Biomekanikk. Ola Eriksrud, MSPT, FAFS Seksjon for fysisk prestasjonsevne Norges idrettshøgskole

Transkript

1 Biomekanikk Ola Eriksrud, MSPT, FAFS Seksjon for fysisk prestasjonsevne Norges idrettshøgskole

2 Læringsmål Studenten skal kunne gjøre rede for: Hva menes med biomekanikk Kraft/spenning og måleenheter Dreiemoment

3 Forelesningsoversikt Biomekanikk Newtons lover Krefter Moment Mekanisk system

4 Biomekanikk Mekanikk - læren om sammenheng mellom kraft og bevegelse Biomekanikk - mekanikk anvendt på et biologisk system

5 Hvorfor biomekanikk? En nødvendighet for å forstå idrett Ulike idretter kan ha til hensikt å Løpe fort Hoppe høyt Løfte tungt Utføre estetiske/akrobatiske bevegelser Gjøre raske retningsforandringer Disse prestasjonene optimeres ved koordinasjon av kroppsegmenter via muskelkrefter.

6

7

8 Hvorfor biomekanikk? Biomekanikk brukes i mange områder Hvorvidt barn med Cerebral Parese bør opereres eller ei Hvorvidt operasjonen var vellykket

9 Tron Krosshaug

10 Hvorfor biomekanikk? Biomekanikk brukes i mange områder Hvordan man bør utforme arbeidsplassen for å unngå belastningsskader (ergonomi)

11 Hvorfor biomekanikk? Hvordan eldre kan unngå å falle

12 Komplekse greier... Robertson, G. (2004) Research methods in biomechanics

13 Kraft og bevegelse Vi kan skape bevegelse ved at muskelen kontraheres Muskelen genererer da kraft En kraft måles i Newton (N) Hva er en kraft?

14 Kraft og bevegelse Vi skaper bevegelse ved at muskelen kontraheres Muskelen genererer da kraft Sammenhengen mellom kraft og bevegelse er gitt ved Newtons 2. lov Kraft måles i Newton (N)

15 Newtons lover Kraft kan få en masse (m) til å akselerere (a) som er gitt ved forholdet F=m a (Newtons 2. lov) En kraft kan endre retningen til en bevegelse Kraft er en vektor = retning og størrelse Dersom et legeme beveger seg med en konstant fart uten en retningsforandring, eller står i ro, er summen av kreftene lik 0 ( F=0) (Newtons 1. lov) Dersom et legeme virker på et annet med en kraft vil det andre legemet virke tilbake med en motsatt rettet og like stor kraft (Newtons 3. lov)

16 Krefter Fjernkrefter Gravitasjon (G=m g) Strøm Kontaktkrefter To legemer i kontakt vil påvirke hverandre med krefter Neuman, D. A. (2002) Kinesiology of the musculoskeletal sytem

17 Krefter Indre krefter Muskel Leddkapsel Leddbånd etc. Ytre krefter Gravitasjon Reaksjonskraft fra underlaget Luftmotstand

18 Krefter Gravitasjonskraften Normalkraften N G

19 Krefter Skalar Størrelse Vektor Størrelse Retning Newtons 3. lov Kraft=motkraft

20 Krefter - egenskaper Kontaktpunkt Retning Størrelse

21 Krefter - kontaktpunkt Gravitasjon: massesenteret Muskel: hvor muskelen fester seg til et segment (utspring eller feste)

22 Krefter - retning Gravitasjon: nedover Muskel: vekk fra kontaktpunktet F G

23 Krefter - størrelse F=m a Gravitasjon: Tyngden Muskel: spenning utviklet i muskelen

24 Krefter En kraft har en tendens til å skape både en lineær og rotasjonsbevegelse.

25 Dreiemoment Dreiemoment = kraft momentarm ü En kraft som virker på et legeme vil kunne skape et dreiemoment ü Dreiemomentet er produktet av den vinkelrette avstanden fra kraftens virkeretning til momentpunktet (som oftest omdreiningspunktet/ omdreiningsakse) Neuman, D. A. (2002) Kinesiology of the musculoskeletal sytem

26 Dreiemoment Momentbalanse Dersom vi har en jevn vinkelhastighet i leddet, eller statisk posisjon er summen av dreiemomentene lik 0. Newtons 3. lov på rotasjonsform (Τ=0) Neuman, D. A. (2002) Kinesiology of the musculoskeletal sytem

27 Dreiemoment Vi beveger ulike segmenter (knokler) ved at musklene utvikler kraft som virker en avstand, momentarm, fra et omdreiningspunkt Muskelkraften vil forsøke å trekke utspring og feste nærmere (avh. av ytre motstand) Muskelkraften vil skape et dreiemoment om ett (eller flere) ledd. M. brachialis kan generere et fleksjonsmoment i albuen M. biceps brachii kan generere et fleksjonsmoment i albuen og skulderleddet M. triceps brachii kan generere et ekstensjonsmoment i albuen og skuldereleddet Neuman, D. A. (2002) Kinesiology of the musculoskeletal sytem

28 Dreiemoment Dreiemoment og muskelfunksjon For å løfte en vekt må musklene minst generere et like stort dreiemoment, indre dreiemoment, som den ytre belastningen tilsier, ytre dreiemoment. Konsentrisk virkemåte Indre dreiemoment > ytre dreiemoment Eksentrisk virkemåte Ytre dreiemoment > indre dreiemoment Isometrisk virkemåte Ytre dreiemoment = indre dreiemoment

29 Mekanisk system - kroppen N N Robertson, G. (2004) Research methods in biomechanics Tveit, P. (2000) Bevegelseslære

30 Mekanisk system - underarmen G Norkin, C.C. & Levagie, P.K. (1992) Joint structure and function a comprehensive analysis.

31 Mekanisk system - underarmen Denne komponenten vil generere rotasjon M Denne komponenten vil kun skape kompresjon i leddet

32 Mekanisk system - underarmen Ytre og indre krefter og momenter i en bicepscurl Momentbalanse mhp omdreiningsaksen i albuen (ΣΤ=0) F biceps 0.025m - G vekt 0.32m = 0 F biceps = 0.32m/0.025m G vekt F biceps = 12.8 G vekt F biceps F vekt

33 Ytre moment De ytre momentarmene kan variere i løpet av en øvelse som ved en sittende kneekstensjon

34 Ytre moment De ytre momentarmene kan variere i løpet av en øvelse som knebøy

35 Ytre moment De ytre momentarmene kan variere i løpet av en øvelse som knebøy

36 Ytre moment De ytre momentarmene kan variere i løpet av en øvelse som knebøy For å kontrollere bevegelsen må musklene våre skape et motsatt rettet indre moment over hvert ledd

37 m. quadriceps - Tverrsnitt - Muskellengde i kritisk løftefase Psykologiske faktorer (vilje/ motivasjon) Neural aktivering av agonister og antagonister (koord./balanse) Tensjon i patellarsenen Glutealmuskulatur - Tverrsnitt - Muskellengde i kritisk løftefase Momentarm: Strekkapparatet i beina Leddvinkler kne, hofte og ankel Antropometri: Lengde på lår legger, rygg mm. Plantarfleksorer Tverrsnitt Muskellengde i kritisk løftefase