Описание работы 5

 

<- Практическая работа 4

 

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5

ОЦЕНКА ГИБКОСТИ

 

Теоретические сведения

 

Гибкость – это способность совершать суставные движения с большой амплитудой. Любое движение человека представляет собой комплекс элементарных вращательных движений в суставах. В спортивной практике гибкость оценивается как с помощью разнообразных тестов, так и при непосредственном измерении суставных (межзвенных) углов.

Распространенным тестом для определения подвижности (гибкости) позвоночного столба является наклон вперед из положения стоя, ноги выпрямлены. Измеряется расстояние от концов пальцев рук до плоскости опоры. Подвижность плечевых суставов определяется посредством упражнения с гимнастической палкой, при котором палка хватом спереди двумя руками переносится через голову назад до касания спины. Измеряется расстояние между кистями рук. Подвижность тазобедренных суставов определяется при выполнении продольного шпагата с измерением расстояния между стопами.

Измерение суставных углов может производиться прямо с помощью транспортира на самом спортсмене когда он неподвижен, или по материалам фото-, кино- или видеосъемки. Достоинство прямого способа измерения углов – относительная простота; недостаток – невозможность в ряде случаев произвести измерения на спортсмене и необходимость обработки видеоизображения.

Другой способ измерения суставных углов заключается в применении измерительных систем на основе датчиков-преобразователей. Эта методика носит название гониометрии (греч. гониа – угол, метрео – мера). В используемых датчиках изменение угла преобразуется в изменение электрического параметра – электрического сопротивления или емкости. Соответственно это переменное сопротивление (переменный резистор, потенциометр) или переменный конденсатор.

 

 

 

Датчики-преобразователи: переменный резистор (снизу)

и переменный конденсатор (сверху)

 


Наиболее часто используется переменное сопротивление. Угломерный датчик имеет следующую конструкцию. К основной его детали – потенциометру – крепятся две пластины. Одна из них неподвижно фиксируется на корпусе потенциометра, а другая присоединяется к движку (поворотной части) потенциометра. При измерении суставного угла обе пластины прикрепляются с помощью эластичного бинта к звеньям тела, образующим сустав, таким образом, чтобы оси вращения датчика и сустава совпадали.

 

 

 

Конструкция угломерного датчика

 

 

При анализе сложных движений, при которых происходит вращение сразу в нескольких суставах, используются многосуставные гониометрические системы.

 

 

 

Многосуставная гониометрическая система

 

 

Для изучения движений в многоосных суставах применяются специальные многокомпонентные гониометры.

Измерение электрического сопротивления угломерного датчика осуществляется омметром. Если шкала омметра градуирована (размечена) в угловых единицах (градусах или радианах), то тогда такой прибор называется гониометром. Градуировка гониометра проводится экспериментально для каждого конкретного угломерного датчика.

Гониометрия позволяет получить следующие угловые характеристики: суставные углы, амплитуду изменения углов в суставах, угловую скорость и ускорение. Также могут быть измерены угловые перемещения спортивного инвентаря.

 

Лабораторная установка, предназначенная для определения угловых характеристик движений спортсмена, представляет собой измерительную систему, состоящую из угломерного датчика, гониометра и регистрирующего устройства – чернильнопишущего самописца.

 

 

 

Схема силоизмерительной системы

 

 

 

 

Общий вид лабораторной установки:

внизу – угломерный датчик, справа – гониометр, слева – регистратор-самописец

 

 

Для определения угловых характеристик движений необходимо предварительно провести тарировку измерительной системы. Поскольку угломерные датчики являются нелинейными преобразователями, тарировка в данном случае заключается в определении соответствия между измеряемыми углами и отклонением пера самописца не при каком-то одном значении угла, а при нескольких значениях на всем диапазоне его изменения. С этой целью ступенчато меняется угол между пластинами датчика с шагом 30º в диапазоне от 0º до 180º. Угол контролируется по встроенному транспортиру. В результате на ленте самописца записывается ступенчатая диаграмма, на которой отклонение пера самописца, т.е. высота ступеней соответствует задаваемым углам (как правило, при нулевом значении угла перо самописца не отклоняется).

 

 

 

Проведение тарировки и вид тарировочной диаграммы

 

 

Измерив на тарировочной диаграмме высоту каждой ступени можно построить тарировочную кривую, т.е. графическую зависимость отклонения пера самописца от измеряемого угла.

 

 

 

Тарировочная кривая

 

 

Тарировочная кривая позволяет определить значение угла φ, соответствующее любому вертикальному отклонению пера самописца Y. Для этого по оси ординат откладывается значение Y в миллиметрах, проводится горизонтальная линия до пересечения с кривой, опускается перпендикуляр на ось абсцисс и находится угол φ в градусах.

На руке спортсмена в области локтевого сустава укрепляется угломерный датчик. Спортсмену дается задание выполнить два движения: относительно медленное – отжимание от высокой опоры, и относительно быстрое – удар. Медленное движение начинается со сгибания руки, а быстрое – с разгибания. В результате на ленте записываются гониограммы исследуемых движений – кривые изменения суставного угла во времени.

 

 

 

Измерение угла в локтевом суставе при отжимании и ударе

 

 

 

 

Вид гониограмм отжимания и удара:

1-2 – фаза сгибания руки, 3-4 – фаза разгибания руки

 

 

По гониограммам с использованием тарировочной кривой определяются значения углов в моменты начала и окончания фаз сгибания и разгибания руки, рассчитываются амплитуда изменения углов в фазах сгибания и разгибания, длительность фаз сгибания и разгибания, средние значения угловых скоростей в фазах сгибания и разгибания. На основании проведенных расчетов делается вывод, при каком движении и в какой его фазе наблюдается минимальное и максимальное значение угловой скорости.

