METODOLOGIA ALLENAMENTO MA11 A.A. 2009/20010 Martedì 16 Febbraio 8:30 10 II metodologico

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1 METODOLOGIA ALLENAMENTO MA11 A.A. 2009/20010 Martedì 16 Febbraio 8:30 10 II metodologico

2 contrazione dinamica del bicipite La rotazione di un arto determina una continua variazione della forza esercitata dal muscolo sull inserzione tendinea Dato che il momento (M F = R x Br) dipende dal braccio di leva (Br) e dato che durante il movimento gli angoli articolari cambiano (e con essi il braccio di leva) ne deriva che per contrastare lo stesso carico (R) il bicipite deve erogare una forza diversa ad ogni istante (ad ogni angolo) (M F = R x Br x sin α) In vivo i muscoli (locomotori, collegati a segmenti ossei con un articolazione interposta) non si contraggono mai in condizioni isotoniche anche se la resistenza esterna è costante Sin 90 = 1, sin 30 = 0.5

3 Curva F v all ergometro a braccia in due nuotatrici FABIOLA 300 Esercizio: calcolare la massima forza isometrica e la v max teoriche Force (N) y = -1.50x S1 R 2 = rpm Risposta: FLAVIA 300 S1: 293 N 195 rpm S2: 318 N 193 rpm Force (N) y = -1.65x R 2 = rpm S2 Figure 3A e 3B. Valori di forza in funzione della velocità di rotazione di pedali nei due soggetti.

4 Fabiola Pulga Molina Flavia Neto De Jesus rpm w F rpm w F W Power (W) FABIOLA S1 Tabella 3. Valori di forza massimale e di massima potenza misurati a diverse cadenze durante una serie di bout massimali rpm v S1 F max iso = 293 N Max P = 319 W a 89 rpm S2 F max iso = 318 N Max P = 343 W a 99 rpm Power (W) W FLAVIA Figure 3C e 3D. Valori di potenza in funzione della velocità di rotazione di pedali nei due soggetti. rpm v S2

5 In una curva F v sperimentale non è detto che la potenza max si verifichi ad un terzo (od a metà) della massima forza espressa Fmax e vmax estrapolati non sono reali

6 The influence of muscle physiology and advanced technology on sports performance. Neptune RR, McGowan CP, Fiandt JM Annu Rev Biomed Eng. 2009;11:

7 Esercizio: utilizzando i valori riportati in tabella disegnare il grafico F-v e W-v su di un foglio di carta millimetrata rpm F (N) calcolare la potenza meccanica sapendo che Il braccio di leva (d) è di 210 mm W = F x d x ω ω = Rad/s = rpm x 2π / 60

8 LUNGHEZZA PEDIVELLA 210 mm ERGOMETRO MISURA SRM ERGOMETRO RESISTENZA Exer CALIBRAZIONE S INTERVALLO ACQUISIZIONE 0.1 s VELOCITA' DI ROTAZIONE EFFETTIVA POTENZA MEDIA 5" VELOCITA' ANGOLARE TORQUE FORZA cad W T F rpm W -1 N PROVA 0 PROVA PROVA PROVA PROVA PROVA NOTE : Forza max 293 N Velocità max 194 rpm Potenza max 319 W 89 rpm

9 Curva forza-velocità con i pesi: la v può essere misurata con metodi cinematografici, con un cronometro, con un encoder ottico Spostamento -> velocità -> accelerazione (F = ma) acc x massa = forza forza x velocità = potenza

10 F Posso determinare il carico al quale sviluppo la forza maggiore / la maggiore potenza W Non posso fare questi conti solo dallo spostamento totale e dal tempo totale perchè la forza così calcolata non tiene conto della componente necessaria per accelerare il peso verso l alto. Devo avere un sistema che calcoli lo spostamento (l accelerazione) istante per istante

11 Nello stesso soggetto posso ottenere valori diversissimi se uso test diversi per la determinazione della potenza / capacità anaerobica alattacida 1 azione alternata degli arti (test Wingate e Margaria) o sincrona (test di Bosco) 2 recupero o meno di energia elastica (SJ e CMJ) 3 tempo di esecuzione 4 - distretti corporei interessati 5 - effetti della forza di gravità, degli attriti esterni o dell ergometro utilizzato 6 - efficienza/rendimento del gesto

12 La gran parte di questi test misura o stima, se va bene, lavori o potenze meccaniche, ma la variabile di interesse è la potenza metabolica (anaerobica alattacida) Le due sono in relazione tramite l efficienza / il rendimento: η = pot meccanica / pot metabolica Dato che il rendimento della corsa è diverso da quello del salto o della pedalata e che dipende dalle caratteristiche biomeccaniche del gesto e del mezzo, non posso comparare, neanche nello stesso soggetto, i valori ottenuti in test diversi.

