WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізкультура, Рекреація → Фізико-механічні характеристики спортивного взуття і штучного покриття, які визначають ударні навантаження на організм спортсмена - Реферат

Фізико-механічні характеристики спортивного взуття і штучного покриття, які визначають ударні навантаження на організм спортсмена - Реферат

Реферат на тему:

Фізико-механічні характеристики спортивного взуття і штучного покриття, які визначають ударні навантаження на організм спортсмена

Вивчення ударних навантажень, які діють на склепінчастий аппарат стопи (САС) спортсмена при виконанні спортивних вправ нерозривно пов'язане з дослідженнями особливостей спортивного взуття (СВ) і штучного покриття (ШП), яке використовується для спортивних залів і бігових доріжок. Зрозуміло, що виникає гостра необхідність в обговоренні методів, які використовуються для оцінки їх ударнопоглинаючих властивостей, а також дані про травматизм в деяких видах спорту у взаємозв'язку з цими властивостями.

При взаємодії спортсмена з опорою ударне навантаження на САС визначається значеннями результуючого вектора і моментами сил реакції опори [27, 45].

Ударні сили (УС), які досягають своїх максимальних значень за перші 50 мс контакту, визначаються силою реакції опори і характеризуються високим рівнем значень. Термін "ударні сили" був запропонований у роботі E.Frederick [27]. Для позначення цих сил вживають також такі назви як початкові [12], пасивні [51], або високочастотні [45].

Сили реакції опори, які виникають після 50 мс контакту з опорною поверхнею, називаються активними [56], але їх абсолютні значення значно нижчі від початкової УС. Інші назви цих сил: наведені [23] або низькочастотні [45].

Результати багаточисленних досліджень показують, що пікові значення УС можуть мати достатньо високий рівень і бути однією із причин, які сприяють травматизації нижніх кінцівок спортсменів [4, 12, 28, 34, 35, 52, 55, 83].

Стандартна деформація визначається як максимальна поверхнева деформація зразка матеріалу підошви СВ або зразка ШП при стандартному навантаженні. Звичайно розглядають вертикальну і горизонтальну складові кривої стандартної деформації. Для визначення поверхневої деформації в стандартах фірми "Addidas" передбачений динамічний тест із вантаженням масою 150 кг.

Для оцінки опору матеріалу визначають твердість матеріалу (за Шором), яка вимірюється за ступенем проникнення (d) в матеріал підошви еталонної гирі заданої форми з визначеною силою. Вся шкала твердості ранжується за формою еталону (усічений конус— Шор А, сфера—Шор Д), а кількісно виражається від 0 до 100 одиниць в порядку зростання твердості матеріалу [49].

Жорсткість матеріалу визначається відношенням прикладеної до матеріалу сили до величини його деформації. Виявлено [43], що при великих ударних навантаженнях миттєва жорсткість деяких матеріалів, які використовуються для виготовлення підошви СВ може бути більшою за 40х105 н/м, збігаючись за даним параметром з жорсткістю асфальту. У роботах [5.9] показано, що миттєва жорсткість таких матеріалів при значних ударних навантаженнях може більше, ніж в 10 разів перевищувати значення цього ж параметра при малих навантаженнях.

Рикошетна пружність (РП) визначається як частка співвідношення сумарної механічної енергії тіла після відскакування від поверхні матеріалу (Ев) до початкової механічної енергії тіла перед ударом Еп

РП=х100%

РП не має взаємозв'язку з твердістю і жорсткістю матеріалів СВ/ШП.

Ослаблення сили. Ослаблення сили є відсоткове відношення різниці сил на поверхні зразка дослідного матеріалу (Fдм) до сили на поверхні еталонного матеріалу (Fем) і визначається за формулою:

Ослаблення сили=х100%

Ця характеристика визначається для вантажів різної форми в залежності від їх маси, твердості матеріалів і висоти їх падіння.

