Universitatea din Piteti

Facultatea de Educaie Fizic i Sport

Titlul cursului:

Aplicaii ale fizicii n Educaia Fizic i Sport

Prof. Univ. Dr. Pierre Joseph de Hillerin

Suport de curs

Anul III Educaie Fizic i Sportiv

Sport i Performan Motric

PITETI 2011

EFS, SPM 1C+4

1

Codul disciplinei

Desfurarea disciplinei

Semestrul Numr de ore pe sptmn

Numr de ore total

Forme de evaluare

Numr de credite Anul de

studiu I II C S LP C S LP E C V P

III - X 1 2 7 28 x 5

Obiectivele disciplinei:

Prezentarea importanei aplicaiilor fizicii n dezvoltarea tehnologiilor ce vin n sprijinul sportului de performan i al educaiei fizice; Dezvoltarea deprinderilor de descoperire a tipurilor de aplicaii i de

formulare a cerinelor de rezolvare a problemelor specific domeniului prin

aportul dezvoltrii tehnologiei; Dezvoltarea capacitii de a cuta, a descoperi i a prezenta aplicaii ale tehnologiei moderne n domeniu i de a nelege principiile fizice ce stau la baza dezvoltrilor tehnologice.

U P 0 7 S 6 A 2 6

2

Cuprins

Tema 1/ C 1 Obiectivele studiului fizicii i legtura lor cu tiina sportului 3 Anex la tema nr. 1 - Glosar de termeni aristotelici 8

Tema 2/ C 2 De la mecanic la biomecanic i utilitatea lor n EFS 11

Tema 3/ C 3 Obiectivizarea efortului i principiile fizicii ELECTRICITATEA 23

Tema 4/ C 4 Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - TERMODINAMICA I CLDURA 35

Tema 5/ C 5 Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - MAGNETISMUL 45

Tema 6/ C 6 Obiectivizarea efortului i principiile fizicii HIDRODINAMICA 54

Tema 7/ C 7 Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - FIZICA ATOMICA SI NUCLEAR 63

3

Tema 1/C 1

Tiltul temei:

Obiectivele studiului fizicii i legtura lor cu tiina sportului

Scopul temei: S1 Rememorarea obiectului de studiu al fizicii i a subdomeniilor sale de studiu; S2 Contientizarea contribuiei cunotinelor provenite din studiul fizicii n evoluia tiinei sportului.

Obiective generale: Obinerea capacitii de a discerne ntre Fizic - n calitatea sa de

domeniu al cunoaterii - i materia Fizic predat n coal.

Obiective operaionale: Obiective cognitive (informative):

O1 - Stabilirea domeniului de studiu al fizicii O2 - Clasificarea subdomeniilor de studiu ale fizicii O3 - Descrierea succint a domeniilor de studiu n cadrul fizicii.

Obiective fomative: 1) Metodologice: O4 - Formarea deprinderii de a recunoate rolul pe care l joac

cunotinele de fizic n conceperea, realizarea i utilizarea facilitilor tehnologice moderne existente n ambiana sportului sau a domeniilor ce sprijin direct dezvoltarea performanei sportive;

4

O5 - Recunoaterea proceselor de msurare, modelare ce se regsesc n tiina i practica sportului i a educaiei fizice.

2) Motorii: O6 - Crearea capacitii de a descoperi utilizri ale cunotinelor de fizic

n viaa de zi cu zi, n gesturile cele mai banale ale vieii cotidiene; O7 - Demonstrarea acestei capaciti petru fiecare student.

3) Atitudinale: O8 - Crearea atitudinii participative a studenilor n cadrul cursului; O9 - Stimularea dorinei i capacitii de a exprima nenelegerile i de a pune ntrebri n cadrul cursului.

Obiective afective: O10 - Eliberarea de team fa de profesor i crearea unei atmosfere de colaborare ntre profesor i student n cadrul cursului.

5

Obiectivele studiului fizicii i legtura lor cu tiina sportului

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al fizicii n termeni generali.

Definiii: Fizica reprezint tiina care se ocup cu descoperirea i nelegerea

legilor fundamentale care guverneaz materia, energia, spaiul i timpul. Fizica studiaz elementele constituente ale universului i interaciunile dintre ele, reprezentnd o baz pentru alte tiine, cum ar fi chimia, biologia, tiinele Pmntului, tiinele sociale. Descoperirile n fizic au aplicaii importante pentru ntreaga tiin. [http://ro.wikipedia.org/wiki/Portal:Fizic]

Fizica (provine din cuvntul grecesc physikos: natural, din physis: natur) este tiina care studiaz proprietile i structura materiei, formele de micare ale acesteia, precum i transformrile lor reciproce. [http:// ro.wikipedia.org/ wiki/Fizic#mw-head]

Pentru anitici nu a existat, pn la Aristotel, o prezentare coerent a tiinelor. Acetia erau preocupai esenial de acele cunotine ce puteau s foloseasc concret supravieuirii i aciunilor strict utilitare (agricultur, inginerie, navigaie, prelucrarea metalelor etc).

[http://physics.about.com/od/physicshistory/a/GreekPhysics.htm] Leucip i Democrit, cu viziunea lor care refuz explicaiile de natur

supranatural i cu anticiparea cu mai bine de 2000 de ani a viziunii atomiste au fost precursori ai modalitii prin care Aristotel a gndit o clasificare a tiinelor.

Filozofia asupra naturii sau filozofia natural este promovat de ctre Aristotel avnd ca metod observaia i neincluznd, nc, metodologia experimental. [http://physics.about.com/od/physicshistory/a/GreekPhysics_2.htm]

Subdomeniile de studiu ale fizicii: Mecanica clasic Mecanica teoretic Mecanica cuantic i teoria cmpului Fizica molecular i cldur

6

Termodinamica i Fizica Statistic Electricitate i magnetism Electrodinamica Optica Fizica atomului Fizica solidului i semiconductori Fizica matematic Fizica materiei condensate Fizica energiei nalte (fizic nuclear i subnuclear), Astrofizica, Fizica pmntului (geofizic), Fizica atmosferei etc.

[http://cis01.central.ucv.ro/physics/ro/licenta/Examenul%20de%20licenta%203%20ani%20Domeniul%20Fizica%20promotia%202012.pdf],

[http://ro.wikipedia.org/wiki/Portal:Fizic]

Exist un important numr de cri care au ca subiect aplicaiile fizicii n sport sau nelegerea utilizrii principiilor fizicii n sport (vezi Bibliografia facultativ). Marea majoritate a acestor cri trateaz preponderent aplicaiile principiilor mecanicii n sport.

