Режим ограниченной функциональности

Введение

Движения человека в значительной мере зависят от того, каково строение его тела и каковы его свойства. Чрезвычайная сложность строения и многообразие свойств тела человека, с одной стороны, делают очень сложными сами движения и управление ими. Но, с другой стороны, они обусловливают необычайное богатство, разно¬образие движений, до сих пор недоступное в целом ни одной самой совершенной машине.
Биомеханика изучает в теле человека, в его опорно-двигательном аппарате, преимущественно те особенности строения и функций, которые имеют значение для совершенства движений. Отвлекаясь от деталей анатомического строения и физиологических механизмов дви¬гательного аппарата, рассматривают упрощенную модель тела чело¬века — биомеханическую систему. Она обладает основными свойст¬вами, существенными для выполнения двигательной функции, но не включает в себя множество частных деталей.
Таким образом, биомеханическая система — это упрощенная ко¬пия, модель тела человека, на которой можно изучать закономер¬ности движений.
Биомеханическая система тела человека состоит из биомехани¬ческих цепей. Множество частей тела, соединенных подвижно, образует биокинематические цепи. К ним приложены силы (нагрузки), ко¬торые вызывают деформации звеньев тела и изменение их движений.

Список использованной литературы

1. Донской Д.Д. Биомеханика: учебник для институтов физической культуры, - М., 1979
2. Ламаш Б.Е. Лекции по биомеханике, - М., 2005
3. Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений, - М., 2002
4. http://www.gled.myorel.ru/page/1/113.html

Дисциплина: Биология
Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 20 страниц
В избранное:

Содержание

1. Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
2. Звенья биокинематических цепей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
3. Механизмы соединений ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
4. Биокинематические пары и цепи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..7
5. Движения в биокинематических цепях ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
6. Составляющие составного Движения ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
7. Степени свободы и связи движений ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11
8. Звенья тела как рычаги и маятники ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..12
9. Рычаги в биокинематических цепях ... ... ... ... ... ... ... ... ... .13
10. Механические свойства костей и суставов ... ... ... ... ... ... ..15
11. Биомеханические особенности костной системы ... ... ... ... ..16
12. Список использованной литературы ... ... ... ... ... ... ... ... .22
Введение

Движения человека в значительной мере зависят от того, каково строение
его тела и каковы его свойства. Чрезвычайная сложность строения и
многообразие свойств тела человека, с одной стороны, делают очень сложными
сами движения и управление ими. Но, с другой стороны, они обусловливают
необычайное богатство, разнообразие движений, до сих пор недоступное в
целом ни одной самой совершенной машине.
Биомеханика изучает в теле человека, в его опорно-двигательном
аппарате, преимущественно те особенности строения и функций, которые имеют
значение для совершенства движений. Отвлекаясь от деталей анатомического
строения и физиологических механизмов двигательного аппарата, рассматривают
упрощенную модель тела человека — биомеханическую систему. Она обладает
основными свойствами, существенными для выполнения двигательной функции, но
не включает в себя множество частных деталей.
Таким образом, биомеханическая система — это упрощенная копия, модель
тела человека, на которой можно изучать закономерности движений.
Биомеханическая система тела человека состоит из биомеханических
цепей. Множество частей тела, соединенных подвижно, образует
биокинематические цепи. К ним приложены силы (нагрузки), которые вызывают
деформации звеньев тела и изменение их движений.
Звенья биокинематических цепей

Биокинематические цепи опорно-двигательного аппарата состоят из
подвижно соединенных звеньев (твердых, упругих и гибких) и отличаются их
переменным составом, своей длиной и формой (составные рычаги и маятники).
Фиксирование суставов (блокада) и их освобождение (снятие динамических
связей — тяги мышц) изменяют число движущихся звеньев в цепи. Она может
превратиться как бы в одно звено или сохранять движение в части сочленений
или во всех сочленениях.
Расстояние по прямой от проксимального сочленения до конца открытой
цепи при ее сгибании-разгибании изменяется. Многозвенные маятники поэтому
имеют переменную длину. Это влияет на величину инертного сопротивления
(изменения момента инерции).
Биокинематические цепи, замыкаясь геометрически (связыванием между
собой концевых звеньев), изменяют свои свойства (передача усилий,
возможности управления). В частности, возникают составные рычаги со сложной
передачей тяг многосуставных мышц. Твердые; Звенья (кости), упругие (мышцы)
и гибкие (связки, сами мышцы; и их сухожилия), изменяя степень и характер
своего участия в движениях, обеспечивают многообразные возможности
движений.

