stand automatizzato comprende una piattaforma estensimetrica, un ADC (convertitore analogico-digitale) e un computer. Il sistema esperto informatico contiene campioni che caratterizzano l'esecuzione corretta e scorretta di un'azione motoria (strappo, salto verso l'alto e salto profondo. Confrontando i risultati ottenuti, il sistema esperto, costruito sull'analisi di un tensodinamogramma, consente all'atleta di ottenere risultati reali -informare in tempo gli errori nella tecnica dell'azione motoria e introdurre aggiustamenti per eliminarli.

4.6. Accelerometria

Accelerometria– un metodo biomeccanico per registrare le accelerazioni del movimento del corpo di un atleta, o delle sue singole parti, nonché le accelerazioni delle attrezzature sportive. Ad esempio, nel sollevamento pesi, un indicatore informativo della tecnica di movimento di un atleta è l'accelerazione del baricentro del bilanciere.

Come sensori vengono utilizzati accelerometri speciali. Il principio di funzionamento del sensore dell'accelerometro è il seguente. Una massa è attaccata all'oggetto in studio mediante una connessione che ha una certa rigidità. L'accelerazione viene quindi determinata in base alla massa nota e alla rigidità del legame. Le caratteristiche principali degli accelerometri sono la portata e la frequenza massima di variazione delle accelerazioni misurate.

Se si utilizza un accelerometro a tre componenti, è possibile registrare tre componenti dell'accelerazione. Differenziando il segnale ricevuto è possibile calcolare la velocità e il movimento di un'attrezzatura sportiva, ad esempio un bilanciere. Utilizzando un sensore accelerometrico a tre componenti A.V Samsonova et al. (2015) hanno registrato l'accelerazione della testa di un atleta durante l'esecuzione di movimenti di potenza nell'hockey su ghiaccio.

4.7. Elettromiografia

Elettromiografia Sono un modo per registrare e analizzare l'attività bioelettrica dei muscoli.

L'essenza del fenomeno è la registrazione dei potenziali elettrici muscolari che compaiono quando il muscolo è eccitato. Pertanto, l’elettromiografia è un metodo affidabile per registrare l’attività muscolare.

I seguenti parametri EMG (elettromiogramma) vengono più spesso registrati; durata dell'attività elettrica dei muscoli, frequenza dei biopotenziali, ampiezza dei biopotenziali e attività elettrica totale dei muscoli.

La durata dell'attività elettrica muscolare caratterizza il tempo durante il quale il muscolo è stato eccitato.

La frequenza e l'ampiezza dei biopotenziali muscolari caratterizza il grado di eccitazione muscolare e la natura dell'attività delle varie unità motorie. L'attività elettrica totale dà un'idea del livello generale di tensione e forza sviluppata dal muscolo. Maggiore è l'attività elettrica totale, maggiore è il grado di tensione sviluppata dal muscolo.

I sensori utilizzati per registrare l'attività elettrica sono elettrodi d'argento realizzati a forma di piccoli cerchi (tazze). Il loro diametro non è superiore a 10 mm. All'interno di queste coppe è posta una speciale pasta elettricamente conduttiva per una migliore conduttività elettrica. Attualmente il dispositivo di registrazione è un personal computer, Fig. 4.3.

Fig.4.3. Tecnica elettromiografica

Uno dei primi lavori in cui è stata utilizzata la tecnica elettromiografica per studiare le azioni motorie di un sollevatore di pesi dovrebbe essere riconosciuto come il lavoro di tesi di A.S. Stepanova (1957). In questo studio, A.S. Stepanov (1957) sottopose un'analisi elettromiografica dettagliata ai principali esercizi agonistici dei sollevatori di pesi: il clean and jerk, lo snatch e il press.

Nello studio di S.S. Lapenkova (1985) ha condotto un'analisi biomeccanica del sollevamento pesi e degli esercizi ausiliari utilizzando tecniche di elettromiografia. Nell'analisi comparativa dei movimenti sono state utilizzate le seguenti caratteristiche dell'EMG: il tempo dell'attività elettrica, che caratterizza la durata dell'applicazione delle forze sviluppate dai muscoli, l'ampiezza media dell'EMG, che è interconnessa con il livello di sviluppo delle forze muscolari . L'uso delle tecniche EMG e del metodo strutturale di riconoscimento dei pattern ha permesso di valutare l'efficacia degli esercizi ausiliari.

All'estero, studi seri sugli esercizi di forza utilizzando tecniche elettromiografiche furono intrapresi da R.F. Escamilla et al. (2001). Lo squat con bilanciere sulle spalle e la leg press su panca sono stati sottoposti ad analisi elettromiografiche e biomeccaniche dettagliate (Fig. 4.4).

Fig.4.4. Registrazione EMG della panca per esercizi di forza con la parte superiore e inferiore dei piedi (R.F. Escamilla et al., 2001)

Si è riscontrato che durante l'esecuzione dello squat, l'attività dei quadricipiti e dei muscoli posteriori della coscia era maggiore rispetto a quando si eseguiva la leg press. Allo stesso tempo, uno squat eseguito con una posizione del piede stretta provoca una maggiore attività elettrica nel muscolo del polpaccio rispetto a una posizione del piede largo.

È stata effettuata un'analisi del lavoro muscolare anche durante l'esecuzione di esercizi di forza: squat con bilanciere sulle spalle (N.B. Kichaikina, A.V. Samsonova, G.A. Samsonov, 2011). È stato accertato che nel punto più basso (LP) l'attività elettrica del grande gluteo e dei muscoli estensori dell'anca (bicipite femorale e semitendinoso) è minima. AV. Samsonova (2010) ha studiato le caratteristiche dell'attività elettrica dei muscoli degli arti inferiori durante gli esercizi di forza. I risultati ottenuti indicano che quando si esegue un esercizio di forza, un aumento della massa dei pesi esterni porta ad una diminuzione della proporzione dell'attività elettrica totale del muscolo quadricipite femorale corrispondente alla modalità eccentrica. Quando si eseguono esercizi di forza nel "ciclo di fallimento", la durata e l'ampiezza dell'attività elettrica del muscolo vasto laterale aumentano in modo significativo (Fig. 4.5).

Riso. 3. Attività elettrica totale m. vasto laterale quando si eseguono 2, 3 e 4 cicli standard (A) e un ciclo di cedimento (B) di esercizi di forza con pesi pari al 40% di 1RM. Le linee verticali corrispondono all'inizio del ciclo (A.V. Samsonova, E.A. Kosmina, 2011)

Una caratteristica positiva dell'elettromiografia è che permette di valutare il grado di attività dei muscoli scheletrici nei diversi movimenti. A questo scopo, viene spesso utilizzato lo studio dell'attività elettrica totale del muscolo. Inoltre, è diventato possibile valutare la sequenza dell'attività muscolare durante l'esecuzione di un'azione motoria.

Tuttavia la tecnica elettromiografica non consente di confrontare il voltaggio sviluppato diversi muscoli di un atleta quando si esegue un esercizio di forza. Cioè, per quantificare quale muscolo presenta uno sforzo maggiore o minore. Ciò è dovuto al fatto che il livello di forza valutato dall’EMG è influenzato da una serie di fattori tecnici, vale a dire la qualità dell’adesivo degli elettrodi, la resistenza della pelle, il grado di amplificazione, ecc. Pertanto, solo sulla base della registrazione dell'attività elettrica dei muscoli durante un esercizio di forza, è molto difficile confrontare il “contributo” di ciascun muscolo al risultato; tuttavia, la tecnica elettromiografica rimane ad oggi la più adeguata per risolvere questi problemi; .

Letteratura

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CONTROLLO BIOMECCANICO. ANALISI CLINICA DEI MOVIMENTI. TEST DI BIOMECCANICA. METODI DI RILIEVO

Il funzionamento del sistema muscolo-scheletrico umano si basa sui principi della meccanica. Per studiare i sistemi biomeccanici umani vengono utilizzati dati provenienti dalla biofisica, dalla fisiologia, dalla matematica, ecc. È noto che l'uomo, come sistema biomeccanico, obbedisce alle leggi della fisica e della meccanica.

Quando si studiano i movimenti in biomeccanica, vengono utilizzati dati provenienti dall'antropometria, dall'anatomia, dalla fisiologia del sistema nervoso e muscolare, ecc.; La biomeccanica del sistema muscolo-scheletrico comprende la sua anatomia funzionale (dinamica), ecc.

Lo scopo della ricerca biomeccanica è la creazione di attrezzature e attrezzature sportive (biciclette, barche, remi, scarpe sportive e molto altro), lo sviluppo di tecniche di movimento in un particolare sport, nonché la prevenzione e il trattamento degli infortuni, ecc.

Da notare l'asimmetria dei lati del corpo e degli arti, la differenza nella circonferenza dei segmenti di un arto rispetto all'altro, nel volume delle articolazioni, i cambiamenti nelle curve fisiologiche della colonna vertebrale e altre deviazioni dalla norma e preso in considerazione nel processo di controllo biomeccanico (Fig. 16.1).

L'asse dell'arto inferiore normale decorre dalla spina iliaca anterosuperiore attraverso la metà della rotula e il secondo dito del piede (Fig. 16.2). L'asse lungo dell'arto superiore passa per il centro della testa dell'omero, della testa del radio e della testa dell'ulna (Fig. 16.3).

La lunghezza dell'arto inferiore viene misurata in posizione sdraiata: gli arti sono posizionati rigorosamente simmetricamente e su ciascuno di essi vengono selezionati due punti simmetrici (Fig. 16.4). Il punto più alto può essere la colonna vertebrale pelvica anterosuperiore o la punta del grande trocantere. Il punto più basso può essere l'estremità inferiore della caviglia interna o esterna (vedi Fig. 16.4).

La lunghezza dell'arto superiore viene misurata allo stesso modo. Il punto superiore è l'estremità del processo acromiale della scapola o il grande tubercolo dell'omero, il punto inferiore è il processo stiloideo del radio o l'estremità del terzo dito (Fig. 16.5).

Per misurare la lunghezza della parte superiore del braccio o dell'avambraccio, il punto intermedio è solitamente la punta dell'olecrano o la testa del radio.

Dopo le misurazioni dell'arto malato, i dati ottenuti vengono confrontati con i dati di misurazione dell'arto sano (Fig. 16.6).

È necessario distinguere tra accorciamento o allungamento anatomico (vero) e funzionale dell'arto. La lunghezza anatomica (accorciamento o allungamento) è la somma della lunghezza della coscia e della gamba per l'arto inferiore e della spalla e dell'avambraccio per l'arto superiore.

Nel primo caso, la misurazione viene effettuata dalla sommità del grande trocantere allo spazio dell'articolazione del ginocchio e da quest'ultimo alla caviglia esterna (interna); nel secondo caso - dal grande tubercolo dell'omero alla testa del radio e da quest'ultimo al processo stiloideo del radio (ulna). Questi dati riassuntivi vengono confrontati con gli stessi dati ottenuti misurando un arto sano. La differenza tra loro è l'entità dell'accorciamento anatomico (Fig. 16.7).

L'accorciamento o l'allungamento funzionale dell'arto è determinato dalla misurazione sopra menzionata dei suoi singoli segmenti, ma il punto superiore per l'arto inferiore è la spina iliaca anteriore superiore e per l'arto superiore - la fine del processo acromiale della scapola . Accorciamento funzionale

dipende solitamente dalla presenza di contratture o anchilosi di articolazioni in posizione viziosa, curvature ossee, lussazioni, ecc.

L'accorciamento funzionale può essere misurato in posizione eretta (vedi Fig. 16.7, b). È uguale alla distanza dalla superficie plantare del piede dell'arto malato al pavimento quando poggia su un arto sano (vedi Fig. 16.7, b).

Può esserci una differenza significativa tra accorciamento anatomico e funzionale. Quindi, ad esempio, la lunghezza della coscia e della parte inferiore della gamba del lato malato e di quello sano può essere la stessa, eppure in presenza di contrattura in flessione nelle articolazioni del ginocchio o dell'anca, lussazione, anchilosi dell'articolazione dell'anca in posizione addotta , l'accorciamento funzionale può raggiungere 10-15 cm o più (Fig. 16.8).

Determinazione dell'ampiezza del movimento delle articolazioni(16.9). Il grado e il tipo di movimento di un'articolazione normale dipende dalla forma delle superfici articolari, dall'azione limitante dei legamenti e dalla funzione dei muscoli.

Esistono restrizioni attive e passive del movimento delle articolazioni. Il volume del normale range di movimento è noto in vari

giunti (Fig. 16.10, vedi pp. 454-455). Tuttavia, a fini pratici, dati molto più importanti possono essere ottenuti confrontando i movimenti delle articolazioni del lato malato e di quello sano.

I movimenti sul piano sagittale sono chiamati flessione ed estensione (flexio et extensio), in relazione alla mano è consuetudine dire flessione palmare e dorsale, in relazione al piede - flessione dorsale e plantare.

I movimenti sul piano frontale sono chiamati adduzione (adductio) e abduzione (abductio). In relazione all'articolazione del polso si usa dire adduzione radiale e abduzione ulnare; Il movimento verso l'interno dell'articolazione calcaneocuboidea è detto adduzione, il movimento verso l'esterno è abduzione. I movimenti attorno all'asse longitudinale sono chiamati rotazione (rotatio) interna ed esterna. In relazione all'avambraccio (Fig. 16.11), è consuetudine chiamare rotazione esterna - supinazione (supinatio) e rotazione interna - pronazione (pronatio), proprio come la deviazione del piede nell'articolazione sottoastragalica dall'asse della parte inferiore l'arto verso l'interno è solitamente chiamato supinazione e verso l'esterno - pronazione (vedi Fig. 16.15).

