BIOMECHANIKA BIOMECHANIKA TANSZK Kiszolgl plet III em Tanszkvezet
BIOMECHANIKA
BIOMECHANIKA TANSZÉK Kiszolgáló épület III. em. Tanszékvezető: Dr. Tihanyi József, egyetemi tanár, MTA doktor Oktatók: Dr. Bretz Károly nyugalmazott tudományos tanácsadó, MTA doktor Dr. Barabás Anikó egyetemi docens, Ph. D (biológia) Tudományos assziszens: Gréger Zsolt Előadó: Berki Bernadett Dr. Laczkó József egyetemi docens, Ph. D (matematika) Dr. Csende Zsolt, egyetemi adjunktus, Ph. D (biológia) Szilágyi Tibor tudományos munkatárs Dr. Rácz Levente tudományos munkatárs
www. hupe. hu
KÖVETELMÉNYEK 1. Jelenlét az előadásokon 2. Jelenlét a laboratóriumi foglalkozásokon (a hiányzást pótolni kell) 3. Sikeres zárthelyi 4. Sikeres házi feladat megoldás Zárthelyi dolgozat: 1. nyolcadik hét Vizsga: írásbeli teszt és számítás 2. tízen harmadik hét Házi feladat: 1. tömegközéppont meghatározás
FELKÉSZÜLÉS A VIZSGÁRA Tankönyv: Barton J. : Biomechanikai alapismeretek. Tankönyviadó Előadások anyaga Laboratóriumi foglalkozásokon tanultak
BIOMECHANIKA ? A kineziológia egyik tudományága, amely az elő (bio) rendszerek mechanikai viselkedését vizsgálja, illetve a mechanikai törvényszerűségek érvényesülését vizsgálja az élő szervezeteken azok tér és időbeli mozgásai során.
KINEZIOLÓGIA ? Az emberi mozgások során érvényesülő anatómiai, élettani, biomechanikai, neurofiziológiai, mozgásszabályozási és Mozgástan, vagy mozgástudomány pszichofiziológiai törvényszerűségek Az elő (bio) rendszerek mozgását vizsgáló tudomány érvényesülésének vizsgálata
Mechanika Biológiai anyag Emberi test BIOMECHANIKA Alap, normál mozgások Normáltól eltérő mozgások Célorientált mozgások Sport Foglalkozás Minden napos tevékenység Talajon Vízben Levegőben
Emberi test Aktív és passzív mozgatórendszer A szövetek biomechanikája Izom, ideg, ín, szalag, porc, csont Az izületek biomechanikája Láb, boka, térd, csípő, stb. Keringési és légzőrendszer Szív Tüdő, Ér, Levegő, Folyadék
MECHANIKA S(Z)TATIKA Kinetika Erő DINAMIKA Kinetika Erő Kinematika Tér, idő, sebesség, gyorsulás Munka, energia, teljesítmény
MECHANIKAI MOZGÁSOK PONT KITEJEDT TEST HALADÓ Pálya szerint Egyenes vonalú Görbe vonalú FORGÓ Időbeli lefolyás szerint Egyenletes Változó Nem változó Nem egyenletes Egyenletesen Nem változó egyenletesen változó
BIOMECHANIKA Mérések, számítások Matematikai modellezés, szimuláció Mozgásszabályozás Optimalizáció
A biomechanika, mint tudományág kialakulása és előzményei
Arisztotelész (i. e. 384 -322) Az állatok úgy tudnak mozogni, hogy nyomást gyakorolnak arra, ami alattuk van (vagyis a talajra). Az atléták távolabbra tudnak ugrani, ha súlyt tartanak a kezükben, és gyorsabban tudnak futni, ha karjaikat erőteljesen lendítik. Az állatok részei Az állatok mozgása Az állatok fejlődése
Az izmok szerepe a járás és más mozgások során. Pontos leírása annak, hogyan történik az izületekben létrejövő forgómozgások átalakítása transzlációs mozgássá. Az emelőrendszerekről, a gravitációról, a mozgás törvényszerűségeiről megfogalmazott koncepciói meglehetősen pontosak voltak és a későbbi tudósok (Leonardo da Vinci, Newton, Borelli stb. ) felfedezéseinek tudományos előzményeinek tekinthetők.
