7._Vjezba-Sile Reakcije Podloge

20.12.2008

1

Sile reakcije podloge

Mr. Sc. Mario Kasović

Kineziološki fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Vježba Vježba 77. . GRFGRF

Pregled

Uvod

Sila reakcije podloge

Centar pritiska

A/D pretvorba

Mjerni pretvornici sile

Rastezne mjerne trake

Piezoelektrični pretvornici

Primjena GRF

Pregled istraživanja

Sile reakcije podloge / 2008.

Mjerenje kinetičkih veličina

Mjerenje reakcijske sile podloge

Mjerenje raspodjele tlaka između tijela i podloge


20.12.2008

2

Uvod

Za svaku akciju, prema 3. Newtonovom zakonu ili Zakonu akcije i reakcije, postoji jednaka akcija suprotnog smjera.

Zahvaljujući gravitacijskoj sili, kontinuirano održavamo kontakt sa podlogom.

U tom procesu pojavljuje se određena interakcija između tijela i podloge.


Uvod

Ta sila reakcije nastala interakcijom tijela sa podlogom zove se sila reakcije podloge (ground reaction

force GRF).

GRF zajedno sa masom predstavlja važnu silu koja izvana djeluje na tijelo.

Instrument za detekciju i registraciju GRF naziva se ploča za mjerenje sila (force-plate).


Uvod

Slika 1a prikazuje oblik platforme gdje Z os predstavlja vertikalnu smjer.

Na slici 1b prikazana je interakcija tijela preko stopala sa podlogom te djelovanje vektora sile reakcije manjoj površini.


Slika 1a i 1b.

20.12.2008

3

Uvod

Obično platforme imaju ugrađena 4 tri-axialna senzora za mjerenje sile (slika 1c). Senzori takvog tipa mjere djelovanje sile između stopala i podloge u 3 smjera ili osi: transverzalna (x), anteroposteriorna (y) i vertikalna (z) os.

Na slici 1c prikazana su 4 vektora reakcije sile mjerena ugrađenim senzorima.


Slika 1c.

Uvod

Ukupan zbroj svih akcija podloge jednak je sumi svih 4 sila (F1,F2, F3 i F4) mjerenih senzorima.


Slika 1b i 1c.

=

Uvod

Slika 1d prikazuje jednu silu F koja predstavlja sumu svih sila (F1+F2+F3+F4) i točku centar pritiska Tz. F predstavlja silu reakcije podloge koja ima tri komponente: Fx, Fy i Fz. Fy pripada smjeru u kojem se tijelo kreće. Fz uvijek potiskuje tijelo prema gore.

To znači da se sve sile akcije između stopala i podloge mogu sažeti u jedan jedini vektor sila reakcije (F) i slobodni centar pritiska (Tz). Točka aplikacije sile reakcije podloge na platformi zove se centar pritiska (CP). Tz ima samo vertikalnu (Z) komponentu.


Slika 1d.

20.12.2008

4

Mjerni pretvornici sile

Najčešća tehnička rješenja mjernih pretvornika sile i momenta sile:

piezoelektrični pretvornicirastezne mjerne trake


Različite izvedbe piezoelektričnih pretvornika

Jednokomponentni mjerni pretvornik.

Ima mogućnost mjerenja samo Fz komponente sile reakcije podloge.


Različite izvedbe piezoelektričnih pretvornika

Trokomponentni mjerni pretvornik.

Ima mogućnost mjerenja tri komponente sile reakcije podloge Fx, Fy i Fz, .


20.12.2008

5

Specifications Type 9281C

Model lightweight construction

Calibration calibrated

Measuring Range

Fx, Fy

kN ±10

Fz kN -10...20

Sensitivity Fx, Fy

pC/N -7.5

Fz pC/N -3.8

Natural Frequency

fnx, fny, fnz

kHz ≈1

Operating temperature range

°C 0...60

Length mm 600

Width mm 400

Height mm 100

Connection Fischer 9 pol. neg.

Sealing IP65

Mass kg 16


Specifications Type 9287B

Model large


Measuring Range

Fx, Fy kN ±10

Fz kN -10...20

Sensitivity Fx, Fy pC/N -7.5

Fz pC/N -3.8

Natural Frequency

fnx, fny kHz ≈0.75

fnz kHz ≈0.52


°C 0...60

Length mm 900

Width mm 600

Height mm 100


Sealing IP65

Mass kg 25


Specifications Type 9285

Model Glass plate


Measuring Range

Fx, Fy kN ±2.5

Fz kN 0...5


Fz pC/N -3.8

Natural Frequency

fnx, fny kHz ≈0.3

fnz kHz ≈0.5


°C -20...50

Length mm 600

Width mm 400

Height mm 150


Sealing IP65

Mass kg 45


20.12.2008

6

Specifications Type 9286A

Model mobile


Measuring Range

Fx, Fy kN ±2.5

Fz kN 0...10


Fz pC/N -3.5

Natural Frequency

fnx, fny kHz ≈0.35

fnz kHz ≈0.2


°C 0...60

Length mm 600

Width mm 400

Height mm 35


Sealing IP63

Mass kg 17.5


Uvod

Slika 2 prikazuje tipičan mjerni sustav za mjerenje sila reakcije podloge povezan sa kinematičkim sustavom. Platforma je smještena u razini podloge.

