Biomechanika

Bio – mechanika Bio – mechanika

Mechanika živých systémov – v Mechanika živých systémov – v prípade vied o športe športovec, prípade vied o športe športovec,

jeho pohyb, pohyb, ktorý vyvoláva jeho pohyb, pohyb, ktorý vyvoláva (náčinia).(náčinia).

.Biomechanika - interdisciplinárny Biomechanika - interdisciplinárny

(transdiciplinárny) odbor - (transdiciplinárny) odbor - mechanická štruktúra, mechanická štruktúra, mechanické správanie, mechanické správanie,

mechanické vlastnosti živých mechanické vlastnosti živých systémov.systémov.

Aplikovaná biomechanika - Aplikovaná biomechanika - zameranie na konkrétnu oblasť - zameranie na konkrétnu oblasť -

šport.šport.

História biomechaniky

..

Biomechanika

Kinematika – priestorové, časové a Kinematika – priestorové, časové a časovo-priestorové charakteristikyčasovo-priestorové charakteristiky

Dynamika – sily a ich pôsobenieDynamika – sily a ich pôsobenie

Štruktúra športového výkonu

faktory somatickéfaktory somatické faktory kondičnej pripravenostifaktory kondičnej pripravenosti faktory technickej pripravenostifaktory technickej pripravenosti faktory taktickej pripravenostifaktory taktickej pripravenosti faktory psychickej pripravenostifaktory psychickej pripravenosti faktory teoretickej pripravenostifaktory teoretickej pripravenosti

RovnováhaRovnováha

• statickástatická

• dynamickádynamická

RovnovRovnovážna polohaážna poloha

• Stála rovnovážna polohaStála rovnovážna poloha

• Vratká rovnovážna polohaVratká rovnovážna poloha

• Voľná rovnovážna poloha Voľná rovnovážna poloha

Stála rovnovážna polohaStála rovnovážna poloha

StabilnáStabilná

• po vychýlení sa teleso (športovec) po vychýlení sa teleso (športovec) vracia späť do rovnovážnej polohyvracia späť do rovnovážnej polohy

• moment tiažovej sily otáča teleso moment tiažovej sily otáča teleso (športovca) späť do rovnovážnej (športovca) späť do rovnovážnej polohypolohy

Vratká rovnovážna polohaVratká rovnovážna poloha

LabilnáLabilná

• výchylka sa po vychýlení z výchylka sa po vychýlení z rovnovážnej polohy ešte viac rovnovážnej polohy ešte viac zväčšuje a teleso (športovec) sa zväčšuje a teleso (športovec) sa nevráti samo do rovnovážnej polohynevráti samo do rovnovážnej polohy

• pád, prevráteniepád, prevrátenie

Voľná rovnovážna polohaVoľná rovnovážna poloha

IndiferentnáIndiferentná

• teleso (športovec) zostáva v novej teleso (športovec) zostáva v novej polohe, jeho výchylka sa nezväčšuje polohe, jeho výchylka sa nezväčšuje ani nezmenšujeani nezmenšuje

• teleso (športovec) je opäť v teleso (športovec) je opäť v rovnovážnej poloherovnovážnej polohe

Mechanické charakteristiky Mechanické charakteristiky stability (rovnováhy)stability (rovnováhy)

• plocha oporyplocha opory

• výška ťažiskavýška ťažiska

• hmotnosťhmotnosť

Miera stabilityMiera stability

Stabilita telesa je tým väčšiaStabilita telesa je tým väčšia

• čím väčšiu prácu treba vykonať na čím väčšiu prácu treba vykonať na preklopenie telesa (športovca) do preklopenie telesa (športovca) do vratkej polohyvratkej polohy

• čím väčšia sila je potrebná na čím väčšia sila je potrebná na preklopenie telesa (športovca)preklopenie telesa (športovca)

FG, Fsv

Fvz

Fsv, Fop, FtFz, Fp,

LegendaFvz – vztlaková silaFsv – svalová silaFt - trenieFG - tiažFp – odpor prostrediaFop – odpor vodyFz – sila zotrvačnosti

Kinematicko-dynamická analýza mikro fázy jazdy vpred proti vetru d`Alembertovým princípom dynamickej rovnováhy

Fvz + Fp + Fz + Fsv + Fop + Fsv+ FG + Ft = 0

..

