2 Κινηματικές έννοιες για την ανάλυση της ανθρώπινης κίνησης 25

Transcript

1 ΠΕΡΙΕΧΌΜΕΝΑ vi 1 Τι είναι εμβιομηχανική; 1 Εμβιομηχανική: ορισμός και προοπτική 2 Ποια προβλήματα μελετούν οι εμβιομηχανικοί επιστήμονες; 4 Τι προσφέρει η μελέτη της εμβιομηχανικής; 11 Προσέγγιση επίλυσης προβλημάτων 11 Ποσοτικά και ποιοτικά προβλήματα 12 Επίλυση ποιοτικών προβλημάτων 12 Τυπικά και μη τυπικά προβλήματα 13 Επίλυση τυπικών ποσοτικών προβλημάτων 14 Μονάδες μέτρησης 15 Σύνοψη 16 Εισαγωγικά προβλήματα 17 Επιπρόσθετα προβλήματα 17 Εργαστηριακές ασκήσεις 19 Αναφορές 22 Προτεινόμενα αναγνώσματα 23 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 23 Βασικοί όροι 24 2 Κινηματικές έννοιες για την ανάλυση της ανθρώπινης κίνησης 25 Μορφές κίνησης 26 Γραμμική κίνηση 26 Γωνιακή κίνηση 26 Γενική κίνηση 27 Μηχανικά συστήματα 27 Τυπική ορολογία αναφοράς 28 Ανατομική θέση αναφοράς 28 Όροι για την κατεύθυνση 29 Ανατομικά επίπεδα αναφοράς 30 Ανατομικοί άξονες αναφοράς 30 Ορολογία για την κίνηση των αρθρώσεων 33 Κινήσεις στο οβελιαίο επίπεδο 33 Κινήσεις στο μετωπιαίο επίπεδο 34 Κινήσεις στο εγκάρσιο επίπεδο 36 Άλλες κινήσεις 36 Συστήματα αναφοράς στον χώρο 38 Ανάλυση της ανθρώπινης κίνησης 38 Προαπαιτούμενες γνώσεις για ποιοτική ανάλυση 39 Σχεδιασμός ποιοτικής ανάλυσης 41 Διεξαγωγή ποιοτικής ανάλυσης 43 Εργαλεία για τη μέτρηση κινηματικών μεγεθών 46 Βιντεοσκόπηση και κινηματογράφηση 46 Άλλα συστήματα παρακολούθησης της κίνησης 48 Σύνοψη 48

2 vii Εισαγωγικά προβλήματα 48 Επιπρόσθετα προβλήματα 49 Εργαστηριακές ασκήσεις 51 Ανάλυση της εκτέλεσης 52 Αναφορές 54 Προτεινόμενα αναγνώσματα 54 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 54 Βασικοί όροι 55 3 Έννοιες της κινητικής για την ανάλυση της ανθρώπινης κίνησης 57 Βασικές έννοιες σχετικά με την κινητική 58 Αδράνεια 58 Μάζα 59 Δύναμη 59 Κέντρο βάρους 60 Βάρος 60 Πίεση 62 Όγκος 62 Πυκνότητα 63 Ροπή στρέψης 64 Ώθηση 65 Μηχανικές φορτίσεις στο ανθρώπινο σώμα 65 Συμπίεση, εφελκυσμός και διάταση 66 Μηχανική καταπόνηση 67 Συστροφή, κάμψη και συνδυασμένες φορτίσεις 68 Η επίδραση της φόρτισης 69 Επαναλαμβανόμενη και οξεία φόρτιση 69 Εργαλεία για τη μέτρηση μεγεθών της κινητικής 70 Διανυσματική άλγεβρα 71 Σύνθεση διανυσμάτων 71 Ανάλυση διανυσμάτων 73 Γραφική επίλυση διανυσματικών προβλημάτων 74 Τριγωνομετρική επίλυση διανυσματικών προβλημάτων 74 Σύνοψη 75 Εισαγωγικά προβλήματα 75 Επιπρόσθετα προβλήματα 76 Εργαστηριακές ασκήσεις 79 Αναφορές 81 Προτεινόμενα αναγνώσματα 81 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 81 Βασικοί όροι 82 4 Η εμβιομηχανική της αύξησης και της ανάπτυξης του ανθρώπινου οστού 83 Σύνθεση και δομή του οστίτη ιστού 84 Υλικά 84 Δομική οργάνωση 84 Τύποι οστών 86 Αύξηση και ανάπτυξη του οστού 87 Διαμήκης αύξηση 88

