- •По биомеханике
- •Введение
- •Лабораторная работа 1.1 скоростная видеосъемка спортивного движения
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •2. Подготовка места съемки:
- •3. Подготовка исполнителя.
- •4. Подготовка аппаратуры:
- •5. Настройка камеры:
- •6. Выполнение съемки.
- •7. Просмотр записи:
- •8. Сохранение материалов:
- •В физическом упражнении
- •Порядок выполнения работы
- •1. Подготовка материала к работе.
- •2. Определение положения оцт.
- •3. Построение траектории.
- •Лабораторная работа 1.3 определение скоростей и ускорения оцт тела
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Построение таблицы «Координаты оцт» тела спортсмена в физическом упражнении.
- •2. Определение скоростей и ускорений оцт тела спортсмена.
- •Тематика вопросов для собеседования
- •Программа ориентации тела спортсмена в физическом упражнении
- •Определение ориентации продольной оси тела спортсмена
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Определение центра тяжести нижней половины тела.
- •2. Построение продольной оси тела.
- •3. Определение ориентации продольной оси тела спортсмена.
- •Лабораторная работа 2.2 определение угловых скоростей и ускорений тела спортсмена
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Определение угловых скоростей и ускорений.
- •2. Построение графиков зависимости угловой скорости и ускорения от времени.
- •Тематика вопросов для собеседования
- •Порядок выполнения работы
- •1. Подготовка файла «Изменение позы тела спортсмена» в формате Photoshop cs4.
- •2. Описание поз тела спортсмена в граничных моментах фаз физического упражнения.
- •Теоретические сведения
- •450 Град/с.
- •Порядок выполнения работы
- •1. Описание изменений позы при переходе между граничными положениями первой фазы анализируемого двигательного действия.
- •2. Описание изменения позы при переходе между граничными положениями второй и последующих фаз анализируемого двигательного действия.
- •3. Определение закона изменения позы в первой фазе анализируемого двигательного действия.
- •4. Анализ изменений позы в рассматриваемой фазе двигательного действия.
- •Тематика вопросов для собеседования
- •Динамика физических упражнений
- •Порядок выполнения работы
- •1. Определение силы реакции опоры
- •3. Анализ внешних сил и моментов сил, действующих на тело спортсмена при выполнении физического упражнения.
- •Тематика вопросов для собеседования
- •Инерционные характеристики тела спортсмена в физическом упражнении
- •1. Подготовка материалов и программ для определения моментов инерции тела спортсмена в физическом упражнении.
- •2. Определение массы звеньев тела (mi) в килограммах.
- •3. Определение длины звеньев тела спортсмена выполняющего анализируемое упражнение.
- •4. Определение расстояний до центров тяжести звеньев тела спортсмена в единицах измерения программы Adobe Photoshop.
- •5. Обозначение цт звеньев тела спортсмена на изображении слоя.
- •6. Измерение в метрах расстояния (Ri) от цт каждого звена до оцт тела.
- •7. Расчет искомых характеристик Excel выполнит автоматически, проведите анализ формул использованных для получения показателей:
- •10. Построение графика «Изменение момента инерции тела в физическом упражнении».
- •11. Построение сглаженной кривой изменения момента инерции на графике.
- •12. Анализ моментов инерции тела спортсмена при выполнении физического упражнения.
- •Тематика вопросов для собеседования
- •Определение энергетических характеристик движения
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Подготовка материалов и программ для выполнения работы.
- •2. Определение поступательной кинетической энергии звеньев тела спортсмена.
- •3. Определение вращательной составляющей кинетической энергии звеньев тела спортсмена.
- •4. Определение полной кинетической энергии тела спортсмена.
- •5. Определение потенциальной энергии звеньев тела в фазах физического упражнения.
- •Тематика вопросов для собеседования
3. Построение траектории.
3.1. Сделать видимым первый кадр видеограммы, убирая флажки в виде глаза в окне «Слои» во всех остальных кадрах видеограммы.
3.2. Активировать первый кадр щелчком мыши справа от его изображения в окне «Слои».
3.3. Установив флажок в форме глаза на второй кадр видеограммы, сделать его видимым.
3.4. Активировать инструмент «Кисть», навести курсор на ОЦТ второго кадра и щелчком мыши нанести изображение ОЦТ. Это изображение попадет на первый кадр, поскольку он активизирован в данный момент.
3.5. Проделать операции, описанные в п. 3.3 – 3.4 для остальных кадров видеограммы. Меняйте цвет кисти при изменении фазы упражнения.
