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FONDAMENTI DI BIOMECCANICA DEL MOVIMENTO UMANO
Che cos'`e la velocità angolare in un moto circolare? La velocità angolare (ω) è la variazione dell'angolo nel tempo, misurata in radianti al secondo (rad/s). Si relaziona con la velocità lineare (v) e il raggio (r) con la formula v=ωr. Esporre i parametri fondamentali del moto circolare uniforme definendo le grandezze periodo frequenza e pulsazione. Che differenza c'è nello stimare l'elevazione del centro di massa durante salto verticale usando la pedana di forza, il tappeto di Bosco e l'Optojump? Pedana di forza: Stima l'elevazione del CM calcolando il lavoro compiuto contro la forza di gravità. Tappeto di Bosco e Optojump: Entrambi stimano l'elevazione del CM misurando il tempo di volo. L'Optojump utilizza barriere fotoelettriche, mentre il tappeto di Bosco utilizza un contatto elettrico. Che differenza c'è tra attrito dinamico e attrito viscoso? L'attrito dinamico ha un modulo costante ed è proporzionale alla forza normale, mentre l'attrito viscoso si riferisce alla resistenza al movimento di un fluido quando le molecole del fluido scivolano l'una sull'altra. Questo tipo di attrito è causato dalla viscosità del fluido, che è la sua resistenza interna al flusso e non è presente negli urti. Che ripercussioni hanno footstrike di tallone e piene pronato nella fase di appoggio dal punto di vista dell'efficienza meccanica del gesto di corsa di fondo? Footstrike di tallone: L'impatto con il tallone genera un picco ad alta frequenza nella curva di forza, che ha un effetto frenante sul corpo e trasferisce le forze di impatto verso l'alto con minore attenuazione, aumentando il rischio di infortuni. Piede pronato: L'appoggio con piede pronato riduce l'efficienza propulsiva del gesto, costringendo il corpo a dissipare energia invece di utilizzarla per avanzare. Come fa lo skater durante l'esecuzione di un half pipe a raggiungere una quota in uscita maggiore di quella di partenza pur senza mai applicare forze al terreno con i piedi? Il principio è la conservazione dell'energia meccanica. L'energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica e viceversa. Per raggiungere una quota maggiore, lo skater deve applicare forze al terreno per aumentare l'energia totale del sistema. Cosa è la gittata in un proiettile? Come si calcola? La gittata è la distanza orizzontale percorsa da un proiettile. Si calcola R = (v₀² * sin(2α)) / g.
Cosa è l'accelerazione centripeta? L'accelerazione centripeta è un'accelerazione con direzione rivolta verso il centro della circonferenza. Essa fa variare la direzione del vettore velocità tangenziale senza modificarne il modulo. Cosa sono gli artefatti di movimento durante salto verticale con sensore inerziale posto a livello lombare e che maniera è possibile contenerli? Gli artefatti di movimento sono segnali indesiderati o errori nelle misurazioni di un sensore inerziale causati dal movimento del sensore stesso rispetto al segmento corporeo al quale è fissato. Nel caso di un sensore posto a livello lombare durante un salto verticale, questi artefatti possono derivare da movimenti di scivolamento o vibrazione del sensore. Per contenerli, è necessario curare: Posizionamento del sensore: Fissarlo saldamente e in un punto stabile, vicino al centro di massa del corpo. Tipologia di fissaggio: Utilizzare un metodo di fissaggio che minimizzi il movimento relativo tra sensore e corpo (ad esempio, una cintura elastica aderente). Dimensioni e peso del sensore: Utilizzare sensori il più possibile piccoli e leggeri per non alterare il movimento naturale. Cos'è un sensore inerziale e quanti tipi di sensori appartengono a questa categoria? Un sensore inerziale è un dispositivo in grado di misurare le grandezze fisiche legate all'inerzia di un oggetto, ovvero la sua resistenza al cambiamento di moto. Questa categoria di sensori comprende almeno due tipi principali: Accelerometro: Misura l'accelerazione lineare di un oggetto. Giroscopio: Misura la velocità angolare di un oggetto in rotazione.