Arkhimédész (i. e. 287 -212) A súlypont meghatározása Euréka, Euréka Adjatok egy helyet (stabil pontot), amelyen állni tudok és akkor megtudom mozgatni a Földet (kimozdítom sarkaiból a világot)! Egyszerű munkagépek (csiga)
Galen (131 -201) Agonista- antagonista izomcsoportok Az erek funkciója Harvey (1578 -1657) Gladiátorok orvosa
Leonardo da Vinci (1452 -1519) Anatómus, biológus, mérnök, művész Testközéppont és egyensúly A madarak repülése
Luigi Galvani (1737 -1798) Az izmok ingerelhetősége Albrecht Haller (1708 -1777) A kontrakció az izmok alapvető működési formája Amand Duchenne (1806 -1875) Physiologie des Mouvements Az izmok együttműködése
Adolf E. Fick (1829 -1901) Izometriás és izotóniás kontrakció Wilhelm Roux (1850 -1924) Edzés - izomhipertrófia
Technikai újítások Mosso (1829 -1901) Ergométer Einthoven (1843 -1910) Galvanométer, elektromiográfia
Izomműködés A. V. Hill (1894 -1956) Erő-sebesség összefüggés
Mozgások mechanikai elemzése Galileo Galilei (1564 -1642) Nehézségi gyorsulás Isaac Newton (1642 -1727) A mozgás három törvénye
Giovanni Alfonso Borelli (1608 -1679) A modern biomechanika atyja A matematika, a fizika és az anatómia összekapcsolása Az első tudós, aki kinyilvánította, hogy az emberi izomrendszer mechanikai törvények szerint működik Az állatok mozgása nem csak a belső erőktől, de a víz és a levegő ellenállásától is függ. Az izmok reciprok működése Az izmok nem kontrahálódnak, csak a térfogatukat növelik
Étienne Jules Marey (1830 -1904) Fényképezőgép kifejlesztése mozgások elemzésére (Chrono-Zyklo-Photographia) Eadweard Muybrigde (1831 -1904) Sorozatfelvételek Lumiere fivérek kifejlesztették a filmkamerát (1894)
Christian Wilhelm Braune (1831 -1892) Otto Fisher (1861 -1917) Járáselemzés Módszer a testközéppont kiszámítására A részsúlypontok helyének meghatározása
Jackson (1831 -1892) Az idegi központok nem tudnak semmit az izmokról, a mozgást ismerik
Charles Sherrington (1857 -1952) Az izmok reciprok beidegzése Henry Bowditch (1814 -1911) Minden vagy semmi törvénye
Az emberi test síkjai Koronális v. frontális Transzverzális v. vízszintes Szagittális v. oldal
Kardinális síkok és tengelyek Helyi referencia rendszer
KARDINÁLIS TENGELYEK SÍKOK FRONTÁLIS Mozgás Közelítés - távolítás feszítés - hajlítás OLDAL TRANSZVERZÁLIS Hosszúsági Anteroposterior v. mélységi Lateromedial v. szélességi kifelé – befelé forgatás Jobbra -balra jobbra -balra Előre - hátra
FORGÁS A HOSSZÚSÁGI TENGELY KÖRÜL
FORGÁS A MÉLYSÉGI TENGELY KÖRÜL
FORGÁS A SZÉLESSÉGI TENGELY KÖRÜL
Izületi szög Kiegészítő (belső) 180° 100° Anatómiai(külső) 80° 0°
IZÜLETI SZÖGELFORDULÁS
