Biomechanika w sporcie

Wprowadzenie

Biomechanika w sporcie obejmuje szczegółową analizę ruchów sportowych w celu zminimalizowania ryzyka urazu i poprawy wyników sportowych. Biomechanika sportu i ćwiczeń obejmuje obszar nauki zajmujący się analizą mechaniki ruchu człowieka. Odnosi się ona do opisu, szczegółowej analizy i oceny ruchu człowieka podczas aktywności sportowej. Mechanika jest dziedziną fizyki, która zajmuje się opisem ruchu/ruchu i tego, jak siły tworzą ruch/ruch. Innymi słowy, biomechanika sportowa jest nauką wyjaśniającą, jak i dlaczego ciało ludzkie porusza się w sposób, w jaki się porusza. W sporcie i ćwiczeniach fizycznych definicja ta jest często rozszerzana, aby uwzględnić również interakcję pomiędzy zawodnikiem a jego sprzętem i środowiskiem. Biomechanika jest tradycyjnie podzielony na obszary kinematyki, która jest gałęzią mechaniki, która zajmuje się geometrią ruchu obiektów, w tym przemieszczenia, prędkości i przyspieszenia, bez uwzględnienia sił, które produkują ruch, podczas gdy kinetyka jest badanie relacji między systemem sił działających na ciało i zmiany, które produkuje w ruchu ciała. W odniesieniu do tego, istnieją szkieletowe, mięśniowe i neurologiczne względy, które musimy również rozważyć przy opisywaniu biomechaniki.

Zastosowanie

Według Knudsona ludzka wydajność ruchu może być zwiększona na wiele sposobów, ponieważ skuteczny ruch obejmuje czynniki anatomiczne, umiejętności nerwowo-mięśniowe, możliwości fizjologiczne i psychologiczne / poznawcze zdolności. Biomechanika jest zasadniczo nauką o technice ruchu i jako taka ma tendencję do największego wykorzystania w sportach, w których technika jest czynnikiem dominującym, a nie struktura fizyczna czy możliwości fizjologiczne. Poniżej przedstawiono niektóre z dziedzin, w których biomechanika jest stosowana w celu wspierania osiągnięć sportowców lub rozwiązywania problemów w sporcie lub ćwiczeniach:

• Identyfikacja optymalnej techniki w celu zwiększenia osiągów sportowych
• Analiza obciążenia ciała w celu określenia najbezpieczniejszej metody wykonywania określonego zadania sportowego lub ćwiczenia
• Ocena rekrutacji mięśni i obciążenia
• Analiza sprzętu sportowego i do ćwiczeń np, buty, nawierzchnie i rakiety.

Biomechanika jest wykorzystywana do prób zwiększenia wydajności lub zmniejszenia ryzyka urazu w badanych zadaniach sportowych i ćwiczeniowych.

Zasady biomechaniki

Ważna jest znajomość kilku terminów i zasad biomechanicznych podczas badania roli biomechaniki w sporcie i ćwiczeniach.

Siły i momenty obrotowe

Siła to po prostu pchnięcie lub pociągnięcie, które zmienia ruch segmentu ciała lub rakiety. Ruch jest tworzony i modyfikowany przez działania sił (głównie siły mięśni, ale także przez siły zewnętrzne z otoczenia). Kiedy siła obraca segment ciała lub rakietę, efekt ten nazywany jest momentem obrotowym lub momentem siły. Przykład – Mięśnie wytwarzają moment obrotowy w celu rotacji segmentów ciała we wszystkich uderzeniach tenisowych. W akcji serwisowej rotacja wewnętrzna ramienia, tak ważna dla mocy serwu, jest wynikiem wewnętrznego momentu obrotowego w stawie ramiennym spowodowanego działaniem mięśni (latissimus dorsi oraz części pectoralis major i deltoid). Aby obrócić segment z większą mocą, gracz generalnie zastosowałby większą siłę mięśni.

