Контрольная работа по "Биомеханике"

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО БИОМЕХАНИКЕ   В. № 15

 

Группа  4  

Ф.И.О. Сидорова Дарья Александровна

Вид спорта _____плавание (брасс)______ Квалификация _________________

 

Ответьте, пожалуйста, на следующие вопросы:

1. К какому виду двигательной деятельности, согласно классификации, относится Ваш вид спорта?

а) локомоторные движения (циклические, ациклические)

б) перемещающие движения

в) сохранение и изменение  положения тела

г) движения вокруг осей

д) движения на месте

2. Сформулируйте цели и задачи избранного вида двигательной деятельности

Усилиями мышц передвигать тело человека относительно водной среды (используются такие передвижения как отталкивание и притягивание).

3. Проведите анализ кинематической характеристики в Вашем виде спорта:

а) нарисуйте линейную хронограмму (временную диаграмму движений) для спортсменов разной квалификации (низкой и высокой) с обозначением фаз, периодов и граничных моментов

 

б) изобразите промер (схематическое  изображение поз в граничных  моментах)

в) рассчитайте временные характеристики (длительность фаз, периодов, ритма, темпа движений) для спортсменов разной квалификации (сформулируйте тенденцию к изменению этих показателей с ростом квалификации)

Таблица 1

Квалификация	Длительность Δt1 (с)	Длительность Δt2 (с)	Длительность  Δt3 (с)	Длительность  Δt4 (с)	Темп	Ритм
Низкая	1.1	0.11	0.5	0.6
Высокая	1	0.08	0.4	0,45

 

Δt₁ – фаза …удар ногами

Δt₂ – фаза …гребок руками

Δt₃ – фаза …сведение рук около груди

Δt₄ – фаза …выведение рук и подтягивание ног

4. Проведите анализ динамических характеристик:

 

а) дайте определение  и напишите формулы:

– внешней  силы –

Внешние силы - это силы, действующие на тело извне. Под влиянием внешних сил тело или начинает двигаться, если оно находилось в  состоянии покоя, или изменяется скорость его движения, или направление движения. Внешние силы в большинстве случаев уравновешены другими силами и их влияние незаметно.

Это мера взаимодействия между телами.

– внутренней силы – 

это силы взаимодействия между частями одного тела, возникающие под действием внешних сил. Внутренние силы являются самоуравновешенными, поэтому они не видны и не влияют на равновесие тела. Внутренними силами являются силы, действующие между частицами, эти силы оказывают сопротивление изменению формы.

– силы трения –

Сила трения покоя - сила, действующая на тело стороны соприкасающегося с ним другого тела поверхности  соприкосновения тел, тела покоятся относительно друг друга. сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга.

F_тр = µN   ,

где F_тр – сила трения

µ - коэффициент трения

N – сила реакции опоры

– силы сопротивления  внешней среды –

Сила сопротивления внешней среды — сила, возникающая при движении твёрдого тела в жидкой или газообразной среде.

В газах, из-за их малой  плотности, тело может развить большую  скорость, поэтому сила сопротивления:

Fc=-k1v2.

В жидкостях плотность  вещества велика, тело не может развить большую скорость, а потому:

Fc=-k2v.

коэффициенты пропорциональности k1 и k2 зависят от рода жидкости или  газа и их температуры.

 – силы реакции опоры –

Сила реакции опоры — сила упругости, действующая со стороны опоры на тело. Направлена перпендикулярно к поверхности опоры. это мера противодействия опоры действию на нее тела, находящегося с ней в контакте (в покое или движении). Она равна силе действия тела на опору, направлена в противоположную сторону и приложена к этому телу.

N= Fупр = -Fтяж = -mg = -P

где  Fупр – сила упругости, Fтяж – сила тяжести, P – вес тела, m – масса тела, g – ускорение.

– силы инерции  фиктивные –

Сила инерции  фиктивная - сила, которую можно ввести в неинерциальной системе отсчёта так, чтобы законы механики в ней совпадали с законами инерциальных систем.

Иногда используют неинерциальную ("ускоряющуюся") систему отсчета, в которой законы Ньютона не применимы. В этих случаях вводят "ф и к т и в н у ю" силу инерции, что позволяет в расчетах применить законы Ньютона. Она имеет такую же величину (масса, умноженная на ускорение) и направлена так же (в сторону, противоположную ускорению неинерциальной системы), как реальная сила инерции. Но точкой приложения "фиктивной" силы инерции считается центр инерции самого ускоряемого тела. Фиктивна здесь не сама сила инерции, а точка ее приложения (центр инерции ядра, мяча, диска вместо рабочей точки тела человека):

F_ин = m(-a)

– силы инерции  реальные –

Сила инерции внешнего тела (реальная) – это мера действия на тело человека со стороны внешнего тела, ускоряемого человеком; она  равна массе ускоряемого тела, умноженной на его ускорение:

Векторная величина, равная произведению массы материальной точки на её ускорение и направленная противоположно ускорению, называется силой инерции. внешние силы инерции (внешних тел), возникающие, когда изменяется скорость этих тел, и внутренние — при относительном изменении скорости частей тела.

Величина силы равна  произведению массы тела,, имеющего ускорение, и самого ускорения. Сила инерции направлена противоположно ускорению. Она приложена к тому телу, которое, вызывает ускорение (так называемая «реальная» сила инерции):

F_ин = ma

– силы Архимеда –

Закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа)(называемая силой Архимеда):

F_A = ρgV,

где ρ — плотность жидкости (газа), g — ускорение свободного падения, а V — объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности).

– импульс силы

это векторная физическая величина, равная произведению силы на время её действия, мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении):

– импульс момента силы –

Во вращательном движении момент силы, действуя в течение определённого  времени, создаёт импульс момента  силы. Импульс момента силы — это мера воздействия момента силы относительно данной оси за данный промежуток времени (во вращательном движении):

– момент инерции –

скалярная физическая величина, мера инертности тела во вращательном движении вокруг оси, подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении. Характеризуется распределением масс в теле: момент инерции равен сумме произведений элементарных масс на квадрат их расстояний до базового множества (точки, прямой или плоскости).

I = m·r²,  где r - кратчайшее расстояние от оси вращения до точки.

Единица измерения СИ: кг·м².

,

где:

dm = ρdV — масса малого элемента объёма тела dV,

ρ — плотность,

r — расстояние от элемента dV до оси a.

– момент силы –

векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело:

где  — сила, действующая на частицу, а  — радиус-вектор частицы.

 

б) режимы работы мышц:

– изометрический –

характеризуется неизменным расстоянием между точками прикрепления мышцы в процессе напряжения, которое может быть различной величины относительно максимальной произвольной силы (МПС);

Изометрический режим (режим постоянной длины мышцы) характеризуется  напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих  концов или когда мышца не может  поднять слишком большой груз. При этом h = 0 и, соответственно, механическая работа тоже равна нулю (А = 0). Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы . В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т. е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина. Физиологическая характеристика такой работы заключается в оценке величины нагрузки и длительности работы.

– изотонический –

предполагает постоянную степень напряжения мышцы однако в естественных условиях такой режим реализован быть не может, поэтому правильнее говорить о квазиизотоническом режиме работы мышц и, соответственно, методе. При использовании этого метода движения выполняются в медленном темпе и, по возможности, плавно, без расслабления мышц в граничных моментах фаз движения;

Изотонический режим (режим постоянного  тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Это происходит при раздражении изолированной мышцы лягушки, закрепленной одним концом на штативе. Так как при этих условиях Р = 0, то механическая работа мышцы также равна нулю (А = 0). В таком режиме работает в организме человека только одна мышца — мышца языка. (В современной литературе также встречается термин изотонический режим по отношению к такому сокращению мышцы с нагрузкой, при котором по мере изменения длины мышцы напряжение ее сохраняется неизменным, но в этом случае механическая работа мышцы не равна пулю, т. е. она совершает внешнюю работу).

Сокращение мышцы при постоянном напряжении или внешней нагрузке называется изотоническим.

– уступающий –

в котором максимально активизированная мышца насильственно растягивается под воздействием внешней силы;

Мышцы, противодействующие какому-либо сопротивлению, могут при напряжении и удлиняться, например, удерживая  очень тяжелый груз. В таком  случае их работа называется уступающей (эксцентрической).

Ауксотонический режим (смешанный режим) характеризуется изменением длины и тонуса мышцы, при сокращении которой происходит перемещение груза. В этом случае совершается механическая работа мышцы (А= Р ? h). Такой режим проявляется при выполнении динамической работы мышц даже при отсутствии внешнего груза, так как мышцы преодолевают силу тяжести, действующую на тело человека. Различают 2 разновидности этого режима работы мышц: преодолевающий (концентрический) и уступающий (эксцентрический) режим.

– преодолевающий –

Если, преодолевая какое-либо сопротивление, мышцы сокращаются и укорачиваются, то такая их работа называется преодолевающей (концентрической).

мышца укорачивается с различной скоростью, зависящей от величины сопротивления;

– реверсивный –

характеризуется быстрой  сменой эксцентрического и концентрического режимов работы мышц (например, отталкивание верх после спрыгивания с возвышения);

в) напишите основной закон динамики для поступательного и вращательного движения:

основной  закон динамики: произведение массы точки на ускорение, которое она получает под действием данной силы, равно по модулю этой силе, а направление ускорения совпадает с направлением силы.

F = ma, где F - сила, действующая  на точку, m - масса материальной  точки, a - ускорение, приобретаемое материальной точкой в инерциальной системе отчета.

Основное уравнение  динамики поступательного движения

F = dp/dt,   

где  р – импульс тела, F – результирующая внешних сил, действующих на тело.

p=mv

Основое уравнение  динамики вращательного движения  

М = dL/dt = E*J   ,

 

г) проанализируйте  механизм отталкивания от опоры по динамическим характеристикам, вычислив угол отталкивания, угол вылета  и  дальность прыжка в длину

 

 

 

 

 

  R_y, кг

F_max

 

 

 

 

 

0,5 F_max

 

 

                                                                                       Ry_max^-P