Механизмы соединений

Механизмы соединений звеньев в биомеханических цепях и неодноосных
сочленениях позволяют определять требуемое движение благодаря образованию
биодинамически полносвязного механизма.
Биодинамически полносвязный механизм (биомеханизм) характеризуется
выключением лишних в данном движении степеней свободы. Тяги групп мышц
обеспечивают требуемое направление движений звеньев в биокинематических
цепях и регулирование их скоростей. Кроме этого, мышцы при необходимости
ограничивают и размах движений, затормаживая звенья раньше, чем наступает
пассивное ограничение (костно-суставно-связочное).
Направление движений, скорости звеньев и размах движений в ряде
суставов взаимосвязаны благодаря совместному действию многосуставных мышц.

Биокинематические пары и цепи

Соединенные два соседних звена тела образуют пару, а пары, в свою
очередь, соединены в цепи.
Биокинематическая пара — это подвижное (кинематическое) соединение
двух костных звеньев, в котором возможности движений определяются его
строением и управляющим воздействием мышц.
В технических механизмах соединения двух звеньев — кинематические пары
— устроены обычно так, что возможны лишь вполне определенные, заранее
заданные движения. Одни возможности не огра-ничены (их характеризуют
степени свободы движения), другие полностью ограничены (их характеризуют
степени связи)
Различают связи: а) геометрические (постоянные препятствия перемещению
в каком-либо направлении, например костное ограничение в суставе) и б)
кинематические (ограничение скорости, например мышцей-антагонистом).
В биокинематических парах имеются постоянные степени связи которые
определяют собой сколько как максимум и каких остается степеней свободы
движения. Почти все биокинематические пары в основном вращательные
(шарнирные); немногие допускают чисто поступательное скольжение звеньев
относительно друг друга и лишь одна пара (голеностопный сустав) — винтовое
движение.
Биокинематическая цепь — это последовательное либо незамкнутое
(разветвленное), либо замкнутое соединение ряда биокинематических пар (рис.
1).

Рис. 1. Биокинематические цепи тела человека: а - виды цепей, bат -
незамкнутая, ABCDEA -замкнутая на себя, dff1d1d - замкнутая через опору; б
- взаимосвязь движений в замкнутой цени; в, г, д, е - степени свободы
движений тела.

В незамкнутых цепях имеется свободное (конечное) звено, входящее лишь
в одну пару. В замкнутых цепях нет свободного конечного звена, каждое звено
входит в две пары.
В незамкнутой цепи, следовательно, возможны изолированные движения в
каждом отдельно взятом суставе. В двигательных действиях движения в
незамкнутых цепях происходят обычно одновременно во многих суставах, но
возможность изолированного движения не исключена.
В замкнутой цепи изолированные движения в одном суставе невозможны: в
движение неизбежно одновременно вовлекаются и другие соединения (рис. 1
(б)).
Значительная часть незамкнутых биокинематических цепей оснащена
многосуставными мышцами. Поэтому движения в одних суставах через такие
мышцы бывают связаны с движениями в соседних суставах. Однако при точном
управлении движениями во многих случаях эту взаимную связь можно
преодолеть, выключить. В замкнутых же цепях связь непреодолима и действия
мышц обязательно передаются на отдаленные суставы.
Незамкнутая цепь может стать замкнутой, если конечное свободное звено
получит связь (опора, захват) с другим звеном цепи (непосредственно или
через какое-либо тело).

