Строительство дач
Отделочные работы
Песок карьерный мытый
Щебень известняковый
Гранитный щебень
Коттеджные поселки
Ландшафтное проектирование
Архитектурное проектирование
Проектирование канализации
Реконстукция зданий

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Докажите что горизонтальная сила измеренная динамометром


Динамометр. Сложение сил. Равнодействующая сил.

Инфоурок › Физика ›Презентации›Динамометр. Сложение сил. Равнодействующая сил.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Динамометр. Сложение сил. Равнодействующая сил. Тема урока Провел: учитель физики Заматаев Сергей Александрович МБОУ «Поведниковская СОШ» Мытищинского района

2 слайд Описание слайда:

-Познакомиться с прибором для измерения силы, его устройством и принципом работы. -Научиться измерять силы динамометром. - Познакомиться с понятием равнодействующей силы ; - Научиться пользоваться правилами определения равнодействующей сил, направленных по одной прямой; Цели урока:

3 слайд Описание слайда: 4 слайд Описание слайда: 5 слайд Описание слайда: 6 слайд Описание слайда:

Как называются силы изображенные на рисунке? 1 2 3

7 слайд Описание слайда:

Силы можно изобразить на одном чертеже: Fтяж. Р Fупр

8 слайд Описание слайда:

Силы можно изобразить на одном чертеже: Fупр Р Fтяж

9 слайд Описание слайда:

Какие силы действуют на монорельсовую дорогу? высотные здания?(Нью-Йорк)

10 слайд Описание слайда:

Почему воз и ныне там? Однажды Лебедь, Рак да Щука Везти с поклажей воз взялись, И вместе трое все в него впряглись; Из кожи лезут вон, а возу все нет ходу! Поклажа бы для них казалась и легка: Да Лебедь рвется в облака, Рак пятится назад, а Щука тянет в воду. Кто виноват из них, кто прав,— судить не нам; Да только воз и ныне там.

11 слайд Описание слайда:

Силу, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называют равнодействующей этих сил (R).

12 слайд Описание слайда:

Сложение сил Модуль равнодействующей силы равен сумме модулей всех действующих сил, если они направлены вдоль одной прямой и в одну сторону. Направление равнодействующей в этом случае совпадает с направлением действующих сил. R= 5 Н + 3 Н = 8 Н ;

13 слайд Описание слайда:

Разность сил Модуль равнодействующей силы равен разности модулей действующих сил, если они направлены вдоль одной прямой и в противоположные стороны. Направлена равнодействующая в этом случае в сторону большей по модулю силы. R = 3 Н – 2 Н = 1 Н

14 слайд Описание слайда:

Каково показание динамометров?

15 слайд Описание слайда:

Как найти равнодействующую силу? R = F1 + F2 R = F2 - F1 R = F2 - F1 =0 Направление Рисунок Формула По одной прямой в одну сторону F1 R F2 По одной прямой в разные стороны R F1 F2 По одной прямой в разные стороны, равные друг другу F1 F2

16 слайд Описание слайда:

  Чему равна равнодействующая двух сил, приложенных к телу в точке А? А

17 слайд Описание слайда:

  Чему равна равнодействующая двух сил, приложенных к телу в точке А? А

18 слайд Описание слайда:

Что происходит с телом в результате действия сил? 10 Н 10 Н Равнодействующая равна 0 значит тело либо находится в покое, либо движется равномерно и прямолинейно. R=0

19 слайд Описание слайда:

Так почему же воз и ныне там? R=0

20 слайд Описание слайда:

Решите задачу Дед, взявшись за репку, развивает силу тяги до 600 Н, бабка до 100 Н, внучка до 50 Н, Жучка до 30 Н, кошка до 10 Н и мышка до 2 Н. Справилась бы с репкой эта компания без мышки, если силы, удерживающие репку, равны 791 Н? Ответ :792 Н, нет.

21 слайд Описание слайда:

Что вы узнали сегодня на уроке? 1 Каким прибором измеряется сила. 2. Что такое равнодействующая сил. 3. Как её находить. 4. Практическое значение учёта всех сил, действующих на тело.

22 слайд Описание слайда:

Спасибо всем за урок!!!

Курс повышения квалификации

Курс повышения квалификации

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Номер материала: ДБ-319123

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Динамометр | измерительный прибор | Britannica

Динамометр , устройство для измерения механической силы или мощности, передаваемой вращающимся валом. Поскольку мощность - это произведение крутящего момента (силы поворота) и угловой скорости, все динамометры, измеряющие мощность, по существу являются устройствами для измерения крутящего момента; Скорость вала измеряется отдельно.

Британика Викторина

Электроника и гаджеты Викторина

Что из этого не телефон?

К устройствам измерения силы относятся гибкое металлическое кольцо, которое изгибается, когда сила прикладывается таким образом, чтобы иметь тенденцию к его разрушению - величина изгиба является мерой приложенного усилия, - и гидравлический «тензодатчик», который измеряет сжимающие нагрузки по давлению жидкости.

Динамометры для измерения мощности могут быть передающими динамометрами или абсорбционными динамометрами. Первые используют устройства, которые измеряют крутящий момент, с точки зрения упругого скручивания вала или специального измерителя крутящего момента, вставленного между секциями вала. Крутящий момент создается полезной нагрузкой, которую несет основной двигатель, двигатель или машина.

Абсорбционные динамометры, с другой стороны, создают крутящий момент, который они измеряют, создавая постоянное ограничение вращения вала либо механическим трением, жидкостным трением, либо электромагнитной индукцией.Тормоз Prony ( см. Рисунок ) развивает механическое трение на периферии вращающегося шкива посредством тормозных колодок, которые прижимаются к колесу путем затягивания болтов до тех пор, пока крутящий момент FR трения не уравновесит крутящий момент WL. Водяной тормоз создает сопротивление путем циркуляции воды между вращающимся рабочим колесом и неподвижной оболочкой, в то время как электрический динамометр генерирует и поглощает постоянное электричество или вихревые токи. В каждом случае элемент, который оказывает сдерживающее влияние, свободно удерживается, так что его тенденция вращаться вместе с вращающимся телом может быть остановлена, а сила остановки измерена на известном расстоянии от оси вращения.Крутящий момент - это произведение нагрузки или веса пружины на расстояние от оси вращения.

