Описан способ определения положения центров масс (центров тяжести, ЦТ) звеньев тела человека по Вильгельму Брауне и Отто Фишеру. Приведен пример определения ЦТ звеньев тела спортсмена в статическом положении при выполнении силовых упражнений.
Определение положения центров масс (центров тяжести) звеньев тела человека
Введение
Определение положения центров масс, а в нашем случае центров тяжести (ЦТ) звеньев тела человека необходимо для того, чтобы знать место приложения силы тяжести и рассчитать плечи силы тяжести. Это, в свою очередь, позволяет оценить моменты силы тяжести, действующие относительно центров суставов тела человека.
Другими словами, для определения направленности упражнения (то есть выявления групп мышц, которые работают при выполнении упражнения) необходимо знать, где расположены ЦТ звеньев тела человека.
Существует несколько способов определения положения ЦТ звеньев тела человека. Опишем один из них.
Способ определения ЦТ звеньев тела человека
В конце XIX биомеханики осознали, что для расчета сил, действующих относительно суставов в теле человека, нужно знать массы звеньев и расположение ЦТ звеньев тела человека. В предыдущих записях я рассказала о том, каким способом, зная массу тела человека рассчитать массу звеньев человека. Теперь поговорим о том, как определить положение ЦТ звена.
С этой целью нужно помнить следующее определение ЦТ твердого тела.
Понятие ЦТ твердого тела
Центр тяжести твердого тела – это точка, относительно которой сумма моментов силы тяжести, действующих по часовой стрелке равна сумме моментов силы тяжести, действующих против часовой стрелки.
История разработки способа определения ЦТ звеньев тела человека
На основе этого понятия Вильгельм Брауне и Отто Фишер (W. Braune, O. Fisher, 1889) предложили метод нахождения положения ЦТ звеньев тела человека. С этой целью они расчленяли замороженные трупы на отдельные звенья. После этого ученые уравновешивали звенья тела человека на острие призмы. И таким образом определяли точку равновесия, которая и являлась ЦТ звена. В результате этих экспериментов В. Брауне и О. Фишер нашли коэффициенты, использование которых позволяет определить локализацию ЦТ звеньев тела человека.
В таблице 1 представлено положение ЦТ звеньев тела по В. Брауне и О. Фишеру (1889).
Таблица 1 – Расположение ЦТ звеньев тела человека (W. Braune, O. Fisher, 1889)
| Звено | Измерение длины звена или положение ЦТ звена | Положение ЦТ звена | Относительное расстояние ЦТ звена от проксимального конца звена |
| Голова | ЦТ расположен над верхним краем наружного слухового отверстия | ||
| Туловище | от центра плечевого сустава до центра тазобедренного сустава | 0,44 | |
| Плечо | от центра плечевого сустава до центра локтевого сустава | 0,47 | |
| Предплечье | от центра локтевого сустава до центра лучезапястного сустава | 0,42 | |
| Кисть (с полусогнутыми пальцами | ЦТ расположен в области пястно-фалангового сустава третьего пальца | ||
| Бедро | от центра тазобедренного сустава до центра коленного сустава | 0,44 | |
| Голень | от центра коленного сустава до центра голеностопного сустава | 0,42 | |
| Стопа (пальца | от пяточного бугра до конца большого пальца | 0,44 |
Чтобы понять, как использовать коэффициенты, полученные В. Брауне и О. Фишером для определения положения ЦТ звена, рассмотрим следующий пример.
Пример
Найти положение ЦТ тяжести звеньев тела человека по его фотографии (рисунок 1) на основе коэффициентов, рассчитанных В. Брауне и О. Фишером (1889) и представленных в таблице 1.
Решение
- Вначале нужно сфотографировать статическое положение человека при выполнении упражнения и распечатать эту фотографию. На фотографии отметить центры вращения в суставах (на рисунке 1 они отмечены точками).
