I.WPROWADZENIE DO BIOMECHANIKI We wsp�czesnych badaniach nad funkcjami organizmu cz�owieka mo�na spotka� si� z poj�ciem " biomaszyny ". Wprowadzenie tego poj�cia s�u�y pewnemu , dosy� du�emu zreszt� , uproszczeniu celem zrozumienia wzajemnego uwarunkowania proces�w sterowania oraz proces�w energetycznych i czynno�ci ruchowych cz�owieka. Takie uj�cie pomija ca�y obszar intelektualno - emocjonalny , lecz z drugiej strony czyni �atwiejszym i bardziej dost�pnym ci�g przyczynowo - skutkowy , kt�ry zaczyna si� od procesu pobudzania , dalej przez procesy energetyczne przechodzi do wyzwalania moment�w si� mi�niowych , przemieszczania w�asnego cia�a i dzia�ania na �rodowisko zewn�trzne wyra�aj�ce si� wykonywaniem pracy mechanicznej. Klasycznie biomechanika jako m�oda dyscyplina za przedmiot swych docieka� przyj�a procesy zachodz�ce w organizmach cz�owieka i zwierz�cia , a le��ce na drodze od dzia�ania si�y do przemieszczenia , co lapidarnie wyra�a si� sentencj� : vis - velocitas - via. Biomechanika , zgodnie z drugim cz�onem swej nazwy , wi��e si� �ci�le z mechanik� , pr�dko�� za� , droga i czas s� wielko�ciami fizycznymi , za pomoc� kt�rych opisuje si� z�o�one ruchy cz�owieka . Ta cz�� biomechaniki , kt�ra dotyczy analizy i opisu ruch�w jest najbardziej rozwini�ta , a zarazem dostrzega si� du�e zapotrzebowanie praktyki sportowej na informacje o kinematyce ruch�w cz�owieka . Doceniaj�c wag� praktyczn� informacji o zewn�trznych przejawach ruch�w cz�owieka nie poprzestaje si� oczywi�cie na ich opisie , lecz konieczne jest wnikanie w przyczyny ruch�w . Zwi�zki przyczynowo - skutkowe w postaci przemieszczania jako skutku dzia�ania si�y w biomechanice kojarzy si� z dzia�aniem mi�ni szkieletowych oraz biernym uk�adem ruchu jako systemem umo�liwiaj�cym przeniesienie si�y wewn�trznej na uk�ad zewn�trzny. Dotykaj�c tego zagadnienia , widzimy zwi�zki biomechaniki z anatomi� prawid�ow� i fizjologi� , te za� zwi�zki uzasadniaj� przedrostek " bio " , pochodz�cy od s�owa bios - �ycie, w nazwie przedmiotu. W niekt�rych publikacjach , szczeg�lnie o bardziej technicznym podej�ciu do cz�owieka , o mi�niach m�wi si� jako o "si�ownikach " lub " nap�dach ". Mi�nie dzi�ki swojej budowie i funkcji zdolne s� do przetwarzania energii chemicznej na ciepln� i mechaniczn� . Energia mechaniczna przejawia si� w postaci pracy zewn�trznej , lecz si�a mi�ni w �rodowisku ziemskim nie jest jedyn� si�� wykonuj�c� prac� ; jest ona jedn� ze wsp�dzia�aj�cych si� , aczkolwiek z naszego punktu widzenia bardzo istotn� . Zajmuj�c si� wi�c przyczyn� ruch�w cz�owieka badamy si�y dzia�aj�ce , w tym za� si�y rozwijane przez mi�nie . Oczywi�cie zagadnienia przyczyny nie mo�na sprowadzi� si� np. do ilo�ciowej analizy zjawiska , st�d wiele problem�w ( i metod badawczych ) w biomechanice zwi�zanych jest z badaniem ca�ej bogatej charakterystyki funkcji mi�ni szkieletowych . Rozpatruj�c �a�cuch przyczynowo - skutkowy stawiamy sobie dalsze pytania o procesy energetyczne i procesy pobudzania i hamowania akcji mi�ni . W tych zagadnieniach widoczne s� dalsze zwi�zki biomechaniki z fizjologi� , kt�re mog�yby si�ga� dalej do neurologii i biochemii . Warto jednak podkre�li� , �e procesy sterowania ruchem lub problemy koordynacji nerwowo - mi�niowej s� rozwijane m. in. na gruncie metod z teorii informacji i cybernetyki , i z takimi ich aspektami spotykamy si� w biomechanice . Co jest wi�c przedmiotem biomechaniki i jak j� nale�y zdefiniowa� ? . Przedmiotem biomechaniki s� ruchy wykonywane przez cz�owieka , biomechanik� za� mo�na zdefiniowa� , za Fidelusem , jako : " nauk� o si�ach oraz ruchach wykonywanych ich dzia�aniem u istot �ywych " lub jako " nauk� o zasadach ruchu mechanicznego system�w �ywych " ( Do�ski ,1963) .Kr�tsza definicja m�wi , �e biomechanika jest to mechanika istot �ywych . Podkre�li� nale�y , �e dla pe�nego powodzenia obserwacji i bada� biomechanicznych musz� z sob� wsp�istnie� oba cz�ony "bios " i " mechane " . Oddzielne traktowanie mechaniki ruchu lub ustroju biologicznego cz�owieka jest sprzeczne z tre�ci� i ide� tej dyscypliny nauki . Og�lny zakres nauczania obejmuje mechaniczne i biologiczne przyczyny ruchu i zwi�zan� z nim specyfik� czynno�ci ruchowych w r�nych warunkach zewn�trznych i wewn�trznych . Ostatnie pytanie , na kt�re nale�y odpowiedzie� we wprowadzeniu do przedmiotu , to pytania o cel biomechaniki na studiach wychowania fizycznego . Odpowied� wprost brzmi : celem biomechaniki jako przedmiotu na studiach wychowania fizycznego jest wyposa�enie nauczyciela ( trenera , kinezyterapeut� ) w wiedz� o biologiczno - fizycznych podstawach przebiegu ruch�w cz�owieka , s�u��c� do skutecznego nauczania sportowych czynno�ci ruchowych . W obecnej praktyce sportowej spotykamy si� z zadowalaj�cymi ( na tym poziomie ) efektami w nauczaniu czynno�ci ruchowych , z wyrafinowan� technik� sportow� w��cznie , przy minimalnej wiedzy biomechanicznej ( lub nawet bez niej ) . Dobrze to �wiadczy o nagromadzonej wiedzy praktycznej lub �le o poziomie techniki ruch�w ( wiedzy sportowej ). Nie mo�na przecie� zakwestionowa� logiki w pogl�dzie , �e skuteczne nauczanie wymaga znajomo�ci nauczanego przedmiotu ( techniki czynno�ci ruchowej ), znajomo�ci ogranicze� ruchowych podmiotu ( ucznia ) oraz wiedzy o procesie nauczania i uczenia si� czynno�ci ruchowych . Udzia� biomechaniki w pierwszych dw�ch cz�onach , tj. poznania struktury czynno�ci ruchowych i fizyczno - biologicznych mo�liwo�ci ruchowych cz�owieka jest niekwestionowany . Pos�u�my si� konkretnym przyk�adem sportowej czynno�ci ruchowej , w kt�rym zarysujemy wiedz� po��dan� , a zawart� w programie biomechaniki oraz przy tej samej okazji przedstawimy zarys tego programu na studiach . Tym przyk�adem jest odbicie pi�ki obur�cz sposobem dolnym w grze w pi�k� siatkow� . Ucze� wytwarza sobie pewien program dzia�ania , sk�adaj�cy si� z dwu cz�ci: znaczeniowej (co robi� ) oraz wykonawczej ( jak zrobi� ) . Powstanie takiego programu to ca�y z�o�ony proces , od kszta�towania i nagromadzenia prostych nawyk�w pocz�wszy . Aby nauczyciel uczestniczy� �wiadomie w tworzeniu programu ruch�w , musi zdawa� sobie spraw� z dr�g , kt�rymi mo�e odpowiednie elementy wprowadzi� , a wi�c np. z roli receptor�w , ze z�o�onych proces�w koordynacji nerwowo - mi�niowej , z uwarunkowa� czasowych cz�ci wykonawczej programu , mo�liwo�ci samo korygowania ruchu w zale�no�ci od czasu jego trwania i tak dalej . Do zrealizowania tego zadania ruchowego ucze� musi posiada� okre�lone biomechaniczne warunki . Te warunki to , od najbardziej podstawowych , jak wzajemne po�o�enie d�wigni kostnych ko�czyny g�rnej , si�y grup mi�ni barku i ko�czyn , po okre�lon� pozycj� cia�a . Odpowiednie ugi�cie i rozstawienie n�g zapewnia mu stabilno�� cia�a , o czym informuje np. po�o�enie �rodka masy wzgl�dem powierzchni podparcia , oraz w�a�ciwe wykorzystanie mi�ni r�k w amortyzacji lub odbiciu pi�ki . Odbicie pi�ki musi by� tzw. czyste oraz , oczywi�cie , w dok�adnie okre�lone miejsce . W tym celu kolejno�� ruch�w ( nogi - r�ce ? , stawy ramienne - stawy �okciowe - d�onie ? ) , ich struktura czasowa , swoisty rytm , spos�b trzymania r�k itp. nie s� bez znaczenia . A jaki jest zakres ruchu ?. Od czego zale�y ?. Jaki jest opis ruch�w ?. Opis takich ruch�w musi by� bardzo precyzyjny , trafny , co wcale nie oznacza , �e zawieraj�cy wiele s��w . Wiedza nauczyciela o danych ruchach musi by� tak rzetelna , aby m�g� pokaza� ich wykonanie i wyt�umaczy� uczniowi pos�uguj�c si� tre�ci� , informacj� s�own� , dostosowan� do okre�lonego poziomu ucznia , a r�wnocze�nie skuteczn� . Do�wiadczenie uczy , �e w�asne doznania ruchowe ( do�wiadczenie nawet na poziomie zawodniczym ) nie wystarczaj� do takiego zrozumienia , jakie jest potrzebne do nauczania . Do nauczania potrzebny jest opis zewn�trzny ruch�w , ich struktura kinematyczna . Ale przecie� do opanowania takiego odbicia nie wystarczy jedynie ch�� - ucze� musi dysponowa� okre�lon� si�� . Innymi s�owy musz� by� spe�nione takie warunki , w kt�rych to odbicie pi�ki b�dzie zadaniem realnym . Nierealnym np. b�dzie podniesienie 100 kg przez dziecko 7-letnie nie dlatego , �e nie potrafi , ale poniewa� nie dysponuje dostateczn� si�� mi�niow� . Nauczyciel musi by� �wiadom wielko�ci i rodzaj�w si� wyst�puj�cych w konkretnym zadaniu oraz umie� tak oddzia�ywa� , by wyzwoli� te si�y . Najcz�ciej si�a u cz�owieka kojarzy si� z si�� mi�ni jako przyczyn� ruchu . Jest to pogl�d uproszczony , bo np. gdy si�y s� w r�wnowadze ( ci�ar cia�a ucznia utrzymywany przez napi�te mi�nie i reakcja pod�ogi ) , to nie ma ruchu . Jest r�wnie� taka mo�liwo�� , �e si�a zewn�trzna " przygniecie " ucznia i mimo pot�nego napi�cia mi�ni nie b�dzie on np. w stanie wsta� z przysiadu z du�ym ci�arem , lecz przeciwnie , przysiad b�dzie si� pog��bia� . A wi�c mamy ca�y problem pracy mi�ni oraz ich wsp�dzia�ania z si�ami zewn�trznymi , przyczyn� za� ruchu pi�ki w naszym przyk�adzie b�dzie wypadkowa wszystkich si�. Czy biomechanika musi analizowa� ka�d� czynno�� ruchow� i ka�d� opisa� , a nauczyciel zna� ten opis? . I tak , i nie . Musi zna� czynno�� , kt�rej uczy , ale r�wnie� wiemy , �e istnieje wiele podobie�stw , wiele wsp�lnych cech r�nych czynno�ci ruchowych . Wszystko jedno , czy to jest wolny przewr�t ( salto ) , czy piruet - wiemy , �e zwi�kszy� pr�dko�� obrotu mo�emy przez zmniejszenie momentu bezw�adno�ci . Mamy wi�c jak�� zasad� t�umacz�c� r�ne , lecz w pewnym sensie podobne ruchy . Takich zasad jest wi�cej . Poniewa� mamy do czynienia z �ywym organizmem , to nie ograniczamy si� wy��cznie do zasad fizycznych . Mi�nie jako " nap�dy " maj� te� swoje prawa , a uk�ad nerwowy steruj�cy mi�niami ma r�wnie� swoje ograniczenia . Mo�emy wi�c zgodzi� si� , �e aby zrozumie� ka�de zadanie ruchowe podstawow� wiedz� o nim trzeba uzupe�ni� wiedz� o og�lnych biomechanicznych . Zasada , �e �a�cuch jest tak silny , jak silne jest jego najs�absze ogniwo jest prosta i zrozumia�a . Lecz okre�lenie , kt�re z ogniw ca�ego z�o�onego �a�cucha , jaki stanowi cz�owiek odbijaj�cy pi�k� , jest najs�absze - nie jest ju� zadaniem prostym . Na ko�cu wchodzimy w sfer� pomiaru i oceny struktury ruch�w oraz uk�adu ruchowego ucznia . Pomiar i ocena spe�niaj� dwa cele : 1) opis czynno�ci ruchowej oraz ograniczenia wynikaj�ce z budowy i funkcji uk�adu ruchowego musz� si� opiera� na obiektywnym pomiarze , aby wyniki by�y por�wnywalne , a ocena mo�liwa , 2) �wiadome i celowe nauczanie powinno by� kontrolowane , oceniane . Do spe�nienia tych cel�w s�u�� r�ne narz�dzia pomiarowe oraz specjalna metodyka ich stosowania . Miernictwo biomechanicznych parametr�w cz�owieka i wykonywanych przeze� czynno�ci ruchowych stanowi istotny dzia� zaj�� z biomechaniki . Wymieniono w ten spos�b tre�� sze�ciu g��wnych dzia��w biomechaniki , sk�adaj�cych si� na przedmiot realizowany na studiach wychowania fizycznego . Na tym samym przyk�adzie starano si� ponadto pokaza� , �e biomechanika ma �cis�y zwi�zek z praktyk� wychowania fizycznego , to jest z tymi jego dziedzinami , w kt�rych mamy do czynienia z ruchami cz�owieka , a zw�aszcza z nauczaniem tych czynno�ci . �RODEK CIʯKO�CI I METODY JEGO WYZNACZANIA 1. Og�lne twierdzenie o �rodku masy i ci�ko�ci W przypadku kiedy bry�a znajduje si� w polu ci�ko�ci , to suma wszystkich si� jest ci�arem cia�a p;dv kreska u�amkowa dt jest przy�pieszeniem �rodka mas , za� mi stanowi ca�kowit� mas� bry�y m . Kolejne r�wnanie mo�e zatem przybra� posta� m w liczniku dv w mianowniku dt r�wna si� p i w liczniku dv w mianowniku dt r�wna si� w liczniku 1 w mianowniku m mno�one przez p r�wna si� g , co dowodzi , �e przyspieszenie �rodka masy wynosi g . St�d wniosek , �e �rodek masy jest zarazem �rodkiem ci�ko�ci cia�a . �rodek masy jest poj�ciem bardziej og�lnym ni� �rodek ci�ko�ci. Zasady wprowadzone dla �rodka masy bry�y sztywnej , gdy dzia�a na ni� jedynie si�a ci�ko�ci dadz� si� uog�lni� do twierdze� , z kt�rych wynikaj� bardzo istotne w�a�ciwo�ci �rodka masy . Twierdzenia te m�wi� , �e : 1) �rodek masy ma takie przyspieszenie , jakby wszystkie masy by�y w nim skupione , a wszystkie si�y do niego przy�o�one . Je�li istniej� jedynie si�y wewn�trzne , to ich suma geometryczna r�wna jest zeru , a w�wczas �rodek masy pozostaje w spoczynku lub porusza si� ruchem jednostajnym prostoliniowym i 2 ) suma p�d�w ( geometryczna ) wszystkich mas ma taki kierunek i tak� warto�� , jak gdyby wszystkie masy by�y skupione w �rodku masy i porusza�y si� z jego pr�dko�ci� . Poniewa� jednak w warunkach ziemskich ka�da masa podlega wzgl�dnie sta�ej sile grawitacji to w dalszych rozwa�aniach b�dziemy pos�ugiwa� si� poj�ciem �rodka ci�ko�ci , kt�re w tych warunkach w naturalny spos�b zast�puje poj�cie �rodka masy . 