13 L efficienza meccanica η = output meccanico / input metabolico Numero puro η = W / V O 2 W (W) e.g. al cicloergometro V O 2 (l/min) * 21 / 60 = V O 2 (kj/s) = V O 2 (kw) Nel corpo umano il consumo di un litro di ossigeno corrisponde alla liberazione di circa 21 kj (dipende dal tipo di riserva energetica utilizzata: glucidi o lipidi ) V 0 2 (l/min) x 350 = V 0 2 (W) 350 =21/60x1000

14 L efficienza muscolare (netta) è di circa il 25% η = 25% ( ). 350 = /210 = 0.24 ( ). 350 = /630 = 0.24 BMR = 3-5 mlo 2 /min kg Per 70 kg = 0.3 lo 2 /min

15 EFFICIENCY CASCADE OF MUSCULAR ACTIVATION (DURING SHORTENING) METABOLIC INPUT MEASURED WORK HIGH ENERGY SUBSTRATES FORCE GENERATION WORK GENERATION EE? phosphorylation efficiency x 0.6 muscular efficiency x 0.3 contraction efficiency x 0.5 (loco)motion efficiency x transmission efficiency x ?? uncertainty is due to: - elastic energy released - different model for work computation uncertainty is due to: - angle between force and displacement, - cocontractions, - elastic energy storage

16 η = W / V O2 rendimento della marcia: dipende da v con un massimo alla sss rendimento della corsa: dipende da v e aumenta sempre Recupero di energia elastica Determinazione di W dubbia / contestabile

17 Efficienze nel nuoto η = W / V O 2 Determinazione di W dubbia / contestabile η M = Curva forza lunghezza e forza velocità

18 Con un cicloergometro è facile misurare la potenza meccanica e quindi calcolare l efficienza. Non c è recupero di energia elastica La relazione tra V O 2 e carico di lavoro, tra HR e carico di lavoro,tra HR e V O 2 è lineare L efficienza può essere considerata costante e univoca?

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20 Esercizio: Calcolare l efficienza netta e lorda (in %) di un esercizio per il quale si sia misurato un V O 2 di 2 l/min ed un lavoro meccanico di 70 W sapendo che il consumo di ossigeno basale è di 3.5 ml/min kg e che il soggetto pesa 65 kg E un esercizio efficiente? Che tipo di locomozione potrebbe essere? Risposta: efficienza netta: 11.28% efficienza lorda: 10.00% NO Nuoto pinnato

21 La forza statica (ISOMETRICA): condizioni isotoniche La velocità massima (v max) si registra in corrispondenza dell assenza di carico (forza dinamica) La tensione massima (Po) si registra ad una velocità di accorciamento pari a zero (forza statica) La MCV viene misurata fuori : per sapere quanta è la forza esercitata dal gruppo muscolare in questione devo sapere cosa è un momento

22 contrazione dinamica del bicipite La rotazione di un arto determina una continua variazione della forza esercitata dal muscolo sull inserzione tendinea Dato che il momento (M F = R x Br) dipende dal braccio di leva (Br) e dato che durante il movimento gli angoli articolari cambiano (e con essi il braccio di leva) ne deriva che per contrastare lo stesso carico (R) il bicipite deve erogare una forza diversa ad ogni istante (ad ogni angolo) (M F = R x Br x sin α) In vivo i muscoli (locomotori, collegati a segmenti ossei con un articolazione interposta) non si contraggono mai in condizioni isotoniche anche se la resistenza esterna è costante Sin 90 = 1, sin 30 = 0.5 P. S. la curva F/v nel muscolo si ottiene in condizioni ISOTONICHE

23 IL MOMENTO DI UNA FORZA Il momento indica, il modo quantitativo, l entità del movimento rotatorio di un corpo sul quale una forza agisca in un punto diverso dal centro di rotazione d = il braccio di leva è la distanza MINORE (ortogonale) tra punto di applicazione del momento e la linea di azione della forza: F = forza applicata (alla mano!!) In questo caso il punto di rotazione al quale il momento viene applicato è il centro dell articolazione del gomito

24 F il MOMENTO è una grandezza vettoriale O r Br α α M F = F x Br = F x r sen α Br = r sen α è il braccio della forza rispetto al punto O r è il vettore posizione Origine: questo è il punto rispetto al quale si calcola il momento (in genere è il baricentro o il centro di rotazione di un articolazione) Sin 90 = 1 se la forza agisce perpendicolare al vettore posizione il modulo del momento è semplicemente uguale al prodotto dei rispettivi moduli (d = r)

25 Il vettore risultante del momento ha direzione perpendicolare al piano che contiene r e F e verso regolato dalle regole del prodotto vettoriale (regola della mano destra) Il momento può essere cw (la rotazione avviene in senso orario) o ccw (la rotazione avviene in senso antiorario) Le dita della mano destra sono dirette nel senso di rotazione

26 Risoluzione delle forze per il calcolo dei momenti Sin 90 = 1 la componente della forza (Fy) che agisce perpendicolare al vettore posizione genera un momento uguale al prodotto dei rispettivi moduli (d = r) Per la componente orizzontale della forza (Fx) vale questo caso: il momento è zero perché la linea di azione della forza passa per l origine In questo caso applicare forza sulle x è inefficace per generare un momento torcente: la forza efficace per generare il momento è solo Fy (perpendicolare al braccio di leva, r)