3.6. Сделать видимым первый кадр видеограммы (убирать флажки в виде глаза свыше расположенных слоев), на котором проявится изображение траектории. В различных фазах упражнения траектория будет окрашена в свой цвет.
3.7. Сохранить полученный видеоматериал (используя функцию Adobe Photoshop CS4 «Сохранить как») в папке «Программа места» (диск D/Биомеханика/Студент/Группа/Ф.И.О.) под названием «Траектория ОЦТ тела спортсмена».
Лабораторная работа 1.3 определение скоростей и ускорения оцт тела
Цель занятия: овладеть методами графоаналитического определения скоростей и ускорений ОЦТ тела спортсмена в исследуемой фазе упражнения.
Теоретические сведения
При определении программы места наряду с траекторией движения ОЦТ (см. Л.р. 1.2) анализируются такие характеристики движения указанной точки, как скорость и ускорение.
Скорость ОЦТ тела – физическая величина показывающая, насколько быстро изменяется его положение в пространстве с течением времени.
Это определение качественное. Для того чтобы получить количественное соотношение, определяющее скорость, иными словами, чтобы получить формулу для вычисления скорости, необходимо вспомнить определения пути и перемещения.
Путь – расстояние, проходимое точкой вдоль траектории.
Как правило, путь обозначается буквой S. Несложно заметить, что путь является скалярной величиной. Действительно, независимо от того, переместились ли мы по траектории из точки A в точку B, или наоборот, пройденный путь будет одним и тем же и будет выражаться одним и тем же числом.
Перемещение – отрезок прямой, соединяющий начальное и конечное положения точки на траектории. Перемещение, обозначаемое ΔS, – величина векторная. Действительно, перемещение из A в B и перемещение из B в A – совсем не одно и то же. При одной и той же длине этих перемещений направления у них противоположные.
Путь S и названные перемещения показаны на рис. 1.3.1.
Рис. 1.3.1
Путь и модуль перемещения совпадают только в том случае, когда движение происходит по прямой линии. Пусть этой прямой линией будет ось Ox.
Рассмотрение материала начнем именно с этого простейшего случая (рис.1.3.2).
Рис. 1.3.2
Итак, ОЦТ тела движется прямолинейно вдоль оси Ox и в моменты времени t1 и t2 имеет координаты (x1,0) и (x2,0), соответственно. Тогда величина скорости ОЦТ тела определяется по формуле:
V , (1.3.1)
где Δs = Δх = x2 – x1 есть перемещение ОЦТ тела; Δt = t2 – t1 есть промежуток времени, затраченный на его перемещение.
Формула (1.3.1) точна лишь при условии неизменности скорости на всем перемещении Δs. Практически же движение ОЦТ тела между точками, имеющими координаты (x1,0) и (x2,0), может происходить по-разному: или сначала быстро, а затем медленно; или первоначально медленно, а затем быстро; или еще каким-либо образом.
Для приближенной оценки величины изменяющейся скорости можно воспользоваться формулой (1.3.1). Однако полученное в этом случае значение скорости является величиной усредненной, относительно которой колеблется истинная скорость ОЦТ тела, перемещающегося между точками с координатами (x1,0) и (x2,0). Поэтому переменную по величине скорость V, определяемую по формуле (1.3.1), называют средней скоростью.
Очевидно, что в случае переменной скорости точность ее определения тем выше, чем меньше промежуток времени Δt, так как при очень малых значениях этого промежутка скорость не успевает измениться. В связи с этим наиболее точно скорость определяется для бесконечно малого промежутка времени Δt, стремящегося к нулю. В этом случае мы имеем дело с так называемой мгновенной скоростью:
Vмгн. (1.3.2)
Нетрудно видеть, что (1.3.2) представляет собой производную от пути по времени (сравните с формулой (*), с.12, определяющей производную от функции y по аргументу x).
В общем случае, когда ОЦТ движется по произвольной траектории, положения ОЦТ тела в моменты времени t1 и t2 характеризуются точками с координатами (x1, y1) и (x2, y2), соответственно. Формулы (1.3.1) и (1.3.2) остаются справедливыми, но перемещение Δs определяется по формуле:
Δs = , где Δx = x2 – x1, Δy = y2 – y1 (см. рис.1.3.3).
Рис.1.3.3
Единицей измерения скорости является м/с.
Ускорение ОЦТ тела – физическая величина показывающая, насколько быстро изменяется его скорость (V) с течением времени.