I movimenti delle articolazioni possono essere eseguiti dal paziente attivamente o con l'aiuto di un ricercatore (passivamente). L'intervallo di movimento viene misurato utilizzando goniometro, i cui rami sono disposti lungo l'asse dei segmenti degli arti e l'asse del goniometro - lungo l'asse di movimento delle articolazioni (vedi Fig. 16.9).

Viene chiamata restrizione della mobilità passiva in un'articolazione contratture. La limitazione della mobilità attiva non è una contrattura, ma una condizione associata a dolore, paralisi o paresi dei muscoli.

Si chiama immobilità completa in un'articolazione anchilosi. Si distingue tra anchilosi ossea, in cui le estremità articolari delle ossa articolari sono fuse insieme dalla sostanza ossea, e anchilosi fibrosa, in cui la fusione è costituita da tessuto fibroso. In quest'ultimo caso sono possibili movimenti insignificanti, appena percettibili alla vista.

Per determinare il volume dei movimenti rotatori degli arti, vengono utilizzati i rotatometri (Fig. 16.12). I dati di misurazione vengono registrati in gradi. Il limite del possibile movimento passivo è la sensazione di dolore. Il volume dei movimenti attivi a volte dipende in gran parte dalle condizioni del sistema tendineo-muscolare e non solo dai cambiamenti nell'articolazione. In questi casi, c'è una differenza significativa tra la gamma di movimenti attivi e passivi.

I movimenti dell'articolazione del gomito sono possibili entro i seguenti limiti: flessione fino a 40-45°, estensione fino a 180°. I movimenti di pronazione-supinazione dell'avambraccio nell'articolazione del gomito sono determinati nella posizione mostrata in Fig. 16.13, ed eventualmente entro 180°.

Nell'articolazione del polso, i movimenti avvengono entro 70-80° di dorsiflessione e 60-70° di flessione palmare. Vengono determinati anche i movimenti laterali della mano: abduzione radiale entro 20° e abduzione ulnare entro 30° (vedi Fig. 16.10).

Nelle dita della mano l'estensione è possibile entro 180°, la flessione nelle articolazioni metacarpo-falangee è possibile fino ad un angolo di 70-60°, nelle articolazioni interfalangee fino a 80-90°. Sono possibili anche movimenti laterali delle dita. È particolarmente importante determinare l'abduzione del primo dito e la possibilità di contatto tra il primo e il quinto dito.

Nell'articolazione dell'anca l'ampiezza del movimento è normale: flessione fino a 120°, estensione 30-35° (angolo tra il piano orizzontale e l'asse della coscia), abduzione 40-50°, adduzione 25-30° (angolo tra l'asse verticale del corpo e l'asse della coscia) ( vedere Fig. 16.10, b).

I movimenti fisiologici nell'articolazione della caviglia e nel piede si verificano entro 20-30° di dorsiflessione (estensione del piede) e 30-50° di flessione plantare (vedere Fig. 16.9). L'adduzione del piede è solitamente combinata con la supinazione (rotazione del piede verso l'interno), l'abduzione è accompagnata dalla pronazione (rotazione verso l'esterno del piede).

Per comodità, i movimenti fisiologici della colonna vertebrale sono determinati sia in gradi (che è più difficile) che in movimenti massimi di varie sezioni.

Nella regione cervicale, la flessione viene normalmente eseguita fino a quando il mento tocca lo sterno, l'estensione fino all'orizzontale

posizione della parte posteriore della testa, di lato - fino a quando il padiglione auricolare tocca la cintura scapolare.

Nella regione toracica, la flessione e l'estensione vengono eseguite in piccola misura. Le vertebre toraciche svolgono un ruolo importante nei movimenti laterali della colonna vertebrale, l'intervallo dei movimenti rotatori è di 80-120°.

Nella regione lombare, la più ampia gamma di movimenti è determinata nella direzione antero-posteriore, i movimenti laterali e rotatori sono moderati.

La circonferenza degli arti (malati e sani) viene misurata in luoghi simmetrici ad una certa distanza dai punti di identificazione ossea: per la gamba - dalla spina iliaca antero superiore, grande trocantere del femore, spazio articolare dell'articolazione del ginocchio, testa del perone; per le braccia - dal processo acromion, l'epicondilo interno della spalla (Fig. 16.14).

Le misurazioni del piede vengono effettuate sia con che senza carico (Fig. 16.15). La deformità del piede derivante da deficit statico consiste in a) pronazione del retropiede

e supinazione relativa compensativa della sua sezione anteriore; b) flessione verso la parte posteriore dell'avampiede rispetto al retropiede, che si stabilisce in posizione di flessione plantare (appiattimento del piede); c) rapimento dell'avampiede (abduzione) rispetto alla sua parte posteriore (Fig. 16.16).

FR. Bogdanov consiglia di misurare l'arco longitudinale del piede costruendo un triangolo, i cui punti di identificazione sono facilmente accessibili alla palpazione. Tali punti sono: la testa del primo metatarso, il tubercolo calcaneare e la sommità del malleolo interno (Fig. 16.17). Collegando questi tre punti si ottiene un triangolo la cui base è la distanza dalla testa del primo metatarso al tubercolo calcaneare. Il calcolo si basa sull'altezza dell'arco plantare e sugli angoli della caviglia interna e del tallone. Normalmente l'altezza dell'arco plantare è di 55-60 mm, l'angolo alla caviglia è di 95° e l'angolo al calcagno è di 60°. Per i piedi piatti: altezza

l'arco è inferiore a 55 mm, l'angolo alla caviglia è di 105-120°, l'angolo al calcagno è di 55-50°.

Per determinare il grado di piede piatto, viene utilizzato un metodo di esame a raggi X. Il calcolo si basa sulla costruzione di un triangolo, i cui vertici sono la testa del metatarso, lo scafoide e il tubercolo del calcagno, e sulla misurazione dell'altezza dell'arco e dell'angolo sullo scafoide (Fig. 16.18). .

Angulografia- registrazione degli angoli di flessione ed estensione nelle articolazioni dell'arto inferiore: anca, ginocchio e altre con la designazione di angoli di interconnessione (B.C. Gurfinkel e A.Ya. Sysin, 1956). Secondo i dati dell'angulogramma è possibile determinare l'andatura in condizioni normali e patologiche, nonché prima e dopo il trattamento (Fig. 16.19). Quando viene applicato il trattamento (riabilitazione), l'angulografia inizia ad avvicinarsi alla normalità.

ICnografia- un metodo per registrare le tracce di entrambe le gambe mentre si cammina, tenendo conto della lunghezza del passo di ciascuna gamba, della rotazione del piede, della larghezza del passo, dell'angolo del passo (Fig. 16.20).

Quando si analizzano le impronte utilizzando le impronte, vengono misurati i parametri spaziali del passo.

Modifica del metodo iconografico - podografia- utilizzo della registrazione dei segnali elettrici quando il piede tocca il pavimento (Fig. 16.21). Una debole corrente elettrica viene fornita ad una speciale pista metallizzata e un contatto metallico sulle scarpe quando tali scarpe toccano la superficie, si chiude;

Il circuito passa attraverso una corrente registrata su un dispositivo (ad esempio un oscilloscopio). Posizionando i contatti in determinati punti della pianta, è possibile registrare le fasi di trasferimento dell'arto, appoggio del tallone sull'appoggio, rotolamento su tutto il piede, sollevamento del tallone, ecc.

Viene studiata la partecipazione di vari muscoli all'attuazione di un atto motorio elettromiografia, cioè studiando l'attività elettrica dei muscoli. A questo scopo vengono applicati elettrodi abduttori sulla pelle umana sopra il muscolo corrispondente. Gli elettromiografi multicanale registrano simultaneamente l'attività elettrica di diversi muscoli.

L'EMG viene registrato dai muscoli di segmenti simmetrici degli arti o metà simmetriche del busto o dai muscoli antagonisti. L'EMG risultante viene valutato dall'altezza delle oscillazioni, dalla loro frequenza per unità di tempo e dall'intera registrazione nel suo insieme. È stato dimostrato che l'allenamento aumenta l'attività elettrica dei muscoli (Fig. 16.22). Ciò è particolarmente evidente durante l'allenamento (usando camminata, corsa, esercizi terapeutici e altri mezzi) dopo un infortunio.

Misurazione della flessibilità spinale. La flessibilità è la capacità di eseguire movimenti di grande ampiezza. La misura della flessibilità è la massima escursione motoria. Esistono flessibilità attiva e passiva. Il test attivo viene eseguito dal soggetto stesso, il test passivo viene eseguito sotto l'influenza di una forza esterna. La flessibilità dipende dalle condizioni delle articolazioni, dall'elasticità (estensibilità) dei legamenti, dei muscoli, dall'età, dalla temperatura ambiente, dai bioritmi, dall'ora del giorno, ecc.

Tipicamente, la flessibilità è determinata dalla capacità di una persona di sporgersi in avanti stando in piedi su un semplice dispositivo (Fig. 16.23). In movimento

La barra su cui sono segnate le divisioni in centimetri mostra il livello di flessibilità.

Curvatura della colonna vertebrale può manifestarsi su tre piani: a) frontale (curvatura laterale - scoliosi); b) sagittale (dorso rotondo, gobba - cifosi); c) orizzontale (rotazione vertebrale - torsione).

La scoliosi è una malattia del sistema scheletrico e neuromuscolare della colonna vertebrale, che provoca una progressiva curvatura laterale di quest'ultima con torsione, un cambiamento nella forma delle vertebre a forma di cuneo, con lo sviluppo di deformità costali e la formazione di gobbe costali , anteriore e posteriore, aumento della lordosi lombare, cifosi toracica e sviluppo di archi di curvatura compensatori (Fig. 16.24).

Centro di gravità generale del corpo gioca un ruolo importante nella risoluzione di vari problemi di meccanica del movimento. L'equilibrio e la stabilità del corpo sono determinati dalla posizione della gravità centrale.

L'area totale del supporto è l'area racchiusa tra i punti estremi delle superfici di supporto, in altre parole, l'area delle superfici di supporto e l'area dello spazio tra di loro (Fig. 16.25). La dimensione dell'area di supporto per le diverse posizioni del corpo varia notevolmente.

In relazione al corpo umano si distinguono due tipi di equilibrio: stabile e instabile. L'equilibrio stabile si verifica quando il centro di gravità del corpo si trova al di sotto dell'area di supporto, mentre l'equilibrio instabile si verifica quando il centro di gravità del corpo si trova al di sopra dell'area di supporto.

V. Braune e O. Fischer determinarono la posizione del centro di gravità del corpo e dei centri di gravità delle sue singole parti. È stato rivelato che il baricentro della testa si trova posteriormente alla parte posteriore della sella turcica di circa 7 mm; Il centro di gravità del corpo si trova davanti al bordo superiore della prima vertebra lombare (L,). Lungo l'asse del corpo, il suo baricentro è distanziato dall'estremità craniale di circa 3/6 della lunghezza e dall'estremità caudale di 2/5 della lunghezza (vedi Fig. 2.9). Il baricentro del corpo divide la linea retta tra gli assi trasversali che passano per le articolazioni della spalla e dell'anca in un rapporto di circa 4:5. Secondo Fisher, la coscia isolata, la parte inferiore della gamba, la spalla e l'avambraccio hanno un CG al suo posto, i segmenti da cui alle estremità prossimale e distale di questi collegamenti sono approssimativamente

come 4:5. Il centro di gravità della mano con le dita leggermente piegate si trova 1 cm prossimale alla testa del terzo osso metacarpale.

Conoscendo la posizione del baricentro di ciascuna delle due parti del corpo che si articolano tra loro (spalla e avambraccio, coscia e parte inferiore della gamba, ecc.), non è difficile determinare la posizione del loro comune baricentro (vedi Figura 2.9). Si trova su una linea retta che collega il baricentro di ciascuno degli anelli e divide questa linea retta in un rapporto inversamente proporzionale alle loro masse. Trasformando i sistemi a due collegamenti è possibile determinare la posizione della gravità centrale del corpo.

Per determinare il GCT, nonché per determinarne la traiettoria, V.M. Abalakov ha proposto un dispositivo (Fig. 16.26).

La stabilità del corpo è determinata dalle dimensioni dell'area di appoggio, dall'altezza del baricentro centrale del corpo e dalla posizione della verticale, abbassata rispetto al baricentro, all'interno dell'area di appoggio (vedi Fig. 16.25). maggiore è l'area di appoggio e più basso è il centro centrale del corpo, maggiore è la stabilità del corpo.

Per determinare il centro di massa di J.L. Parks (1959) propose un metodo di dissezione che determinava il centro di ciascun segmento, la massa e la posizione del centro di massa (Fig. 16.27).

Per studiare l'area di appoggio, la superficie plantare del piede (i) viene imbrattata di vernice, su cui il paziente sta in piedi

una superficie piana ricoperta da un sottile strato di vernice, quindi trasferita con cura su un foglio di carta pulita. Dalle impronte dei piedi si può giudicare l'arco del piede e la natura della distribuzione del carico sul piede (vedi Fig. 16.20). Il metodo delle impronte digitali viene utilizzato per determinare le caratteristiche e la natura dell'andatura (vedi Fig. 16.20).

L'analisi del passo basata sull'impronta lasciata sulla carta viene effettuata misurando l'angolo del passo (l'angolo formato dalla linea di movimento e l'asse del piede), l'ampiezza del passo (la distanza tra le impronte del bordo del tallone del stesso piede (Fig. 16.28).

Bene postura crea condizioni ottimali per il funzionamento degli organi interni, migliora le prestazioni e, naturalmente, ha un grande significato estetico. È possibile fornire le caratteristiche dei tipi di postura

secondo i risultati della goniometria della colonna vertebrale (Fig. 16.29) e visivamente.

