Mechanikai alapfogalmak

Biomechanika Biológiai rendszerek leírása a mechanika eszközeivel Mechanika (fizika ága, mechanikai rendszerek és elemekre ható erők hatását elemzi) Statika (szilárdságtan) (rendszerek vizsgálata állandó sebesség vagy nyugalom eseté: a=0) Dinamika (rendszerek vizsgálata mozgás közben a gyorsulás figyelembevételével: a≠0)

Dinamika Kinematika: A mozgások leírásával foglalkozik: a távolság és idő jellemzőivel. A mozgások okával (erők) nem foglalkozik Kinetika: A mozgások okaival foglalkozó tudomány: az erők hatásának tanulmányozása

Humán biomechanika Milyen izomerő szükséges az mozgás optimális kivitelezéséhez? Az izomerő hatására létrejövő mozgás leírása Befolyásolja: Antropometria: testszegmentumok mérete, alakja, tömege Különböző elváltozások, betegségek

Humán biomechanika Kineziológia: emberi mozgások leírása (kinematika és kinetika) Belső áramlások (vér) tanulmányozása Emberi szövetek anyagtulajdonságainak meghatározása

Mozgások jellemzése Minőségi (qualitatív) leírás (a minőség nem paraméteres – nem numerikus – leírása): jó rossz hosszú nehéz csavart hajlított Mennyiségi (quantitatív) leírás (minőség numerikus leírása): 6 méter 3 perc 54 kg 51° elfordulás

Mozgások kinematikai leírása

Referencia Az anyagi testek mozgásait a valamely viszonyítási rendszerben idő-függvényében írja le: Tömegpont (nincs alak és méret) Emberi mozgások, csak komplexen írhatók le tömegponttal, mert fontos a szegmentumok egymáshoz viszonyított helyzete Helyvektor (origóból a kijelölt pontra mutató vektor) Helyvektor koordinátai ???Tömegközéppont meghatározása???

Anatómiai referencia 1. 5. Sagittalis 2. Median sagittalis 3. Frontalis 4. 6. Transversalis

Mozgás típusai Állandó sebességű (a=0) – gyorsuló (lassuló) (a≠0) Általános (komplex mozgás) Haladó (transzverzális) mozgás a test minden pontja ugyanúgy (párhuzamos eltolással) mozog (repülőgépen alvó ember) Egyenes vonalú (felugrás) Görbevonalú (távolugrás) Forgó mozgás a test egy adott (a vonatkoztatási rendszerhez képest nyugalomban lévő) tengely körül forog Lineáris, síkbeli, térbeli mozgás

Anatómiai mozgások Mozgások a szagittalis síkban Hajlítás (flexió), nyújtás (extenzió), túlnyújtás (hiperextenzió)

Anatómiai mozgások Mozgások a szagittalis síkban Lábemelés (dorsalflexio), Spicc (Plantarflexio)

Anatómiai mozgások Mozgások frontális síkban

Anatómiai mozgások Mozgások a transzverzális síkban

Anatómiai mozgások Egyéb mozgások

Mechanikai fogalmak Pálya: amelyen a test mozog, befutott szakasza az út Elmozdulás: végpont és a kiinduló pont között, vektormennyiség (nagyság és irány) Idő Sebesség Gyorsulás ábra

Paraméterek Távolság - idő paraméterek: Egyes pontok jellemzői (mi a pont???) Adott időpontok között megtett távolságok Időjellegű paraméterek

Paraméterek Szögjellegű paraméterek: Relatív szög: testszegmentumok egymáshoz viszonyított helyzete Abszolút szög: testszegmentumoknak a koordináta tengelyhez viszonyított helyzete ábra Ángyán: Az emberi test mozgástana Mi jellemzi a testszegmentumot??