- После этого соединить прямой линией центры суставов:
- плечевого и локтевого (для измерения длины плеча);
- локтевого и лучезапястного (для измерения длины предплечья);
- плечевого и тазобедренного (для измерения длины туловища);
- тазобедренного и коленного (для измерения длины бедра);
- коленного и голеностопного (для измерения длины голени);
- пяточного бугра и носка стопы (для измерения длины стопы) (рисунок 2).
- Измерить длину звеньев (например, в мм) и занести полученные значения в столбец 2 таблицы 2.
Например, длина туловища, измеренная по фотографии равна 40 мм, а длина плеча – 20 мм и т.д. (таблица 2). Хочу отметить, что при распечатке фотографии из примера в другом масштабе могут быть другие значения длины звеньев тела человека, но это никак не повлияет на итоговые результаты.
- После этого умножить значения длины звеньев (столбец 2) на коэффициенты К (столбец 3), найденные В. Брауне и О. Фишером.
- Полученные значения отложить на прямой, соединяющей центры суставов, начиная от проксимального сустава (рисунок 3).
Например, при определении ЦТ туловища значение R=17,6 мм нужно отложить от плечевого сустава; при определении ЦТ бедра R=13,2 мм нужно отложить от тазобедренного сустава и т.д. В таблице 2 в столбце 5 указано, какой сустав считать проксимальным при определении значения R.
Таблица 2 – Пример определения ЦТ звеньев тела человека, изображенного на рисунке 1.
| Звено | L, мм | К | R=LK, мм | Проксимальный сустав |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Голова | — | — | ЦТ расположен над верхним краем наружного слухового отверстия | — |
| Туловище | 40 | 0,44 | 17,6 | Плечевой |
| Плечо | 20 | 0,47 | 9,4 | Плечевой |
| Предплечье | 13 | 0,42 | 5,46 | Локтевой |
| Кисть | — | — | — | — |
| Бедро | 30 | 0,44 | 13,2 | Тазобедренный |
| Голень | 30 | 0,42 | 12,6 | коленный |
| Стопа | 25 | 0,44 | 11 | Пяточный бугор |
Обозначения: L – длина звена; k – коэффициент; R – расстояние от проксимального сустава до ЦТ звена
Следует заметить, что положение ЦТ туловища определяется по-разному в зависимости от того, выпрямлено оно или находится в согнутом состоянии.
При прямом положении туловища (рисунок 1), для определения положения его ЦТ нужно соединить прямой линией плечевой и тазобедренный суставы. После этого отложить на прямой линии, соединяющей плечевой и тазобедренный суставы значение R для туловища (таблица 2). Проксимальным считать плечевой сустав.
Если тело человека сильно изогнуто, например, при использовании «моста» при жиме штанги лежа, или при выполнении гимнастического «моста», после нахождения положения ЦТ на прямой, соединяющей плечевой и тазобедренный суставы, необходимо через середину туловища провести дугу, которая будет соответствовать изгибу тела. Из точки на прямой восстановить перпендикуляр, пересекающий дугу. Место пересечения дуги и перпендикуляра считать ЦТ туловища (рисунок 4).
Конечно, в настоящее время существуют более точные методы определения ЦТ звеньев тела человека. Например, тот, который описан в книге «Биомеханика двигательного аппарата человека» (В.М. Зациорский, А.С. Аруин, В.Н. Селуянов, 1980). Однако для практических расчетов вполне подходит и способ расчета В. Брауне и О. Фишера.
Если Вам нужно определить положение ОЦТ (общего центра тяжести) тела человека, воспользуйтесь предлагаемой программой расчета положения ОЦТ.
Литература
- Зациорский В.М., Аруин А.С., Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. – М.: Физкультура и спорт, 1981. – 144 с.
- Котельникова Е.Г. Биомеханика. Методические указания к практическим занятиям. – Л. ГДОИФК, 1974. – 60 с.
- Braune W. Fisher O. In: Abhandlunger der mathermatishchphysischen Class der Konigl Sachsischen Gesellschaft der Wissenschaften . – 1889. – Bd. 26. – S. 561–672.