Izület Kettő vagy több csont összeköttetése inak, szalagok és izmok által 148 Mozgatható csont 147 izület
Az izületek mozgási szabadságfoka Szabadságfok: a változóknak azt a számát jelenti, amellyel a mozgás leírható. A szabadságfok száma = a koordináták száma mínusz a a mozgás korlátozottság száma. Transzlációs Forgási 3 + 3 6
Izületi mozgás szabadságfok (SZF) 3 D: SZF = 6 N - K 2 D SZF = 3 N - K N = testszegmensek száma, K = a korlátozottság szám
Korlátozottság • ANATÓMIAI • független • függő (az egyes izületi mozgások egymásra hatása) • AKTUÁLIS (Pl. kerékpár pedálozás) • MECHANIKAI (pl. egyensúlyozás, véletlen megcsúszás) • MOTOROS FELADAT (meghatározott mozgás)
Szabadságfok több, mint egy csuklóból álló izületi rendszerben Kinematikai lánc mobilitása 5 M = 6 n - I • ki I=3 M = a test mobilitása, I = izületi osztály, ki = az adott izületi osztályt képviselő izületek i = 6 -f, f= egy izület szabadságfoka
• Harmad osztályú izület: 29 (három szabadságfok) • Negyed osztályú izület: 33 (két szabadságfok) • Ötöd osztályú izület: 85 (egy szabadságfok) F = (6 • 148) - [(3 • 29) + (4 • 33) + (5 • 85)] = 244
TÖMEGKÖZÉPPONT
TÖMEGKÖZÉPPONT 2004. 09. 23.
G 1 G 2 G 3
Számítási módszerek a tömegközéppont helyének meghatározására Palló és mérleg módszer M = 0 G + Fr = 0 G ltkp + Fr lp= 0 Fr lp G
Palló és mérleg módszer M = 0 G + Fr = 0 G ltkp + Fr lp= 0
Palló és mérleg módszer M = 0 G + Fr = 0 G ltkp + Fr lp= 0
Szegmentális módszer
A résztömegközéppontok helye a testszegmenseken Demster modell 13 szegmens
Térfogat és tömeg Vsz = (m 2 –m 1) r 2 – (s 2 – s 1) R 2 m = térfogat (V) sűrűség ( ) Az izom sűrűsége 1, 028 g cm-3
Mágneses rezonancia (MRI)
A testszegmens térfogatának kiszámítása ( V ) Vs = [ (As 1 + As 2) / 2] ls s 1 s 2 Vs – a szelet térfogata As 1 – a szelet területe ls – a szelet vastagsága ls Vi = Vs A 1 A 2
Hanavan testmodel 15 szegmens
17 szegmens
A testszegmensek százalékos tömege a testtömeghez viszonyítva Demster Fej Törzs Felkar Alkar Kéz Comb Lábszár Láb 7. 9 48. 6 2. 7 1. 6 0. 6 9. 7 4. 5 1. 4 Clauser Plagenhoef 7. 3 50. 7 2. 6 2. 3 0. 7 10. 3 4. 3 1. 5 8. 2 55. 1 3. 2 1. 9 0. 65 10. 5 4. 7 1. 4
Markerek elhelyezése
P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 8 (P 1 – P 2) 0. 45 (P 2 – P 5) 0. 61 (P 3 – P 4) 0. 43 (P 4 – P 6) 0. 43 (P 5 – P 7) 0. 43 (P 7 – P 8) 0. 43
x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7
Demster Fej Törzs Felkar Alkar Kéz Comb Lábszár Láb 7. 9 48. 6 2. 7 1. 6 0. 6 9. 7 4. 5 1. 4 m 0. 079 m 0. 486 m 0. 027 m 0. 016 m 0. 09 m 0. 045 m 0. 014
m 1 x 1 m 1 y 1 x 1 y 1 m 1
A test tömegközéppontjának x, y, z koordinátáinak kiszámítása
- Slides: 68