Esonero Biomeccanica (esame: Biomeccanica e Traumatologia dell'attività motoria)

Meccanica

Ramo della fisica che studia il movimento e l'equilibrio dei corpi (anche quando il corpo è fermo si parla di meccanica) e l'azione delle forze che li determinano.

Quando si è in equilibrio non è detto che non ci siano forze applicate, vuol dire che la somma delle F è uguale a 0.

È divisa in:

• Cinematica: studia il moto prescindendo dalle sue cause (senza preoccuparsi di cosa l’ha causato) (posizione, V, accelerazione).
• Dinamica: studia il moto in relazione alle cause che lo determinano, ovvero studia le forze (forze, momenti delle forze, potenze).
• Statica: studia l’equilibrio (quando la somma delle forze è nulla); è un sottoinsieme della dinamica - per essere in equilibrio un corpo non deve essere per forza fermo, ma si può muovere anche a V costante (cioè non accelera e quindi non ci sono F).

Biomeccanica (bio + meccanica)

Studio delle leggi meccaniche legate al movimento o alla struttura dei sistemi biologici / organismi viventi.

Ambiti di applicazione: clinica (per capire se il protocollo di intervento è efficace o meno - es. analisi del cammino / gait analysis; es. bambini con paralisi cerebrali), ergonomia (monitoraggio “Avatar” lavoratore), entertainment (es. film per espressioni facciali ecc), sport (...).

Biomeccanica in ambito sportivo -> migliorare prestazione e prevenire infortuni.

Obiettivi in ambito sportivo:

• 1. Migliorare la prestazione.
• 2. Prevenire gli infortuni.

F = m . a

L'accelerazione di un corpo a cui viene applicata una F è direttamente proporzionale alla forza e inversamente proporzionale alla massa.

� = Δ� / Δ�

Qual è la corretta inclinazione che deve avere il busto dello sprinter in uscita dai blocchi?

Quali devono essere l’angolo e la velocità di uscita del peso di Fanny Roos affinché la lunghezza del lancio sia uguale a 18.2 m?

�=�������� �/

Qual è il lavoro che compiono le forze muscolari dei due atleti mentre spingono il bob per i 15 m prima di entrarci ed iniziare la discesa?

L = F . s

“Domande” presentazione n°1…

Correre a ginocchio flesso -> + velocità.

Angolo retto

Ci sono due esperienze visive sulle quali si basa la nostra percezione dello spazio, cioè:

• Il fatto che la linea di gravità è verticale.
• Il fatto che l’orizzonte si colloca ortogonalmente rispetto a questa.

L’incrocio di queste due esperienze genera l’angolo retto.

Esistono anche delle alternative, che non si basano sull'angolo retto, ma sono poco raccomandabili (es. torre di Pisa).

Tutto ha un CDM (centro di massa): punto in cui si può considerare racchiusa tutta la massa del corpo.

La condizione per cui un corpo qualsiasi è stabile è che la proiezione del suo CDM verticale deve cadere all’interno della base d’appoggio.

Il CDM coincide, in un corpo omogeneo, col centro geometrico.

La distanza tra la proiezione a terra e l’asse longitudinale crea problemi? Il fatto che non sia perfettamente verticale? Sì; il fatto che la F peso che si applica al CDM non sia perfettamente allineata con l’asse longitudinale crea un movimento, un momento, una forza, che tende a far ruotare la torre.

F peso: (tutti i corpi sulla terra sono soggetti ad essa) è la massa del corpo per l’accelerazione di gravità. È un vettore (freccia sulla F).

Questo ci conduce a guardare al mondo naturale attraverso una mira caratterizzata dall’angolo retto:

• Il modo in cui guardiamo al mondo naturale e la percezione sono basati sull’angolo retto.
• Il mondo che noi costruiamo è fondato sugli angoli retti.
• Tutto questo grazie al fatto che è semplice riprodurre l’angolo retto (es. la squadra del muratore ha almeno 4000 anni).

Perciò quando dobbiamo descrivere un fenomeno fisico, ad es. il movimento di qualcosa o qualcuno (noi parliamo di meccanica, di movimento e delle sue cause), la prima cosa da fare è definire un punto di osservazione/vista, un sistema di riferimento*. A seconda del punto di osservazione la posizione di un corpo, la sua V, la sua a, la sua cinematica.... cambia.

