Рекомендовано к изданию экспертно-методическим Советом Института
туризма, рекреации и фитнеса РГУФКСМиТ
Протокол №65 от 21.04.2016 г.
Шалманов Ан.А., Шалманов Ал.А., Лукунина Е.А., Медведев В.Г.
Лабораторный практикум по биомеханике двигательной деятельности.
Аппаратно-программный комплекс и учебная документация :учебное пособие
по дисциплине «Биомеханика двигательной деятельности» для студентов,
обучающихся по направлению подготовки 49.03.01 «Физическая культура»
профилю «Спортивная подготовка» / Ан.А. Шалманов, Ал.А. Шалманов, Е.А.
Лукунина, В.Г. Медведев. – М.: РГУФКСМиТ, 2016 г. 93 с.
Рецензент: Бажинов С.И. – к.т.н, доцент кафедры ЕНД РГУФКСМиТ.
В учебном пособии представлены лабораторные работы по
биомеханике, составленные в соответствии с действующей программой по
дисциплине «Биомеханика двигательной деятельности». Пособие состоит из
трех разделов. В первых двух разделах изложено содержание десяти
лабораторных работ, включающие в себя теоретические сведения по
основным разделам курса биомеханики и практические задания к их
выполнению. В третьем разделе приводятся инструкции по использованию
аппаратно-программных комплексов, на базе которых выполняются
лабораторные работы.
Учебное пособие предназначено в основном для студентов и
магистрантов РГУФКСМиТ, но может быть использовано и другими в
области физической культуры и спорта, имеющими соответствующие
аппаратно-программные комплексы.
2
Стр.2
Список условных обозначений и сокращений
м – метр.
с – секунда.
Н – ньютон.
Нс – ньютон, умноженный на секунду.
Дж – джоуль.
Вт – ватт.
Гц – герц.
Млв – милливольт.
ЭМГ – электромиограмма.
ЭМИ – электромеханический интервал.
КК – контрактильная компонента.
СК – связующая компонента.
ПОУК – последовательная упругая компонента.
ПАРК – параллельная упругая компонента.
АЦП – аналого-цифровой преобразователь.
ОЦМ – общий центр масс тела.
ПК – персональный компьютер.
ПО – программное обеспеченье.
СРО – сила реакции опоры.
ЦД – центр давления.
95% Ellipse Area (cm2) – площадь 95%-ного эллипса (см2).
COP – центр давления (center of pressure).
3
Стр.3
Оглавление
Введение ………………………………………………………………….
Стр.
6
Раздел I. БИОМЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ЧЕЛОВЕКА И ДВИГАТЕЛЬНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ ………… 9
1.1. Лабораторная работа № 1. Последовательность электрических и
механических процессов при мышечном сокращении …………..
9
1.2. Лабораторная работа № 2. Зависимость силовых возможностей
человека от угла в суставе в кинематической паре ………………. 16
1.3. Лабораторная работа № 3. Зависимость силы давления ног на
опору в статических условиях от угла в коленном суставе в
замкнутой кинематической цепи…….……………………………. 20
1.4. Лабораторная работа № 4. Влияние темпа движений и природы
сил сопротивления на межмышечную координацию в
односуставном движении…………………………………………..
1.5. Лабораторная работа № 5. Локальная выносливость в
статических упражнениях.………………………….……………....
24
27
Раздел 2. БИОМЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ……...… 31
2.1. Лабораторная работа № 6. Оценка реализационной
эффективности техники в прыжковых упражнениях. ……...…… 31
2.2. Лабораторная работа № 7. Определение кинематики ОЦМ тела
человека по силе реакции опоры в прыжковых упражнениях.…… 38
2.3. Лабораторная работа № 8. Взаимодействие звеньев тела при
отталкивании от опоры в прыжке вверх с места……………………. 43
2.4. Лабораторная работа № 9. Роль маховых движений при
отталкивании от опоры в прыжковых упражнениях………………..
2.5. Лабораторная работа № 10. Устойчивость тела человека в
условиях отсутствия внешних возмущающих воздействий………..
Раздел 3. ИНСТРУКЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНЮ АППАРАТНОПРОГРАММНЫХ
КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ…………………………………………..
4
48
53
56
Стр.4
3.1. Использование аппаратно-программного комплекса MuscleLab..
56
3.2. Использование многоканальной электромиографии аппаратнопрограммного
комплекса MuscleLab……………………………… 60
3.3. Использование гониометров аппаратно-программного
комплекса MuscleLab.........................................................................
3.4. Использование динамометра, датчика линейного перемещения
и ускорения аппаратно-программного комплекса MuscleLab.......