3 viii Περιμετρική αύξηση 88 Ανάπτυξη του ενήλικου οστού 89 Απόκριση του οστού στην καταπόνηση 89 Διαμόρφωση και αναδιαμόρφωση του οστού 89 Υπερτροφία οστού 91 Ατροφία οστού 92 Οστεοπόρωση 94 Μετεμμηνοπαυσιακή και σχετική με την ηλικία οστεοπόρωση 94 Γυναικεία αθλητική τριάδα 96 Πρόληψη και θεραπεία της οστεοπόρωσης 97 Συνήθεις οστικές κακώσεις 98 Η εμβιομηχανική των καταγμάτων του οστού 98 Επιφυσιακές κακώσεις 100 Σύνοψη 101 Εισαγωγικά προβλήματα 101 Επιπρόσθετα προβλήματα 102 Εργαστηριακές ασκήσεις 103 Αναφορές 106 Προτεινόμενα αναγνώσματα 108 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 109 Βασικοί όροι Η εμβιομηχανική των διαρθρώσεων του ανθρώπινου σκελετού 111 Αρχιτεκτονική της άρθρωσης 112 Μη κινούμενες αρθρώσεις 112 Ελαφρώς κινούμενες αρθρώσεις 112 Ελεύθερα κινούμενες αρθρώσεις 113 Αρθρικός χόνδρος 115 Αρθρικός ινώδης χόνδρος 116 Αρθρικός συνδετικός ιστός 117 Σταθερότητα της άρθρωσης 117 Σχήμα των οστικών αρθρικών επιφανειών 117 Διάταξη των συνδέσμων και των μυών 118 Άλλοι συνδετικοί ιστοί 118 Ευκαμψία της άρθρωσης 120 Μέτρηση του εύρους τροχιάς της κίνησης 120 Παράγοντες που επηρεάζουν την ευκαμψία της άρθρωσης 120 Ευκαμψία και κάκωση 121 Τεχνικές για την αύξηση της ευκαμψίας των αρθρώσεων 122 Νευρομυϊκή απόκριση στη διάταση 122 Ενεργητική και παθητική διάταση 124 Βαλλιστική, στατική και δυναμική διάταση 125 Ιδιοδεκτική νευρομυϊκή διευκόλυνση 126 Συνήθεις κακώσεις και παθολογίες των αρθρώσεων 127 Διαστρέμματα 127 Εξαρθρήματα 128 Ορογονοθυλακίτιδα 128 Αρθρίτιδα 128 Ρευματοειδής αρθρίτιδα 128

