BADANIE PRZEBIEGU SIŁY REAKCJI PODŁOśA
PODCZAS WYSKOKÓW
I. Wprowadzenie do badania sił reakcji podłoŜa.
Badania statyczne i dynamiczne reakcji podłoŜa przy pomocy platform oraz odmiennych
systemów, są bardzo szeroko stosowane w biomechanice. Pierwsze obserwacje rejestracji sił
nacisku na podłoŜu oraz pionowego przyspieszenia głowy wykonał w 1886 r. E.Marey.
W latach 1916- 1923 J.Amar opublikował wyniki badań dwóch składowych sił reakcji
podłoŜa, dokonanych na platformie sił z gumowymi czujnikami.
W 1930 r. W.O.Fenn skonstruował i zastosował platformę siły ze spręŜonymi czujnikami, do
pomiarów poziomych sił reakcji.
MoŜliwości dynamiczne układu ruchu człowieka mogą być oceniane przez rozpatrywanie sił
wewn. i zewn. działających na ciało. Podczas ruchów zapoczątkowanych na podłoŜu, zgodnie
z III zasadą dynamiki Newtona, siła reakcji podłoŜa równa jest sile akcji ciała człowieka, ale
o przeciwnym kierunku i zwrocie. Składową pionową siły akcji tworzy siła cięŜkości G= mg
i siła bezwładności F
i
= ma
i
związana z niejednostajnym ruchem ciała. Siła reakcji podłoŜa
jest więc zaleŜna od aktywności ciała.
Podczas stania na podłoŜu w miejscu, siłę akcji stanowi tylko siła cięŜkości, czyli
R = G
W fazie związanej z aktywnym obniŜeniem środka cięŜkości ciała i wymachem kończyn
występuje siła bezwładności skierowana ku górze , a więc nacisk na podłoŜe maleje. Jest to
faza odciąŜenia, w której R = G - Fi . Zmiana przyspieszenia na zwrot przeciwny wywoła siłę
bezwładności o zwrocie zgodnym z siłą cięŜkości i siła reakcji wzrośnie R = G + Fi.
Charakterystyki rozwijanych sił reakcji są decydującym czynnikiem wpływającym na wynik
w wielu dyscyplinach sportowych. MoŜna więc powiedzieć Ŝe platforma dynamometryczna
powinna być podstawowym urządzeniem pomiarowym w sporcie. W najnowocześniejszych
platformach wykorzystuje się zjawisko piezoelektryczne i oprócz trzech składowych sił
reakcji mierzy się trzy składowe momentów.
II.Opis i przebieg badania sił reakcji podłoŜa.
Stanowisko do pomiaru sił reakcji składa się z następujących urządzeń:
•
platformy dynamometrycznej,
•
przetwornika siła – napięcie,
•
rejestratora albo dodatkowo z przetwornika sygnału analogowego na cyfrowy A/C,
•
komputera,
•
rejestratora.
Wymienione wyŜej urządzenia pomiarowe pozwoliły nam na zarejestrowanie w formie
krzywej zmian przebiegu sił reakcji podłoŜa.
Ciało badanego znajdowało się ( na początku ) w bezruchu ( statyka ), wartość reakcji
podłoŜa równa się cięŜarowi ciała. Następnie rozpoczyna się faza zamachu z wymachem
kończyn górnych w tył i obniŜeniem środka cięŜkości ciała. Na początku tej fazy
przyspieszenie środka cięŜkości (SC) skierowane jest do dołu, co powoduje działanie siły
bezwładności skierowanej do góry – nacisk na podłoŜe maleje. Moment ten nazywamy
odciąŜeniem, a pisak (komputer) rejestruje wartość siły mniejszą od cięŜaru ciała. Zmiana
kierunku przyspieszenia na dodatnie (skierowane od podłoŜa) rozpoczyna się w chwili
rozpoczęcia hamowania przysiadu. W tym momencie następuje zmiana kierunku działania
siły bezwładności Fi, która sumując się z cięŜarem ciała powoduje zwiększenie reakcji
podłoŜa R. U wytrenowanych osobników wartość przeciąŜenia podłoŜa moŜe dochodzić do
czterokrotnej wartości cięŜaru ciała.
Celem badania było:
•
zapoznanie się z przebiegiem w czasie siły reakcji podłoŜa i jej związkiem z
działaniem siły bezwładności.
