LOS EFECTOS DE LA RAQUETA DE INERCIA TENSOR DE CODOCARGAS Y
COMPORTAMIENTO DE RAQUETA Y CENTRALIMPACTOS EXCNTRICASRESUMENEste
artculo discute los tensores de inercia de las raquetas de tenis y
su influencia en los pares de batientes codo en un movimiento de
derecha , las cargas transmitidas al codo de los impactos centrales
y excntricas , y la respuestas de aceleracin de la raqueta de los
impactos centrales y excntricas . Tensores de inercia de varias
raquetas con ubicacin del centro de masa y la masa similar se
determinaron por un pndulo de inercia y se encontraron a
variarconsiderablemente en las tres direcciones ortogonales .
Mecnica de swing de tenis y de los anlisis de impacto fueron realiz
con un modelo de computadora compuesta de un modelo para todo el
cuerpo de un ser humano , un modelo paramtrico dela raqueta, y una
funcin de impacto. El anlisis de la mecnica de swing de un
movimiento de derecha determin quevalores de inercia tuvieron un
efecto lineal moderada sobre los pares de codo - pronacin supinacin
necesarios para girar laraqueta , y un efecto menor en los pares de
flexin-extensin y valgo - varo . El anlisis de impacto se
encuentraque los valores de inercia de masa del centro tuvieron un
efecto considerable en los pares de transmisin tanto longitudinaly
los impactos excntricos latitudinales y significativamente
afectados todos los componentes de par codo. raquetarespuestas de
aceleracin a los impactos centrales y excntricas se midieron
experimentalmente y se encontr queespecialmente sensibles a los
choques valores de inercia ubicacin y centro de masasNTRODUCCINUna
tendencia actual en la industria de equipos de tenis esel diseo de
cada vez ms grande de la raqueta se enfrenta sin aumentopeso de la
raqueta en general ( Coe, 2000 ) . Los resultados sonraquetas con
aumento de los valores del tensor de inercia .Cambio del tensor de
inercia de la raqueta de tenis puedetener mltiples e
interconectados efectos desde elinercia valora la influencia tanto
de la tenista yel comportamiento de la raqueta . Por ejemplo, para
algunosgrado un tensor de inercia modificado puede alterar el
parnecesaria para mover la raqueta , la manera en quela raqueta
reacciona al momento del impacto , y las fuerzas ypares de
transmisin de vuelta al jugador de impacto( Brody , 2000 ) .Si bien
se entiende que el cambio de la raquetageometra puede afectar a los
valores de inercia de la raquetay resultando pares oscilacin del
tenis , que se transmitepares , y el comportamiento de la raqueta ,
cientficainvestigaciones para determinar precisamente estos
efectoshan sido limitada . Brody ( 1979 ) discuti elposibles mritos
de raquetas de gran tamao , el permetroponderacin , y el aumento de
la inercia cabeza de la raqueta enel comportamiento de la raqueta y
la produccin vacuna. Mitchell et al.racket manejan en el servicio a
la velocidad y encontraron unarelacin inversa entre la velocidad de
la raqueta y el talninercia . Elliot et al . ( 1980 ) encontraron
que el impactovibraciones medidas en la raqueta se redujeron
deraquetas de gran tamao . Kawazoe y Yoshinari ( 2000 )estudiado
las vibraciones de choque de impacto en la articulacin de la
muecapara dos raquetas de gran tamao y se determin que elraqueta ms
