Аналитический способ определения оцт

Определение ОЦТ расчетной модели аналитическим способом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет»

Факультет физической культуры и спорта

Кафедра теории и методики гимнастики и информационных

технологий в физической культуре и спорте

Контрольная работа по биомеханике:

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ БИОСИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК» И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЕГО СТАТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ

Выполнил: студент

Группы О-034300-21

Имя Фамилия

Проверил: Дмитриев Олег Борисович

Ижевск, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Фотография спортсмена, название и краткое описание позы

Структурный анализ биосистемы «Человек»

2.1 Обоснования выбора и построение расчетной модели

2.2 Определение масс-геометрических параметров звеньев модели

2.3 Определение ОЦТ модели графическим способом

2.4 Определение ОЦТ модели аналитическим способом

Анализ работы мышц по удержанию статического положения

Исследование устойчивости и определения типа равновесия

Тип дыхания

Качество выполнения двигательного действия

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Биомеханика – это наука, изучающая механическое движение в живых системах

Предмет биомеханики (по Донскому): предмет биомеханики определяется кругом явлений, процессов, закономерностей присущих и связанных с изучаемым объектом познания данной науки.

Объект познания биомеханики – двигательные действия человека как системы взаимосвязанных активных движений и положений его тела.

Предмет учебного курса биомеханики – система активных движений, сохранение положений тела при двигательных действиях.

Движение частей тела человека представляет собой перемещение в пространстве и времени, которые выполняются во многих суставах одновременно и (или) последовательно.

Все движения закономерно объединены в целостное организованное действие, которым человек управляет при помощи мышц.

Задачи биомеханики: общая задача изучения движений состоит в оценке эффективности приложения сил для достижения поставленной цели. Всякое изучение движений в конечном счете направлено на то, чтобы помочь лучше выполнить их.

1)изучить и понять закономерности, лежащие в основе выполнения разных способов движений и действий

2) изучение результатов решения двигательной задачи. Сопоставление движений с их результатами позволяет найти движения, наиболее рациональные для решения поставленной задачи.

3) изучение влияния условий выполнения двигательного действия на способ и результат движения.

ФОТО СПОРТСМЕНА, НАЗВАНИЕ И КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПОЗЫ

Нафотографии спортсмен позирует на камеру. Масса тела на правой ноге, руки прижаты к телу, голова чуть наклонена к левому плечу

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ БИОСИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК»

Обоснованность выбора и построение расчетной модели

Выбор модели исходит из задач курса «биомеханики» и объясняется тем, что поза статическая и для ее удержания задействованы различные мышцы.

Расчетная модель состоит из 14 звеньев. Кости составляют основу стержневого звена. Название и нумерация звеньев соответствует названию частей тела в таблице 1.

Звено определяется от центра одного сустава до центра другого сустава. Звено представляется в виде стержня и обозначается прямой линией. Точки – подвижные соединения. Туловище представляется в виде жесткой стержневой рамы, определяет центры плечевых, тазобедренных суставов. Голову представляем в виде окружности произвольного радиуса. Голова не соединяется с туловищем. Кисти представлены в виде одного звена и изображают в виде стержня или треугольника. Стопа изображена в виде треугольника. Вершина треугольника в центре голеностопного сустава, 2-я вершина – крайняя точка пяточного бугра, 3-я точка – крайняя пальцев стопы.

Определение масс-геометрических параметров звеньев модели.

Алгоритм:

1. Определение абсолютного веса звеньев модели.

2. Измерить длины звеньев моделей.

3. Определить и отмерить центры тяжести звеньев модели.

Общий центр тяжести человека – точка приложения равнодействующей всех сил тяжести всех звеньев тела.

Центр тяжести звена – точка приложения равнодействующей всех сил тяжести каждой элементарной массы этого звена.

1. Определение абсолютного веса звеньев модели (Рис.2). Абсолютный вес звена определяется по среднестатистическим данным относительных весов (таблица 1, колонка 3). Результаты занесены в таблицу

Протокол графических построений:

2. Определение длин звеньев. Измеряется с помощью линейки в мм.

3. Определение центров тяжести звена. Центр тяжести звена (ЦТ) — это точка, к которой приложена сила тяжести и в которой данное тело уравновешивается. Характеризует распределение массы по телу. Центр тяжести – это постоянная величина, может находиться как внутри тела, так и вне тела. Для определения ЦТ звеньев модели человека используются среднестатистические денные относительных величин (таблица 1, колонка 6).

ЦТ головы определяется по внешним антропным признакам человека – между бровями над слуховым отверстием.

