Центры тяжести звеньев тела
Определение о.ц.т. тела очень сложно. Впервые его определил Борелли в 1679г. Он использовал принцип рычага 1-го рода, положив человека на доску и уравновесив ее на остром клине. Борелли указал, что о.ц.т. тела человека, находящегося в горизонтальном положении, расположен между ягодицами и лобком. В последующем Гарлес с помощью метода Борелли определил центры тяжести отдельных частей тела на замороженных трупах.
Наиболее точным методом определения о.ц.т. тела является метод, основанный на использовании рычага 2-го рода (Шейдт), позволяющий установить расположение о.ц.т. тела от подошвенной поверхности стоп. При этом испытуемого кладут на доску, один конец которой закреплен, а второй опирается на десятичные весы. Рычаг находится в равновесии, когда произведение длины тела (плечо-рычага) на показатель десятичных весов равно произведению отстояния о.ц.т. тела от стоп на вес тела.
Рекомендуется определять проекцию о.ц.т. тела в трех плоскостях: фронтальной, вертикальной и передне-задней. Не следует пренебрегать этим, считая, что в сагиттальной плоскости о.ц.т. тела занимает срединное положение, так как правая и левая половины тела почти одинаковы. Известно, что вес правой половины тела на 500 г больше веса левой половины (справа массивная печень и лучше развита мускулатура).
Определение ОЦТ играет важную роль при решении различных задач механики движений. Например, равновесие тела и степень устойчивости тела определяются положением ОЦТ. Положение ОЦТ является также одним из показателей телосложения человека.
Когда речь идет о живом человеке, то подразумевается не геометрическая точка, а сфера величиной 5-10 мм, расположенная в положении стойки в области малого таза на уровне 5-го поясничного и 1-го крестцового позвонка. Индивидуальные колебания высоты ОЦТ очень заметные и зависят от пола, возраста, телосложения человека, времени суток и др. У женщин в положении стоя ОЦТ находится ниже, чем у мужчин. У детей ОЦТ расположен выше, чем у взрослых.
Звенья человеческого тела даже при обычном его положении (а особенно при движениях) не располагаются вертикально друг над другом, между ними в области соединений (суставов) образуются углы. В связи с этим вертикаль их центра тяжести, а также вертикаль о.ц.т. тела проходят на некотором расстоянии от центра сустава, поэтому возникает момент вращения силы тяжести.
Моментом вращения силы тяжести называется произведение величины силы тяжести на длину плеча ее действия. Чем больше момент силы тяжести, тем большее напряжение испытывает противоположная действию этой силы группа мышц. Таким образом, о.ц.т. тела является показателем распределения массы тела, определяющим в определенной мере телосложение человека. Он позволяет установить вид равновесия и получить представление о степени устойчивости тела в том или ином положении. Траектория о.ц.т. тела при движениях позволяет изучить скорости, ускорения, усилия, испытываемые телом и составляющими его звеньями. И, наконец, по расположению вертикали, опущенной из о.ц.т. тела или центра тяжести отдельного звена, можно получить представление о степени напряжения мышц, противодействующих силе тяжести.
Рис. Метод определения горизонтальной плоскости общего центра тяжести тела путем использования уравновешенной доски в качестве рычага первого рода
На рисунке показана уравновешенная на остром клине доска с уравновешенным на ней испытуемым. Прерывистая линия показывает плоскость общего центра тяжести тела (¤). Нижняя горизонтальная прямая обозначает высоту роста тела в положении лежа, а две выше расположенные горизонтальные линии – расстояния от подошвенной поверхности стопы и от верхушки тела до его общего центра тяжести.
Рис. Метод определения горизонтальной плоскости общего центра тяжести тела путем использования уравновешенной доски в качестве рычага второго
Точка в центре кружка с проходящей через нее вниз прерывистой линией показывает искомое положение плоскости общего центра тяжести. Величина отстояния этой точки от подошвенной поверхности стопы определяется из уравнения, по которому произведение этой величины на общую величину тела равняется произведению общей высоты тела на вес горизонтально расположенного тела, определяемый при взвешивании на приборе, как это указано на рисунке.
| |
Рис. Положение общего центра тяжести у двух мужчин,
имеющих разное телосложение, но одинаковый рост.
