Физическая культура и спорт. Биомеханика.
Распределение масс частей тела
От распределения масс частей тела зависят многие сопротивления, которые встречают силы, действующие на тело. Эти сопротивления определяются силами тяжести и моментами инерции частей тела.
Наиболее общим показателем распределения масс в теле служит общий центр тяжести тела (ОЦТ) . Как известно, центром тяжести называется точка тела, к которой как бы приложена равнодействующая всех сил тяжести тела . Во все стороны от этой точки, по любому направлению, моменты сил тяжести взаимно уравновешиваются. Равнодействующая параллельных сил, действующих на все частицы тела в любом направлении, приложена к ОЦТ; поэтому в этом случае ОЦТ называют еще центром массы, или центром инерции.
Общий центр тяжести тела располагается в зависимости от телосложения человека. У людей с более развитыми ногами ОЦТ относительно ниже, чем у людей с более мощной мускулатурой туловища и рук. У длинноногих людей ОЦТ анатомически расположен ниже, но он дальше от земли, чем у коротконогих.
В симметричных положениях человека, стоящего с опущенными руками, ОЦТ находится на уровне от первого до пятого крестцового позвонка (по Иваницкому) , примерно на 4-5 см выше поперечной оси тазобедренных суставов. Пере-днезадняя плоскость, проходящая через ОЦТ, делит тело почти симметрично. Она несколько смещена вправо от срединной плоскости, так как правая половина тела человека тяжелее левой на 400-500 г, в связи с несимметричным расположением внутренних органов и неравномерным развитием двигательного аппарата. У правшей правая половина тела развита лучше и имеет большую массу. В переднезаднем направлении ОЦТ располагается между крестцом и лобком в зависимости от положения тела при стоянии.
Само собой разумеется, что с изменением формы тела, вследствие иного расположения его частей, изменяет свое положение и ОЦТ. При перемещении какой-либо части тела и ОЦТ смешается в том же направлении. Если переметающаяся часть тела имеет большую массу, то и смещение ОЦТ больше.
Массы частей тела определяли путем измерения объема частей тела и уравновешивания живых людей в различных позах. Средние данные, полученные этими различными методами, оказались близкими друг к другу. Так, если вес тела человека принять за 100%, то вес головы составит 7%; туловища - 43%; бедра - 12%; голени - 5%; стопы - 2%; плеча - 3%; предплечья - 2% и кисти 1%.
Если средние данные более или менее близки, то данные отдельных людей могут значительно отличаться от этих средних в зависимости от телосложения.
Массы отдельных частей тела не остаются постоянными. В связи с тренировкой здесь могут происходить немалые изменения. У спортсменов меньше отложения жира на туловище и лучше развиты мышцы конечностей. Поэтому у них соотношение масс может быть иное, чем у людей, не занимающихся спортом.
Массы тела могут также изменяться и в течение коротких промежутков времени. Например, прием пищи и воды может увеличить массу туловища; после разминки или соревнований прилив крови в расширенные сосуды мышц может увеличить массу конечностей.
Таким образом, относительные массы частей тела человека в конкретных случаях могут намного отличаться от точно вычисленных средних данных. Поэтому нет необходимости в очень большой точности при расчетах, производимых с практической целью. Вполне достаточно эти величины в процентах округлить, так как индивидуальные отклонения от них могут быть намного больше, чем на сотые и десятые доли процента.
Для положения ОЦТ имеет значение не только масса частей тела, но и ее распределение в каждой части тела. Показателями этого служат центры тяжести частей тела. Центры тяжести длинных частей тела лежат приблизительно на их продольной оси, ближе к проксимальному сочленению. Так, расстояние от проксимального сочленения до центра тяжести (радиус центра тяжести) составляет для бедра 0,44 его длины, для голени 0,42, для плеча 0,47 и для предплечья 0,42. Такое распределение масс обусловлено большой массой мышц, окружающих проксимальные сочленения, особенно для бедра, голени и предплечья. Предплечья и голени имеют мышцы с отчетливо выраженным брюшком и тонким сухожилием. А на бедре в области тазобедренного сустава есть большие массы коротких мышц - ягодичные, приводящие, запирательные и др. Этими особенностями и определяется неравномерное распределение масс в этих частях тела.