№	части тела	отн. вес звена	абс. вес звена	дл. звена	hi отн.	hi абс.
голова	3,8	—	—	—
туловище	23,2	0,44
плечо правое	1,6	0,47	16,5
плечо левое	1,6	0,47
предпл. пр.	1,1	0,42
предпл. левое	1,1	0,42
кисть правая	0,54	—	—
кисть левая	0,54	—	—
бедро правое	6,5	0,44
бедро левое	6,5	0,44
голень правая	2,7	0,42	17,6
голень левая	2,7	0,42
стопа правая	1,1	0,44
стопа левая	1,1	0,44

Определение ОЦТ расчетной модели графическим способом

Алгоритм определения ОЦТ графическим способом:

1. Выбрать два любых произвольных звена. Соединить их центры тяжести прямой линией.

2. Отразить данный шаг в протоколе графических построений по относительным весам. Вычислить сумму относительных весов обратных звеньев.

3. Разбить полученные отрезки на части, количество которых равно сумме относительных весов.

4. Для получения части отрезков составляют обратную пропорцию по отношению к относительным весам и в полученной точке отметить новую точку тяжести.

5. К рассматриваемым звеньям еще раз добавить 1 звено или выбрать 2 новых звена и повторить графические построения.

6. Когда сумма относительных весов будет равна 100% графическое изображение прекращаем. Последняя полученная точка является ОЦТ человека.

7. Каждое звено участвует в графических построениях только один раз.

8. Количество шагов графических построений на единицу меньше количества звеньев.

Протокол графического построения по относительным весам:

Источник

Лабораторная работа № 2 Определение оцт тела человека аналитическим способом.

Задачи:1) рассмотреть основные характеристики вращательного движения: момент силы, плечо силы;

научится находить плечо силы по заданному чертежу, вычислять моменты силы, приложенные к рычагу;

определить положение ОЦТ тела человека по заданной позе сложением моментов сил тяжести звеньев.

Аналитический способ определения ОЦТ основан на сложении моментов сил тяжести по теореме Вариньона: «Сумма моментов сил относительно любого центра равнамоменту суммы этих сил (или равнодействующей) относительно того же центра».

Считаем, что поза задана, а также определены ЦТ всех звеньев и известны их относительные веса. Произвольно выбираем центр (точка 0), относительно которого будем определять моменты сил тяжести. Эту точку можно поставить где угодно, но удобнее поместить ее внизу, слева от чертежа, чтобы все моменты были положительные. Проводим из этой точки взаимно перпендикулярные оси ОХ и ОY. Далее определяем момент тяжести звеньев тела. Так как силы тяжести направлены вертикально вниз, то кратчайшим расстоянием между точкой О и линией действия силы тяжести, например стопы, будет отрезок ОХ1, то есть Х — координата ЦТ стопы. По определению, кратчайшее расстояние между центром момента и линией действия силы является плечом этой силы. Значит, можно считать, что момент силы тяжести относительно точки О по оси Х равенМст = Pi Oi. Таким же образом можно определить моменты сил тяжести остальных звеньев, которые равны произведению относительного веса (Pi) звена на х-координату ЦТ данного звена. В общем виде формула будет иметь вид:

Теперь запишем сумму этих моментов сил по теореме Вариньона:

в левой части уравнения – сумма моментов сил тяжести всех звеньев тела относительно О по оси Х, а в правой – момент их равнодействующей Pi. Из всех величин уравнения неизвестно лишь значение Хо, которое является Х-координатой приложения равнодействующей силыPi, то есть Х-координатой ОЦТ:

Таким же образом подставляя, в уравнение (1) вместо координат Х ЦТ звеньев их координаты Y, находим координатуYoОЦТ всего тела:

Определив координаты точки, легко найти ее местоположение проведя две взаимно перпендикулярные линии из точек Хо и Yo, на их пересечении будет находится точка ОЦТ человека.Заполните таблицу 2 и определите ОЦТ по заданной позе.

Источник

Аналитический способ определения оцт

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОЦТ ТЕЛА АНАЛИТИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

Цель работы . Овладеть аналитическим способом определения положения ОЦТ системы тел.

Исходные данные. Промер фазы физического упражнения. Масса тела человека.

Ход работы. 1 . Заготовить 3 бланка таблицы расчета положения ОЦТ тела.

2. Во всех таблицах заполнить графы 1, 2 и 5. Значения относительных весов и относительных радиусов центров тяжести звеньев тела взять из приложения 1.