• Rýchlosť - presnosťRýchlosť - presnosť

BIOMECHANIKA je predmet, vednje predmet, vedný odbor, ktorý skúma pohyby ý odbor, ktorý skúma pohyby človeka z hľadiska všeobecne platných zákonov človeka z hľadiska všeobecne platných zákonov mechaniky.mechaniky.

Úlohy biomechaniky (B)Úlohy biomechaniky (B)

- optimalizácia športového výkonu ŠV- optimalizácia športového výkonu ŠV- dosiahnutie maximálneho ŠV- dosiahnutie maximálneho ŠV - optimálna športová technika - optimálna športová technika - maximálne efektívna športová technika - maximálne efektívna športová technika

Technika korčuľovaniaTechnika korčuľovania, behu, skoku, behu, skokuTechnika pri osobných súbojochTechnika pri osobných súbojochTechnika streľbyTechnika streľby, , úderu, hodu, vrhuúderu, hodu, vrhuTechnika chytaniaTechnika chytania

Prevencia pred zraneniami, vhodná výstrojPrevencia pred zraneniami, vhodná výstroj(korčule, kopačky, tenisky)(korčule, kopačky, tenisky)

• MechanikaMechanika, ktorá je súčasťou biomechaniky, , ktorá je súčasťou biomechaniky, študuje pohyb telies (alebo hmotných bodov) študuje pohyb telies (alebo hmotných bodov) vzhľadom na iné telesá. vzhľadom na iné telesá. DráhaDráha telesa sa mení telesa sa mení (veľkosť i smer), menia sa (veľkosť i smer), menia sa uhlyuhly, ktoré zvierajú , ktoré zvierajú jednotlivé segmenty tela navzájom i vo vzťahu jednotlivé segmenty tela navzájom i vo vzťahu k iným telesám. Tieto zmeny sa dejú v priestore. k iným telesám. Tieto zmeny sa dejú v priestore. Priestorové i časové a priestorovo-časové Priestorové i časové a priestorovo-časové charakteristiky pohybu nazývame charakteristiky pohybu nazývame kinematické kinematické charakteristikycharakteristiky. .

• Pre popis pohybu hmotného bodu v kinematike Pre popis pohybu hmotného bodu v kinematike používame používame sústavu súradnícsústavu súradníc. Pomocou nich je . Pomocou nich je následne určená poloha a ostatné následne určená poloha a ostatné charakteristiky hmotného bodu . Súradnicové charakteristiky hmotného bodu . Súradnicové osy x, y, z a ich hodnoty vyjadrujú polohu osy x, y, z a ich hodnoty vyjadrujú polohu hmotného bodu.hmotného bodu.

Smery a rovinySmery a roviny

• Jednotlivé smery sa určujú podľa rovín a osí a Jednotlivé smery sa určujú podľa rovín a osí a vychádzajú zo stredového bodu tela: vychádzajú zo stredového bodu tela:

• priebeh vertikálnej osi v smere od priebeh vertikálnej osi v smere od horizontálnej roviny nahor k lebke (cranium) horizontálnej roviny nahor k lebke (cranium) označujeme ako kraniálny smer a od označujeme ako kraniálny smer a od horizontálnej roviny nadol k chvostu (cauda) horizontálnej roviny nadol k chvostu (cauda) označujeme ako kaudálny smer označujeme ako kaudálny smer

• priebeh sagitálnej osi v smere od čelovej priebeh sagitálnej osi v smere od čelovej roviny dopredu označujeme ako brušný roviny dopredu označujeme ako brušný (ventrálny) smer a od čelovej roviny dozadu (ventrálny) smer a od čelovej roviny dozadu ako chrbtový (dorzálny) smer ako chrbtový (dorzálny) smer

• priebeh transverzálnej osi v smere k stredovej priebeh transverzálnej osi v smere k stredovej rovine označujeme ako prístredný (mediálny) rovine označujeme ako prístredný (mediálny) a smer od stredovej roviny označujeme ako a smer od stredovej roviny označujeme ako bočný (laterálny). Rozlišujeme dva bočné bočný (laterálny). Rozlišujeme dva bočné smery – pravý a ľavý (dexter et sinister) smery – pravý a ľavý (dexter et sinister)

Picture 5 Length of left and right knee (absolute values)Picture 5 Length of left and right knee (absolute values)

Picture 6 Velocity of left and right knee (absolute values) Picture 6 Velocity of left and right knee (absolute values)

Picture 7 Acceleration of left and right knee (absolute values)Picture 7 Acceleration of left and right knee (absolute values)

Picture 8 Trajectories of chosen body segments during the successful trial Picture 8 Trajectories of chosen body segments during the successful trial

Picture 9 Angle forhead – center of hips – ball and its changesPicture 9 Angle forhead – center of hips – ball and its changes

Zadání:Zadání:                  

Pro svoji hmotnost a výšku Pro svoji hmotnost a výšku spočti hmotnosti spočti hmotnosti

jednotlivých segmentů těla jednotlivých segmentů těla pomocí dvou metod pomocí dvou metod

(procentuální metoda, (procentuální metoda, Zaciorského metoda) a Zaciorského metoda) a

porovnej výsledky obou porovnej výsledky obou metod. metod.

                      

Vstupní data: Vstupní data: celková hmotnost v kgcelková hmotnost v kg

                

celková výška v cmcelková výška v cm                                  

Výstupní data: hmotnost Výstupní data: hmotnost hlavy, trupu, paže, dolní hlavy, trupu, paže, dolní

končetiny, předloktí, nadloktí, končetiny, předloktí, nadloktí, ruky, stehna, bérce, nohy). ruky, stehna, bérce, nohy).

                                            

Zaciorského metoda:Zaciorského metoda:                                      

mmii = B = B00 + B + B11 . m + B . m + B22 . v . v

kde: kde: mmii = hmotnost počítaného = hmotnost počítaného

segmentusegmentu              

BB00 , B , B11 , B , B22 = koeficienty = koeficienty

množinové regrese množinové regrese (experimentálně zjištěné)(experimentálně zjištěné)

        

m = hmotnost člověka (kg)m = hmotnost člověka (kg)                

v = výška člověka (v cm!)v = výška člověka (v cm!)                              

Zadání:Zadání:                  

Pro svoji hmotnost a výšku Pro svoji hmotnost a výšku spočti hmotnosti spočti hmotnosti

jednotlivých segmentů těla jednotlivých segmentů těla pomocí dvou metod pomocí dvou metod

(procentuální metoda, (procentuální metoda, Zaciorského metoda) a Zaciorského metoda) a

porovnej výsledky obou porovnej výsledky obou metod. metod.

                      

Vstupní data: Vstupní data: celková hmotnost v kgcelková hmotnost v kg

                

celková výška v cmcelková výška v cm                                  

Výstupní data: hmotnost Výstupní data: hmotnost hlavy, trupu, paže, dolní hlavy, trupu, paže, dolní

končetiny, předloktí, nadloktí, končetiny, předloktí, nadloktí, ruky, stehna, bérce, nohy). ruky, stehna, bérce, nohy).

                                            

Zaciorského metoda:Zaciorského metoda:                                      

mmii = B = B00 + B + B11 . m + B . m + B22 . v . v

kde: kde: mmii = hmotnost počítaného = hmotnost počítaného

segmentusegmentu              

BB00 , B , B11 , B , B22 = koeficienty = koeficienty

množinové regrese množinové regrese (experimentálně zjištěné)(experimentálně zjištěné)

        

m = hmotnost člověka (kg)m = hmotnost člověka (kg)                

v = výška člověka (v cm!)v = výška člověka (v cm!)                                  

  

  

FG, Fsv

Fvz

Fsv, Fop, FtFz, Fp,

LegendaFvz – vztlaková silaFsv – svalová silaFt - trenieFG - tiažFp – odpor prostrediaFop – odpor vodyFz – sila zotrvačnosti

Kinematicko-dynamická analýza mikro fázy jazdy vpred proti vetru d`Alembertovým princípom dynamickej rovnováhy

Fvz + Fp + Fz + Fsv + Fop + Fsv+ FG + Ft = 0

Aristoteles Leonardo da VinciAristoteles Leonardo da Vinci384 – 322 predn.l 1452 – 1519384 – 322 predn.l 1452 – 1519organizmus-mechanický a organizmus-mechanický a gravitačné centrum tela,šlachy gravitačné centrum tela,šlachy prenos sily riadiaci systém,svaly-pohybprenos sily riadiaci systém,svaly-pohyb

Giovanni Alfonso Borelli Etienne-Jules MurayGiovanni Alfonso Borelli Etienne-Jules Muray1608 – 1679 1830 – 19041608 – 1679 1830 – 1904otec novodobej biomechaniky vynález chronofotografuotec novodobej biomechaniky vynález chronofotografugravitácia,pákový mechanizmus 1.moderná analýza pohybu - gravitácia,pákový mechanizmus 1.moderná analýza pohybu - chôdza chôdza