Cos'è una camme e in come si comporta nel sollevamento di un carico? Una camme è un profilo curvilineo integrato nelle macchine da muscolazione che modifica la resistenza in base alla posizione del movimento. La sua forma è progettata per adattare la resistenza alla forza muscolare umana, rendendola maggiore nei punti in cui il muscolo è più forte e minore in quelli in cui è più debole. La camme agisce variando i bracci di leva, in modo da mantenere una resistenza ottimale lungo l'intera gamma di movimento. Dare la definizione di lavoro di una forza. Il lavoro compiuto da una forza costante è il prodotto scalare della forza per lo spostamento (L= F ⋅ d). È una grandezza scalare e si misura in Joule (J). Definire il momento angolare. Il momento angolare è una grandezza vettoriale che descrive la quantità di rotazione di un corpo. Descrivere la leva di primo genere e fare un esempio di applicazione. In una leva di primo genere, il fulcro si trova tra la forza motrice (o potenza) e la forza resistente. Un esempio sono le forbici. Descrivere la leva di terzo genere e fare un esempio di applicazione. In una leva di terzo genere, la forza motrice si trova tra il fulcro e la forza resistente. Un esempio è il braccio umano. Di quali informazioni ho bisogno per predire la traiettoria del centro di massa durante fase di volo di un salto in lungo e di quali leggi del moto dovrei servirmi? Per predire la traiettoria del CM nel salto in lungo sono necessarie la velocità iniziale e l'angolo di lancio. Le leggi del moto da utilizzare sono quelle del moto del proiettile. Di quali strumenti di misura si necessita per stimare l'azione dei gruppi muscolari che muovono le articolazioni degli arti inferiori durante il ciclo del passo? Per stimare l'azione dei gruppi muscolari sono necessari: Piattaforme dinamometriche: per misurare le forze di reazione vincolare scambiate con il suolo. Stereofotogrammetria (o video analisi): per misurare il movimento dei segmenti corporei (cinematica articolare).in che maniera una puleggia mobile apporta un vantaggio nel sollevamento di un carico? Discutere il moto del pendolo. Da quali grandezze dipende il suo periodo di oscillazione? l moto del pendolo è un'oscillazione. Il suo periodo di oscillazione dipende dalla lunghezza del filo e dall'accelerazione di gravità, ma è indipendente dalla massa e dall'ampiezza delle oscillazioni (per angoli piccoli). Discutere il moto di rotolamento. Il rotolamento è un moto combinato di traslazione e rotazione. Ad esempio una ruota che rotola senza strisciare su un piano orizzontale. Discutere il moto di un proiettile lanciato orizzontalmente. È un tipo di moto parabolico. La velocità verticale iniziale è nulla, mentre la velocità orizzontale rimane costante. Il moto è una combinazione di moto rettilineo uniforme sull'asse orizzontale e caduta libera su quello verticale. Discutere il moto rettilineo uniforme. Il moto rettilineo uniforme è il movimento di un punto che si sposta lungo una retta con velocità costante. L'accelerazione è nulla. Elenca e fai un esempio dei vari approcci di analisi del movimento umano. Stereofotogrammetria: Misura la posizione di punti nello spazio utilizzando un sistema di telecamere. Dinamometria: Misura le forze di reazione vincolare a terra con l'uso di piattaforme di forza. Sensori inerziali: Misurano rotazioni e accelerazioni dei segmenti corporei (come nell'esempio del braccio/spalla). Elencare i passaggi da svolgere per determinare il centro di massa di un soggetto da una foto. Per stimare il centro di massa di un soggetto da una foto tramite un metodo fotogrammetrico, è necessario seguire questi passaggi: Individuare un sistema di riferimento: Posizionare il soggetto all'interno di un sistema di riferimento cartesiano. Suddividere il corpo in segmenti: Considerare il corpo umano come un sistema di corpi, suddividendolo in segmenti (ad es., tronco, braccia, gambe, ecc.). Determinare la massa e il centro di massa di ciascun segmento: Utilizzare tabelle antropometriche per stimare la massa e le coordinate del centro di massa di ogni segmento corporeo. Calcolare il centro di massa totale: Applicare la formula della media pesata delle coordinate dei centri di massa dei singoli segmenti per calcolare la posizione del centro di massa dell'intero corpo.