Левая фигура по сравнению с правой отличается более развитыми
поясом верхней конечности и всей верхней половины тела.
Вместе с тем у левой фигуры общий центртяжести тела располагается
выше, чем у правой фигуры (наблюдение автора)
Площадь опоры. При установлении степени устойчивости тела важное значение имеет площадь опоры. Площадью опоры тела называется площадь опорных поверхностей тела и площадь пространства, заключенного между ними. Чем больше площадь опоры тела, тем больше его устойчивость. Так, устойчивость в положении стоя больше, если ноги находятся на ширине плеч, чем, если они сомкнуты; в положении стоя на одной ноге площадь опоры меньше, чем в положении стоя на двух ногах; на лыже – больше, чем на коньке. В стойке фехтовальщика, боксера площадь опоры больше, чем в обычном положении стоя, отсюда и маневренность без потери равновесия также больше.
Вид равновесия тела – зависит от ОЦТ и площади опоры. Различают три вида равновесия:
· устойчивое состояние (ОЦТ располагается ниже площади опоры) – висы;
· неустойчивое (ОЦТ располагается выше площади опоры) – стойки;
· безразличное (ОЦТ перемещается и находится вне тела) – колесо.
Рис. Схема устойчивого (слева), неустойчивого (посредине) и безразличного (справа) равновесия тела
Степень устойчивоститела зависит от высоты ОЦТ и величины площади опоры. Чем больше площадь опоры и чем ниже ОЦТ, тем выше степень устойчивости тела. Количественным выражением степени устойчивости является угол устойчивости. Угол устойчивости – это угол, образованный вертикалью силы тяжести и касательной, проведенной к краю опоры. Чем больше угол устойчивости, тем выше степень устойчивости. При симметричном положении тела вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит через центр площади опоры. Углы устойчивости будут одинаковыми. Примером такого положения является упражнение «шпагат».
Вертикаль, опущенная из о.ц.т., проходит на некотором расстоянии от осей вращения в суставах. При асимметричном положении тела вертикаль, опущенная из о.ц.т. тела, перемещается к одному из краев площади опоры. Углы устойчивости при таком положении будут разными. При выведении тела из равновесия движение произойдет в сторону наименьшего угла.
Центр объема и удельного веса тела человека – это точка приложения всех сил, давление внешней среды (воды, воздуха) на тело человека
Для анализа движений при плавании, для определения гидродинамических качеств пловца надо иметь понятие о центре объема. Центром объема называется точка приложения всех сил давления воды на тело человека. Естественно, если вертикаль общего центра объема совпадает с вертикалью о.ц.т. тела, то легко сохранять в воде горизонтальное положение. Общий центр объема у человека находится несколько выше (на 2-6 см) о.ц.т. тела. Чем ближе о.ц.т. тела расположен к центру объема, тем легче сохранять горизонтальное положение. Для приближения о.ц.т. тела к центру объема вытягивают руки вверх, закладывают их под голову и т.п.
Зная объем и вес человека, можно определить его удельный вес, который является более точной количественной характеристикой физического развития человека и показателем крепости организма
У мужчин удельный вес в среднем равен 1,0413±0,0011. У спортсменов он больше, чем у не занимающихся спортом. Так, у лыжников удельный вес равен 1,0844±0,0005, у футболистов – 1,0791±0,0005, у пловцов – 1,0775±0,0005. По динамике удельного веса можно судить о степени тренированности спортсмена.
Повышение удельного веса указывает на усиление пластических процессов, происходящих в организме, в частности на увеличение мышечной массы, а понижение удельного веса свидетельствует об усиленном жироотложении. С удельным весом связаны не только структурно-механические свойства организма, но и ряд физиологических показателей: окислительные процессы, количество крови и т.п.