Abstract

Boxul și activitățile sportive conexe au devenit un regim de antrenament standard la multe studiouri de fitness din întreaga lume. Adesea, oamenii sunt interesați de caloriile consumate în timpul acestor antrenamente. Această notă se concentrează pe determinarea caloriilor din jabul unui boxer, utilizând relații cinematice vector-buclă și principiile de bază muncă-energie. Sunt realizate simulări numerice pentru a ilustra modelul de bază. Sunt, de asemenea, discutate extensiile multi-membre ale modelului.

1. Introducere: reprezentare cinematică a buclei vectoriale a unui jab

Pasionații de fitness sunt foarte interesați de caloriile consumate în timpul unor regimuri de lucru non-standard care implică arte marțiale, box și sporturi conexe [1-6]. Ca exemplu al modului de determinare a caloriilor cheltuite într-o simplă lovitură de boxer drept (figura 1) din principiile de bază, folosim o analiză combinată cinematică și energetică, bazându-ne pe metodele utilizate în literatura de robotică [7-16].

biomecanică

Figura 1. Motivația pentru modelarea sistemului.

În consecință, considerați idealizarea unui jab ilustrat în figurile 1-3 ca o legătură. Vizualizând boxerul din partea de sus, putem analiza mișcarea componentelor unei legături prin aplicarea unei bucle vectoriale închise care traversează brațul superior, antebrațul și pumnul, generând un mecanism cu manivelă slider capabil să descrie un jab stâng drept. Este alcătuit dintr-o masă bloc (pumn) cu masă m atașate de două tije rigide (brațul superior și antebrațul). Unghiul θ4 = θc este controlat. Bucla vectorului de poziție în jurul legăturii este dată de

Figura 2. Vedere de sus a unui măr în plan.

Figura 3. Diagrama de legătură pentru un jab stâng (orizontal) în plan.

2. Algoritmul soluției

O soluție poate fi determinată în formă închisă prin scris

3. Principiile energetice

Se poate procesa imediat energia cinetică din sistem ca

4. Un exemplu numeric: un antrenament de o oră

De exemplu, luăm în considerare următorii parametri pentru un jab în plan utilizând valorile medii ale intervalului unui mascul de 75-100 kg, de la de Leva [17], Tozeren [18] și Plagenhoef și colab. [19]:

- mișcare unghiulară:

- lungimea legăturii 1 (offset): r1 = 0,05 m,

- lungimea legăturii 2 (locația până la pumn): r2 = 0,25 m (pornire),

- lungimea legăturii 3 (antebraț): r3 = 0,3 m,

- lungimea legăturii 4 (partea superioară a brațului): r4 = 0,25 m,

- masa legăturii 2 (pumn): m2 = 0,65 kg,

- masa legăturii 3 (antebraț): m3 = 1,5 kg,

- masa legăturii 4 (partea superioară a brațului): m4 = 2,5 kg,

- locația țintei (sacul), rX = 0,4 m.

Figura 4. (a - f) Secvența unui pumn la o pungă la intervale egale de șase ori: t = 0, T/ 6, T/ 3, T/ 2, T/ 6, T, Unde T este timpul total. Trecerea pumnului în cutie indică faptul că are loc contactul cu geanta, acumulând disipare. Cutia nu este punga, ci doar indică când are loc disiparea. (Versiune online color.)

Tabelul 1. Caloriile cheltuite pentru diferite valori ale coeficientului de pierdere, C = 0, 1, 10, 10 2, 10 3, 10 4, 10 5, 10 6 .

Figura 5. Lucrul incremental (în jouli), pentru diferite valori ale coeficientului de pierdere, (A) C = 10, (b) 10 2, (c) 10 3 și (d) 10 4. Picul apare atunci când se face contactul cu obiectul, scăderea rezultând la retragerea „pumnului”.

Observație.

O varietate de articole populare indică faptul că aproximativ 500-1000 de calorii sunt arse într-un antrenament de o oră, cu o pungă grea pentru un bărbat de 75-100 kg [1-6]. Aceste date oarecum calitative ar fi interpretate pentru întreaga mișcare a corpului, pe care o vom discuta în continuare.

5. Rezumat și extensii pentru sisteme complexe

Cadrul dezvoltat oferă o analiză a unui simplu jab. Desigur, în box și în alte sporturi de contact, mișcările pot fi mult mai complexe și nu se vor pretinde soluțiilor de formă închisă. În special, dacă s-ar calcula dinamica unui întreg corp (figura 6), vor apărea sisteme de bucle vectoriale cuplate și trebuie să recurgem la abordări numerice. De exemplu, pentru a ilustra modul în care procedurile numerice sunt aplicate unor astfel de sisteme, luați în considerare din nou ecuația (1.1), care poate fi exprimată în termeni de X- și y-componente pentru a forma un set neliniar de ecuații, care pot fi scrise ca:

Figura 6. Bucle vectoriale cuplate multiple hipotetice care trebuie rezolvate numeric.

Interese concurente

Declarăm că nu avem interese concurente.

Finanțarea

Nu am primit fonduri pentru acest studiu.

Note de subsol

Note de final

1 Dacă viteza unghiulară a legăturii 4 este controlată de un moment (sursa de putere), atunci M4 (t) Δθ4 (t) = ΔW(t).

2 Pentru anchete ale lucrărilor legate de placă, a se vedea [31-44].

Publicat de Royal Society. Toate drepturile rezervate.