*tradotto: il piano cartesiano. Per piano cartesiano si intende il piano diviso in quattro parti dai due assi incrociati:

• L’asse x, orizzontale e detto delle ascisse;
• L’asse y, verticale e detto delle ordinate.

Ciascuna di queste 4 parti è detta quadrante.

L’origine è l’intersezione degli assi.

I quadranti sono ordinati convenzionalmente in senso antiorario a partire da quello delimitato dai semiassi positivi.

• Fissata un'unità di misura (una scala - altra cosa fondamentale), ogni punto P del piano risulta individuato da una coppia ordinata di numeri reali (x , y), dove x indica l'ascissa ed y l'ordinata del punto P.
• Viceversa, data una coppia di numeri reali x e y, è sempre possibile individuare il punto di coordinate (x , y).
• Ci sono grandezze che possono essere interamente descritte da un numero, queste vengono chiamate scalari o grandezze scalari: massa, temperatura, tempo, distanza…
• Ci sono grandezze che sono descritte da un insieme di numeri, queste vengono chiamate vettori o grandezze vettoriali: spostamento, forza*, posizione...

Sono un insieme di numeri.

*per descriverla bisogna dire, ad es. sono 35 N sulla x e 80 sulla y.

Il verso si calcola in base al segno del numero.

a1 a2 a3 … sono detti elementi del vettore o componenti.

[Le lettere associate ai vettori sono scritte in grassetto o vengono sottolineate o sovrascritte].

Somma algebrica tra vettori

L’opposto di un vettore è: - quel vettore.

es. opposto del vettore a: a = [-2 -5 +3].

Prodotto di un vettore per uno scalare

La freccia si allunga e si accorcia a seconda dello scalare … (???)

Non cambia direzione.

• Le grandezze vettoriali sono caratterizzate da una ampiezza (o modulo - cioè la lunghezza della freccia), una direzione (retta lungo cui giace il vettore) e un verso (dove punta la freccia).
• La rappresentazione grafica di una grandezza vettoriale è una freccia.

Graficamente la somma è così; numericamente bisogna fare la somma delle componenti.

Un vettore può essere scomposto nelle sue componenti.

Le componenti (numeri all’interno delle parentesi quadre) sono diciamo dei sottovettori.

Non necessariamente la scomposizione deve essere ortogonale (che forma un angolo retto), ma anche non ortogonale.

Ortogonale è meglio perché si creano 2 triangoli rettangoli che sono più facili da risolvere:

Partendo da una o più componenti (i lati, gli angoli, un lato e un angolo), mi posso calcolare gli altri…

[V grandezza vettoriale].

es. Per capire come si muove la pallina e dove cadrà (quindi qual è il tempo della sua gittata), bisogna scomporre il moto della pallina in orizzontale e verticale, come se ci fossero 2 movimenti diversi (uno sul piano delle x e uno su quello delle y). Per farlo ci serve sapere qual è la componente orizzontale della pallina, cioè b, e qual è la componente verticale della V della pallina, cioè c.

Se io ho a, e so quanto vale l’angolo alla base usando seno, coseno e tangente, posso ricavarmi b e c. Avendo b e c riesco a descrivere rigorosamente cosa fa la pallina.

Questo vale per: moto balistico, lavoro compiuto da una F, potenza… sapere quali sono le componenti della F in una direzione o in un'altra è fondamentale.

lati che racchiudono angolo di 90° = cateti.

lato opposto a 90° = ipotenusa.

la somma degli angoli interni fa 180°.

Vorremmo poter determinare le caratteristiche del nostro triangolo: lunghezza dei lati e ampiezza degli angoli, ovvero vorremmo risolvere il triangolo rettangolo.

Triangoli rettangoli, seno e coseno… una curiosità

Trigonometria = del greco tríg ō non ‘triangolo’ e metrí a metria ’, letteralmente «misura dei triangoli».

All'origine era la parte matematica dell' astronomia.

Essendo al servizio dell'astronomia e ad essa strettamente intrecciata, la trigonometria è all'inizio essenzialmente una trigonometria sferica.

Il problema principale consisteva nella determinazione della posizione delle stelle e dei pianeti, per il quale venivano utilizzate delle tavole che mettevano in relazione gli archi con le corde e gli angoli rispettivi.

Il teorema di Pitagora

In un triangolo rettangolo il quadrato dell’ipotenusa è uguale alla somma dei quadrati costruiti sui due cateti.