Goniometria- un metodo per registrare i movimenti relativi delle parti del corpo: resistenze elettriche variabili (potenziometri) o inclinometri (su cerniera, oppure con ganasce retrattili o disco) vengono utilizzate come sensori dei movimenti angolari delle articolazioni. Il più utilizzato è il goniometro a bussola V.A. Gamburtseva.

Utilizzando il metodo goniometrico, è possibile eseguire facilmente una misurazione completa della curvatura e dei movimenti della colonna vertebrale, degli angoli di inclinazione del bacino, dell'ampiezza di movimento delle articolazioni degli arti, della deformazione degli arti, ecc.

La natura del cambiamento nel tempo degli angoli articolari della gamba su un piano vicino a quello sagittale è mostrata in Fig. 16.30.

Ciclografia- un metodo per registrare i movimenti umani. Nella ciclografia, le pose successive di una persona in movimento (o

uno dei suoi arti) sono registrati sulla stessa pellicola fotografica. Per fare ciò, la persona esaminata indossa un abito di tessuto nero non lucido. Piccole lampadine elettriche sono attaccate alle articolazioni corrispondenti e ad alcuni altri punti del corpo. Il movimento del soggetto lascia il segno sulla pellicola fotografica. In questo caso, ciascuna lampadina luminosa sulla pellicola corrisponde alla propria traiettoria luminosa sotto forma di linea.

Per determinare la velocità di movimento delle singole parti del corpo, davanti alla telecamera viene posizionato un disco rotante con uno o più fori. Ruotando a velocità uniforme davanti all'obiettivo della fotocamera, il disco suddivide le traiettorie luminose delle lampadine in determinati punti distanziati tra loro a intervalli di tempo uguali.

Elaborazione del ciclogramma secondo il metodo di N.A. Bernstein, si possono analizzare in dettaglio i movimenti del corpo umano e i suoi collegamenti individuali nello spazio e nel tempo. Ciò consente non solo di identificare i movimenti effettivi e relativi del corpo e dei suoi singoli punti (segmenti), ma anche di determinare le velocità e le accelerazioni di tali movimenti sia lungo le componenti longitudinali che verticali.

I ciclogrammi consentono di vedere il movimento spaziale olistico del corpo, che si forma come risultato della somma dei movimenti angolari di molte parti del corpo l'una rispetto all'altra.

Nella fig. 16.31 e fig. 16.32 mostra i ciclogrammi di una persona che cammina e corre.

Stabilografia. La stabilità è essenzialmente la capacità di una persona di posizionare il baricentro generale in modo che la sua proiezione sulla porzione orizzontale dell’appoggio cada nell’area delimitata dai piedi. Mantenere una postura verticale è la coordinazione muscolare dei movimenti ciclici del corpo. In questo caso il corpo oscilla e l'area descritta dal GCM può superare l'area del supporto. Quando si esegue il test di “stabilità”, lo stabilogramma viene effettuato per 30 s, mentre al soggetto viene chiesto di stare in piedi sulla piattaforma e cercare di mantenere autonomamente una posizione verticale del corpo (prima 30 s con gli occhi aperti, poi 30 s con gli occhi chiusi ). Nella fig. 16.33 mostra gli statokinesigrammi.

L'analisi degli statokinesigrammi (SKG) viene fornita secondo le seguenti caratteristiche.

1. Aspettativa matematica coordinate GCT (GCM) basato sull'aspettativa matematica della posizione del centro di pressione Mx± cx,

e l'analisi spettrale vengono effettuate utilizzando metodi studiati nel corso base di fisica medica e biologica.

Per la ricerca apparato vestibolare effettuare prove speciali di coordinazione e prove con rotazione: rotazione sulla sedia di Barany, test di Romberg, ecc.

L'orientamento nello spazio, così come la stabilità del corpo, dipendono in gran parte dallo stato dell'analizzatore vestibolare. Ciò è particolarmente importante in alcuni sport complessi (acrobazie, ginnastica, trampolino, tuffi, pattinaggio artistico, ecc.).

Il test di Romberg. Test per determinare i cambiamenti nella propriocezione. Il test di Romberg viene eseguito in quattro modalità (Fig. 16.34) con una diminuzione graduale dell'area di supporto. In tutti i casi, le mani del soggetto sono sollevate in avanti, le dita aperte e gli occhi chiusi. Il cronometro registra il tempo necessario per mantenere l'equilibrio per 15 secondi. Allo stesso tempo, vengono registrati tutti i cambiamenti: oscillazione del corpo, tremore delle mani o delle palpebre (tremore).

Tremorografia. Il tremore è l'ipercinesia, manifestata da movimenti oscillatori ritmici, involontari, stereotipati dell'intero corpo o delle sue parti componenti. I tremori vengono registrati utilizzando un sensore sismico su una macchina ECG. Un sensore sismico a induzione viene posizionato sul dito del soggetto. Le vibrazioni meccaniche (tremori) della mano e del dito, convertite in segnali elettrici, vengono amplificate e registrate su un nastro elettrocardiografico (Fig. 16.35). La registrazione viene effettuata entro 5-10 s. Quindi la forma della curva risultante viene analizzata in termini di ampiezza e frequenza. Con l'affaticamento e l'eccitazione, l'ampiezza e la frequenza del tremore aumentano. Il miglioramento della forma fisica è solitamente accompagnato da una diminuzione dell’entità del tremore, nonché da una diminuzione o scomparsa del dolore.

Test di Yarotskij. Il test consente di determinare la soglia di sensibilità dell'analizzatore vestibolare. Il test viene eseguito in posizione eretta con gli occhi chiusi, mentre l'atleta, su comando, inizia i movimenti rotatori della testa a ritmo sostenuto. Viene registrato il tempo di rotazione della testa fino a quando l'atleta perde l'equilibrio. Nelle persone sane, il tempo per mantenere l'equilibrio è in media di 28 secondi, negli atleti allenati - 90 secondi o più, soprattutto per chi fa acrobazie, ginnastica, tuffi, ecc.

Actografiaè uno studio sull'attività motoria umana durante il sonno. La registrazione degli attogrammi viene effettuata su un elettrochimografo, dove come parte ricevente viene utilizzata una camera di bicicletta lunga 1,5 m, la cui pressione è di 15-20 mm Hg. Arte. La camera è collegata tramite un tubo di gomma alla capsula di Marey. Gli scribi a inchiostro registrano l'attogramma su carta. Quando si analizzano gli actogrammi, vengono presi in considerazione la durata dell'addormentamento, la durata dello stato di riposo completo, il tempo totale del sonno e altri componenti. Più alto è il tuo punteggio di riposo, migliore sarà il tuo sonno.

Esistono nomogrammi per determinare la superficie del corpo in base alle misurazioni della lunghezza e del peso del corpo (Fig. 16.37). La superficie corporea è un segno ampiamente integrativo dello sviluppo fisico, avendo un'elevata correlazione con molti dei più importanti sistemi funzionali del corpo. bassezza.

Calcolo della superficie corporea (S) secondo Dubos: S = 167,2 l/L4 ■ D, Dove M- peso corporeo in chilogrammi; D- lunghezza del corpo in centimetri.

Il rapporto tra la massa e la superficie del corpo del bambino, a seconda dell'età, è riportato nella tabella. 16.1.

Determinazione dello spessore delle pieghe cutanee e adipose nei bambini e negli adolescenti. Misurazione secondo L.S. Trofimenko viene prodotto utilizzando un calibro Best con una pressione costante di 10 g/mm 2 (Fig. 16.38). Lo spessore della piega si misura in dieci punti del corpo: guancia, mento, petto I (lungo la linea ascellare anteriore a livello della piega ascellare), parte posteriore della spalla, schiena, petto II (lungo la linea ascellare anteriore a livello della costola X), addome sopra la cresta iliaca, coscia, tibia. Lo spessore di ciascuna piega viene misurato 3 volte e i dati risultanti vengono sommati.

Nelle ragazze la curva della somma delle pieghe tra i 7 ed i 17 anni aumenta costantemente; nei ragazzi il picco della curva aumenta all'età di 10-12 anni, poi si tende ad alcuni

la sua riduzione. Il confronto dei valori ottenuti con il peso corporeo del bambino permette di giudicare lo sviluppo preferenziale del tessuto adiposo o del sistema muscolo-scheletrico.

Studio della forza muscolare. Le capacità funzionali del sistema muscolo-scheletrico (MSA) dipendono in gran parte dalle condizioni dei muscoli.

Per determinare la forza muscolare vengono utilizzati dinamometri, tonometri, elettromiografia, ecc. (Fig. 16.39).

Un dinamometro Collen viene solitamente utilizzato per determinare la forza della mano. La forza degli estensori del tronco viene misurata utilizzando un dinamometro per la colonna vertebrale. Per misurare la forza dei muscoli della spalla e del cingolo scapolare, degli estensori dell'anca e della gamba, nonché dei flessori del busto, vengono utilizzati dinamometri universali

(Fig. 16.40).

Gli uomini raggiungono la massima forza isometrica intorno ai 30 anni, poi la forza diminuisce. Questo processo avviene più velocemente nei grandi muscoli degli arti inferiori e del busto. Forza del braccio

dura più a lungo. La tabella 16.2 mostra gli indicatori di forza di vari gruppi muscolari ottenuti da un sondaggio di circa 600 persone (l'altezza media degli uomini è 171 cm, le donne - 167 cm).

Indici di forza ottenuto dividendo gli indicatori di forza per peso ed esprimendoli in percentuale (%). Il valore medio della forza della mano per gli uomini è considerato pari al 70-75% del peso, per le donne al 50-60%; per forza morta negli uomini - 200-220%, nelle donne - 135-150%. Per gli atleti, rispettivamente: 75-81% e 260-300%; per le atlete: 60-70% e 150-200%.

METODI DI RICERCA IN BIOMECCANICA

Enunciazione del problema e scelta dei metodi di ricerca. Il concetto di sistema di misura (sensori, trasmissione, conversione, registrazione delle informazioni).

Metodi di calcolo (determinazione di coordinate, velocità, accelerazioni, forze, momenti delle forze).

Enunciazione del problema e scelta dei metodi di ricerca.

La biomeccanica come scienza naturale si basa in gran parte sulla ricerca sperimentale dei fenomeni studiati. Nello studio stesso si distinguono tre fasi successive: misurazione delle caratteristiche biomeccaniche, trasformazione dei risultati della misurazione, analisi biomeccanica e sintesi. L'uso della tecnologia informatica consente di eseguire queste azioni contemporaneamente.

Per quantificare un particolare fenomeno vengono utilizzati solo metodi di ricerca oggettivi (strumentali).

Il metodo specifico viene scelto in base al problema e alle condizioni dell'esperimento. In biomeccanica, al metodo di ricerca e alle apparecchiature che lo supportano vengono imposti i seguenti requisiti fondamentali:

- il metodo e l'attrezzatura devono garantire l'ottenimento di un risultato affidabile, ovvero il grado di precisione della misurazione deve corrispondere allo scopo dello studio;

- il metodo e l'attrezzatura non dovrebbero influenzare il processo in studio, cioè non dovrebbero distorcere i risultati e interferire con il soggetto del test.

Quando si conducono ricerche, è auspicabile aderire al principio dell'informazione oggettiva urgente (V.S. Farfel, 1961), ovvero le informazioni sul fattore principale del movimento sportivo dovrebbero arrivare durante l'esecuzione del movimento o immediatamente dopo il suo completamento.

La scelta del metodo di ricerca è determinata principalmente dalla natura del cambiamento della quantità controllata nel tempo. Sulla base di questa caratteristica, le caratteristiche biomeccaniche possono essere suddivise in parametri biomeccanici e variabili biomeccaniche.

I parametri biomeccanici sono quelle caratteristiche i cui valori non cambiano durante l'intero processo di misurazione (ad esempio massa corporea, momento di inerzia e coordinate della gravità centrale in una posizione fissa, peso del proiettile). Il valore dei parametri può essere sconosciuto, ma non cambia.

Le variabili biomeccaniche sono caratteristiche il cui valore cambia durante il processo di misurazione, solitamente in modo casuale (forze, accelerazioni, coordinate, ecc.).

I requisiti per l'accuratezza delle misurazioni nella biomeccanica dello sport sono determinati principalmente dallo scopo e dagli obiettivi dello studio, nonché dalle caratteristiche del movimento stesso. Si ritiene sufficiente che l'errore di misura non superi il ±5%.

La conversione dei risultati delle misurazioni viene utilizzata per aumentare la precisione dei risultati ottenuti (elaborazione statistica) e per determinare mediante calcolo le caratteristiche biomeccaniche che non vengono misurate direttamente.

I metodi di calcolo si basano sull'uso delle leggi della meccanica (statica e dinamica di un punto, di un corpo, di un sistema di corpi), nonché di dati statistici sulla geometria delle masse del corpo umano. Questi dati possono essere presentati sotto forma di tabelle che caratterizzano la relazione tra la massa dei singoli segmenti del corpo umano e il suo peso totale (coefficienti di peso); che caratterizza la relazione tra la lunghezza di un segmento e la distanza dal suo baricentro (raggi dei centri di gravità). Questi dati possono anche essere presentati sotto forma di coefficienti di regressione (a coppie e multipli).

Il concetto di sistema di misura (sensori, trasmissione, conversione, registrazione delle informazioni).

I metodi strumentali di controllo biomeccanico si basano su sistemi di misurazione. Un tipico circuito del sistema di misura è costituito da sei blocchi.

1. Oggetto di misurazione.

2. Dispositivo di percezione.

3. Convertitore.

4. Dispositivo informatico.

5. Dispositivo trasmittente.

6. Indicatore (registratore).

Dispositivo di rilevamento o sensore. Il suo scopo principale è la percezione delle quantità fisiche. I seguenti sensori vengono spesso utilizzati nella ricerca sportiva.

