Визначення положення зцм тіла людини аналітичним методом

Мета: навчитись самостійно визначати ЗЦМ тіла спортсмена розрахунковим способом у різних положеннях при виконанні фізичних вправ.

Матеріали та інвентар: фотограми досліджуваного положення спортсмена в двох площинах (сагітальній та фронтальній), лінійка, олівці, міліметровий папір.

Теоретичні відомості

Для біомеханічної характеристики умов рівноваги спортсмена необхідно визначити місце знаходження ЗЦМ тіла людини.

ЗЦМ людського тіла можна визначити як точку докладання рівнодійної всіх сил тяжіння, які діють на нього. При вивченні умов рівноваги спортсмена необхідно враховувати біологічну специфіку розташування ЗЦМ в тілі людини, зумовлену його анатомо-фізіологічними особливостями, позою, функціонуванням дихальної, серцево-судинної системи, системи травлення та інших, які забезпечують переміщення значних мас речовин в організмі в різні моменти життєдіяльності. Так, відомо, що в положенні стоячи чи лежачи, питома вага грудного відділу тулуба змінюється в залежності від фази дихання (під час вдиху вага менша, після видиху – більша). При переході з горизонтального положення в вертикальне і навпаки кров збільшує чи зменшує на деякий час вагу окремих частин тіла.

Визначення розташування ЗЦМ представляє важливу задачу не тільки для біостатики, але й для біокінематики та біодинаміки. Описання траєкторії руху ЗЦМ при виконанні фізичних вправ дозволяє отримати дані про переміщення тіла спортсмена у просторі. Так, зміна траєкторії руху ЗЦМ відображає дію на тіло зовнішніх сил, що відкриває можливості для визначення багатьох біодинамічних характеристик рухової системи (механічну роботу, потужність тощо) в конкретній руховій дії.

Організм складається з тканин різної щільності та різної ваги, що перешкоджає визначенню місця розташування центра тяжіння кожної частини тіла чи біоланки. Для зручності умовились вважати середню щільність як істинну щільність (тобто, що тіло має однорідну будову). Виходячи з цього, розташування ЗЦМ тіла можна визначити аналітично, використовуючи теорему Варіньона: момент рівнодійної сили відносно осі дорівнює алгебраїчній сумі моментів складових сил відносно тієї ж осі.

Виходячи з цього, слід визначити моменти сили тяжіння всіх біоланок тіла відносно умовної осі.

Моментом сили тяжіння кожної біоланки відносно обраної осі, в свою чергу, є добуток його ваги на найкоротшу відстань від центру тяжіння до цієї осі.

Таблиця 1

Вага біоланок тіла людини та відстань до ЦТ біоланки

№	Біоланки тіла	Відносна вага, %	Абсо-лютна вага, кг	Довжина біоланки, см	Відстань до ЦТ біоланки, см
1.	Голова	7	5,6	–	–	22
2.	Тулуб	43	34,4	51	44	22,44
3.	Плече	3	2,4	33	47	15,5
4.	Передпліччя	2	1,6	28	42	11,8
5.	Кисть	1	0,8	–	–	11
6.	Стегно	12	9,6	46	44	20,3
7.	Гомілка	5	4,0	44	42	18,5
8.	Стопа	2	1,6	28	44	12,3

Біоланки тіла людини, як правило, мають складну неправильну геометричну форму; крім того, їх маси розташовуються несиметрично по відношенню до центрів тяжіння. Тому положення центрів тяжіння біоланок (таблиця 1) були встановлені експериментально.