Abstract MODERN METHODICS OF BIOMECHANICAL MEASURING: COMPUTERIZED DYNAMOMETRICAL COMPLEX B.A. Dyishko, Dr.Hab. Key words: computerized dynamometrical complex, support reactions, software, biomechanical testing, specified vaulting training of athletes. The purpose of this study was to elaborate a package of applied programs (software) to estimate athletes' abilities to vault biomechanically. Computerized dynamometrical complex was used during the research. The complex was built up on the base of the modified dynamometrical platform PD 3M, made by VISTI. The most popular vaulting tests in coaches' practice were included in the programs package: jump up, serial jumps, drop-test. It was noted by the author, that the computerized dynamometrical complex equipped with specially designed software can help to minimize the results processing time per each probationers group and to accomplish the biomechanical measurements more effectively.
|
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДИКИ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ: КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЙ ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Доктор биологических наук Б.А. Дышко, Москва Ключевые слова: компьютеризированный динамометрический комплекс, опорные реакции, программное обеспечение, биомехани ческое тестирование, специальная прыжковая подготовленность спортсменов. Важной частью современной биомеханики спорта является изучение опорных взаимодействий в соревновательных/тренировочных упражнениях. Для проведения такого рода исследований (в зависимости от поставленных задач) можно использовать силоизмерительные датчики, мозаичные и динамометрические платформы. Тип изучаемых движений, как правило, регламентируется техническими возможностями измерительной аппаратуры. Отдельные датчики используют для измерения силы в заданной точке опорной плоскости. Так, в работе [5] для оценки влияния физико-механических характеристик "комфортного" слоя подошвы спортивной обуви на вертикальную составляющую силы реакции опоры были использованы два датчика. Один из них был расположен в задней части кроссовки (под пяточной костью), а второй - в передней (в области большого пальца). Мозаичные или матричные платформы (как следует из их названия) состоят из набора силоизмерительных датчиков. Каждый датчик измеряет силу реакции опоры в той точке плоскости платформы, в которой он находится. Зная координаты каждого датчика, можно составить карту распределения давления на опору поверхностью какой-либо формы. Так, в биомеханике с помощью мозаичных платформ измеряют распределение подошвенного давления на опору в различные моменты времени контакта ноги с опорой. В настоящее время широкое распространение получили матричные платформы, состоящие из пьезоэлектрических датчиков [4 и др.]. Большая стоимость таких платформ, а также ограниченный механической прочностью применяемых датчиков диапазон измеряемых усилий являются факторами, лимитирующими использование этих устройств. Меньшую погрешность при наибольшем диапазоне измеряемых усилий и сравнительно (в сопоставлении с мозаичными платформами) небольшую стоимость имеют динамометрические платформы. Динамометрическая платформа представляет собой 3-компонентный динамометр, измеряющий три взаимноперпендикулярные составляющие результирующего вектора силы реакции опоры: вертикальную, фронтальную и сагиттальную. Поэтому такие измерительные устройства чаще всего используются в биомеханике спорта. В настоящее время динамометрические платформы изготавли ваются во многих странах. Производились они и в СССР (ВИСТИ), причем с очень неплохой механикой. Из-за хороших технических характеристик особой популярностью пользуются платформы фирмы "KISTLER". Под термином "динамометрическая платформа" обычно подразумевается измерительный комплекс, состоящий из следующих устройств: - силоизмерительная платформа с тензо- или пьезодатчиками, преобразующими механические деформации крышки в электрические сигналы; - блок электронных усилителей; - регистрирующая аппаратура. В настоящее время в качестве регистрирую щей аппаратуры используют компьютер с встроенными платами, преобразователь "аналог-код". На мониторе компьютера можно видеть: - графики составляющих силы реакции опоры в осях "сила-время"; - динамику точки приложения результирующего вектора силы реакции опоры в плоскости крышки платформы; - динамику вектора результирующей силы реакции