In che modo è possibile stimare l'angolo di flessione del ginocchio in un determinato istante di tempo a partire dalle posizioni cartesiane dei centri articolari di anca, ginocchio e caviglia? È possibile stimare l'angolo di flessione del ginocchio utilizzando la goniometria applicata a un modello bidimensionale dell'arto inferiore. L'anca, il ginocchio e la caviglia vengono considerati come centri articolari. Il segmento del femore è rappresentato dal segmento che congiunge il centro articolare dell'anca con quello del ginocchio, mentre il segmento della tibia è quello che unisce il centro articolare del ginocchio a quello della caviglia. L'angolo del ginocchio è l'angolo compreso tra questi due segmenti. In che modo è possibile stimare l'attivazione dei gruppi muscolari che agiscono su una determinata articolazione durante il ciclo di un passo senza ricorrere all'elettromiografia ma servendosi solo di misure meccaniche? Le forze muscolari possono essere stimate attraverso un'analisi dinamica, misurando le altre forze che agiscono sul sistema muscolo-scheletrico. Le forze di reazione vincolare e la forza di gravità possono essere misurate, e conoscendo il movimento dei segmenti corporei, è possibile calcolare le forze muscolari, che rappresentano l'incognita. In che modo i GPS possono essere utili ad un allenatore nell'analisi della staffetta? I GPS possono essere utili a un allenatore nell'analisi di una staffetta per: Monitorare la velocità e l'accelerazione di ciascun atleta durante la propria frazione. Analizzare la distanza percorsa da ciascun membro del team. Valutare i tempi di passaggio del testimone tra i corridori. Identificare aree di calo di prestazione o inefficienza. In che modo l'analisi del gesto atletico della corsa è in grado di valutare il rischio infortuni? L'analisi del gesto atletico della corsa valuta il rischio di infortuni identificando e quantificando le alterazioni biomeccaniche che creano sovraccarichi su articolazioni e tessuti. Ad esempio, un piede pronato, un ginocchio valgo, o un pelvic drop durante l'appoggio sono fattori di rischio documentati che possono portare a patologie come la sindrome da dolore anteriore di ginocchio, pubalgia o lombalgia. Analizzando la tecnica, si possono individuare questi problemi e intervenire con esercizi correttivi per ridurre lo stress sul sistema muscolo-scheletrico. In cosa consiste la duplice convenienza di usare una macchina isocinetica per eseguire la leg-extension ad un ginocchio con legamento crociato anteriore ricostruito? L'uso di una macchina isocinetica per la leg- extension su un ginocchio con legamento crociato anteriore ricostruito offre una duplice convenienza: Velocità angolare costante: La macchina mantiene una velocità di movimento costante. Questo previene le contrazioni eccessive del quadricipite negli ultimi gradi di estensione del ginocchio, dove il braccio di leva è svantaggioso e la tensione del muscolo potrebbe stressare il legamento. Prevenzione della traslazione anteriore: La macchina riduce il rischio che la tensione del quadricipite trasli la tibia in avanti, un movimento che sollecita il legamento crociato anteriore, mettendolo a rischio di un ulteriore infortunio.
In cosa consiste l'analisi tecnica e metabolica di un gesto atletico? Analisi tecnica: Si concentra sull'osservazione e sulla valutazione della meccanica del movimento. Ha l'obiettivo di individuare alterazioni o inefficienze che possono compromettere la prestazione o aumentare il rischio di infortuni. Analisi metabolica: Riguarda l'analisi dei processi energetici che supportano il movimento, come l'efficienza del consumo di ossigeno e la produzione di acido lattico. Si focalizza sulle vie metaboliche che alimentano il gesto atletico. In quali circostanze e in che maniera abbiamo usato la legge di Hooke nei contenuti di Biomeccanica? La legge di Hooke governa la forza di richiamo di un elastico o di una molla, la quale è un esempio di campo di forza conservativo. Introdurre l'elemento fondamentale che provoca il dispendio energetico in un nuotatore. Il dispendio energetico nel nuoto è legato al lavoro svolto contro l'attrito viscoso dell'acqua.
L'attrito dinamico e le sue proprietà essenziali. L'attrito dinamico è una forza che si oppone al movimento di un oggetto in contatto con una superficie. Nel running, quale tipo di fattore di rischio è in grado di rilevare l'analisi del movimento umano? L'analisi del movimento nel running può rilevare fattori di rischio legati a una dinamica alterata del movimento, come un atteggiamento in valgo del ginocchio. Identificando queste anomalie, è possibile intervenire e valutare oggettivamente il miglioramento dopo l'intervento. Nella costruzione del della curva forza-velocità, quali sono i rischi nell'utilizzare il valore di picco piuttosto che quello medio delle variabili cinematiche legate al sollevamento del carico? L'utilizzo dei valori di picco (massimo) delle variabili cinematiche, anziché dei valori medi, nella costruzione della curva forza- velocità è rischioso perché: Il valore di picco è meno rappresentativo dell'intero gesto atletico. Il picco può essere influenzato da fattori esterni o da artefatti che non riflettono l'andamento reale dell'esercizio. L'uso del picco può portare a una sovrastima o sottostima delle variabili, compromettendo la validità dei risultati. Perché dalla misura del tempo di volo si può stimare l’elevazione del centro di massa durante salto verticale e quali sono i limiti associati alla stima. Durante la fase di volo di un salto verticale, l'unica forza che agisce sul corpo (se si ignora la resistenza dell'aria) è la forza di gravità. Per questo motivo, l'accelerazione del centro di massa è costante e uniforme, pari all'accelerazione di gravità (g ≈ 9.81 m/s²). Questa traiettoria parabolica può essere descritta da un'equazione del moto. Misurando il tempo totale di volo (Tv), è possibile stimare l'elevazione (p) del centro di massa. Il limite principale di questa stima è l'assunzione che la quota del centro di massa sia la stessa all'istante di stacco e all'istante di atterraggio. Se il soggetto atterra con le gambe flesse, il tempo di volo aumenta, e il modello sovrastima l'elevazione del salto. Per questo motivo, il protocollo di Bosco richiede all'atleta di atterrare con le gambe tese.
Perché durante un salto verticale non posso utilizzare la posizione della testa o del tronco per valutare l'elevazione del salto? Durante la fase di volo, l'unico punto del corpo la cui traiettoria non può essere modificata da movimenti interni è il centro di massa. Anche se il corpo è in aria, il soggetto può muovere gli arti, il che altera la posizione relativa della testa o del tronco, ma non la traiettoria parabolica del centro di massa. Pertanto, la posizione della testa o del tronco non sarebbe un'indicazione affidabile della performance di salto complessiva. Perché negli urti viene coinvolta la definizione di sistema isolato? Un urto è un'interazione che avviene in un intervallo di tempo così piccolo che le forze esterne sono trascurabili rispetto alle forze interne. La definizione di sistema isolato è coinvolta perché in un tale sistema, la quantità di moto totale si conserva.
Perché nell'analisi di un salto verticale è necessario integrare l'accelerometro con un giroscopio? Nell'analisi di un salto verticale, è necessario integrare un giroscopio con l'accelerometro perché l'accelerometro da solo può misurare l'accelerazione solo lungo i suoi assi. Se il sensore posto sul bilanciere ruota, l'accelerometro non è sufficiente per misurare la forza. Il giroscopio, misurando la velocità angolare, permette di compensare i movimenti rotazionali del corpo o del bilanciere, ottenendo una misurazione più accurata dell'accelerazione verticale. Perché occorre definire quelle forze che prendono il nome di reazioni vincolari? Le reazioni vincolari sono forze che un vincolo esercita per limitare il moto di un altro corpo. Occorre definirle per studiare situazioni di equilibrio statico o dinamiche.