2. Zasady wyznaczania �rodka ci�ko�ci ( sc) bry�y sztywnej. Ci�ar cia�a jest sum� ci�ar�w poszczeg�lnych jego element�w . Punkt w kt�rym si�a ci�ko�ci jest przy�o�ona nazywa si� �rodkiem ci�ko�ci . Du�o �atwiej wyznaczy� �rodek ci�ko�ci bry� jednostronnych maj�cych �rodek symetrii . Suma moment�w uk�adu wzgl�dem punktu podparcia jest r�wna zeru , a wi�c momenty si� sk�adowy s� sobie r�wne p1r1 r�wna si� p2r2 . Po�o�enie �rodka ci�ko�ci jest funkcj� rozmieszczenia mas . Nale�y te� stwierdzi� , �e sc jest punktem niematerialnym i mo�e znajdowa� si� poza obr�bem cia�a . Chc�c umiejscowi� sc w rozpatrywanym uk�adzie nale�y przyj�� , �e r1 plus r2 r�wna si� 1.Inn� po�redni� metod� analityczn� jest sk�adanie moment�w si� . Metoda ta pozwala zatem wyznaczy� w spos�b po�redni osc cia�a ludzkiego , je�li znajduje si� ono w okre�lonej pozycji ; utrwalonej , np. na zdj�ciu lub klatce filmowej . Aby tego dokona� , nale�y wpierw okre�li� ci�ary cz�ci cia�a oraz zlokalizowa� po�o�enie ich �rodk�w ci�ko�ci . 3. Sposoby wyznaczania ci�ar�w cz�ci cia�a cz�owieka Chc�c okre�li� si�� ci�ko�ci , czyli ci�ar jakiego� cia�a lub jego cz�ci , najwygodniej zastosowa� wag� lub dynamometr . Prowadz�c badania na zw�okach lub osobnikach �ywych - wa��c ich cz�ci lub wa��c ich obj�to�� i ci�ar w�a�ciwy , wielu autor�w ( Harless , Braune , Fischer , Dempst , Zaciorski i inni ) poda�o ci�ary cz�ci ca�ego cia�a . Znaj�c przeto ci�ar ca�ego cia�a i wzgl�dny ( procentowy ) ci�ar danej jego cz�ci , jeste�my w stanie wyliczy� jego ci�ar rzeczywisty . Z niewielk� dok�adno�ci� - z uwagi na drog� uzyskiwania danych ( zw�oki , niewielka liczba pomiar�w ) - i nieprecyzyjnie r�nicuj� si� na jednej tylko mierzalnej cesze - ci�arze cia�a . Znacznie dok�adniej , poniewa� na podstawie wi�kszej liczby wi�kszej liczby mierzalnych cech - cho� te� po�rednio - mo�na wyznaczy� ci�ary cia�a stosuj�c opracowane Clausera i wsp�autor�w oraz Zaciorskiego i wsp. r�wnania regresji . Om�wmy teraz spos�b wyznaczania ci�aru cz�ci cia�a metod� bezpo�redni� . 4. Sposoby wyznaczania �rodk�w ci�ko�ci cz�ci cia�a cz�owieka Podany spos�b wyznaczania �rodka ci�ko�ci bry� o kszta�cie zbli�onym do figur p�askich nie mo�e znale�� stosowania w przypadku cz�ci cia�a ludzkiego z tych samych powod�w , z kt�rych nie da si� bezpo�rednio ich zwa�y� . Poszczeg�lne segmenty cia�a nie s� r�wnie� reguralnymi bry�ami geometrycznymi , co powoduje , �e w tym przypadku musimy korzysta� z innych metod - metod po�rednich . Metody te powsta�y r�wnolegle z metodami wyznaczania ci�ar�w cz�ci cia�a cz�owieka i opieraj� si� na podobnych zasadach . Tutaj za 100% przyj�to d�ugo�� danej cz�ci cia�a , za� po�o�enie jej �rodka ci�ko�ci wyznacza promie� wodz�cy , kt�rego wielko�� podano w odsetkach tej d�ugo�ci. Pantografem . Podsumowuj�c dotychczasowe rozwa�ania na temat metod wyznaczania �rodk�w ci�ko�ci cia�a cz�owieka nale�y stwierdzi� , �e metody te , cho� stale doskonalone , s� stosunkowo ma�o dok�adne . Stanowi� jednak podstawowe , bo niezb�dne narz�dzie w badaniach biomechanicznych . Szczeg�lne znaczenie tych metod wynika z faktu , �e tworz� one wraz ze sposobami okre�lania ci�ar�w cz�ci cia�a i zasad� dodawania si� r�wnoleg�ych lub ich moment�w , konieczny ci�g zabieg�w umo�liwiaj�cy wyznaczanie po�o�enia og�lnego �rodka ci�ko�ci cz�owieka . Wyznaczanie osc na serii zdj�� - filmie to wyznaczanie chwilowych tego punktu w czasie realizacji zadania ruchowego . Okre�lenie za� chwilowych po�o�e� osc pozwala uzyska� parametry kinematyczne - opisuj�ce ruch oraz dynamiczne - pozwalaj�ce bada� jego przyczyny . Poza tym wyznaczenie masy cia�a - przez wyznaczenie jej ci�aru - i lokalizacja �rodka ci�ko�ci to czynno�ci r�wnie� niezb�dne przy obliczaniu moment�w bezw�adno�ci okre�lonych segment�w cia�a cz�owieka . 5.) Metody bezpo�rednie wyznaczania osc cz�owieka . Ju� w osiemnastym wieku Borelli , stosuj�c d�wigni� dwustronn� , okre�li� po�o�enie osc cz�owieka . Zastosowanie d�wigni dwustronnej jest wyj�ciem najprostszym . Wystarczy bowiem na zr�wnowa�onej desce - d�wigni tak umiejscowi� badanego , aby uk�ad d�wigni� - cz�owiek znalaz� si� w r�wnowadze . W�wczas punkt podparcia d�wigni wskazuje po�o�enie �rodka ci�ko�ci . Bardziej praktyczna i dlatego najcz�ciej stosowana jest d�wigni� jednostronna . D�wigni� jednostronn� - w celu wyznaczenia osc cz�owieka - jako pierwszy du Bois - Reymond Chc�c metod� t� wyznaczy� osc cz�owieka np. w p�aszczy�nie poprzecznej , nale�a�oby post�powa� nast�puj�co : desk� - d�wigni� o znanej d�ugo�ci - mierzonej mi�dzy punktami podparcia - stawiamy jedn� ostro zako�czon� podpor� na pod�o�u , drug� podpor� stawiamy na wadze . Nast�pnie tarujemy wag� tak , aby mimo nacisku deski wskazywa�a O , bo tym sposobem przy obliczeniach mo�emy pomin�� moment si�y pochodz�cy od jej ci�aru ; tak nale�y post�powa� r�wnie� przy wyznaczaniu t� metod� ci�ar�w cz�ci cia�a . Badany , o ustalonym wcze�niej ci�arze cia�a , k�adzie si� na d�wigni tak , aby stopy przylega�y do podp�rki . Kiedy badany pozostaje w bezruchu , r�wnowa�ymy nacisk d�wigni na wag� i odczytujemy wynik ( R ) . Gdy d�wigni� jest w r�wnowadze , mo�emy napisa� , �e : P razy x r�wna si� R razy 1 , zatem x r�wna si� w liczniku R razy 1 , w mianowniku P , gdzie : P- ci�ar badanego cia�a , R - wskazania wagi tj. wielko�ci jej reakcji , l - d�ugo�� d�wigni . W ten spos�b wyznaczamy odleg�o�� kierunku dzia�ania si�y ci�ko�ci badanego od punktu podparcia d�wigni , czyli w przybli�eniu " wysoko�� "po�o�enia OSC - mierz�c od pod�o�a w stron� g�owy .Ot� po�o�enie tego punktu w statyce informuje o proporcjach rozmieszczenia mas w ciele cz�owieka , a wi�c m�wi o pewnych cechach budowy cia�a . Odleg�o�� OSC od pod�o�a ma , tak�e w definicji , �cis�y zwi�zek z r�wnowag� cia�a . Osoby o wi�kszej wysoko�ci cia�a maj� na og� wy�ej po�o�ony �rodek ci�ko�ci . Dowodnie stwierdzi� to Bober ( 1965 ) i poda� , �e mi�dzy wysoko�ci� cia�a a po�o�eniem �rodka ci�ko�ci istnieje bardzo wysoka korelacja (r = 0,904 ) . Po�o�enie OSC u cz�owieka w postawie stoj�cej znajduje si� na wysoko�ci od 53 do 60% wysoko�ci cia�a . �rednie warto�ci dla populacji m�odszych m�czyzn wynosz� 56,5% , a dla m�odych kobiet 55,5% . Cz�sto podaje si� , �e r�nice te s� uzasadnione budow� cia�a , np. bardziej rozwini�t� i umi�nion� obr�cz� barkow� u m�czyzn i odwrotnie , bardziej rozwini�tym pasem biodrowym u kobiet . W biomechanice sport�w wodnych operuje si� cz�sto poj�ciem �rodka wyporu . �rodek wyporu to punkt , w kt�rym przy�o�ona jest wypadkowa si�a wyporu . Wielko�� tej si�y , zwr�conej przeciwnie do si�y ci�ko�ci , r�wna jest ci�arowi cieczy wypartej przez zanurzone cia�o . Zale�no�� ta wynika z prawa Archimedesa . Cia�o sta�e zanurzone w p�ynie mo�e pozosta� w stanie r�wnowagi tylko wtedy gdy : 1) si�y ci�ko�ci i wyporu s� sobie r�wne oraz 2) kierunki dzia�ania tych si� le�� w jednej linii . W przypadku cia�a cz�owieka zanurzonego w wodzie warunek pierwszy jest spe�niony . Ci�ar w�a�ciwy wody bowiem r�wna si� na og� ci�arowi w�a�ciwemu cia�a cz�owieka , a przy pe�nym wdechu zwykle go przewy�sza . Oznacza to , �e gdy cz�owiek zanurzy si� w wodzie w pozycji pionowej to r�wnowaga cia�a ustali si� dopiero po jego cz�ciowym wynurzeniu . Taki stan r�wnowagi cia�a sta�ego nazywa si� p�ywaniem cia�a . Gdy po�o�ymy si� na wodzie np. na plecach , to warunek drugi , dotycz�cy wsp�lnego pionu dla kierunk�w dzia�ania wypadkowych si� ci�ko�ci i wyporu jest spe�niony jedynie w stosunku do osi d�ugiej cia�a . Oznacza to , �e nie wyst�puje moment si� wywo�uj�cy ruchy obrotowe wok� tej osi czyli obracanie cia�a na praw� lub lew� stron�. Natomiast widzimy - patrz�c z boku , czyli na p�aszczyzn� strza�kow� cia�a , �e wymienione si�y znajduj� si� w pewnej odleg�o�ci od siebie tworz�c par� si� obracaj�c� cia�o wok� osi poprzecznej powoduj�c opadanie n�g . Przeniesienie ko�czyn g�rnych za g�ow� powoduje przesuni�cie OSC w tym samym kierunku i uzyskanie r�wnowagi r�wnie� wzgl�dem osi poprzecznej i utrzymanie cia�a w pozycji horyzontalnej . Uniekt�rych os�b , a szczeg�lnie u dzieci , u kt�rych si�a ci�ko�ci i si�a wyporu maj� wsp�ln� lini� dzia�ania , wyst�puje sta�a r�wnowaga cia�a w wodzie w pozycji horyzontalnej . Zapewnia im to korzystne warunki do nauki p�ywania , co jest szczeg�lnie pomocne w pierwszym etapie nauczania . RUCHY OBROTOWE CIA�A CZ�OWIEKA 1)Prawa rz�dz�ce ruchem obrotowym bry�y sztywnej . Bry�a sztywna jest to cia�o , kt�re pod wp�ywem dzia�aj�cych na nie si� nie zmienia swej geometrii. Zatem jest to tw�r abstrakcyjny , nie maj�cy swego �cis�ego odpowiednika w rzeczywisto�ci . Jednak�e niekt�re cia�a rzeczywiste w pewnych warunkach zachowuj� si� podobnie jak bry�a sztywna , np. za bry�� sztywn� mo�na uwa�a� dysk rzucany przez miotacza , lecz tyczki do skoku ju� tak traktowa� nie mo�na , ze wzgl�du na jej znaczne odkszta�cenia podczas skoku . Podobnie w przypadku cz�owieka mo�na z pewnym przybli�eniem poszczeg�lne cz�ci jego cia�a , np. podudzie , udo czy rami� , uwa�a� za bry�y sztywne , natomiast ca�y cz�owiek przewa�nie zachowuje si� w spos�b dalece odmienny ni� bry�a sztywna . 2) R�wnanie ruchu obrotowego bry�y sztywnej . Je�eli na bry�� sztywn� , mog�c� obraca� si� swobodnie - bez tarcia i opor�w - wok� danej osi ( O ) dzia�aj� si�y wytwarzaj�ce w stosunku do niej ( osi ) wypadkowy moment M , to wychodz�c z II zasady dynamiki Newtona mo�na wyprowadzi� r�wnanie opisuj�ce ruch tej bry�y : M = , gdzie : M - wypadkowy moment si� dzia�aj�cych na bry�� , = d do kwadratu razy w liczniku , w mianowniku d razy t do kwadratu = w liczniku d w mianowniku dt - przyspieszenie k�towe ( ruchu ) bry�y , - moment bezw�adno�ci bry�y sztywnej . R�wnanie to m�wi , �e przyspieszenie k�towe , jakie uzyskuje bry�a sztywna jest wprost proporcjonalne do dzia�aj�cego na ni� momentu si� , a odwrotnie proporcjonalne do jej momentu bezw�adno�ci . Moment bezw�adno�ci jest wielko�ci� charakteryzuj�c� roz�o�enie masy cia�a w stosunku do osi obrotu i wraz ze zmian� jej po�o�enia zmienia� si� b�dzie warto�� momentu bezw�adno�ci . 3 ) Twierdzenie o momencie bezw�adno�ci . Moment bezw�adno�ci cia�a w stosunku do dowolnej osi mo�e by� wyznaczony , je�eli znamy jego moment bezw�adno�ci w stosunku do osi przechodz�cej przez �rodek masy cia�a ( tzw. moment bezw�adno�ci centralny ) . Moment bezw�adno�ci bry�y wzgl�dem dowolnej osi ( O ) r�wny jest momentowi bezw�adno�ci , jaki mia�oby to cia�o , gdyby ca�a masa skupiona by�a w �rodku masy ( r do kwadratu razy m ) , powi�kszonemu o moment bezwzgl�dno�ci wzgl�dem osi r�wnoleg�ej do poprzedniej ( O ) i przechodz�cej przez �rodek masy . 4) Zasada zachowania momentu p�du dla bry�y sztyw takich przypadkach w niej . Przyspieszenie k�towe jest r�wne pochodnej pr�dko�ci k�towej po czasie = w liczniku d w mianowniku dt Zmiana momentu p�du bry�y sztywnej r�wna jest momentowi pop�du , kt�ry t� zmian� wywo�a� . Je�eli wypadkowy moment si� dzia�aj�cych na bry�� jest r�wny zeru , to jego moment pop�du te� jest r�wny zeru , zatem moment p�du bry�y nie ulega zmianie . Twierdzenie to nosi , nazw� zasady zachowania momentu p�du i funkcjonuje r�wnie� w odniesieniu do uk�adu cia� ( bry� sztywnych ) . W takich przypadkach mo�e ono brzmie� : je�eli w uk�adzie cia� dzia�aj� si�y wewn�trzne ( wypadkowy moment si� zewn�trznych wzgl�dem osi obrotu r�wny jest zeru ) , to ca�kowity moment p�du uk�adu pozostaje sta�y . Aby moment p�du uk�adu pozosta� sta�y , musi si� zmieni� jego pr�dko�� k�towa . 7) Metody wyznaczania moment�w bezw�adno�ci cz�ci cia�a cz�owieka . Korzystaj�c z twierdzenia o momentach bezw�adno�ci , mo�na wyznaczy� moment bezw�adno�ci uk�adu bry� sztywnych w przypadku , gdy znane s� momenty bezw�adno�ci ( centralne ) element�w uk�adu oraz jego geometria . W�r�d nich ( metod po�rednich ) stosunkowo du�� dok�adno�� zapewniaj� r�wnania regresji opracowane na podstawie tzw. scaningowych ( metoda scaningu , polegaj�ca na skojarzeniu z technik� komputerow� pomiar�w poch�aniania promieniowania ) pomiar�w rozk�adu masy w przestrzeni . 