Na slici 3 prikazan je shematski prikaz sustava. Signali registrirani na platformi prvo se pojačavaju u pojačalu (AMP). Slijedeća faza je pretvorba iz analognog oblika u digitalni oblik u A/D pretvorniku.


Slika 2.

Slika 3.

Drugi oblici izvedbe platforme

GRF platforma "Emed" proizvođača Novel. Na slici je prikazana ugrađena u razinu podloge. Sadrži 6,080 mjernih pretvornika sila. Svaki pojedini senzor pokriva površinu 0,25 cm2 i ima mogućnost registriranja pritiska od 0 do 127 N/cm2.

Frekvencija uzorkovanja iznosi 50 uzoraka u sekundi..


www.novel.de

20.12.2008

7

Uvod

Upotrebom softwarea moguće je studirati vrh pritiska, integral pritiska, maksimalnu silu pritiska različitih dijelova stopala.



Matrični senzorski uložak za obuću za mjerenje raspodjele tlaka – otpornički princip rada

Uvod

Raspodjela tlaka na podlogu pri zdravom hodu u obući


20.12.2008

8



GripTM sustav

GripTM SytemTactile Grip Force and Pressure Measurement

Primjenjivost ovog sustava je u ergonomiji i designu.

Ergonomija: studije vibracije, sindrom carpalnog tunela, otežano dizanje

Design: sportska primjena, baseball (bacanje), golf (držanje palice), tenis (držanje reketa), robotika


20.12.2008

9

Platforma za mjerenje sila kao trenažni sustav

Golf Instruction using the Force Plate

Creates a slight draw. Good swing path, inside out. This is the form you want a student to

achieve.

Explodes hips toward ball trapping club back. Pushes ball to the right.

Swing plane outside in. Weight from Right toe to Left heel.

Weight transfer in line with ball flight. Some times a good hit, some times a push. Compensating move creates a duck hook.

Hits the ball well, but loses some to right. Loses power because head is down. Has to make a compensating move to stay in balance.

All weight on left foot then reverses back to right. Result is very poor swing.

All weight on Right foot, NO transfer.

Weight on Right Heel then quickly to Left heel. Lack of balance causes left heel to “Spin”.


Primjena


Primjena:

• Motori

• Vehicles

• Manufacturing

• Plastics Processing

• Biomechanics


20.12.2008

10

Primjena mjernih pretvornika sile

Industrial measuring systems increase efficiency and safety.

Increase in productivity with existing resources.

Product testing – an indispensable part of quality assurance.

Measurement of wheel forces shortens development times.

Passive vehicle safety can be measured.

Gait analysis for optimizing rehabilitation.

Road damage can be reduced.

Simulations prevent the destruction of expensivecomponents.


Sportska i klinička primjena biomehaničkih istraživanja

Područje interesa:

Sportski trening - mogućnost objektivizacije praćenja uspješnosti trenažnog procesa te optimizacija treninga,

Klinička primjena - objektivizacija stanja pacijenta i mogućnost objektivizacije pračenja uspješnosti rehabilitacijskih procesa.

Suradnja sa: Medicinskim fakultetom, Fakultetom

elektrotehnike i računarstva, Strojarskim fakultetom...


Pregled istraživanja

Nogomet

Proučava se:

eksplozivna snage donjih ekstremiteta

propriocepcija - Kinematika

umor muskulature

Testovi skočnosti - vertikalni skok

Counter Movement test

Sargentov test


20.12.2008

11

Najčešće proučavani motorički zadaci

Hod

Stoj na jednoj nozi

Vertikalni skok na jednoj nozi

Doskok sa 20 cm na jednu nogu

Doskok sa 40 cm na jednu nogu

1.

2.

3.

4.

5.


Istraživanja

Kinetički (GRF) signali koljenog zgloba prije i nakon umaranja.