Элементы типичного тормоза Prony Encyclopædia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня ,
границ | Механика ускорения спринта: главная роль подколенных сухожилий в производстве горизонтальных сил

Введение

Спринт бег, а точнее ускорение спринта, является ключевым компонентом производительности во многих видах спорта, таких как легкая атлетика, футбол и регби. В двух последних, хотя общее время, затрачиваемое игроками при максимальном ускорении или скорости, меньше, чем при более низких интенсивностях (Stølen et al., 2005; Osgnach et al., 2010; Gabbett et al., 2012; Kempton et al., 2015), максимальное ускорение на короткой дистанции имеет решающее значение для выполнения оборонительных и наступательных ключевых действий (Stølen et al., 2005; Faude et al., 2012).

Недавно исследователи ясно показали, что горизонтальная составляющая результирующей (то есть общей) силы реакции на землю (GRF) была ключевой механической характеристикой ускорения спринта, независимо от уровня квалификации (Hunter et al., 2005; Kugler and Janshen). , 2010; Morin et al., 2011, 2012; Kawamori et al., 2013; Otsuka et al.2014; Rabita et al., 2015). Эти авторы постоянно сообщали, что способность ориентировать результирующий вектор GRF вперед, что приводит к значительному увеличению чистого горизонтального коэффициента GRF ( F H ) на протяжении всего спринта, было самым сильным предиктором ускорения и производительности спринта у субъектов, начиная от отдыха и заканчивая миром. класс спринтеров. Однако характеристики ускорения спринта не были связаны с величинами по вертикали ( F V ) или результирующей GRF ( F RES ), как количественно определено в течение всей фазы ускорения на инструментальной беговой дорожке или непосредственно на дорожке в различные спортсмены, включая спортсменов командных видов спорта и элитных спринтеров (Morin et al.2011, 2012; Rabita et al., 2015). Последнее и существенное, разница в производстве F H между неспециалистами, спринтерами среднего и высшего уровня была больше при более высоких скоростях бега (Morin et al., 2012; Morin, 2013). Эти результаты экспериментально и последовательно показали механическую логическую важность производства F H для движения вперед и, в свою очередь, для ускорения спринта (Furusawa et al., 1927; Best and Partridge, 1928; Jacobs and Van Ingen Schenau, 1992).

Пытаясь объяснить мышечное происхождение этого эффективного горизонтально-ориентированного производства GRF, предыдущие исследователи сосредоточили внимание на мышцах-разгибателях бедра, в частности на подколенных сухожилиях, по следующим трем основным причинам.

Во-первых, несколько исследований, основанных на экспериментальных измерениях (включая поверхностную электромиографию, GRF или анализ движений), моделирование или комбинацию этих двух подходов, показали важную роль разгибателей бедра (ягодичных мышц и мышц подколенного сухожилия) в производительности бега (e ,г., Wiemann and Tidow, 1995; Бартлетт и др., 2014; Schache et al., 2014). Действительно, используя различные уровни экспериментальных / модельных данных и различные предметы, включая спринтеров высокого уровня, Mann and Sprague (1980), Belli et al. (2002), Kyrölainen et al. (2005), Simonsen et al. (1985), Безодис и соавт. (2008), Dorn et al. (2012) и Schache et al. (2015) последовательно показали, что действия мышц разгибателей бедра и сгибателей колена играли доминирующую роль, поскольку скорость бега увеличивалась и достигала высоких (> 7 мс -1 ) до максимальных скоростей спринта.В большинстве этих исследований было показано, что это преобладание имеет место как во время колебаний, так и в контактных фазах, но не было явно связано с сопутствующими прямыми измерениями F H .

Во-вторых, для создания больших количеств горизонтальной силы и импульса реакции грунта (из-за уменьшения тормозного компонента и / или увеличения движущей силы Morin et al., 2015), особенно на высоких скоростях движения (когда общая ориентация тела по вертикали), интенсивные движения назад нижней конечности необходимы как во время фазы позы, так и в конце качания, при этом мышцы подколенного сухожилия производят очень высокие силы в течение обеих фаз (Morin, 2013; Sun et al., 2015). Некоторые авторы предположили, что скорость создания силы в ранней фазе стояния была ограничивающим фактором для максимальной скорости бега (Weyand et al., 2010; Clark and Weyand, 2014), в то время как другие предположили, что способность сгибателей колена уменьшать кинетическая энергия нижней конечности при удлинении во время фазы позднего колебания и, следовательно, увеличение частоты шага было первостепенным (Caldwell and Chapman, 1989; Dorn et al., 2012). Из-за общего очень быстрого движения нижней конечности (частота шагов 4 Гц или более) переход между размахом и позицией очень короткий (типичное общее время размаха и выдержки составляет 300 и 100 мс соответственно).В этом контексте недавние исследования исследовали взаимодействие (а не изоляцию) между этими двумя фазами (Clark and Weyand, 2014), чтобы максимизировать скорость бега. Было высказано предположение, что количество спринтеров с подъемом колена достигается на поздней стадии свинга, то есть, когда подколенные сухожилия активно удлиняются (эксцентрическая сила> 6–8 раз BW, рассчитанная Sun et al. (2015) и Schache et al. ( 2010), по-видимому, способствует последующему применению GRF на ранней стадии благодаря уменьшенному времени замедления во время удара.Следовательно, поскольку во время спринта возникают большие скорости конечностей до удара ногой по земле, этот момент перехода в стойку качания имеет решающее значение для подколенных сухожилий, которые противодействуют как внешним моментам сгибания бедра, так и моментам разгибания колена, а силы поддержки достигают восьмикратного значения массы тела (Sun et al. al., 2015).

