Электротехническая аппаратура

Возможности современной электротехники (в широком смысле слова, включая электронику) очень велики, однако для нужд биомеханики они используются еще относительно мало.

Первым на этом пути в изучении движений было тензометрирование, широко применяемое и в настоящее время. Тензодатчики ставят на различные устройства и спортивные снаряды и по их дефор­мациям измеряют приложенные усилия (динамографические платформы для регистрации усилий отталкивания в ходьбе, беге, прыжке, дина­мографические весла, лыжи, коньки, гимнастические снаряды, штанга и т. п.). В результате подачи сигналов с двух тензосистем на луч осцил­лоскопа на экране возникает изображение усилия, по которому можно определить вектор силы (в е к т о р д и н а м о г р а ф и я) (И. П. Ратов, 1960). .

Далее стала применяться электрогониография — изме­рение и запись суставных углов посредством гониометра, прикреплен­ного к сочлененным звеньям, а также акселерография — измерение ускорений при помощи датчика ускорений, прикрепляемого в ускоряемой точке. Во всех этих методах механические характери­стики посредством преобразования их в электрические сигналы реги­стрируются в течение выполнения движений с одновременной электри­ческой отметкой времени.

В качестве метода исследования движений стала применяться электромиография, позволяющая приближенно судить о начале, интенсивности и окончании электрической активности мышц. Применение этого метода при изучении разных спортивных упражне­ний (бег, плавание, метания, гимнастика и т. п.) дает возможность изучать совместное действие мышц в сложных условиях.

Считаются перспективными сложные стереофотоэлектронные методы регистрации координат точек с автоматической обработкой данных и мгновенным определением координат, скоростей и ускорений точек.

Многоканальная запись различных характеристик обеспечивает полную их синхронизацию (точное взаимное соответствие во времени). Расчетные методы получения ряда характеристик (усилий, ускорений) заменяются их непосредственной регистрацией. Автоматические устройства, подсоединяемые к регистрирую­щим приборам, позволяют немедленно и с высокой точностью вычислять производные характеристики, а также определять количественную меру их взаимозависимостей. При совмещении в кинокадре движуще­гося спортсмена и экранов осциллоскопов обеспечивается синхронная регистрация картины движения и самых различных характеристик и показателей. Наконец, применение электронных вычислительных ма­шин открывает возможности не только тщательной математической обработки данных регистрации, но и математического моделирования в качестве метода изучения движений.

В применении электротехнической аппаратуры не преодолены еще многие трудности, но возможности ее использования очень велики.

Вопрос 62. Масс-инерционные характеристики тела человека

Инерция – свойство тел сохранять скорость неизменной при отсутствии внешних воздействий. Сама инерция не имеет меры (измерителя). Но под действие сил разные тела изменяют свою скорость по-разному. Это их свойство (инертность) – имеет меру. Инертность – свойство физических тел, появляющееся в постепенном изменении скорости с течением времени под действием сил.

Масса тела – мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением приложенной силы к вызванному ею ускорению: F = m*a. В абсолютно твердом теле есть три точки, положение которых совпадает – центр масс (ЦМ), центр инерции (ЦИ) и центр тяжести (ЦТ). Но это не тождественные понятия. В ЦМ пересекаются направления действия сил, любая из которых вызывает поступательное движение тела. Понятия ЦИ (точка приложения всех фиктивных сил инерции) и ЦТ (точка приложения равнодействующей всех сил тяжести) будут рассмотрены ниже.

Для вращательного движения понятию массы соответствует представление о моменте инерции. Момент инерции твердого тела (собственный или центральный) – это мера инертности тела при вращательном движении. Он определяется как сумма моментов инерции всех входящих в него частиц: I₀ = Sm*r², где r – радиус инерции точки (расстояние от точки до оси вращения). Если ось вращения не проходит через ЦМ тела или вообще не связана с телом, то момент инерции относительно этой оси (полный момент инерции тела) можно представить состоящим из двух слагаемых. А именно, центрального момента инерции тела относительно оси, проходящей через ЦМ и параллельной этой внешней оси, и произведения массы тела на квадрат расстояния между этими осями: I = I₀ + m*r².

Центральный момент инерции системы тел состоит из суммы центральных моментов инерции звеньев системы и суммы моментов инерции этих звеньев относительно ЦМ системы: I_0s = SI₀ + Sm*r². Полный момент инерции системы тел слагается из ее центрального момента инерции относительно оси, проходящей через ее ЦМ и параллельной этой внешней оси, и произведения массы тела на квадрат расстояния между этими осями: I_пs = I_0s + m*r².