Fotodiodi (o fotocellule). Sono utilizzati per misurare intervalli di tempo. Il loro valore di ingresso è l'illuminazione, il valore di uscita è la corrente continua. I fotodiodi sono sensibili nell'intervallo da 0 a 500 Hz e presentano un errore dell'1-3%, che non è sufficiente per misurazioni particolarmente accurate.

Sensori reostatici (potenziometri). Utilizzato per misurare movimenti lineari e angolari, può essere utilizzato per misurare le forze. Il valore di ingresso del potenziometro è il movimento angolare, il valore di uscita è la variazione di resistenza. Ha un errore relativamente piccolo e un'elevata sensibilità.

Estensimetri. Utilizzato per misurare le forze. L'uso degli estensimetri consente di trasformare qualsiasi attrezzatura sportiva in uno strumento per lo studio del movimento. Il funzionamento degli estensimetri si basa sullo stesso principio fisico dei sensori reostatici: una variazione delle dimensioni geometriche dei conduttori provoca una variazione della resistenza elettrica del sensore. R = rl/q – la resistenza è direttamente proporzionale alla resistività e alla lunghezza del conduttore e inversamente proporzionale alla sua sezione trasversale. Le variazioni di lunghezza e di area della sezione trasversale entro i limiti elastici del materiale sono proporzionali alla forza d'azione. Il valore di input degli estensimetri è lo spostamento, il valore di output è la variazione di resistenza. I vantaggi di questi sensori includono: piccolo errore di misurazione, resistenza alle vibrazioni. Gli svantaggi sono la bassa sensibilità e la necessità di un incollaggio accurato. L'errore più significativo per gli estensimetri è l'errore di temperatura.

Gli accelerometri sono progettati per misurare le accelerazioni. Le accelerazioni lineari dei punti del corpo umano cambiano in modo abbastanza significativo (ad esempio, quando si oscilla e si colpisce una palla, da 200 a -1000 m/s 2). Pertanto, per ottenere la massima precisione di misurazione, gli accelerometri vengono selezionati in base alle loro caratteristiche per misurare classi di movimenti molto specifiche.

L'uso degli accelerometri è limitato dal fatto che il sensore non misura l'accelerazione del corpo, ma la risultante dell'accelerazione lineare e dell'accelerazione di gravità. Per determinare l'accelerazione desiderata, è necessario conoscere l'orientamento del sensore rispetto alla verticale in ogni momento, ovvero la misurazione deve essere accompagnata da riprese stereo. Ma quando si imparano movimenti sorprendenti, questo non è necessario.

Gli elettrodi - ago e pelle - sono progettati per rimuovere i biopotenziali dai muscoli che lavorano.

I convertitori (noti anche come alimentatori e amplificatori per sensori) possono essere molto diversi: dai dispositivi fatti in casa a quelli multicanale standard. Consente di amplificare i segnali provenienti dai sensori a un livello sufficiente per utilizzare un dispositivo di registrazione.

Il dispositivo informatico confronta il segnale con uno standard (segnale di calibrazione) e trasmette il risultato via cavo o mediante radiotelemetria a un indicatore o dispositivo di registrazione.

In alcuni casi il sistema di misura non comprende un dispositivo informatico e i materiali vengono analizzati separatamente tramite decodificatori semiautomatici o anche manualmente. In questi casi non è necessario parlare di rispetto del principio dell'informazione urgente.

Per registrare i dati è possibile utilizzare registratori (ad esempio un elettrocardiografo), oscilloscopi e dispositivi di stampa. Hanno i loro vantaggi e svantaggi. Pertanto, quando si registrano processi veloci, i registratori potrebbero avere troppa inerzia. Gli oscilloscopi a raggio luminoso (loop) non presentano questo inconveniente, ma l'elaborazione della pellicola richiede molto tempo e c'è il pericolo di danneggiare la pellicola durante l'elaborazione (e non è così facile ottenere tale pellicola). Una registrazione effettuata con raggi ultravioletti su carta fotografica non necessita di essere elaborata mediante UV, ma la registrazione stessa non può essere ingrandita per la decrittazione.

Metodi sperimentali per la determinazione di parametri biomeccanici (ottici e optoelettronici, meccanoelettrici, misure di intervalli di tempo, complessi).

Per registrare i parametri biomeccanici vengono utilizzati metodi presi in prestito da molti campi del sapere. È conveniente dividere questi metodi in ottici, optoelettronici, meccanoelettrici e complessi.

Metodi ottici per la registrazione dei movimenti. A seconda degli obiettivi della ricerca possono essere utilizzati:

1. 1. Fotografia regolare per determinare la struttura di una posa.
2. 2. Fotografia a esposizione multipla: per ottenere informazioni sui movimenti nel piano di ripresa. Quando si utilizzano questi tipi di fotografia, tre dispositivi sincronizzati producono un'immagine di un oggetto su tre piani.
3. 3. Fotografia ciclografica (stroboscopica). Questo viene fatto attraverso un otturatore o utilizzando marcatori pulsanti, nonché fonti di luce. Consente di ottenere una misurazione affidabile del movimento già pronta.
4. 4. Stereostrobofotografia. Il suo vantaggio è la precisione documentata nel localizzare i punti in un fotogramma lungo tre coordinate in momenti successivi nel tempo, gli intervalli tra i quali sono impostati da un dispositivo elettronico anziché meccanico.
5. 5. Le riprese sono un metodo pedagogico e biomeccanico informativo disponibile al pubblico per lo studio dei movimenti nello sport. A seconda della velocità di avanzamento della pellicola, l'attrezzatura è divisa in cineprese standard (24 fps), "lente d'ingrandimento temporale" (fino a 300 fps) e speciali ad alta frequenza (fino a 5000 fps).

La pellicola fotografica e cinematografica è un materiale per il calcolo delle caratteristiche meccaniche del movimento, la cui precisione dipende dall'affidabilità della presa delle coordinate iniziali, che a sua volta è una conseguenza della corretta organizzazione delle riprese.

Il soggetto deve indossare una tuta attillata con segni contrastanti sopra gli assi delle articolazioni. Il luogo di studio viene scelto in base alla portata dei movimenti dell'oggetto. L'illuminazione dovrebbe fornire un'esposizione sufficientemente breve. Gli obiettivi lunghi vengono utilizzati per ridurre la distorsione ai bordi dell'immagine. La distanza ottimale tra la lente e l'oggetto (E 0) è determinata dalla formula:

E 0 = V F k / C f , dove V – velocità dell'oggetto, m/s, F – lunghezza focale, cm, k – rapporto tra tempo di esposizione e tempo di cambio fotogramma, risoluzione C del dispositivo, cm, F – frequenza di ripresa, fps.

La registrazione ottico-elettronica dei movimenti viene effettuata principalmente utilizzando la registrazione video. In questo caso, i movimenti possono essere immediatamente riprodotti sullo schermo e utilizzati per analisi pedagogiche e biomeccaniche applicate. I videoregistratori convenzionali però non sono adatti per la valutazione quantitativa della tecnologia a causa della loro bassa risoluzione. A questo proposito, i videoregistratori specializzati (i cosiddetti Velocità - Video ). In combinazione con un dispositivo informatico, consentono una valutazione quantitativa immediata dei movimenti.

Sulla base di materiali filmati e video, realizzati nel rispetto di tutti i requisiti tecnici per la loro organizzazione, è possibile determinare una serie di caratteristiche meccaniche della posizione o del movimento del corpo. Una normale fotografia o fotogramma di pellicola è un documento per determinare i seguenti indicatori nel piano di ripresa.

1. coordinate dei baricentri dei collegamenti o GCT del corpo;
2. momenti di gravità dei collegamenti;
3. angoli articolari;
4. momenti e angoli di stabilità;
5. momenti di inerzia dei collegamenti e del corpo.

L'analisi di diversi fotogrammi è associata al monitoraggio di queste stesse caratteristiche nel tempo.

La dipendenza delle coordinate dei punti del corpo dal tempo rappresenta la legge del loro movimento nel sistema di coordinate selezionato. Questi dati sono necessari per quantificare la qualità dei movimenti. La dinamica degli angoli articolari, dei momenti di gravità e delle condizioni di lavoro muscolare sono oggetto di analisi dei movimenti umani come sistema biomeccanico controllato dal sistema nervoso centrale. I cambiamenti nel momento di inerzia del corpo rivelano il meccanismo per costruire movimenti rotazionali complessi.

Metodi meccanoelettrici per la determinazione delle caratteristiche biomeccaniche. I metodi di ricerca ottica e optoelettronica non consentono (salvo rare eccezioni) di effettuare una valutazione quantitativa del movimento immediatamente dopo la misurazione, poiché l'ottenimento del risultato finale è preceduto dalle fasi di lavorazione chimica dei materiali (non sempre) e dal calcolo delle loro caratteristiche biomeccaniche . Ciò limita significativamente la possibilità di utilizzare i risultati della ricerca nel processo di formazione. I metodi meccanico-elettrici sono in gran parte esenti da questo inconveniente. Consistono nel convertire la grandezza meccanica misurata in un segnale elettrico e quindi misurarlo (o registrarlo) e analizzarlo.

Il vantaggio principale dei metodi meccanoelettrici per misurare le variabili biomeccaniche è la velocità con cui si ottengono le caratteristiche misurate e la capacità di automatizzare il calcolo delle caratteristiche che non vengono misurate direttamente. Il più comune di questo gruppo di metodi è la dinamometria delle deformazioni. Durante l'esercizio, una persona interagisce meccanicamente con corpi esterni (supporto, apparato, attrezzatura). Questi corpi sono deformati. Inoltre, l’entità della deformazione è solitamente proporzionale alla forza dell’impatto. Per registrare queste deformazioni, vengono spesso utilizzati gli estensimetri, ma possono essere utilizzati anche sensori reostatici.

Nella maggior parte dei casi, le apparecchiature estensimetriche vengono utilizzate direttamente per determinare le caratteristiche di forza dei movimenti sportivi e per studiare su questa base la struttura dinamica delle azioni motorie.

Le piattaforme tenso sono ampiamente utilizzate: dispositivi che consentono di determinare l'interazione di una persona con un supporto durante la repulsione. Le componenti della reazione al suolo (verticale e orizzontale) vengono registrate indipendentemente dal punto di contatto con il dispositivo.

Stabilometria. Utilizzando l'attrezzatura estensimetrica, è anche possibile studiare il movimento del punto di applicazione della forza sulla piattaforma dell'estensimetro. Tale movimento può verificarsi sia a causa del movimento del soggetto, sia a causa di un cambiamento nella posizione del suo GCP quando si cambia postura. Queste misurazioni richiedono una piattaforma estensimetrica multicomponente, con la quale i componenti della reazione vengono misurati separatamente in tutti i supporti installati agli angoli della piattaforma.

Accelerometria. Una delle caratteristiche più importanti del movimento è l'accelerazione lineare. può anche essere determinato utilizzando l'attrezzatura estensimetrica. In questo caso l'estensimetro registra la deformazione di una piastra elastica collegata ad un oggetto in movimento. Poiché la massa del sensore ( M ) e l'elasticità della piastra ( C ) sono costanti, quindi il movimento della massa del sensore rispetto all'oggetto sarà proporzionale all'accelerazione lineare dell'oggetto. I parametri dell'accelerometro sono selezionati in modo tale che la frequenza naturale delle oscillazioni del sensore sia 3-4 volte maggiore della frequenza massima del processo studiato.

La goniometria è la misurazione degli angoli di una persona nelle articolazioni del corpo. L'angolo articolare è una caratteristica biomeccanica importante, ad esempio quando si determina un programma di postura. La forza di trazione del muscolo (cioè la sua lunghezza e la sua spalla rispetto all'asse dell'articolazione) dipende dall'angolo dell'articolazione.

I goniometri meccanici ed elettromeccanici vengono utilizzati per misurare direttamente gli angoli articolari. Questi ultimi utilizzano potenziometri del reostato. Il corpo del potenziometro è rigidamente collegato a una delle barre del goniometro e all'altra al suo asse.

La meccanografia è la registrazione del movimento. Questo può essere fatto anche utilizzando i potenziometri. Il punto mobile è collegato tramite una filettatura a bassa elasticità all'asse del sensore. Movimenti di grande ampiezza possono essere registrati se un anello (blocco) del diametro appropriato viene posizionato sull'asse del potenziometro.

L’elettromiografia è un metodo per registrare l’attività elettrica dei muscoli. Permette di ricevere informazioni direttamente durante l'esercizio fisico. Esistono tre aree principali di utilizzo dell'elettromiografia per studiare l'attività motoria umana. 1. Caratteristiche dell'attività delle singole unità motorie dei muscoli. 2. Determinazione dell'attività dei singoli muscoli in vari atti motori. 3. Caratteristiche di coordinazione dell'attività dei muscoli uniti dalla comune partecipazione al movimento. Per risolvere problemi biomeccanici, vengono utilizzate principalmente la seconda e la terza direzione. Quando si utilizza l'elettromiografia per studiare i movimenti sportivi, vengono solitamente utilizzati elettrodi cutanei, ma talvolta vengono utilizzati elettrodi ad ago. Gli elettrodi cutanei possono essere mono o bipolari. In ogni caso l'elettromiogramma può riflettere l'attività elettrica dei muscoli sui quali sono posizionati gli elettrodi, oppure (con una derivazione monopolare) l'attività dei muscoli che si trovano tra gli elettrodi attivi e indifferenti.