4 ix Οστεοαρθρίτιδα 129 Σύνοψη 129 Εισαγωγικά προβλήματα 130 Επιπρόσθετα προβλήματα 130 Εργαστηριακές ασκήσεις 133 Αναφορές 135 Προτεινόμενα αναγνώσματα 137 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 138 Βασικοί όροι Η εμβιομηχανική του ανθρώπινου σκελετικού μυός 141 Ιδιότητες της μυοτενόντιας μονάδας 142 Διατασιμότητα και ελαστικότητα 142 Διεγερσιμότητα και ικανότητα ανάπτυξη τάσης 143 Δομική οργάνωση του σκελετικού μυός 143 Μυϊκές ίνες 144 Κινητικές μονάδες 146 Τύποι ινών 148 Αρχιτεκτονική των ινών 150 Λειτουργία των σκελετικών μυών 152 Επιστράτευση των κινητικών μονάδων 153 Μεταβολή του μυϊκού μήκους με την ανάπτυξη τάσης 154 Ρόλοι που αναλαμβάνουν οι μύες 154 Διάρθριοι και πολυαρθρικοί μύες 156 Παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή μυϊκής δύναμης 156 Ταχυδυναμική σχέση 157 Μηκοδυναμική σχέση 158 Κύκλος διάτασης-βράχυνσης 159 Ηλεκτρομυογραφία 160 Ηλεκτρομηχανική καθυστέρηση 160 Μυϊκή δύναμη, ισχύς και αντοχή 160 Μυϊκή δύναμη 162 Μυϊκή ισχύς 164 Μυϊκή αντοχή 165 Μυϊκή κόπωση 165 Επίδραση της μυϊκής θερμοκρασίας 166 Συνήθεις μυϊκές κακώσεις 167 Ρήξεις 167 Θλάσεις 167 Κράμπες 167 Καθυστερημένος μυϊκός πόνος 167 Σύνδρομο διαμερίσματος 168 Σύνοψη 168 Εισαγωγικά προβλήματα 168 Επιπρόσθετα προβλήματα 169 Εργαστηριακές ασκήσεις 171 Αναφορές 173 Προτεινόμενα αναγνώσματα 175 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 175 Βασικοί όροι 176

5 x 7 Η εμβιομηχανική του ανθρώπινου άνω άκρου 177 Δομή του ώμου 178 Στερνοκλειδική άρθρωση 178 Ακρωμιοκλειδική άρθρωση 178 Κορακοκλειδική άρθρωση 179 Γληνοβραχιόνια άρθρωση 179 Ωμοπλατοθωρακική άρθρωση 181 Ορογόνοι θύλακοι 181 Κινήσεις της ωμικής ζώνης 182 Μύες της ωμοπλάτης 183 Μύες της γληνοβραχιόνιας άρθρωσης 184 Κάμψη στη γληνοβραχιόνια άρθρωση 186 Έκταση στη γληνοβραχιόνια άρθρωση 186 Απαγωγή στη γληνοβραχιόνια άρθρωση 186 Προσαγωγή στη γληνοβραχιόνια άρθρωση 186 Έσω και έξω στροφή του βραχιόνιου 187 Οριζόντια προσαγωγή και απαγωγή στη γληνοβραχιόνια άρθρωση 188 Φορτίσεις στον ώμο 188 Συνήθεις κακώσεις του ώμου 192 Εξαρθρήματα 192 Βλάβη στο πέταλο των στροφέων 192 Στροφικές κακώσεις 193 Υποπλάτια νευροπάθεια 194 Δομή του αγκώνα 194 Βραχιονωλένια άρθρωση 194 Βραχιονοκερκιδική άρθρωση 194 Άνω κερκιδωλενική άρθρωση 194 Γωνία απόκλισης 195 Κινήσεις στον αγκώνα 195 Μύες που διασχίζουν τον αγκώνα 195 Κάμψη και έκταση 197 Πρηνισμός και υπτιασμός 197 Φορτίσεις στον αγκώνα 198 Συνήθεις κακώσεις του αγκώνα 200 Διαστρέμματα και εξαρθρήματα 201 Κακώσεις υπέρχρησης 201 Τι προκύπτει από την έρευνα για την εμβιομηχανική των ρίψεων στο μπέιζμπολ (15) 202 Δομή του καρπού 203 Κινήσεις του καρπού 204 Κάμψη 204 Έκταση και υπερέκταση 204 Κερκιδική και ωλένια απόκλιση 205 Δομή των αρθρώσεων του χεριού 205 Καρπομετακάρπιες και μεσομετακάρπιες αρθρώσεις 206 Μετακαρπιοφαλαγγικές αρθρώσεις 206 Μεσοφαλαγγικές αρθρώσεις 207 Κινήσεις του χεριού 207 Συχνές κακώσεις του καρπού και του χεριού 207 Σύνοψη 212 Εισαγωγικά προβλήματα 212