8) Metoda wahad�a fizycznego jako metoda bezpo�rednia wyznaczania momentu bezw�adno�ci cz�owieka . Metoda ta korzysta z w�asno�ci wahad�a fizycznego ( zale�no�� okresu drga� wahad�a od jego momentu bezw�adno�ci ) oraz z twierdzenia o sumowaniu si� moment�w bezw�adno�ci cia� w uk�adzie . Znaj�c warto�� momentu kieruj�cego D i mierz�c okres drga� wahad�a , mo�na wyznaczy� moment jego bezw�adno�ci . Do pomiaru moment�w bezw�adno�ci cz�ci cia�a mo�na zastosowa� metod� wynikaj�c� z r�wnania ruchu obrotowego : do badanej nieruchomej cz�ci cia�a przyk�ada si� skokowo narastaj�cy w czasie moment si�y zewn�trznej (M ) . Spowoduje on skokow� zmian� przyspieszenia k�towego .Z r�wnania ruchu obrotowego wynika , �e : M = . St�d poszukiwany moment bezw�adno�ci cz�ci cia�a : = w liczniku M w mianowniku . Metoda ta nie daje mo�liwo�ci bezpo�redniego pomiaru centralnych moment�w bezw�adno�ci , a jedynie momentu bezw�adno�ci w stosunku do osi obrotu pokrywaj�cej si� z osi� stawu rozwa�anej cz�ci cia�a . 9) Wybrane przyk�ady wykorzystania w sporcie praw rz�dz�cych ruchem obrotowym . Ruchy obrotowe cz�owieka mog� by� wykonywane wok� osi : a) ustalonych , b) swobodnych. Osie swobodne to takie , kt�re przechodz� przez �rodek masy i jednocze�nie spe�niaj� warunek, �e moment bezw�adno�ci bry�y ( cz�owieka ) wzgl�dem nich jest najwi�kszy lub najmniejszy . O� w stosunku do kt�rej moment bezw�adno�ci jest najwi�kszy , jest osi� stabiln� . Oznacza to , �e je�eli cia�o obracaj�c si� wok� tej osi zostanie odchylone od niej momentem zewn�trznym , to si�y od�rodkowe spowoduj� powr�t cia�a do poprzedniego po�o�enia wzgl�dem osi obrotu . O� odpowiadaj�ca najmniejszemu momentowi bezw�adno�ci jest osi� niestabiln� , co oznacza , �e jakiekolwiek zaburzenie powoduj�ce zmian� jej po�o�enia ( np. odchylenie ) wywo�a przej�cie cia�a do obrotu wok� osi stabilnej , tj. wok� osi najwi�kszego momentu bezw�adno�ci . R�wnie� i pr�dko�� k�towa zale�e� b�dzie od momentu p�du ( ) , jaki zdo�a uzyska� gimnastyk w fazie odbicia . Im wi�ksza b�dzie jego warto�� , tym kr�cej b�dzie m�g� trwa� pe�ny obr�t cia�a . STRUKTURALNE I FUNKCJONALNE W�A�CIWO�CI BIERNEGO UK�ADU RUCHU . W biomechanizmach tych ko�ci przyj�to jako cz�ony sztywne , stawy jako pary biokinematyczne odpowiednich klas i mi�nie szkieletowe jako si�owniki o dzia�aniu jednorodnym . Pozwoli�o to podzieli� funkcje mi�ni na ruchowe i stabilizacyjne . I tak : ko�ci traktuje si� jako sztywne cz�ony ; stawy ��cz�ce ko�ci ( cz�ony ) w spos�b ruchomy tworz� pary biokinematyczne . Niezale�ny ruch w stawie to stopie� swobody , a liczba stopni swobody to og�lna liczba niezale�nych wzgl�dnych ruch�w cia�a sztywnego . Cia�o sztywne wolne od wi�z�w posiada 6 stopni swobody . Mo�e wykonywa� 3 ruchy obrotowe wok� 3 osi i 3 ruchy post�powe wzd�u� nich . Natomiast para kinematyczna mo�e posiada� nie wi�cej jak 5 stopni swobody . Klas� pary kinematycznej okre�la liczba b�d�ca r�nic� mi�dzy maksymaln� liczb� stopni swobody cz�onu a liczb� stopni swobody danego po��czenia . Jest to wi�c liczba na�o�onych wi�z�w . Klasa par biokinematycznych wi��e si� z kszta�tem powierzchni stawowych . Stawy kuliste i panewkowe posiadaj� 3 stopnie swobody . S� to wi�c po��czenia III klasy ( np. staw ramienny ). Stawy eliptyczno - k�ykciowe i siode�kowate maj� 2 stopnie swobody , zatem klas� IV (np. staw promieniowo - nadgarstkowy ) . Stawy zawiasowe �rubowe i obrotowe s� po��czeniami o 1 stopniu swobody i V klasie ( np. staw mi�dzypaliczkowy ). U cz�owieka i zwierz�t w uk�adzie kostno - stawowym mo�liwe s� jedynie ruchy obrotowe . Brak ruch�w post�powych powoduje , �e stawy s� po��czeniami tylko klasy III , IV i V . Przypuszcza si� , �e jest to nast�pstwem jednostronnego dzia�ania mi�ni , bo nie mog� one " popycha� " , a jedynie " ci�gn�� " . �a�cuch biokinematyczny to sp�jny zesp� cz�on�w po��czonych w pary biokinematyczne.�a�cuch mo�e by� otwarty , gdy ostatnie ogniwo jest wolne . �a�cuch biokinematyczny zamkni�ty to taki , w kt�rym ostatnie ogniwo jest ustalone , np. po��czenie �eber z mostkiem i kr�gos�upem . Ruchliwo�� , czyli liczb� stopni swobody cz�on�w poruszaj�cych si� wzgl�dem podstawy , kt�r� umownie traktuje si� jako nieruchom� . Ruchomo�� - zakres ruchu w stawach . Zakres ruchu w stawie definiowany jest jako k�t zawarty mi�dzy zwrotnymi po�o�eniami w stawie w okre�lonej p�aszczy�nie ruchu . Zakres ruchu mo�e by� czynny tzn. wymuszony przez moment si� mi�niowych lub bierny , tj. wymuszony momentem si�y zewn�trznej . Wymienia si� te� ruchomo�� szkieletow� . Wielko�� ruchomo�ci w okre�lonym stawie zale�y od budowy stawu oraz d�ugo�ci i podatno�ci na rozci�ganie mi�ni wielostawowych . St�d o zakresie ruchu w danym stawie decydowa� b�d� po�o�enia k�towe cz�on�w w stawach s�siednich, bo to warunkuje stan rozci�gni�cia mi�ni . Dodatkowymi elementami mog�cymi mie� wp�yw na zakres ruchu w poszczeg�lnych stawach s� wi�zad�a i torebki stawowe . Dalszymi elementami uzale�niaj�cymi zakres ruchu s� chrz�stki �r�dstawowe . Odwrotnie rzecz si� ma z chrz�stkami oko�ostawowymi . Te z kolei ograniczaj� zakres ruchu . Ruchomo�� jest cech� mocno zr�nicowan� u poszczeg�lnych osobnik�w . Nale�y tak�e kategorycznie stwierdzi�, i� zakres ruchu nie ma bezpo�redniego zwi�zku z liczb� stopni swobody w stawie . Pomiar tego parametru wymaga m. in. okre�lenia osi i p�aszczyzn jako uk�adu odniesienia dla ruch�w cz�ci cia�a cz�owieka . W odniesieniu do cia�a ludzkiego wyr�nia si� trzy podstawowe p�aszczyzny i odpowiadaj�ce im trzy osie ruchu . S� to : p�aszczyzna strza�kowa i odpowiadaj�ca jej o� poprzeczna , p�aszczyzna czo�owa i o� strza�kowa oraz p�aszczyzna poprzeczna i o� d�uga cia�a . Ruchy cz�ci cia�a mo�na odnosi� do podanych p�aszczyzn i okre�la� je wielko�ci� k�t�w stawowych . K�ty stawowe tworz� w p�aszczy�nie strza�kowej i czo�owej dwie proste , kt�re ��cz� dwie osie obrotu dwu s�siednich staw�w . W p�aszczy�nie poprzecznej k�t tworz� osie , w kt�rych odbywa si� k�t zginania i prostowania w dw�ch s�siednich stawach w rzucie tych osi na jedn� p�aszczyzn� . P�aszczyzna strza�kowa dzieli g�ow� i tu��w na cz�ci praw� i lew� , a ko�czyny na cz�ci przy�rodkow� i boczn� . W p�szczy�nie tej odbywa si� ruch zginania i prostowania ; przy czym zginaniem nazywamy ruch powoduj�cy zmniejszenie si� k�ta stawowego mierzonego po