Aplicaiile care apar frecvent n activitatea legat de sport i educaie fizic sunt n principal cele ale:

- fizicii moleculare i cldurii (aerocrioterapia, refacerea cu ghea etc.),

- termodinamicii i fizicii statistice (bilanul energetic al contraciei musculare premiul Nobel 1924 A.V.Hill), - electricitii (electromiografia, refacerea cu cureni diadinamici etc.), - magnetismului (utilizarea busolei n orientarea turistic), - electrodinamicii (proiectarea i realizarea antenelor n radioamatorism), - opticii (ochelarii speciali pentru sportivii care evolueaz n medii speciale nottori, bicicliti, alergtori de fond i mare fond etc.), - fizica atomului (metode de analiz din controlul doping), - fizica solidului i semiconductori (toate aparatele electronice care folosesc tranzistori, circuite integrate, senzori cu semiconductori), - fizica energiilor nalte (metodele de investigaie din imagistica medical radiografie, tomografie, RMN etc.).

Despre o parte dintre aceste aplicaii se va discua n cursurile urmtoare fr a avea pretenia de a epuiza subiectele legate de aplicaiile fizicii n sport i educaie fizic.

7

Rezumat

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al fizicii n termeni generali. Se face o clasificarea a subramurilor fizicii cu prezentarea unor situaii curente n care cunotinele de fizic ce vin n spijinul rezolvrii unor probleme ce in de performana motric sau de EFS1.

Tem de lucru: Observarea aplicrii unor principii din fizic n domeniul de practic al studenilor i observarea unor aspecte n care intervin cunotinele de fizic n rezolvarea unor probleme de preforman motric.

Evaluare pentru nota 5 - prezentarea simpl a unei singure aplicaii a fizicii n

general n domeniul SPM sau EFS; pentru nota 6-8 - prezentarea a unei aplicaii a fizicii n domeniul SPM

sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia respectiv;

pentru nota 9-10) - prezentarea unei aplicaii a fizicii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia respectiv i prezentarea utilitii aplicaiei respective precum i a perspectivelor de dezvoltare n direcia deschis de respectiva aplicaie.

Bibliografie Minimal CLARK, Ch., ENESCU, G., GRINDEI, Iul. (1997) Fizic - manual pentru clasa a 6-a.

Editura All, Bucureti. TALPALARU, Seryl, HARALAMB, D., (2008) Fizica. Manual pentru clasa a VI-a.

Editura Teora, Bucureti. TURCITU, Doina, i colab. (2010) Fizica. Manual pentru clasa a VI-a. Editura Radical,

Craiova. http://ro.wikipedia.org/wiki/Fizica/ http://www.fizica.ro/

8

Facultativ ADAIR, R., K., 2002, The Physics of Baseball. (3rd Edition). Harper Collins Publishers Inc., New York.

ARMENTI, Ang.,Jr.,(editor), 1993, The Physics of Sports. American Institute of Physics, New York.

FONTANELLA, J.,J., 2006, The Physics of Basketball. The Johns Hopkins University Press, Baltimore.

GAY. T., 2005, The Physics of Football: Discover the Science of Bone-Crunching Hits, Soaring Field Goals, and Awe-Inspiring Passes. Harper Collins Publishers Inc., New York.

GOFF, J.,E., 2010, Gold Medal Physics: The Science of Sports. The Johns Hopkins University Press, Baltimore.

HACH, Al., 2002, The Physics of Hockey. The Johns Hopkins University Press, Baltimore.

HAIGH, Cindy, (2010) Physics in Physical Education?? You bet! n Curriculum Units, 2010, Volume III: Physical Problem-Solving, Pittsburgh Teachers Institute, Chatham University, Pittsburgh, pp. 42-63. la http://www.chatham.edu/pti/curriculum/units/2010/3/Haigh.pdf WILLIAMS, T., UNDERWOOD, J., 1986, The Science of Hitting. Simon & Schuster Inc., New York.

http://physics.about.com/od/physicshistory/a/GreekPhysics_2.htm http://plato.stanford.edu/entries/aristotle-natphil/ http://ro.wikipedia.org/wiki/Fizic#mw-head http://ro.wikipedia.org/wiki/Portal:Fizic http://www.scientia.ro/fizica.html/

Anex la tema nr. 1 Glosar de termeni aristotelici:

9

Termen/concept Termen prim Termen alternativ aciune poiein actualitatea energeia entelecheia art sau meteug techne capacitate dunamis cauza aitia aition schimbare kinesis metabole schimbare sau micare kinein supus schimbrii sau micrii

kineisthai

schimbare calitativ alloisis schimbri de cretere cantitative

auxsis

diminuarea ftizie locomoie phora a ajuns s fie gignesthai devenire geneza vigoare bia forat bii form eidos morphe msura n care hei gen, tip genos scopul telos tip, specie eidos materie hul mrime megethos micare kinesis natura physis naturale phusikos phusei n funcie de natura kata phusin contrar naturii para phusin pasiune paschein a pieri phtheirein piere phthora locul pou topos potentialitate dunamis putere dunamis calitate poion cantitate poson substan ousia timp pote chronos

10

Tema 2/C 2

Tiltul temei:

De la mecanic la biomecanic i utilitatea lor n EFS

Scopul temei: Identificarea domeniului de studiu al mecanicii cu nelegerea specificitii situaiilor studiate de STATIC, CINEMATIC i DINAMIC.

Obiective generale: Precizarea domeniului de studiul al BIOMECANICII i al aplicabilitii cunotielor din fiecare domeniu n activitile curente din SPM i EFS.

Obiectivele operaionale: Obiective cognitive (informative):

O1 - Stabilirea obiectului de studiu al mecanicii n general; O2 - Clasificarea subdomeniilor de studiu al mecanicii; O3 - Caracterizarea domeniului biomecanicii;

Obiective formative: 1) Metodologice:

O4 - Formarea capacitii de a recunoate contribiiile fiecrui domeniu de studiu al mecanicii i/sau biomecanicii n practica i teoria domeniului SPM; O5 - Elaborarea unei scheme de clasificare a tipurilor de aplicaii ale acestei pri a fizicii n tiina sportului i practica perfomaei motrice.

2) Motorii:

11

O6 -Demonstrarea utilitii cunotinelor de mecanic n practica domeniului SPM i/sau EFS;

3. Atitudinale: O7 - Formarea capacitii de a exprima necesitatea de rezolvare a unor probleme din practic, cu ajutorul cunotinelor de mecanic; O8 - Formarea capacitii de a colabora cu specialiti din domeniul mecanici/fizicii pentru elucidarea unor probleme concrete din practica proprie.

Obiective afective: O9 - Dezvoltarea capacitii de a se adresa unor specialiti din alte domenii cu probleme dificil de rezolvat n propriul domeniu de lucru i cu mijloacele tradiionale ale practicii curente.