опоры в пространстве в процессе контакта. Все графики можно оцифровать и определить импульс силы за выбранный промежуток времени. Вышеперечисленные возможности сервисных программ позволяют исследовать биодинами ку опорных реакций в различных движениях, но значительно усложняют, на наш взгляд, решение некоторых прикладных задач. Известно, что в спортивной биомеханике изучается целый ряд упражнений, выполняемых по заранее известной двигательной программе. Это могут быть как тестовые, так и тренировочные или соревновательные движения. При анализе биодинамики таких движений необходимо иметь ряд величин, описывающих не только временные и силовые, но и энергетические характеристики опорных реакций. Большинство программ для динамометрических комплексов такими возможностями не обладают. Поэтому целью нашей работы являлась разработка пакета прикладных программ для биомеханического тестирования специальной прыжковой подготовленности спортсменов, реализующего вышеперечисленные требования. Методика. Используемый нами компьютери зированный динамометрический комплекс был изготовлен на базе модифицированной динамометрической платформы ПД-3М, изготовленной в ВИСТИ. Платформа имеет хорошую механику (собственная частота не менее 350 Гц), но и ряд недостатков. Проведенная группой специалистов (электронщиков и механиков) модернизация позволила наряду с увеличением динамического диапазона измеряемых усилий улучшить термостабильность платформы и уменьшить суммарную относительную погрешность измерений. Были также разработаны и изготовлены новый, имеющий современную элементную базу усилитель и аналого-цифровой преобразователь. В разрабатываемый пакет программ вошли программы обработки результатов измерений, полученных при выполнении наиболее часто используемых в тренерской практике прыжковых тестов: прыжок вверх с места, серийные прыжки на месте, спрыгивание в глубину с последующим выпрыгиванием вверх (дроп-тест). Ниже приводится мониторинг перечисленных упражнений. Вверху экрана располагаются таблицы, в которых представлены числовые значения исследуемых биомеханических характеристик движений. Эти характеристики определяются как по экстремальным точкам динамограммы, так и по алгоритмам. Часть этих алгоритмов общеизвестна, часть разработана нами и является нашим "ноу-хау". Для прыжка вверх с места вычисляются: - длительность фазы подседания То, с; - длительность фазы отталкивания Тr, с; - длительность периода опоры Tj, c. В этом упражнении длительность периода опоры вычисляется от начала подседания до момента отрыва от платформы: Tj= To + Tr; - длительность полетного периода прыжка Tf, c; - средняя за фазу отталкивания сила реакции опоры на движение отталкивания (2) <F>,н; - средняя за фазу отталкивания мощность силы реакции опоры на движение отталкивания W, кВт; - значения средних скоростей "вылета" спортсмена, определяемые через длительности полетного периода Vt, м/с и через импульс силы реакции опоры на движение отталкивания Vs; - импульс силы реакции опоры на движение отталкивания за фазу отталкивания S, нхс. Таблица для прыжков на месте с возрастаю щей интенсивностью содержит средние за количество выполненных прыжков значения анализируемых биодинамических характеристик. Полная таблица (для каждого прыжка) содержится в опции "Диаграммы". В таблицах приводятся следующие характеристики: - длительность опорного периода прыжка Тс, с; - длительность полетного периода прыжка Tf, c; - время от начала контакта с опорой до момента достижения 1-го максимума вертикальной составляющей силы реакции опоры (ВСРО) Т1,с; - время от момента Т1 до момента достижения ВСРО минимума Т2, с; - время от момента достижения ВСРО минимума до момента достижения 2-го максимума Т3, с; - время от момента достижения ВСРО 2-го максимума до окончания контакта с платформой Т4, с; - значения ВСРО в 1-м максимуме, минимуме и 2-м максимуме F1,F2, F3 [H] соответственно: - мощность средней за время Т4 силы реакции опоры на движение отталкивания W, кВт; - импульс ВСРО за время Т4 S4, нхм. Таблица биомеханических характеристик для дроп-прыжка включает в себя: - длительность опорного периода движения Тс, с; - длительность полетного периода движения Tf, c; - время от начала контакта с опорой до момента достижения 1-го максимума ВСРО Т1; - время от начала контакта до момента достижения 2-го максимума ВСРО Т2, с; - время от момента достижения ВСРО 2-го максимума до окончания контакта с платформой Т3,с; - значения ВСРО в 1-м максимуме, минимуме и 2-м максимуме F1, F2, F3, н соответственно; - "коэффициент реактивности" прыжка (1) К1 = Tf/Tc; - "коэффициент реактивности" отталкивания К2 = Т2/Т3; - средняя за время Т3 мощность ВСРО W, кВт. Полученные результаты могут быть записаны в базу данных в табличной и графической формах. Используя разработанный программный продукт, мы провели оценку прыжковой подготовленности девушек-баскетболисток 1980-1985 г.