63
65
3.5. Использованию контактных матов и оптронных пар аппаратнопрограммного
комплекса MuscleLab……………………………… 67
3.6. Использование аппаратно-программного комплекса AMTI……..
69
Заключение ………………………………………………………………. 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………. 92
5
Стр.5
Введение
Учебно-методическое пособие «Лабораторный практикум по
биомеханике» включает в себя лабораторные работы, отражающие основные
разделы курса «Биомеханика двигательной деятельности», и инструкции по
применению новейших измерительных систем, используемых в области
биомеханики.
В данное учебное пособие включено подробное описание аппаратнопрограммных
комплексов для изучения двигательных действий и оценки
двигательных возможностей человека, а также учебная документация по
использованию этих комплексов.
Лабораторный практикум состоит из трех основных разделов. Первые
два раздела включают в себя лабораторные работы по биомеханике,
раскрывающие содержание курса, который условно разделен на две части.
В первой части лабораторные работы относятся к разделам
«Биомеханика двигательного аппарата человека» и «Биомеханические
аспекты двигательных способностей». Поскольку содержание этих разделов
является базой для изучения двигательных действий человека, в нем особое
внимание уделено биомеханике мышц, биомеханическим аспектам силы,
быстроты и выносливости.
Во второй части даются лабораторные работы, относящиеся к разделам,
раскрывающим сущность биомеханики различных двигательных действий –
локомоторных, перемещающих и др. Основная цель этих лабораторных работ
заключается в том, чтобы познакомить студентов с методом
биомеханического обоснования строения двигательных действий и с
помощью него раскрыть механизмы и биомеханизмы, лежащие в их основе.
Метод биомеханического обоснования строения двигательного действия
включает в себя поэтапное решение следующих задач:
I этап. Описание кинематики и динамики движений звеньев и всего тела
в целом, определение цели двигательного действия.
II этап. Объяснение физического механизма движений.
6
Стр.6
III этап. Установление строения двигательного действия, основанного
на выделении биомеханизмов его организации и их функционирования.
На первом этапе основная задача состоит в изучении внешней картины
движения и анализе сил, действующих на тело человека. В процессе этого
анализа необходимо установить источник возникновения и природу
действующих сил, а также их роль в достижении цели действия.
Основная задача второго этапа биомеханического обоснования
двигательного действия состоит в раскрытии физического механизма
движений, объяснении причин именно такого их протекания. Под механизмом
движений понимается процесс изменения движений в результате
приложенных сил, обусловленный действием законов механики. По существу
речь идет о том, чтобы по факту изменения движений установить причины
этих изменений, найти соответствующие силы и закон их приложения.
После завершения рассмотрения механических условий протекания
действия, включая разбор и мышечных сил, переходят к третьему этапу –
установлению способа организации всего действия из суставных движений
звеньев тела. При этом исходят из следующих основных положений:
1. Множество суставных движений объединяются в блоки, которые
рассматриваются как биомеханизмы.
2. Каждый из биомеханизмов имеет свою особую организацию и
функцию, направленную на достижении конечной цели действия.
3. Управление блоками строится на основе многоуровневой системы
управления движениями.
4. Каждое действие имеет свою особую организацию и строение,
обусловленные целью действия, условиями его выполнения и особенностями
строения двигательного аппарата человека.
Биомеханизм – модель части или всего двигательного аппарата
человека, обеспечивающая достижение цели двигательного действия за счет
преобразования одного вида энергии в другой или передачи энергии между
звеньями тела.
7
Стр.7
Установление способа строения действия сводится к определению как
самих биомеханизмов, так и их взаимной связи в целостном действии.
Предлагаемый метод биомеханического обоснования строения
спортивных двигательных действий на основе биомеханизмов, а также
критериев их рациональной реализации, позволит разработать эффективные
методы совершенствования
cпротивно-технического мастерства и
двигательных способностей спортсменов.
Лабораторный практикум по биомеханике реализуется на базе
лабораторных стендов, включающих в себя современные аппаратнопрограммные
комплексы (динамометрическаие платформы, оптикоэлектронные
системы регистрации кинематических характеристик движений
человека, многоканальная электромиография и др.). Для овладения
современными биомеханическими методиками исследования разработаны
инструкции по использованию современных аппаратно-программных
комплексов, включающие в себя теоретические знания о принципах работы
этих комплексов и их программном обеспечении.
Создание лабораторных практикумов по базовым дисциплинам медикобиологического
профиля является необходимым условием перехода
образования на новый качественно более высокий уровень путем внедрения в
учебный процесс современных образовательных технологий, основанных на
новейших достижениях науки и техники.
8
Стр.8