Нервная система. 3.1. Механическое движение. Система отсчета. Материальная точка

ПРЕДИСЛОВИЕ.............................................................................................. 3

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................... 6

Глава 1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОМЕХАНИКИ................................. 8

Глава 2 ТОПОГРАФИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА. ОБЩИЕ ДАННЫЕ О ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА..................................................................................................... 14

Глава 3 КИНЕМАТИКА............................................................................. 46

3.1. Механическое движение. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Вестибулярный аппарат как инерциальная система ориентации..................................................................................... 46

3.2. Скорость. Средняя и мгновенная скорость. Временные характеристики движения........................................................................................................ 50

3.3. Равномерное прямолинейное движение и его графическое представление......................................................................................................................... 55

3.4. Ускорение. Равноускоренное прямолинейное движение, графики. 56

3.5. Свободное падение и его ускорение................................................... 59

3.6. Движение по окружности, центростремительное и тангенциальное ускорения. Угловое ускорение................................................................... 62

3.7. Связь вращательного движения с колебательным............................ 64

3.8. Элементы описания движения человека............................................ 67

Глава 4 ДИНАМИКА ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ........ 70

4.1. Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчета................ 70

4.2. Масса. Сила. Второй закон Ньютона. Сложение сил....................... 71

4.3. Третий закон Ньютона.......................................................................... 73

4.4. Кинетическая энергия материальной точки и механическая работа 74

4.5. Динамика движения материальной точки по окружности. Центростремительная и тангенциальная силы. Плечо и момент силы. Момент инерции. Уравнения вращательного движения точки............................. 76

Глава 5 ДИНАМИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА... 79

5.1. Центр масс тела. Масса тела............................................................... 79

5.2. Распределение массы в теле человека................................................ 80

5.3. Законы Ньютона для произвольного тела. Поступательное движение 83

5.4. Принцип относительности Галилея.................................................... 84

5.5. Работа сил, действующих на тело, и его кинетическая энергия..... 85

5.6. Мощность............................................................................................... 86

5.7. Работа и мощность человека. Эргометрия......................................... 87

5.8. Импульс тела. Импульс системы тел.................................................. 91

Глава 6 ВИДЫ СИЛ В ПРИРОДЕ............................................................. 93

6.1. Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения...................... 94

6.2. Силы упругости. Закон Гука................................................................ 94

6.3. Силы трения покоя и скольжения. Коэффициент трения скольжения 96

6.4. Сила трения качения............................................................................. 98

6.5. Сила сопротивления при движении в жидкости или газе................. 99

Глава 7 ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА......................................................................................................................... 102

7.1. Плечо силы. Момент силы. Момент инерции тела. Кинетическая энергия вращающегося тела. Основное уравнение динамики вращательного движения....................................................................................................................... 102

7.2. Момент импульса тела. Изменение момента импульса................ 104

7.3. Моменты инерции некоторых тел...................................................... 104

7.4. Свободные оси..................................................................................... 107

7.5. Статика. Центр тяжести. Рычаги и блоки......................................... 109

Глава 8 НЕИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА...................... 120

8.1. Сила инерции. Принцип Д'Аламбера................................................. 120

8.2.Сила тяжести.Вес тела......................................................................... 121

8.3. Перегрузки и невесомость. Движение в безопорном пространстве. Искусственное тяготение......................................................................... 124

8.4. Медицинские аспекты......................................................................... 129

8.5. Применение законов динамики для анализа движений спортсменов 130

 

Глава 9 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ.......................................................... 134

9.1. Консервативные силы, потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике................................................................................................... 134

9.2. Энергетика прыжков Прыжок в высоту с места............................... 139

9.3. Закон сохранения импульса. Реактивное движение...................... 143

9.4. Применение закона сохранения импульса к ударам...................... 147

9.5. Соударение предмета с движущимся массивным препятствием.. 150

9.6. Закон сохранения момента импульса.............................................. 151

Глава 10 МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ......................................... 153

10.1. Свободные колебания: гармонические и затухающие колебания 153

10.2.Вынужденные колебания. Резонанс................................................. 157