ligera caus vibraciones superiores de choque.Hennig et al . ( 1992
) encontraron que el aumento de la cabeza de la raquetatamao
reducido vibraciones del brazo , medida poracelermetros para los
impactos fuera del centro , sin embargo, nocomparaciones directas
con los valores de inercia de raqueta eranpresentado . Liu ( 1983 )
encontr que el coeficiente derestitucin del impacto de la pelota /
raqueta era una funcin dela relacin entre el radio de giro con
respecto a la raquetapivote a la distancia del centro geomtrico de
lacabeza de la raqueta al pivote as, indirectamente, la
correlacinmomento de inercia de COR .La importancia de la
articulacin del codo en balanceola raqueta est bien documentada (
Bahamonde yKnudson , 2003 ; Elliott et al . , 2003 ) . Adems ,
laalta incidencia de lesiones por uso excesivo de esta articulacin
es tambinbien conocido ( Sacerdote et al , 1980 ; . . Hennig et al
, 1992 ) .Las fuerzas generadas por el impacto entre la raquetay la
pelota , los impactos sobre todo fuera del centro han
sidoidentificado como uno de varios otros factores en ladesarrollo
de codo de tenista ( Hennig et al. , 1992 ) .Knudson ( 1991 )
afirma que raquetas que minimicen elefectos de los impactos fuera
del centro deben ser considerados comointervencin para reducir el
riesgo de codo de tenista .Por lo tanto , se decidi que la
articulacin ms relevante paracentrarse en para este estudio es el
codo , aunque erareconocido que las articulaciones de la mueca y el
hombro tambinmerecen investigaciones similares .El propsito de este
estudio fue investigarla influencia de las propiedades de inercia
de la raqueta en eltorques codo durante un columpio tenista de tiro
directo , yla sensacin de impacto en el codo durante central
yimpactos excntricos , y la respuesta de aceleracin dela raqueta a
los impactos centrales y excntricas .
MTODOSPropiedades de inercia de las raquetas de tenisLas
propiedades de inercia de un cuerpo slido son
completamentecaracterizado por el tensor de inercia de 3x3 , que
esse define como :La matriz est dando simtrica seiscantidades de
inercia independientes . Los trminos de la diagonal principal ( Ixx
, Iyy y Izz ) son los momentos deinercia . Los trminos fuera de la
diagonal ( IXY , IXZ y IYZ ) sonel cruce de productos de inercia .
En conjunto, los elementosdel tensor de inercia representar la
dinmicaconsecuencias de la disposicin de la masa de uncuerpo slido,
una raqueta de tenis en este caso, y son unamedida de la
resistencia del cuerpo a los cambios enmovimiento angular . Para un
cuerpo con dos planos dela simetra , los productos de inercia son
cero y elejes principales de inercia orientar con los planos
desimetra . Para el caso de una raqueta de tenis que haydos planos
de simetra , el plano de la cara de la raqueta( Plano YZ , ver fig.
1 ) , y el plano perpendiculara la cara y paralelo al mango ( plano
XZ , verFigura 1 ) . As, el tensor de inercia de una raqueta de
tenisreduce a la forma principal de inercia " diagonalizada ":
donde IGX , AGI y IGZ son los momentos principales deinercia del
cuerpo , que se calcula sobre laejes de inercia principales
ubicadas en el centro de masa de la raqueta( CG ) . Figura 1.
Racket centro de masa director sistema de coordenadas. Un cuerpo
slido sometido a un desequilibrio torsin alrededor de un eje
principal experimentar un cambiar en el movimiento angular
alrededor de ese eje que es inversamente proporcional al director
correspondiente componente de inercia. Por lo tanto, el
conocimiento de los principales inercias de un cuerpo slido es til
en la evaluacin de la comportamiento dinmico del cuerpo cuando se
somete a pares desequilibrados, en este caso el balanceo pares de
un jugador, y las cargas de impactando la pelota. Los valores de
los elementos del tensor de inercia son funciones tanto de la
ubicacin y la orientacin de la ejes de coordenadas a las que se
hace referencia a el tensor. Una ubicacin inercia importante en la
raqueta est en el punto donde el jugador agarra la raqueta en el
mango. Usando el teorema de ejes paralelos, el tensor de inercia
alrededor de un eje paralelo al punto de sujecin es el
siguiente:donde m es la masa de la raqueta y L es la distanciadel
centro de la masa hasta el punto de agarre.Es obvio que la raqueta
de inercia propiedadesen las direcciones X e Y aumentar rpidamente
como unose aleja del centro de masa . Este hechodestaca la
importancia de la longitud del mango yla ubicacin del centro de
masa de la " sensacin " de inercia delraqueta para el jugador.Una
variedad de configuraciones de raqueta de similaresubicaciones de
los centros de masa y la masa se buscaron con el finpara obtener
valores de inercia raqueta realistas en todadirecciones principales
; para obtener un sentido de la gama deposibles valores de inercia
en las direcciones principales ;y para determinar los valores
relativos de la inercia para unadada la raqueta . Tener una amplia
gama de completa yvalores de inercia raqueta realistas le permite a
uno mejorpredecir el posible rango de efectos esperados deinercia
en el columpio tenis, las cargas adicionalesdel impacto y la
respuesta de la aceleracin de la raqueta aimpactos . Diez raquetas
fueron elegidos y se compone de unraqueta junior, as como de alta
calidad y de gran tamaoraquetas .Un pndulo de inercia fue diseado
para medirla ubicacin del centro de masa y los tres
principalesvalores de inercia de las raquetas de tenis ( Brody ,
1985 ) .El pndulo se calibr con forma estndarobjetos y valores
incluidos por encima y por debajo de lainercias esperados de las
raquetas . La calibracinobjetos se ajustan a la curva de calibracin
con un valor de R2 de0.999682 (coeficiente de determinacin) . El
dispositivo era exacta a 1,5 % y repetible a 0,5 %Las propiedades
de la masa y la inercia de las raquetasse dan en la Tabla 1 .
ubicaciones de los centros de masa semedida desde el extremo del
mango . Adems ,el teorema de eje paralelo se utiliz para determinar
lavalores de inercia de la raqueta con la celebracin paralela de
coordenadassistema coloca 75mm desde el extremo del mango .Estos
valores se dan en la Tabla 2 . Tabla 2 tambin listasML2 la cantidad
que representa la adicionalcontribucin inercia en las direcciones X
e Ydesplazando el centro de masa de inercia de la empuadurapunto .
La direccin Z inercia es sin cambios en elmanejar en relacin con el
centro de masa .En referencia a la Tabla 1 , IGX es
consistentemente elmayor valor de la inercia centro de masa para
todas las raquetas ,AGI es ligeramente menor que IGX en todos los
casos , y es IGZcon mucho el valor de la inercia ms pequeo . La
contribucin de lasla longitud de la manija con los valores IGX y
AGI esconsiderable y representa la gran diferenciaentre IGX y AGI y
IGZ . Tabla 1 tambin revelaque mientras las masas de raqueta y
centro de masalugares no son muy diferentes entre las raquetas ,
elvalores de inercia en las tres direcciones varanconsiderablemente
. La mayor diferencia relativa entrelas raquetas se produjeron en
torno al eje Z . Por lo tanto,se desprende de esta muestra que los
diseadores de la raqueta puedemanipular con xito los valores de
inercia de la raqueta durante unestrecho rango de ubicaciones de
masa y del CG . Tabla 2revela que las inercias de la raqueta en el
mangopunto de sujecin son considerablemente ms grandes acerca de la
X e Yejes que en el centro de masa . La inercia
adicionalcontribucin en el mango es el trmino que ML2representa
aproximadamente el 45 y el 60 % de la IHX yInercia IHY valora en el
mango. Brody ( 1985 ) se refierea la inercia AHI como el " peso del
swing ", porque es unamedida de la "pesada" de la raqueta se siente
cuando ustedswing y lo que es "masa golpear " de la raquetacuando
se golpea la pelota, y la inercia IHX comoimportante cantidad de
resistir cuando se ejecuta " rebanada"o " chuleta" disparos o al
servirmodelo de ordenador Un modelo de todo el cuerpo de un ser
humano, junto a un modelo paramtrico de una raqueta de tenis se
desarroll para determinar la raqueta y el brazo trayectorias,
fuerzas de interaccin jugador / raqueta y pares, joint movimientos,
fuerzas y pares de torsin, y las reacciones a impactar (ver Figura
2). El modelo incluye un resorte-amortiguador funcin de impacto
para simular impacto de la pelota-raqueta y una modelo de
superficie de tierra para apoyar el modelo a travs de pngase en
contacto con los pies. Este enfoque de modelado tiene ha utilizado
para analizar el swing de golf (Nesbit et al., 1994; Nesbit, 2003a;
2003b), equipo de golf comportamiento (Nesbit et al., 1996), y otro
deporte movimientos biomecnicos (Nesbit y Ribadeneira, 2003).
Figura 2 . Modelo de ordenador del swing tenista de tiro directo
.El modelo fue construido , analizado y posprocesamientocon la
ayuda del software comercialpaquetes de Adams ( Mecnica Dinmica ,
Inc.) yLifeMod humanoide pre - procesador ( BiomecnicaResearch
Group, Inc.) . ADAMS es un multi- cuerpoprograma de anlisis dinmico
en el que se generan los modelosa partir de segmentos rgidos
conectados con flexibleselementos y / o una variedad de
articulaciones . Fuerzas ymovimientos se pueden superponer en el
modelo .ADAMS deriva de las ecuaciones diferenciales de
movimientopara el modelo de mtodos de Lagrange empleandodinmica .
Las ecuaciones de movimiento se resuelven usando uno de varios
frmula de derivacin hacia atrs( BDF) integradores . Los resultados
son de salida y elmodelo es simulado mediante el
ADAMSpostprocesador .modelo HumanoidEl programa LifeMod es un pre-
procesador de laSoftware de ADAMS diseada para ayudar en la creacin
demodelos humanoides de modelado ADAMSelementos. LifeMod se utiliza
para modelar el jugador comouna de cuerpo completo , multi -link
variable tridimensionalmecanismo humanoide compuesta por diecisiete
rgidasegmentos interconectados con las articulaciones . El modelo
fueconfigurado con el cuerpo despus de quincesegmentos; cabeza,
cuello , trax , lumbar, la pelvis , la parte superiorbrazo ( 2 ) ,
el antebrazo ( 2 ) , el muslo ( 2 ) , inferior de la pierna ( 2 ) ,
la mano( 2 ) y el pie ( 2 ) . Todos los segmentos eran
geomtricamentedefinido por sus articulaciones adyacentes con
excepcin deel cuello ( C1-C8 ) , trax ( T1 - T12 ) , y lumbar ( L1
-L5 y S1- S5 ), que se define por el asociadovrtebras . El tamao
del segmento , la masa y la inerciapropiedades se determinaron a
partir de gnero , edad , yla altura total del cuerpo y el peso
mediante el Gebodde base accesible a travs del software ADAMS
datos.El modelo consista en los siguientes diecisis articulaciones
;tobillos ( 2 ) , rodillas ( 2 ), caderas ( 2 ) , lumbar, torcica
,cuello, hombros ( 2 ) , con los codos ( 2 ) y las muecas ( 2 ) .
todoarticulaciones fueron esfrica produciendo un mximo de
tresangulares relativas grados de libertad con laexcepciones de las
rodillas, los codos y las muecas quefueron modelados como dos
articulaciones grado de libertad( flexin y torsin para las rodillas
y los codos ,flexin y de guiada para las muecas ) . Las
mocionessuperpuesto sobre las articulaciones se especifica
entrminos de ngulos de Bryant ( ver abajo) y su tiempoderivados
dependientes.La referencia de coordenadas segmento corporalsistemas
establecidos cuando el modelo se plantea en elposicin anatmica
estndar , coloca el eje Zapuntando hacia abajo con la excepcin de
los piesque punto en adelante paralela al eje largo del segmento de
pie. Los puntos del eje X hacia el exterior de lacuerpo , y el eje
Y completa un diestrosistema de coordenadas . Propuestas de
resolucin comn , fuerzas y pares de torsinson del segmento distal
de cuerpo sistema de coordenadasen relacin con el segmento de
cuerpo proximal de coordenadassistema . Se especifican las
cantidades angularessegn el cuerpo relativa ( ngulo de Euler )
1-2-3Convencin ngulo Bryant donde el movimiento alfa ( ) essobre el
eje X , el movimiento beta ( ) es de aproximadamente el Y' -eje y
el movimiento gamma ( ) es acerca de la Z'' eje( Kane et al . ,
1983 ) . La articulacin del codo es capaz deflexin-extensin (beta
movimiento) y pronationsupination(movimiento gamma) . El varo
-valgopar de reaccin en el plano formado por el brazo superiory el
antebrazo es en la direccin alfa . Tenga en cuenta quetorques codo
positivos indican flexin, valgo , ypronacin.
EFECTOS DEL USO DE DIFERENTES MOMENTOS DE INERCIA DE RAQUETA DE
TENIS SIRVEN
El propsito de este estudio fue investigar la cinemtica y
cintica de tenis servir plana porutilizando diferentes momento de
inercia ( 0.0285 , 0.0309 , 0.0336 , 0.0415 kg * m2) de la raqueta
. inversomtodo de la dinmica se utiliza para calcular las fuerzas
de reaccin conjuntas netas , msculo neta conjunta momentosy los
poderes de la mueca , el codo y el hombro durante el pre- y post-
impacto. El resultadoindica la tendencia de que el menor momento de
inercia gener la mayor velocidad de la raquetala cabeza , pero el
efecto del momento de inercia de la velocidad angular de la raqueta
no era obviamente.Haba patrones cinticos similares entre todos los
jugadores durante el uso de su propia raqueta , perodiferentes
patrones durante el uso de la raqueta con el mximo momento de
inercia . Adems , habarelaciones existan entre la velocidad angular
de la raqueta y los patrones cinticos relativos.PALABRAS CLAVE :
tenis, momento de inercia , la dinmica inversaNTRDUCTION : El saque
es la habilidad ms importante en el tenis y el piso servir es el
mspoderoso entre muchos patrones diferentes de servir. Adems de la
habilidad , la bola y la pista del jugadorpropiedades , la raqueta
es tambin uno de los factores importantes que afectan al
rendimiento de servir.Por lo tanto , la mayora de los jugadores de
tenis profesionales no slo estn considerando la masa y
centradopunto de la raqueta , sino tambin prestar atencin al
momento de inercia (MOI ) en su proceso dela eleccin de la raqueta.
El MOI alrededor del eje a travs de la manija en el extremo trasero
y en el planode la cabeza de la raqueta se conoce coloquialmente
como el " peso del swing " ( Brody, 1985 ) . Tambin significa quelo
pesado que se hace sentir la raqueta cuando la mueve . El uso de
raqueta con mayor MOI implica que es difcilswing y necesita un
mayor esfuerzo para alcanzar la misma velocidad de la raqueta . Sin
embargo , por lo general hay unaaumento de la potencia de la
raqueta en la remuneracin de su esfuerzo ( Brody, 2000 ) . Cambie
MOI de la raquetainfluenciado sensacin del jugador ( Pico, Davids y
Bennett, 2000 ) . Mitchell , Jones, y Kotze ( 2000 )indicado que
aumenta la velocidad cabeza de la raqueta con reducciones en la
masa y momento de inercia . Adems, cuandonormalizado con respecto
al desempeo de cada jugador con su propia raqueta , los
resultadosmostr una relacin consistente entre la velocidad de la
cabeza de la raqueta y el MOI de la raqueta para todosjugadores .
Durante el servicio, la fuerza comienza con las fuerzas de reaccin
del suelo , y luego , sucesivamente, transfierea travs de la parte
superior del hombro del miembro , el codo y la mueca a la raqueta .
La velocidad del miembro superiorsegmentos aumentaron como la
cadena cintica . La velocidad mxima de las articulaciones se
produjo antes de la bolaimpacto y la articulacin distal fue ms
cerca de la velocidad mxima mientras se aproximaba impacto de la
pelota (VanGheluwe y Hebbelinck , 1983 ; Elliott et al , 1986 . ;
Elliott , 1988 ; Elliott et al . , 1995 ) . Si el Ministerio del
Interior deraqueta se cambi o en el otro lado que significa que el
parmetro distal de la extremidad superior eracambiado, entonces el
jugador debe ajustar su cuerpo en la posicin ptima para golpear la
bola . cadasegmento del cuerpo se sucesivamente unidos entre s .
Integracin de cuerpo momento por el procedimientointeraccin de
mltiples segmentos tiene la complejidad para describir y explicar
su fenmeno a travs delos parmetros cinemticos externos . Con el fin
de entender cmo la raqueta de tenis efectos MOIsirve , es necesario
no slo para observar el cambio de los parmetros cinemticos sino
tambin ainvestigar la causa de la respuesta cintica interna. El
estudio investig la cinemtica ycintica de la plana sirven mediante
el uso de diferentes MOI raqueta. Las fuerzas de reaccin netas
conjuntas , msculo netamomentos conjuntas y atribuciones de la
mueca, el codo y el hombro se calcularon aplicando elmtodo de
dinmica inversa . Se busc la contribucin de los patrones de las
extremidades y cinticas superiores durantepre-y post - impacto
.
MTODOS : Cuatro jugadores de tenis de elite femeninos
participaron voluntariamente en este estudio. Su mediaedad ,
altura, peso y formacin ao fueron 22,5 2,7 aos , 1,66 0,06 M , 62,3
8,9 kg y13,3 4,1 aos , respectivamente. Uno Redlake1000 cmara de
alta velocidad se oper a 500 Hz yse utiliz para registrar los
partcipes cuando la realizacin de servir a la plana. La cmara se
fijpara grabar el movimiento de las extremidades superiores en el
plano sagital . Los miembros superiores incluyen parte superior del
brazo de tres segmentos , el antebrazo y la mano con la raqueta .
Cuatro puntos de referencia se colocaron enhombro, el codo , la
mueca y la cabeza de la raqueta . Cada jugador se le pidi que
terminar tres buen serviciodisparos con su propia raqueta y otras
raquetas con diferentes MOI . Los datos de alta velocidad de la
bolase analizaron . Datos de Dempster se utilizaron para calcular
los parmetros del segmento . La inversase utiliz la dinmica de
proceso para calcular las fuerzas de reaccin conjunta netas y
musculares neta conjunta momentos ,donde F = m a (F : Las fuerzas
de reaccin netas conjuntas , m: masa del segmento , a: aceleracin
del CG deel segmento ) y M = I ( M: musculares neta momentos
conjuntas , I: momento de inercia del segmentoalrededor del eje a
travs de CG del segmento , : aceleracin angular del segmento con
respectoal eje horizontal ) . Los poderes conjuntos musculares neta
se calcula como P = M ( : velocidad angularde la articulacin ) .
Debido a las diferentes propiedades de la raqueta , este
experimento requiere cuatro raquetas idnticas.Para controlar el
Ministerio del Interior de la raqueta , una masa de 0,04 kg esta en
diferentes posiciones de cada raqueta.La figura 1 muestra las
posiciones de peso extra en la cabeza de la raqueta , al lado, la
garganta y el extremo ms grueso . figuraLa figura 2 muestra la
medicin de MOI por Babolat Raqueta Diagnostics Center . Tabla 1
enumera la raquetapropiedades.
