DIMENSIONAL ANALYSIS MODEL FOR ANALYTICAL EVALUATION OF PROPULSION FORCE IN SPORTS ACTIVITIES
DOI:
https://doi.org/10.15330/fcult.40.97-104Ключові слова:
рушійна сила, швидкість, вага тіла, дистанція бігу, вікАнотація
Мета. Модель аналізу розмірностей використовується для аналітичного вираження залеж-ності фізичної величини від низки експериментально отриманих фізичних параметрів,. Таким чином, використовуючи метод аналізу добуткурозмірностей, у цій роботі аналітично визначено вираження рушійної сили тіла людини в спортивній діяльності. Методи. Метод аналітичного моделювання з використанням експериментальних спостережень. Результати. Експериментальними спостереженнями як авторів, так і зі спеціальної літератури визначено швидкість руху, відстань, на яку здійсню-ється рух, тривалість руху, вагу тіла та вік індивіда як основні параметри, що впливають на рушійну силу. Метод передбачає вибір незалежних або фундаментальних розмірів, за допомогою яких формуються безрозмірні пропорції як для рушійної сили, так і для інших фізичних параметрів, роз-мірність яких залежить від фундаментальних розмірів. Для випадку, проаналізованого в цій статті, основними величинами були пройдена відстань, тривалість руху та вага тіла людини. Методом добутку розмірностей було отримано аналітичний вираз рушійної сили як добутка фізичних пара-метрів, розмірності яких є основними, і функцією, визначеною за допомогою як залежних фізичних параметрів, так і деяких незалежних, функцією, визначеною експериментально. На основі спеціальної літератури визначено функцію залежності залежних і незалежних фізичних параметрів, що дозволяє чисельне моделювання. Висновок. Метод добутку розмірностей, представлений у цій статті, можна використовувати в сфері спорту, зокрема тренувальному процесі, коли фізичну величину, що зале-жить від низки експериментально спостережуваних фізичних параметрів, потрібно виразити в розрахунковому виразі.
Посилання
2. K. A. Boyer, T. P. Andriacchi. (2009). Changes in running kinematics and kinetics in response to a rocke-red shoe intervention. Clin. Biomech. 24(10): 872-876.
3. V. Tessutti, F. Trombini-Souza, A. P. Ribeiro, A. L. Nunes, I. de C. N. Sacco. (2010). In-shoe plantar pres-sure distribution during running on natural grass and asphalt in recreational runners.J. Sci. Med. Sport. 13(1): 151-155.
4. M. Damavandi, P. C. Dixon, D. J. Pearsall. (2012). Ground reaction force adaptations during cross-slope walking and running. Hum. Mov. Sci. 31(1): 182-189.
5. P. O. Riley, G. Paolini, U. Della Croce, K. W. Paylo, D. C. Kerrigan. (2007) A kinematic and kinetic com-parison of overground and treadmill walking in healthy subjects. Gait Posture. 26(1): 17-24.
6. HaoYuan Hsiao, Brian A. Knarr, J. S. Higginson, S.A. Binder-Macleod. (2015). Mechsnisms to increase propulsive force for individuals poststroke. Journal of NeuroEngineering and rehabilitation, 12(40), doi: 10.1186/s12984-015-0030-8.
7. Michael G. Browne, Jason R. Franz. (2017). Does dynamic stability govern propulsive force generation in human walking?. Royal Society Open Science. https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.171673.
8. S. J. Dixon, A. C. Collop, M. E. Batt. (2000). Surface effects on ground reaction forces and lower extremity kinematics in running. Med. Sci. Sport.Exerc. 32(11): 1919-1926.
9. N. A. A. Abdul Yamin, M. N. Ali Amran, K. S. Basaruddin, A. F. Salleh, W. M. R. Rusli. (2017). Ground reaction force response during running on different surface hardness. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12(7). https://www.researchgate.net/publication/316935106.
10. Wannop, J. W., Worobets, J. T., Stefanyshyn, D. J.(2012). Normalization of ground reaction forces, joint mo-ments, and free moments in human locomotion. J. Appl. Biomech. 28, 665–676. doi: 10.1123/jab.28.6.665.
11. Horsak, B., Slijepcevic, D., Raberger, A. M., Schwab, C., Worisch, M., Zeppelzauer, M. (2020). GaitRec, a large-scale ground reaction force dataset of healthy and impaired gait. Sci. Data 7:143. doi: 10.1038/s41597-020-0481-z.
12. Colyer, S. L., Graham-Smith, P., Salo, A. I.(2019). Associations between ground reaction force waveforms and sprint start performance. Int. J. Sport. Sci. Coach. 14, 658–666. doi: 10.1177/1747954119874887.
13. Mei, Q., Gu, Y., Xiang, L., Baker, J. S., Fernandez, J. (2019). Foot pronation contributes to altered lower extremity loading after long distance running. Front. Physiol. 10:573. doi: 10.3389/fphys.2019.00573.
14. Hendry, D., Leadbetter, R., McKee, K., Hopper, L., Wild, C., O’sullivan, P., et al. (2020). An exploration of machine-learning estimation of ground reaction force from wearable sensor data. Sensors (Switzerland) 20:740. doi: 10.3390/s20030740.
15. Williams, L. R., Standifird, T. W., Creer, A., Fong, H. B., Powell, D. W. (2020). Ground reaction force profiles during inclined running at iso-efficiency speeds. J. Biomech. 113:110107. doi: 10.1016/j.jbiomech.2020.110107.
16. Logan, S., Hunter, I., Hopkins, J. T., Feland, J. B., Parcell, A. C. (2010). Ground reaction force differences between running shoes, racing flats, and distance spikes in runners. J. Sport. Sci. Med. 9, 147–153.
17. Soares, D. P., De Castro, M. P., Mendes, E. A., Machado, L. (2016). Principal component analysis in ground reaction forces and center of pressure gait waveforms of people with transfemoral amputation. Prosthet. Orthot. Int. 40, 729–738. doi: 10.1177/0309364615612634.
18. Deluzio, K. J., Wyss, U. P., Zee, B., Costigan, P. A., Sorbie, C. (1997). Principal component models of knee kinematics and kinetics: normal vs. pathological gait patterns. Hum. Mov. Sci. 16, 201–217. doi: 10.1016/S0167-9457(96)00051-6.
19. Lever, J., Krzywinski, M., and Altman, N. (2017). Points of Significance: Principal component analysis. Nat. Methods 14, 641–642. doi: 10.1038/nmeth.4346.
20. Cushion, E. J., Warmenhoven, J., North, J. S., Cleather, D. J. (2019). Principal component analysis reveals the proximal to distal pattern in vertical jumping is governed by two functional degrees of freedom. Front. Bioeng. Biotechnol. 7:193. doi: 10.3389/fbioe.2019.00193.
21. Lin Yu, Qichang Mei, Liangliang Xiang, Wei Liu, Nur Ikhwan Mohamad, Bíró István, Justin Fernandez, Yaodong Gu. (2021). Principal component analysis of the running ground reaction forces with different speeds. Front. Bioeng. Biotechnol., vol. 9, https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.629809.
22. Ullah, S., Finch, C. F. (2013). Applications of functional data analysis: a systematic review. BMC Med. Res. Methodol. 13:43. doi: 10.1186/1471-2288-13-43.
23. Ain A. Sonin. (2001). The physical basis of dimensional analysis. Department of Mechanical Engineering MIT, Cambridge, MA, https://web.mit.edu/2.25/www/pdf/DA_unified.pdf.