12

De la mecanic la biomecanic i utilitatea lor n EFS

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al mecanicii n termeni generali.

Definiii:

Mecanica, ramur a fizicii, s-a statuat teoretic n ceea ce astzi numim mecanic clasic pornind de la Isaac Newton prin lucrarea sa Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. [http://ro.wikipedia.org/wiki/Mecanic]

Obiectul su de studiu poate fi formulat ca domeniul descrierii micrii corpurilor din perspective diferite, respectiv din punct de vedere strict descriptiv, adic nelund n discuie cauzele micrii (cinematica); lund n calcul cauzele micrii, respectiv forele (dinamica); i starea sau strile de echilibru i lips a micrii situaie n care se studiaz efectul forelor i sau momentelor de for ce asigur starea de repaus relativ (statica).

[http://www.webdex.ro/online/noul_dictionar_explicativ_al_limbii_romane/mecanic]

Cteva dintre conceptele fundamentale n studiul mecanicii sunt:

- Timpul;

Cronometru mecanic

13

- Poziia;

Precizarea poziiei cu ajutorul unui sistem de referin - Fora;

Forele ce apar la ridicarea unei greuti

Forele ce apar la aruncarea ciocanului

14

Forele ce se dezvolt pe aripa de avion - Masa

Legtura dintre mas, resort i amortizor

i derivate ale acestora: - Durata;

Fenomen cresctor cu evoluie peridic

- Deplasarea;

15

Deplasarea ca diferena vectorial ntre doi vectori de poziie - Lungimea (dimensiunile);

Exemplificarea noiunii de lungime i nlime

Traiectorie, distan i deplasare

- Traiectoria;

16

Exemplu de traiectorie

- Perioada;

Funcii periodice - Viteza;

Msurarea vitezei

17

Calcularea vitezei - Acceleraia;

Calcularea acceleraiei

- Energia;

- Puterea,

18

Relaia ntre for, vitez i putere n modelul Hill

Pentru a relua clasificarea ramurilor mecanicii precizm faptul c

regsim urmatoarele subramuri: STTIC - Ramur a mecanicii care se ocup cu studiul echilibrului

corpurilor. [Marcu, 2002]

Ecuaiile de echilibru static al unui corp solid

19

Aciunea unor fore neconcurente asupra unui corp

CINEMTIC - Ramur a mecanicii care studiaz micarea corpurilor independent de cauzele care o produc. [Marcu, 2002]

Traiectorii de micare

20

DINMIC s.f. 1. Ramur a mecanicii care studiaz legile micrii corpurilor i forele care acioneaz asupra lor. [Marcu, 2002] Pentru descrirea legilor micrii reinem 5 principii pentru descrierea punctului material liber de constrngeri (primele trei se mai numesc i legile lui Newton):

Principiul I (principiul ineriei): Un corp i pstreaz starea de micare rectilinie i uniform sau de repaus relativ atta vreme ct asupra sa nu acioneaz o for extern.

Principiul II al dinamicii: Acceleraia unui corp liber de constrngeri este direct proporional cu fora extern care acioneaz asupra sa i invers proporional cu masa sa m.

Iar n condiii n care masa rmne constant n timpul micrii:

Principiul III al dinamicii (principiul aciunii i reaciunii): Dac un corp A exercit o for asupra corpului B, atunci i corpul B acioneaz

asupra corpului A cu o for egal n modul i de sens contrar. (Exercitndu-se pe corpuri diferite nu ne aflm ntr-o situaie de echilibru ca aceea prezentat la exemplificarea relaiilor din static).

Principiul IV al dinamicii (principiul suprapunerii forelor): Mai multe fore care acioneaz asupra aceluiai corp acioneaz independent producnd fiecare dintre ele propriul su efect.

21

Principiul V al dinamicii (principiul relativitii): Starea de micare i de repaus ale unui corp sunt relative depinznd de starea sistemului de referin considerat.

Pentru a face o distincie necesar, ramura de studiu pe care o numim BIOMECANIC, este, n general, considerat a fi o aplicare a legilor mecanicii (Static, Cinematic i Dinamic) n studiul micrii corpurilor vii.

Studiul micrii corpurilor vii are stringent nevoie s depeasc graniele rigide ale biomecanicii. Dat fiind c modificrile de stare de micare n lumea viului au, alturi de legi mecanice, finaliti impuse de mecanisme i legi care in specific de bios i, n cazul special al omului, de intenionalitate i control. Din aceste motive, astzi studiile de biomecanic sunt corelate cu cele de electromiografie i din ce n ce mai mult cu neurotiine care ncearc s descifreze mecanismele de generare i dezvoltare a intenionalitii i a controlului exercitat n urmrirea finalitilor autopropuse.

Rezumat

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al mecanicii n termeni generali.

Se face o clasificarea a subramurilor mecanicii (Statica, Cinematica i Dinamica) cu prezentarea unor situaii curente n care cunotinele de mecanic vin n spijinul rezolvrii unor probleme ce in de performana motric sau de educaia fizic.

Se fac precizri asupra domeniului de studiu al biomecanicii i se precizeaz specificitatea acesteia fa de domeniul larg al mecanicii.

22

Tem de lucru: Observarea aplicrii unor principii din mecanic n domeniul de practic al studenilor i observarea unor aspecte n care intervin cuntinele de biomecanic n rezolvarea unor probleme de preforman motric.

Evaluare

pentru nota 5 - prezentarea simpl a unei singure aplicaii a mecanicii n domeniul SPM sau EFS;

pentru nota 6-8 - prezentarea unei aplicaii a mecanicii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia respectiv;

pentru nota 9-10 - prezentarea unei aplicaii a mecanicii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia respectiv i prezentarea utilitii aplicaiei

respective ca i a perspectivelor de dezvoltare n direcia deschis de respectiva aplicaie.

Bibliografie Minimal GAGEA, A., 2002, Biomecanica teoretica, Editura Scrisul Gorjean, Craiova. MARCU, Fl., 2002 Marele dictionar de neologisme. Editura Saeculum, Bucureti http://ro.wikipedia.org/wiki/Mecanic%C4%83. http://www.fizica-online.go.ro/mecanica.htm

Facultativ ANDREICA, D, f.a., Mecanic 1. Introducere, mrimi fizice, dimensiuni, uniti de msur, curs, Universitatea Babe Bolyai, la http://www.phys.ubbcluj.ro/ ~daniel.andreica/pdf/Mec-CURS/CURS-01.pdf

23

HABA, Pia Simona, 2011, studiul biomecanic al aruncarilor la cos n jocul de baschet, tez de doctorat Universitatea Transilvania, Braov, la http://www.unitbv.ro/LinkClick.aspx?fileticket=dFToAHYHyII%3D&tabid=4579, MANTEA, C., 2004, FIZICA. MANUAL PENTRU CLASA a IX-a. Editura ALL, Bucureti.