Наконец, что интересно, единственный факт, что травмы подколенных сухожилий являются наиболее частым повреждением мышц нижней конечности, возникающим во время спринтерских заданий, предполагает важность этой группы мышц, когда целью является развитие высокой скорости и / или ускорений (например,г., Экстранд и др., 2011; Feddermann-Demont et al., 2014). Хотя точный момент возникновения обсуждается (то есть, конец колебания или фаза стойки: Heiderscheit et al., 2005; Chumanov et al., 2007, 2011, 2012; Yu et al., 2008; Schache et al., 2011; Orchard, 2012; Higashihara et al., 2014; Ono et al., 2015), большинство мышечных штаммов разделяют действие спринта как основной механизм повреждения (Arnason et al., 2004; Woods et al., 2004; Ueblacker et al. , 2015). Кроме того, исследователи, стремящиеся количественно оценить механику бега в спринте у спортсменов, восстанавливающихся или восстановившихся после недавней травмы подколенного сухожилия, показали, что одна из механических особенностей их модели бега, отличающаяся от неповрежденных аналогов, изменена в F H производства (Brughelli et al.2010; Mendiguchia et al., 2014). Основная интерпретация этих авторов заключалась в том, что мышечная слабость подколенного сухожилия, как сообщалось ранее, вызывает более слабую функцию разгибания бедра / сгибания колена (Sugiura et al., 2008; Opar et al., 2013; Sanfilippo et al., 2013), и в свою очередь ниже F H производства. Mendiguchia et al. (2014) явно поддержали эту линию мышления у футболистов высокого уровня: F H получены из реальных полевых ускорений спринта и радиолокационных измерений.В этом исследовании у игроков, возвращающихся после травмы подколенного сухожилия, были существенно нарушены механика бега с ускорением в полевом спринте и, в особенности, способность к высокой производительности F H .

Поскольку предыдущие исследования предполагали, что (i) действия мышц-разгибателей бедра и сгибателей колена играют важную роль в высокоскоростной механике бега и (ii) нарушение функции подколенного сухожилия было связано с более низкими уровнями F H и ускорением спринта Мы стремились непосредственно и экспериментально исследовать роль разгибателей бедра и сгибателей колена в производстве F H во время ускорений в спринте.В свете вышеупомянутых выводов наша основная гипотеза состояла в том, что самые высокие значения F H во время максимального ускорения спринта будут наблюдаться у субъектов с самым высоким уровнем силы разгибания бедра / сгибания колена и электрической активности.

Все ранее упомянутые исследования имели одно или несколько из следующих ограничений: использование прямого имитационного моделирования; несинхронизация или отсутствие EMG, анализа движения или измерений GRF; сбор данных за один-несколько шагов; только вертикальное и без горизонтального измерения GRF; устойчивые, не ускоренные скорости движения.Последний момент затрагивает все вышеупомянутые исследования и имеет первостепенное значение для точного понимания роли разгибателей бедра во время ускоренного бега на короткие дистанции (см. Обсуждение в Schache et al., 2014). Таким образом, чтобы проверить нашу гипотезу и избежать большинства предыдущих ограничений, мы разработали протокол, в котором анализ движения EMG, GRF и сагиттальной плоскости был синхронизирован по всем ускорениям на инструментальной беговой дорожке. Это позволило нам экспериментально контролировать мышечную активность, производство F H и кинематику нижних конечностей на всех этапах максимального ускорения спринта.Кроме того, мы измерили способность создания крутящего момента основных групп мышц, участвующих в сгибании и разгибании бедра и колена, с использованием изокинетического динамометра. Таким образом, целью данного исследования был поиск основных мышечных коррелятов горизонтального производства GRF во время ускорения спринта.

Материалы и методы

Население

Четырнадцать субъектов мужского пола (среднее значение ± стандартное отклонение; масса тела: 79,9 ± 7,9 кг; рост 1,79 ± 0,07 м; возраст 24,2 ± 4,6 года), прошедших подготовку к бегу на спринте, вызвались принять участие в этом исследовании.Все субъекты были свободны от скелетно-мышечной боли или травм, что подтверждено медицинскими и физическими осмотрами. Семь предметов были физкультурными и физически активными, и они занимались физическими упражнениями, включая спринты (например, футбол, баскетбол), в течение 6 месяцев, предшествовавших исследованию. Три предмета были атлетами от регионального до национального уровня (специализировались на спринте и десятиборье), а четыре предмета были игроками регби до 23 лет. Письменное информированное согласие было получено от испытуемых, и исследование было одобрено институциональным советом по этике факультета спортивных наук и проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией II.

Экспериментальный протокол

Во время первого сеанса испытуемые сообщили в лабораторию для медицинского осмотра, проведенного врачом (PE), и завершили ознакомительный сеанс с процедурами бега на беговой дорожке и изокинетическими тестами. Второй сеанс (в течение 2-недельного периода) начался со стандартной разминки, включающей 5 минут бега по 10 км.ч -1 , затем 5 минут упражнений на разминку для спринта и трех прогрессивных упражнений. 6-й спринт, разделенный 2-минутным пассивным отдыхом.Затем субъекты проводили изокинетическое тестирование. После этого испытания электроды EMG были помещены, и субъекты выполняли максимальные произвольные изометрические сокращения (MVIC) разгибателей и сгибателей колена и бедра. Затем были установлены маркеры анализа движения, и субъекты выполнили еще одно ускорение разминки перед спринтом с максимальной интенсивностью 6 с. Все испытуемые носили свои обычные кроссовки (без шипов для легкой атлетики).

Изокинетическое тестирование мышечных моментов

Мышечная динамическая сила была оценена с использованием изокинетического динамометра (Con-Trex ® MJ; CMV AG, Дюбендорф, Швейцария).При тестировании сгибателей коленного сустава (подколенного сухожилия) и разгибателей (четырехглавых мышц) каждый испытуемый сидел на динамометре (со сгибанием тазобедренного сустава 105 °) с автоматически наклеиваемыми ремнями, расположенными горизонтально на груди и тазе, чтобы стабилизировать туловище к сиденью, единообразно, как описано в руководстве пользователя Con-Trex ® и в Maffiuletti et al. (2007). Ось вращения коленного сустава была совмещена с осью вращения динамометра, а манжета рычага динамометра была закреплена вокруг лодыжки, проксимально к лодыжкам.Испытуемым также было поручено захватывать сиденье во время испытаний. Диапазон движения колена был зафиксирован на 90 ° (от полного разгибания до 90 ° сгибания колена). Соответствующая поддержка была оказана для стабилизации контралатеральной нижней конечности.