Движения в биокинематических цепях

В биокинематических цепях тела человека движение может передаваться
от звена к звену. Скорость, например, кисти при броске мяча может быть
результатом движений ног и туловища, а также движений в суставах руки.
Движение кисти в этом случае как бы составляется из движений других звеньев
тела. Движение, обусловленное движениями ряда звеньев, в биомеханике
называют составным

Составляющие составного Движения

Составное движение образуется из нескольких составляющих движений
звеньев в сочленениях биокинематической цепи.
В простейших случаях в механике складываются два поступательных
движения двух тел.
Когда в составном движений принимают участие два тела, то обычно
составляющие движения называют переносными и относительными. Платформа как
бы переносит на себе движение по ней груза; движение платформы переносное.
Движение же груза по платформе относительно системы отсчета, связанной с
самой платформой, относительное. Тогда движение груза в неподвижной
системе отсчета (Земля) результирующее: это результат двух составляющих
движений.
В теле человека таких движений не бывает, так как почти во всех
суставах звенья движутся вокруг осей сочленений. В биокинематических цепях
обычно движется много звеньев; одни несут на себе движения других
(несущие и несомые движения). Несущее движение (например, мах бедром при
выносе ноги в беге) изменяет несомое (сгибание голени).
При движениях в незамкнутой кинематической цепи угловые перемещения,
скорости и ускорения, если они направлены в одну сторону, складываются.
Разнонаправленные движения не складываются, а вычитаются (суммируются
алгебраически).
Сложнее составные движения, в которых составляющие движения
вращательные (по дуге окружности) и поступательные (вдоль радиуса)
В составном движении, образованном из вращательных составляющих
движений (в биокинематической цепи), вследствие суммирования
равнонаправленных и вычитания разнонаправленных движений в разных суставах
всегда происходит прибавление движения и вдоль радиуса (поступательное).
Значит, биокинематическая цепь (по прямой линии — от ее начала до конца)
укорачивается или удлиняется (например, при махе рукой, ногой в прыжках).
Вектор v груза повернулся в сторону вращения. Эти два изменения скорости
обусловлены ускорением Кориолйса. Когда биокинематическая цепь
укорачивается, кориолисово ускорение звеньев, приближающихся к оси
вращения, направлено навстречу вращению, а когда удлиняется, — в сторону
вращения. От кориолйсова ускорения зависит убыстрение и замедление углового
поворота, что можно объяснить появлением кориолйсовых сил инерции.
В биокинематических цепях с большим числом степеней свободы движений
кинематика очень сложна. Каждое движение в сочленениях незамкнутой цепи
(например, свободной конечности) влияет на траектории, скорости и ускорения
более отдаленных звеньев. В этих случаях характеристики составных движений
проще регистрировать, чем рассчитывать. Чаще всего определить их заранее
нельзя: слишком уж много возможных вариантов. В процессе тренировки
происходит согласование движений звеньев, необходимое для достижения цели,
обеспечивается необходимая плавность и рациональная форма траекторий,
происходит согласование величины и направлений скоростей; регулируется
быстрота нарастания и снижения ускорений. Последнее определяет резкость
движений и зависит от быстроты увеличения и ослабления усилий. Одновременно
ритмы движений звеньев и цепей согласуются в общий ритм действия.
Происходит сложная интеграция движений биомеханической системы посредством
процесса управления движениями.
В зависимости от направления скоростей движения звеньев тела человека
могут быть возвратно-вращательными, возвратно-поступательными и круговыми.
Строение сочленений не позволяет совершать движения в суставах по
принципу колеса, т. е. делать неограниченный поворот вокруг оси сустава в
одну сторону. Поэтому почти все движения имеют возвратный характер.
Возвратно-вращательные движения напоминают движения маятника вокруг оси,
расположенной поперек биокинематической цепи (сгибание-разгибание) или
продольно (супинация-пронация).
Определенное согласование вращательных движений в различных суставах
биокинематической цепи позволяет конечным звеньям двигаться поступательно
(кисть боксера при вращательных движениях в плечевом и локтевом суставах;
туловище бегуна при отталкивании ногой). Пример возвратно-поступательного
движения — работа пилой, напильником. В этих случаях угловые скорости
противоположно направленных движений одинаковы (пара скоростей).
Наконец, в шаровидных суставах возможно сложное круговое движение,
когда продольная ось звена описывает коническую поверхность. При этом
согласуются два движения: самой продольной оси и звена вокруг этой оси.
Только такое конусообразное движение и может выполняться без обязательных
возвратных движений.
В возвратных движениях имеется критическая точка, в которой происходит
смена направления движения (амортизации на отталкивание — в беге, заноса
весла на гребковое движение — в гребле, замаха ракеткой на ударное движение
— в теннисе). В каждом суставе направления и размах движений ограничены.
Значит, звено в суставе может занимать не любое, а лишь анатомически
возможное положение. Однако из бесчисленного множества возможных движений
только малая часть вызвана потребностями человека и отвечает энергетическим
требованиям. Эти движения отобраны и закрепились в человеческой практике
как наиболее рациональные, стали привычными к общеупотребительными.