С уважением, А.В.Самсонова
Похожие записи:
Биомеханика рывка и толчка в тяжелой атлетике
Приведена рецензия на книгу докт. пед. наук, профессора А.А. Шалманова «Биомеханика движения штанги в рывке и толчке у…
Мышечно-сухожильный комплекс
Приведена рецензия на книгу В.Т.Тураева и В.В. Тюпа «Мышечно-сухожильный комплекс: анатомия, биомеханика, спортивная практика» зав. кафедрой биомеханики НГУ…
Сила тяжести
Дано определение силы тяжести. Показано, что сила тяжести является частным случаем силы гравитации. Описаны факторы, определяющие силу тяжести:…
Типы телосложения (соматотип) по Башкирову
Описана краткая биография П.Н. Башкирова и его научные труды. Дается классификация типов телосложения человека: долихоморфного (астенического), мезоморфного…
Типы телосложения (конституции) по Э. Кречмеру
Описана биография Эрнста Кречмера – немецкого психиатра и психолога, разработавшего типологию тела человека. Дано описание типов телосложения…
Типы конституции женщин по И.Б. Галанту
Описана биография известного советского психиатра И.Б.Галанта, предложившего естественную систему конституциональных типов женщин. Дана характеристика предложенных И.Б.Галантом конституциональных…
Human center of gravity is a term that has implications for all things related to posture, including issues such as swayback, the design of posture exercise programs, and much more.
Gravity is a downward pull or force that the earth exerts on your body thereby giving you weight. Your center of gravity (COG) is the point about which a body’s weight is equally balanced in all directions.
Believe it or not, your COG can be located outside your body. How is this possible?
When we define the COG, we do so from the reference of a static, standing position. But the body is continuously in motion, which means we change positions often. With each new position comes a new location for the COG. Remember, the center of gravity is the point around which all the parts balance; this may be inside or outside your body. Even slight changes in position can change where your center of gravity is.
The center of gravity is also called the center of mass. The two terms are interchangeable.
Let’s Get Technical
The COG is the average location in a 3-dimensional space of a person’s mass.
Body mass may be understood as the total amount of physical material that comprises your body. Technically, your body mass is your weight divided by the force of gravity, and it remains constant no matter what planet you are standing on. That is, body mass is not impacted by gravity while your weight increases and decreases depending on the force of gravity. If you are on the moon, where the force of gravity is one-sixth of the earth’s, you will weigh less, but your mass will remain the same.
But in practical reality, gravity acts on all objects, whether bodies or things, that are located on earth. So, as we consider the center of gravity, we must remove this force from one side of the equation in an effort to use the most accurate concept and term, which, of course, is mass.
You might also think of mass as your body’s resistance to movement, aka, its bulk. On the other hand, your weight is the force that your body’s mass exerts when it is—which is all the time for we earthlings—under the influence of gravity.
As alluded to earlier, the center of gravity is the point at which the body’s mass is equally balanced, and this point changes depending on one’s position (arms up/down, leaning, turning a somersault, and so forth).
Watching dancers, gymnasts and tight-rope walkers offer examples of how, with strength and flexibility training, the human body can change the center of gravity in the most intriguing of fashions, and also how a human being can consciously overcome the effects of gravity and inertia on the body.
When standing, the center of gravity is normally located behind your naval and in front of your sacrum bone, at about the second vertebra level. (The sacrum is made up of five vertebra bones fused together vertically.)
To understand the difference between theory and practical application, let’s compare the human body to a baseball for a minute. From a point in the exact center, the mass of the baseball is evenly distributed all the way around, is it not? So, with any movement of the ball, this center point moves right along with it. Easy.
But, when we consider the center of gravity in the human body, things get more complicated. As discussed, because the body has moving parts (arms, legs, head, various areas of the trunk), every time you do, well, anything, the shape of your overall form changes. And if you carry something like a suitcase, grocery bag, or if you wear a backpack, this adds weight to some areas, but not others, changing the center of gravity as it does.
