Mjerenja u biomehanici

1. Uvod

Mjerenje predstavlja fundamentalni dio procesa naučnog eksperimenta i osnovni mu je cilj objektivizacija naučnog saznanja. Bez mjerenja je nemoguće zamisliti savremena istraživanja, a njihova primjena sve više zadire i u oblast društvenih nauka. Naučna disciplina koja se bavi teorijom i praksom mjerenja naziva se metodologijom. Osnovna smisao procesa mjerenja je upoređivanje poznate fizičke veličine (mjerna jedinica) sa nepoznatom veličinom, iste prirode (koja se mjeri). Zbog toga su mjerljive samo fizičke veličine. U biomehanici sporta se, prije svega, mjere mehaničke veličine. Na primjer, mjere se dužine (dužina skoka ili staze, visina prepone i sl.), vrijeme (trajanje određenog kretanja, faze pokreta), sile (težina tijela ili tereta, sila trenja), izvršeni rad, snaga kojom mišići djeluju tokom određenog vremena i sl.
Za sport, tjelesni odgoj i neke oblasti medicine i biomedicinskog inžinjerstva najznačajnije su one oblasti biomehanike koje se bave pokretima čovjeka. Zbog toga su u njima predmet direktnog mjerenja mehaničke veličine koje opisuju ili kretanje cijelog tijela, ili pokrete nekih njegovih segmenata.
Do skoro je bilo moguće, na primjer, pri trčanju izmjeriti samo dužinu koraka, srednju brzinu ili vrijeme prelaska zadane staze, a nije bilo moguće kontinualno mjeriti promjene uglova, ugaonih brzina i ubrzanja pojedinih segmenata, brzinu težišta tijela, mišićne sile, silu reakcije podloge i sl. tokom jednog ciklusa kretanja.
Tek tokom posljednjih decenija naglim tehnološkim razvojem stvoreni su uslovi za eksperimentalno istraživanje kretanja složenih mehaničkih i biomehaničkih sistema. Uz to, mjerni instrumenti i metode obrade eksperimentalnih rezultata prilagođeni su i specifičnim zahtjevima biomehanike sporta – mjerenjima vanlabaratorije, u situacionim uslovima (npr. na atletskom stadionu, u bazenu i sl.). Iz tih razloga eksperimentalne metode (a time i korišteni mjerni instrumenti) u biomehanici sada mogu da se podjele na dvije osnovne grupe.
U prvu grupu spadaju metode mjerenja parametara kretanja kod kojih se mehaničke veličine mjere tokom kretanja. To su najčešće složena mjerenja u kojima se koristi moderna mjerna oprema. Kao primjer može da posluži mjerenje sile tokom odraza u skoku u vis koje se vrši tenziometrijskom platformom, ili mjerenje kinematike segmenata ruke tokom bacanja lopte, koje može da se izvrši kinematografskom metodom ili uz pomoć sistema elektrogoniometra. Rezultat ovih mjerenja uvijek predstavljaju krive koje pokazuju kako se neka mehanička veličina, koja opisuje pokret, mijenja tokom vremena ili kako zavisi od neke druge mehaničke veličine.
U drugu grupu spadaju metode mjerenja parametara konačnog rezultata kretanja. Obično su to jednostavna mjerenja kod kojih se koristi jednostavna mjerna oprema. Mjerenje dužine skoka centimetarskom pantiljkom, vrijemeprelaska određene staze izmjereno hronometrom ili serijom fotoćelija, maksimalna sila razvijena u nekom standardizovanom testu i izmjerena dinamometrom, mogli bi da budu primjeri ovakvih mjerenja. Za razliku od prethodne grupe, rezultati ovih mjerenja prikazuju se brojevima.
Druga podjela biomehaničkih mjerenja zasniva se mehaničkim veličinama koje se direktno mjere. To je podjela na (a) mjerenja kinematičkih veličina i (b) mjerenja dinamičkih veličina. Izuzetak čine (c) elektromiografska mjerenja, kod kojih se informacija o stepenu mehaničke aktivnosti mišića dobija mjerenjem njihove električne aktivnosti.
Prema zadacima biomehanike formirala se i određena metodologija istraživanja.
Osnovni zadaci biomehanike su:
• Odrediti sile ako su poznata kretanja,
• Odrediti kretanja ako su poznate sile.

Da bi se mogao riješiti prvi zadatak, neophodno je poznavati kretanje.

2. Mjerenja kinematičkih veličina
U ovoj vrsti biomehaničkih eksperimenata mjere se kinematičke veličine koje opisuju pokrete. Klasična metoda, stara oko 100 godina, je kinematografska metoda (gdje prefiks kine – označava mjerenja kinematike pokreta).
Ona se zasniva na snimanju kretanja kinokamerom, a sada i elektronskom i video kamerom, i analizom jednog po jednog snimka. Ovi snimci mogu da prikazuju uzastopne i vremenski ekvidistantne položaje pri kretanju cijelog tijela, zatim nekog njegovog kinetičkog lanca, ili kretanje pri interakciji tijelo-sprava (npr. ruka-lopta pri ‘smeču’ u odbojci). Ovom metodom se direktno mjere položaji segmenata, a iz njihovih promjena izračunavaju se i druge kinematičke veličine koje opisuju to kretanje (npr. položaji, uglovi, njihove ugaone brzine i ubrzanja, trajanje određenih faza kretanja, bilo kojih tačaka ili duži koji se na tijelu čovjeka mogu uočiti. Naime, taj postupak se primjenjuje na figurativne tačke i ose koje se eksplicitno definišu u okviru biomehaničkih modela tijela. To su težišta dijelova tijela, centri zglobova i uzdužne ose dijelova tijela, najčešće definisane položajima dva susjedna zgloba i sl.
Pri ispitivanju kinematike tijela mjere se položaji, brzine i ubrzanja figurativnih tačaka tijela (centri zglobova, težišta tijela ili cijelog tijela), zatim uglovi, ugaone brzine i ubrzanja koji odgovaraju figurativnim osama (uzdužne ose koje definišu položaje segmenata tijela ili zglobne uglove), trajanje pojedinih faza pokreta (npr. trajanje kontakta noge s podlogom pri trčanju) itd.
U primjeni ove metode postoje dvije, relativno nezavisne faze rada. Prva bi mogla da se nazove eksperimentalnom fazom. Tokom nje se registruju položaji figurativnih tačaka i osa tijela. Druga bi bila faza obrade eksperimentalnih rezultata. Tokom nje se iz dobijenih rezultata izračunavaju realne vrijednosti kinematičkih veličina, koje se zatim prikazuju na neki od uobičajenih načina (grafički, tabelarni itd).