•
wyliczenie impulsu siły powodującego prędkość wylotu środka cięŜkości (SC)
badanej osoby i wykreślenie na tej podstawie wysokości wyskoku.
III. Opracowanie wyników pomiarowych.
Charakterystyka osoby badanej;
Daniel Lewandowski
lat: 22; wzrost: 182 cm; masa ciała: 84 kg trenował piłkę ręczną
Pole duŜe (P
2
) = 2384 mm
Pole małe (P
1
) = 601 mm
Pole c = P
2
– P
1
= 2384 – 601 = 1783
1.
wyznaczam podziałkę dla wartości xt :
xt – czas przypadający na 1 mm = 0,009 s
2.
wyznaczam podziałkę dla wartości yR:
y R = G : h = mg : h = 13,3 (N/mm)
3.
obliczanie podziałki dla impulsu siły (Ft) na 1 mm :
Ft = Pc * xt * yR
Ft = 213,4
4.
obliczam prędkość odbicia od platformy:
Ft = m V
V = Ft : m
V = 2,54 m/s
5.
obliczam na jaką wysokość w czasie wysiłku został uniesiony środek cięŜkości:
h = V : 2g
h = 0,323 m
6.
obliczam pracę
W = Fs
W = mgh
W = 84 kg * 10 m/s * 0.323 m = 271,3 (J)
7.
obliczam energię kinetyczną:
E
k
= mV : 2 = 271 (J)
8.
obliczam czas podczas zamachu
t
zamachu
= 92 mm * 0,009 = 0,828 s
9.
obliczam czas podczas odbicia
t
odbicia
= 28 mm * 0,009 = 0,252 s
10.
obliczam średnią moc:
Pśr = W : t
odbicia
= 1076,6
Niestety, ze względu na fakt, iŜ na wykresie nie jest zaznaczona faza po odbiciu, nie moŜna
było obliczyć czasu lotu.
IV. Ocena błędu pomiarowego:
Błędy pomiarowe mogą być spowodowane przez:
•
wadliwe działanie urządzeń pomiarowych,
•
przeniesienie rąk w tył podczas obniŜenia środka cięŜkości (powstają wtedy zbędne
przyruchy, powodujące niedokładność na wykresie sił reakcji podłoŜa),
•
pomyłki obliczeniowe.
Poza tym pewną niedogodnością przy rejestracji wysokości wyskoku na platformach jest
potrzeba rozpoczynania próby z pozycji statycznej. Zastosowana wysokiej klasy aparatura
pomiarowa jest obciąŜona błędem związanym z działaniem przetwornika analogowo-
cyfrowego. Według G.Bartosiewicza błąd pomiarowy siły reakcji podłoŜa dla
ośmiobitowego przetwornika A/C powoduje błąd oceny:
•
prędkości maksymalnej V – około 2,3%,
•
wysokości wyniesienia środka cięŜkości h – około 4,5%,
•
mocy maksymalnej P – około 3,3%.
V. Podsumowanie:
Na ogół trening o charakterze siłowym wpływa na wyŜszy wzrost skoczności niŜ trening
szybkościowy, natomiast na moc kończyn oba typy treningów wpływają podobnie.
Dokładnej analizie moŜna poddać parametry wyskoku pionowego, związane z techniką
wyskoku i koordynacją ruchową.
Platformę tensometryczną wykorzystuje się do analizy techniki odbicia w róŜnych
dyscyplinach sportowych, takich jak gimnastyka, lekka atletyka (skoki, rzuty, start niski,
biegi). Metodę rejestracji dynamiki siły moŜna zastosować w urządzeniach, w które uda się
wbudować czujniki tensometryczne (wiosło, dulka wioślarska, worek bokserski itp..).
VI. Bibliografia:
1.
K.Fidelus: Przewodnik do ćwiczeń z teorii sportu.
2.
A.Jurczak, T.Ruchlewicz: Zmienność parametrów biomechanicznych wyskoku
dosięŜnego w procesie ontogenezy. W: Ogólnopolska Konferencja Biomechaniki.
Materiały. Gdańsk 1990.
3.
S.Kornecki, T.Bober: Systematyzacja biomechanicznych metod badania techniki
ruchu. Zeszyty naukowe AWF Wrocław 1989 nr 49.
4.
W.Musiał, M.Wychowański, A.Martyn, A.K.Gajewski, K.Wierzyńska-Starosta:
Pomiar mocy w ocenie cech fizycznych. Sport Wyczynowy1989 nr 6.