Prawa ruchu Newtona

Trzy prawa ruchu Newtona wyjaśniają jak siły tworzą ruch w sporcie. Te prawa są zwykle określane jako prawa bezwładności, przyspieszenia i reakcji.

1. Prawo bezwładności – Pierwsze prawo bezwładności Newtona stwierdza, że obiekty mają tendencję do opierania się zmianom w ich stanie ruchu. Obiekt w ruchu będzie miał tendencję do pozostawania w ruchu, a obiekt w spoczynku będzie miał tendencję do pozostawania w spoczynku, chyba że zadziała na niego siła. Przykład – ciało gracza szybko biegnącego sprintem w dół boiska będzie chciało utrzymać ten ruch, chyba że siły mięśni pokonają tę bezwładność lub łyżwiarz ślizgający się po lodzie będzie nadal ślizgał się z tą samą prędkością i w tym samym kierunku, chyba że zadziała na niego siła zewnętrzna.
2. Prawo przyspieszenia – drugie prawo Newtona dokładnie wyjaśnia, jaki ruch wywołuje dana siła. Przyspieszenie (tendencja obiektu do zmiany prędkości lub kierunku), którego doświadcza obiekt, jest proporcjonalne do wielkości siły i odwrotnie proporcjonalne do masy obiektu (F = ma). Przykład – Kiedy piłka jest rzucana, kopana lub uderzana narzędziem, ma tendencję do poruszania się w kierunku linii działania przyłożonej siły. Podobnie, im większa siła przyłożona do piłki, tym większa jest jej prędkość. Jeśli zawodnik poprawi siłę nóg poprzez trening przy zachowaniu tej samej masy ciała, będzie miał zwiększoną zdolność do przyspieszania ciała za pomocą nóg, co skutkuje lepszą zwinnością i szybkością. Odnosi się to również do zdolności do rotacji segmentów, jak wspomniano powyżej.
3. Prawo Reakcji – Trzecie Prawo mówi, że dla każdej akcji (siły) istnieje równa i przeciwna siła reakcji. Oznacza to, że siły nie działają same, ale występują w równych i przeciwnych parach pomiędzy oddziałującymi ciałami. Przykład – Siła wytworzona przez nogi „napierające” na podłoże powoduje powstanie sił reakcji podłoża, w których podłoże „odpycha się” i pozwala zawodnikowi poruszać się po korcie (ponieważ Ziemia jest znacznie masywniejsza od zawodnika, zawodnik przyspiesza i porusza się szybko, podczas gdy Ziemia tak naprawdę nie przyspiesza i nie porusza się w ogóle). Ta akcja-reakcja występuje również przy zderzeniu z piłką, gdy siła przyłożona do piłki jest równoważona z równą i przeciwną siłą przyłożoną do rakiety/ciała.

Momentum

Drugie prawo Newtona jest również związane ze zmienną pędu, która jest iloczynem prędkości i masy obiektu. Pęd jest zasadniczo ilością ruchu, jaką posiada dany obiekt. Moment pędu może być przenoszony z jednego obiektu na drugi. Istnieją różne rodzaje pędu, z których każdy ma inny wpływ na sport.

Moment Liniowy

Moment Liniowy jest momentem pędu w linii prostej np. moment liniowy jest tworzony, gdy zawodnik sprintuje w linii prostej na 100m na bieżni.

Moment Kątowy

Moment Kątowy jest momentem obrotowym i jest tworzony przez obroty różnych segmentów ciała np. forehand w postawie otwartej wykorzystuje znaczący moment kątowy. Ogromny wzrost wykorzystania momentu kątowego w uderzeniach po ziemi i serwach miał znaczący wpływ na grę w tenisa. Jedną z głównych przyczyn wzrostu siły gry w dzisiejszych czasach jest włączenie momentu kątowego do techniki uderzeń i serwów. W tenisie, kątowy moment pędu opracowany przez skoordynowane działania segmentów ciała przenosi się na liniowy moment pędu rakiety przy uderzeniu.

