Individuell skriftlig eksamen. IBI 312- Idrettsbiomekanikk og metoder. Tirsdag 6. mai 2014 kl Hjelpemidler: kalkulator

Transkript

1 BACHELOR I IDRETTSVITENSKAP MED SPESIALISERING I IDRETTSBIOLOGI 2012/2014 Individuell skriftlig eksamen i IBI 312- Idrettsbiomekanikk og metoder Tirsdag 6. mai 2014 kl Hjelpemidler: kalkulator Eksamensoppgaven består av 6 sider inkludert forsiden Sensurfrist: 27. mai 2014

2 Totalt antall poeng er 67. Antall poeng hvert enkelt spørsmål gir er listet til venstre for spørsmålet. OPPGAVE 1- Kinematikk Gang og løp er blant de mest basale bevegelses former for oss mennesker. Bevegelsene er helt automatiserte, allikevel skjer det en rekke endringer i bevegelsene med økende hastighet. 1p. a) Hvilken antropometrisk faktor er den viktigste for ved hvilken hastighet en person skifter over fra gang til løp? 3p. b) Tegn en graf som viser (prinsipielt) hvordan tyngdepunktets vertikale forflytning er gjennom en løpssyklus. 3p. c) Tegn en graf som viser (prinsipielt) hvordan tyngdepunktets vertikale forflytning (differanse mellom høyeste og laveste posisjon til tyngdepunkt i en syklus) endres med økende løpshastighet. 2p. d) Løpshastigheten er et produkt av steglengde og stegfrekvens. Hva er steglengden et produkt av? Filming med to eller flere kamera og minimum tre markører per segment kan gi en full 3D beskrivelse av segmentets posisjon og orientering i rommet. 1p. e) Hvor mange frihetsgrader har en slik full 3D beskrivelse? 1p. f) Hvilke parametre inngår i beskrivelsen? 1p. g) Hvor bør markørene plasseres på for eksempel lår segmentet? 2p. h) Hva er forskjellen på et globalt og et lokalt koordinatsystem? OPPGAVE 2- Kinetikk To langrennsløpere som veier det samme går opp den samme bakken. Den ene er en mye bedre løper enn den andre og bruker bare halvparten av tiden den andre bruker. (Når du svarer på spørsmålene under kan du se bort ifra den vertikale komponenten fra luftmotstand og friksjon.) 1p. a) Hvordan har den gjennomsnittlige vertikale ytre kraft vært i de to tilfellene? 1p. b) Hvordan har det vertikale ytre arbeidet vært i de to tilfellene? 1p. c) Hvordan har den gjennomsnittlige vertikale effekt vært i de to tilfellene? Newtons bevegelseslover omfatter tre grunnleggende prinsipper i fysikken som danner grunnlag for den klassiske mekanikken. Anvendelse av Newtons lover bidrar til å gi oss en bedre forståelse av all bevegelse. 3p. d) Hvordan er Newtons tre bevegelseslover? 1p. e) Hvilke ytre krefter virker på en syklist og en løper som forflytter seg på et flatt underlag? 2p. f) Hvorfor er energiomsetningen større ved løp enn ved sykling på samme hastighet?

3 Virkningsgrad (effektivitet) er forholdet mellom effekt inn og effekt ut. Vi bruker også forholdet mellom energi inn og energi ut som et mål på effektivitet. 2p. g) Til tross for at energiomsetningen er større ved løp enn ved sykling på samme hastighet er virkningsgraden (effektiviteten) høyere. Hvorfor er det slik? Ved vertikale hopp, for eksempel knebøyhopp og svikthopp, er det flere metoder for å beregne hopphøyden. I eksempelet under skal du beregne hopphøyden ved hjelp av impulsmetoden. Nettoimpulsen i knebøyhoppet er 220 Ns og i svikthoppet 235 Ns. Utøverens masse er 70 kg. Figuren viser et knebøyhopp (SJ) med hoftefeste av armene (stiplet linje) og et svikthopp (QMJ) med armsving (hel linje). 5p. h) Beregn utgangshastighet og hopphøyde i de to hoppene!

4 OPPGAVE 3- Muskel - sene Når et materiale utsettes for en gitt kraft fører det til deformasjon av materialet. Figuren under er et tenkt tilfelle av en kraft-deformasjons kurve for akillessenen. 3p. a) Beregn stivheten til akillessenen i det lineære området i dette tenkte tilfellet! 2p. b) Hva er funksjonene til akillessenen under gang/løp? 2p. c) Hvordan er sammenhengen mellom lagring av elastisk energi og: - Lengden på senen? - Tykkelsen til senen? 3p. d) Hvordan blir fjærstivhet i patellarsenen målt på laboratoriet på NIH, og nevn to punkter det er spesielt viktig å huske på for å sikre valide resultater under slike målinger? Akillessenens og patellarsenens fjærstivhet har blitt grundig undersøkt in vivo. 2p. e) Hvorfor er disse senene så populære å måle, og hvilke hovedforskjeller er det mellom disse senene? 2p. f) Hvordan kan det tyde på at seners tverrsnittsareal reagerer på langvarig tung styrketrening, sammenlignet med muskulatur?

5 OPPGAVE 4- Signalbehandling Den frekvensen man samler inn data med kan være avgjørende for kvaliteten på dataene. 1p. a) Hvilken innsamlingsfrekvens ville du valgt ved innsamling av elektromyografi (EMG) data? 3p. b) Hvorfor ville du valgt denne innsamlingsfrekvensen? 1p. c) Hvilken innsamlingsfrekvens ville du valgt ved innsamling av kraftdata fra en kraftplattform med tanke på å beregne hopphøyde? Filtrering av innsamlede data krever god kjennskap til de innsamlede signalene. Det finnes en rekke forskjellige filtre. De mest aktuelle filtrene for biomekaniske data er: low pass, high pass, band pass og band stopp. 2p. d) Hvilket filter ville du brukt på Elektromyografi (EMG) data og hvilke grenser ville du valgt på filteret? Et sinus formet tids varierende signal har fire essensielle karakteristikker, illustrert med endring av disse karakteristikkene i figuren under: 3p. e) Hva kalles de fire essensielle karakteristikker i et sinusformet tidsvarierende signal?

6 OPPGAVE 5- Elektromyografi (EMG) Måling av muskelaktivitet ved bruk av EMG har sine begrensninger. Det er for eksempel vanskelig å sammenligne EMG signalene mellom personer. 2p. a) Hvorfor kan man ikke direkte sammenligne størrelsen på EMG signalet fra en gitt muskel mellom forskjellige personer? 3p. b) Hvilke kilder til støy er det ved EMG datainnsamling? 2p. c) RMS er en mye brukt metode for å behandle EMG signaler. Beskriv hva denne metoden går ut på! 2p. d) Nevn andre metoder å behandle et EMG signal på! 2p. e) Hvordan bør huden prepareres før overflateelektroder plasseres på en muskel. 2p. f) Hvordan bør overflateelektrodene plasseres på muskelen for best måleresultat?