stronie przedniej tu�owia , g�owy , ko�czyn g�rnych i staw�w biodrowych oraz po stronie tylnej staw�w kolanowych , goleniowo - skokowych i staw�w stopy . Prostowanie za� to ruch powoduj�cy zwi�kszanie si� k�ta stawowego , mierzonego podczas zginania . P�aszczyzna czo�owa dzieli g�ow� , tu��w oraz ko�czyny dolne na cz�ci przedni� i tyln� , a ko�czyny g�rne na cz�ci d�oniowe i grzbietowe . W p�aszczy�nie tej odbywaj� si� ruchy odwodzenia i przywodzenia ko�czyn oraz sk�ony w prawo i w lewo g�owy i tu�owia . Pomiar zakresu ruchu czy d�ugo�ci poszczeg�lnych cz�on�w i wiele innych analiz biomechanicznych wymaga okre�lenia osi obrotu w poszczeg�lnych stawach . Pomiarami zakresu ruchu zajmuje si� geometria . Zgodnie z definicj� ruchomo�ci w stawie do pomiaru tego parametru u�ywa si� k�tomierzy zwanych goniometrami . Dok�adno�� metody goniometrycznej jest wzgl�dnie niska . Wynika to z trudno�ci dok�adnego zlokalizowania osi obrotu w stawie , a w przypadku stawu ramiennego jest to szczeg�lnie k�opotliwe . Znacznie bardziej dok�adna jest metoda rentgenograficzna , lecz z uwagi na szkodliwe skutki uboczne , stosowana jedynie w poszczeg�lnych przypadkach . Pomiaru zakresu ruchu dokonuje si� m. in. w celu okre�lenia powierzchni u�ytkowych osi�ganych przez �a�cuch biokinematyczny . W rehabilitacji zakres ruchu jest parametrem diagnostycznym . W sporcie i wychowaniu fizycznym stanowi miar� tzw. gibko�ci . Mo�liwa jest te� rejestracja k�t�w w stawie w funkcji czasu podczas wykonywania okre�lonych zada� ruchowych . U�ywa si� w�wczas elektrogoniometr�w . MIʌNIE JAKO NAP�DY . Parametry strukturalne funkcji mi�ni . W podr�czniku anatomiiopis makroskopowej budowy mi�ni stanowi zwykle wst�p do przedstawienia czynnego uk�adu ruchu . Opis ten obejmuje �ci�gna pocz�tkowe i ko�cowe oraz brzusiec . Z uwagi na przebieg w��kien mi�niowych dzieli si� mi�nie na pierzaste , p�pierzaste i wrzecionowate , z uwagi za� na ilo�� brzu�c�w ( g��w ) m�wi si� o mi�niach jedno- , dwu- i wielobrzu�cowych . Dla biomechaniki istotn� w tym podziale jest funkcja mi�nia lub jego cz�ci . Je�eli jaka� cz�� mi�nia ( g�owa , brzusiec ) sk�ada si� z w�ukien o jednakowym przebiegu oraz d��y do okre�lonego punktu kostnego i z tego powodu posiada samodzieln� , jednakow� funkcj� wzgl�dem osi stawu nad kt�rym przebiega , to cz�� t� nazywamy aktonem . Oczywi�cie wiele akton�w mo�e spe�nia� te same funkcje , to znaczy ka�dy z nich mo�e rozwija� moment si�y wzgl�dem tej samej osi stawu . B�dziemy w�wczas mieli do czynienia z zespo�em akton�w . O dwracaj�c jednak sytuacj� , anatomicznie jeden mi�sie� mo�e mie� kilka akton�w , jak np. mi�sie� naramienny , kt�rego ka�da cz�� posiada oddzieln� funkcj� . Funkcj� aktonu nazywa si� sk�adow� momentu si�y wzgl�dem osi obrotu w stawie, nad kt�rym dany mi�sie� przebiega . Poniewa� mi�sie� aktywnie mo�e dzia�a� tylko w jednym kierunku , to znaczy mo�e kurczy� si� i ci�gn�� lecz nie popycha� , wobec powy�szego ka�da para kinematyczna o jednym stopniu swobody potrzebuje dw�ch akton�w : jeden , kt�ry b�dzie zgina� ( przywodzi� , odwraca� ) i drugi , rozwijaj�cy przeciwny moment si�y , kt�ry b�dzie prostowa� ( lub odpowiednio odwodzi� , odwraca� ) . Jak z tego wynika mo�emy m�wi� o liczbie funkcji aktonu . Liczba funkcji aktonu zale�y nie tylko od jego przebiegu wzgl�dem osi stawu , ale r�wnie� od tego , ile staw�w dany mi�sie� obs�uguje . To ostatnie ( liczba staw�w , wzgl�dem kt�rych dany mi�sie� przejawia swoje funkcje ) stanowi o klasie aktonu . Dzia�anie mi�nia na d�wigni� kostn� a poj�cie momentu si�y . Je�el si�a mi�niowa oraz si�a zewn�trzna b�d� posiada�y swoje punkty przy�o�enia po tej samej stronie osi obrotu , to b�dzie to d�wignia jednostronna , je�eli natomiast po przeciwleg�ych stronach osi obrotu - d�wignia dwustronna . Przyk�adem d�wigni jednostronnej jest przedrami� z osi� obrotu w stawie �okciowym oraz si�� mi�nia dwug�owego ramienia i si�� zewn�trzn� , przy�o�onych po tej samej stronie osi obrotu , posiadaj�cych przeciwny zwrot . W uk�adzie par biokinematycznych pomiar si� mi�niowych sprowadza si� do pomiaru momentu si�y , na zasadzie r�wnowa�enia moment�w mi�ni ( nieznanych )poprzez moment oporu ( znane ) M z ( p ) = M M ( F ) ; MOMENT ZEWN�TRZNY = MOMENT SI�Y D�wignia jednostronna dzieli si� jeszcze na tzw. drugiego i trzeciego rodzaju . Decyduje o tym podziale odleg�o�� przyczepu mi�nia od osi obrotu w stosunku do odleg�o�ci przy�o�enia si�y zewn�trznej . D�wignia drugiego rodzaju wyst�puje u cz�owieka cz�ciej ni� trzeciego rodzaju . Uk�ad d�wigni drugiego rodzaju wymaga du�ej si�y mi�niowej dla pokonania stosunkowo niewielkiego oporu ( wielko�� si�y mi�ni musi by� tyle razy wi�ksza od wielko�ci si�y zewn�trznej , ile razy rami� si�y mi�ni jest kr�tsze od ramienia si�y zewn�trznej ) Jest wi�c to typ d�wigni nieekonomicznej w stosunku do d�wigni trzeciego rodzaju , w kt�rej umawiane stosunki uk�adaj� si� odwrotnie . D �wignia drugiego rodzaju daje za to przewag� w szybko�ci ruchu r�wnie� jednak rozwa�anym wzgl�dnie , w tym wypadku w stosunku do szybko�ci skracania si� mi�nia . Mi�nie wyst�puj�ce w d�wigni drugiego rodzaju s� czasami zwane " mi�niami zrywowymi " , a w d�wigni trzeciego rodzaju " mi�niami powolnymi " , gdy� rami� si�y zewn�trznej jest wi�ksze od ramienia si�y mi�ni . Wed�ug wielce popularnego i znakomitego anatoma R. Poplewskiego przewaga typ�w d�wigni drugiego rodzaju u cz�owieka �wiadczy o tym , �e jeste�my bardziej przystosowani do wykonywania wzgl�dnie szybkich ruch�w ni� pokonywania du�ych opor�w . Poniewa� wraz ze zmian� k�ta w stawie zmieniaj� si� geometryczne i fizjologiczne parametry par biokinematycznych - si�a mi�nia ( Fm) , d�ugo�� mi�nia ( 1 ) , wielko�� k�ta �ci�gnowego ( ) , k�t w stawie ( ) , rami� si�y mi�nia ( rm ) - zmienia si� tak�e moment si�y mi�nia (M m ) . BUDOWA MIʌNIA W aspekcie morfologiczno - geometrycznym si�a mi�nia zale�y od jego budowy . O wielko�ci si�y mi�nia decyduje ilo�� i rozmieszczenie w��kien mi�niowych . Si�a mi�niowa uzale�niona jest od przekroju fizjologicznego mi�nia . Najkorzystniejsza jest wi�c pierzasta budowa mi�ni . Powoduje ona zwi�kszenie przekroju fizjologicznego mi�nia ze wzgl�du na pochylenia w��kien mi�niowych