Testszegmentum modellezése Anatómiai tengely: a testszegmentumnak az rtg képen meghatározható tengelye Biomechanikai tengely: a testszegmentum két, általában lateralisan egymástól távol elhelyezkedő pontját összekötő egyenes 4 1 2 3 5 7 6 14 8 9

Mozgások kinetikai leírása

Definíció Tömeg (m - kg): a testben lévő anyag mennyisége Erő (F - N): a testet mozgásállapotának megváltoztatására kényszeríti vagy alakváltozást okoz. (nagyság, irány, támadáspont) Inercia: sebességgel, mozgás megváltozásával szembeni ellenállás - tehetetlenség ábra

Tömeg Teljes testtömeg Zsírtömeg (vízbemerülés, bőrredő mérés, bioelektromos impedencia mérés) Zsírmentes testtömeg (teljes testtömeg-zsrtömeg) Teljes izomtömeg (képletek) Testtömeg-index (BMI kg/m2) (életkor, sportolás befolyásoló hatása)

Tömegközéppont Az a pont, melyet alátámasztva nyugalomban marad a homogén gravitációs térben (Borelli) ábra Miért is? Általában a test tömegközéppontjának vagy a testszegmentum tömegközéppontjának mozgását adjuk meg a koordináta-rendszerben

Test Tömegközéppontjának meghatározása

Történeti áttekintés Borelli (mérleg) Weber testvérek (pont alátámasztás) Tetem (testszegmentum) tanulmányok: Harless: 18 szegmentum súlypontja kiegyensúlyozással, térfogat vízbemerítéssel Braune, Fisher (Meeh): ízületi forgáspontokon szétszedett tetemeken meghatározta a súlypontot, tömeget, térfogatot Fisher: tehetetlenségi nyomatékok meghatározása Dempster: űrkutatás, sportolók In-vivo vizsgálatok: Steinhaus: Borelli elve, de szegmentumokra Bernstein: reakcióerő méréssel

Reakcióerő mérés (súlypont) meghatározás egy dimenzióban I. Ángyán: Az emberi test mozgástana Sy1 meghatározása Deszka súlypontjának helye = mérlegen mért súly (Sy1) x hossz / deszka súlyával

Reakcióerő mérés (súlypont) meghatározás egy dimenzióban II. Ángyán: Az emberi test mozgástana Sy2 meghatározása Ember súlypontjának helye = [(mérlegen mért súly (Sy2) x hossz)-(Sy1 x l)]/ deszka súlyával

Reakcióerő mérés (súlypont) meghatározás két dimenzióban Ángyán: Az emberi test mozgástana

Történeti áttekintés Borelli (mérleg) Weber testvérek (pont alátámasztás) Tetem (testszegmentum) tanulmányok: Harless: 18 szegmentum súlypontja kiegyensúlyozással, térfogat vízbemerítéssel Braune, Fisher (Meeh): ízületi forgáspontokon szétszedett tetemeken meghatározta a súlypontot, tömeget, térfogatot Fisher: tehetetlenségi nyomatékok meghatározása Dempster: űrkutatás, sportolók In-vivo vizsgálatok: Steinhaus: Borelli elve, de szegmentumokra Bernstein: reakcióerő méréssel

Analitikus, szegmentációs módszer Legjobban elterjedt, mozgáselemzésekből számolt Elvi alapja: súlypontban a testre ható erők forgatónyomatéka zérus Lépések: Kimerevítés Szegmentumokra való osztás (merev testek) Szegmentumok modellezése, rész-szegmentumok súlypontjának helye (modellek)

Módszerek I. Hanavan: Mértani testekkel közelíti Egy dimenziós méréssel egyes szegmentumok meghatározása (végtagokat tudja pontosan meghatározni) Ángyán: Az emberi test mozgástana

Módszerek II. Dempster: Hasonlító szegmentumok Ángyán: Az emberi test mozgástana

Meghatározás Ángyán: Az emberi test mozgástana

Egyéb definíciók Térfogat ( V – m3): a test által elfoglalt tér Sűrűség (r – g/ m3): egységnyi térfogat tömege 𝜌= 𝑚 𝑉

Definíció Tömeg (m - kg): a testben lévő anyag mennyisége Erő (F - N): a testet mozgásállapotának megváltoztatására kényszeríti vagy alakváltozást okoz. (nagyság, irány, támadáspont) Inercia: sebességgel, mozgás megváltozásával szembeni ellenállás - tehetetlenség ábra

Erő Erő (testet mozgásállapotának megváltoztatására kényszeríti, vektor): Belső erő: Külső erő: Erők összegzése (síkban paralelogramma módszer) Nehézségi erő ábra

Nehézségi erő „következménye” Súly (mg – N) 𝑚 𝑔 =𝑚∙𝑔 Térfogatsúly (g – N/mm3) 𝛾=𝜌∙𝑔= 𝑚 𝑔 𝑉 Más mint a tömeg!!

