curs biomecanica

Download Curs Biomecanica

Post on 24-Nov-2015

37 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Curs Biomecanica

TRANSCRIPT

  • BIOMECANICA CA INTERDISCIPLINA

    1.1 INTRODUCERE

    Biomecanica miscarii umane poate fi definita ca interdisciplina care descrie, analizeaza si evalueaza miscarea umana. Miscarile fizice implicate sunt de o mare diversitate: mersul handicapatilor, ridicarea unei greutati de catre un muncitor sau performantele unui atlet.Principiile fizice si biologice care se aplica sunt aceleasi in toate cazurile, ceea ce se schimba este doar specificul miscarii si nivelul de detaliu care se cere in privinta performantelor fiecarei miscari.

    Lista specialistilor interesati in aspectele miscarii umane este lunga: ortopezi, chirurgi antrenori de atletism, ingineri din domeniul recuperarii functionale, terapeuti, kineziologi, specialisti in ortezare si protezare, psihiatrii, proiectanti de echipament sportiv.

    La nivel fundamental numele dat stiintei care se ocupa de problematica diversa a miscarii umane este cel de KINEZIOLOGIE.Aceasta disciplina , in plina evolutie combina aspecte ale fiziologiei, ale invatarii motorii, ale fiziologiei exercitiilor fizice precum si multe cunostiintede biomecanica.BIOMECANICA, ca dezvoltare a stiintelor vietii si a celor fizice, este construita pe corpul cunostiintelor de baza ale fizicii, chimiei, matematicii, fiziologiei si anatomiei. Ea poate fi definita ca stiinta care studiaza caracteristicile raspunsului in timp si spatiu ale materialelor biologice, solide, lichide si visco-elastice , si ale corpului uman in ansamblu cind sunt supuse actiunii unor sisteme de fortele interne si externe. Cu alte cuvinte ea aplica legile mecanice la studiul sistemelor biologice, umane si animale.

    1.2. ISTORICUL CERETARILOR PRIVIND LOCOMOTIA UMANA

    Cercetarile privind producerea locomotiei umane dateaza din antichitate. Aristotel a aplicat analiza geometrica a actiunii mecanice a muschilor atit la nivel unor parti ale corpului cit si la nivelul intregului corp.Leonardo Da Vinci a descris in desenele sale anatomice mecanica sorijinului, a urcarii, coboririi, ridicarii din pozitia sezind , precum si realizarea sariturii.Functiile fiziologice au fost analizate matematic de Galileo Gallilei(1564-1643) si de William Harvey (1578-1657), care s-a remarcat prin eforturile sale de pionerat privind definirea circulatiei sanguine, fiind creditat ca parintele biomecanicii fluidelor.Alfonso Borelli (1608-1679) a explorat cantitativ forta dezvoltata de muschi si a definit oasele drept pirghii actionate si controlate de muschi. El este considerat fondatorul biomecanicii solidelor.Contributii remarcabile le-au adus si Newton(1642-1727), Bernoulli(1700-1782), Poiseuille(1799-1869), Thomas Young(1773-1829), Euler(~1862).

    Incercarile de studiere si explicare a functiilor si structurilor fiziologice din punct de vedere al legilor fizicii si ingineriei au fost realizate la inceput de medici, fizicieni si de specialisti din domeniu medical. I prezent cercetarile de acest gen cad cu precadere in sarcina specialistilor din domeniul ingineriei biomedicale sau bioingineriei. Obiectivele cercetarilor din domeniul biomecanicii sunt in general bidirectionate. In primul rind biomecanica urmareste intelegerea aspectelor fundamentale ale functiilor fiziologice, scopul fiind medical. In al doilea rind ea cauta sa elucideze aceste functii in scopul aplicarii rezultatelor in domenii nemedicale.Corespunzator primei situatii au fost si continua sa fie realizate si dezvoltate tehnici sofisticate de monitorizare a functiilor fiziologice, datele acumulate sunt prelucrate si sunt prezentate

    1

  • teorii care sa explice aceste date, scopul fiind diagnosticarea motorului uman, pentru a gasi cauzele functionarii ineficiente a acestuia , ca urmare a imbolnavirii( patologie), imbatrinirii, uzurii prin oboseala sau distrugerii prin accident(medicina de urgenta).Munca nu se opreste aici pentru ca ea furnizeaza baza necesara dezvoltarii tehnologiilor de tratare si mentinere( terapie) a organismului uman afectat de boala, analiza biomecanica fiind dirijata in directia imbunatatirii sistemului de ingrijire a sanatatii. Se realizeaza astfel o imbunatatire a stilului de viata prin fiziologia exercitiului fizic si biomecanicii sportului, creste abilitatea de a repara si recupera parti ale organismului uman, se dezvolta tehnologii de sustinere a organelor cu functionare defectoasa, deci se creaza conditii de creare de orteze sau de inlocuire a acestor segmente prin elemente de protezare.