Sila reakcije podloge [1055]

vertikalne sile pri doskoku desnom nogom

vrijeme

sila

[N]

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Sile reakcije podloge [1055]

vertikalne sile pri doskoku desnom nogom

vrijeme

sila

[N]

-200

200

600

1000

1400

1800

2200

2600

3000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100


Biomehanika u sportskom treningu


20.12.2008

12






OMJER MAKSIMAL�E SILE (VERIKAL�I SKOK LIJEVOM �OGOM)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

DRD

I

TOAN

BAIG

KO

IG

CO

IV

LEJE

JUM

A

MA

MA

AG

JA

BU

TO

CE

BO

SM

DA

KW

PA

BO

SP

PO

KR

SE

GO

LAIV

ZADA

KRN

I

PE

VL

ME

EN

OMJER MAKSIMALNE SILE (VERIKALNI SKOK DESNOM NOGOM) I TEŽINE

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

DR

DI

TOA

N

BA

IG

KO

IG

CO

IV

LEJE

JUM

A

MAM

A

AG

JA

BUTO

CEB

O

SM

DA

KW

PA

BO

SP

PO

KR

SEG

O

LAIV

ZAD

A

KR

NI

PEV

L

MEE

N

OMJER MAKSIMALNE SILE (SUNOŽNI SKOK) I TEŽINE

0,000,501,001,502,002,503,003,504,004,50

DR

DI

TOA

N

BA

IG

KO

IG

CO

IV

LEJE

JUM

A

MA

MA

AG

JA

BU

TO

CE

BO

SM

DA

KW

PA

BO

SP

PO

KR

SE

GO

LAIV

ZAD

A

KR

NI

PE

VL

ME

EN

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

FMAXSUNO/ATT_FW FMAXDESN/ATT_FW FMAXLIJE/ATT_FW

Omjer maksimalne sile i težine(srednje vrijednosti)

OBRANA VEZNI RED NAPAD

Nogomet


20.12.2008

13


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1

51

101

151

201

251

301

351

401

451

501

551

601

651

Series1 Series2 Series3 Series4

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1 42 83 124

165

206

247

288

329

370

411

452

493

534

575

Series1 Series2 Series3 Series4

Nogomet Nogomet -- vertikalni skokvertikalni skok

napad vezni redSile reakcije podloge / 2008.





20.12.2008

14

Analiza hoda


Čovječji hod je proces kretanja kod kojeg se uspravno tijelo giba prema naprijed tako da se prvo oslanja na jednu nogu, a zatim na drugu.

Hod je visoko individualiziran i različit u svakog pojedinca, što se zorno pokazuje već time da smo sposobni prepoznati neku osobu po hodu već iz daleka.

Varijacije ne ovise samo o tjelesnim razlikama između pojedinih ljudi, nego se očituju i za jednu te istu osobu, ovisno o vrsti obuće, o umoru, o trenutačnom raspoloženju i drugim parametrima.

Analiza hoda


Analiza hoda

Okomita sila

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90% ciklusa

% te

žine

Medio-lateralna sila

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90% ciklusa

% te

žine

Medijalno

Lateralno

Antero-posteriorna sila

-25

-20

-15-10

-50

510

1520

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90% ciklusa

% te

žin

e

Naprijed

Nazad


Kinetičke krivulje sile reakcije podloge.

Nakon udarca petom okomita sila naglo raste preuzimajući težinu tijela, a zbog siline udarca i prelazi ukupnu težinu tijela i do 20%.

Maksimalni iznos vertikalne sile prilično ovisi o mnogim faktorima hoda, pa je tako zabilježeno da se mijenja ovisno o brzini i načinu hoda, obući, kompenzacijskim mehanizmima pri hodu kao što su izbjegavanje opterećenja bolne noge.

Okomita sila i njezin gradijent u pravilu se povećavaju s brzinom hoda, a trajanje se smanjuje.

20.12.2008

15

Reakcijska sila podloge pri hodu (gore) i trčanju različitim tehnikama (sredina i dolje), pri različitim brzinama

Fx – vodoravno lijevo-desnoFy – vodoravno naprijed-natragFz - okomito

Primjeri


ukočeni kuk zdravi kuk

zdravi hod

cerebelarna ataksija

Primjeri


Vektorski dijagram zdravog hodapri 48 koraka u minuti (gore) i pri

56 koraka u minuti (dolje)

Vektorski dijagrami bolesnikas obiteljskom spastičnom paraparezom

Primjeri


20.12.2008

16

Biomehanika u kliničkoj primjeni

ProblemProblemii

Cerebralna paraliza Cerebralna paraliza -- djecadjeca

Amputacije donjih ekstremitetaAmputacije donjih ekstremiteta

Sportske povredeSportske povrede

PropriocepcijaPropriocepcija

PPomoomoćć pri odreñivanju pri odreñivanju i izborui izboru

metode sanacije povredemetode sanacije povrede


Biomehanika u kliničkoj primjeni

Cerebralna paraliza - djeca

Istraživanje patološkog hoda

Istraživanje ravnoteže

Pomoć pri odreñivanju

i izboru fizikalne terapije

Objektivni pokazatelj stanja

pacijenta


Hvala na pažnji !!!

Pauza?

7._Vjezba-Sile Reakcije Podloge

Documents

Transcript of 7._Vjezba-Sile Reakcije Podloge