w stosunku do przebiegu mi�nia ( linii ��cz�cej jego przyczepy ) . D�UGO�� MIʌNIA Fizjologiczne i fizykalne w�a�ciwo�ci tkanki mi�niowej pozwalaj� na zmian� d�ugo�ci mi�nia . Zjawisko to mo�na wyt�umaczy� nie tylko zmianami w jego lepko�ci i w�a�ciwo�ciach elastycznych , odgrywa tu tak�e rol� wzmo�ony dop�yw bod�c�w proprioceptywnych przy rozci�gni�ciu mi�nia . Zjawisko to , tzn. odruch na rozci�ganie , spowodowany jest bod�cami wywo�anymi przez zmienne napi�cie w mi�niach , �ci�gnach i stawach . Odruch wywo�uje powolne jak i szybkie rozci�ganie mi�nia . Si�a skurczu wzrasta w pewnych granicach tak d�ugo , jak d�ugo ro�nie si�a rozci�gania , dzi�ki wzrostowi cz�sto�ci wy�adowania poszczeg�lnych receptor�w mi�nia , jak r�wnie� zwi�kszaniu liczby dra�nionych receptor�w . Mi�sie� maksymalnie rozci�gni�ty mo�e pokona� maksymaln� drog� ( skr�ci� si� ) oraz maksymalnie d�ugo rozwija� si�� . Nie oznacza to , �e uzyska jego maksymaln� warto�� . ILO�� KURCZ�CYCH SI� W��KIEN MIʌNIOWYCH ( pobudzonych jednostek ruchowych ) . Podstawow� jednostk� w poj�ciu biomechanicznym jest jednostka ruchowa ( lub jednostka motoryczna , j. m. ) , kt�r� jest grupa w��kien mi�niowych unerwionych przez jedn� kom�rk� ruchow� rog�w przednich . Mniejszy stosunek il�ciowy jednostek motorycznych zapewnia wi�ksz� precyzj� ruch�w . Buchthal podaje , �e im wi�ksza liczba w��kien mi�niowych sk�ada si� na 1 jednostk� motoryczn� , tym wi�ksz� si�� rozwija ten uk�ad , ale z tym mniejsz� precyzj� bierze ydzia� w sterowaniu ruchem. CZ�STOTLIWO�� IMPULS�W POBUDZANIA (cz�stotliwo�� skurczu jednostki motorycznej ) Cz�stotliwo�� impulsacji dochodz�cych do mi�nia jak i ilo�� kurcz�cych si� w��kien mi�niowych s� podstawowymi mechanizmami wp�ywaj�cymi na si�� skurczu mi�ni . D�UGO�� RAMIENIA SI�Y MIʌNIA D�ugo�� ramienia si�y mi�nia ( rm ) jest podstawowym parametrem geometrycznym mi�nia w uk�adzie d�wigowym ( mi�niowo - kostnym ); jest to najkr�tsza odleg�o�� od osi obrotu do kierunku dzia�ania si�y mi�nia . Na wielko�� ramienia si�y mi�niowej ( rm ) wp�ywa odleg�o�� przyczepu mi�nia od osi obrotu ( d ) i kierunek dzia�ania si�y mi�nia , za� obie te wielko�ci zwi�zane s� z k�tem �ci�gnowo kostnym ( ) . Ten ostatni zmienia si� , cho� o r�n� warto�� wraz ze zmian� k�ta w stawie . Niejednoznaczno�� tych zmian spowodowana jest dzia�aniem powi�zi i pochew �ci�gniastych na kierunek przebiegu osi d�ugiej �ci�gna ko�cowego lub pocz�tkowego mi�ni . Miernikiem omawianej zale�no�ci jest gradient momentu si�y , czyli wielko�� rozwini�tego momentu si�y w jednostce czasu w : Nm / s . Na czas uzyskania maksymalnej si�y w warunkach statyki maj� wp�yw : rodzaj mi�ni ( bia�e lub czerwone ) , temperatura mi�nia , cz�stotliwo�� impuls�w pobudzaj�cych oraz spadek poziomu substancji energetycznych . Podstawowym objawem czynno�ci mi�ni jest ich skurcz . Wielko�ciami charakteryzuj�cymi skurcz oraz jego efekty s� : przekr�j fizjologiczny ( p ) , d�ugo�� w��kien mi�niowych ( 1 ) oraz d�ugo�� ramienia si�y Fm wzgl�dem osi obrotu stawu ( rm ) , jak r�wnie� napr�enia mi�nia oraz - w czasie aktywno�ci - okre�lony poziom potencja�u energetycznego U ( EMG ) . Relacja omawianych parametr�w jest podstaw� do podzia�u skurcz�w mi�niowych na : - Skurcz izometryczny , kt�ry objawia si� zmian� napi�cia mi�niowego bez zmiany d�ugo�ci mi�ni . Wyst�puje np. przy ustalonych obu przyczepach mi�nia , cz�ciowo podczas �wicze� fizycznych . - Skurcz izotoniczny charakteryzuje si� zmian� d�ugo�ci bez zmiany napi�cia mi�ni . Zjawisko takie wyst�puje jedynie w warunkach laboratoryjnych podczas bada� na mi�niu izolowanym . - Skurcz auksotoniczny , popularnie zwany skurczem mieszanym , typowy dla ustroju �ywego , wykonuj�cego czynno�ci �ycia codziennego . Cech� tego skurczu jest jednoczesne wyst�powanie zmian obu parametr�w - napi�cia oraz d�ugo�ci mi�nia . Kolejno�� zjawisk wyst�puj�cych w mi�niu od momentu pobudzenia do ruchu cz�on�w w �a�cuchu biokinematycznym jest nast�puj�ca : pobudzenie - wzrost napr�enia - stosunek Mm do Mz - ruch . Rozumowanie to , nie uwzgl�dnione w podstawowym opisie mi�ni i ich funkcji w anatomii prawid�owej , oparte jest na poj�ciu si�y jako mierze dzia�ania na siebie dw�ch cia� oraz I zasadzie mechaniki sprowadzaj�cej si� do tego �e przyczyn� ruchu jest si�a . O tym , czy b�dzie ruch oraz jaki b�dzie jego zwrot nie decyduje wy��cznie pobudzony mi�sie� , lecz stosunek mi�dzy wielko�ci� jego pobudzenia a si�� zewn�trzn� . Z tego r�wnie� wynika , �e pobudzony mi�sie� wcale nie musi skr�ci� swojej d�ugo�ci . Bior�c za kryterium podzia�u pracy relacje pomi�dzy wielko�ci� momentu zewn�trznego ( Mz ) a momentem wewn�trznym ( mi�niowym , Mm ) rozr�niamy nast�puj�ce rodzaje dzia�alno�ci mi�niowej : 1. Czynno�� statyczn� mi�ni , gdzie momenty si� zewn�trznych ( Mz ) r�wnowa�one s� przez momenty si� mi�niowych ( Mm ) .Czynno�� statyczna mi�ni odpowiada skurczowi izometrycznemu . 2. Czynno�� dynamiczna mi�ni , kt�ra ze wzgl�du na wielko�� moment�w zewn�trznych posiada dwie odmiany : czynno�� koncentryczna ( zwana prac� dodatni� ) i czynno�� ekscentryczna ( zwana prac� ujemn� ) . Czynno�� koncentryczna wyst�puje wtedy , gdy moment si� mi�niowych ( Mm ) pokonuje opory zewn�trzne ( Mz ) , a wi�c : Mm > Mz . Sytuacja taka wyst�puje przy odbiciu do skoku , wyrzucie , pchni�ciu , wsz�dzie tam , gdzie celem jest przemieszczenie w�asnego cia�a lub sprz�tu , za� mi�sie� dzia�aj�cy na konkretny staw skraca si� . Czynno�� ekscentryczna wyst�puje w�wczas , gdy moment si� zewn�trznych ( Mz ) przewy�sza moment si� mi�niowych ( Mm ): Mz > Mm . Nie nale�y wi�c uto�samia� rodzaju dzia�alno�ci mi�niowej jedynie z kierunkiem ruchu cz�ci cia�a , albowiem wykonanie przez mi�nie kierunkowe akcji ( pracy koncentrycznej ) powoduje jednocze�nie bierne rozci�gni�cie mi�ni antagonistycznych , co nie jest jednoznaczne z ich prac� ekscentryczn� . Punktem wyj�cia do oceny dzia�alno�ci mi�niowej jest r�wnie� przebieg mi�nia wzgl�dem osi obrotu w stawie . Stwierdzono r�wnie� ( Komi , 1971 ) , �e czas przej�cia od pobudzania wyra�onego wzrostem aktywno�ci elektrycznej mi�nia do momentu zarejestrowania dzia�ania si�y trwa przeci�tnie od 20 do 100 ms i nazywa si� op�nieniem