10.3. Сложение гармонических колебаний, направленных по одной прямой 159

10.4. Сложное колебание. Разложение сложного колебания на простые составляющие. Гармонический спектр................................................... 159

Глава 11 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА........................................... 162

11.1. Деформация. Способы деформирования......................................... 162

11.2. Виды деформации.............................................................................. 166

11.3. Прочность........................................................................................... 167

11.4. Твердость............................................................................................ 168

11.5. Разрушение......................................................................................... 169

11.6. Механические свойства биологических тканей........................... 173

Глава 12 ВОЗДЕЙСТВИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЧЕЛОВЕКА 187

12.1. Механические воздействия.............................................................. 187

12.2. Электромагнитное воздействие....................................................... 192

12.3. Тепловые воздействия...................................................................... 199

12.4. Радиационные воздействия............................................................. 209

12.5. Акустические воздействия............................................................... 218

Глава 13 БИОМЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА 227

Глава 14 БИОДИНАМИКА (БИОМЕХАНИКА) ДВИГАТЕЛЬНЫХ КАЧЕСТВ......................................................................................................................... 278

Глава 15 БИОМЕХАНИКА ЛОКОМОЦИЙ (ДВИЖЕНИЙ) ЧЕЛОВЕКА. ВИДЫ ЛОКОМОЦИЙ. ВОЗРАСТНАЯ БИОМЕХАНИКА.................... 299

Глава 16 БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ. КЛИНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЙ. ТЕСТЫ В БИОМЕХАНИКЕ. МЕТОДЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ 365

Глава 17 МЕДИЦИНСКАЯ БИОМЕХАНИКА..................................... 398

17.1. Биомеханика сердца и сосудов. Гемодинамика........................... 398

17.2. Биомеханика дыхания...................................................................... 421

17.3. Биомеханика пищеварительной системы...................................... 447

17.4. Биомеханика опорно-двигательного аппарата (ОДА)................. 450

17.5 Биомеханика глаза............................................................................ 474

17.6. Биомеханика органов слуха и равновесия (преддверно-улитковый орган)....................................................................................................................... 480

Глава 18 ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ БИОМЕХАНИКА.............................. 484

18.1. Биомеханика травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата (ОДА)............................................................................................................ 484

18.2. Биомеханика инвалидов-спортсменов.......................................... 516

Приложение № 1 СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ................................................. 530

Приложение № 2.......................................................................................... 538

Список литературы..................................................................................... 551

 

[1] В поясничной области образует мощный апоневроз, который срастается с собственной фасцией спины.

 

[2] Сухожилие полуперепончатой мышцы у места прикрепления разделяется на три пучка; это расщепление получило название глубокой «гусиной лапки»

 

[3] Сухожилие тонкой мышцы вместе с сухожилиями полусухожильной и портняжной мышц у места своего прикрепления образуют треугольное сухожильное растяжение — поверхностную «гусиную лапку».

 

[4] Предположим, что какой-нибудь мускул имеет поперечник в 5 см². Следовательно, он будет сокращаться с силой, равной 10 • 5 = 50 кг. Если уменьшение его длины, происходящее при сокращении, достигает 5 см (0,05 м), то величина механической работы данного мускула равняется 50 • 0,05 = 2,5 кг/м. Это значит, что мускул в состоянии произвести работу, равную поднятию 2,5 кг на высоту одного метра.

 

[5] За вычетом 100 мл О₂, которые обычно содержатся в альвеолярном воздухе.

 

[6] Каждая палочка может реагировать на один фотон.

 

Нервная система.

В процессе тренировочных занятий и соревнований совершенствуются функциональные возможности ЦНС. Они тем выше, чем лучше тренированность. Для оценки функции ЦНС рекомендуются различные простые пробы.