VLASE, S., f.a., Mecanica, Statica. Curs la http://sites.google.com/site/mecanica1 statica/

24

Tema 3/C 3

Tiltul temei:

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - ELECTRICITATEA

Scopul temei: S1 Identificarea domeniului de studiu al Electricitii. S2 Demonstrarea aplicabilitii cunotinelor rezultate din studiul

electricitii la domeniul SPM i/sau EFS.

Obiective operaionale: Obiective cognitive (informative):

O1 - Stabilirea obiectului de studiu al electricitii; O2 - Caracterizarea domeniului de aplicabiltate al studiului electricitii; O3 - Formarea capacitii de a recunoate contribuiile fiecrui domeniu de studiu al electicitii n practica i teoria domeniului SPM;

Obiective formative: 1) Metodologice:

O4 - Elaborarea unei scheme de clasificare a tipurilor de aplicaii ale acestei pri a fizicii n tiina sportului i practica perfomanei motrice

2) Motorii: O5 - Demonstrarea utilitii cunotinelor de electricitate n practica domeniului SPM i/sau EFS;

3) Atitudinale: O6 - Formarea capacitii de a exprima necesitatea de rezolvare a unor probleme din practic cu ajutorul cunotinelor de electricitate; O7 - Formarea capacitii de a colabora cu specialiti din domeniul studiului electricitii/elctronicii/electrotehnicii pentru elucidarea unor probleme concrete din practica proprie.

25

Obiective afective: O8 - Eliminarea fricii de a se adresa unor specialiti din alte domenii cu probleme dificil de rezolvat n propriul domeniu de lucru i cu mijloacele tradiionale ale practicii curente.

26

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - ELECTRICITATEA

Definiii: Electricitatea este tiina din cadrul subdomeniilor fizicii, ingineriei,

i tehnologiei asociat fenomenelor n care sunt prezente sarcini electrice n stare de repaus (electrostatica) sau n micare. [ http://en.wikipedia.org/wiki/Electricity] Dup alte surse, electricitatea este fenomenul cauzat de o proprietate fundamental a materiei num it sarcin electric. [http://science.howstuffworks.com/electricity-info.htm] Sarcina electric este o proprietate fundamental a particulelor subatomice, care le determin acestora (alturi de alte prprieti- n.a.) interaciunile. [http://ro.wikipedia.org/wiki/Sarcin%C4%83_electric%C4%83] Aproape tot ceea ce ne nconjoar este marcat de prezena fenomenelor electrice de la electricitatea atmosferic,

la sursele cele mai uzuale de lumin n absena luminii naturale.

n lumea sportului, electricitatea a adus schimbri majore att la nivelul confortului spectatorului - prin trecerea n cadrul spectacolului sportiv de la afiajul manual

27

Afiaj manual la multitudinea de forme de prezentare a rezultatelor n timpul competiiilor, forme ce aduc spectacolului sportiv un plus de atractivitate, iar spectatorului o informare mai rapid i mai complex:

Afiaj electromecanic

Afiaj cu LED-uri

28

Afiaj cu LED-uri

Tabela de afiaj color, alfa-numeric i grafic

O alt aplicaie folosit frecvent n lumea educaiei fizice i a sportulu de performan este cronometrul electronic, nlocuitor performant al vechiului cronometru mecanic.

Cronometru mecanic

29

Cronometru electronic

La fel de uzuale, dei mai puin vizibile pentru marele public, sunt sistemele de cronometraj automate ce folosesc contacte sau fotocelule.

Fotocelule cu unitate reflectorizant

Sistem de cronometrare cu timpi intermediari cu fotocelule i transmisie fr fir

30

Pentru sportul de performan, un ajutor important n creterea valorii rezultatelor a fost adus de progresele realizate n nelegerea mecanismelor fiziolgice ale contraciei musculare i, mai cu seam, aportul de cunoatere datorat dezvoltrii electrofiziologiei de la electrocardiologie, n ultim instan portabil, la electromiografie i, dezvoltat exploziv n ultimul deceniu, electroencefalografia de suprafa i mapingul cerebral.

Poligraf Electrocardiografia, investigaie exclusiv medical la nceput a devenit, pe msura dezvoltrilor tehnologice, un instrument preios n urmrirea intensitii efortului ca i n prevenia unor tulburri ce pot s survin n cazul efortului de intensitate ridicat.

ECG Willem Einthoven - 1924

31

Electrocardiogram standard

Echipament de nregistrare a frecvenei cardiace n efort

Electrocardiograf portabil adaptat investigaiei n efort

Investigaii electrocardiografice la sportivi n activitate

Electromiografia de suprafa (EMGS) este folosit mult n biomecanic cu scopul evidenierii controlului contraciei musculare n timpul efortului, mai ales specific pentru a putea nelege rolul jucat de fiecare grup muscular n structurarea unui gest motric eficient.

Electrozi multipolari pentru EMGS

32

Structura unui electrod de EMGS cu electronic activ

Investigaie electromiografic n not

Electroencefalografia dezvoltat iniial n legtur cu patologia cerebral i cu studiile de fiziologie cerebral, o dat cu dezvoltarea prelucrrilor sofisticate, devenite posibile dup dezvoltarea calculatoarelor electronice, a putut fi folosit n dezvoltarea nelegerii funcionrii creierului n condiii de micare i de mediu puternic invadat de bruiaj electric. Aceaste dezvoltri fac posibil investigaia comportamentului electric de suprafa i n cazul solicitrilor din sport.

33

Electroencefalogram

Plasarea electrozilor pentru maping cerebral

34

Imagini de maping cerebral

Fr a avea pretenia de epuizare a aplicaiilor provenite din studiul fenomenelor electrice, aplicaiile prezentate deschid o perspectiv asupra utilitii nelegerii fenomenelor electrice pentru lumea sportului de performan i a efortului n general, cu utilitate i n educaie fizic.

Rezumat Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al electricitii n

termeni generali.

Se face o clasificarea a subramurilor electricitii cu prezentarea unor situaii curente n care cunotinele de electricitate vin n spijinul rezolvrii unor probleme ce in de performana motric sau de educaia fizic.

Se fac precizri asupra domeniului de studiu al fiziologiei efortului sau biomecanicii i se precizeaz specificitatea acesteia fa de domeniul larg al electricitii.

