МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГИХ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ В СУСТАВАХ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ УСТОЙЧИВОСТЬ ЧЕЛОВЕКА ПРИ СТОЯНИИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГИХ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ В СУСТАВАХ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ УСТОЙЧИВОСТЬ ЧЕЛОВЕКА ПРИ СТОЯНИИ

Шестаков М.П., Орел В.Р.

Российская государтсвенная академия физической кулльтуры
г. Москва, Россия

Вертикальность позы человека обеспечивается непрерывной согласованной работой комплекса позных мышц. При этом малые угловые отклонения от равновесных положений в суставах компенсируются должными силовыми воздействиями соответствующих мышечных групп. Эти воздействия имеют характер возвращающих моментов при крутильных колебаниях в суставных осях. Равновесие и устойчивость прямостоящего человека моделируются с помощью многозвенной антропоморфной системы, которая состоит из стержней, соединенных шарнирами. Шарниры играют в модели роль суставов. Комплексы мышц, управляющих суставными движениями, заменяются в модели шарнирными торсионными пружинами. Иными словами, возвращающие моменты в суставных осях моделируются действием эквивалентных торсионных пружин, создающих такие же моменты, что и совместные управляющие воздействия от суставных мышечных групп. В исследованиях использовалась двузвенная модель прямостоящего человека. Модельные пружины с жесткостями С1 и С2 соотносятся голеностопному и тазобедренному суставам соответственно. Управляющие воздействия в основном производятся комплексом мышц голеностопа. Мышцы спины стабилизируют и сглаживают вынужденные колебания тазобедренного сустава, возникающие под действием усилий голеностопа.

Определение основных частот и форм колебаний прямостоящего человека производится посредством компьютерной обработки кривых колебаний ОЦД (общего центра давления), регистрируемых при стоянии на тензометрической платформе. Регистрация и количественная обработка исходных кривых колебаний ОЦД производится с помощью компьютерного комплекса "Статокинезиметр" (ОКБ "Ритм", г.Таганрог) и пакета специализированных программ. По найденным экспериментально собственным частотам гармонических плоских колебаний прямостоящего человека определяются соответствующие формы колебаний и жесткости пружин. На кривой колебаний ОЦД имеются высокоамплитудные и сравнительно низкочастотные вынужденные колебания центра масс верхней части туловища, а также более высокочастотные и низкоамплитудные управляющие колебания центра масс ног. Пакет программ обработки кривой колебаний ОЦД содержит алгоритм разделения указанных двух типов колебаний. Единичное измерение параметров процесса стояния длится 30 с.

В экспериментах участвовало 12 студентов и аспирантов РГАФК. Регистрация колебаний ОЦД проводилась в трех режимах стояния испытуемых на тензометрической платформе: 1) свободное стояние; 2) стояние на дополнительном толстом слое поролона толщиной 0,3 м; 3) стояние с отягощением в виде блинов от штанги, симметрично прикрепленных ремнями к груди и спине испытуемого. В указанных режимах стояния получены следующие средние величины эффективных жесткостей С1 и С2.

Жесткость пружины

Режим стояния

Свободное

На поролоне

Отягощение 60 кг

С1, Дж/рад2

5793 ± 643

2752 ± 325

7419 ± 837

С2, Дж/рад2

230 ± 33

255 ± 35

853 ± 96

Согласно этим данным, стояние на мягкой опоре сопряжено с уменьшением эффективной жесткости мышц голени, что является адаптационной реакцией системы позных мышц. При этом жесткость мышц спины, обеспечивающих устойчивость в тазобедренном суставе практически не изменилась по сравнению с нормой. В экспериментах с отягощением наблюдается прогрессивный рост обоих коэффициентов жесткости для обеспечения стабилизации прямостояния при значительном росте момента инерции верхней части туловища.


 Home На главную  Forum Обсудить в форуме  Home Translate into english up

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Шестаков, М.П. Моделирование упругих крутильных колебаний в суставах, обеспечивающих устойчивость человека при стоянии / Шестаков М.П., Орел В.Р. // Физиология мышечной деятельности : Тез. докл. Междунар. конф. - М., 2000. - С. 168-170.