При тестировании сгибателей и ягодичных мышц бедра каждый испытуемый лежал в положении лежа на спине, бедро в сагиттальной плоскости, а колено согнуто под углом 90 ° по методу Julia et al. (2010). Контралатеральная нога опиралась на опору под стопу (но не была прикреплена к ней) с разгибанием бедра на 0 °, а колено согнуто на 90 ° (Julia et al.2010). Ось динамометра была совмещена с мажором вертела (соответствует оси сгибания / разгибания бедра). Тело субъекта удерживалось ремнем вокруг таза (над передними верхними подвздошными ости) и одним нагрудным ремнем. Оценка проводилась с амплитудой сустава 90 ° (от 10 ° разгибания бедра до 80 ° сгибания).

. Сегмент ноги пациента и тестирующее устройство были статически взвешены для предоставления данных компенсации гравитации, и были внесены поправки (Maffiuletti et al.2007; Юлия и др., 2010). Темы были поддержаны в устной форме без визуальной обратной связи. Один и тот же экзаменатор (PE) провел тестирование по всем предметам. Была проверена только правая нижняя конечность, так как это была единственная сторона с анализом ЭМГ и видео. Подколенные сухожилия и четырехглавые мышцы оценивали до сгибателей бедра и ягодичных мышц, используя ту же процедуру сокращения и угловой скорости, которая описана ниже. В качестве специфической разминки с изокинетическими движениями каждый субъект выполнял 2 серии из 6 градуированных субмаксимальных концентрических повторений с промежуточной угловой скоростью 120 ° с. -1 , а затем 3 субмаксимальных повторения при 120 ° С. -1 в концентрическом и эксцентрическом режимах в случайном порядке. Данные о максимальном изокинетическом крутящем моменте были получены в течение 3 максимальных повторений при 120 ° С. -1 , в концентрическом и эксцентрическом режимах в рандомизированном порядке. Отдых 60-х годов отделял каждую серию движений. Эта угловая скорость была выбрана после предварительного тестирования, поскольку она была самой высокой скоростью, при которой испытуемые могли создавать максимальную силу в безопасных и безболезненных условиях.

Подколенные сухожилия, четырехглавые мышцы, сгибатели бедра и динамические моменты ягодичной мышцы были оценены с использованием измерений максимального крутящего момента, нормализованного к массе тела (PT BW в Нм.кг -1 ), чтобы лучше учитывать различия в морфологических характеристиках субъектов. Обычное отношение концентрического пикового крутящего момента бедра к четырехглавой мышцы (H con / Q con ) и функциональное отношение эксцентричного бедра к пиковому крутящему моменту четырехглавой мышцы (H ecc / Q con ) затем рассчитывается.

Надежность каждого параметра была рассчитана с использованием данных первого ознакомительного сеанса и второго сеанса тестирования в соответствии с ранее описанными статистическими методами (Hopkins, 2000; Maffiuletti et al., 2007). Для мышц подколенного сухожилия и четырехглавой мышцы надежность пиковых моментов была высокой (коэффициент внутриклассовой корреляции (ICC): 0,86–0,95; стандартная ошибка измерения (SEM): 3,8–8,5%; и коэффициент вариации (CV): 3,0–5,7%) и достоверность коэффициентов была умеренной (ICC: 0.69-0.85; SEM: 6,2–7,5%; и CV: 5,5–5,7%). Для сгибателей бедра и ягодичных мышц достоверность пиковых моментов была умеренной (ICC: 0,60–0,78; SEM: 9,6–19,4%; CV: 8,0–17,3).

Спринт Кинетика

Кинетику спринта

измеряли с использованием механизированной беговой дорожки с инструментарием (ADAL3D-WR, Medical Development-HEF Tecmachine, Andrézieux-Bouthéon, France), более подробно см. Morin et al. (2010). Он установлен на очень жесткой металлической раме, закрепленной на земле с помощью четырех пьезоэлектрических датчиков силы (КИ 9077b, Kistler, Винтертур, Швейцария), и установлен на специально сконструированной бетонной плиты, чтобы обеспечить максимальную жесткость опорной земли.Постоянный крутящий момент двигателя был установлен равным 160% от крутящего момента по умолчанию, то есть крутящего момента двигателя, необходимого для преодоления трения на ремне из-за BW объекта. Крутящий момент по умолчанию был измерен путем требования, чтобы субъект стоял на месте, и путем увеличения значения крутящего момента до тех пор, пока не наблюдалось движение ремня более чем на 2 см в течение 5 с. Эта установка крутящего момента по умолчанию в зависимости от трения ремня соответствует предыдущим исследованиям моторизованной беговой дорожки (Falk et al., 1996; Morin et al., 2011, 2012). Крутящий момент двигателя, равный 160% от значения по умолчанию, был выбран после нескольких предварительных измерений (данные не показаны), сравнивающих различные крутящие моменты, потому что (i) он позволял объектам бегать с комфортом и производить максимальное усилие без риска потери равновесия, и (ii ) более высокие крутящие моменты вызывали потерю равновесия у некоторых объектов и не позволяли им, даже после ознакомления, бегать с той же техникой, что и на трассе.