ChronofotografChronofotograf

ArchimedesArchimedes 287 – 212 pred n.l 287 – 212 pred n.l (hydromechanika)(hydromechanika)

Galileo GalileiGalileo Galilei 1564 – 1642 (izoloval 1564 – 1642 (izoloval jednotlivé javy od celku – metodológia jednotlivé javy od celku – metodológia výskumu, zákon zotrvačnosti a zachovania výskumu, zákon zotrvačnosti a zachovania hybnosti)hybnosti)

Isac NewtonIsac Newton 1643 - 1727 (3 pohybové 1643 - 1727 (3 pohybové zákony: sily, zotrvačnosti, akcie a reakcie) zákony: sily, zotrvačnosti, akcie a reakcie)

LesgaftLesgaft 1837 – 1909 (anatómia, abeceda 1837 – 1909 (anatómia, abeceda pohybov)pohybov)

V Československu:V Československu:

Stráňai, Čelikovský, Novák, Koniar, Stráňai, Čelikovský, Novák, Koniar, Leško, BalážLeško, Baláž

Novodobý svet:Novodobý svet:

Schnabel, Donskoj, Hochmuth,Schnabel, Donskoj, Hochmuth,

Zatsiorskij 1983, Seluyanov 1983, Zatsiorskij 1983, Seluyanov 1983, Chandler 1975, Hanavan 1964, Chandler 1975, Hanavan 1964, Yeadon 1990, Kwon 1991 1993-3D, Yeadon 1990, Kwon 1991 1993-3D, Jensen 1978, Hatze 1980Jensen 1978, Hatze 1980

ZatsiorskijZatsiorskij

Hanavan modelHanavan model

Yeadon modelYeadon model

Paličkový model Paličkový model – stick diagram– stick diagram

• Oporný a pohybový systém ľudského telaOporný a pohybový systém ľudského tela

• Všeobecné znaky ľudského telaVšeobecné znaky ľudského tela

• Ľudské telo je veľmi zložitý pohybový systém Ľudské telo je veľmi zložitý pohybový systém tvorený subsystémami s diferencovanými tvorený subsystémami s diferencovanými funkciami (riadiaci, oporný, energetický, funkciami (riadiaci, oporný, energetický, pohybový, atď.). Celú materiálnu časť tela pohybový, atď.). Celú materiálnu časť tela človeka tvoria nehomogénne a nepravidelné človeka tvoria nehomogénne a nepravidelné tvary, ktoré sú výsledkom ľudského vývinu. tvary, ktoré sú výsledkom ľudského vývinu. Tkanivá, z ktorých sú tieto systémové a funkčné Tkanivá, z ktorých sú tieto systémové a funkčné časti (orgány) zložené majú rôznu stavbu. Táto časti (orgány) zložené majú rôznu stavbu. Táto sa v priebehu ľudského života mení. Menia sa sa v priebehu ľudského života mení. Menia sa tým ich fyzikálne vlastnosti. K nim patria: tým ich fyzikálne vlastnosti. K nim patria:

• - štruktúrovanosť- štruktúrovanosť

• - pružnosť a pevnosť- pružnosť a pevnosť

• Celé telo v rámci diferencovanosti pôsobí Celé telo v rámci diferencovanosti pôsobí ako jeden funkčný homogénny celok. ako jeden funkčný homogénny celok. ŠtruktúraŠtruktúra týchto systémových jednotiek týchto systémových jednotiek akým sú kosti, šľachy, svalové vlákna, akým sú kosti, šľachy, svalové vlákna, nervové bunky atď. je v jednote nervové bunky atď. je v jednote pôsobenia ako celku.pôsobenia ako celku.

• Vlastnosti Vlastnosti pevnosti a pružnosti pevnosti a pružnosti sú sú viazané na schopnosti tkanív odolávať viazané na schopnosti tkanív odolávať účinkom pôsobiacich síl.účinkom pôsobiacich síl.

• PevnosťPevnosť tkaniva je veľkosť odporu, ktorý tkaniva je veľkosť odporu, ktorý kladie proti svojmu porušeniu. Teda kladie proti svojmu porušeniu. Teda pôsobí vnútornou silou proti vonkajším pôsobí vnútornou silou proti vonkajším silám.silám.

• PružnosťPružnosť tkaniva je vlastnosťou, ktorá mu tkaniva je vlastnosťou, ktorá mu umožňuje návrat do pôvodného stavu.umožňuje návrat do pôvodného stavu.