Tem de lucru: Observarea aplicrii cunotinelor din studiul electricitii n domeniul de practic al studenilor i observarea unor aspecte n care intervin cunotinele de biomecanic n rezolvarea unor probleme de preforman motric.

Evaluare pentru nota 5 - prezentarea simpl a unei singure aplicaii a

cunotinelor din studiul electricitii n domeniul SPM sau EFS;

pentru nota 6-8 - prezentare a unei aplicaii a cunotinelor din studiul electricitii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia respectiv;

35

pentru nota 9-10 - prezentarea unei aplicaii a cunotinelor din studiul electricitii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia respectiv i prezentarea utilitii aplicaiei respective ca i a perspectivelor de dezvoltare n direcia deschis de respectiva aplicaie;

Bibliografie Minimal http://en.wikipedia.org/wiki/Electricity IONESCU, Th.,V. (1968). Electricitate i Magnetism. Universitatea din Bucureti (text/note de cursuri la Facultatea de Fizic din Bucureti). ZAMFIR,Gh., ZAMFIR, M., BNCIL, Gabriela, 2007, Fizica. Manual clasa a X-a (F3). Editura Aramis, Bucureti. CONSTANTINESCU, R., LOGOFATU, Michaela, IVAN, Mariana, 2007, Fizica. Manual pentru clasa a X-a. ). Editura Aramis, Bucureti. NISTOR, M., 2005, Fizic - manual electronic pentru clasa a X-a. http://www.fizica.ro/textbooks/fizica10/fizica10.html

Facultativ DANG, Chi, H., 1987, Electrical control circuit for isokinetic exercise equipment. United States Patent,number 4.751.440 RUBIN, L.,R., 1968, Electrical apparatus for scoring fencing matches. United States Patent,number 3.529.822. Wireless Scoring Systems. http://entertainment.howstuffworks.com/fencing-equipment6.htm

36

Tema 4/C4 Tiltul temei:

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - TERMODINAMICA I CLDURA

Scopul temei: Aplicaii ale cunotinelor date de studiul termodinamicii i cldurii n

msurarea i evaluarea din SPM i/sau EFS. S1 Identificarea domeniului de studiu al termodinamicii i cldurii. S2 Demonstrarea aplicabilitii cunotinelor rezultate din studiul

termodinamicii i cldurii la domeniul SPM i/sau EFS.

Obiective generale: Observarea contribuiei cunotinelor despre termodinamic i cldur

n rezolvarea unor necesiti practice n EFS Capacitatea de a formula probleme de msurare i evaluare din EFS

rezolvabile prin aplicaii n care cunotinele de termodinamic i cldur devin utile.

Obiectivele operaionale: Obiective cognitive (informative): O1 - Stabilirea obiectului de studiu al termodinamicii i cldurii; O2 - Caracterizarea domeniului de aplicabiltate al studiului

termodinamicii i cldurii; O3 - Formarea capacitii de a recunoate contribiiile fiecrui

domeniu de studiu al termodinamicii i cldurii n practica i teoria domeniului SPM i/sau EFS;

Obiectivele formative:

37

1) Metodologice O4 - Elaborarea unei scheme de clasificare a tipurilor de aplicaii

ale acestei pri a fizicii n tiina sportului i practica perfomaei motrice.

2) Motorii O5 - Demonstrarea utilitii cunotinelor de termodinamic i cldur

n practica domeniului SPM i/sau EFS;

3) Atitudinale O6 - Formarea capacitii de a exprima necesitatea de rezolvare a unor

probleme din practic cu ajutorul cunotinelor de termodinamic i cldur;

O7 - Formarea capacitii de a colabora cu specialiti din domeniul studiului termodinamicii i cldurii pentru elucidarea unor probleme concrete din practica proprie.

Obiective afective: O8 - Eliminarea fricii de a se adresa unor specialiti din alte domenii

cu probleme dificil de rezolvat n propriul domeniu de lucru i cu mijloacele tradiionale ale practicii curente.

38

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii TERMODINAMICA I CLDURA

Definiii: Termodinamica este ramura fizicii ce studiaz cldura i relaia

acesteia cu alte forme de energie i de lucru mecanic. [http://en.wikipedia.org/wiki/ Thermodynamics]

Mrimile fizice: temperatura, entropia, presiunea, sunt principale n

studiul tehmodinamicii n care structura materiei nu reprezint o preocupare principal.

Ramurile principale ale termodinamicii sunt: - Termodinamic clasic n care structura materiei nu este luat n

considerare; - Fizica statistic n care mrimile din termodinamica clasic sunt

privite ca rezultate statistice ale proceselor termodinamice de la nivel microscopic;

- Termodinamica chimic; - Termodinamica strilor de echilibru; - Termodinamica strilor de dezechilibru; - Termodinamica proceselor ireversibile; - Termofluide.

Printre preocuprile studiului termodinamicii i cldurii se afl i legile transferului de cldur de la un corp la altul.

Cele patru principii ale termodinamicii clasice:

39

I. Legea zero a termodinamicii: Dac dou sisteme sunt n echilibru termic cu un al treilea sistem, acestea trebuie s fie n echilibru termic unul cu altul.

II. Legea I-a a termodinamicii: Cldura i Lucrul mecanic sunt forme de transfer de energie ce au loc la schimbrile de energie intern n sisteme nchise din punct de vedere termodinamic. III. Legea a II- a a tremodinamicii: n orice sistem izolat, entropia crete. Respectiv, sistemele izolate evolueaz inevitabil ctre echilibru termic.

IV. Legea a III a a termodinamicii: Dac entropia unui sistem se apropie de o valoare constant atunci temperatura sa se apropie de zero absolut.

Legea I, numit i Legea conservrii energiei poate fi formulat i sub forma: energia nu poate fi creat sau distrus dar poate fi transformat dintr-un tip de energie n altul.

innd seama de consecinele Legii I-a a termodinamicii. formele de energie pe care le numim lucru mecanic i energie chimic (n cazul organismului viu) se pot converti una ntr-alta. Pentru a nelege ct mai bine consecinele acestei legi vom lua n considerare energia stocat sub form concentrat n organism, energie creia i spunem grsime. Pentru a putea

scpa de aceast cantitate de energie nedorit trebuie s avem n vedere faptul c bilanul energetic al organismului trebuie s fie negativ, respectiv aportul de energie ctre organism trebuie s fie inferior chetuielii de energie fie prin producerea de cldur de natur endogen, fie prin realizarea unui lucru mecanic care s fie superior energiei introduse n corp prin alimentaie.

Dac:

Energia intrat = Energia consumat, greutatea se pstreaz egal;

Energia intrat > Energia consumat, greutatea crete;

40

Energia intrat < Energia consumat, greutatea scade. Energia intrat/exterioar este cea provenit din alimente, iar Energia consumat este eliberat de organism sau consumat pentru

ntreinerea proceselor metabolice, pentru lucrul mecanic produs prim micare i cldura produs de organism pentru pstrarea homeostaziei termice.