Субъекты были привязаны с помощью кожаного пояса для тяжелой атлетики и тонкой жесткой веревки (диаметром 0,6 см), жестко закрепленной на стене позади предметов с помощью вертикального металлического рельса длиной 0,4 м. При правильном прикреплении предметы должны были наклоняться вперед в типичном наклонном стартовом положении спринта (стандартизировано для всех предметов и близко к таковому в поле), при этом их предпочтительная нога вперед. После 3-секундного отсчета беговая дорожка была отпущена, и пояс начал ускоряться, когда испытуемые прикладывали положительную горизонтальную силу.Механические данные отбирались при 1000 Гц на протяжении всего спринта, что позволяло определить начало спринта, определяемое как момент, когда скорость ремня превысила 0,2 мс -1 . После соответствующей фильтрации (низкочастотный фильтр типа Баттерворта 30 Гц) мгновенные значения GRF и скорости ленты были усреднены для каждого периода контакта (вертикальная сила выше 30 Н), что соответствует биомеханическому / мышечному специфическому событию толчка одной ноги. Мгновенные данные вертикальной, горизонтальной и общей GRF были усреднены для каждой фазы поддержки ( F В , F H и F RES соответственно), выраженные в N и BW и использованные с соответствующая средняя скорость ленты ( S в м.s -1 ) для вычисления чистой горизонтальной мощности ( P = F H . S , выраженная в Вт -1 ).

Мышечная активность

ЭМГ-активность правой vastus lateralis (VL), rectus femoris (RF), biceps femoris femoris (BF) и gluteus maximus (Glut) мышц были зарегистрированы с использованием биполярных поверхностных электродов из хлорида серебра размером 30 мм. диаметр (Meditrace 100, Tyco Health, Мэнсфилд, Канада).Записывающие электроды были наклеены вдоль кожи на кожу относительно расположенного ниже мышечного волокна и расположены в соответствии с рекомендациями SENIAM (Hermens et al., 2000) с межэлектродным расстоянием 30 мм. Электрод сравнения был прикреплен к коже, обращенной к надколеннику. Низкий импеданс ( Z <5 кОм) на поверхности кожного электрода был получен путем шлифования кожи тонкой наждачной бумагой и очистки спиртом. Данные EMG были записаны с помощью системы PowerLab (16/30 - ML880 / P, ADInstruments, Bella Vista, Австралия) с частотой дискретизации 2000 Гц.Сигнал EMG усиливался восьмеричным биоусилителем (Octal Bioamp, ML138, ADInstruments) с частотой полосы пропускания от 5 до 1000 Гц (входное сопротивление = 200 МОм, коэффициент подавления синфазного сигнала = 85 дБ), передаваемый на ПК и проанализировано с помощью программного обеспечения LabChart 7.3 (ADInstruments). Вертикальные сигналы GRF и EMG для правой ноги синхронизировались по времени на LabChart 7.3, активность EMG каждой мышцы определялась количественно, используя среднеквадратичное значение (RMS) с 20-миллисекундным движущимся окном, и записывалась во время следующих фаз бегового цикла для правая нога: (i) первая половина фазы стойки, (ii) вся фаза стойки, определяемая по 30-N порогу, (iii) вся фаза качания (от взлета ноги до последующей посадки той же ноги), и (iv) фаза конца качания, определенная как фаза антенны (без контакта ноги с землей), предшествующая фазе стойки (Рисунок 1).Что касается предыдущих спринтерских исследований (Jonhagen et al., 1996; Kyrölainen et al., 2005; Higashihara et al., 2010; Dorel et al., 2012; Ono et al., 2015), а также согласно Burden (2010), Среднеквадратичные данные для всех фаз были нормализованы к данным MVIC, полученным с помощью следующей процедуры.

Рис. 1. Необработанные сигналы ЭМГ для vastus lateralis (VL), большая ягодичная мышца (перенасыщение), двуглавой мышцы бедра (BF) и прямой мышцы бедра ) , синхронизированный с вертикальным GRF во время типичного шага по спринту (7-й шаг с максимальным ускорением в 6 с) .Следующие фазы для анализа ЭМГ были определены по данным вертикальной GRF (порог 30 Н): весь размах, конец размаха, полная стойка и первая половина стойки.

Две 3-секундные MVIC были выполнены в сагиттальной плоскости для оценки разгибания бедра (ягодичные мышцы) и сгибания колена (подколенные сухожилия) и разгибания (четырехглавой мышцы) для правого бедра и колена с постоянным углом. Разгибание бедра было проверено на предметах, лежащих на столе в положении лежа при сгибании бедра 30 °, а колено полностью вытянуто.Разгибание и сгибание колена были проверены на предметах, сидящих в каркасе сиденья Cybex II (Ronkonkoma, NY), прикрепленных к раме в области таза и с углом колена и бедра, установленным на 90 °. Во время этих трех наборов из 2 MVIC два экспериментатора прикладывали твердое ручное сопротивление к лодыжкам субъектов, чтобы обеспечить безопасное максимальное изометрическое напряжение.

Сагиттальное плоское движение ног

Движение правой стопы регистрировалось в сагиттальной плоскости движения с помощью камеры (частота дискретизации 120 кадров в секунду, Basler scA640-120gc, Basler AG, Германия), установленной на штативе, установленном 1.5 метров от беговой дорожки в боковой вид. Один светоотражающий маркер был помещен на большой вертел, один на латеральный бедренный эпикондил, а один маркер был помещен на внешнюю поверхность ботинка в пятой плюсневой головке. Эта точка была выбрана, поскольку бег по спринту, по сути, представляет собой цифровое действие, и, таким образом, субъекты сначала поглаживают поясную беговую дорожку своими плюсневыми мышцами. Два других маркера были размещены на расстоянии 1,5 м на правой раме беговой дорожки как можно ближе к роликовому ремню (т.е.менее 0,5 см). Линия между этими маркерами обозначала уровень земли. Видеосистема была откалибрована с использованием пользовательского четырехмаркерного креста известных размеров. После м

.
границ | Механика ускорения спринта в условиях усталости: компенсирующая роль ягодичных мышц в производстве горизонтальной силы и потенциальная защита мышц подколенного сухожилия

Введение

Мышечная травма подколенного сухожилия (ЧМИ), несмотря на улучшения в знаниях и профилактических стратегиях, является основной травмой, связанной со спортом, требующим ускорения в спринте, например, в футболе (Woods et al., 2004; Ekstrand et al., 2011, 2016), регби ( Brooks et al., 2006) и легкая атлетика (Opar et al.2014; Edouard et al., 2016). ЧМИ приводит к значительным последствиям для спортсменов, таким как потеря времени из-за спорта и высокий риск рецидива (Вудс и др., 2004; Экстранд и др., 2011, 2016; Маллиаропулос и др., 2011; Эдуард и др., 2016 ). Это делает ЧМИ проблемой для всех заинтересованных сторон вокруг спортсменов, чтобы лучше понять и предотвратить их.

