Колебания в биомеханике презентация

периодическими процессами, которые повторяются через одинаковые промежутки времени. Такие процессы называют колебательными.

В зависимости от физической природы повторяющегося процесса различают колебания:
механические;
электромагнитные;
электромеханические и т.п.

колебания.

времени полных колебаний к их числу

Характеристики периодических колебаний

ко времени, за которое эти колебания были совершены

тела от положения равновесия, xm – амплитуда колебаний, то есть максимальное смещение от положения равновесия, ω – циклическая или круговая частота колебаний, t – время.

Гармонические колебания - это колебания, при которых наблюдаемая величина изменяется во времени по закону синуса или косинуса

t = 0 φ = φ0, поэтому φ0 называют начальной фазой.

маятник

наоборот.

трения (сопротивления). При этом часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию теплового движения атомов и молекул, и колебания становятся затухающими.

в течении которого амплитуда колебаний уменьшается в e ≈ 2,7 раз, называется временем затухания (или временем релаксации). Важной характеристикой колебательной системы, совершающей свободные затухающие колебания, является добротность-Q. Добротность характеризует относительную убыль энергии колебательной системы из-за наличия трения на интервале времени, равном одному периоду колебаний. Чем медленнее происходит затухание свободных колебаний, тем выше добротность Q колебательной системы.

сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения.

Если свободные колебания происходят на частоте ω0, которая определяется параметрами системы, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешней силы.

колебания на частоте ω и свободные колебания на собственной-частоте-ω0. Но свободные колебания затухают из-за неизбежного наличия сил трения. Поэтому через некоторое время в колебательной системе остаются только стационарные колебания на частоте ω внешней вынуждающей силы.

резкое возрастание амплитуды вынужденныхjколебаний. Это явление называется резонансом.

резонансной характеристикой или резонансной кривой

1 – колебательная система без трения; при резонансе амплитуда xm вынужденных колебаний неограниченно возрастает;


2, 3, 4 – реальные резонансные кривые для колебательных систем с различной добротностью: Q2 > Q3 > Q4.

при отсутствии переменного внешнего воздействия, причём амплитуда и период колебаний определяются свойствами самойасистемы. Незатухающие колебания возникают не за счет периодического внешнего воздействия, а в результате имеющейся у таких систем способности самой регулировать поступление энергии от постоянного источника. Такие системы называются автоколебательными.

на 5 см) и отклонение в сторону (в норме на 2,5 см).

ЦМ совершает движение по кривой, которую приближенно можно представить гармонической функцией

Колебания тела человека

и центра давления (ЦД) стоп на плоскость опоры

предплечья) и центр масс всего тела.
У человека, стоящего в основной стойке, горизонтальная плоскость, проходящая через ОЦМ, находится примерно на уровне второго крестцового позвонка. В положении лежа ОЦМ смещается в сторону головы примерно на 1%; у женщин он расположен в среднем на 1—2% ниже, чем у мужчин; у детей-дошкольников он существенно выше, чем у взрослых (например, у годовалых детей в среднем на 15%).

в частности при наклонах, вперед и назад, может находиться вне тела человека.

включает двойной шаг.

В беге можно выделить:
а) период одиночной опоры;
б) период полета;
в) период переноса маховой ноги, который совпадает с периодом опоры.

Быстрота, амплитуда движений, проявление больших мышечных усилий в беге зависят от скорости бега (чем выше скорость, тем выше значения перечисленных факторов).

фаза отталкивания. 

Фаза амортизации начинается с момента постановки ноги на опору

происходит значительное снижение ОЦМ за счет разгибания в голеностопном суставе, сгибания в коленном суставе и наклона поперечной оси таза в сторону маховой ноги.

Одновременно с этим происходит растягивание упругих компонентов (связки, сухожилия, фасции)

За 15–25 миллисекунд до соприкосновения с опорой мышцы, участвующие в фазе амортизации, уже становятся электрически активными, т. е. импульсы возбуждения приходят к мышце заранее, до опоры, и растягиваются напряженные мышцы.

отталкивания. Она начинается с распрямления толчковой ноги в тазобедренном, коленном суставах и завершается сгибанием в голеностопном суставе.

Сила реакции опоры также увеличивается, как и сила давления на опору, только они действуют диаметрально противоположно друг другу.
Телу бегуна и его ОЦМ придается определенная скорость.

В конце фазы отталкивания силы давления и реакции опоры уменьшаются (примерно после выпрямления ноги в коленном суставе) .

движению, затем мышцы передней поверхности бедра менее сильные, но более скоростные, придают ускорение телу, и в конце действуют более скоростные, но относительно слабые мышцы (икроножные).


Сила и скорость проявления мышечных усилий обратно пропорциональны, нельзя одновременно увеличить силу и скорость мышечных усилий.

массы маховой ноги помогает быстрее выпрямить толчковую ногу в фазе отталкивания и тем самым увеличить скорость (принцип маятника).

ОЦМ;
2) фаза опускания ОЦМ до касания маховой ноги опоры и превращения ее в толчковую ногу

В период полета скорость движения не увеличивается, а наоборот, чем больше этот период, тем больше происходит потерь в скорости. 

Период полета характеризует длину бегового шага.

она снижает скорость движения ОЦМ, а затем, после высшей точки траектории, увеличивает ее (принцип метронома).

В другие моменты сила тяжести (если бег выполняется на ровной местности ) не оказывает влияния на изменение скорости движения ОЦМ

чтобы увеличить скорость бега, необходимо как можно чаще контактировать с опорой во время отталкивания.

увеличивается количество контактов с опорой, а значит, они бегут быстрее человека (лишь кенгуру передвигается прыжками, но какие сильные мышцы для этого надо иметь)

периоде после фазы отталкивания мышцы, участвующие в нем, расслабляются и получают кратковременный отдых.
Что такое мышечные судороги?
Это постоянное возбуждение мышц, которое несет в себе негативные последствия, как для мышц, так и для нервной системы.

т.е. при той же силе отталкивания уменьшить время отталкивания.

Во-вторых, увеличение скорости бега происходит за счет уменьшения времени полета: 
1) снижение вертикального колебания ОЦМ, т.е. приближение кривизны траектории к горизонтали;
2) активная постановка толчковой ноги в последней части периода полета, т.е. не ждать опору, а активно идти на сближение с ней.

зависеть от физических качеств бегуна, в первую очередь, от силы ног, длины ног, подвижности в тазобедренных суставах и индивидуальной рациональной техники бега.

дистанциях, где задача бегуна развить максимальную скорость, амплитуда движений рук наибольшая, скорость движения рук совпадает с частотой беговых шагов.

На коротких дистанциях при максимальной скорости наклон тела вперед наибольший, при беге на длинные дистанции наклон тела минимальный (до 5°).

Нога похожа на маятник, состоящий из трех последовательно соединенных маятников (бедро, голень, стопа).

Частота колебаний маятника зависит от его длины, а при значительных отклонениях, например, в ходьбе или беге, она будет зависеть от амплитуды движения ног. Чем короче маятник, тем чаще он будет двигаться.