Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή...

69
Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική

Transcript of Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή...

Page 1: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική

Page 2: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

QuickTime™ and aYUV420 codec decompressor

are needed to see this picture.

Page 3: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Important performance variables from a biomechanical perspective

…ability to gain height…ability to rotate…ability to swing…ability to land

Page 4: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Force

…is the quantity that produces or tend to produce a change in the state of motion of an object or body, i.e.…produces acceleration

Page 5: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…force

The relationship between force an motion is addressed by Newton’s laws of motion:

Page 6: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

First Law—Law of Inertia

Every body persists in its state of rest or uniform motion in a straight line, unless it is compelled to change its state by external forces, i.e

An (external) force is required to stop, start, or alter motion, i.e, an (external) force is required to change the velocity of of an object, but not to maintain it

Page 7: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Second Law—Law of acceleration

The acceleration of a body is proportional to the force causing it, it is in the direction of that force, and it is inversely proportional to its mass:

m

Fa extcm =

Page 8: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Third Law—Law of action/reaction

To every action there is always an equal and opposite reaction.

This law implies that:Forces occur in pairs, andAction/reaction pairs never act on the same object…

Although the magnitude of the action/reaction forces is the same, their effect on the respective objects are not…why?

Page 9: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Friction

QuickTime™ and aYUV420 codec decompressor

are needed to see this picture.

Page 10: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…friction

Frictional forces arise between objects in contact. They are parallel to the contact surface and always oppose, or tend to oppose the relative motion of the objects involved

Page 11: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…friction

Frictional forces are equal to:

Nf μ=Where:

μ is the coefficient of friction, and

N is the perpendicular (Normal) force between the two objects

Page 12: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…friction

…therefore, frictional forces can be altered by altering either μ: how?

Different floorsDifferent shoesDifferent tiresDifferent lubricants

Or N: how?

Alter weight (mass)Alter position,

Page 13: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Static friction

Arises between surfaces at rest in relation to each other…

Nf ss μ≤

•…is variable in magnitude…

Page 14: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Kinetic friction

Arises between surfaces in relative motion…

Nf kk μ=

Page 15: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 16: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Torque

Page 17: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…torque

Torque represents the rotational effect of force

When muscles contract, the force produced is applied to bones, which rotate about a joint

The magnitude of the torque produced by a force depends on magnitude of the force, the direction of the force,and the distance from the point of (force) application to the axis of rotation

Page 18: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

τ sinFd=

d

F τ = F d (1)

τ =F d (2)

Page 19: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Torques that produce or tend to produce counterclockwise (CCW) rotations are positive

Torques that produce or tend to produce clockwise (CW) rotations are negative

Positive (CCW) or negative (CW) torques should not be associated with a particular joint movement (flexion, extension, etc.)

Page 20: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 21: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 22: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…torque

The rotational equivalent to F=ma (Newton’s 2nd Law) is:

ατ I=

Page 23: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 24: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 25: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 26: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 27: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

WorkEnergyPowerMomentum

Page 28: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Work

Mechanical work is defined as :

cos

...

dFW

dFW

=

∗=

d

F

Page 29: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Work

…for rotary motion, mechanical work is defined as :

τ ∗=W

Page 30: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…Mechanical Energy…

…is represented by the ability of objects to do Work because of…

Their motion (kinetic…) Position (gravitational potential…) Configuration (elastic…)

Page 31: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

)2

1()()

2

1

2

1( 222 kxmghImvME

EEPEKEME

+++=

++=

ω

Page 32: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Work-Energy relationship

Under special circumstances, the sum of the kinetic and (gravitational) potential energy of a system is constant, i.e. it is “conserved”.

…if PE is negligible, the Work-Energy relationship is expressed as follows:

WKEKE if +=• Practical Implications

Page 33: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Work-Energy relationship

KEW

KEKEW

WKEKE

if

if

Δ=

−=

+=

…practical applications

Page 34: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

W= F d

F

d

The amount of work that the H2O does on the diver is set… By diving deep into the pool, the force doing the work is small…

Page 35: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

d

F

Again, the amount of work that the H2O is doing on the diver is set—the same as in the previous dive. If, however, the diver belly flaps (or back flaps—as he/she did) into the pool, he/she pays the price…

W= F d

Page 36: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 37: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

FB HB

Page 38: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Linear Momentum

Page 39: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…linear momentum…

…is the “quantity of (linear) motion” possessed by an object/body

…is proportional to the product of the mass and the velocity possessed by an object/body…

mvM =

Page 40: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…in the absence of external forces, the linear momentum of a system is constant…(equation)

Page 41: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Impulse/impulse-momentum relationship

The product of Force and time—left side of the equation above—is known as Impulse (J) and equation (1) describes the Impulse-momentum relationship

if mvmvtF −=(1)

Since…

Page 42: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

J= F t

F

t

The Impulse that the H2O is doing on the diver is set… By diving deep into the pool, the force of the Impulse will be small…

Page 43: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

t

F

Again, the Impulse that the H2O is doing on the diver is set—the same as in the previous dive. If, however, the diver belly flaps (or back flaps!) into the pool, he/she pays the price…

J= F t

Page 44: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Force

Negative Impulse

Positive Impulse

T i m e

Slowing down*

Speeding up*

Speed changes if there is a difference between the positive and negative impulses—in the illustrated case, the subject will “speed-up”* (why?)

*in this example, forward is the positive direction

Locomotion

Page 45: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 46: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

QuickTime™ and aYUV420 codec decompressor

are needed to see this picture.

Page 47: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…angular momentum…

…is the “quantity of (angular) motion” possessed by an object/body

…is proportional to the product of the moment of inertia and the angular velocity possessed by an object/body…

ωIL =

Page 48: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Conservation of angular momentum

…Angular momentum is constant, i.e. it is “conserved” in the absence of external torques…

Page 49: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Angular impulse/angular momentum relationship

…therefore it changes only when external torques act for a time period

Practical applications

LIIt

tII

if

if

Δ=−=⋅

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −==

ωωτ

ωωατ

Page 50: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…angular momentum…

…The total angular momentum of a multi-segment system is made up of the sum of the angular momenta of its parts, i.e.

...21 ++Σ= llL• Practical implications

Page 51: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…”transfer” of angular momentum…

The conservation of L principle, plus the fact that total L is made up of the sum of the angular momenta of its parts, is utilized in order to “transfer” momentum… Among the parts, and Among different axes of rotation

• Practical implications

Page 52: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 53: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

From Kreighbaum, E…(modified)

Page 54: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

QuickTime™ and aYUV420 codec decompressor

are needed to see this picture.

Page 55: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

…and so… what?

Page 56: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 57: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 58: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 59: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 60: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 61: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 62: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 63: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 64: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 65: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University

Page 66: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

QuickTime™ and aYUV420 codec decompressor

are needed to see this picture.

Page 67: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

QuickTime™ and aYUV420 codec decompressor

are needed to see this picture.

Page 68: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

QuickTime™ and aYUV420 codec decompressor

are needed to see this picture.

Page 69: Spiros Prassas California State University Κινητικές αρχές και η εφαρμογή τους στην Γυμναστική.

Spiros PrassasCalifornia State University