Balana Alimentaie Efort pentru pierderea n greutate

! Observaie: grasimea, care este o form de depozit enegetic foarte dens mpachetat, necesit proceduri speciale pentru a fi eliminat.

Prima condiie este ca ea s ajung s fie mobilizat la nivelul circulaiei.

41

Procedur de mobilizare a grasimilor din esuturi O a doua condiie este aceea ca efortul realizat s fie continuu i s depeasc 20 30 de minute pentru c organismul funcioneaz astfel nct i asigur energia pentru micare n primul rnd din sursele uor accesibile (ATP, CP, Glucoz) i numai dup epuizarea relativ a acestor surse ncepe s foloseasc energie din resursle lipidice, iar acest lucru ncepe, cu aproximaie, dup 20-25 minute de efort continuu, moderat. n aceste condiii, ndemnul zilnic din mass-media referitor la realizarea unui efort de minim 30 de minute pe zi nu conteaza, dac este fcut continuu, dect, cu aproximaie, consumarea de grasimi timp de cinci minute. Cu alte cuvinte, dac facem un efort continuu, moderat de 40 de minute putem conta c numai 15 minute am lucrat pentru topirea grsimilor.

Surse de energie n funcie de durata i intensitatea efortului

42

Putem astfel s facem un calcul conform cruia timpul acordat slabirii, priederii de grasimi ar trebui s fie cronometrat abia din minutul 20 sau 25 dup nceperea efortului i aceasta dac am realizat pn atunci un efort fr oprire.

Printre cercettorii care au fcut studii legate de cldura eliminat de organism se numr i fiziologul Archibald Vivian Hill care a primit mpreun cu Meyerhof, n 1922, premiul Nobel n medicin i fiziolgie, pentru contribuia deosebit la studiul cldurii produse prin contracia muscular.

A.V.Hill 1922 la primirea premiului Nobel

Calorimetru

43

Alte aplicaii ale studiului cldurii n SPM sau EF l constituie procedurile de refacere dup efort, fie c se utilizeaz medii calde (apa fierbinte, duuri, saun, mpachetri etc.) fie c se procedeaz la utilizarea unor medii reci (ghea, camere cu temperaturi sczute crioterapie) pentru stimularea organismului pentru crearea condiiilor de refacere.

Tratamentul durerii cu ghea

Crioterapie

Studiile de transfer de cldur au o importan major n proiectarea echipamentului de antrenament i competiie care trebuie s asigure un maxim de confort practicanilor, fie c sunt sportivi de performan, personal de asisten la antrenament sau competiie, fie c este vorba despre

44

practicanii de educaie fizic al cror confort termic este necesar pentru evitarea accidentelor sau a demotivrii de la efort.

Rezumat

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al termodinamicii i cldurii n termeni generali.

Se face o clasificare a subramurilor termodinamicii i a cldurii cu prezentarea unor situaii curente, n care cunotinele de termodinamic i cldur vin n spijinul rezolvrii unor probleme ce in de performana motric sau de educaia fizic.

Se fac precizri asupra domeniului de studiu al tiinei sportului i se precizeaz specificitatea acesteia fa de domeniul larg al termodinamicii i cldurii.

Tem de lucru: Observarea aplicrii cunotinelor din studiul termodinamicii i cldurii n domeniul de practic al studenilor i observarea unor aspecte n care intervin cunotinele de termodinamic i cldur n rezolvarea unor probleme de preforman motric.

Evaluare

pentru nota 5 - prezentarea simpl a unei singure aplicaii a cunotinelor din studiul termodinamicii i cldurii n domeniul SPM sau EFS;

pentru nota 6-8 - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul termodinamicii i cldurii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia

respectiv;

pentru nota 9-10 - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul termodinamicii i cldurii n domeniul SPM sau EFS

45

cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia

respectiv i prezentarea utilitii aplicaiei respective

ca i a perspectivelor de dezvoltare n direcia deschis de respectiva aplicaie.

Bibliografie Minimal http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics http://www.musclescience.co.za/component/k2/item/9-what-is-a-fitness-plateau

Facultativ PRIGOGINE, Il., 1961, Introduction to Thermodynamics of Irreversible Processes. (Second ed.). Interscience, New York.

46

Tema 5/C 5 Tiltul temei:

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - MAGNETISMUL

Scopul temei: Aplicaii ale cunotinelor date de studiul magnetismului i

electromagnetismului n activitatea SPM i/ sau EFS.

Obiective generale: Identificarea domeniului de studiu al magnetismului si

electromagnetismului.

Demonstrarea aplicabilitii cunotinelor rezultate din studiul magnetismului.

Obiectivele operaionale: Obiective cognitive (informative): O1 - Stabilirea obiectului de studiu al magnetismului i

electromagnetismului;

O2 - Caracterizarea domeniului de aplicabiltate al studiului magnetismului i electromagnetismului;

O3 - Formarea capacitii de a recunoate contribuiile fiecrui domeniu de studiu magnetismului i electromagnetismului n practica i teoria domeniului SPM i/sau EFS;

Obiectivele formative: 1) Metodologice:

47

O4 - Elaborarea unei scheme de clasificare a tipurilor de aplicaii ale acestei pri a fizicii n tiina sportului i practica perfomaei motrice.

2) Motorii: O5 - Demonstrarea utilitii cunotinelor de magnetism i

electromagnetism n practica domeniului SPM i/sau EFS;

3) Atitudinale: O6 - Formarea capacitii de a exprima necesitatea de rezolvare a unor

probleme din practic cu ajutorul cunotinelor de magnetism i electromagnetism;

O7 - Formarea capacitii de a colabora cu specialiti din domeniul studiului magnetismului i electromagnetismului pentru elucidarea unor probleme concrete din practica proprie.

Obiective afective: O8 - Eliminarea fricii de a se adresa unor specialiti din alte domenii

cu probleme dificil de rezolvat n propriul domeniu de lucru i cu mijloacele tradiionale ale practicii curente.

48

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii MAGNETISMUL

Definiii: Magnetismul se manifest prin aparitia unor fore de atracie sau respingere ntre corpuri datorate prezenei unor cmpuri asociate sarcinilor electrice n micare.