р. В эксперименте приняли участие 48 спортсменок. Каждая участница выполняла прыжок вверх с места на динамометрической платформе (по 3 попытки). Анализ полученных результатов показал следующее. С увеличением возраста спортсменок растет длительность опорного периода тестового движения за счет увеличения длительности как фазы подседания, так и фазы отталкивания. Значительный прирост длительности фазы подседания (95-100 мс) отмечается у девушек 1980-1981 г.р. по сравнению с девушками 1985 г.р. Следует отметить, что разница в длительности полетной фазы прыжка у спортсменок 1985-1981 и 1985-1980 г.р. составляет всего 30 и 18 мс соответственно. Вместе с тем анализ силовых и мощностных характеристик прыжка показал, что для данных возрастов относительная разность в средней за время отталкивания равна силе отталкивания 48%, а в средней за время отталкивания мощности отталкивания - 56% соответственно от результатов младших спортсменок. В работе [3] была предложена и доказана необходимость использования "относительных" биомеханических характеристик при межиндиви дуальном сопоставлении данных, описывающих энергетику двигательных действий. В то же время во многих работах говорится, что для межиндивидуального сопоставления силовых характеристик тоже необходимо использовать их относительные значения. Наиболее точные показатели дает использование значения анализируемой характеристики, деленной на удельный вес тела испытуемого. Но так как измерение удельного веса тела - достаточно сложная в техническом исполнении процедура, то в первом приближении можно использовать распределение массы на единицу длины. В нашем эксперименте мы разделили средние за фазу отталкивания силу отталкивания и ее мощность на вес испытуемых (в кг) и умножили на их рост (в м). Анализ возрастной динамики этих характери стик показал следующее. Средние за фазу отталкивания "относительные" сила отталкивания и ее мощность у девушек 1980 г.р. больше, чем у остальных, но эти межвозрастные различия статистически недостоверны (p >0,1). Иными словами, возрастной прирост анализируемых характеристик слишком мал для ожидаемого увеличения длительности полетного периода в прыжке вверх с места. Необходимо также отметить, что применение компьютеризированного динамометрического комплекса с разработанной нами программой вычисления биодинамических характеристик прыжка вверх с места позволило минимизировать время обработки результатов измерений по группе испытуемых, тем самым высвободив его (время) для анализа полученных данных. Проведенный нами эксперимент выявил следующие существенные, на наш взгляд, моменты: 1. Компьютеризированный динамометрический комплекс с разработанной нами специальной программой высокоэффективен при проведении обследования прыжковой подготовленности спортсменов. 2. При оценке прыжковой подготовленности спортсменов следует использовать относительные к весо-ростовому индексу испытуемых силовые и энергетические характеристики вертикальной составляющей силы реакции опоры в фазе отталкивания. 3. Специальная прыжковая подготовка девушек баскетболисток 1980-1985 г.р. недостаточно эффективна и требует использования новых средств и методов (особенно для старших возрастов). Литература 1. Верхошанский Ю. Основы специальной силовой подготовки в спорте. - М.: ФиС,1977. - 215 с. 2. Дышко Б. Комплексное применение технических средств для повышения скорости стартового разгона легкоатлетов-спринтеров: Автореф. канд. дис. М., 1986. - 22 с. 3. Дышко Б. Биомеханическое тестирование спортивной обуви и искусственных покрытий: Автореф. докт. дис. М., 1995. - 50 с. 4. Gross T., Bunch R. Measurement of discrete vertical in stress with piezoelectric transducers //J. Biomech. Eng. 1988, N10, p. 261 - 265. 5. Gross T., Nelson R. The shock attenuation role of the ankle during landing from a vertical jump // Med. Sci. Sports Exerc. 1991, N 20, p. 506 -514.
При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна! |
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме