Описание работы 4

 

<- Практическая работа 3

Практическая работа 5 ->

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4

ОЦЕНКА СИЛОВЫХ КАЧЕСТВ

 

Теоретические сведения

 

Под силовыми качествами человека понимается способность противостоять внешнему сопротивлению или противодействовать ему посредством мышечных усилий. В спортивной практике измеряются следующие силовые характеристики: сила отдельных мышечных групп, сила воздействия на спортивные снаряды и инвентарь, момент силы, скорость нарастания усилия, импульс силы.

Сила, развиваемая спортсменом, может быть измерена различными способами: по максимальному поднятому весу, с помощью специальных измерителей – динамометров, с помощью силоизмерительных систем с использованием тензодатчиков.

Динамометры служат в основном для измерения максимальной силы отдельных мышечных групп. Применяются кистевые, становые и другие динамометры. Они делятся на механические и электронные.

 

 

 

Механические динамометры

 

 

 

Электронные динамометры

 

Действие динамометров основано на том, что в них имеется пружина, которая деформируется приложенной к ней силой. Конструкция динамометров предусматривает работу пружины в зоне линейной деформации, которая описывается законом Гука:  F = –k∆X  (Fприложенная сила, k – модуль упругости пружины, ∆X – деформация пружины). В зависимости от деформации пружины меняются показания стрелочного или цифрового индикатора. Шкала таких динамометров всегда линейная.

Достоинством динамометров является их относительная простота; недостатком – невозможность измерения силы в динамике, особенно при быстрых движениях. С этой целью применяются силоизмерительные системы с использованием тензодатчиков, и этот метод носит название тензодинамометрии. Действие силоизмерительной системы основано на том, что измеряемая сила вызывает деформацию упругого тела, к которому она приложена, и степень этой деформации определяется с помощью тензодатчика. Он представляет собой датчик-преобразователь, механическая деформация которого приводит к изменению его электрического сопротивления и тока в цепи, в которую он включен. Изменение тока фиксируется на регистрирующем устройстве.

 

Тензодатчик состоит из тонкой металлической проволоки или ленты, уложенной зигзагообразно между изоляционными прокладками.

 

 

Внешний вид тензодатчиков

 

Электрическое сопротивление тензодатчика  R  зависит от удельного сопротивления проводника (проволоки или ленты)  ρ , общей длины проводника  l  и площади поперечного сечения проводника  S:

 

 

Очевидно, что электрическое сопротивление тензодатчика растет при его удлинении (увеличивается длина  l  и уменьшается площадь поперечного сечения проводника  S).

Тензодатчики наклеиваются на упругое тело, к которому приложена измеряемая сила. В качестве упругого тела используются спортивный инвентарь (гимнастическая перекладина, гриф штанги, хоккейная клюшка, весло, ракетка и т.д.) или специальный силоизмерительный элемент, который часто имеет конструкцию консоли, балки или кольца.

 

 

Конструкции силоизмерительных элементов

 

Тензодатчики обычно укрепляются на двух смежных поверхностях силоизмерительного элемента, одна из которых под действием приложенного усилия удлиняется, а другая – укорачивается. Силоизмерительный элемент, как и пружина динамометра, должен работать в зоне линейной деформации.

Поскольку при измерении силы деформация упругого тела и возникающее при этом изменение электрического сопротивления датчика крайне малы, определяется не абсолютное значение сопротивления (для чего обычно служит омметр), а относительное изменение сопротивления. С этой целью применяется высокочувствительный мостовой метод, на основе которого работают тензоусилители различной конструкции.

 

 

Тензоусилители различной конструкции

 

Лабораторная установка, предназначенная для измерения развиваемой спортсменом силы, представляет собой измерительную систему, которая включает ручку с тросом, аналогичную той, что используется при метании молота, тензоусилитель и регистратор-самописец.

 

 

Схема силоизмерительной системы

 

 

 

Общий вид лабораторной установки:

справа налево – спортсмен, тянущий ручку с тросом, тензоусилитель,

регистратор-самописец

 

Ручка с тросом одним концом с помощью крючка прикрепляется к неподвижной опоре. В разрыв троса вмонтировано металлическое кольцо, выполняющее роль силоизмерительного элемента. На кольцо наклеено четыре тензодатчика (два снаружи и два внутри). Датчики образуют мостовую измерительную схему, которая подключается к тензоусилителю. С тензоусилителя сигнал поступает на регистратор-самописец.

При создании тягового усилия кольцо деформируется (становится близким к эллипсу). При этом длина тензодатчиков на наружной поверхности кольца немного уменьшается, а на внутренней – увеличивается. Пропорционально меняется их электрическое сопротивление и отклоняется перо самописца. Таким образом, между измеряемой силой и отклонением пера самописца существует прямо пропорциональная зависимость.

 

 

Ручка с тросом и вмонтированным кольцом с тензодатчиками

 

Для того, чтобы установить взаимосвязь между прилагаемой силой и отклонением пера самописца, т.е. масштаб по оси силы (оси ординат)  МF,  выполняется операция тарировки (градуирования), заключающаяся в следующем. Создается заранее известное тарировочное усилие  FТ . Для этого на трос подвешивается груз весом  PТ ,  приподнимается и затем опускается. В результате на ленте самописца записывается тарировочный сигнал П-образной формы.

 

 

Проведение тарировки и вид тарировочного сигнала

 

 

Измерив отклонение пера самописца  YТ ,  соответствующее тарировочному усилию  FТ ,  можно рассчитать масштаб  МF:

 

 

В этом случае усилие  F , соответствующее любому вертикальному отклонению пера самописца  Y , определяется по формуле:

 

F = Y·МF

 

Спортсмену дается задание выполнить тягу троса с усилием  Fздн = 150 Н. Для этого, зная масштаб  МF, предварительно определяется положение пера самописца, соответствующее данному усилию. Время от начала тяги до достижения заданного усилия должно составлять 1 с, что обеспечит скорость нарастания усилия  Gздн = 150 Н/с. После того, как выполнив несколько пробных попыток спортсмен запомнил заданное усилие и скорость его нарастания, ему дается задание трижды воспроизвести их без зрительного контроля (не глядя на ленту самописца). В результате на ленте записывается тензодинамоограмма исследуемых движений – кривая изменения силы во времени.

 

 

Вид тензодинамограммы воспроизведения тягового усилия:

1 – начало периода нарастания усилия, 2 – окончание периода нарастания усилия

 

По тензодинамограмме для каждой из трех попыток рассчитываются время нарастания усилия, развиваемое усилие, скорость нарастания усилия. Определяется среднее отклонение воспроизведенного усилия и скорости его нарастания от заданных значений и по величине этого отклонения делается вывод о том, справился испытуемый с заданием или не справился.

 

Цель работы заключается в ознакомлении с методикой измерения силы с помощью тензодатчиков, а также оценки способности спортсмена к воспроизведению заданного усилия.

 

Порядок выполнения работы

 

  1. В отчете на тензодинамограмме с нанесенными координатными осями измерить длину отрезков X1-2 и Y2, соответствующих периоду нарастания усилия для каждой из трех попыток, как показано на примере. Точки начала и окончание периода нарастания усилия определяются по перегибу кривой на тензодинамограмме. Для измерения длины отрезков воспользоваться миллиметровой сеткой на тензодинамограмме. Измерения производить с точностью до 1 мм. Результаты занести в таблицу отчета.

 

 

Пример тензодинамограммы воспроизведения тягового усилия

 

 

Таблица отчета                              

 

Время, значение и скорость воспроизведения тягового усилия

 

п/п

Х1-2,

 

мм

t1-2,

 

с

Y2,

 

мм

F2,

 

Н

G,

 

Н/с

ΔF,

 

Н

ΔG,

 

Н/с

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

ΔFср =

ΔGср =

 

 

  1. Используя заданное значение скорости движения ленты самописца Vл  определить масштаб тензодинамограммы  Мt  по оси времени:

Результат записать в отчет.

  1. Используя заданные значения тарировочного усилия  FТ   и соответствующего ему отклонения пера самописца  YТ , определить масштаб тензодинамограммы по оси силы  МF:

Результат записать в отчет.

  1. Вычислить длительность периода нарастания усилия  t1-2 для каждой из трех попыток:

t1-2 = Х1-2·Mt

Результаты занести в таблицу отчета.

  1. Вычислить развиваемое усилие  F2 для каждой из трех попыток:

F2 = Y2·МF

Результаты занести в таблицу отчета.

  1. Вычислить скорость нарастания усилия  G  для каждой из трех попыток:

 

Расчет производить с точностью до 1 Н/с. Результаты занести в таблицу отчета.

  1. Вычислить отклонение развиваемого усилия от заданного (Fздн = 150 Н)  ΔF  для каждой из трех попыток:

ΔF = F2 – Fздн

Результаты занести в таблицу отчета.

  1. Вычислить отклонение скорости нарастания усилия от заданной (Gздн = 150 Н/с)  ΔG  для каждой из трех попыток:

ΔG = G – Gздн

Результаты занести в таблицу отчета.

  1. Вычислить среднее отклонение воспроизведенного усилия от заданного  ΔFср:

 

где |ΔF1|, |ΔF2|, |ΔF3| – значения отклонений  ΔF  по модулю (без учета знака) для каждой из трех попыток. Расчет производить с точностью до 1 Н. Результат занести в таблицу отчета.

  1. Вычислить среднее отклонение воспроизведенной скорости нарастания усилия от заданной  ΔGср:

 

где |ΔG1|, |ΔG2|, |ΔG3| – значения отклонений  ΔG  по модулю для каждой из трех попыток. Расчет производить с точностью до 1 Н/с. Результат занести в таблицу отчета.

  1. Сделать вывод о том, справился испытуемый с заданием по воспроизведению усилия и скорости его нарастания, или не справился. Если среднее отклонение усилия  ΔFср  и скорости его нарастания  ΔGср  меньше или равно 10% от заданных значений (меньше 15 Н для усилия и 15 Н/с для скорости его нарастания), то испытуемый справился с заданием; если больше – не справился.

 

 

Вопросы для самоконтроля

 

  1. Какие известны способы измерения силы?
  2. Каков принцип действия динамометров?
  3. Для чего применяются силоизмерительные системы?
  4. Как устроен тензодатчик?
  5. Какая электрическая характеристика тензодатчика меняется при его деформации?
  6. Для чего служат силоизмерительные элементы?
  7. Какие применяются конструкции силоизмерительных элементов?
  8. Какого назначение тензоусилителя?
  9. Из чего состоит лабораторная установка для измерения развиваемой спортсменом силы?
  10. Как производится тарировка силоизмерительной системы?
  11. Что такое тензодинамоограмма?
  12. Что можно определить с помощью тензодинамоограммы?

<- Практическая работа 3

Практическая работа 5 ->