Степени свободы и связи движений

Если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может
двигаться в пространстве во всех трех измерениях, т. е. относительно трех
взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них
(вращательно). Следовательно, у такого тела шесть степеней свободы движения
(рис. 1(в)).
Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Зафиксировав одну точку
свободного тела, сделав его звеном пары, сразу лишают его трех степеней
свободы — возможных линейных перемещений вдоль трех основных осей
координат. Примером может служить шаровидный сустав — тазобедренный, в
котором три степени свободы из шести (возможно вращение относительно трех
осей) (рис. 1 (г)). Закрепление двух точек звена говорит о наличии оси,
проходящей через эти точки. В таком случае остается одна степень свободы.
Пример подобного ограничения — одноосный сустав, например межфаланговый
(рис. 1 (д)). Закрепление третьей точки, не лежащей на этой оси, полностью
лишает звено свободы движений (рис. 10 (ё)). Такое соединение к суставам не
относится. В анатомии выделяют также двуосные суставы; они имеют вторую
степень свободы вследствие неконгруэнтности (неполного соответствия по
форме) суставных поверхностей (суставы лучезапястный и пястнофаланговый 1-
го пальца).
Почти во всех суставах (кроме межфаланговых, лучелоктевых и
атлантоосевого) степеней свободы больше, чем одна. Поэтому устройство
пассивного аппарата в них обусловливает неопределенность движений,
множество возможностей движений (неполносвязный механизм). Управляющие
воздействия мышц вызывают дополнительные связи и оставляют для движения
только одну степень свободы (полносвязный механизм). Так обеспечивается
одна-единственная возможность движений — именно та, которая требуется.
Каждая биомеханическая пара многоосного сустава заключает в себе
возможности многих механизмов (А. А. Ухтомский). Из множества возможностей
при помощи управляющих воздействий мышц выделяют заданное управляемое
движение. Биокинематические соединения богаче возможностями, чем
кинематические соединения в технических механизмах, но управление ими
сложнее.
Следовательно, множество степеней свободы кинематической пары в
многоосных суставах требует для выполнения каждого определенного движения:
а) выбора необходимой траектории,
б) управления движением по траектории (направлением и величиной
скорости) и
в) регуляции движения, понимаемой как борьба с помехами, сбивающими с
траектории.

Звенья тела как рычаги и маятники

Разбиение тела человека на звенья позволяет представить эти звенья как
механические рычаги и маятники, потому что все эти звенья имеют точки
соединения, которые можно рассматривать либо как точки опоры (для рычага),
либо как точки отвеса (для маятника).
Рычаг характеризуется расстоянием между точкой приложения силы и
точкой вращения. Рычаги бывают первого и второго рода.
Рычаг первого рода или рычаг равновесия состоит только из одного
звена. Пример – крепление черепа к позвоночнику.
Рычаг второго рода характеризуется наличием двух звеньев. Условно
можно выделить рычаг скорости и рычаг силы в зависимости от того, что
преобладает в их действиях. Рычаг скорости дает выигрыш в скорости при
совершенствовании работы. Пример – локтевой сустав с грузом на ладони.
Рычаг силы дает выигрыш в силе. Пример – стопа на пальцах.
Поскольку тело человека выполняет свои движения в трехмерном
пространстве, то его звенья характеризуются степенями свободы, т.е.
возможностью совершать поступательные и вращательные движения во всех
измерениях. Если звено закреплено в одной точке, то оно способно совершать
вращательные движения и мы можем сказать, что оно имеет три степени
свободы.
Закрепление звена приводит к образованию связи, т.е. связанному
движению закрепленного звена с точкой закрепления.
Поскольку руки и ноги человека могут совершать колебательные движения,
то к механике их движения применимы те же формулы, что и для простых
механических маятников. Основные вывод их них – собственная частота
колебаний не зависит от массы качающегося тела, но зависит от его длины
(при увеличении длины частота колебаний уменьшается).
Делая частоту шагов при ходьбе или беге или гребков при плавании или
гребле резонансной (т.е. близкой к собственной ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.