Va tenuto presente che il valore registrato dei biopotenziali dipende da tre fattori. A seconda della posizione degli elettrodi rispetto al muscolo - se posizionati lungo le fibre, così come vicino al punto motore (il punto di ingresso del nervo nel muscolo), i potenziali sono maggiori. Dalla conduttività elettrica della pelle, la pelle deve essere sgrassata con etere. Dalla forma e dimensione degli elettrodi, dovresti usare gli stessi o, in casi estremi, gli stessi.

In ogni caso l'elettromiogramma può essere utilizzato come indicatore dello stato dei meccanismi di coordinazione dei movimenti come equivalente di fenomeni meccanici (tensione, trazione) che si verificano nel muscolo quando è eccitato. N.V. Zimkin e M.S. Tsvetkov (1988) ha dimostrato che da un elettromiogramma levigato si può giudicare la partecipazione al movimento delle fibre muscolari di diverso tipo (veloci, intermedie e lente), e quindi la composizione del muscolo. Un elettromiogramma livellato è più facile da elaborare rispetto a uno naturale; l'elettromiogramma livellato può essere utilizzato per calcolare la velocità di eccitazione muscolare.

Metodi per misurare gli indicatori temporali. Se la traiettoria è nota in anticipo e l'ampiezza del movimento è ampia (diversi metri), il tempo di passaggio dei segmenti può essere registrato utilizzando sensori fotografici. I segnali provenienti dai sensori spengono i cronometri elettrici (ogni sensore ha il proprio cronometro) o vengono registrati da un registratore (oscilloscopio). In quest'ultimo caso, la precisione del metodo è determinata dalla precisione del marcatore temporale o dalla precisione del meccanismo dell'unità nastro. Il grado di affidabilità dei risultati dipende direttamente dal numero di sensori installati a distanza.

Metodi di ricerca complessi. L'obiettivo della biomeccanica è studiare sia le capacità fisiche di un atleta sia i modi per risolvere un compito motorio specifico. Nel processo di ricerca, è necessario scoprire i modelli di costruzione del movimento, determinare la relazione tra caratteristiche meccaniche e biologiche che riflettono la coordinazione dei movimenti. Questo compito è molto difficile, poiché la relazione tra tensione muscolare e movimento non è univoca, ha sottolineato N.A. Bernstein. La ragione del movimento delle parti del corpo è la tensione muscolare, che è determinata sia dal grado di eccitazione che dal grado di allungamento del muscolo. Pertanto, il movimento del collegamento modifica la lunghezza del muscolo e, di conseguenza, la sua tensione.

La registrazione completa delle caratteristiche biologiche e meccaniche del movimento è una condizione necessaria per studiare i modelli di controllo del movimento umano. È possibile con la registrazione simultanea di indicatori elettrofisiologici e biomeccanici del movimento. Quando vengono registrate l'attività elettrica dei muscoli e l'immagine esterna del movimento (kinogramma, ciclogramma, tensodinamogramma, goniogramma, meccanogramma). Quando si registrano questi processi su supporti diversi, diventa necessario utilizzare dispositivi speciali per sincronizzare la registrazione. Uno di questi dispositivi è descritto in[4, pag. 60].

Quando si utilizza la meccano- e (o) dinamografia a deformazione, il problema della sincronizzazione delle registrazioni viene risolto più facilmente, poiché vengono eseguite sullo stesso nastro.

Quindi, fino ad oggi, è stata dimostrata la necessità e l'eccezionale valore dell'utilizzo della registrazione simultanea multicanale dei parametri di cinematica, dinamica ed attività elettrica dei muscoli per stabilire una connessione tra vari fenomeni di movimento e le loro cause, nonché per implementare l'idea di ​​controllo ottimale del processo formativo.

Tuttavia, l'uso di metodi strumentali informativi (tenso, meccanica, elettromiografia, riprese, ecc.) in condizioni naturali allo scopo di una valutazione completa delle capacità tecniche degli atleti è solitamente associato a grandi difficoltà organizzative e metodologiche.

Allo stesso tempo, è stato dimostrato che nelle condizioni create artificialmente, fornite dall'uso di un simulatore, è possibile ottenere informazioni affidabili sull'uno o sull'altro aspetto della forma fisica o tecnica. Inoltre, la struttura semplificata dell'esercizio rende più probabile la valutazione della natura del cambiamento nella componente fisica, poiché l'influenza della componente tecnica sul risultato è ridotta. E sebbene il simulatore non sostituirà mai il movimento olistico, ci sono molte prove che il complesso simulatore-ricerca può risolvere con successo i problemi di informazioni urgenti e affidabili, oltre a determinare le condizioni dell'atleta, che gli garantiscono il raggiungimento del risultato desiderato in concorsi.

Metodi di calcolo per lo studio dei movimenti (determinazione di coordinate, velocità, accelerazioni, forze, momenti di forza).

È possibile trarre conclusioni significative sulla base di informazioni attendibili e affidabili. Ne consegue che i metodi e le attrezzature utilizzate negli studi biomeccanici devono garantire risultati affidabili. Ciò significa che il grado di accuratezza della misurazione deve corrispondere allo scopo dello studio e che i metodi e le attrezzature non dovrebbero influenzare il processo in studio, cioè non dovrebbero distorcere il risultato e interferire con il soggetto.

A prima vista, questi requisiti sono pienamente soddisfatti (misure indirette, modellazione meccanica e matematica), basati sull'uso di leggi fisiche e dati statistici sulla geometria delle masse del corpo umano (tTabelle e illustrazioni sono contenute in ). I metodi di calcolo vengono utilizzati per risolvere problemi di dinamica diretta e inversa. In questo caso, le caratteristiche cinematiche o dinamiche vengono solitamente utilizzate come dati iniziali, ovvero l'analisi viene effettuata dal collegamento iniziale o finale dei fenomeni che costituiscono l'oggetto della ricerca biomeccanica (movimento meccanico umano, cause e manifestazioni di questo movimento ).

I metodi di calcolo vengono spesso utilizzati per determinare indirettamente caratteristiche biomeccaniche che, per vari motivi, non possono essere misurate (registrate) direttamente, ad esempio in condizioni di competizione.

Gli eminenti biomeccanici D.D. Donskoy e S.V. Dmitriev (1996) afferma che “... lo sviluppo di precise apparecchiature di registrazione e l'informatizzazione degli studi sugli atti motori hanno affascinato i ricercatori con la costruzione di modelli meccanici e matematici, molto complessi ed efficaci nel rivelare i dettagli più fini del movimento (specialmente in ingegneria e biomeccanica medica).” Non abbiamo il diritto di contestare completamente questa affermazione, ma l'efficacia dell'utilizzo della modellazione meccanico-matematica per risolvere alcuni problemi di biomeccanica sportiva è messa in dubbio da molti ricercatori altrettanto noti.

Nella letteratura scientifica e metodologica nazionale, le capacità dei metodi di calcolo sono state dimostrate in lavori isolati che hanno confermato verità ben note, ad esempio, nel determinare gli elementi principali della tecnica nella ginnastica artistica (Yu.A. Ippolitov, 1997), identificare i fattori che garantiscono risultati nel salto con gli sci ( N.A. Bagin, 1997), identificare la relazione tra cinematica e dinamica delle rotazioni nel pattinaggio artistico (V.I. Vinogradova, 1999). Gli autori hanno dimostrato la massima erudizione, ma in tutti i casi i risultati calcolati differivano significativamente dai risultati ottenuti mediante misurazione diretta in condizioni simili.

Teoricamente, ciò è spiegato dal fatto che la base dei metodi di calcolo classici in biomeccanica è l'ipotesi dell'equivalenza tra massa inanimata e vivente. Questa ipotesi presuppone che il corpo biologico non cambi la sua struttura interna sotto l'influenza di forze e momenti di controllo, e rimanga anche in una posizione invariata. Se questa condizione non viene soddisfatta, i metodi della biomeccanica classica diventano inapplicabili.

Studi sperimentali condotti per molti anni nel laboratorio di biomeccanica del VNIIFK hanno dimostrato che “... i limiti dei metodi di calcolo classici per ottenere dai movimenti dei punti dati sull'entità delle accelerazioni e delle forze nelle azioni motorie con cambiamenti di postura derivano da le circostanze per cui attualmente non esiste la possibilità di una valutazione obiettiva delle direzioni di spostamento degli organi interni, delle masse sanguigni e linfatiche. Gli algoritmi di calcolo inoltre non tengono conto del trasferimento di forze o di energia da un collegamento all’altro né del loro assorbimento e dissipazione” (I.P. Ratov, G.I. Popov, 1996). Gli stessi autori hanno confermato sperimentalmente l’idea di N.A. Bernstein che non esiste una connessione univoca tra tensione muscolare e movimento meccanico (poiché ogni movimento è il risultato dell'interazione di forze attive e reattive) e ha dimostrato che nei sistemi biomeccanici la funzione “forza-accelerazione” è non lineare, cioè accelerazioni significative durante il movimento le masse potrebbero non portare all'emergere di sforzi.

Pertanto, lo svantaggio dei metodi computazionali in generale e in particolare della modellazione meccanica e matematica è che “... i modelli sviluppati dei movimenti umani (discutibilmente adeguati al corpo umano vivente e ai suoi movimenti) cercano di essere “riempiti” con i valori statistici medi geometria delle masse e cinematica reale degli esercizi dal vivo” (M.L. Ioffe et al., 1995). "I risultati di questo approccio sono disastrosi sia dal punto di vista scientifico che pratico", sottolinea N. G. Suchilin (1998).

Letteratura. 1. Godik M.A. Metrologia sportiva: libro di testo per IFC. – M.: Cultura fisica e sport, 1988. P. 57-66.

2. Zatsiorsky V. M., Aruin A. S., Seluyanov V. N. Biomeccanica dell'apparato motorio umano. – M.: Cultura fisica e sport, 1981. – 143 p.

3. Zimkin N.V., Tsvetkov M.S. Caratteristiche fisiologiche dell'attività contrattile dei muscoli nei velocisti e nei restanti // Fisiologia umana. – 1988. – T.14. – N. 1. – P. 129-137.

4. Workshop sulla biomeccanica: un manuale per l'istituto di cultura fisica /Sotto il generale. ed. Dottorato di ricerca LORO. Kozlova. – M.: Cultura fisica e sport, 1980. – 106 p.

5. Seluyanov V.N., Chugunova L.G. Calcolo delle caratteristiche massa-inerziali del corpo degli atleti utilizzando il metodo della modellazione geometrica // Teoria e pratica della cultura fisica. – N. 2. – P. 38-39.

6. Suchilin N.G., Arkaev L.Ya., Savelyev V.S. Analisi pedagogica e biomeccanica della tecnica dei movimenti sportivi basata su un complesso video software e hardware // Teoria e pratica della cultura fisica. – 1995. – N. 4. – P.12-21.

7. Shafranova E.I. Metodi per l'elaborazione dell'attività bioelettrica dei muscoli // Teoria e pratica della cultura fisica. – 1993. – N. 2. – P. 34-44; N. 3 – pp. 16-18.

8. Utkin V.A. Biomeccanica degli esercizi fisici: Proc. manuale per i dipartimenti di educazione fisica. – M.: Educazione, 1989. – P. 56-79.

ELABORAZIONE DEI RISULTATI DEGLI STUDI BIOMECCANICI (2 ore)

Scale di misura (nomi, ordine, intervalli, rapporti).

Problemi di elaborazione delle misure biomeccaniche. L'elaborazione dei risultati viene effettuata per valutare l'errore dei dati ottenuti, nonché per determinare mediante calcolo le caratteristiche biomeccaniche che non vengono misurate direttamente.

La valutazione degli errori, così come la loro riduzione attraverso l'ulteriore elaborazione dei risultati delle misurazioni, è di fondamentale importanza negli studi biomeccanici dei movimenti sportivi, poiché i requisiti specifici dei metodi di ricerca non consentono l'uso di misurazioni altamente accurate ma ingombranti. Per risolvere questo problema è stata sviluppata una teoria matematica degli errori di misurazione. Di seguito forniremo brevemente raccomandazioni di base per valutare gli errori e ridurre il loro impatto sul risultato finale.

Non tutte le caratteristiche biomeccaniche possono essere misurate direttamente per soddisfare i requisiti dei metodi di misurazione nella ricerca sportiva. Ma l'utilizzo di una relazione funzionale tra le caratteristiche ricercate e misurate consente, di regola, di determinare tutte le caratteristiche biomeccaniche di interesse per il ricercatore. Questo metodo deriva dalla tecnologia, dove è molto diffuso, e viene chiamato “metodo delle misurazioni indirette”.

Il calcolo delle caratteristiche biomeccaniche richieste sulla base dei dati di misurazione indiretti può essere effettuato sia durante il processo di misurazione utilizzando la tecnologia informatica, sia nel processo di analisi dei risultati della misurazione dopo l'esperimento. In entrambi i casi, la presenza di errori di misurazione impone alcune restrizioni sui metodi di elaborazione dei risultati delle misurazioni indirette.

La valutazione dell'errore di misurazione e la presentazione corretta, cioè eseguita in conformità con GOST, dei materiali di misurazione consentono di confrontare i risultati di studi condotti utilizzando diversi metodi di misurazione o da diversi autori. E questo, a sua volta, consente di ridurre drasticamente il numero di studi aggiuntivi sugli stessi fenomeni e quindi di ridurre la durata e il costo degli studi biomeccanici in generale.

Errori di misurazione, classificazione, fonti e metodi di eliminazione. Errore di misurazione – differenza nel risultato della misurazione X io e il valore reale della quantità misurata Fonte X : e = X io – Fonte X

Secondo il metodo di determinazione si distingue tra assoluto e relativo; e per origine: errori sistematici e casuali, nonché grossolani (mancati).

Abbiamo appena descritto il metodo per determinare gli errori assoluti. L'errore assoluto è espresso nelle stesse unità del valore misurato. Il valore reale viene solitamente considerato il risultato ottenuto utilizzando un metodo più accurato.

L'errore relativo viene spesso utilizzato quando si esegue un controllo complesso, quando vengono misurati indicatori di diverse dimensioni:erel. = e/X io *100%. Un altro argomento a favore dell'utilizzo dell'errore relativo è che la determinazione dell'errore relativo è necessaria per valutare la possibilità di utilizzare questa tecnica per studiare un movimento specifico (l'errore non deve superare il ±5,0% del valore misurato).

Gli errori sistematici sono errori il cui valore rimane invariato (o cambia in modo noto) da esperimento a esperimento. Di conseguenza, possono essere esclusi dal risultato finale se il loro valore viene determinato mediante calibrazione preliminare dell'attrezzatura prima di ogni esperimento. Esistono 4 gruppi di errori sistematici. 1. La causa dell'evento è nota e il valore può essere determinato con sufficiente precisione (errore di temperatura, righello con inizio rotto...). 2. La causa è nota, ma la portata non lo è. Questi errori dipendono dalla classe dell'apparecchiatura di misurazione e oscillano entro il valore massimo consentito. La classe di precisione (1.0, 2.0, ecc.) indica l'errore di misurazione relativo in percentuale. 3. L'origine e l'entità dell'errore non sono note. Tali errori compaiono in misurazioni complesse quando non è possibile tenere conto di tutte le fonti di possibili errori. 4. errori associati alle proprietà dell'oggetto di misurazione. Il monitoraggio sistematico degli atleti ci consente di determinare la misura della loro stabilità e di tenere conto dei possibili errori di misurazione. In caso contrario, può essere difficile separare spostamenti significativi (ad esempio dovuti alla fatica) dagli errori di misurazione.

Per eliminare gli errori sistematici vengono utilizzati due metodi. Il primo è la calibrazione dell'apparecchiatura: controllo delle letture dello strumento utilizzando standard sull'intero intervallo di possibili valori del valore misurato. Il secondo metodo è la calibrazione, che determina gli errori e l'entità delle correzioni.

Gli errori casuali sono causati da fattori incontrollabili che variano da esperimento a esperimento. Errori casuali compaiono durante l'azione simultanea di un numero molto elevato di fattori indipendenti l'uno dall'altro, ognuno dei quali ha un piccolo impatto sul risultato della misurazione, ma nel complesso queste cause hanno un effetto notevole. L'errore casuale, per sua stessa natura, non può essere preso in considerazione e compensato durante l'esperimento.

Gli errori grossolani (mancati) sono di natura significativamente diversa da quelli casuali. Se si verificano errori casuali quando l'apparecchiatura è in buone condizioni e lo sperimentatore esegue le azioni corrette, la causa degli errori sono malfunzionamenti e (o) errori di funzionamento. Gli errori grossolani vengono rilevati da un netto calo del risultato dalla serie generale di numeri ottenuti, che, di regola, è in netta contraddizione con l'immagine fisica del fenomeno.

Elaborazione dei risultati di misurazioni dirette e indirette di parametri e variabili biomeccaniche. I metodi per stimare e ridurre gli errori casuali nella misurazione dei parametri e delle variabili biomeccaniche variano in modo significativo.

Elaborazione dei risultati delle misurazioni dei parametri biomeccanici. Il modo principale per ridurre gli errori casuali durante la misurazione dei parametri biomeccanici è eseguire misurazioni ripetute ed elaborare i risultati.

Elaborazione dei risultati di misurazioni dirette di parametri biomeccanici. In assenza di informazioni precise sulle cause fisiche della dispersione osservata dei risultati di misurazione, il valore più probabile della quantità misurata viene considerato una stima dell'aspettativa matematica dei risultati di misurazione. Il grado di affidabilità del risultato ottenuto può essere valutato dal valore dell'intervallo ± Q all'interno del quale, con una data probabilità α, si troverà la quantità: = t * S x , dove t – Test t di Student per un numero uguale n-1; Sx – errore medio della media aritmetica.

Elaborazione dei risultati di misurazioni indirette di parametri biomeccanici. In molti casi, la quantità che ci interessa non viene misurata direttamente, ma viene calcolata in funzione dei valori misurati di alcune altre quantità. Ad esempio, questo è. In tali casi, per calcolare la media aritmetica e l'errore medio della media aritmetica, vengono prima determinati i valori più probabili dei parametri misurati (angolo e velocità di partenza) e i loro errori medi. Di seguito si presuppone che gli errori nella determinazione dei parametri siano piccoli rispetto ai loro valori reali e che le misurazioni di ciascuno dei parametri siano state effettuate indipendentemente l'una dall'altra. Questa ipotesi è valida per la stragrande maggioranza dei casi di misurazioni indirette biomeccaniche. Quindi il valore più probabile della lunghezza del volo viene calcolato dai valori medi della velocità e dell'angolo di partenza: . L'errore medio si calcola come segue: .

Elaborazione dei risultati della misurazione delle variabili biomeccaniche. Le variabili biomeccaniche (coordinate, velocità, accelerazioni) durante il movimento sono funzioni casuali del tempo. Il risultato della loro misurazione sono, di regola, tabelle di valori registrate a determinati intervalli o grafici tracciati da un registratore (oscilloscopio). Fondamentalmente misurazioni ripetute non possono migliorare la precisione del risultato a causa della variabilità dei movimenti umani. La misurazione simultanea della variabile desiderata utilizzando più strumenti simili con successiva elaborazione non è consigliata a causa dell'ingombro dell'attrezzatura e dell'influenza di questo fattore sul processo misurato.

Un modo relativamente semplice per aumentare la precisione della misurazione delle variabili biomeccaniche è utilizzare la differenza nella composizione della frequenza del processo misurato e gli errori casuali (interferenze) che si verificano durante la misurazione, ovvero quando l'apparecchiatura è in funzione, l'errore sinusoidale (2) è sovrapposto all'onda sinusoidale di processo (1).

La natura degli errori può essere determinata mediante registrazioni di prova nel caso in cui la variabile misurata sia zero o costante. Ad esempio, in assenza di movimento.

Gli errori durante la registrazione possono essere eliminati livellando il segnale utilizzando un filtro, il cui coefficiente di trasmissione è determinato dalla formula:, dove F – frequenza del segnale di ingresso, R – resistenza dei resistori, C – valore della capacità del condensatore. I calcoli vengono eseguiti separatamente per la frequenza del segnale di processo e per la frequenza del segnale di interferenza, quindi vengono confrontati i coefficienti di misurazione e di trasferimento dell'interferenza.

I dati tabulari possono anche essere livellati. Questa procedura viene necessariamente utilizzata quando la derivata del segnale misurato viene calcolata da dati tabulari, ovvero le velocità e le accelerazioni vengono calcolate dalle coordinate. In pratica, ciò viene fatto in modo tale che gli spostamenti e quindi le differenze di velocità vengano calcolati non tra fotogrammi adiacenti, ma dopo 1 o più fotogrammi.

Se il risultato viene presentato sotto forma di grafico in cui il processo misurato contiene un errore ad alta frequenza, è possibile eseguire la media grafica tracciando una linea mediana tra le oscillazioni ad alta frequenza del processo.

L'errore delle misurazioni dinamiche viene determinato sperimentalmente controllando l'apparecchiatura di misurazione (calibrazione) in condizioni vicine alle condizioni del suo utilizzo pratico (in termini di resistenza, velocità del processo).

Scale di misura (nomi, ordine, intervalli, rapporti).

Presentazione dei risultati delle misurazioni. La corretta presentazione dei risultati delle misurazioni biomeccaniche è un fattore importante per garantire l'affidabilità e la chiarezza dei risultati degli studi biomeccanici. Quando si presentano i risultati è necessario seguire le seguenti linee guida. 1. Tutti i documenti relativi allo studio devono essere conservati in modo completo e accurato ed essere pienamente comprensibili a qualsiasi lettore ragionevolmente qualificato. 2. Tutti i risultati delle osservazioni (misurazioni), nonché il materiale finale calcolato da essi, dovrebbero essere presentati insieme agli errori. Per ogni quantità deve essere indicata la dimensione secondo il sistema SI. 3. Il numero e il suo errore devono essere scritti in modo che le loro ultime cifre appartengano alla stessa cifra decimale. 4. L'errore risultante dai calcoli dovrebbe essere circa 10 volte inferiore all'errore di misurazione.

Quando si studiano le variabili biomeccaniche, i risultati possono essere presentati sotto forma di grafico. Il vantaggio principale del grafico è la chiarezza. Il grafico dovrebbe essere tale da poter catturare immediatamente il tipo di dipendenza ottenuta, averne un'idea quantitativa e notare la presenza di varie caratteristiche: massimo, minimo, aree con tassi di cambiamento più alti e più bassi, periodicità, ecc. Quando si disegna un grafico si seguono delle regole. 1. Il grafico viene disegnato su carta millimetrata o su carta con griglie di coordinate. 2. L'asse delle ascisse (X) è la quantità che provoca cambiamenti in altre quantità (tempo – sempre). Gli assi devono indicare la designazione e la dimensione della quantità corrispondente. 3. La scala del grafico è determinata dall'errore di misurazione delle quantità tracciate lungo gli assi (o in base alle regole di raggruppamento dei dati). Le scale lungo gli assi possono essere diverse. La scala dovrebbe essere di facile lettura, quindi una cella della griglia della scala dovrebbe corrispondere a un numero conveniente (1, 2, 5, 10 ...) di unità del valore rappresentato sul grafico. 4. Il grafico mostra solo l'area determinata sperimentalmente dei cambiamenti negli indicatori; Non dovresti sforzarti di far partire il grafico da un punto con coordinate 0; 0. 5. Per quanto riguarda il disegno della curva ci sono due opinioni. Alcuni credono che la linea dovrebbe essere liscia, altri credono che i punti sul grafico dovrebbero essere collegati da linee rette, cioè non entrare in aree ipotetiche (si ottiene una linea spezzata). 6. Il titolo dovrebbe indicare ciò che viene raffigurato. Le curve devono essere etichettate o spiegate nel titolo.

Test e valutazione pedagogica in biomeccanica.

Test - Una misurazione o un test eseguito per determinare la condizione o l'abilità di un atleta. Possono essere utilizzati come test solo i test che soddisfano i seguenti requisiti metrologici. 1. Lo scopo del test deve essere definito. 2. La procedura deve essere standardizzata. 3. È necessario determinare l'attendibilità e il contenuto informativo del test. 4. È necessario sviluppare un sistema per valutare i risultati dei test. 5. Deve essere indicata la tipologia del controllo (operativo, in corso, per fasi).

A seconda dello scopo del test, i test possono essere suddivisi in diversi gruppi. 1. Indicatori misurati a riposo: valutazione della condizione fisica o determinazione del livello di "fondo" per studi "dinamici". 2. Test standard: tutti i soggetti eseguono gli stessi compiti, il carico non è massimo e quindi non c'è motivazione per ottenere il massimo risultato. 3. Test con carico massimo: i loro risultati dipendono dalla preparazione e dalla motivazione.

A seconda del numero di fattori che determinano il risultato del test, si distinguono test etero e omogenei. Il primo è la maggioranza.

Di norma, il livello di preparazione viene valutato utilizzando una serie di test.

La definizione dello scopo del test viene selezionata in base all'esistenza di tre varietà (operativa, attuale, organizzata) e tre aree di controllo (attività competitiva, attività formativa, livello di preparazione).

Tipi e direzioni del controllo complesso nello sport

(secondo M. Godik, 1988)

La standardizzazione delle procedure di misurazione determina l'accuratezza dei risultati del controllo. Ciò si ottiene garantendo che la routine quotidiana alla vigilia delle prove, il riscaldamento, gli atleti, lo schema e le condizioni delle prove, gli intervalli di riposo e il sistema motorio durante le prove rimangano invariati.

Affidabilità e informatività del test. L’affidabilità del test è il grado in cui i risultati concordano quando si ripetono i test sulle stesse persone nelle stesse condizioni. Il modo più semplice per determinare l'affidabilità è calcolare il coefficiente di correlazione della coppia dei risultati del primo e del secondo test. L'affidabilità del test è considerata accettabile quando r³ 0,70.

L'informatività (validità) di un test è la proprietà di un test di riflettere in modo sufficientemente completo l'essenza del processo studiato. Il contenuto informativo di un test può essere determinato logicamente ed empiricamente. L'essenza del metodo logico è un confronto logico (qualitativo) delle caratteristiche del criterio e del test. Il metodo empirico consiste nel condurre un'analisi di correlazione tra il criterio e il risultato del test.

Possono essere utilizzati i seguenti criteri: 1. risultato di un esercizio competitivo. 2. gli elementi più significativi di un esercizio competitivo. 3. risultati dei test il cui contenuto informativo è stato dimostrato. 4. la somma dei punti del soggetto del test durante l'esecuzione di una batteria di test.

Se utilizzato come criterio per le qualifiche sportive, confrontare i valori medi degli indicatori tra atleti di varie qualifiche (uso T -T-test di Student). Se le differenze sono affidabili, il test è informativo.

Oltre all’affidabilità e al contenuto informativo, i test sono caratterizzati anche da stabilità, equivalenza e coerenza.

La stabilità è un tipo di affidabilità nel caso di una significativa diluizione del tempo di test e ripetizione del test. L'elevata stabilità del test indica la stabilità della qualità sottoposta a test.

L'equivalenza del test è il grado in cui il risultato di un determinato test coincide con i risultati di altri test quando si studia lo stesso segno (ad esempio trazioni e flessioni, salti in lungo e in alto).