• Smer pôsobiacich síl určuje i základné Smer pôsobiacich síl určuje i základné triedenie. Poznáme triedenie. Poznáme pevnosťpevnosť v tlaku, v tlaku, ťahu a krútení.ťahu a krútení. Pri všetkých druhoch Pri všetkých druhoch silového pôsobenia je známy jav silového pôsobenia je známy jav medznej medznej sily.sily. Ak je táto väčšia ako je vnútorné Ak je táto väčšia ako je vnútorné napätie (δ sigma) dochádza k deformácii napätie (δ sigma) dochádza k deformácii tkaniva. Matematicky je vzťah vyjadrený:tkaniva. Matematicky je vzťah vyjadrený:

FFδ = –––––– δ = –––––– [N.cm-2] [N.cm-2]

SS• kde δ je napätie, F pôsobiaca sila, S plocha kde δ je napätie, F pôsobiaca sila, S plocha

prierezu tkaniva. prierezu tkaniva.

PPákový systémákový systémPohyb pákového systému zabezpečujú vonkajšie Pohyb pákového systému zabezpečujú vonkajšie

a vnútorné svalové sily. Z vonkajších síl pôsobí tiažová a vnútorné svalové sily. Z vonkajších síl pôsobí tiažová sila (FG), ktorá sa rozkladá na G1 pôsobiacu sila (FG), ktorá sa rozkladá na G1 pôsobiacu

v predĺžení predlaktia a FG2 pôsobiacu na ňu kolmo. v predĺžení predlaktia a FG2 pôsobiacu na ňu kolmo. Výslednicou je FG Výslednicou je FG

Momenty tiažovej alebo svalovej sily (FSV, MFG) Momenty tiažovej alebo svalovej sily (FSV, MFG) vznikajú vtedy, ak sila pôsobí mimo osi otáčania.vznikajú vtedy, ak sila pôsobí mimo osi otáčania.

MG = G . qMG = G . q

U človeka nachádzame i dvojzvratné páky (hlava U človeka nachádzame i dvojzvratné páky (hlava s chrbticou). Ich mechanizmus je zložitejší. Sily s chrbticou). Ich mechanizmus je zložitejší. Sily pôsobia na oboch stranách osi a sú spravidla pôsobia na oboch stranách osi a sú spravidla

udržiavané v rovnovážnom stave.udržiavané v rovnovážnom stave.

Ťažisko – centrum hmotyŤažisko – centrum hmoty

• V biomechanických analýzach pohybu V biomechanických analýzach pohybu ľudského tela sa stretávame so ľudského tela sa stretávame so zjednodušením. Hmotu celého tela zjednodušením. Hmotu celého tela nahradzujeme jedným hmotným bodom, nahradzujeme jedným hmotným bodom, ktorým je ťažisko. Hmota tela je pritom ktorým je ťažisko. Hmota tela je pritom zachovaná. Ťažisko sa nazýva i „centrom zachovaná. Ťažisko sa nazýva i „centrom hmoty“ alebo „centrom zotrvačnosti“. hmoty“ alebo „centrom zotrvačnosti“. Ponechávame mu teda všetky vlastnosti Ponechávame mu teda všetky vlastnosti hmoty V mikroanalýzach pohybu je potrebné hmoty V mikroanalýzach pohybu je potrebné poznať i ťažiská segmentov. To preto, aby poznať i ťažiská segmentov. To preto, aby bolo možné posúdiť vplyv pohybu bolo možné posúdiť vplyv pohybu jednotlivých segmentov v rámci celého tela jednotlivých segmentov v rámci celého tela pri pohybe v priestore. Preto sú určené pri pohybe v priestore. Preto sú určené i segmentálne ťažiská.i segmentálne ťažiská.

Hmotnosť segmentov tela (m, v):Hmotnosť segmentov tela (m, v):

1.znalosť percentuálneho rozdelenia 1.znalosť percentuálneho rozdelenia hmotnostihmotnosti2.výpočet Zatsiorskij,Seluyanov 19792.výpočet Zatsiorskij,Seluyanov 1979

BB00, B, B11,, BB22

koeficienty koeficienty

mm i i = B = B0 0 + B+ B11mm ++ BB22vv

m – v kgm – v kg

v – v cmv – v cm

3.antropometrické postupy (podvodné váženie - 3.antropometrické postupy (podvodné váženie - AZ)AZ)