Co kryje się za kropką Garmina – cz. 4
Analiza przedziału 600-700ms.
Po upływie 600ms w zasadzie nie dzieje się już nic, co mogłoby istotnie wpłynąć na ruch środka masy. COM porusza się w górę siłą rozpędu – wszystko, co kluczowe z perspektywy trajektorii VO, wydarzyło się wcześniej. Prędkość zaczyna maleć, a przyspieszenie zmienia znak na ujemny w 610ms (moment uchwycony na stopklatce poniżej), czyli zaczyna przeciwdziałać ruchowi w górę. Im bliżej końca GCT, tym mniej dramaturgii. W 650ms stopa odrywa się od podłoża (LC). W tym czasie COM wznosi się o 7cm. W fazie lotu od 650ms do 700ms COM wznosi się tylko o 1cm osiągając w sumie VO= 8cm.
Skąd Garmin wie, kiedy następuje LC? W okolicy LC w 650ms zryw zeruje się. Być może – analogicznie do detekcji IC (pisałem o tym w części drugiej) – także LC można szacować na podstawie analizy wartości zrywu (dla IC: zryw = max, dla LC zryw = 0). Niewykluczone, że to właśnie takie markery wykorzystuje Garmin do określania początku i końca GCT.
Po oderwaniu stopy od podłoża (650ms, LC) siła reakcji podłoża (GRF) zanika, a na tor ruchu działa już wyłącznie siła ciężkości. Przyspieszenie pionowe COM pozostaje ujemne. Prędkości wznoszenia spada między 650 a 700ms. W 700ms COM osiąga maksymalną wysokość. Prędkość pionowa chwilowo wynosi zero, dochodzi do wyhamowania ruchu wznoszącego i zmiany kierunku na opadanie.
Impuls siły
Zmiana prędkości w czasie jest bezpośrednim skutkiem działania siły – zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona (F = m · a). W analizowanym kierunku na COM działa siła reakcji podłoża GRF (FGRF) skierowana w górę oraz siła ciężkości Fg skierowana w dół. Ich sumą jest siła wypadkowa (F), która przyspiesza lub wyhamowuje COM w kierunku pionowym. W analizie ruchu istotne jest też uwzględnienie czasu działania tej siły. Całkowity efekt działania siły na COM to impuls siły wypadkowej (I) i jest on sumą impulsu GRF (IGRF) i impulsu siły ciężkości (Ig).
Poniższy wykres przedstawia przebieg pionowej siły wypadkowej działającej na środek masy w czasie kontaktu z podłożem, uzyskany z uśrednienia danych z sześciu kroków biegowych. Siła jest wprost proporcjonalna do przyspieszenia COM, dlatego wykres siły ma ten sam kształt co wykres przyspieszenia, różniąc się tylko skalą (żółta oś wartości siły jest przeskalowana przez wartość masy ciała biegacza – 55kg). Obrazem graficznym impulsu siły wypadkowej jest zakreskowane pole (kolor żółty) ograniczone krzywą siły w czasie trwania GCT. Wielkość tego pola jest wyrażona w niutonosekundach [Ns] i reprezentuje całkowity przyrost pędu pionowego COM w trakcie kontaktu z podłożem.
Znając wartość GCT wynoszącą 190ms (0.19s) oraz prędkość pionową COM na początku i na końcu GCT (odpowiednio vIC = −0.791m/s, vLC = 0.449m/s), możemy obliczyć całkowitą zmianę prędkości pionowej COM: Δv = vLC – vIC = 1.24m/s. Na podstawie tej zmiany prędkości możemy wyliczyć impuls siły wypadkowej: I = m ⋅ Δv = 68.2Ns, a z tego oszacować średnią siłę wypadkową Fśr. = I / GCT ≈ 359N.
W praktyce do mierzenia sił reakcji podłoża wykorzystuje się platformy siłowe. Pomiary te są bezpośrednie, a nie szacowane na podstawie trajektorii środka masy, gdzie jest dodatkowe tłumienie i odkształcenie tkanek. Wyniki mogą więc być różne. Powyższe wyliczenia dotyczą wyłącznie pionowej składowej siły wypadkowej i jej wpływu na ruch środka masy. Obliczenia te oparte są na uproszczonym modelu masy na sprężynie, który — choć klasyczny i stosowany — ma swoje ograniczenia, np. nie uwzględnia rotacji w stawach, czy powięzi w modulowaniu sztywności.