 

Цель работы заключается в ознакомлении с методикой измерения углов с помощью датчиков-преобразователей и анализом гониограмм.

 

Порядок выполнения работы

 

  1. В отчете на тарировочной диаграмме измерить длину отрезков (высоту ступеней) Yт1 – Yт7, соответствующих углам 0º, 30º, 60º, 90º, 120º, 150º, 180º (как правило,  Yт1 = 0), как показано на примере. Для измерения длины отрезков воспользоваться миллиметровой сеткой на тарировочной диаграмме. Измерения производить с точностью до 1 мм. Результаты занести в таблицу 1 отчета.

 

 

Пример тарировочной диаграммы

 

 

Таблица 1 отчета                                                      

 

Отклонение пера самописца при заданных углах

 

φ, град

0

30

60

90

120

150

180

YТ, мм

0

 

 

 

 

 

 

 
 
  1. Построить тарировочную кривую, используя MICROSOFT EXCEL:
  1. Ввести в ячейки А1:А7 рабочего поля EXCEL данные первой строки таблицы 1 (значения угла  φ), а в ячейки В1: В7 – данные второй строки таблицы 1 (значения отклонения пера самописца  YТ).
  2. Выделить ячейки А1:А7 и В1:В7 и построить точечную диаграмму (Вставка→Диаграммы→Точечная→Точечная с гладкими кривыми). Используя стили диаграмм выбрать контрастный цвет линии. Используя макеты диаграмм ввести название диаграммы «Тарировочная кривая», названия осей: вертикальной – «Y, мм», горизонтальной – «φ, град».
  3. Выделить вертикальную ось (значений) и выбрать в контекстном меню: Добавить основные линии сетки, Добавить промежуточные линии сетки. Выделить горизонтальную ось (значений) и выбрать в контекстном меню: Добавить основные линии сетки, Добавить промежуточные линии сетки.
  4. Удалить легенду. Удалить границы области диаграммы (Формат области диаграммы→Цвет границы→Нет линий).
  5. Скопировать диаграмму и вставить ее в отчет под таблицей 1. Размер диаграммы и надписей установить аналогично тому, как показано на примере.

 

Пример

 

 

  1. В отчете на гониограммах отжимания и удара с нанесенными координатными осями измерить длину отрезков Y1, Y2, X1-2, соответствующих фазе сгибания руки, и отрезков Y3, Y4, X3-4, соответствующих фазе разгибания руки, как показано на примере. Точки начала и окончание фаз движения определяются по перегибу кривой на гониограммах. Для измерения длины отрезков воспользоваться миллиметровой сеткой на гониограммах. Измерения производить с точностью до 1 мм. Результаты занести в таблицу 2 отчета.

 

 

Пример гониограмм отжимания и удара

 

 

Таблица 2 отчета                               

 

Угловые и временные характеристики движений

 

Фаза сгибания

Движение

Y1,

мм

φ1,

град

Y2,

мм

φ2,

град

Δφсг,

град

X1-2,

мм

tсг,

с

ωсг,

град/с

Отжимание

 

 

 

 

 

 

 

 

Удар

 

 

 

 

 

 

 

 

Фаза разгибания

Движение

Y4,

мм

φ4,

град

Y3,

мм

φ3,

град

Δφраз,

град

X3-4,

мм

tраз,

с

ωраз,

град/с

Отжимание

 

 

 

 

 

 

 

 

Удар

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
  1. Определить значения углов  φ1,  φ2,  φ3,  φ4,  используя построенную тарировочную кривую. Так, если  Y1 = 34 мм, то по тарировочной кривой, представленной в качестве примера, видно, что этому значению соответствует φ1 = 146 град. Измерения производить с точностью до 1 град. Результаты занести в таблицу 2 отчета.
  2. Вычислить амплитуду изменения угла в локтевом суставе при отжимании и ударе в фазах сгибания  Δφсг  и разгибания  Δφраз:

Δφсг = φ1 – φ2

 

Δφраз = φ4 – φ3

Результаты занести в таблицу 2 отчета.

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

Результат записать в отчет.

  1. Вычислить длительность фаз сгибания  tсг  и разгибания  tраз  при отжимании и ударе:

tсг = X1-2·Mt

 

tраз = X3-4·Mt

Результаты занести в таблицу 2 отчета.

  1. Вычислить средние значения угловых скоростей при отжимании и ударе в фазах сгибания  ωсг  и разгибания  ωраз:

ωсг = Δφсг / tсг

 

ωраз = Δφраз / tраз

 

Расчеты производить с точностью до 1 град/с. Результаты занести в таблицу 2 отчета.

  1. Сделать вывод, при каком движении и в какой его фазе наблюдается минимальное и максимальное значение угловой скорости.

 

 

Вопросы для самоконтроля

 

  1. Как в спортивной практике оценивается гибкость?
  2. Какие известны способы измерения суставных углов?
  3. Что такое гониометрия?
  4. Как устроен угломерный датчик?
  5. Какой электрический параметр угломерного датчика меняется при изменении угла?
  6. Что собой представляет гониометр?
  7. Что включает лабораторная установка для измерения суставных углов?
  8. Как производится тарировка измерительной системы для измерения суставных углов?
  9. Как строится и используется тарировочная кривая?
  10. Что собой представляет гониограмма?
  11. Какие угловые характеристики движений могут быть определены по гониограмме?

<- Практическая работа 4