3. Рассчитать абсолютные веса звеньев тела:

где m – масса тела испытуемого. Результаты записать в гр. 3.

4. Измерить на промере длины звеньев тела (кроме головы и кистей рук). Данные записать в гр. 4.

5. Рассчитать величины радиусов центров тяжести звеньев тела на промере:

где l – длина звена. Результаты записать в гр. 6.

6. Отметить центры тяжести звеньев тела на промере.

7. Определить координаты центров тяжести звеньев тела на промере, включая голову и кисти рук. Данные записать в графы 7 и 9.

8. Рассчитать моменты силы тяжести (р х и р y ) звеньев тела, перемножив соответствующие строки граф 3 и 7, 3 и 9. Результаты записывать в гр. 8 и 10 соответственно.

9 Рассчитать суммы моментов силы тяжести (Σр х и Σр y ).

10. Рассчитать координаты ОЦТ тела, используя выражение 3.1.1. Отметить положение ОЦТ тела на промере.

11. Повторить п.п. 4-10 для остальных кадров промера.

Пример. Дано: координаты опорных точек (табл. 3.1.1), масса тела 45 кг. Построить схему тела. Определить положение ОЦТ тела.

Таблица 3.1.1

Координаты опорных точек, мм

Расчет координат ОЦТ

Р = 45 кг. Σр х = 2670,75 кг мм; Σр y = 1085,85 кг мм.

Значения относительных весов тела (Р_отн., %) и относительных радиусов центров тяжести ( R _цт.отн. ) взяты из приложения 1. Например, для бедра это соответственно 12% и 0,44 от проксимального конца. Тогда абсолютный вес бедра равен 5,40 кг. Длина правого бедра на промере ( l ) равна 27 мм. Значит расстояние от тазобедренного сустава до ЦТ бедра равно 12 мм (27х0,44 = 12). Ставим отметку на оси правого бедра на расстоянии 12 мм от тазобедренного сустава. Координаты этой отметки (ЦТ правого бедра): Х = 71 мм, Y = 11 мм. Далее рассчитываем моменты силы тяжести по оси Х : р х =5,40х71=383,40 (кг мм); и по оси Y : р y =5,40х11=59,40 (кг мм).

Рассчитываем суммы моментов сил тяжести звеньев тела: Σр х = 94,50 + . + 96,30 = 2670,75 (кг мм); Σр y = 141,75 + . + 4,50 = 1085,85 (кг мм).

Рассчитываем координаты ОЦТ тела: Х =2760,75/45=59 (мм), Y =1085,85/ 45 = 24 (мм).

Источник

Биомеханика центр тяжести

Автор: Пользователь скрыл имя, 11 Мая 2012 в 08:45, контрольная работа

Описание работы

Определение положения общего центра тяжести тела аналитическим способом.
Основные задачи: 1) научиться определять положение центров тяжести звеньев (ЦТ);
2) научиться определять положение общего центра тяжести тела (ОЦТ).

Работа содержит 1 файл

контрольная биомеханика.doc

Определение положения общего центра тяжести тела аналитическим способом.

Основные задачи: 1) научиться определять положение центров тяжести звеньев (ЦТ);

2) научиться определять положение общего центра тяжести тела (ОЦТ).

Центр масс твердого тела является вполне определенной фиксированной точкой, не изменяющей своего положения относительно тела. Центр масс системы тел (тело человека – биомеханическая система, состоящая из звеньев) может менять свое положение, если изменяются расстояния между точками этой системы.

В биомеханике различают центры масс отдельных звеньев тела (например, голени или предплечья) и центр масс всего тела.
Центр тяжести звена — это воображаемая точка, к которой приложена равнодействующая сил тяжести всех частиц звена. Моменты всех сил тяжести эвена относительно его ЦТ взаимно уравновешиваются, их сумма равна нулю. Отсюда вытекают два способа определения положения ОЦТ двух и более звеньев: а) графический — сложением сил тяжести и б) аналитический — сложением моментов сил тяжести. Зная вес звеньев и радиусы центров их тяжести, можно приближенно определить положение ОЦТ всего тела.

Опытным путем (О. Фишер, Н.А. Бернштейн) были определены средние данные о весе звеньев тела и положении их центров тяжести. Если принять вес тела за 100%, то вес каждого звена может быть выражен в относительных единицах (%). При выполнении расчетов не обязательно знать ни вес всего тела, ни каждого его звена в абсолютных единицах.

Центры тяжести звеньев определены или по анатомическим ориентирам (голова, кисть), или по относительному расстоянию ЦТ от проксимального сустава (радиус центра тяжести — часть всей длины конечностей), или по пропорции (туловище, стопа).