Рефлексометрия, или реакциометрия, — это метод определения времени двигательной (сенсомоторной) реакции. Оно позволяет судить о функциональном состоянии ЦНС и анализаторов. Простое время сенсомоторной реакции измеряется с момента включения сигнала до момента выполнения заданной ответной реакции. В качестве сигнала чаще всего используют оптический (световой) или акустический (звуковой) раздражитель, который включается одновременно с электросекундомером. После ответной реакции, например нажатия на кнопку, секундомер останавливается. При высокой тренированности время простой двигательной реакции составляет 0,15—0,20 с.

Более полную информацию о функциональном состоянии ЦНС и анализаторов можно получить, определяя время сложной реакции. При этом используется не один, а несколько разных сигналов, каждому из которых соответствует определенная ответная реакция. Например, при загорании зеленой лампы нужно нажать на одну кнопку, а при загорании красной лампы — на другую. В этом случае до ответного движения проходит больше времени, чем при простой реакции, так как обследуемый затрачивает его на принятие решения. При утомлении все показатели ухудшаются.

Координация движений характеризует состояние ряда областей и зон коры большого мозга и дает возможность определить динамические нарушения (неврозы, дискинезии).

При изучении статической координации учитывают степень устойчивости туловища. Исследуя динамическую координацию, отмечают симметричность в точности, завершенности, плавности и соразмерности движений.

Проба на устойчивость в позе Ромберга проводится следующим образом. При простом варианте спортсмен стоит, как в основной стойке, но глаза закрыты, руки вытянуты вперед, пальцы разведены.

При усложненном варианте стопы находятся на одной линии (носок к пятке). Определяют максимальное время устойчивости и наличие тремора. У тренированных спортсменов время устойчивости возрастает по мере улучшения спортивной формы. При утомлении отмечается нарушение устойчивости, появляется тремор пальцев рук.

Треморография — запись тремора с помощью сейсмодатчика на ЭКГ-аппарате. Этот метод позволяет оценить эмоциональное и функциональное состояние, составить суждение о степени утомления. Исследование проводится в положении испытуемого стоя. На указательный палец подвешивается сейсмодатчик, соединенный с ЭКГ-аппаратом. Запись производится в течение 5—10 с. Затем анализируется форма полученной кривой по амплитуде и частоте. При утомлении и возбуждении амплитуда и частота тремора увеличиваются. Улучшение тренированности сопровождается, как правило, снижением величины тремора. Следует заметить, что Треморография имеет выраженный индивидуальный характер. Запись тремора до и после тренировочного занятия в течение микроцикла дает ценную информацию о функциональном состоянии спортсмена и позволяет корректировать тренировочный процесс.

Рис. 2. Актография (запись двигательной активности человека во время сна)

Актография (запись двигательной активности человека во время сна) осуществляется на электрокимографе, чернильными писчиками на бумаге. В качестве воспринимающей части применяется велосипедная камера длинной 1,5 м с давлением в ней 15—20 мм рт. ст., которая размещается под матрацем и соединяется резиновой трубкой с капсулой Марея. При анализе актограмм учитывается продолжительность засыпания, длительность максимальных промежутков полного покоя, общее время сна, показатель покоя. Чем выше показатель покоя, тем лучше сон. При утомлении, перетренированности происходит нарушение сна. Под влиянием восстановительных мероприятий он нормализуется (рис. 2).

Критическая частота слияния световых мельканий (КЧСМ) измеряется следующим образом: исследуемому предъявляют ритмические световые стимулы определенной интенсивности, частота колебаний которых может плавно изменяться; при определенном числе колебаний исследуемый воспринимает стимул без импульсов (произошло их субъективное слияние). У каждого человека своя КЧСМ (число колебаний в секунду — герц).

КЧСМ зависит от лабильности (функциональной подвижности) нервных процессов, которая, в свою очередь, чувствительна к изменению психического состояния человека. Величина КЧСМ повышается по сравнению с фоном, когда человек возбужден, и снижается при значительном утомлении. Размах ее изменений зависит от исходного уровня. Например, \У. Наскег (1961) установил, что чем выше эта величина до начала утомительной работы, тем больше ее снижение после работы. При малых исходных значениях величина КЧСМ может несколько повышаться по завершении деятельности. При диагностике утомления, переутомления исходный уровень величины КЧСМ имеет существенное значение.