Результати досліджень, проведених в різноманітних видах спорту [4, 12, 28, 43, 51, 52, 54, 55, 56, 61] показують, що однією із основних причин травматизму м'язово-сухожильних структур колінного і гомілковостопного суглобів є такі характеристики ударної взаємодії стопи спортсмена з опорою:

- максимальне значення УС (F1);

- час досягнення максимального значення F1(tF1);

- градіент або швидкість наростання F1-G1, яка дорівнює відношенню F1/tF1.

Для зменшення можливості виникнення такого типу травм, CВ і ШП, які використовуються в цих видах спорту, повинні бути розроблені із врахуванням необхідності зменшення значень F1 і G1 та збільшення tF1. Як відомо [1], ступінь біологічного впливу ударного імпульсу залежить не тільки від максимального значення УС, але і від часу його досягнення: чим крутіший фронт наростання ударного імпульсу, тим більш негативно він впливає на організм [1]. Коли час дії ударного імпульсу менше латентного часу рефлекторних реакцій (порядку 20 мс) [1], тоді головну роль відіграють чисто фізичні процеси, викликані механічними властивостями опорно-рухового апарату. В міру збільшення тривалості ударного імпульсу відбувається усе більше залучення рефлекторних механізмів захисту організму.

Аналіз методів, які використовуються для оцінки ударнопоглинаючих властивостей СВ/ШП показує, що їх можна розділити на дві групи: фізичні або матеріальні тести і суб'єктивні тести.

Матеріальні тести описують механічні властивості СВ/ШП, намагаючись описати модель біологічної реакції на вплив, який створює фізичне тіло. Суб'єктивні тести використовуються для з'ясування питання про те, як змінюються біомеханічні властивості системи "САС - СВ" або "САС - СВ -ШП" в різних умовах досліду.

Серед багаточисленних механіко-динамічних тестів найбільшої поширеності набув так званий "дроп-тест" [51]. Методика тестування така: тест-об'єкт заданої форми (сфера [51] або циліндр [68]) падає з визначеної висоти на зразок СВ/ШП. На тест-об'єкті встановлений датчик прискорення. Контактна сила може бути записана в такий спосіб:

F (t)=т х а (t)=т (t), де F(t) - контактна сила; т - маса падаючого тіла; а (t) =(t)- вертикальне прискорення.

Використовуючи початкові умови х(0)=V0 і х(0)=0, деформація d як функція часу може бути визначена шляхом подвійного інтегрування як d(t)=х(t). Типові криві для прискорення, швидкості н переміщення тест-об'єкта були отримані в роботі [23] (рис. 1).

,g z, м/с z,мм

10 0,5 5

0

10 t,мс 10 t,мс 10 t,мс

а) б) в)

Рис. 1. Типові криві прискорення (а), швидкості (б) і переміщення (в) тест-об'єкта при проведенні дроп-теста (за Dеnоth, 1983)

Форма кривої швидкості показує, що тест-об'єкт при відскакуванні від матеріалу має меншу швидкість, ніж на початку контакту, Отже, тест об'єкт втрачає енергію під час контакту із зразком. Далі крива деформації показує, що тест-об'єкт покидає досліджуваний зразок, коли він ще деформований.

Вага тест-об'єкта може бути вибрана відповідно до поняття "ефективна маса" [24]. По визначенню "ефективна маса" являє собою похідну від ділення максимального значення вертикальної складової сили реакції опори ((ВСРО) визначається на динамометричній платформі) на максимальне значення прискорення вздовж осі великогомілкової кістки (визначається акселерометром). За даними [52], "ефективна маса" тіла людини при ударних взаємодіях з опорою змінюється в межах від 3 до 13 кг. У роботі [23] вказується, що "ефективну масу" можна порівняти з масою частини тіла людини, яка загальмовується в момент удару.

У стандартному тест-методі оцінки ударнопоглинаючих властивостей ШП і матеріалів США АSТМ F—355 [68] в якості тест-об'єкту використовується алюмінієвий циліндр висотою 25,4 см, масою 9,07 кг, діаметром платформи 12,8 см. Висота падіння циліндра—0,6 м.