При учебных расчетах принято считать относительный вес головы равным 7% веса всего тела, туловища — 43, плеча — 3, предплечья — 2, кисти — 1, бедра — 12, голени — 5, стопы — 2.

Центр тяжести звена определяют по расстоянию от него до оси проксимального сустава — по радиусу центра тяжести. Его выражают относительно длины всего звена, принятой за единицу, считая от проксимального сочленения (проксимальный конец – расположенный ближе к началу звена). Для бедра он составляет приближенно 0,44; для голени — 0,42; для плеча — 0,47; для предплечья — 0,42; для туловища — 0,44 (отмеряют расстояние от поперечной оси плечевых суставов до оси тазобедренных суставов). Центр тяжести головы расположен в области турецкого седла клиновидной кости (проекция спереди на поверхность головы — между бровями, сбоку — на 3-3,5 см выше наружного слухового прохода). Центр тяжести кисти расположен в области головки третьей пястной кости, центр тяжести стопы — на прямой, соединяющей пяточный бугор пяточной кости с концом второго пальца, на расстоянии 0,44 от первой точки.

Общий центр тяжести всего тела — это воображаемая точка, к которой приложена равнодействующая сил тяжести всех звеньев тела. У человека, стоящего в основной стойке, горизонтальная плоскость, проходящая через ОЦМ, находится примерно на уровне второго крестцового позвонка. В положении лежа ОЦМ смещается в сторону головы примерно на 1%; у женщин он расположен в среднем на 1-2% ниже, чем у мужчин; у детей-дошкольников он существенно выше, чем у взрослых (например, у годовалых детей в среднем на 15%).

При изменении позы ОЦМ тела, естественно, смещается и в некоторых случаях, в частности при наклонах вперед и назад, может находиться вне тела человека.

Чтобы определить положение ОЦМ тела, используют либо экспериментальные, либо расчетные методы.

Аналитический способ определения ОЦТ основан на сложении моментов сил тяжести по теореме Вариньона: “Сумма моментов сил относительно любого центра равна моменту суммы этих сил (или равнодействующей) относительно того же центра”.

Когда поза задана, а также определены ЦТ всех звеньев тела и известны их относительные веса произвольно выбирают центр (точка О), относительно которого будут определять моменты сил тяжести. Эту точку можно поставить где угодно, но удобнее поместить ее внизу, слева от чертежа, чтобы все моменты были положительные.

Проводят из этой точки взаимно перпендикулярные оси ОХ и ОУ. Далее определяют момент сил тяжести звеньев тела. Так как силы тяжести направлены вертикально вниз, то кратчайшим расстоянием между точкой О и линией действия силы тяжести, например, стопы, будет являться отрезок Ох1, то есть х1 — координата ЦТ стопы.

По определению, кратчайшее расстояние между центром момента и линией действия силы является плечом этой силы. Значит, можно считать, что момент силы тяжести стопы относительно точки О по оси Х равен Мст = Р1  Ох1 .

Таким же образом можно определить моменты сил тяжести остальных звеньев, которые равны произведению относительного веса (Рзв.) звена на х-координату ЦТ данного звена. В общем виде формула будет иметь вид:

Мзвена = Рзвена  хзвена .

Теперь запишем сумму этих моментов сил по теореме Вариньона:

Р1х1 + Р2х2 + . + Рnхn = (Р1 + Р2 + . + Рn)  Х , или

В левой части уравнения — сумма моментов сил тяжести всех звеньев тела относительно О по оси Х, а в правой — момент их равнодействующей Рi

Из всех величин уравнения неизвестно лишь значение Х, которое является х-координатой приложения равнодействующей силы Рi , то есть х-координатой ОЦТ.

Из (1) определяем:

Таким же способом, подставляя в уравнение (13) вместо координат х ЦТ звеньев их координаты у, находим координату У ОЦТ всего тела:

Определив координаты точки, легко найти ее местоположение, проведя две взаимно перпендикулярные линии из точек Х и У. Таким образом, определена и точка ОЦТ тела человека.

Приступим к расчетам для определения положения общего центра тяжести тела.

1.Перечертим схематическое положение. Определим длину звеньев тела на БСС.

Линейкой измерим длину каждого звена и запишем результаты (в мм) в колонку № 2 (См. табл. 2).

2. Определим центры тяжести звеньев.

Центры тяжести головы и туловища определяют по анатомическим ориентирам.

Для определения местоположения ЦТ остальных звеньев пользуются данными радиусов центров тяжести (k).

Источник