Большинство HMI возникают во время спринтерских действий, например, для спринтеров на максимальной скорости или около нее (Stanton and Purdam, 1989; Askling et al., 2007), или во владении мячом для игры в футбол, прохождения защищающегося игрока или получения позиции, чтобы забить гол (Арнасон и др., 1996; Вудс и др., 2004; Опар и др., 2015). Существует четкая связь между спринтерской активностью и появлением HMI (Stanton and Purdam, 1989; Schache et al., 2012). С этой базовой точки зрения мы предполагаем, что лучшее понимание производительности и механики спринта является ключевым параметром для улучшения предотвращения ЧМИ.

Во время фазы ускорения спринта было показано, что прямая ориентация силы реакции грунта (GRF) является более сильным фактором, определяющим характеристики полевого спринта, чем общая величина вертикального или результирующего GRF (Morin et al.2011a, 2012; Rabita et al., 2015). Мышцы-разгибатели бедра ( ягодичных мышц maximus и мышцы подколенного сухожилия) играют ключевую роль в этом производстве горизонтальной силы (Dorn et al., 2012; Hamner and Delp, 2013; Morin et al., 2015) и их нервно-мышечном поведении (сила и ЭМГ) был связан с повышенным риском поддержания ИЧМ (Croisier et al., 2008; Sugiura et al., 2008; Yeung et al., 2009; Opar et al., 2015; Schuermans et al., 2017). Конкретно, большее количество горизонтальной GRF (усредненной по всему ускорению спринта) было обнаружено у субъектов, которые оба были способны высоко активировать свои мышцы подколенного сухожилия непосредственно перед контактом с землей и обладали наибольшей способностью вызывать эксцентричный пиковый момент сгибателя коленного сустава (PT) (Morin et al., 2015). В дополнение к содействию полной передаче энергии от проксимальных к дистальным суставам, было высказано предположение, что двухсуставные задние мышцы бедра, такие как мышцы подколенного сухожилия, оказывают большое влияние на управление направлением внешних сил и продвигают центр масс в горизонтальном / прямом направлении (Jacobs and van Ingen Schenau, 1992; Jacobs et al., 1996). Кроме того, с точки зрения потребностей в подколенных сухожилиях при двигательных задачах, спринт, кажется, предъявляет самые высокие требования к этой группе мышц (van den Tillaar et al., 2017). Связно сообщалось, что футболисты, возвращающиеся в игру после реабилитации после ИЧМ, могут демонстрировать снижение выработки горизонтальной силы (Mendiguchia et al., 2014, 2016). Интересно, что активность ягодичных мышц maximus и пиковый концентрический момент разгибания бедра также были в значительной степени связаны с производством горизонтальной силы, усредненным по начальным этапам фазы ускорения (Morin et al., 2015). Таким образом, с этой базовой точки зрения логично ожидать, что разгибатели бедра и сгибатели колена будут играть ключевую роль в спринте как с точки зрения производительности, так и с точки зрения предотвращения травм.

В дополнение к механическим и мышечным детерминантам возникновения ЧМИ в спринте, в уравнение входит еще один параметр: усталость. Действительно, травмы возникают не только во время начальных спринтов. Поскольку командные спортивные состязания связаны с мышечной усталостью (Silva et al., 2017), и поскольку появление ЧМИ значительно увеличивается в конце каждой половины футбольных или регбийных матчей (Woods et al., 2004; Brooks et al., 2006) , разумно предположить, что риск возникновения ЧМИ увеличивается при мышечной усталости подколенного сухожилия.Mair et al. (1996), в лабораторных исследованиях на животных, сообщили, что утомленные мышцы поглощали меньше энергии до отказа, по сравнению с утомленными мышцами, предполагая, что утомленные мышцы могут подвергаться более высокому риску травмы. Таким образом, с точки зрения профилактики ИЧМ, представляется крайне необходимым исследовать влияние усталости, поскольку оно отражает то, что испытывает широкая популяция спортсменов в практических условиях, и является одним из признанных факторов риска ИЧМ (Opar et al., 2012; Buckthorpe et al., 2018).Существует явный интерес, чтобы лучше понять: (i) как усталость влияет на мышечную функцию подколенного сухожилия во время ускорения спринта, и (ii) какова роль мышц подколенного сухожилия для производства горизонтальной силы в условиях усталости. Это может помочь лучше понять и предотвратить риск травмы, связанный со спортивной практикой (Buckthorpe et al., 2018; Lord et al., 2018).

В условиях усталости, вызванной совпадением (Andersson et al., 2008) или после имитации совпадения (Rahnama et al., 2003; Greig, 2008; Small et al., 2009, 2010) или после RS (Pinniger et al., 2000; Timmins et al., 2014) сообщалось об изменениях в кинематике спринта и уменьшении силы подколенного сухожилия. Эти изменения могут вызвать более высокий риск ЧМИ из-за: (i) изменений в кинематике спринта, приводящих к более сильным ограничениям мышц подколенного сухожилия во время усталости (Small et al., 2009; Røksund et al., 2017), и (ii) вызванной усталостью уменьшение силы подколенного сухожилия, приводящее к увеличению риска возникновения ЧМИ, поскольку слабость подколенного сухожилия является признанным изменяемым фактором риска ЧМИ (Croisier et al., 2008; Yeung et al., 2009; van Dyk et al., 2016). Кроме того, Morin et al. (2011b) сообщили, что повторный протокол спринта на оборудованной беговой дорожке вызвал как значительное снижение способности создавать общую силу ( F Tot ), так и еще большее относительное уменьшение горизонтальной составляющей силы ( F H ). Однако неизвестно, объясняется ли это уменьшение в F H снижением прочности подколенного сухожилия или другими механизмами.Насколько нам известно, экспериментальные исследования, изучающие влияние усталости (Rahnama et al., 2003; Greig, 2008; Small et al., 2009, 2010; Morin et al., 2011b) (i) не сообщали о прямой связи между усталостью и HMI и (ii) не анализировали мышечные детерминанты и роль, которую играют мышцы подколенного сухожилия для производства горизонтальной силы в условиях усталости.