Il più importante teorema della matematica.

La più importante proprietà dello spazio in cui ci muoviamo.

La più semplice proprietà che avremmo mai sperato di avere a nostra disposizione.

Se conosco i 2 cateti mi posso ricavare l’ipotenusa; se conosco un cateto e l’ipotenusa mi posso ricavare l’altro cateto.

Grandezze, funzioni, cui valore cambia a seconda del valore dell’angolo.

Es: c/a = 0.9

Come faccio a sapere quanto vale l’angolo alfa? -1

C’è una funzione sulla calcolatrice che è l’inverso del coseno (coseno o arcocoseno); scrivo 0.9 e schiaccio questa funzione ed esce fuori il valore dell’angolo.

Questi rapporti si chiamano invarianti perché dipendono unicamente dall’angolo.

Seno e coseno

Sono definite su una circonferenza di raggio 1.

Prendendo il raggio e intersecandolo con la circonferenza otteniamo il punto P.

Il seno è l’ordinata del punto P (la coordinata verticale, quella rossa); il coseno è l’ascissa del punto P (la coordinata orizzontale, quella blu).

Se porto il punto P a coincidere con R: il seno vale 1, il coseno vale 0 e alfa è 90°.

…Relazione fondamentale che lega seno e coseno:

sen²α + cos²α = 1 π.

Radiante = unità di misura dell’angolo. Si usa il.

Quando la lunghezza di questo arco è = alla lunghezza del raggio, allora si ha un radiante.

Quanti radianti ci sono in una circonferenza? 6,28 (sarebbe: 2π; 2 volte 3,14).

Un radiante è poco più di 45°(?).

Quanti gradi ci sono in un angolo giro? 360.

Un grado è 1/360(?).

Come passare da radianti a gradi, e viceversa?

Faccio la proporzione basandomi sul perimetro.

Cioè: io so che 2πr è il perimetro della circonferenza; quindi:

2πr (perimetro della circonferenza) sta a 360° (angolo giro), come l’angolo in radianti sta a all’angolo in gradi.

Dividiamo tutto per 2:

Relazioni per calcolare l’angolo in radianti noto l’angolo in gradi e viceversa.

Distanza percorsa: somma dei due cateti: 16 m; lo spazio percorso complessivo.

Spostamento? È l’ipotenusa:

cateto adiacente all’angolo / ipotenusa = 0.51

Faccio cos^-1 (0.51) = 59.3°

La distanza in questo caso coincide con l’ipotenusa del triangolo ed è lo spostamento.

come prima: pitagora e coseno.

[FORSE CONTI SBAGLIATI X ARROTONDAMENTO]

oppure ancora pitagora e trovo traiettoria palla (ipotenusa) e poi seno o coseno(?)...

Cosa è la video analisi

« L'analisi del contenuto video (anche video content analytics VCA) è la capacità di analizzare automaticamente (o semiautomaticamente NdR il video per rilevare e determinare eventi temporali e spaziali »

[https://it.wikipedia.org/wiki/Analisi_del_contenuto_video…

Nello sport

« coaches at any level can use video analysis in sport specifically competition and practice recordings not just the elites Video is a gold mine of information, and using it correctly can dramatically elevate any coach willing to do it right and make a small investment »

[Carl Valle Human Performance Specialist

Perché fare video analisi?

«Here is what video does well for athletes

Allows an athlete and coach to share the same view or perspective together, literally getting them on the same visual page together.

Captures specific measurements that you must modulate to improve performance in an objective and finite way.

Discovers truths in training that you couldn’t extract by any other means with movement, skill, or sporting technique.

Teaches how other performers execute a movement and build a movement strategy that may be effective for the athlete.

Audits the consistency and the development process of training compared to competition »

A quali fini?

• 1. Si riprende il movimento del singolo soggetto e dall’analisi di questo si ricavano dei parametri (traiettorie, angoli, velocità).

ES: angolo al ginocchio di un ciclista sui rulli, angolo inclinazione tronco battitore baseball, lancio pesi, tennis…

È fondamentale la visione dei punti di repere.

• 2. Riguarda più la tattica, il tracking (seguire la posizione) di più atleti (valutare: la posizione reciproca degli atleti, il numero di passaggi in una certa zona del campo…) -> “match/team/performance analysis".