    1.3 EVOLUTIA TEHNICILOR SI ECHIPAMENTELOR DE INREGISTRARE A MISCARII

    Interesul sporit fata de studiul miscarii umane a impus punerea la punct si dezvoltarea unor tehnici de inregistrare si in paralel s-au creat echipamente pentru inregistrarea acesteia.Acestea au permis analiza miscarii din punct de vedere calitativ ( aspectul miscarii) sau cantitativ (viteze,acceleratii, forte) contribuind considerabil la intelegerea mecanismelor fundamentale ce stau la baza miscarii umane.Primele realizari in domeniul inregistrarii miscarii umane ii apartin fotografului englez Edward J.Muybridge(1830-1904) care prin utilizarea unui set de pina la 36 de camere sincronizate a fost capabil sa detecteze secvente de imagini egal distantate in timp corespunzatoare locomotiei umane sau animale, anticipind astfel camerele de filmat(fig.1,2 )

    2

  • 3

  • Fig. 2

    O contributie remarcabila au adus-o si E. J. Marey si J. Demeny care au elaborat metoda cronofotografiei ce consta in rotirea, cu viteza constanta, in fata unui obiectiv fotografic a unui obturator constind dintr-un disc mat prevazut cu fante plasate la distante egale.Prin utilizarea acestor proceduri stroboscopice el a obtinut primele diagrame stick (sub forma de bete) ale miscarii.(fig.3,4 ).

    Fig.3

    4

  • Fig.4

    Metoda cronofotografiei s-a dezvoltat, ulterior, in doua directii. Prima urmarea masurarea masurarea exacta a miscarilor. La inceput, fotografia era realizata pe fond negru, omul aflat in miscare fiind imbracat intr-un costum de catifea neagra , pe care, prin aplicarea unor benzi stralucitoare, erau marcate axele si principalele puncte ale partilor componente ale corpului.

    Mai tirziu, benzile au fost inlocuite cu becuri incandescente punctiforme, plasate corespunzator cu axele articulatiilor.

    O metoda similara au folosit si V.Braunne si O.Fisher, dar, in locul benzilor stralucitoare ei au aplicat becuri cu gaz luminiscent. Toate aceste perfectionari au permis imbunatatirea preciziei de masurare a miscarilor. Ulterior, cronofotografia a fost dezvoltata considerabil de N.A.Bernstein, care a elaborat metoda ciclogrammetriei. Cu ajutorul obturatorului, pe placa se obtineau traiectoriile punctiforme ale beculetelor acestea constituind asa numita ciclograma. In functie de coordonatele punctelor, pe ciclograma se puteau calcula deplasarea lor, vitezele si acceleratiile, iar in functie de masa si acceleratia elementelor, se calculau fortele aplicate.

    V. Braunne si O. Fisher au studiat, de asemenea, masele si momentele de inertie ale partilor corpului uman, cinematica articulatiilor precum si conditiile de realizarea actiunilor musculare. Ei au incercat sa foloseasca coordonatele spatiale, obtinute prin fotografiere, pentrurezolvarea ecuatiilor de miscare pentru segmentele si ansamblul corpului uman. Desi stabilirea coordonatelor se realiza foarte exact, slaba frecventa de fotografiere si insuficienta metodelor matematice nu au permis atunci rezolvarea problemei.

    N.A. Bernstein a obtinut, printr-o simplificare considerabila a metodei de determinare a eforturilor ( a neglijat determinarea cu exactitate a momentelor de inertie), date importante privind caracterul discret si interactiunile complexe ale miscarilor. Aceste cercetari au stat la baza elaborarii teoriei biomecanicii.

    Cea de a doua directie ded ezvoltare a cronofotografiei a urmarit reproducerea miscarilor pe ecran. Aceasta a condus la aparitia cinematografiei, precursoarea cinematografului contemporan. La inceput Marey a folosit fotopusca(fig. 3 ), in care 12 placi se schimbau

    5

  • succesiv cu rapiditate. Benzile negative de hirtie, mai tirziu de celuloid, s-au dovedit mai practice. Pentru aplicarea lor, s-a recur la un obturator; cind discul inchide complet obiectivul, banda inainteaza cu un cadru.. Datorita filmarii cu frecventa inalta (filmare rapida), proiectind pe ecran cu frecventa normala, se poate obtine o imagine incetinita. Filmarea rapida permitea studierea miscarii, nu insa si masurarea ei. Cineciclografia, o metoda mai putin eficienta, datorita impreciziei rezultatelor masuratorii, prezenta insa unele avantaje in comparatie cu ciclografia, intrucit oferea posibilitatea filmarii in conditii de concurs, subiectul nefiind obligat sa poarte un echipament greoi.

    Metodele de analiza a miscarii umane au evoluat considerabil in ultimele decenii, utilizarea calculatorului aducind o contributie remarcabila, sistemele existente in prezent permitind nu numai inregistrarea miscarilor ci si prelucrarea datelor si interpretarea acestora realizindu se ceea ce se numeste in termeni de specialitate, analiza si evaluarea miscarii.

    1.4 MASURARE, DESCRIERE, ANALIZA SI EVALUAREAbordarea stiintifica din domeniul biomecanicii a fost caracterizata de o mare cantitate de confuzie, unele descrieri ale miscarii umane fiind trecute drept evaluari in timp ce altele implicind doar masuratori au fost prezentate in mod fals drept analize. Se impune deci de a clarifica si intelege acesti termeni. Orice evaluare cantitativa a miscarii umane trebuie precedata de o