Pentru a fi mai explicit, cmpurile magnetice sunt permanent asociate

sarcinilor electrice n micare fie n situaia n care acestea se deplaseaz liber, ca n conductorii de curent, fie sunt rezultatul orientrii n aceeai direcie a unor cmpuri create de deplasarea sarcinilor electrice la nivelul nveliurilor electronice ale atomilor. n cazul magnetismului aparent nedatorat unor cureni prin conductori se vorbete despre magnetism, iar atunci cand avem de-a face cu cmpuri generate de deplasarea unor cureni electrici fenomenul poart numele de electromagnetism. [http://ro.wikipedia.org/wiki/Magnetism] Folosind proprietile legate de electromagnetism, respectiv de faptul c deplasarea unor sarcini electrice genereaz un cmp magnetic, putem face astfel nct s modulm cmpuri magnetice dup dorin. Fa de situaia magneilor permaneni, la care singurul parametru influenabil este poziia fa de un obiect

Generarea unui camp magnetic la trecerea unui curent

[http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field]

49

paramagnetic, cu proprieti de rspuns la aciunea cmpului magnetic, electromagnetismul ofer posibiliti mult mai mari datorit faptului c putem influena forma cmpului ca i intensitatea sa, modificnd numai intesitatea curentului electric sau structura fizic a conductorului sau conductorilor prin care trece curentul. Astfel, modificarea numai a direciei curentului electric ntr-o bucl permite inversarea orientrii acestuia.

Modificarea orientrii campului magnetic funcie de sensul curentului electric

[http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field]

O aplicaie curent este cea legat de utilizarea unui fenomen denumit cureni Foucault sau cureni turbionari (eddies engl., n.a.) pentru realizarea frnelor electromagnetice pe care le regsim la unele tipuri de biciclete folosite pentru testarea capacitii de efort. Putem observa mai jos baza fizic a cestui fenomen.

Principiul de lucru al unei frne electromagnetice [http://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_current]

50

Frna electromagnetic pe disc [http://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_current_brake]

Sisteme de bicicltete cu frne cu cureni turbionari [http://www.google.com/patents/US4800310]

[http://www.freepatentsonline.com/5254061.pdf]

Pentru cei care au avut de-a face cu simulatoarele de condiii realizate n Romnia, n colaborri diverse sau cu Institutul Naional de Cercetare pentru Sport (INCS), principiul de control al rezistenei este acelai, chiar dac noi l-am folosit din 1976, iar patentele prezentate (patente U.S.) sunt din anii 1989 si 1993. Pentru c ntinderea cursului nu ne permite s acoperim dect o foarte mic parte din aplicaiile magnetismului sau electromagnetismului la domeniul sportului, a doua serie de exemple este dintr-un domeniu de care am nceput s beneficiem cu toii, sportivi sau nu. Este vorba despre

51

imagistica medical. i, mai mult dect att, mai ales imagistica obinut prin ceea ce se numete rezonan magnetic.

Imagistica, prin rezonana magnetic, este un test care se folosete de un cmp magnetic i de pulsuri de radiofrecven pentru vizualizarea imaginii diferitelor organe i esuturi ale corpului omenesc. n multe din cazuri, IRM ofer informaii care nu pot fi vizualizate prin radiografie, ultrasonografie sau tomografie computerizat. [http://www. sfatulmedicului.ro/ Imagistica -si-endoscopia / imagistica - prin-rezonanta -magnetica-irm-sau-rmn_1310] Putei observa o astfel de imagine obinut pentru articulaia genunchiului.

Imagine de rezonan magnetic sagital a articulaiei genunchiului [http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging]

Dac pentru investigaii de acest tip se pot folosi - i s-au folosit cu succes - i alte metode de imagistic, mai sus amintite, pentru punerea n eviden a unor aspecte ale reactivitii creierului la imaginile din ambient tomografia sau ultrasonografia i chiar maping-ul cerebral despre care am amintit la tema despre electricitate nu pot raspunde. O metod de mare finee a fost dezvoltat pornind de la rezonana magntetic i de la obsrvaia conform creia exist o diferen de comportare

52

magnetic ntre hemoglobina cuplat cu oxigenul (diamagnetica) i cea cuplat cu dioxidul de carbon (paramagnetic). Aceast metod a fost numit Imagistic de rezonan magnetic fiziologic (fMRI). [http://en.wikipedia.org/wiki/Functional_magnetic_resonance_imaging]

Rspunsuri diferite ale creierului evideniate cu ajutorul fMRI [http://en.wikipedia.org/wiki/Functional_magnetic_resonance_imaging]

Se pot astfel observa diferene la nivelul metabolismului cerebral, cu precizii de ordinul secundelor n condiii n care subiectul privete imagini diferite (o fa uman sau o cas, de exemplu). Exist i tehnici de investigare numite magnetoencefalografie sau magnetomiografie ce promit s ofere fiziologilor, eventual i celor ce se

ocup de fiziologia efortului, instrumente cu care s modifice ntelegerea rspunsului organelor vii la solicitrile sportului de performan sau ale micrii pentru propria sntate.

53

Magnetoencefalografie

[http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoencephalography]

Rezumat

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al magnetismului i electromagnetismului n termeni generali.

Se face o prezentare a unor aplicaii a efectelor electromagnetismului

n studiul efortului fizic sau al solicitrilor de cunoatere necesare supravegherii medicale sau a dezvoltrii cunotinelor de neurofiziologie.

Se descide perspectiva utilizrii n spijinul rezolvrii unor probleme ce in de performana motric sau de educaia fizic.

Tem de lucru: Observarea aplicrii cunotinelor din studiul magnetismului i electromagnetismului n domeniul de practic al studenilor i observarea unor aspecte n care intervin cunotinele de magnetism sau electromagnetism n rezolvarea unor probleme de preforman motric.

54

Evaluare

pentru nota 5 - prezentarea simpl a unei singure aplicaii a cunotinelor din studiul magnetismului n domeniul SPM sau EFS;

pentru nota 6-8 - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul magnetismului n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia

respectiv;

pentru nota 9-10 - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul magnetismului si electromagnetismului n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n

aplicaia respectiv i prezentarea utilitii aplicaiei

respective ca i a perspectivelor de dezvoltare n direcia deschis de respectiva aplicaie.