Külső erők Nehézségi erő (súlypontban hat) Súrlódási erő (tudjunk járni kell) Közegellenállás (kölcsönhatás a test és a közeg között, ellentétes irányú) Alak Terület Közegsűrűség Sebesség (négyzetes) ábra

Definíció Tömeg (m - kg): a testben lévő anyag mennyisége Erő (F - N): a testet mozgásállapotának megváltoztatására kényszeríti vagy alakváltozást okoz. (nagyság, irány, támadáspont) Inercia: sebességgel, mozgás megváltozásával szembeni ellenállás - tehetetlenség ábra

Erő Erő (testet mozgásállapotának megváltoztatására kényszeríti, vektor): Belső erő: Külső erő: Erők összegzése (síkban paralelogramma módszer) Nehézségi erő ábra

Erő Erő (testet mozgásállapotának megváltoztatására kényszeríti, vektor): Belső erő: Csillószőrös, ostoros mozgás Almeoboid mozgás (kémiai ingerek) Izommozgás (forgatónyomaték) ábra

Izomerő Maximális izomerő (legnagyobb erő) Életkor Nem Oldalkülönbség Ízülethelyzete Motiváció Edzettség

Newton törvényei I. Minden test megtartja nyugalmi állapotát vagy egyenes vonalú egyenletes mozgását mindaddig, amíg a külső erő nem kényszeríti mozgási állapotának megváltoztatására. Tehetelenségi törvény II. (dinamika alaptörvénye). A testre ható erő (F) egyenes arányos a általa létrehozott gyorsulással (a), az arányossági tényező a test tömege (m) F=m a III. (hatás – ellenhatás). Ha egy testre egy másik test erőhatást fejt ki, akkor ezzel egyidejűleg mindig fellép egy vele egyenlő nagyságú, de ellentétes irányú erő lép fel. IV. (erőhatások függetlensége) ha egy testre egyidejűleg több erő hat, akkor együttes hatásuk egyetlen erővel az eredő erővel is helyettesíthető. Az eredő erő az egyes erők vektori összege

Erő egyensúly Erővektor ábrája

Nyomaték Erő szorozva erőkarral 𝑀 𝑜 =𝑘∙ 𝐹 𝑀 𝑜 =𝑟∙𝐹∙𝑠𝑖𝑛𝜑=𝑘∙𝐹

Összetett hatás

Igénybevétel vektor A rúd tetszőleges keresztmetszetében a rúd igénybevétel vektorán az itt keletkezett belső erőrendszernek a keresztmetszet súlypontjába redukált vektorkettősét (erő és nyomaték) értjük.

Igénybevétel Igénybevétel vektor skaláris koordinátája N – normálerő (rúderő) T - nyíróerő Mh – hajlítónyomaték (tengely meghajlik – húzás és nyomás) Mc – csavarónyomaték (rúd tengelye körül elfordul)

Feszültség Egységnyi felületre jutó erő 𝜎= 𝐹 𝐴

Impulzus Erő szorozva az idővel 𝐼=𝐹∙𝑡 Nagy impulzus: kis erő hosszú ideig,nagy erő rövid ideig

Összefoglalás Dinamika (kinematika, kinetika) Mozgások (mechanika, anatómia) Referencia (mechanika, anatómia) Kinematika paraméterei (mechanikai, anatómia) Kinetika paraméterei (tömeg, erő….)

Irodalom Susan J. Hall: Basic Biomechanics McGrawHill Kocsis-Illyés-Kiss: Mozgásszervek biomechanikája. Terc Kiadó,2007