Quali sono e in cosa consistono i livelli di osservazione della forza muscolare? Livello neuromotorio (causa): Questo livello si riferisce alla causa della forza, cioè l'attivazione muscolare che si manifesta attraverso la contrazione volontaria. La misura di questo livello è il livello di contrazione volontaria massimale (MVC). Livello meccanico (effetti): Questo livello riguarda gli effetti della forza, ovvero la tensione che il muscolo genera. La sua misurazione avviene in Newton (N). Modalità di espressione (gesto motorio): Questo livello osserva la risultante della forza e si manifesta nel gesto motorio, come l'accelerazione impressa a un carico. Quali sono gli obiettivi della biomeccanica dello sport? Gli obiettivi della biomeccanica dello sport includono l'ottimizzazione del gesto sportivo, la prevenzione degli infortuni e lo studio delle forze che agiscono sul corpo dell'atleta. Quali sono gli obiettivi dell'analisi di un gesto atletico e quali sono le tipologie di analisi con cui questi obiettivo possono essere perseguiti? Gli obiettivi principali dell'analisi del gesto atletico sono: Migliorare la tecnica: Ottimizzare il movimento per aumentare l'efficienza e la potenza. Ridurre il rischio di infortuni: Identificare e correggere le alterazioni biomeccaniche che possono portare a sovraccarichi o lesioni. Le tipologie di analisi per raggiungere questi obiettivi includono: Videoanalisi: Osservazione e misurazione di angoli e spostamenti tramite video. Sensori inerziali (IMU): Misurazione di accelerazioni e velocità angolari. Barre optoelettroniche: Misurazione di variabili spazio-temporali con elevata precisione. Pedane dinamometriche: Misurazione delle forze di reazione al suolo. Quali sono i dati che una app per smartphone può dare per il running e a partire da quali sensori dello smartphone? Le app per smartphone dedicate al running possono fornire vari dati, sfruttando i sensori integrati nel dispositivo: Distanza percorsa e velocità media: Misurate tramite il GPS. Numero e frequenza dei passi: Misurate dall'accelerometro. Frequenza cardiaca: Misurata da sensori ottici (se presenti) o da accessori esterni connessi via Bluetooth. Quali sono i passaggi per tracciare la traiettoria di un punto su una sequenza di immagini di un soggetto durante il ciclo di un passo? Si può utilizzare la video analisi per tracciare la posizione di un punto nel tempo. Ad esempio, è possibile calcolare la lunghezza del passo come la distanza tra le posizioni dello stesso punto all'inizio e alla fine del ciclo del passo, a partire dalla posizione tempo-variante di un punto sul piede. Quali sono i passi fondamentali da effettuare per l’analisi del salto verticale mediante un sensore inerziale posto a livello lombare? I passi fondamentali per l'analisi del salto verticale con un sensore inerziale posto a livello lombare sono: Sottrazione della gravità: Prima di ogni integrazione, è necessario sottrarre il valore di accelerazione di gravità (9.81 m/s²) dal segnale misurato, in modo da avere un segnale di accelerazione netta. Integrazione numerica: Integrare il segnale di accelerazione netta per ottenere la velocità verticale. Seconda integrazione: Integrare il segnale di velocità verticale per ottenere lo spostamento verticale. Quali sono le condizioni cui devono soddisfare gli estensori e i flessori del ginocchio per mantenere il ginocchio piegato ad un determinato angolo? Per mantenere il ginocchio in una posizione fissa (equilibrio), la sommatoria dei momenti generati dai flessori e dagli estensori del ginocchio, rispetto al centro articolare, deve essere uguale a zero. Questo significa che il momento dei flessori deve bilanciare perfettamente il momento degli estensori. Quali sono le cose che devono essere curate per l'analisi del gesto di corsa mediante videoanalisi? Per un'analisi efficace della corsa tramite videoanalisi, è fondamentale curare: Risoluzione e qualità dell'immagine: Una buona risoluzione in pixel incide sulla chiarezza dell'immagine e sull'accuratezza delle misurazioni. Frequenza di fotogrammi (frame rate): Un numero elevato di fotogrammi al secondo (fps) garantisce una maggiore risoluzione temporale, permettendo di identificare con precisione i singoli eventi del ciclo del passo. Identificazione dei repere anatomici: La corretta individuazione dei punti di riferimento anatomici è cruciale per la misurazione degli angoli articolari.
Quali sono le differenze tra momento di inerzia e massa di un corpo rigido? E tra momento di inerzia e centro di massa? La massa è un parametro inerziale che rappresenta l'inerzia di un corpo alle traslazioni (il movimento in linea retta). Più un corpo è massiccio, più difficile sarà accelerarlo o frenarlo. Il momento di inerzia è un parametro inerziale che rappresenta l'inerzia di un corpo alle rotazioni. Dipende non solo dalla massa del corpo, ma anche da come questa massa è distribuita rispetto all'asse di rotazione. Un corpo con la massa più lontana dall'asse di rotazione avrà un momento di inerzia maggiore. La differenza tra momento di inerzia e centro di massa sta nel fatto che il centro di massa è un punto che riassume la posizione della massa, mentre il momento di inerzia è una misura della resistenza del corpo a ruotare, che dipende dalla distribuzione della massa attorno a un asse. Quali sono le leggi orarie che governano il moto del centro di massa nella fase di volo del salto in lungo? Durante la fase di volo, il centro di massa (CM) è soggetto unicamente alla forza di gravità e si muove come un proiettile. Le leggi orarie che governano il moto sono: Componente orizzontale dove il moto è rettilineo uniforme, con velocità orizzontale costante. Componente verticale dove il moto è uniformemente accelerato a causa della gravità (g≈9.8 m/s ^2). Quali sono sul piano frontale le alterazioni che possono verificarsi a carico degli arti inferiori durante l'appoggio del piede durante la corsa? Le alterazioni che possono verificarsi a carico degli arti inferiori sul piano frontale durante la fase di appoggio del piede nella corsa sono: Piede pronato: Il piede ruota eccessivamente verso l'interno. Ginocchio valgo: Il ginocchio si muove verso l'interno, creando un'angolazione anomala. Pelvic drop: Il bacino si abbassa sul lato opposto al piede in appoggio. Se l'accelerazione è una variazione di velocità, perché allora nel moto circolare uniforme di un punto (a velocità costante) è presente accelerazione? Anche se la velocità scalare (il modulo) è costante, il vettore velocità cambia direzione in ogni istante. Poiché l'accelerazione è definita come una variazione del vettore velocità, è presente un'accelerazione, chiamata accelerazione centripeta. Se sia la pedana di forza che il cosiddetto "tappeto di Bosco" misurano entrambi il tempo di volo, spiegare qual è il vantaggio in termini di stima dell'elevazione del CM nel salto verticale nell'utilizzare la prima rispetto alla seconda. Entrambi gli strumenti possono misurare il tempo di volo per stimare l'elevazione, ma il vantaggio principale della pedana di forza è che misura l'intera curva di forza durante il salto. Questo permette di ottenere informazioni dettagliate non solo sull'elevazione, ma anche sulla potenza, la forza massima e l'impulso. Queste metriche offrono un quadro più completo della performance atletica, mentre il tappeto di Bosco fornisce solo una stima dell'elevazione.
Servendosi di un esempio, spiegare la differenza tra una variabile puntuale ed una tempo-variante osservabile durante il ciclo di un passo. Una variabile puntuale si riferisce a una misura istantanea in un preciso momento, come la lunghezza del passo. Una variabile tempo-variante è una misura che cambia nel tempo, come la posizione di un punto del piede durante il ciclo o l'angolo del ginocchio. Un esempio di variabile tempo-variante è la posizione di un punto del piede, che cambia costantemente durante il passo. Al contrario, una variabile come la lunghezza del passo è una misura finale che si ottiene al termine di un ciclo, quindi può essere considerata una variabile puntuale. Spiega il significato di livelli di dettaglio dell'analisi del movimento con un relativo esempio (che non sia quello della spalla nelle slides). Il livello di dettaglio può essere aumentato aggiungendo sensori per raccogliere più dati. Ad esempio, per l'analisi dell'abduzione della spalla, un solo sensore sul braccio potrebbe non distinguere l'inclinazione del tronco. Aggiungendo un sensore sul tronco, si aumenta il livello di dettaglio e si distingue la rotazione del braccio da quella del tronco, ottenendo una misura più affidabile.
