Способ определения высоты прыжка Советский патент 1992 года по МПК A63B5/00 

Изобретение относится к техническим средствам спортивной тренировки и может быть использовано для подготовки спортсменов: волейболистов,баскетболистов, акробатов, гимнастов и т.д.

Известен способ, основанный на функциональной зависимости высоты прыжка спортсмена от времени безопорной фазы прыжка.

Однако длительность безопорной фазы прыжка не может однозначно характеризовать высоту прыжка, так как зависит от положения ног спортсмена при приземлении, т.е., если при приземлении спортсмен подогнет ноги, он будет находиться в безопорной фазе более длительное время, чем в случае приземления на прямые ноги, и высоты, замеренные по данному способу, различны, хотя фактически они одинаковы.

Известен способ измерения высоты прыжка, основанный на измерении максимальной силы при отталкивании от опоры, замере промежутка времени от момента приложения общей силы при отталкивании от опоры до момента отрыва от опоры и определении высоты прыжка по формуле.

Недостатком известного способа является невозможность определения высоты непрерывно повторяющихся прыжков, так как формула по известному способу рассчитана для измерения единичных прыжков и включает в себя только промежуток времени от момента приложения общей силы при отталкивании от опоры до момента отрыва от опоры. Определение высоты непрерывно повторяющихся прыжков по известной формуле может привести к грубым ошибкам, так как при этом не учитывается промежуток времени от момента прикосновения к площадке при приземлении спортсмена во время прыжка до момента его остановки перед началом следующего прыжка

ел

С

vi со

4 XI 00 СЯ

Целью изобретения является исключение ошибки при измерении высоты непрерывно повторяющихся прыжков.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения высоты непрерыв- но повторяющихся прыжков, основанному на определении массы спортсмена и измерении силы при отталкивании спортсмена от опоры как функции времени, фиксируют высоту предыдущего (п-1)-го прыжка, замеряют об- щий промежуток времени пребывания спортсмена на площадке от момента прикосновения его к площадке при приземлении до момента отрыва от площадки при прыжке и определяют высоту прыжка по формуле

1пп.п Hn 0,5g (-p /Робщ.п d t -Т.ПЛ.П

n

2 Hn-1 N

где g - ускорение свободного падения, м/с2;

Робщ.п - сила приложенная спортсменом при отталкивании от площадки, Н;

Р - масса спортсмена;

т.плп общий промежуток времени пребывания спортсмена на площадке от момента прикосновения его к площадке при приземлении до момента отрыва от пло- щадки при прыжке, с;

Нп-1 - высота предыдущего (п-1)-го прыжка, м.

Отличия предлагаемого технического решения от известного представлены в таб- лице.

Отличия, представленные в таблице, обусловлены выводом математической формулы определения высоты непрерывно повторяющихся прыжков, а также анализом этих непрерывно повторяющихся прыжков.

Частным случаем в серии непрерывно повторяющихся прыжков является единичный прыжок, в котором можно выделить три промежутка времени: промежуток времени отрыва (torp) - от момента полной остановки спортсмена при предыдущем прыжке до момента отрыва спортсмена от площадки со скоростью /нач, направленной вертикально вверх; промежуток времени полета (tnon) (безопорная фаза) - от момента отрыва спортсмена от площадки до момента прикосновения к площадке при приземлении; промежуток времени торможения (т.тфм) - от мрмента прикосновения спортсмена к пло- щадке при приземлении со скоростью Viop-м, направленной вертикально вниз, до момента полной остановки при VT 0.

,При определении единичного прыжка используют только промежуток времени

5 0 5

0

5

о

5

0

5 0 5

toip (от момента приложения мускульного усилия спортсмена до его отрыва от площадки). При проведении серии непрерывно повторяющихся прыжков спортсмен находится на площадке гораздо большее время, которое включает в себя промежуток времени торможения спортсменом при предыдущем прыжке и промежуток времени отрыва спортсмена при следующем прыжке (tn/ih

Тторм(п-1) + torpn).

На практике осуществить разделение этих двух промежутков времени (Гторм(гн) и torpn) сложно из-за скоротечности прыжка и невозможности точно зафиксировать момент перехода окончательного торможения спортсмена при приземлении (VTopM 0) к последующему приложению нового мускульного усилия для очередного прыжка.