Строго говоря, при изменении напряжения мышц и их кровенаполнения распределение масс в конечностях также несколько изменяется. Но значительно больше оно изменяется у туловища, способного очень сильно изменять свою форму.
Принято считать, что центр тяжести туловища располагается на линии, соединяющей середины поперечных осей, проведенных через центры плечевых и тазобедренных суставов. Эту линию центр тяжести туловища делит на отрезки, относящиеся друг к другу как 4: 5, считая от головного конца. По сути дела, туловище - не отдельное звено, а система звеньев, обладающая большой подвижностью. Кроме того, надо учитывать изменение распределения масс туловища при вдохе, когда внутренние органы брюшной полости оттесняются вниз, а грудная клетка, наполненная воздухом, имеет меньший удельный вес. При некоторых положениях отдельные органы брюшной полости могут смещаться на значительное расстояние (до 20 см) (Джафаров) .
Значит, при всех расчетах положения ОЦТ имеются очень большие погрешности, связанные с тем, что подвижно соединенные части тела и части тела, в которых изменяется распределение масс, принимаются за неизменяемые тела. Лишь у головы расположение центра тяжести сзади турецкого седла клиновидной кости довольно постоянно, но и оно может измениться при движениях нижней челюсти.
Расположение ОЦТ обусловлено половыми и возрастными особенностями. У детей, имеющих большую массу туловища и головы, ОЦТ располагается выше, чем у взрослых. У женщин, в связи с присущей им пропорцией тела, в частности с более массивным тазовым поясом, ОЦТ располагается ниже, чем у мужчин.
Для определения действия сил окружающей среды при изучении движений человека в водной среде, а также в полете в воздухе с большой скоростью необходимо знать расположение центра объема (ЦО) и центра поверхности (ЦП) .
Центр объема тела расположен в точке пересечения плоскостей, делящих тело на две равные по объему половины. С погружением в воду на тело действуют силы давления воды. Точка приложения равнодействующей всех сил давления воды на поверхность тела и называется центром объема тела. ЦО можно рассматривать так же, как ОЦТ объема воды, вытесненной погружением тела человека в воду и имеющей форму погруженных частей тела.
В то же время на тело действуют силы тяжести, равнодействующая которых приложена к ОЦТ. Когда ЦО и ОЦТ расположены на одной вертикали, тогда, в зависимости от соотношения величин сил тяжести и давления воды, тело либо всплывает, либо тонет, либо остается неподвижным в воде. Если ЦО и ОЦТ находятся не на одной вертикали, то еще возникает пара сил, вызывающих вращение тела.
У человека ЦО расположен несколько выше его ОЦТ. Это объясняется тем, что содержащийся в грудной клетке воздух делает верхнюю половину тела более легкой, поэтому ОЦТ смещен несколько в сторону ног. В связи с этим человек при покойном положении на воде во время вдоха начинает поворачиваться, опускаясь ногами вниз. Если руки сместить в сторону головы, то можно совместить ЦО и линию тяжести; тогда тело уравновесится.
По данным Иваницкого, ЦО расположен выше ОЦТ на 2-6 см, в зависимости от особенностей телосложения. Естественно, что с изменением позы тела изменяется и расположение ЦО.
Во время движения человека со значительной скоростью через воздушную среду силы сопротивления воздушной среды зависят от площади лобовой поверхности тела. Равнодействующая всех сил сопротивления среды приложена к центру поверхности. Граница поверхности сопротивления определяется по проекции границы тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения тела относительно среды.
У тела человека, стоящего в выпрямленном положении, ЦП тела при движении в переднезаднем направлении располагается выше ОЦТ.
В безопорном положении при движении в воздухе, например при прыжках на лыжах с трамплина, изменение позы вызывает изменения и лобовой поверхности тела (вместе с лыжами) , а следовательно, и ЦП. Когда ЦП ниже ОЦТ, лыжник вращается головой вперед. Если ЦП оказывается выше ОЦТ, то тело получает вращение головой назад. При расположении ОЦТ и ЦП на одной линии, параллельной направлению полета, вращения не возникает.
все сеня думала, как словами описать, пока картинку не могу приложить... попробую... правда будет может и несколько путано...