6 xi Επιπρόσθετα προβλήματα 213 Εργαστηριακές ασκήσεις 215 Αναφορές 219 Προτεινόμενα αναγνώσματα 221 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 221 Βασικοί όροι Η εμβιομηχανική του ανθρώπινου κάτω άκρου 223 Δομή του ισχίου 224 Κινήσεις στο ισχίο 225 Μύες του ισχίου 225 Κάμψη 225 Έκταση 227 Απαγωγή 227 Προσαγωγή 228 Έσω και έξω στροφή του μηριαίου 228 Οριζόντια απαγωγή και προσαγωγή 229 Φορτίσεις στο ισχίο 230 Συχνές κακώσεις στο ισχίο 231 Κατάγματα 231 Θλάσεις 232 Ρήξεις 232 Δομή του γόνατος 232 Μηροκνημιαία άρθρωση 233 Μηνίσκοι 233 Σύνδεσμοι 234 Επιγονατιδομηριαία άρθρωση 235 Αρθρικός θύλακος και ορογόνοι θύλακοι 235 Κινήσεις στο γόνατο 236 Μύες που διασχίζουν το γόνατο 236 Κάμψη και έκταση 237 Στροφή και παθητική απαγωγή και προσαγωγή 237 Κίνηση της επιγονατιδομηριαίας άρθρωσης 238 Φορτίσεις στο γόνατο 238 Δυνάμεις στη μηροκνημιαία άρθρωση 238 Δυνάμεις στη επιγονατιδομηριαία άρθρωση 239 Συνήθεις κακώσεις στο γόνατο και στην κνήμη 240 Κακώσεις πρόσθιου χιαστού συνδέσμου 240 Κακώσεις οπίσθιου χιαστού συνδέσμου 243 Κακώσεις έσω πλάγιου συνδέσμου 243 Κακώσεις μηνίσκου 243 Σύνδρομο τριβής λαγονοκνημιαίας ταινίας 244 Σύνδρομο επιγονατιδομηριαίου πόνου 244 Σύνδρομο πόνου κνήμης 245 Δομή της ποδοκνημικής 245 Κινήσεις στην ποδοκνημική 246 Δομή του ποδιού 247 Υπαστραγαλική άρθρωση 248 Ταρσομετατάρσιες και μεσομετατάρσιες αρθρώσεις 249 Μεταταρσιοφαλαγγικές και μεσοφαλαγγικές αρθρώσεις 249 Ποδικές καμάρες 249

7 xii Κινήσεις του ποδιού 250 Μύες του ποδιού 250 Κάμψη και έκταση δαχτύλων 251 Ανάσπαση έσω και έξω χείλους 251 Πρηνισμός και υπτιασμός 251 Φορτίσεις στο πόδι 251 Συνήθεις κακώσεις στην ποδοκνημική και στο πόδι 252 Κακώσεις της ποδοκνημικής 252 Κακώσεις υπέρχρησης 253 Ανωμαλίες ευθυγράμμισης του ποδιού 253 Κακώσεις σχετικά με υψηλή και χαμηλή ποδική καμάρα 255 Τι προκύπτει από την έρευνα για το τρέξιμο χωρίς υποδήματα 256 Σύνοψη 256 Εισαγωγικά προβλήματα 257 Επιπρόσθετα προβλήματα 258 Εργαστηριακές ασκήσεις 259 Αναφορές 261 Προτεινόμενα αναγνώσματα 265 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 265 Βασικοί όροι Η εμβιομηχανική της σπονδυλικής στήλης του ανθρώπου 267 Δομή της σπονδυλικής στήλης 268 Σπονδυλική στήλη 268 Σπόνδυλοι 269 Μεσοσπονδύλιοι δίσκοι 270 Σύνδεσμοι 274 Σπονδυλικά κυρτώματα 275 Κινήσεις της σπονδυλικής στήλης 277 Κάμψη, έκταση και υπερέκταση 278 Πλάγια κάμψη και στροφή 278 Μύες της σπονδυλικής στήλης 279 Πρόσθια επιφάνεια 279 Οπίσθια επιφάνεια 281 Πλάγια επιφάνεια 285 Φορτίσεις στη σπονδυλική στήλη 286 Συνήθεις κακώσεις στην πλάτη και στον αυχένα 292 Οσφυαλγία 292 Κακώσεις μαλακών μορίων 294 Οξέα κατάγματα 294 Κατάγματα καταπόνησης 295 Κήλες μεσοσπονδύλιου δίσκου 296 Τραυματισμοί δίκην μαστιγίου 297 Σύνοψη 297 Εισαγωγικά προβλήματα 298 Επιπρόσθετα προβλήματα 299 Εργαστηριακές ασκήσεις 301 Αναφορές 305 Προτεινόμενα αναγνώσματα 307