Попытка разделить их может привести к грубым ошибкам при вычислении высоты прыжка.

Взамен разделения промежутка времени отрыва последующего прыжка (toipn) от промежутка времени торможения предыдущего прыжка (Гторм(гН)), что ведет к непредсказуемой, неуловимой ошибке, сознательно проводится интегрирование в первом слагаемом правой части формулы по всему промежутку времени пребывания спортсмена на площадке (tn/ij, а не по промежутку torpn n-ro прыжка, на протяжении которого приобретается начальная скорость /Нач благодаря приложению мускульного усилия спортсменом. Возникающие при интегрировании по tnflr, завышение высоты п-го прыжка (Нп) компенсируется вычитанием в правой части формулы эквивалентного завышению третьего слагаемого. Таким образом, отличительные признаки предлагаемого способа позволяют обойти проблему разделения промежутка времени заменить ее решение простым запоминанием высоты предыдущего прыжка.

На фиг. 1 представлена серия непрерывно повторяющихся прыжков и показана зависимость распределения силы, прикладываемой спортсменом при прыжках от времени; на фиг. 2 - блок-схема устройства для измерения высоты непрерывно повторяющихся прыжков.

На фиг, 1 выделены три промежутка времени, на которые можно разделить каждый единичный прыжок в серии непрерывно повторяющихся прыжков: это промежуток времени отрыва (т,отр),промежуток времени полета (т,пол) и промежуток времени торможения (т,торм), причем т.А - момент начала приложения общего усилия спортсменом при прыжке; т.В - момент отрыва спортсмена от площадки; т.С - момент прикосновения спортсмена к площадке. т.Д - момент полной остановки спортсмена при торможении.

Предлагаемый способ для измерения высоты непрерывно повторяющихся прыж- ков может быть реализован устройством для измерения высоты непрерывно повторяющихся прыжков, состоящим из площадки с тензодатчиком 1, фильтрующей емкости С, аналого-цифрового преобразо- вателя (АЦП) 2, генератор 3 тактовых -импульсов, цифровых частотомеров 4 и 7, цифрового вольтметра 5, усилителя-ограничителя 6, микропроцессора 8, цифрового от- счетного устройства 9 и цифропечатающего устройства 10 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

К опорной площадке, от которой отталкивается и к которой приземляется спорт- смен при выполнении непрерывно повторяющихся прыжков, укрепляется тен- зодатчик 1. До начала выполнения прыжков спортсмен становится на опорную площадку. При этом на выходе тензодатчика 1 возникает постоянное напряжение, пропорциональное массе спортсмена (Р). Этот сигнал поступает на вход АЦП 2, который преобразовывает постоянное напряжение в цифровой код, а затем передает его в вычислительное устройство микропроцессора 8.

При выполнении прыжков с выхода тензодатчика 1 снимается сигнал, состоящий из постоянной составляющей напряжения, пропорциональной массе спортсмена, и импульсной составляющей, характеризующей силу отталкивания спортсмена от опорной площадки (Робщ). Робщ представляет собой массив (Fj) размерностью, равной числу так- тов М в пределах времени пребывания спортсмена на площадке. Импульсная составляющая напряжения поступает на вход цифрового вольтметра 5. При этом постоянная составляющая на него не поступает, так как отфильтровывается емкостью С. Запуск цифрового вольтметра 5 производится импульсами генератора 3 тактовых импульсов. На входе цифрового вольтметра 5 получают выборку значений силы Робщ через интерва- лы времени At в цифровом коде (Pi, Fa, ...,

F1).

Импульсная составляющая сигнала стен- зодатчика 1 поступает также на усилитель-ограничитель 6, на входе которого формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности промежутка времени пребывания спортсмена на площадке-от момента прикосновения спортсмена к площадке при приземлении до момента отрыва

его от площадки при последующем прыжке (tnnn). Длительность этого импульса измеряют цифровым частотомером 7, в результате чего получают закодированную величину

tnnn.

Цифровые коды величин Робщ и tn hпоступают в вычислительное устройство микропроцессора 8, программа которого настроена на решение уравнения

1ПЛ.Г

0)

1 Hn 0,5g (-p J Робщ. d t - tn.t.n / 2Нп-1 2.°

-V-g-

Алгоритм решения уравнения следующий.

Вычисление интеграла

tnn п

Si / Fo6uidt

о

Вычисление выражения (1). Интеграл вычисляется по формуле прямоугольников

Si

i 1

F0(i) DELTAT,

где DELTAT - элементарный промежуток времени, на которые разбивается время пребывания спортсмена на площадке в п-м прыжке;

F0(i)-текущее общее вертикальное усилие, приложенное спортсменом к площадке на i-м элементарном промежутке DELTAT;

TN - время пребывания спортсмена на площадке;

М - число элементарных промежутков, вмещающихся в TN.

В свою очередь TN M DELTAT,

Описанный алгоритм можно реализовать, например, на языке FORTRAN в виде функции HN.

Программа решения уравнения;

1.FVNCTION HN(M, FO, Р, DELTAT)

2. DIMENSION FO(M)

3.

4.TN 0

5.D01 I 1, М

6.S1 S1 + F0(1) DELTAT

7. +DELTAT

8.1 CONTINVE

9.HN 5 9,81 (S1 /P - TN 10.(,81))# 2

11.RETVRN

12.END

Пример 1. При выполнении спортсменом первого прыжка (п-1) с выхода тензодатчика 1 снимают сигнал, состоящий из постоянной составляющей напряжения, пропорциональной массе спортсмена Р 75 кгс, и импульсной составляющей, характеризующей силу отталкивания спортсмена от

опорной площадки и представляющей собой массив FI размерностью, равной числу тактов М 5 в пределах времени пребывания спортсмена на площадке.

Постоянное напряжение, пропорцио- нальное массе спортсмена, через АЦП 2 подается на вычислительное устройство микропроцессора 8 в виде цифрового кода.

Импульсная составляющая напряжения поступает на вход цифрового вольтметра 5, запуск которого производится импульсами генератора 3 тактовых импульсов. В результате на входе цифрового вольтметра 5 получают выборку значений силы Р0бщ (F0(1) 77 кгс; F0(2) 93 кгс; F0(3) 108 кгс; F0(4) 122 кгс; F0(5) 185 кгс через интервалы времени At (DELTAT с). Период следования импульсов генератора 3 тактовых импульсов измеряют цифровым частотомером 4.

Импульсная составляющая сигнала с тензодатчика 1 поступает также на усилитель-ограничитель 6, на входе которого формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности промежутка времени пребывания спортсмена на площадке. Длительность этого импульса измеряют цифровым частотомером 7 и получают закодированную величину Тпл (TN 0,5 с).

Цифровые коды величин Р0бщ и t™ поступают на вычислительное устройство мик- ропроцессора 8, программа которого настроена на решение уравнения (1). Значение величины ускорения свободного паде- ния g 9,81 м/с2 заложено в память микропроцессора 8.

5

Тогда F°0) DELTAT 58,7.

Высота прыжка

Но,2

HN 0,5g (S1 /Р - TN --J2 0,39 м. При п 1 и Н0 0 Hi 0,39 м.

Пример 2. При выполнении спортсменом второго прыжка (п 2) с выхода тензодатчика 1 снимают сигнал, состоящий из постоянной составляющей напряжения, пропорциональной массе спортсмена Р 75 кгс, и импульсной составляющей, характеризующей силу отталкивания спортсмена от опорной площадки и представляющий собой массив FI размерностью, равной числу тактов М 12 в пределах времени пребыва- ния спортсмена на площадке (F0(1)) 78 кгс; F0(2) 85 кгс; F0(3) 93 кгс; F0(4) 105 кгс; F0(5) 121 кгс; F0(6) 92 кгс; F0(7) 83 кгс; F0(8) - 97 кгс; F0(9) 103 кгс; F0(10) 124 кгс; F0(11) 171 кгс; F0(12) 205 кгс).

0 5 0

5 0

5

0

5

Q с

At(DELTAT).

Импульсная составляющая сигнала с тензодатчика 1 поступает также на усилитель-ограничитель 6, на входе которого формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности промежутка времени пребывания спортсмена на площадке. Длительность этого импульса измеряют цифровым частотомером 7 и получают закодированную величину t™ (TN 1,2 с).

Цифровые коды величин Н, Р0бщ и Тпл поступают на вычислительное устройство микропроцессора 8, программа ускорения свободного падения g 9,81 м/с2 заложено в память микропроцессора 8.

Тогда S1 135,7.

Высота прыжка ,,

HN 0,5g(S1/P-TN-nJ2H(2-1))2 0,53M.

Н2 0,53 ММ.

В результате решений уравнений по примерам 1 и 2 на выходе микропроцессора получают цифровой код, пропорциональный высоте прыжка Нп, который поступает в блок памяти микропроцессора и фиксируется в нем, а также на цифровое отсчетное устройство 9 и цифропечатающее устройство 10.

Предлагаемый способ по сравнению с известными исключает ошибку при измерении высоты непрерывно повторяющихся прыжков благодаря более подробному изучению и анализу механизма непрерывно повторяющихся прыжков; повышает точность измерения высоты непрерывно повторяющихся прыжков, дает возможность впервые измерять высоту непрерывно повторяющихся прыжков, повышает качество контроля функциональных возможностей спортсменов, дает возможность достаточно объективно оценить физическую нагрузку в тренировочных занятиях, оптимизировать педагогические параметры и их соотношения в тренировочном цикле.

Формула изобретения

Способ определения высоты прыжка из серии непрерывно повторяющихся прыжков, включающий определение веса спортсмена, измерение силы отталкивания от опоры прыжка как функцию времени,о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения точности определения высоты прыжка, измеряют силу отталкивания от опоры при совершении n-го прыжка, вычисляют высоту (п-1) прыжка, измеряют минимальный промежуток времени между максимумами (п-1)- го и n-го прыжков и вычисляют высоту прыжков Нп по формуле

МИИI

нп 0. J Fn.,dt-tMl,H-J

rfcHn-lf a

где Fn-i - сила при отталкивании спортсме- 5а - ускорение свободного падения

ном при совершении (п-1)-го прыжка, Н; Р - вес спортсмена, кг;

Хмин - минимальный промежуток времени между максимумами n-го и (п-1)-го прыжков, с;

Нп-1 - высота (п-1) прыжка,м;

Использование: спортивные соревнования. Сущность изобретения: определяют массу спортсмена, измеряют силу при отталкивании спортсмена от опоры как функцию времени. Фиксируют высоту предыдущего (п-1)-го прыжка, замеряют минимальный промежуток времени ме-жду максимумами п-1 и n-го прыжков и определяют высоту прыжка по формуле 1 ТминI О Н„ - 1 о ,5g(l /Fndt-tMHH-J 1)2, оV У где Fn - сила при отталкивании спортсмена при совершении n-го прыжка, Н; Р - масса спортсмена, кг; Хмин - минимальный промежуток времени между максимумами сил отталкивания п-1 и n-го прыжков, с; Hn-i - высота предыдущего (п-1)-го прыжка, м g - ускорение свободного падения м/с . 1 табл., 2 ил.

Основные признаки известного способа

Определяют массу спортсмена

Измеряют максимальную силу спортсмена

при отталкивании от опоры

Замеряют промежуток времени от момента приложения общей силы при отталкивании спортсмена от опоры (площадки) до момента отрыва от опоры Определяют высоту прыжка по формуле

L о

2рс

ОТРЛ1

. л

о

orpj

t,

/ДО7.

Л

&

/7(7/7

--Ч. у ircbn

4 -::I-J

( a /jftAwag п- 4 .

йИЛ-J,

Основные признаки предлагаемого техниче- ского решения

Определяют массу спортсмена Измеряют силу при отталкивании спортсмена от опоры, как функцию времени (более точная формулировка)

Фиксируют высоту предыдущего (п-1)- го прыжка

Замеряют общий промежуток пребывания спортсмена на площадке от момента прикосновения его к площадки при приземлении до момента отрыва от площадки при прыжке Определяют высоту прыжка по формуле

мпгтгп-

Wftl -

« г л

пп

oKKKr-rr- cv .Ј5аи

&

/7(7/7

--Ч. у ircbn

4 -::I-J

U/

A OA w.. измерения веса, v спортсмен

4 3 I

«#-//

I/O I