Кроме того, поскольку мышечная усталость зависит от конкретной задачи (Enoka and Duchateau, 2008), интересно проанализировать функцию мышц подколенного сухожилия в условиях усталости, характерной для спринта.Кроме того, с точки зрения потребностей в подколенных сухожилиях при двигательных задачах, спринт, кажется, предъявляет самые высокие требования к этой группе мышц (van den Tillaar et al., 2017). Таким образом, протокол повторного спринта, по-видимому, является подходящим проектом для анализа как влияния усталости на мышечную функцию подколенного сухожилия во время ускорения спринта, так и мышечных детерминант горизонтальной выработки силы в таких усталостных условиях. Пиннигер и соавт. (2000) сообщили, что общая задача усталости подколенного сухожилия (т. Е. 10 максимальных 40-метровых спринтов, разделенных восстановлением за 30 с) в дополнение к специальной задаче усталости подколенного сухожилия на изокинетическом динамометре приводит к уменьшению PT подколенного сухожилия, а также к изменениям в спринте кинематика и мышечная активность.Они интерпретировали эти результаты как потенциальное доказательство «защитного» механизма, чтобы компенсировать снижение способности генерировать силу утомленных мышц (Pinniger et al., 2000). Тем не менее, спринт механики не были записаны одновременно. Насколько нам известно, ни одно исследование не представило глобального подхода, регистрирующего механику спринта, мышечную силу и активность после многократного спринта, таким образом вызывая специфическую усталость спринта и потенциально лучшее научное понимание показателей ускорения спринта, механических детерминант и мышечной функции подколенного сухожилия в этом. контекст.

Таким образом, цель настоящего исследования состояла в том, чтобы проанализировать (i) детерминанты производительности ускорения спринта и выработки горизонтальной силы и (ii) роль разгибателей бедра и, в частности, мышц подколенного сухожилия, для выработки горизонтальной силы, в повторяющихся вызванные спринтом усталостные условия.

Материалы и методы

Дизайн исследования

Это была экспериментальная лабораторная установка, исследование поперечного сечения, в котором анализировались механика спринта, изокинетический ПТ разгибателей и сгибателей колена и бедра, мышечная активность и движение нижней конечности в сагиттальной плоскости до и после двенадцати 6-ти спринтов на инструментированной моторизованной беговой дорожке.Исследование было одобрено советом по этике институциональных факультетов спортивных наук, и проводится в соответствии с Хельсинкской декларацией II.

участников

Четырнадцать испытуемых мужского пола (масса тела (среднее значение ± стандартное отклонение): 79,9 ± 7,9 кг; рост 1,79 ± 0,07 м; возраст 24,2 ± 4,6 года), подготовленных к бегу на спринте (семь игроков соревнований футбольного и баскетбольного уровня, четверо спортсменов высокого уровня до 23 лет) Игроки союза регби и трое региональных и национальных спортсменов легкой атлетики) вызвались участвовать в этом исследовании.Все субъекты тренировались не менее трех раз в неделю, начиная с более чем 3-х лет, и были свободны от мышечно-скелетной боли или травм во время исследования и в течение шести предыдущих месяцев. Письменное информированное согласие было получено от субъектов.

Протокол эксперимента и протокол повторных спринтов

Сеанс ознакомления со спринтами на беговой дорожке и изокинетическими тестами был проведен примерно за 1 неделю до сеанса тестирования. После стандартизированной разминки, описанной ниже, испытуемые повторяли короткие (<5 с) беговые дорожки с увеличивающейся интенсивностью, с полным восстановлением и до тех пор, пока не освоились с требуемой техникой бега (∼6 испытаний).После этого участники провели ознакомительную сессию с процедурой изокинетического теста для сгибателей колена (KFlex) и разгибателей (KExt) и сгибателей бедра (HFlex) и разгибателей (HExt), следуя процедуре изокинетического тестирования, описанной ниже, во время которой они были рекомендуется выступать в своих лучших проявлениях.

Для сеанса тестирования стандартизированная разминка состояла из 5 минут бега по 10 км.ч - , с последующими 5 минутами разминочных упражнений на подколенные сухожилия и трех прогрессивных 6-секундных спринтов с увеличивающимися скоростями. отделяется 2 мин пассивного отдыха.Субъекты выполняли изокинетический прогрев с последующими измерениями максимальной изокинетической силы KFlex, KExt, HFlex и HExt. После этого электроды ЭМГ и отражающие маркеры были размещены на правой нижней конечности. Максимальная активность ЭМГ была измерена для каждой группы мышц для стандартизации. Субъекты повторили разминку на беговой дорожке с двумя субмаксимальными 6-секундными спринтами. После 5 минут восстановления субъекты выполнили один максимальный 6-секундный спринт, из которого максимальная выходная мощность ( Pmax ) была использована в качестве критерия оценки для первого спринта RS, выполненного во время сеанса тестирования.Действительно, чтобы предотвратить эффекты стимуляции, возникающие в таких протоколах RS (Billaut et al., 2011), субъектам было предложено набрать не менее 95% их соответствующего критерия оценки во время первого спринта сеанса тестирования RS (Morin et al., 2011b). ). Затем субъектам давали ~ 3 минуты свободного охлаждения перед протоколом RS. РС состоял в выполнении двенадцати 6-ти спринтов, разделенных 44-ю пассивным отдыхом. Субъекты выполняли протоколирование или волевую усталость, в зависимости от того, что произошло раньше. Механические данные спринта, активность ЭМГ и видеоданные регистрировали во время каждого спринта, и до и через 3 мин после RS регистрировали максимальную изокинетическую силу KFlex, KExt, HFlex и HExt.