8 xiii Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 307 Βασικοί όροι Η γραμμική κινηματική της ανθρώπινης κίνησης 311 Γραμμικά κινηματικά μεγέθη 312 Απόσταση και μετατόπιση 313 Αριθμητική ταχύτητα και γραμμική ταχύτητα 314 Επιτάχυνση 319 Μέσα και στιγμιαία μεγέθη 322 Κινηματική της βλητικής κίνησης 323 Οριζόντια και κατακόρυφη συνιστώσα 323 Επίδραση της βαρύτητας 324 Επίδραση της αντίστασης του αέρα 324 Παράγοντες που επηρεάζουν την τροχιά του βλήματος 326 Γωνία απελευθέρωσης 326 Ταχύτητα απελευθέρωσης 327 Σχετικό ύψος απελευθέρωσης 328 Ιδανικές συνθήκες απελευθέρωσης 329 Ανάλυση της βλητικής κίνησης 332 Εξισώσεις για τη σταθερή επιτάχυνση 332 Σύνοψη 338 Εισαγωγικά προβλήματα 338 Επιπρόσθετα προβλήματα 339 Εργαστηριακές ασκήσεις 341 Αναφορές 343 Προτεινόμενα αναγνώσματα 344 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 344 Βασικοί όροι Η γωνιακή κινηματική της ανθρώπινης κίνησης 347 Παρατηρώντας τη γωνιακή κινηματική της ανθρώπινης κίνησης 348 Γωνιομέτρηση 348 Γωνίες των αρθρώσεων και προσανατολισμός των μελών του σώματος 349 Όργανα μέτρησης γωνιών μελών του σώματος 350 Στιγμιαίο κέντρο περιστροφής 351 Γωνιακές κινηματικές σχέσεις 352 Γωνιακή απόσταση και μετατόπιση 352 Αριθμητική και διανυσματική γωνιακή ταχύτητα 355 Γωνιακή επιτάχυνση 358 Διανύσματα γωνιακής κίνησης 360 Μέσα και στιγμιαία γωνιακά μεγέθη 361 Σχέσεις μεταξύ γραμμικής και γωνιακής κίνησης 361 Γραμμική και γωνιακή μετατόπιση 361 Γραμμική και γωνιακή ταχύτητα 362 Γραμμική και γωνιακή επιτάχυνση 364 Σύνοψη 367 Εισαγωγικά προβλήματα 367