На верхній платформі жорстко закріплений датчик прискорення, що вимірює прискорення вздовж вертикальної осі циліндра,

При проведенні дроп-тесту передбачається, що максимальне значення ВСРО і деформація досліджуваного зразка СВ/ШП залежать від швидкості приземлення тест-об'єкту, розмірів ділянки контакту і маси тест-об'єкта. На рис. 2 показані максимальні значення ВСРО для трьох ШП і двох тест-об'єктів.

Перший тест-об'єкт - ядро радіусом 5,25 см і масою 4 кг, другий - ядро радіусом 6,2 см і масою 7,3 кг. Обидва ядра скидалися з однакової висоти 0,4 м (швидкість приземлення - 2,8 м/с). Товщина досліджуваних зразків ШП була однаковою. З рис. 2 видно, що на підставі результатів, отриманих із першим тест-об'єктом, кращим ШП, із погляду мінімального значення максимуму ВСРО, є покриття С. За результатами другого тест-об'єкта - покриття А. Данный приклад показує, що відбір тест-об'єкта необхідно робити, виходячи з реальних значень ВСРО при виконанні спортивних вправ.

Відомо [12, 14], що при переміщенні стопи з "пятки на носок" динамограма ВСРО має два піки (рис. 3). Виявлено (12, 14), що перший ударний пік локалізований під підошвовою поверхнею п'яткової кістки, а , другий - під подушечками пальців ноги. Ці дані пояснюють методику для оцінки ударнопоглинаючих властивостей СВ, розроблену в Пенсільванському

Fmax, н

6000

М=7,3 кг

М=4,0 кг

4000

А В С покриття

Рис. 2. Значення максимальної сили реакції опори для різних покриттів і тест-об'єктів при проведенні дроп-теста (по Nigg, Yеаdоп, 1987).

F,н

4000

3000

2000

1000

1000 0,1 0,2 0,3 t,c

Рис. 3. Типові динамограммы вертикальної складової сили реакції опори при бігу "з п'ятки на носок" (по Nigg, Кеrr,. 1983).

університеті [10]. Основний елемент методики - пристрій, що скидає важкий стрижень із висоти 5 см на пятку/носок підошви СВ. Стержень обладнаний реєструючим пристроєм, який записує прискорення його руху. Задача тесту полягає у визначенні ступеня зменшення ударного максимуму при використанні конкретного виду СВ в одиницях g (g - прискорення вільного падіння 9,81 м/с2) у порівнянні з еталонною поверхнею. За даними [11, 13] для задньої частини підошви бігового СВ характерно ослаблення в межах від 9 до 12g, для передньої - от 11 до 15g. Для СВ видів спорту, які проводяться в залах, характерно збільшення ударного максимуму при збільшенні твердості і зменшенні товщини підошви [6].

У роботі [27] був виявлений нелінійний взаємозв'язок товщини і твердості підошви СВ із розміром ударного піка ВСРО. У більш м'яких матеріалах (твердість 25 од Шор А) ударний пік збільшується експоненціально при зменшенні товщини підошви від 3,0 до 1,0 см.

Іншою методикою, яку часто використовують для оцінки ударнопоглинаючих властивостей СВ/ШП є так звані "Штучні атлети Берлін і Штутгард" [38]. Конструктивно методика являє собою вантаж визначеної маси, що падає із заданої висоти на пружину і через його ударник давить на досліджуваний зразок СВ/ШП. Реєструючі пристрої (датчики навантаження 0-2000 Н и чутливістю до переміщення - 10 мм) встановлюються над зразком. За допомогою цих пристроїв можуть бути визначені сили реакції опори, деформація і втрати механічної енергії в зразку.

Конструктивно "Штучні атлети Берлін і Штутгард" мають таку різницю:

1. Вага падаючого еталонного предмета: "Штутгард"-50 кг, "Берлін"- 20 кг.

Loading...

 
 

Цікаве