elektromechanicznym (EMD ) . W warunkach dynamicznych wielko�� rozwijanej pr�dko�ci uzale�niona jest od warto�ci obci��enia ( wielko�� poruszanej masy w�asnej cia�a oraz przy��du , przyboru , przeciwnika ) . W miar� wzrostu obci��enia maleje warto�� rozwijanej pr�dko�ci . Zale�no�� t� charakteryzuje krzywa Hilla . ZJAWISKA ELEKTRYCZNE W MIʌNIU . ELEKTROMIOGRAFIA . Skurcz mi�niowy jest procesem biochemicznym , sterowanym wewn�trz kom�rki mi�niowej za pomoc� regulowania st�enia zjonizowanego wapnia . Zmiana st�enia mo�e by� dokonana jedynie na drodze dyfuzji , gdzie czas jej przebiegu jest wprost proporcjonalny do kwadratu drogi, jak� musz� pokona� dyfunduj�ce cz�stki . Dlatego te� takie przekazywanie informacji trwa�oby relatywnie d�ugo . Szybkie przekazywanie informacji na du�e odleg�o�ci odbywa si� na drodze elektrycznej . B�ona kom�rkowa w stanie spczynku charakteryzuje si� pewn� r�nic� potencja��w . Je�eli r�nica potencja��w ulega zmniejszeniu, mi�sie� przejawia tendencj� do skurczu . Podstawowym poj�ciem w fizjologiimi�nia jest jednostka ruchowa . Na poj�cie jednostki ruchowej sk�ada si� kom�rka ruchowa rogu przedniego , jej wypustka ( akson ) i grupa unerwionych przez ten akson w��kien mi�niowych . Rejestracj� zmiany potencja��w towarzysz�cych skurczowi mi�nia umo�liwia metoda zapisu zmian elektrycznych , jakie zachodz� w zwi�zku z rozchodzeniem si� wzd�u� mi�nia potencja��w czynno�ciowych . Najdok�adniejsze dane uzyskujemy wtedy , gdy zastosujemy koncentryczn� elektrod� ig�ow� , kt�ra b�dzie odbiera� niepotencja�y z konkretnej jednostki motorycznej . Nie daje to jednak obrazu zaanga�owania ca�ego mi�nia. Stosuj�c elektrody p�ytkowe odbieramy niepotencja�y z wybranego regionu powierzchni brzu�ca mi�niowego , kt�rych wielko�� odpowiada ok. 20 - 30 % rzeczywistego zaanga�owania mi�nia . Elektromiografia stosowana w biomechanice pozwala przedewszystkim na wnioskowanie o koordynacji nerwowo - mi�niowej . Koordynacja w tej sytuacji rozumiana jest jako wsp�dzia�anie mi�ni antagonistycznych lub protagonistycznych . Elektromiogram charakteryzuje si� amplitud� i cz�stotliwo�ci� . Zapis ten jest w pewnym zakresie proporcjonalny do wielko�ci wyzwolonej si�y jedynie podczas wyzwalania si�y w warunkach statyki ( przy v = 0 ) . Amplituda elektromiogramu �wiadczy o ilo�ci w��kien mi�niowych zaanga�owanych w dzia�aniu mi�nia , okre�la si� j� w mikrovoltach . Cz�stotliwo�� wy�adowa� waha si� u cz�owieka od 20 Hz do 60 Hz . Bigland i Lippold stwierdzili , �e przy sta�ej szybko�ci skurczu zintegrowany zapis miopotencja��w jast zale�ny liniowo od obci��enia , a przy sta�ym obci��eniu od szybko�ci ruchu . Chocia� zale�no�� mi�dzy obci��eniem a aktywno�ci� jest liniowa przy pracy koncentrycznej i ekscentrycznej , to przy pracy ekscentrycznej wyst�puje mniejsza aktywno�� elektryczna .. Opr�cz tego aktywno�� w pracy ekscentrycznej nie zmienia si� przy zmianie pr�dko�ci ruchu . CZYNNIKI WP�YWAJ�CE NA ZWI�KSZENIE EFEKTU SKURCZU MIʌNIA . POTENCJALNA ENERGIA SPRʯYSTO�CI I WARUNKI JEJ WYKORZYSTANIA . Nadrz�dnym celem czynno�ci ruchowych jest nadanie swojemu cia�u , jego cz�ciom lub poruszanemu sprz�towi odpowiedniej wielko�ci przyspiesze� . Taki cel mo�na osi�gn�� wyzwalaj�c odpowiedniej wielko�ci momenty si� mi�niowych , kt�re generowane s� przez mi�nie . Za skurcz odpowiadaj� w mi�niu elementy kurczliwe EK , kt�re spe�niaj� rol� wykonawcz� wykorzystuj�c tylko sk�adow� czynn� ( si�y mi�niowej ). Wielu ruchom sportowym towarzyszy zjawisko " zamachu " - rozumianego jako ruch przeciwnie skierowany do zadanego kierunku ruchu . Ruch ten pozwala uzyska� d�u�sz� drog� dzia�ania si�y na sprz�t , co pomaga w uzyskaniu wi�kszej pr�dko�ci ko�cowej ruchu . By�oby to zgodne z og�lnymi zasadami mechaniki , gdyby ruch by� wykonywany przez uk�ad techniczny . Jak wynika z wielu bada� nad ruchem cz�owieka ruch wykonany na tej samej drodze , poprzedzony ruchem zamachowym daje lepszy efekt ruchu - w postaci pr�dko�ci ko�cowej , wyzwolonej energii kinetycznej , si�y uzyskanej przez mi�sie� oraz nadwy�ki pracy pozytywnej - ni� ruch na tej samej drodze bez ruchu zamachowego . Ruchowi zamachowemu towarzyszy wst�pne rozci�gni�cie mi�ni zwi�zane z ich prac� ekscentryczn� . Rozci�gni�cie element�w kurczliwych ( mi�nia ) powoduje - dzi�ki istnieniu element�w elastycznych - magazynowanie energiielastycznej . Wyzwolenie i zmagazynowanie energii elastycznej w czasie rozci�gania mi�nia tylko w�wczas jest wykorzystane , je�eli czas pomi�dzy rozci�ganiem a skracaniem mi�nia wykazuje d��enie do minimum . Konkluduj�c rozwa�ania przeprowadzone wy�ej,"zamach"ma zastosowanie tam , gdzie chcemy uzyska� wi�ksz� pr�dko�� ruchu w�a�ciwego , szczeg�lnie na jego pocz�tku , np. w wyskoku , rzucie , pchni�ciu . R�WNOWAGA CIA�A U CZ�OWIEKA 1. MECHANICZNE WARUNKI R�WNOWAGI - STANY R�WNOWAGI Przez r�wnowag� cia�a rozumie si� stan , w kt�rym spe�nione s� nast�puj�ce warunki : 1) suma si� pionowych r�wna si� zero ( Fy = 0 ) , 2) suma si� poziomych r�wna si� zero ( Fx = 0 ) oraz 3) suma moment�w si� r�wna si� zero ( M = 0 ) . Rozr�nia si� trzy stany r�wnowagi: sta�y , oboj�tny i chwiejny . 1. Przez r�wnowag� sta�� rozumie si� taki stan , gdy po wytr�ceniu cia�a ze stanu r�wnowagi, cia�o to po pewnym czasie powr�ci do po�o�enia wyj�ciowego . Je�eli cia�o o masie m wychyla si� , w�wczas zostanie ono pdniesione na pewn� wysoko�� h . Na cia�o to dzia�a przyspieszenie ziemskie g . Cia�o to zdobywa energi� potencjaln� i powr�ci do po�o�enia wyj�ciowego : Ep = mgh . 2. Przez r�wnowag� oboj�tn� rozumie si� taki stan , gdy po wytr�ceniu cia�a ze stanu r�wnowagi zmieni ono swe po�o�enie i znajdzie si� w stanie r�wnowagi , lecz w innym punkcie . Przyk�adem mo�e by� kula umieszczona na poziomo ustawionej podstawie . Kula po przemieszczeniu z jednego do drugiego po�o�enia nie zmienia wysoko�ci , a przez to nie zmienia energii potencjalnej . 3. Przez r�wnowag� chwiejn� rozumiemy taki stan , w kt�rym �rodek ci�ko�ci zmienia swoje po�o�enie , jego wychylenie za� b�dzie go z tego po�o�enia oddala� , a energia potencjalna male� . 2. R�WNOWAGA CIA�A CZ�OWIEKA W UJ�CIU STATYCZNYM ( tradycyjnym ) Stan r�wnowagi sta�ej wyst�puje we wszystkich zwisach , zar�wno wolnych , ja