9 xiv Επιπρόσθετα προβλήματα 368 Εργαστηριακές ασκήσεις 371 Αναφορές 373 Προτεινόμενα αναγνώσματα 373 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 374 Βασικοί όροι Η γραμμική κινητική της ανθρώπινης κίνησης 375 Νόμοι του Νεύτωνα 376 Νόμος της αδράνειας 376 Νόμος της επιτάχυνσης 376 Νόμος της δράσης-αντίδρασης 377 Νόμος της βαρύτητας 379 Μηχανική συμπεριφορά των σωμάτων σε επαφή 381 Τριβή 381 Ορμή 387 Ώθηση 388 Κρούση 392 Σχέσεις μεταξύ έργου, ισχύος και ενέργειας 395 Έργο 395 Ισχύς 395 Ενέργεια 396 Διατήρηση της μηχανικής ενέργειας 398 Αρχή έργου-ενέργειας 399 Σύνοψη 401 Εισαγωγικά προβλήματα 402 Επιπρόσθετα προβλήματα 402 Εργαστηριακές ασκήσεις 405 Αναφορές 407 Προτεινόμενα αναγνώσματα 408 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 408 Βασικοί όροι Ισορροπία και ανθρώπινη κίνηση 411 Ισορροπία 412 Ροπή στρέψης 412 Συνισταμένη ροπή στρέψης στις αρθρώσεις 415 Μοχλοί 418 Ανατομικοί μοχλοί 422 Εξισώσεις για τη στατική ισορροπία 424 Εξισώσεις για τη δυναμική ισορροπία 427 Κέντρο βάρους 428 Εντοπισμός του κέντρου βάρους 428 Εντοπισμός του κέντρου βάρους στο ανθρώπινο σώμα 429 Σταθερότητα και ισορροπία 432 Σύνοψη 436 Εισαγωγικά προβλήματα 436 Επιπρόσθετα προβλήματα 437 Εργαστηριακές ασκήσεις 441 Αναφορές 443

10 xv Προτεινόμενα αναγνώσματα 443 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 444 Βασικοί όροι Η γωνιακή κινητική της ανθρώπινης κίνησης 447 Αντίσταση στη γωνιακή επιτάχυνση 448 Ροπή αδράνειας 448 Καθορισμός της ροπής αδράνειας 450 Ροπή αδράνειας του ανθρώπινου σώματος 451 Στροφορμή 452 Διατήρηση της στροφορμής 454 Μεταφορά στροφορμής 455 Μεταβολή της στροφορμής 458 Γωνιακά ανάλογα για τους νόμους του Νεύτωνα για την κίνηση 462 Πρώτος νόμος του Νεύτωνα 462 Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα 462 Τρίτος νόμος του Νεύτωνα 463 Κεντρομόλος δύναμη 464 Σύνοψη 466 Εισαγωγικά προβλήματα 466 Επιπρόσθετα προβλήματα 467 Εργαστηριακές ασκήσεις 469 Αναφορές 471 Προτεινόμενα αναγνώσματα 471 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 472 Βασικοί όροι Η ανθρώπινη κίνηση εντός ρευστού στοιχείου 473 Η φύση των ρευστών 474 Σχετική κίνηση 474 Στρωτή και τυρβώδης ροή 476 Ιδιότητες των ρευστών 476 Άνωση 477 Χαρακτηριστικά της δύναμης της άνωσης 477 Πλευστότητα 477 Πλευστότητα του ανθρώπινου σώματος 478 Οπισθελκουσα τάση 478 Τριβή δέρματος 481 Οπισθέλκουσα σχήματος 482 Οπισθέλκουσα κύματος 485 Άντωση 486 Σχήμα πτερυγίου 487 Φαινόμενο magnus 490 Προώθηση εντός ρευστού μέσου 493 Θεωρία προωθητικής οπισθέλκουσας 493 Θεωρία προωθητικής άντωσης 494 Τεχνική της κολύμβησης 494 Σύνοψη 495

11 xvi Εισαγωγικά προβλήματα 496 Επιπρόσθετα προβλήματα 497 Εργαστηριακές ασκήσεις 499 Αναφορές 501 Προτεινόμενα αναγνώσματα 502 Σχετικοί διαδικτυακοί τόποι 502 Βασικοί όροι 503 Παραρτήματα A Βασικές μαθηματικές και σχετικές δεξιότητες 505 Β Τριγωνομετρικές συναρτήσεις 510 Γ Συνήθεις μονάδες μέτρησης 513 Δ Ανθρωπομετρικές παράμετροι του ανθρώπινου σώματος 514 Γλωσσάρι 517 Ευρετήριο 527