La coerenza del test è l'indipendenza dei risultati del test dalle qualità personali del ricercatore. Anche quando si conducono studi strumentali, qualcuno può motivare meglio i soggetti, il che determina la quantità di coerenza.

La valutazione pedagogica è la fase finale della procedura di test. Consiste nel: 1. selezionare una scala per convertire i risultati del test in punti. 2. convertire i risultati in punti. 3. confronto dei risultati con gli standard e derivazione di un voto finale.

I risultati possono essere semplicemente classificati, ma ciò non è sempre corretto. Pertanto, è necessario utilizzare scale speciali. Possono essercene molti. Quattro scale sono considerate principali: proporzionale (a), progressiva (b), regressiva (c), S a forma di (sigmoide) (d).

La scelta della scala di rating dipende da quale zona si vuole stimolare la crescita dei risultati.

In pratica si utilizzano le seguenti scale: standard, percentile, GCOLIFKa.

La scala standard si basa su una scala proporzionale. La scala standard è così chiamata perché la sua scala è la deviazione standard ( S ). Quando si costruisce questa scala, viene utilizzata la legge della distribuzione normale, secondo la quale tutti i possibili valori di una caratteristica sono contenuti nell'intervallo (regola dei tre sigma per la popolazione generale:). In questo caso, di solito si distinguono le seguenti zone di valutazione (livelli di manifestazione della caratteristica studiata):

Ma questa scala non permette di dare una valutazione precisa del fenomeno.

La più comune è la scala T, dove T è il risultato in punti, è il risultato io - partecipante, è il risultato del gruppo, S – deviazione standard. Questa scala è più giusta della semplice classifica.

Scala percentile (percentuale). La sua creazione prevede la seguente operazione: ogni soggetto riceve tanti punti per il suo risultato quanto è la percentuale dei suoi avversari che lo precede. Questa scala è particolarmente adatta per valutare grandi gruppi di persone. Calcola quanti risultati rientrano in un percentile (percentuale) o quante percentuali per persona. Questa scala somiglia superficialmente alla scala sigmoidea: i cambiamenti maggiori si verificano nel mezzo della gamma.

La scala GCOLIFK viene utilizzata per valutare i risultati dei test dello stesso atleta in diversi periodi del ciclo o fase di allenamento: N = (miglior risultato – risultato valutato / miglior risultato – risultato peggiore) x 100 (punti). In questo caso il risultato del test non viene considerato come un valore astratto, ma in relazione ai risultati migliori e peggiori.

Valutazione di una serie di test. Può essere eseguito utilizzando l'analisi di regressione. Equazione come Y = a + b 1 x 1 + b 2 x 2 +…+ b n x n permette di determinare il risultato di un esercizio agonistico (U) in base ai risultati del test (x 1, x 2, ...). Ma dobbiamo tenere presente che i test dovrebbero essere ineguali. L'importanza (peso) di un test può essere determinata in tre modi. 1. Valutazione di esperti: per un test importante viene introdotto un fattore moltiplicatore. 2. I coefficienti sono stabiliti sulla base dell'analisi fattoriale. 3. Una misura quantitativa del peso di una prova può essere il coefficiente di correlazione di coppia con il risultato di un esercizio competitivo. Questi sono i modi per ottenere un punteggio del test “ponderato”.

La seconda opzione per valutare il controllo complesso è costruire un “profilo” di un atleta, ovvero una rappresentazione grafica dei risultati della valutazione nei singoli test di batteria. Il grafico mostra chiaramente i punti di forza e di debolezza della preparazione.

Tabelle dei punti. In essi, il numero massimo di punti (1000-1200) viene assegnato per un risultato che supera il record mondiale e il risultato dei principianti è stimato in 100 punti. Poi arriva una delle scale principali. La scelta è puramente soggettiva. È difficile paragonare sport diversi. Ma queste scale sono necessarie per determinare il corso delle competizioni a squadre e i loro risultati, e non il livello di sviluppo di una caratteristica particolare.

Pertanto, il controllo biomeccanico (dal punto di vista metrologico) è costituito da diverse fasi.

Determinazione dello scopo del test in base all'esistenza di tre varietà (operativa, attuale, organizzata) e tre aree di controllo (attività competitiva, attività di formazione, livello di preparazione).

IO. Selezione di un test (test): determinarne l'affidabilità, il contenuto informativo, nonché la stabilità, l'equivalenza e la coerenza sulla base dello studio della letteratura scientifica e metodologica o utilizzando metodi di statistica matematica. Definizione della procedura di prova. Selezione dell'attrezzatura. Determinazione dell'errore sistematico di misurazione.

II. Test (misurazione) – registrazione dei processi biomeccanici durante l'attività motoria utilizzando metodi strumentali. Lotta agli errori casuali.

III. Elaborazione dei risultati dei test utilizzando metodi appropriati di statistica matematica, a seconda di ciò che è stato misurato (parametri o variabili). Individuare gli errori e contrastarli.

IV. Presentazione dei risultati della ricerca in forma testuale, tabellare o grafica.

V. Selezione di una scala per valutare i risultati del test (proporzionale, progressiva, regressiva, S -a forma di, scala T, percentile, GCOLIFKA, ecc.).

VI. Valutazione dei risultati dei test.

Letteratura.

1. Godik M.A. Metrologia sportiva: libro di testo per IFC. – M.: Cultura fisica e sport, 1988. P. 10-44.

2. 2. Workshop sulla biomeccanica: un manuale per l'Istituto di Fisica. culto /Sotto generale ed. Dottorato di ricerca LORO. Kozlova. – M.: Cultura fisica e sport, 1980. – P. 65-75.

3. Utkin V.A. Biomeccanica degli esercizi fisici: Proc. manuale per le facoltà di educazione fisica. – M.: Educazione, 1989. – P. 33-56.

Riso. 4. Determinazione dell'ampiezza di movimento delle articolazioni: 1 misurazione dell'ampiezza di movimento dell'articolazione della spalla (a misurazione dell'angolo di abduzione, b misurazione dell'angolo di flessione); 2 misurazione della mobilità dell'articolazione del gomito, 3 misurazione dell'angolo di adduzione della mano, 4 misurazione della mobilità dell'articolazione dell'anca, 5 misurazione della mobilità dell'articolazione dell'anca con contrattura in flessione, 6 misurazione dell'abduzione dell'anca, 7 misurazione della angolo di flessione dell'articolazione del ginocchio, 8 misurazioni della mobilità del piede

Riso. 9. Posizione dell'asse condizionale dell'articolazione della caviglia (a): 1 posizione normale del piede; 2 deviazione verso l'esterno del piede; 3 deviazione del piede all'interno. Alterazioni normali e fisiopatologiche del piede (le zone di contatto del piede con la superficie sono segnate in nero) (b): 1 normale; 2 piedi piatti; 3 piede torto

Il rapporto tra massa e superficie corporea di un bambino dipende dall'età. Diapositiva 16 Tabella 1. Età Peso corporeo, kg Superficie corporea, m 2% rispetto alla media del peso corporeo della superficie corporea degli adulti Neonati 3,50, mesi 5,00, » 7,50, anni 10,00, anni 15,00, anni 23,00, » -27,01 , » , » * Adulti 651.73100

Valori medi di forza isometrica di alcuni gruppi muscolari in funzione dell'età (secondo E. Aztizzep, 1968). Diapositiva 17. Tabella 2. Indicatore (kg) Età, anni 20"2535"4555 maschio.maschio.femmina.maschio.femmina.g^femmina.maschio. Forza della mano (±16%)* 55.937.559.938.558.838.055.635.651.632,7 Forza degli estensori del busto (±16%) 81.656,6 -87.458.390.759.289.857.785.749,1 Forza dei flessori del busto (±17%) 60.640,9 64.242.266.742.466.041.563.033,6 Forza di estensione della gamba da seduti (±18,5%) 295" *. " * Coefficiente di variazione

Consideriamo un mezzo ciclo di camminata, poiché nel secondo mezzo ciclo le fasi e le pose limite sono le stesse, solo nei loro nomi la gamba destra deve essere sostituita con la sinistra e la sinistra con la destra: 1. - sollevamento il piede della gamba destra dall'appoggio; I - sedendosi sulla gamba sinistra (di supporto), piegandola all'altezza dell'articolazione del ginocchio 2 - inizio a raddrizzare la gamba sinistra; II – raddrizzamento della gamba sinistra, sua estensione all'altezza dell'articolazione del ginocchio; 3. – il momento in cui la gamba destra ha iniziato a muoversi davanti alla gamba sinistra durante il processo di trasferimento; III – estensione della gamba destra con appoggio su tutto il piede della gamba sinistra; 4 - separazione del tallone del piede sinistro dall'appoggio; IV – estensione della gamba destra con appoggio sulla punta della gamba sinistra; 5 – appoggiare la gamba destra su un appoggio; V - doppio appoggio, transizione dell'appoggio dalla gamba sinistra a destra; Diapositiva 18.

Quando parliamo della composizione in fasi di un'azione motoria, intendiamo i movimenti dell'intero corpo. Quando si considera la composizione delle fasi della camminata o della corsa, si intendono i movimenti delle gambe, necessari per chiarire i meccanismi di queste locomozioni, cioè. come e da cosa si muove una persona. Ci sono quattro fasi nella corsa (numeri romani) e quattro fasi separate tra loro da pose limite: 1. - sollevamento del piede sinistro dall'appoggio; I. - piede allargato; 2. – inizio a muovere la gamba sinistra in avanti; II – avvicinare i piedi con la gamba sinistra che avanza; 3. – appoggiare il piede destro sull'appoggio; III. – deprezzamento, ovvero sedersi con piegamento della destra (gamba portante); 4. – inizio dell'estensione della gamba destra; IV. - spinta con distensione della gamba destra fino al distacco dall'appoggio. diapositiva 18

AUTOMAZIONE DEL CONTROLLO BIOMECCANICO

Il controllo biomeccanico può essere effettuato in diversi modi. La cosa più semplice è osservare e registrare i risultati delle osservazioni. Ma allo stesso tempo ci mancherà molto e nessuno potrà garantire l'accuratezza dei risultati ottenuti.

Molto più fruttuoso, anche se più complesso, è il controllo automatizzato. Possiamo dire che ai nostri giorni la formula di Lenin “dalla contemplazione vivente al pensiero astratto e da lì alla pratica” ha acquisito un nuovo significato. Oggi, il processo di “contemplazione vivente”, l'osservazione dell'oggetto di studio è impensabile senza l'uso di apparecchiature di misurazione.

Tutti i sistemi di misurazione in biomeccanica includono sensori di caratteristiche biomeccaniche con amplificatori e convertitori, un canale di comunicazione e un dispositivo di registrazione. Negli ultimi anni, i dispositivi di archiviazione e informatici sono stati sempre più utilizzati, ampliando notevolmente le capacità dell'insegnante. Per aumentare la precisione del controllo biomeccanico, vengono utilizzate tutte le ultime innovazioni ingegneristiche: radiotelemetria, laser, ultrasuoni, radiazioni infrarosse, radioattività, televisione, videoregistratori e tecnologia informatica.

Sensori biomeccanici

Il sensore è il primo anello del sistema di misura. I sensori percepiscono direttamente i cambiamenti nell'indicatore misurato e sono fissati sul corpo umano o all'esterno di esso.

Un sensore fissato ad una persona deve avere peso e dimensioni minime, elevata resistenza meccanica, facilità di fissaggio e allo stesso tempo non deve limitare i movimenti o creare alcun disagio. Sul corpo umano vengono posizionati: marcatori articolari (Fig. 35, 36), elettrodi elettromiografici (vedi Fig. 3), sensori dell'angolo articolare (sono più spesso chiamati goniometrici (dalle parole gonios - angolo, metero - misura) ; oltre alla misurazione degli angoli articolari, i sensori goniometrici vengono utilizzati per misurare i movimenti angolari nelle attrezzature sportive (ad esempio l'angolo di rotazione di un remo in uno scalmo) e l'accelerazione (Fig. 37);

Ma è noto da tempo che la precisione del controllo biomeccanico è maggiore se i movimenti di una persona non sono vincolati da nulla. Pertanto, cercano di posizionare sensori biomeccanici sulle attrezzature sportive in modo che le condizioni in cui viene effettuato il controllo non differiscano dalle condizioni naturali dell'allenamento e della competizione.

Le piattaforme dinamografiche sono diventate popolari. Vengono installate di nascosto nel settore dei salti o dei lanci, sotto la copertura di una pista da corsa, di una pedana da ginnastica, di un parco giochi, ecc. Le piattaforme a dinamo più avanzate consentono di misurare tutte e tre le componenti della forza (verticale e due orizzontali) e, inoltre, il momento torcente nel punto di applicazione della forza e il risultato della misurazione non dipendono dal punto in cui viene applicata la forza.

Gli elementi sensibili della piattaforma dinamografica sono sensori piezoelettrici (simili a quelli presenti nel pickup di un giradischi elettrico) o sensori di forza meno fragili - estensimetri (estensimetri) (Puoi leggere la progettazione dei sensori biomeccanici e la struttura fisica fenomeni alla base della loro progettazione nel libro. : Utki N. V. L. Misurazioni nello sport (introduzione alla metrologia sportiva). - P. 103-120 Minenkov B. V. Tecnica e metodologia della ricerca sugli estensimetri in biologia e medicina ., 1976).

Riso. 37. "Esoscheletro" - un sistema per collegare sensori goniometrici (1) e accelerometrici (2) al corpo umano; è possibile adattare l'esoscheletro alla lunghezza dei segmenti del braccio e della gamba (secondo A. N. Laputin)

Gli estensimetri vengono utilizzati per misurare la forza in molti sport. Nella ginnastica sono incollati alla traversa, alle parallele, agli anelli, alle maniglie dei cavalli, ecc. Nel sollevamento pesi sono incollati al bilanciere. Negli sport di tiro e nel biathlon: sul grilletto, sul calcio e sul calcio. Nel canottaggio - sul cono dello scalmo o del remo (tra la maniglia e lo scalmo), sul poggiapiedi e sulla tanica. Nel ciclismo, nel pattinaggio di velocità e nello sci, il design del pedale, del pattino, dello sci e del bastoncino viene leggermente modificato per misurare la forza e questi cambiamenti non influenzano in alcun modo la tecnica naturale del movimento. Nell'atletica vengono utilizzate solette elastiche, che vengono inserite nelle scarpe sportive. È interessante notare che sono apparse scarpe da ginnastica con solette elastiche e un computer in miniatura che calcola automaticamente il ritmo e la forza di repulsione e segnala alla persona che si allena se la forza di repulsione e la frequenza del passo sono superiori o inferiori a quelle ottimali.

Gli estensimetri vengono utilizzati non solo per misurare la forza, ma anche per misurare l'accelerazione e per registrare le vibrazioni del corpo (Fig. 38). In questo caso gli estensimetri vengono incollati ad un'asta verticale che collega i centri della zona inferiore e superiore della piattaforma stabilografica. Uno stabilogramma mostra quanto sia grande la capacità di una persona di mantenere la stabilità corporea, che è un fattore importante per i risultati nella ginnastica, acrobazie, canottaggio, pattinaggio artistico, ecc. Inoltre, la stabilografia è utile nel trattamento di persone con ridotta capacità di mantenere l'equilibrio, quando testare lo stato del sistema nervoso (ad esempio prima di una competizione).

Come gli estensimetri, i sensori fotoelettrici, nei quali la corrente elettrica si forma sotto l'influenza della luce, non distorcono i movimenti naturali. Sono utilizzati per misurare la velocità di camminata e di corsa. Un corridore (ma anche un pattinatore, uno sciatore, ecc.) mentre si muove interrompe i raggi luminosi che cadono sulle fotocellule (Fig. 39). Poiché ciascuna coppia di optoaccoppiatori (sorgente luminosa - fotocellula) si trova ad una certa distanza (S) da quella successiva e viene misurato il tempo (Dt) per percorrere questa distanza, è facile calcolare la velocità media su questo segmento di distanza:

Se la sorgente luminosa (ad esempio un laser) produce un raggio stretto, è possibile misurare la durata e la lunghezza di ciascun passaggio. Queste informazioni sono utili per allenare velocisti, saltatori e ostacolisti.

Telemetria e metodi per la registrazione delle caratteristiche biomeccaniche

Per poter utilizzare le informazioni provenienti dai sensori biomeccanici, queste devono essere trasmesse tramite un canale di telemetria e registrate.

Il termine "telemetria", composto dalle parole greche tele - lontano e metron - misura, significa "misurazione a distanza". Le informazioni sui risultati della misurazione possono essere trasmesse tramite fili, radio, raggi luminosi e raggi infrarossi (calore).

La telemetria cablata è semplice e resistente alle interferenze. Il suo principale svantaggio è l'incapacità di trasmettere segnali tramite fili provenienti da sensori posti sul corpo di una persona in movimento. Pertanto, la telemetria cablata dovrebbe essere utilizzata in combinazione con una piattaforma dinamografica o un'attrezzatura sportiva installata in modo permanente dotata di sensori biomeccanici.

Facciamo un esempio. Per registrare il dinamogramma di uno sciatore nautico (Fig. 40), è necessario incollare gli estensimetri su un palo verticale installato a poppa della barca. L'estremità della drizza è fissata alla parte superiore del supporto, l'altra estremità sostiene lo sciatore. In questo caso è consigliabile trasmettere tramite fili il segnale elettrico dagli estensimetri al dispositivo di registrazione (anch'esso situato sull'imbarcazione).

La radiotelemetria è una branca dell'ingegneria radio che fornisce la trasmissione radio di informazioni sui risultati delle misurazioni.

La radiotelemetria consente di monitorare le capacità tecniche e tattiche di una persona in condizioni naturali di attività motoria. Per fare ciò, deve trasportare sensori biomeccanici e un dispositivo di trasmissione in miniatura per un sistema di radiotelemetria. Un esempio di registrazione radiotelemetrica di informazioni biomeccaniche è mostrato in Fig. 41. Gli elettromiogrammi raffigurati su di esso sono stati ottenuti in un'arena di atletica leggera, sotto il cui tapis roulant era posizionata l'antenna ricevente del sistema di radiotelemetria.

Riso. 41. Registrazione radiotelemetrica degli elettromiogrammi in una persona che corre:

1 - grande gluteo; 2 - linea retta della coscia; 3 - vasto laterale? 4 - bicipite femorale; 5 - m tibiale anteriore; 6 - gastrocnemio m.; 7 - soleo m.; tratteggio obliquo singolo - opera inferiore; doppio tratteggio obliquo - superamento del lavoro (secondo I.M. Kozlov)

Domanda per l'autocontrollo della conoscenza

Quali opzioni di telemetria possono essere utilizzate per registrare la forza di repulsione da un supporto:

a) nello sci di fondo;

b) salto in lungo;

c) nella ginnastica ritmica?

La registrazione di segnali elettrici contenenti informazioni sui risultati del controllo biomeccanico viene effettuata da registratori e indicatori di vari modelli. Quando si registrano i risultati della misurazione, rimane un documento (grafico su carta, registrazione magnetica, fotografia, ecc.). A differenza della registrazione, l'indicazione consiste nel percepire visivamente o uditivamente l'informazione ricevuta.

I registratori aiutano a scoprire come uno o più indicatori misurati cambiano nel tempo (vedi Fig. 40, 41). Ma ci sono anche registratori a due coordinate che disegnano un grafico della dipendenza di un indicatore dall'altro. Danno all'insegnante ulteriori opportunità. Quindi, nella Fig. 42 vengono disegnate automaticamente le dipendenze della forza applicata al remo sull'orizzontale; molto movimento del remo. L'area limitata da questo. curva, proporzionale alla quantità di lavoro meccanico esterno.

Compito di autocontrollo e consolidamento della conoscenza Sottoponi l'ultima affermazione ad un'analisi critica e dimostrane la verità o l'errore.

La registrazione delle immagini è stata per lungo tempo di grande vantaggio pratico nell'educazione fisica e nello sport.

Le competizioni sportive sono uno spettacolo emozionante. Negli sport come la ginnastica e il pattinaggio artistico, il successo di un atleta dipende direttamente dalla bellezza e dall'espressività dei movimenti. In altri sport, anche l'immagine esterna dei movimenti, sebbene di secondaria importanza, è molto importante, poiché da essa dipendono la forza, la velocità e la precisione delle azioni motorie. E nella vita di tutti i giorni la capacità di muoversi magnificamente è importante.

La cinematica dei movimenti viene registrata utilizzando metodi ottici, che sono stati continuamente migliorati dal 1839, quando François Arago, in una riunione dell'Accademia francese delle scienze, annunciò la scoperta della fotografia (“pittura di luce”). Già nel 1882, E. J. Marey installò un disco rotante con fessure davanti all'obiettivo della fotocamera e per la prima volta ottenne diverse pose di una persona in movimento ("cronofotogramma") su una lastra fotografica.

Un'altra innovazione, chiamata in seguito fotografia ciclica da N.A. Bernstein, consisteva nel registrare solo un'immagine schematica del corpo. A questo scopo vengono fissate piccole lampadine elettriche o riflettori luminosi sulla testa e sulle articolazioni oppure in determinati punti dell’attrezzatura sportiva (vedi fig. 35, 36). In questo caso, sulla lastra fotografica viene registrata una sequenza di punti luminosi (“ciclogramma”). Collegando i punti relativi ad un qualsiasi giunto, si ottiene la traiettoria di tale giunto (Fig. 43).

Riso. 42. Registrazione grafica (con registratore) o indicazione (su indicatore a raggi catodici) del rapporto tra la forza applicata all'impugnatura del remo e il movimento orizzontale del remo in due cicli di remata; di seguito è riportata una barca dotata di strumenti di misurazione:

1 - dispositivo informatico e indicatore del fascio di elettroni; 2 - sensore di movimento angolare del remo; 3 — estensimetro (secondo A. P. Tkachuk)

Con il miglioramento delle apparecchiature di misurazione, è stata padroneggiata la fotografia stereo, che ha permesso di ottenere un'immagine tridimensionale, e la fotografia ad alta velocità, che ha permesso di registrare processi veloci (Fig. 44).

La varietà dei metodi di misurazione ottica è chiaramente illustrata in Fig. 45. Dalle parole scritte nella figura si possono ricavare i nomi dei metodi più conosciuti per registrare l'immagine esterna dei movimenti. Ad esempio, la fotografia del ciclo video planare a bassa velocità è la registrazione di marcatori sul corpo umano con una videocamera a un frame rate normale.

Riso. 44. Filmato di una pallina da tennis che rimbalza fuori dal campo; con le riprese ad alta velocità (4000 fotogrammi al secondo), puoi vedere come cambia la forma della palla (secondo Hay)

Tieni presente che la moderna tecnologia video sta gradualmente sostituendo i metodi di misurazione fotografica e cinematografica. Grazie alla registrazione video è possibile un'analisi approfondita e obiettiva della tecnologia e delle tattiche. È anche un potente strumento didattico. Un videoregistratore ti dà l'opportunità di guardarti dall'esterno. Ma “è meglio vedere una volta che udire sette volte”. Visualizzazione ripetuta di riprese video, fermo immagine; la riproduzione lenta consente di rilevare errori e delineare modi per eliminarli. Infine, la registrazione video è più durevole della pellicola. E con tutti questi vantaggi, i moderni videoregistratori a colori (ad esempio "Electronics VM-12") sono relativamente economici e ampiamente disponibili.

Controllo biomeccanico e computer

Il controllo biomeccanico è un lavoro necessario, ma molto laborioso. E questo è il motivo principale per cui non viene implementato in tutte le scuole e in tutte le squadre sportive.

Nella fig. 46 mostra schematicamente 10 pose di un uomo che corre il cui peso corporeo è di 70 kg. Questi grafici sono stati ottenuti come risultato della fotografia ciclica planare. Le coordinate verticali e orizzontali delle sei articolazioni, del baricentro della testa e della punta del piede sono riportate nella Tabella 9.

I dati forniti sono sufficienti per calcolare le velocità e le accelerazioni dei principali segmenti del corpo, determinare le coordinate del centro di massa generale in ciascuna posa e costruire grafici cinematici (i grafici cinematici sono solitamente chiamati grafici che mostrano come le coordinate, le velocità e le accelerazioni delle parti del corpo cambiano nel tempo).

Riso. 46. ​​​​Ciclogramma cinematografico di una persona che corre (secondo D. D. Donskoy, L. S. Zaitseva)

Incarico di lavoro autonomo

Esegui tutti i calcoli e le costruzioni elencati.

Dopo aver completato questo compito, sei convinto che la complessità del controllo biomeccanico sia davvero molto elevata. Ma ci è voluto anche molto tempo per compilare la Tabella 9. Ora immagina di aver ricevuto tutte le informazioni necessarie senza spendere alcuno sforzo, subito dopo che la persona studiata ha terminato l'esercizio. Non è forse vero che tutto questo rientra già nel regno della fantascienza? Tuttavia, oggi un'opportunità così fantastica è diventata reale, e ciò è avvenuto grazie ai risultati della tecnologia informatica elettronica.

La fase più importante della rivoluzione scientifica e tecnologica del 20 ° secolo è associata alla creazione di computer, il cui significato l'accademico N. N. Moiseev paragona alla conquista del fuoco. “Migliorando i propri organi di lavoro e gli organi di senso nel corso di migliaia di anni, l'uomo fino alla metà del 20° secolo. mantenne per il suo cervello la funzione di collegamento intermedio tra loro.

Ma con il moderno livello di sviluppo della scienza e della tecnologia, il carico mentale di una persona... è diventato enorme e talvolta debilitante e insopportabile. L'ulteriore sviluppo dell'umanità ha richiesto il "completamento" del sistema di controllo naturale: il cervello umano... Da questa esigenza è nata la tecnologia informatica elettronica" (Citazione (con abbreviazioni) tratta dal libro di I. M. Feigenberg "Cervello, psiche, salute" (M., 1972.—P. 32)).

Nota. Il numeratore contiene le coordinate orizzontali e il denominatore verticale dei marcatori, vedi

Come sapete, i computer sono divisi in universali e specializzati. I computer mainframe (inclusi i personal computer) consentono di risolvere molti problemi di controllo biomeccanico. Compreso:

- calcoli e lavori grafici simili a quelli che hai fatto completando l'attività a pag. 75 e più complessi;

— test delle qualità motorie;

— identificazione delle opzioni ottimali per la tecnologia e la tattica attraverso la loro modellazione matematica e di simulazione su un computer (vedi Fig. 23, 24);

— monitorare l'efficacia dell'equipaggiamento e delle tattiche.

Illustriamo quest'ultimo con quelli mostrati in Fig. 47 risultati del controllo dinamografico sulla simmetria della postura quando una persona è in piedi. Tale controllo non solo consente di fornire consigli salutari, ma è anche necessario quando si personalizzano le scarpe sportive individualmente. L'immagine mostra che le due dita del piede sinistro non interagiscono con il supporto. Pertanto, sotto queste dita dovrebbe essere posizionato un supporto per il collo del piede.

Anche questi pochi esempi danno un’idea di come l’uso della tecnologia informatica nel controllo biomeccanico amplia le capacità dell’insegnante. Non per niente la capacità di usare un computer è chiamata seconda alfabetizzazione.