Визначення положення загального центру тяжіння тіла людини розрахунковим методом.

Мета роботи: засвоєння студентами розрахункового методу визначення загального центру тяжіння (ЗЦТ) тіла людини з використанням теореми Вариньона.

Знання та практичні навики, які одержує студент при виконанні роботи:

- вміння використовувати статистичні дані про геометрію мас тіла людини на практиці;

- вміння проводити розрахунки положень центрів тяжіння та вагу окремих сегментів тіла людини;

- практичні навики використання теореми Вариньона для аналітичного визначення загального центру тяжіння тіла людини.

Короткі теоретичні відомості та методика експерименту:

Відомості про положення загального центру тяжіння (ЗЦТ) тіла людини необхідні для рішення задач механіки рухів, зв`язаних зі збереженням рівноваги та визначення ступеня стійкості тіла. Визначення положення загального центру тяжіння є важливим не тільки для біостатики, але і для біокінематики та біодинаміки. Описання траєкторії руху ЗЦТ людини у процесі виконання рухової дії дозволяє отримувати дані про переміщення тіла у просторі та дію на неї зовнішніх сил, що дає можливість визначити такі характеристики як механічна робота, потужність, механічна енергія тощо. В деяких випадках можна судити про рівень ефективності та засвоєнності виконання певної рухової дії.

Існують експериментальні, розрахункові та графічні методи визначення координат ЗЦТ тіла людини у фіксованій позі.

Загальним центром тяжіння тіла людини називають уявну точку прикладання рівнодійної всіх сил тяжіння, що діють на нього. Розташування ЗЦТ визначається багатьма чинниками: анатомо-фізіологічними особливостями тіла людини, статтю, віком, позою, спортивною спеціалізацією і т.п. Загальний центр тяжіння тіла людини практично співпадає з центром мас, тому його також можна вважати центром мас та центром інерції тіла людини.

Аналітичний (розрахунковий) метод визначення ЗЦТ ґрунтується на використанні статистичних даних про геометрію мас тіла людини. Ці дані визначають зв`язок між масами окремих сегментів тіла людини з її загальною масою та положення центрів тяжіння біоланок з загальною довжиною відповідної ланки. Користуючись цими даними і теоремою Вариньона

Рис.1. Фотограма для визначення загального центру тяжіння тіла людини у сагітальній площині.

проте, що момент рівнодійної сили відносно певної осі дорівнює алгебраїчній сумі моментів всіх сил відносно тієї ж осі:

; ,

де і - координати загального центру тяжіння тіла у системі відліку OXY; і - координати центрів тяжіння (ЦТ) окремих ланок тіла людини у тій же системі відліку; - загальна вага тіла людини; - вага окремих ланок тіла, можна обрахувати координати ЗЦТ тіла людини, що знаходиться у фіксованій позі.

Завдання:

1.Сфотографувати досліджуваного у необхідній площині відповідно до поставленої задачі (у кадрі встановлюється масштабна рейка; див. Рис.1);

2.На фотограмі провести систему плоских декартових координат OXY;

3.За анатомічними та антропометричними орієнтирами на фотограмі помітити точки центрів суглобів та точки центрів тяжіння голови і кистей;

4.Підготувати таблицю для результатів розрахунку:

№ п/п	Біоланка тіла	Відносна вага ланки ,%	, Н	,мм	Відстань від проксимального кінця до ЦТ ланки, мм	, мм	,	, мм	,
	Голова				-
	Тулуб				0,44
	Плече праве				0,47
	Плече ліве				0,47
	Передпліччя праве				0,42
	Передпліччя ліве				0,42
	Кисть права				-
	Кисть ліва				-
	Стегно праве				0,44
	Стегно ліве				0,44
	Гомілка права				0,42
	Гомілка ліва				0,42
	Стопа права				0,44
	Стопа ліва				0,44

5.Визначити вагу кожної біоланки тіла по формулі: ,тут - відносне значення ваги ланки (табл.);

6.На фотограмі виміряти довжини всіх біоланок у мм (крім голови і кисті) від проксимального до дистального суглоба;

7.Визначити центр тяжіння (ЦТ) кожної біоланки (для цього довжину біоланки (мм) помножити на відносну відстань його ЦТ від проксимального кінця (графа 5 на графу 6), а отриману відстань відкласти на фотограмі від проксимального кінця і позначити точкою);

8.Виміряти лінійкою на фотограмі координати відповідних ЦТ і занести в таблицю;

9.Обчислити моменти сил тяжіння кожної біоланки відносно абсциси і ординати;

10.Знайти суми моментів сил тяжіння всіх біоланок відносно відповідних осей;

11.Визначити координати загального центру тяжіння тіла людини за формулами: і ;

12.Знайдені координати ЗЦТ перенести на фотограму і дати анатомічну і біомеханічну оцінку положення тіла людини і місця розташування ЗЦТ.

13.Отримані в процесі роботи результати оформити у вигляді звіту, який повинен включати:

- точну назву, мету і завдання роботи;

- короткі теоретичні відомості та порядок виконання роботи;

- таблицю з результатами вимірів і розрахунків;

- фотограму або біокінематичну схему пози людини з позначеними антропометричними точками ЦТ біоланок та ЗЦТ

Контрольні питання:

1Що називають загальним центром тяжіння тіла людини?

2.Сформулюйте теорему Вариньона.

3.Як визначається момент сили тяжіння елементів тіла людини відносно координатних осей вибраної системи відліку?

4.Що таке відносна вага елемента тіла людини?

5.Як визначається положення центру тяжіння елемента тіла людини?

6.Від чого залежить положення ЗЦТ тіла людини?

7.Для чого потрібно визначати положення ЗЦТ тіла людини?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

Дата добавления: 2015-07-11