So, we can say that the center of gravity is a continually changing point inside or outside the body that represents where the weight or mass of the rest of your body is equally balanced in every direction. This point can and does change based on what you’re carrying and how you’re carrying it, as well as the position you take and the movements you make.
Chronic Low Back Pain
A 2014 study published in the Journal of Back and Musculoskeletal Rehabilitation found that patients with chronic low back pain tend to have their center of gravity located excessively towards the back.
In the study, patients had decreased low back strength upon extension, plus a decreased amount of normal low back curve. The study authors concluded that those with chronic low back pain whose center of gravity is too far back might have strength and balance challenges to overcome in order to re-establish postural control.
Verywell Health uses only high-quality sources, including peer-reviewed studies, to support the facts within our articles. Read our editorial process to learn more about how we fact-check and keep our content accurate, reliable, and trustworthy.
-
NASA Science. Gravity.
-
Egoyan A., Moistsrapishvili K. Equilibrium and stability of the upright human body. General Science Journal; 2013.
-
National Aeronautics and Space Administration. Center of gravity.
-
National Aeronautics and Space Administration. Mass conversion activity.
-
Fischer O, Braune W. On the centre of gravity of the human body: As related to the equipment of the German infantry soldier. Germany, Springer Berlin Heidelberg, 2012.
-
Le Huec JC, Saddiki R, Franke J, Rigal J, Aunoble S. Equilibrium of the human body and the gravity line: The basics. Eur Spine J. 2011;20(S5):558-563. doi:10.1007/s00586-011-1939-7
-
Kim DH, Park JK, Jeong MK. Influences of posterior-located center of gravity on lumbar extension strength, balance, and lumbar lordosis in chronic low back pain. J Back Musculoskelet Rehabil. 2014;27(2):231-237. doi:10.3233/BMR-130442
By Anne Asher, CPT
Anne Asher, ACE-certified personal trainer, health coach, and orthopedic exercise specialist, is a back and neck pain expert.
Thanks for your feedback!
Когда вы стоите уверенно, спокойно и расслабленно, то тем самым вызываете у слушателей доверие.
Во время выступления за нами наблюдают окружающие, поэтому все наши движения должны быть осмысленными. Чтобы застраховаться от неуместных, механических действий – раскачивания из стороны в сторону, переминания с ноги на ногу, постоянного хождения взад-вперед, словно тигр в клетке, что гипнотизирует публику, – необходимо для начала найти свое комфортное положение тела.
Попросите помощи у друга.
1. Подберите партнера приблизительно вашего роста.
2. Встаньте с ним лицом к лицу.
3. Возьмите друг друга за руки, не перекрещивая при этом пальцы.
4. Постарайтесь одновременно нарушить равновесие друг друга, противостоя давлению оппонента.
5. Обратите внимание, в каком именно месте сосредоточена сила вашего сопротивления. Можете опустить руки: вы только что нашли свой центр тяжести.
Комментарии
С помощью этого нехитрого упражнения вы сможете найти свой центр тяжести, который, как правило, находится чуть ниже пупка. Зная это, вам будет проще определить нужное положение тела (неважно, сидя или стоя). В вертикальной позе ноги, как правило, расставлены на ширине плеч, стопы зафиксированы на полу, а колени немного согнуты. Сидя – ягодицы и поясница закреплены в кресле, стопы на полу.
Где находится центр тяжести у человека?
Каждая из частей человеческого тела обладает собственным центром тяжести. Но вместе эти центры формируют общий центроид. Он у мужчин локализован в нижней части живота, на уровне пупка, а у женщин на 1-2 см выше его.
Из-за высокого центра тяжести человек неустойчив и сохраняет равновесие благодаря мышцам и вестибулярному аппарату. Для его сохранения также необходимы равномерные и ритмичные сокращения мышц, их скорость, а также последовательность. Вертикаль центроида находится посередине площади опоры, состоящей из площадей ступней.
Человек теряет равновесие, когда она выходит из площади опоры.
Видео: Физика 11. Центр тяжести тела — Академия занимательных наук
Видео: Центр тяжести. Эксперимент
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )