Використання: в якості спортивного інвентарю. Суть винаходу: масивні частини закріплені на кінцях грифа. Рукоятка вільно встановлена на грифі з охопленням його. Пружини пов'язують рукоятку з масивними частинами. Сумарна жорсткість пружини і довжина робочого ходу кожної з них від рівноважного положення рукоятки до крайнього знаходяться в залежності, наведеної в описі винаходу. Гантель може бути забезпечена пружними оболонками на зовнішніх сторонах масивних частин, страхувальними канатами, що з'єднують масивні частини, і гофрованими трубками, що з'єднують масивні частини з рукояткою. пружини можуть бути виконані гвинтовими або конічними з відношенням жорсткостей кінцевих ділянок в межах від 1 до 7. 5 з. п. ф - ли, 7 мул.
ОПИС ВИНАХОДИ До патентів
Винахід відноситься до фізичної культури і спорту та може бути використано в якості тренажера для загальної фізичної підготовки спортсменів і населення.
Відомий спортивний снаряд, який містить дві масивні частини, жорстко з'єднані стрижнем [1]
Недоліком відомого пристрою є відсутність можливості створення коливальних навантажень і забезпечення, таким чином підвищеної частоти силового взаємодії спортсмена і снаряда, тобто обмеженість структури силових дій під час тренування.
Відома гантель, що містить встановлені на грифі рукоятку, масивну частину і дві пружини, одна з яких пов'язує рукоятку з масивної частиною [2]
Недоліком відомого пристрою є поява при виконанні вправ надлишкових моментних навантажень на кисті рук внаслідок асиметричного розподілу маси пристрою щодо місця хвата (рукоятки). При відхиленні поздовжньої осі пристрою від вертикалі на кисть руки займається діє крутний момент, обумовлений зміщенням масивної частини щодо рукоятки і є шкідливим фактором, тому що він перемикає навантаження на незадані для виконуваного вправи м'язи спорстмена.
Цей недолік не може бути усунутий в рамках конструкції відомого пристрою, т. К. Зменшення зсуву масивної частини від рукоятки обмежує довжину робочого ходу пружин. Це призводить або до збільшення частоти коливань від номінального значення, що неприпустимо, тому що для окремих груп вправ задається певну частоту при збільшенні жорсткості пружин, або при збереженні жорсткості до обмеження амплітуди коливань, що також неприпустимо, тому що при номінальній амплітуді коливальної навантаження масивна частина буде вдаряти про рукоятку і буртик, що значно знижує комфортність і ефективність занять, а при амплітуді, меншою ніж номінальна, зменшиться інтенсивність енергетичного обміну спорстмена зі снарядом.
Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності тренування за рахунок зменшення моментной навантаження на кисть руки при збереженні заданої частоти і амплітуди коливань лінійної силового навантаження.
Зазначений технічний результат досягається тим, що відома гантель забезпечена додатковою масивної частиною, при цьому масивні частини закріплені на кінцях грифа, рукоятка вільно устаноавлена на грифі з охопленням його, а друга пружина пов'язує рукоятку з іншого масивної частиною, при цьому сумарна жорсткість пружин і довжина робочого ходу кожної з них від рівноважного положення рукоятки до крайнього знаходяться в наступній залежності:
C = 4 x 2 x f 2 x (K x B-P) / g;
r = Kp x g / (4 x 2 x f 2), де С середня сумарна жорсткість пружин, Н / м;
B, K постійні величини, рівні відповідно середній вазі людини, Н, і коефіцієнту пропорційності ваги гантелі вагою людини (К = 0,03-0,05);
P вага рукоятки гантелі, Н;
g прискорення сили тяжіння, м / с 2;
f задана частота коливань лінійної силового навантаження, Гц (f = 1-20 Гц);
r мінімальна довжина робочого ходу кожної пружини від рівноважного положення рукоятки до крайнього, м;
Кp постійна, рівна максимальній перевантаження масивних частин при коливаннях уздовж грифа (Кр = 2-4);
3,14.
Гантель може бути забезпечена пружними оболонками, укріпленими на зовнішніх сторонах масивних частин.
Гантель може бути забезпечена страхувальними канатами, що з'єднують масивні частини з пружними гофрованими трубками, що з'єднують масивні частини з рукояткою, при цьому пружини розміщені в трубках. Пружини можуть бути виконані гвинтовими і конічними з співвідношенням жорсткостей кінцевих ділянок, що знаходяться в межах від 1 до 7.
На фіг. 1 представлений загальний вигляд динамічної гантелі "Динга"; на фіг. 2 гантель з пружною оболонкою на масивних частинах; на фіг. 3 гантель зі страхувальними канатами; на фіг. 4 гантель з гофрованими трубками; на фіг. 5 гантель зі змінними вантажами; на фіг. 6 схема дії статичних навантажень у пропонованій конструкції гантелі "Динга"; на фіг. 7 схема дії статичних навантажень в відомої конструкції пристрою для тренування.
Динамічна гантель "Динга" (фіг. 1) містить рукоятку 1, масивні частини 2 і 3, гриф 4, гвинтові пружини 5 і 6. Масивні частини 2 і 3 закріплені на торцях грифа 4. Рукоятка 1 охоплює гриф 4 і встановлена на ньому співвісно з можливістю переміщення по напрямку його поздовжньої осі. Пружини 5 і 6 встановлені співвісно грифу 4 і спираються своїми кінцями на рукоятку 1 і масивні частини 2 і 3 відповідно. Рукоятка 1 має можливість ограничиваемого пружинами 5 і 6 переміщення по грифу 4.
Середня сумарна жорсткість пружин і довжина робочого ходу кожної пружини від рівноважного положення рукоятки до крайнього визначаються наступними співвідношеннями:
C = 4 x 2 x f 2 x (K x B-P) / g;
r = Kp x g / (4 x 2 x f 2), де С середня сумарна жорсткість пружин, Н / м;
B, K постійні, рівні відповідно середній вазі людини, Н, і коефіцієнту пропорційності ваги гантелі вагою людини (K = 0,03-0,05);
P вага рукоятки гантелі, Н;
g прискорення сили тяжіння, м / с 2;
f задана частота коливань лінійної силового навантаження, Гц, (f = 1-20 Гц);
r мінімальна довжина робочого ходу кожної пружини від рівноважного положення рукоятки до крайнього, м;
Kp постійна, чисельно рівна максимальній перевантаження масивних частин при коливаннях уздовж грифа
(Kp = 2-4);
3,14.
Наведені співвідношення випливають з таких міркувань.
При гармонійних коливаннях
r = ro x sin (W x t), де ro амплітуда;
W кругова частота;
t час,
прискорення a коливається тіла одно
a = = ra W sin (W t) (1)
Максимальне навантаження (амплітуда навантаження) при цьому становить
PO = m x a m x ra x w 2. (2) де m маса тіла, що коливається.
Виходячи з досвіду тренувань, PO доцільно ставити у вигляді перевантаження, тобто перевищення основного навантаження (ваги самого снаряда).
PO = Kp x Pг, (3)
де Kp = 2-4.
З виразів (2), (3) випливає, що амплітуда коливань при заданій частоті становить
ra = Kp x g / (4 x 2 x f 2), (4) де f частота.
Для забезпечення коливань із заданими параметрами досить, щоб довжина r робочого ходу кожної пружини від рівноважного положення рукоятки до крайнього дорівнювала ra (при менших значеннях почнуться удари частин 2 і 3 про рукоятку при неповному навантаженні, а при великих довжина гантелі буде невиправдано велика, хоча вимога до Масимально довжині гантелі не є жорстким, що дозволяє обмежити величину r тільки знизу). Ця умова і описується наведеним у формулі співвідношенням.
З іншого боку, для забезпечення заданої частоти f, яка для різних вправ складає від 1 до 20 Гц, наприклад, Агашін Ф.К. Біомеханіка ударних рухів. М. "Фізкультура і спорт", 1977, с. 26), сумарна жорсткість пружин повинна бути дорівнює (наприклад, Ольховський Л.І. Курс теоретичної механіки, М. Наука, 1970, с. 30, 31)
C = m x 4 x 2 x f 2. (5) де m маса коливається частини снаряда.
Виходячи з досвіду спортивних занять, загальна вага гантелі Рг можна визначити співвідношенням
Рг = К х В, (6)
де В середня вага людини, Н;
До коефіцієнт пропорційності, К = 0,03-0,05 і вибирається, виходячи з дотримання умов комфортності занять і досягнення при необхідності значних зусиль, що забезпечують тренувальний ефект, при цьому мінімальні значення коефіцієнта К рекомендуються для жінок і підлітків, середні для практично здорових чоловіків , а великі для спортсменів.
Виходячи з того, що вага pp коливається частини снаряда визначається як
pp = Pг -P, (7) де Р вага рукоятки гантелі,
з урахуванням виразів (5) (6) (7) можна по-лучити співвідношення
З = 4 х 2 х f 2 x (K x B-P) / g.
Масивна частина 2 (або частина 3, або і те, й інша) може бути забезпечена з зовнішньої сторони пружною оболонкою 7 (фіг. 2), в якій може бути виконана внутрішня герметична порожнину 8, заповнена повітрям.
Масивні частини гантелі можуть бути з'єднані між собою страхувальними канатами 9 і 10 (фіг. 3).
Пружини 5 і 6 можуть бути закриті пружними гофрованими трубками 11 і 12 (фіг. 4), перші кінці яких з'єднані з масивними частинами 2 і 3, а другі з відповідним кінцем рукоятки 1.
Пружини 5 і 6 можуть бути виконані конічними, при цьому відношення жорсткостей на кінцях пружин з боку малого і великого діаметрів становить 1-7.
Принцип дії динамічної гантелі "Динга" полягає в наступному.
Займається тримає в руці динамічну гантель за рукоятку 1 і робить руками руху відповідно до типових вправами, призначеними для роботи з гантелями.
У заданому (або довільно обраному) положенні займається може активізувати гантелі (або одну з них) шляхом імпульсного (різкого) ривка гантелі в напрямку її поздовжньої осі. При цьому порушується рівновага пружин 5 і 6, що викликає синхронні коливання масивних частин 2 і 3 відносно рівноважного положення.
В результаті коливань масивної частини займається відчуває коливальні (близькі до гармонійних) впливу навантаження з боку рукоятки 1 в напрямку поздовжньої осі гантелі, амплітуда яких визначається силою початкового ривка, а частота жорсткістю пружин 5 і 6. Кожне коливання впливає на біомеханічний апарат людини, викликаючи його адаптацію як до окремих коливань, так і до всієї серії коливань.
Виникає в цьому випадку хвильовий процес обміну енергією між займаються і динамічної гантеллю найбільш ефективно сприяє узгодженню дії всіх ланок біомеханічного апарату займається. При цьому внаслідок того, що розподіл маси гантелі щодо місця хвата (умовно місцем хвата можна вважати середину рукоятки 1) близько до симетричного, і моменти від сил тяжіння Pm масивних частин гантелі взаємно компенсуються, фіг. 6 (на відміну від прототипу, де центр мас снаряда значно зміщений від місця захвату фіг. 7), вплив коливальної навантаження не супроводжується великими моментними навантаженнями на кисть руки, тобто "Вивертання" пензля і перемиканням навантаження на незадані для виконуваного вправи м'язи (що характерно для прототипу, в якому виникає постійно діючий крутний момент М (фіг. 6).
Коливання відбуваються з оптимальною для виконуваного вправи частотою. При цьому спортсмен може контролювати максимальне навантаження (тобто амплітуду силових коливань), в разі перевищення заданої величини масивні частини починають бити по рукоятці.
Пружна оболонка 7 на зовнішніх сторонах масивних частин 2 і 3 (фіг. 2) з внутрішньої герметичній порожниною 8 оберігає від можливих ударів і, крім того, дозволяє використовувати динамічну гантель як масажера.
З'єднання масивних частин 2 і 3 гантелі між собою страхувальними канатами 9 (фіг. 3) оберігає від падіння масивних частин 2 і 3 при поломці грифа 4.
Застосування пружних гофрованих трубок 11 і 12 (фіг. 4) не створює перешкод коливань масивних частин гантелі і в той же час виключає можливість випадкового затискання рук займається пружинами 5 і 6.
Виконання пружин у вигляді конічних полегшує ініціацію коливань і в той же час пом'якшує удари масивних частин 2 і 3 про рукоятку 1.
Конструкція гантелі забезпечує можливість використання змінних вантажів 13 і 14 (фіг. 5), які можна встановлювати як на масивних частинах 2 і 3, так і на рукоятці 1, що дозволяє розширити діапазон навантажень при використанні однієї і тієї ж гантелі.
Таким чином, сукупність нових ознак динамічної гантелі дозволяє реалізувати різні силові дії (як типові для такого класу спортивних снарядів статичні, так і коливальні) на людину в процесі занять, причому забезпечує можливість завдання коливальних силових навантажень без надлишкових моментних навантажень на кисті рук (за рахунок близького до симетричного розподілу маси гантелі щодо місця хвата) з необхідною для того чи іншого вправи частотою і амплітудою коливань і можливістю контро я максимального навантаження (за умови, що довжина робочого ходу дорівнює мінімально допустимої).
П р и м і р. Конкретний приклад виконання гантелі "Динга".
У формулі жорсткості пружин
C = 4 x 2 x f 2 x (K x B-P) / g
потрібно доопределить значення P. Вибирають значення
P = 5 Н.
Середня сумарна жорсткість пружин дорівнює
C = 4 x 3,14 2 x 5 2 x (0,03 x 600-5) / 9,8 = 1308 Н / м.
Мінімальна довжина робочого ходу дорівнює
r = Kp x g / (4 x 2 x f 2) = 4 x 9,8 /
/ (4 x 3,14 2 x 5) 2 = 0,04 м.
Середня жорсткість C1 кожної пружини дорівнює
C1 = C / 2 = 1308/2 (H / м) = 650Н / м = 0,65 кг / см.
Переймаючись діаметром дроту D = 2 мм і числом витків n = 20, довжину пружини в стислому стані можна розрахувати рівній S = 40 мм0,04 м. Рукоятка має довжину l = 10 см = 0,1 м (по ширині долоні). Масивні частини виконані у вигляді дисків шириною l1 = 1 см = 0,01 м, кожна вагою p1 = (0,03 x 600-5) / 2 = 6,5 Н0,65 кг. Довжина робочого ходу пружин дорівнює мінімально допустимої. Т.ч. загальна довжина гантелі становить
L0 = 2 x 0,01 + 0,04 + 2 x 0,04 + 0,1 = 0,24 м 24 см,
а загальна вага.
Рг = 0,03 х 600 = 18 Н 1,8 кг.
Пропонована конструкція динамічної гантелі "Динга" створює комфортні умови для занять і забезпечує можливість широкого застосування його в оздоровчій роботі з різним контингентом населення.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Гантель, що містить встановлені на грифі рукоятку, основну масивну частину і дві пружини, одна з яких пов'язує рукоятку з основною масивної частиною, яка відрізняється тим, що вона має додаткову масивну частину, при цьому масивні частини закріплені на кінцях грифа, рукоятка вільно встановлена на грифі з охопленням його, а друга пружина пов'язує рукоятку з додатковою масивної частиною, при цьому сумарна жорсткість пружин і довжина робочого ходу кожної з них від рівноважного положення рукоятки до крайнього знаходяться в наступній за залежності:
C = 4 2 f 2 (K B-P) / g,
r = Kp g / (4 2 f 2),
де C середня сумарна жорсткість пружини, Н / м;
B, K постійні величини, рівні відповідно середній вазі людини, Н, і коефіцієнту пропорційності ваги гантелі вагою людини K = 0,03 - 0,05);
P вага рукоятки гантелі, Н;
g прискорення сили тяжіння, м / с 2;
f задана частота коливань лінійної силового навантаження, Гц (f = 2 20 Гц);
r мінімальна довжина робочого ходу кожної пружини від рівноважного положення рукоятки до крайнього, м;
Kр = 2-4 постійна, рівна максимальній перевантаження масивних частин при коливаннях уздовж грифа.
2. Гантель по п. 1, яка відрізняється тим, що вона забезпечена пружними оболонками, укріпленими на зовнішніх сторонах масивних частин.
3. Гантель по п. 1, яка відрізняється тим, що вона забезпечена страхувальними канатами, що з'єднують масивні частини.
4. Гантель по п. 1, яка відрізняється тим, що вона забезпечена пружними гофрованими трубками, що з'єднують масивні частини з рукояткою, при цьому пружини розміщені в трубках.
5. Гантель по п. 1, яка відрізняється тим, що пружини виконані гвинтовими.
6. Гантель по п. 1, яка відрізняється тим, що пружини виконані конічними, при цьому відношення жорсткостей кінцевих ділянок кожної з них знаходиться в межах 1 7.