BACHELOR I IDRETTSVITENSKAP MED SPESIALISERING I IDRETTSBIOLOGI 2011/2013. Individuell skriftlig eksamen. IBI 312- Idrettsbiomekanikk og metoder

Transkript

1 BACHELOR I IDRETTSVITENSKAP MED SPESIALISERING I IDRETTSBIOLOGI 2011/2013 Individuell skriftlig eksamen i IBI 312- Idrettsbiomekanikk og metoder Tirsdag 30. april 2013 kl Hjelpemidler: kalkulator Eksamensoppgaven består av 6 sider inkludert forsiden Sensurfrist: 24. mai 2013

2 Totalt antall poeng er 65. 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 løpshastighet. 3p. a) Tegn en graf som viser (prinsipielt) hvordan steglengde og stegfrekvens (under løp) endres med økende løpshastighet! 3p. b) Tegn fire grafer som viser (prinsipielt) hvordan vinkelen i kneleddet varierer gjennom en hel syklus for fire forskjellige hastigheter (velg hastigheter selv)! 1p. c) Hvilken betydning kan forskjellen i knevinkel ved de forskjellige hastighetene ha for treghetsmomentet i fremtrekket av beinet? 1p. d) Hvilken betydning kan forskjellen i knevinkel ved de forskjellige hastighetene ha for stivheten i beinet under bakkekontakten? Filming med et kamera og to markører per segment kan kun gi en 2D beskrivelse av et segments posisjon og orientering i planet. Segmentet beskrives av følgende parametere: endepunktets posisjon (p) med X og Y koordinatene og segmentets orientering av vinkelen (θ) i forhold til for eksempel horisontalplanet. Disse dataene inneholder tre frihetsgrader (DOF) (X, Y og θ). 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? 2p. f) Hvilke parameter inngår i beskrivelsen? 1p. g) Hvordan bør markørene plasseres på for eksempel legg segmentet for å få en full 3D beskrivelse av leggen?

3 Oppgave 2. Kinetikk 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 230 Ns og i svikthoppet 245 Ns. Utøverens masse er 75 kg. Figuren viser et knebøyhopp (SJ) med hoftefeste av armene (stiplet linje) og et svikthopp (QMJ) med armsving (hel linje). 5p. a) Beregn utgangshastighet og hopphøyde i de to hoppene! 6p. b) Hva kan den relativt store forskjellen i hopphøyde mellom de to hopptypene skyldes? To langrennsløpere som veier det samme går opp den samme bakken. Den ene er en mye bedre løper enn den andre så den beste bruker bare halvparten av tiden den andre bruker. 2p. c) Hvordan har den gjennomsnittlige vertikale ytre kraft vært i de to tilfellene vært? 2p. d) Hvordan har det vertikale ytre arbeidet vært i de to tilfellene? 2p. e) Hvordan har den gjennomsnittlige vertikale effekt vært i de to tilfellene? 1p. f) Hvilke ytre krefter virker på en langrennsløper? 2p. g) Er det noe langrennsløperen kan gjøre for å minske de ytre kreftene og i tilfelle hva?

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. 1p. a) Navngi de to første fasene i denne kurven? 4p. b) Beregn stivheten til akillessenen i det lineære området i dette tenkte tilfellet! 2p. c) Hva er funksjonene til akillessenen under satsen i et høydehopp? 3p. d) Hvordan er sammenhengen mellom lagring av elastisk energi og: - Lengden på senen? - Tykkelsen til senen? 3p. e) 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? Figurene under viser skjelettet og ankel strekkeren for en hund i et reelt tilfelle figur (a) og to tenkte (hypotetiske) tilfeller (b) og (c) 2p. f) Hvilket av tilfellene (b) og (c) vil gi størst vinkelhastighet i ankelleddet og hvorfor? 2p. g) Hvilket av tilfellene vil gi størst kraft i ankelleddet og hvorfor?

5 Oppgave 4. Signalbehandling Hvilken frekvens man samler inn data med kan være avgjørende for kvaliteten på dataene. 1p. a) Hvilken innsamlingsfrekvens ville du valgt på datainnsamlingen med Oqus kameraene i laben ved opptak av løping på en tredemølle med tanke på en kinematisk analyse? 2p. b) Innsamlingsfrekvens ved innsamling av data fra en kraftplattform (kinetikk) er som regel høyere enn innsamlingsfrekvens av kinematiske data. Hvorfor er det slik? 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. c) Hvilket filter ville du brukt på EMG data og hvilke grenser ville du valgt på filteret? 2p. d) Hvilket filter ville du brukt på kraft data ved vertikale hopp og hvilke grenser ville du valgt på filteret? Analog til digital konvertere er en viktig del i den databaserte innsamlingen av biomekaniske (og andre) data. Oppløsningen til disse oppgis i bits og er viktig for kvaliteten på dataene. 1p. e) Hvor høy oppløsning bør det være på en analog til digital konverter som samler inn både EMG og kraft data? Et sinus formet tids varierende signal har fire essensielle karakteristikker: Amplitude, frekvens, faseforskyvning og nullforskyvning (offset). 1p. f) Hvilken delfigur a, b, c eller d viser amplitude endringer i signalet? 1p. g) Hvilken delfigur a, b, c eller d viser faseforskyvning i signalet?

6 Oppgave 5. Elektromyografi (EMG) Måling av muskelaktivitet ved bruk av EMG har sine begrensninger. Det er for eksempel vanskelig å sammenligne rå EMG signalene mellom personer. 3p. a) Hvilke kilder til støy er det ved EMG datainnsamling? 3p. b) Hvordan kan man normalisere EMG signalet slik at man kan sammenligne signaler mellom personer?