Количественно ускорение (а) определяется по формуле:
a= , (1.3.3)
где ΔV = V2 – V1 – изменение скорости ОЦТ тела в процессе перемещения ОЦТ из точки с координатами (x1,y1) в точку с координатами (x2,y2); Δt = t2 – t1 – промежуток времени, затраченный на перемещение ОЦТ тела, V1 и V2 – скорости ОЦТ тела в точках, соответственно (x1,y1) и (x2,y2).
Формула 1.3.3 позволяет точно определить величину ускорения, неизменного в процессе перемещения ОЦТ тела между точками с координатами (x1,y1) и (x2,y2).
Аналогично понятиям средней и мгновенной скорости вводятся понятия среднего и мгновенного ускорения. Мгновенное ускорение определяется для случая ускорения, изменяющегося по величине. Оно отличается от среднего ускорения величиной промежутка времени Δt, за который произошло изменение скорости ΔV. В случае среднего ускорения промежуток Δt имеет некоторое конечное значение, а в случае мгновенного ускорения он бесконечно мал. Среднее ускорение можно определить по формуле (1.3.3), а мгновенное ускорение – по формуле:
амгн. (1.3.4)
Единицей измерения ускорения является м/с2.
Рассматриваемые в данной лабораторной работе физические величины: перемещение, скорость и ускорение, как уже отмечалось, являются векторными величинами, так как каждая из них характеризуется не только своим значением, но и направлением, то есть не одним, а двумя параметрами. В процессе биомеханического исследования над векторами приходится выполнять те или иные операции. Так, при нахождении скорости (формула (1.3.1)) вектор Δs делился на константу Δt, а при нахождении ускорения разность векторов V2 – V1 делилась на эту же константу. Рассмотрим теперь более подробно способы выполнения операций над векторами.
Перечисленные выше (см. с. 11) арифметические операции над векторами: сложение и вычитание, умножение и деление на постоянное число могут выполняться двояко: 1) традиционно, т.е. без использования компьютера и 2) с использованием стандартных компьютерных процедур.
Сложение и вычитание векторов.
Традиционный способ (правило параллелограмма).
Сложение и вычитание векторов на плоскости (например, векторов скоростей V1 и V2) по правилу параллелограмма производится так. Один из указанных векторов (например, V1) следует переместить в плоскости чертежа (рис. 1.3.4) параллельно самому себе до совмещения его начала с началом второго вектора.
Полученную таким образом фигуру необходимо достроить до параллелограмма (АВСЕ на рис. 1.3.4). Диагональ АС этого параллелограмма будет суммой векторов V1 и V2, а диагональ ВЕ – разностью V2 и V1.
Рис.1.3.4
2) Компьютерные процедуры операций сложения и вычитания векторов основаны на представлении векторов наборами проекций на оси координат и выполняются покоординатно. Естественно, что результирующий вектор также будет представлен набором своих проекций на координатные оси. Полученный результат, в случае необходимости, легко представим в виде геометрического вектора (рис. 1.3.5).
Рис.1.3.5
Примечание. В случае отсутствия компьютерной поддержки данный алгоритм может использоваться вручную как альтернатива правилу параллелограмма.
Умножение и деление вектора на постоянное число.
1) Умножение вектора (например, V1, рис. 1.3.6) на некоторое постоянное число (С) традиционно производится так: число V1 (модуль вектора V1) умножается на C, затем строится вектор длины V1·C, при этом, если C > 0, то направление вектора V1·C совпадает с направлением вектора V1, а если C < 0, то оно является противоположным направлению вектора V1. Отметим также, что, если │C│>1, то длина вектора V1·C увеличивается в C раз по сравнению с длиной V1, если же │C│<1, то она уменьшается в 1/C раз. Операция деления отдельно не рассматривается, так как деление на C равносильно умножению на 1/C. (На рис.1.3.6 даны вектор V1 и векторы V1·C, где C=2, -2, 1/2, -1/2)
Рис.1.3.6
2) При координатном задании вектора операции умножения и деления его на постоянное число C выполняются покоординатно (см. с.11). В случае необходимости строится результирующий вектор.
Описанные алгоритмы работы с векторами позволяют рассчитать и в случае необходимости вручную построить векторы скоростей и ускорения ОЦТ тела спортсмена. Необходимо только помнить, что направление скорости всегда совпадает с направлением движения. Для прямолинейного движения ускорение совпадает по направлению с вектором скорости, если движение ускоренное, т. е. V2 > V1, и направлено в противоположную сторону, если движение замедленное, т. е. V2 < V1. Отметим также, что если используются приближенные формулы (1.3.1) и (1.3.3), то есть интервалы Δt, Δs, ΔV – конечные, векторы скоростей и ускорения должны исходить из начала вектора перемещения.