Изокинетический метод испытаний

Изокинетическую прочность измеряли с использованием изокинетического динамометра Con-Trex ® (Con-Trex MJ; CMV AG, Дюбендорф, Швейцария), следуя той же стандартизированной процедуре после инструкций и проводимой тем же экзаменатором (PE). PT KFlex, KExt, HFlex и HExt был получен во время трех максимальных повторений при 120 ° / с, в концентрическом и эксцентрическом режимах в рандомизированном порядке (Morin et al., 2015). Была проверена только правая нижняя конечность.Гравитационные поправки были включены и артефакты контролировались (Maffiuletti et al., 2007; Julia et al., 2010). Испытуемым давали устную поддержку без визуальной обратной связи. Перед максимальным измерением и только перед RS каждый субъект выполнил две серии из шести градуированных субмаксимальных концентрических повторений при 120 ° / с, а затем три субмаксимальных повторения при 120 ° / с в концентрическом и эксцентрическом режиме в случайном порядке в качестве специфического изокинетического Разогрев. Эта угловая скорость (120 ° / с) была выбрана потому, что (i) она ранее использовалась в экспериментальных исследованиях задач усталости (Rahnama et al.2003; Small et al., 2009), (ii) показали высокую межсессионную надежность (Maffiuletti et al., 2007), и (iii) мы хотели установить только одну скорость, чтобы избежать смещения, вызванного несколькими изокинетическими рядами. Отдых 60-х годов отделял каждую серию движений (Morin et al., 2015). Для измерений KFlex и KExt каждый субъект сидел на динамометре, с сгибанием бедра 105 °, с автоматически наклеивающимися ремешками на груди и тазе, поддерживающими для стабилизации контралатеральной конечности, и с инструкцией по захвату сиденья во время максимальных измерений ( Morin et al., 2015). Ось вращения колена была совмещена с осью вращения динамометра. Голень динамометра была прикреплена на 2–3 см проксимальнее к лодыжкам. Диапазон движения колена был зафиксирован на уровне 90 ° (от полного разгибания до 90 ° сгибания колена) (Morin et al., 2015). Для измерений HFlex и HExt каждый субъект лежал в положении лежа на спине, стабилизируя таз и грудь с помощью автоадгезивных ремней, бедро в сагиттальной плоскости и колено сгибали под углом 90 ° (Julia et al., 2010; Morin et al. , 2015). Контралатеральная нога опиралась на опору под стопу с 0 ° разгибания бедра и 90 ° сгибания колена (Julia et al.2010; Morin et al., 2015). Ось вращения динамометра была совмещена с мажором вертела, а испытуемая сторона была прикреплена к динамометру через ремешок для бедра. Диапазон движения бедра был установлен на 90 ° (от 10 ° разгибания бедра до 80 ° сгибания) (Morin et al., 2015). PT нормализовали к массе тела (PTBW, в Nm.kg -1 ) и использовали отношения агониста к антагонисту. Надежность каждого параметра была рассчитана с использованием максимальных данных из ознакомительной и тестовой сессии (Hopkins, 2000; Maffiuletti et al., 2007): надежность для KFlex и KExt была высокой [для PT: коэффициент внутриклассовой корреляции (ICC): 0,86–0,95; SEM: 3,8–8,5%; и CV: 3,0–5,7%; для отношений: ICC: 0,69–0,85; SEM: 6,2–7,5%; и CV: 5,5–5,7%]; надежность для HFlex и HExt была умеренной (для PT BW : ICC: 0,60–0,78; SEM: 9,6–19,4%; CV: 8,0–17,3%; для соотношений: ICC: 0,20–0,55, SEM: 10,6–21,3% и CV: 7,0–19,6%).

Переменные производительности Sprint

Механика спринта была измерена во время спринтов, выполняемых на моторизованной беговой дорожке с инструментарием (ADAL3D-WR, Medical Development - HEF Tecmachine, Andrézieux-Bouthéon, France) (для полной информации см. Morin et al.2010). Субъекты начинали в типичной наклонной стартовой позиции спринта с предпочтительной ногой вперед, прикрепленной к стене сзади с помощью кожаного пояса для тяжелой атлетики и тонкой жесткой веревки. Согласно предыдущим исследованиям (Morin et al., 2010, 2011a, 2012, 2015), кинематика спринта [время контакта ( t c в с), воздушное время ( t 9009 в с), время качания ( т размах в с) и SF (Гц)] и кинетика спринта [усредненная по контактам горизонтальная ( F H , BW) и вертикальная ( F V , BW) силовая составляющая , результирующая (общая) сила ( F Tot , BW), максимальная скорость ( V max , м.s -1 ) и максимальная выходная мощность ( P макс. , Вт. кг -1 ) были рассчитаны с использованием всех шагов от запуска до V макс. ].

Мышечная активность

ЭМГ-активность

правой мышцы vastus lateralis (VL), прямой кишки бедренной кости (RF), BF и gluteus maximus (Glut) регистрировали с использованием биполярных поверхностных электродов из хлорида серебра диаметром 30 мм (Meditrace 100, Tyco Health) , Mansfield, ON, Canada) наносят на кожу в соответствии с рекомендациями SENIAM (Hermens et al., 2000), с низким импедансом (Z <5 кОм) на поверхности скин-электрода и с опорным электродом на надколеннике. Данные EMG были записаны с помощью системы PowerLab (16/30 - ML880 / P, ADInstruments, Bella Vista, NSW, Australia) с частотой дискретизации 2000 Гц. Сигнал EMG усиливался восьмеричным биоусилителем (Octal Bioamp, ML138, ADInstruments) с частотой полосы пропускания от 5 до 1000 Гц (входное сопротивление = 200 МОм, коэффициент подавления синфазного сигнала = 85 дБ), передавался на компьютер и анализировался с LabChart 7.3 софта (ADInstruments). Вертикальные сигналы GRF и EMG для правой ноги были синхронизированы по времени на LabCh

.

Смотрите также

Поиск