Środek ciężkości

Środek ciężkości (COG) jest wyimaginowanym punktem, wokół którego ciężar ciała jest równomiernie rozłożony. Środek ciężkości ludzkiego ciała może się znacznie zmieniać, ponieważ segmenty ciała mogą przemieszczać swoją masę wraz z obrotami stawów. Ta koncepcja jest krytyczna dla zrozumienia równowagi i stabilności i jak grawitacja wpływa na techniki sportowe.

Kierunek siły ciężkości przez ciało jest w dół, w kierunku środka ziemi i przez COG. Ta linia ciężkości jest ważna do zrozumienia i wizualizacji przy określaniu zdolności osoby do skutecznego utrzymania równowagi. Kiedy linia ciężkości wypada poza Bazę Wsparcia (BOS), wtedy potrzebna jest reakcja, aby utrzymać równowagę.

Środek ciężkości rakiety do squasha jest dużo prostszym procesem i zazwyczaj można go znaleźć poprzez identyfikację punktu, w którym rakieta balansuje na palcu lub innym wąskim przedmiocie.

Balance

Balance jest zdolność gracza do kontrolowania ich równowagi lub stabilności. Musisz mieć dobre zrozumienie zarówno statycznej jak i dynamicznej równowagi:

Balans statyczny

Uzdolnienie do kontrolowania ciała podczas gdy ciało jest nieruchome. Jest to zdolność do utrzymania ciała w pewnej stałej postawie. Równowaga statyczna to zdolność do utrzymania stabilności posturalnej i orientacji ze środkiem masy nad podstawą podparcia i ciałem w spoczynku.

Równowaga dynamiczna

Zdolność do kontrolowania ciała podczas ruchu. Zdefiniowanie dynamicznej stabilności posturalnej jest trudniejsze, Równowaga dynamiczna to zdolność do przeniesienia pionowego rzutu środka ciężkości wokół wspierającej podstawy podparcia. Dynamiczna równowaga jest zdolnością do utrzymania stabilności posturalnej i orientacji ze środkiem masy nad podstawą podparcia, podczas gdy części ciała są w ruchu.

Prawidłowa biomechanika

Jak wspomniano powyżej, prawidłowa biomechanika zapewnia efektywny ruch i może zmniejszyć ryzyko urazu. W sporcie, zawsze dobrze jest rozważyć nieprawidłową lub wadliwą biomechanikę jako możliwą przyczynę urazu. Ta nieprawidłowa biomechanika może być spowodowana anatomicznymi lub funkcjonalnymi nieprawidłowościami. Nieprawidłowości anatomiczne, takie jak rozbieżności w długości nóg, nie mogą być zmienione, ale można zająć się ich wtórnymi skutkami, takimi jak np. budowa buta lub wkładki ortopedyczne. Nieprawidłowości funkcjonalne, które mogą wystąpić mogą być nierównowagą mięśni po długim okresie unieruchomienia.

W biomechanice często mówi się o różnych płaszczyznach ruchu i osiach. Spójrz na ten film, aby odświeżyć swoją pamięć.

Nieprawidłowa technika może powodować nieprawidłową biomechanikę, która może prowadzić do urazów. Poniżej przedstawiono kilka przykładów zależności między wadliwą techniką a związanymi z nią urazami.

.

Sport	Technika	Urazy
Cricket	Mieszane akcje kręglarskie	Złamania naprężeniowe stawu ramiennego
Tenis	Nadmierna praca nadgarstka z backhandem	Extensor tendinopathy of the elbow
Pływanie	Zmniejszona rotacja zewnętrzna barku	Podwyższona rotacja zewnętrzna barku	Tendinopatia mankietu rotatorów
Bieganie	Przednie przodopochylenie miednicy	Urazy ścięgna barkowego
Wiosłowanie	Zmiana strony dziobu na stronę skoku strona	Złamania naprężeniowe żeber
Balet	Zły nawrót	Urazy biodra

.