ES. giocatori di calcio hanno un GPS sul petto, sulla pettorina.

Le domande da porsi…

Quale compito motorio voglio analizzare?

Cosa mi interessa analizzare/quantificare/visualizzare di quel compito motorio? Ovvero quali sono i Key Performance Indicators (KPI - parametri del gesto che sono cruciali per la prestazione) nel gesto in esame?

Non tutti i parametri sono quantificabili e non tutti lo sono in maniera sufficientemente accurata.

Le risposte vengono di conseguenza…

A seconda del compito motorio e dei KPI ai quali sono interessato, scelgo

La migliore vista/prospettiva per la camera sagittale, frontale, trasverso… la camera deve essere fermissima.

La distanza e altezza ottimali per la camera (es. per la corsa la camera deve essere perpendicolare alla direzione/piano del movimento principale).

La frequenza di acquisizione adeguata (es. sprint) - (spettro di frequenza; si va a vedere quale frequenza caratterizza quel movimento, es teorema... la freq con la quale devo osservarlo deve essere almeno il doppio; evento dura 1/10 di secondo? allora camera campiona all’interno del decimo due o tre volte).

Necessità o meno di calibrare l’immagine: prima di 50’

N° delle camere

Gli errori da evitare

• Errore di parallasse: quando la camera non è perfettamente davanti (perpendicolare) al soggetto. Più ci si allontana, maggiore diventa l’errore di parallasse sui gradi.
• Camera in movimento: perché così cambia di continuo l’angolo di ripresa e il software non sa se è il soggetto a muoversi o la camera stessa. A meno che la camera non vada esattamente alla stessa V del soggetto.
• Frequenza di acquisizione non adeguata:
• Risoluzione e illuminazione non adeguate:
• Dimenticarsi di calibrare: bisogna definire all’interno dell’immagine qualcosa di grandezza nota; la corrispondenza tra pixels e metri.

Take home message

« Capturing video properly is the Number 1 problem in video analysis If your video perspective or setup is wrong, no matter how smart or experienced you are, analysis will be problematic »

Qualche sito web utile

https://simplifaster.com/articles/video analysis mistakes/

https://simplifaster.com/articles/video analysis sports performance/

https://thevideoanalyst.com/choosing a video analysis system/

Kinovea

https://www.kinovea.org/

KINOVEA è un software per video analisi, gratuito, scaricabile online, open source.

Fornisce una serie di strumenti per visualizzare video a diverse velocità, annotare, confrontare più video/ immagini viste, misurare variabili spazio temporali durate, posizioni, angoli, velocità.

Misura e unità di misura

• La misura è una serie di operazioni per determinare il valore di una grandezza.
• Una unità di misura è una quantità prestabilita di una grandezza fisica definita (es: metro per la lunghezza, metro al secondo per la velocità, secondo per il tempo, watt per la potenza...) e adottata per convenzione o per legge, utilizzata come termine di riferimento per la misura di grandezze della stessa tipologia. È fondamentale, se non definisco l’unità di misura della grandezza in analisi, non sono in grado di fare un confronto tra diverse misure e stabilire quant’è.
• Definita una unità di misura, la misura di una grandezza è il rapporto numerico tra la grandezza e la sua unità di misura.
• Le unità di misura possono avere assegnati dei nomi e dei simboli convenzionali.

Una volta definita un'unità di misura, ogni altro valore della grandezza fisica associata può essere espresso tramite multipli o sottomultipli dell'unità di misura in questione.

Differenza tra misura e stima?

Misurare vuol dire avere uno strumento che misura esattamente quella grandezza (es. velocità), la misura è una grandezza che viene direttamente misurata (es. misuro il tempo col cronometro).

Stima: ???????????

Le unità di misura fondamentali (dalle quali si ricavano tutte le altre) sono codificate rigorosamente.

Sistema internazionale delle unità di misura

• Molti paesi, tra cui l’Italia, si sono messi d’accordo per utilizzare le stesse unità di misura.
• Il Sistema Internazionale delle unità di misura (simbolo SI è stato approvato nel 1960 dalla XI Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure e, in Italia, è stato ufficialmente riconosciuto tramite l’emanazione di una legge il 3 novembre 1982.
• NOTA il Sistema Internazionale, anche se può essere considerato il miglior sistema esistente, è suscettibile di miglioramenti Forse le unità di cui è c