Biomehanika / лабораторн_ б_омехан_ка / лабораторна 4

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4.

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЧНОЇ РОБОТИ М’ЯЗІВ Мета роботи: навчитися визначати механічну ефективність роботи м’язів методом непрямої респіраторної калориметрії.

Технічні умови: для проведення дослідження потрібно мати велоергометр або тредміл, спірограф, затискач носу, вату, спирт.

Теоретичне обґрунтування.

Зовнішню, механічну, роботу м’яз виконує розвиваючи напруження та скорочуючись. При цьому він витрачає певну кількість енергії. Загальні витрати енергії (Е) під час роботи дорівнюють витратам енергії, що були використані на корисну механічну роботу (W) і на утворення тепла (Н) – Е=W+Н. Яка ж частина енергії спрямовується на виконання механічної роботи, а яка втрачається у вигляді тепла? Про це можна говорити за величиною коефіцієнта корисної дії (ККД). Під ККД розуміють відношення величини виконаної зовнішньої роботи (в калоріях) до загальних витрат енергії, витраченої на цю роботу: ККД=(W / Е) × 100%.

ККД може становити у людини 25-30%. Це говорить про те, що лише четверта або третя частина всіх енерговитрат м’яза використовується на виконання механічної роботи, а решта ¾ або ²/₃ витраченої енергії втрачається у вигляді тепла.

При фізичній роботі ККД може змінюватися в залежності від величини навантаження і швидкості м’язового укорочення.

У межах цього (25-30%) ККД кожна механічна робота може виконуватися з більшою або меншою економічністю. За кращої економічності рухів витрати механічної енергії більш раціональні і використовуються переважно на виконання конкретної роботи. Економічність енерговитрат у спорті пов’язана з раціональною технікою, виявленням якої є досконала координація рухів. Координація рухів залежить як від спадкових факторів так і може вдосконалюватися в ході тренування. В залежності від спадкових особливостей нервової системи, будови тіла і т.д. у людини може бути розвиненою здібність до координації рухів у конкретному виді спорту. Наприклад, у двох бігунів, які мають однакові енерговитрати при бігові, можуть бути різні енерговитрати при пересуванні на лижах або ковзанах за однакового рівня підготовки. Тому при відборі та контролі за спортсменами доцільно враховувати і фактор економічності спеціальної роботи. Для цього визначають коефіцієнт економічності енерговитрат.

Методика проведення роботи.

Дослід №1. Визначення коефіцієнту ефективності енерговитрат.

Суть непрямої калориметрії полягає у визначенні кількості витраченої енергії за показниками газообміну. Враховується те, що в процесі утворення енергії використовується О₂ і утворюється СО₂. Чим більша енергопродукція, тим більше використовується О₂ і утворюється СО₂.

Досліджуваний сідає біля спірографа і встановлює його штангу в зручне для себе положення. Приєднує до себе прилад через загубник. Закриває ніс затискачем і на протязі однієї хвилини звикає до дихання через загубник в атмосферу. Після цього можна переходити до вимірювання витрат енергії.

Для визначення коефіцієнту ефективності енерговитрат необхідно знати кількість поглинутого кисню. Споживання кисню розраховують за відхиленням оксиспірограми від вихідного рівня за одну хвилину (див. мал.).

У міру того як поглинається кисень із дихального мішка спірографа, спірограма відхиляється вгору (компенсація об’єму повітря у мішку не відбувається, оскільки вуглекислий газ, який видихається, зв’язується з хімічним поглиначем). Відрізок АБ є лінійним відображенням кількості кисню, який поглинається організмом людини за 1 хв. Щоб визначити хвилинне поглинання кисню у мілілітрах необхідно відхилення запису в міліметрах (відрізок АБ) помножити на 20 (1мм оксиспірограми дорівнює 20мл поглинутого кисню).

Для визначення коефіцієнту ефективності енерговитрат необхідно також знати потужність м’язової роботи. Для того, щоб порівняти коефіцієнт ефективності енерговитрат у різних студентів, останнім пропонується виконати однакове велоергометричне навантаження 150 Вт.

Коефіцієнт ефективності енерговитрат розраховується за наступною формулою: R_% = 0,49 × (W / V_O2) × 100, де 0,49 – коефіцієнт еквівалентності між механічною роботою та об’ємом спожитого кисню, тобто за 100%-відсотковою продуктивністю для виконання 1кгм роботи потрібно 0.49мл кисню. Наприклад, для виконання роботи в 120кгм необхідно спожити 300мл кисню (V_O2), звідси коефіцієнт становитиме: R=0,49×(120/300)×100=19,6%.

Результати роботи. Порівняти відносні показники енерговитрат у різних студентів за однакової величини навантаження. Співставити та оцінити власний ККД з ККД студента, який займається аналогічним видом спорту. Пояснити значення механічної ефективності роботи м’язів при відборі та контролі за спортсменами.