Про біомеханічний аналіз калорій, витрачених на прямий боксерський удар

Анотація

Бокс та пов'язані з ним спортивні заходи стали стандартним режимом тренувань у багатьох фітнес-студіях по всьому світу. Часто люди цікавляться калоріями, витраченими під час цих тренувань. Ця примітка зосереджена на визначенні калорій у вборі боксера, використовуючи кінематичні співвідношення вектор-петля та основні принципи роботи та енергії. Для ілюстрації базової моделі проводяться чисельні моделювання. Також обговорюються розширення моделі з декількома кінцівками.

1. Вступ: кінематичне векторне представлення шлейфу

Любителі фітнесу дуже цікавляться калоріями, витраченими під час нестандартних режимів роботи, що стосуються бойових мистецтв, боксу та супутніх видів спорту [1–6]. Як приклад того, як за основними принципами визначити витрачені калорії у простому прямому боксі (рис. 1), ми використовуємо комбінований кінематичний та енергетичний аналіз, спираючись на методи, що використовуються в робототехнічній літературі [7–16].

Рисунок 1. Мотивація для моделювання системи.

Відповідно, розгляньте ідеалізацію колючки, проілюстровану на малюнках 1–3, як зв’язку. Переглядаючи боксера зверху, ми можемо проаналізувати рух компонентів зчеплення, застосувавши замкнуту векторну петлю, яка проходить надпліччя, передпліччя та кулак, створюючи повзунковий кривошипно-шатунний механізм, здатний описати прямий лівий удар. Він складається з блокової маси (кулака) з масою м кріпиться двома жорсткими стержнями (надпліччя та передпліччя). Кут θ4 = θc контролюється. Петля вектора положення навколо зв’язку визначається як

Рисунок 2. Вигляд зверху в площині удару.

Рисунок 3. Діаграма зв’язку для (горизонтальної) площини лівого удару.

2. Алгоритм рішення

Рішення може бути визначене у закритому вигляді письмово

3. Енергетичні принципи

Можна відразу ж обробити кінетичну енергію в системі як

4. Чисельний приклад: тренування, що триває годину

Як приклад, ми розглянемо наступні параметри для плоского удару, використовуючи середні значення діапазону чоловічої статі 75–100 кг, від де Лева [17], Тозерена [18] та Плагенгуфа та ін. [19]:

- кутовий рух:

- довжина посилання 1 (зміщення): р1 = 0,05 м,

- довжина посилання 2 (розташування до кулака): р2 = 0,25 м (старт),

- довжина ланки 3 (передпліччя): р3 = 0,3 м,

- довжина ланки 4 (верхнього плеча): р4 = 0,25 м,

- маса ланки 2 (кулак): м2 = 0,65 кг,

- маса ланки 3 (передпліччя): м3 = 1,5 кг,

- маса ланки 4 (надпліччя): м4 = 2,5 кг,

- розташування цілі (мішка), рх = 0,4 м.

Малюнок 4. (a – f) Послідовність удару до мішка з рівним шостим інтервалом часу: т = 0, Т/ 6, Т/ 3, Т/ 2, Т/ 6, Т, де Т - це загальний час. Перехід кулака в коробку вказує на те, що відбувається контакт із сумкою, що спричиняє розсіювання. Коробка - це не сумка, вона просто вказує, коли відбувається розсіювання. (Інтернет-версія у кольорі.)

Таблиця 1. Калорії, витрачені на різні значення коефіцієнта втрат, C. = 0, 1, 10, 10 2, 10 3, 10 4, 10 5, 10 6 .

Рисунок 5. Приріст роботи (у джоулях) для різних значень коефіцієнта втрат, (a) C. = 10, (b) 10 2, (c) 10 3 і (d) 10 4. Шип виникає при контакті з предметом, при цьому зменшення виникає при втягненні «кулака».

Зауваження.

Різноманітні популярні статті вказують на те, що в ході 1-годинної тренування важкою сумкою для чоловіка вагою 75–100 кг спалюється приблизно 500–1000 калорій [1–6]. Ці дещо якісні дані будуть інтерпретовані для руху всього тіла, про що ми поговоримо далі.

5. Короткий зміст та розширення для складних систем

Розроблена структура забезпечує аналіз простого удару. Звичайно, у боксі та інших контактних видах спорту рухи можуть бути набагато складнішими, і вони не піддаються рішенням закритої форми. Зокрема, якщо обчислювати динаміку цілого тіла (рис. 6), виникатимуть зв’язані векторні циклічні системи, і слід вдаватися до числових підходів. Наприклад, щоб проілюструвати, як чисельні процедури застосовуються до таких систем, розглянемо ще раз рівняння (1.1), яке може бути виражене через його х- і р-компоненти, щоб сформувати нелінійний набір рівнянь, який можна записати як:

Рисунок 6. Гіпотетичні множинні зв’язані векторні петлі, які потрібно розв’язувати чисельно.

Конкуруючі інтереси

Ми заявляємо, що не маємо конкуруючих інтересів.

Фінансування

Ми не отримали фінансування для цього дослідження.

Виноски

Кінцеві примітки

1 Якщо кутова швидкість ланки 4 контролюється моментом (джерелом живлення), то М4 (т) Δθ4 (т) = ΔW(т).

2 Огляди робіт, пов’язаних із нальотом, див. [31–44].

Опубліковано Королівським товариством. Всі права захищені.