Bibliografie Minimal [http://ro.wikipedia.org/wiki/Magnetism] [http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetism] [http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field]

Facultativ Scientia.ro , 2009, Cmpul magnetic al Pmntului. Sfatul medicului.ro, f.a., Imagistica prin rezonanta magnetica (IRM sau RMN) [http://www.sfatulmedicului.ro/Imagistica-si-endoscopia/imagistica-prin-rezonanta-magnetica-irm-sau-rmn_1310] TEODORESCU,Adr., Ant., 2007 Efectele cmpurilor electromagnetice asupra organismului uman (1) - magnetismul natural. [http://www.energobiologie.ro/index.php/Geobiologie/Efectele-campurilor-electromagnetice-asupra-organismului-uman-1-magnetismul-natural.html

55

[http://www.scientia.ro/univers/40-terra/215-campul-magnetic-al-pamantului.html] [http://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_current] [http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field] [http://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_current_brake] [http://www.google.com/patents/US4800310] [http://www.freepatentsonline.com/5254061.pdf] [http://en.wikipedia.org/wiki/Functional_magnetic_resonance_imaging] [http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoencephalography] [http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging]

56

Tema 6/C 6 Tiltul temei:

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - HIDRODINAMICA

Scopul temei: Aplicaii ale cunotinelor date de studiul hidrodinamicii n msurarea

i evaluarea din EFS. S1 Identificarea domeniului de studiu al hidrodinamicii. S2 Demonstrarea aplicabilitii cunotinelor rezultate din studiul

hidrodinamicii la domeniul SPM i/sau EFS.

Obiective generale: Observarea contribuiei cunotinelor despre hidrodinamic n

rezolvarea unor necesiti practice n EFS; Capacitatea de a formula probleme de msurare i evaluare din EFS

rezolvabile prin aplicaii n care cunotinele de hidrodinamic devin utile.

Obiective operaionale: O1 - Stabilirea obiectului de studiu al hidrodinamicii; O2 - Caracterizarea domeniului de aplicabiltate al studiului hidrodinamicii; O3 - Formarea capacitii de a recunoate contribiiile fiecrui domeniu de studiu al hidrodinamicii n practica i teoria domeniului SPM.

Obiective operaionale: 1) Metodologice

57

O4 - Elaborarea unei scheme de clasificare a tipurilor de aplicaii ale acestei pri a fizicii n tiina sportului i practica perfomanei motrice;

2) Motorii: O5 - Demonstrarea utilitii cunotinelor de hidrodinamic n practica domeniului SPM i/sau EFS;

3) Atitudinale: O6 - Formarea capacitii de a exprima necesitatea de rezolvare a unor probleme din practic cu ajutorul cunotinelor de hidrodinamic; O7 - Formarea capacitii de a colabora cu specialiti din domeniul studiului hidrodinamicii pentru elucidarea unor probleme concrete din practica proprie.

Obiective afective: O8 - Eliminarea fricii de a se adresa unor specialiti din alte domenii cu probleme dificil de rezolvat n propriul domeniu de lucru i cu mijloacele tradiionale ale practicii curente.

58

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - HIDRODINAMICA

Chiar dac am acordat o tem special mecanicii i biomecanicii, ca aplicaii ale fizicii la domeniul nostru de activitate, m ntorc la domeniul mecanicii pentru a sublinia aplicaii dintr-o zon teoretic i practic la care preocuprile din coal nu au avut darul s ofere o perspectiv foarte bogat aplicabilitii n sport i educaie fizic.

Definiii:

Hidrodinmica este o ramur a mecanicii respectiv a hidromecanicii care se ocup cu studiul legilor de micare a fluidelor. (NODEX, 2002). Cu precizarea c, similar mecanicii punctului material sau corpului solid, hidromecanica are i ea subramuri corespunztoare strilor de micare ale fluidelor sau instrumentelor de studiu puse n aplicare:

- hidrostatica ramura ce se ocup cu legile ce guverneaz strile lichidelor aflate n echilibru, respectiv n repaus relativ;

- hidrocinetica, care descrie micarea lichidelor fr s considere cauzele ce produc aceast micare i

- hidrodinamica, care se ocup, aa cum am vzut, cu studiul micrii lichidelor legate de cauzele, forele, ce acioneaz pentru realizarea acestei micri.

Mult mai complex dect mecanica punctului sau chiar a solidului rigid, hidrodinamica are n bagajul de metode de studiu instrumente matematice de modelare deosebit de complexe dar i o istorie a observaiilor realizate n condiii dificil de controlat ca i o dezvoltare experimental sofisticat care ncearc s descopere comportamentele lichidelor n montaje experimentale adaptate cerinelor de observabilitate i cantificare necesare oricrui demers tiinific.

59

Necesitatea omului de a se deplasa chiar atunci cnd trebuia s o fac n ciuda faptului c trebuia s o fac prin sau pe ap a fcut ca notul i vslitul s fie unele dintre ndeletnicirile umane cele mai utile supravieurii. i cum s-a fcut din activitile utilitare de foarte multe ori prilej de ntrecere, aa au aprut sporturile nautice: not, kaiak, canoe, canotaj, iahting i sporturi nautice cu motor i, cred c, diversitatea i diversificarea lor este n plin desfurare.

Imagini din istoria vslitului Forma brcilor i a palelor/vslelor a fost schimbat de mai multe ori

chiar n timpul unei singure generaii de spotivi. Iar acest lucru n-ar fi fost posibil fr studiiile fcute de catre hidrodinamicieni n laboratoarele lor att de complicate.

La fel s-a ntmplat i cu studiile legate de not, mergndu-se pn la realizarea unor costume care s permit, chiar n total dispre fa de regulament sau fairplay, la performane ce veneau din costum i nu din posibilitile sportivului.

Studiul legilor hidrodinamice care guverneaz deplasarea nottorului n proba de concurs au ajuns s fie studiate astzi folosind metode de

60

simulare pe calculator. [Marinho, 2010] Metodologia folosit n studiul citat are la baz metoda CFD (Computational fluid dynamics modelarea matematic a dinamicii fluidelor) ce const ntr-un proces iterativ (repetat) de calcul bazat pe un model matematic ce folosete expresii algebrice discrete eficient de prelucrat de ctre calculatoarele moderne.

Studii serioase de hidrodinamic au urmrit efectele micrii minii sportivului n ap cutnd soluiile optime pentru obinerea celor mai bune performane legate de eficiena traciunii i utilizarea efectului de portan.[Toussaint, 2000]

Traiectoria palmei prin ap [Toussaint, 2000] Unul dintre sporturile spectaculoase ale ultimelor decenii, surfing-ul,

beneficiaz de studii de hidrodinamic i chiar de laboratoare special construite pentru astfel de studii.

Analiza deplasrii funcie de structura valului

61

Montaj experimental pentru msurarea presiunii si vitezei de plasare a planei fa de ap.

Diagram de dependen a coeficientului de ridicare fa de raportul ridicare/traciune

Bazin artificial pentru studiul hidrodinamic al surfing-ului [http://users.tpg.com.au/users/mpaine/thesis.html]

Se poate vedea c dei studiile sunt prezentate ca studii de biomecanic, ele sunt, de fapt, studii de mecanic a deplasrii prin ap. Legtura cu biomecanica apare abia atunci cnd concluziile respectivelor

62

studii devin obiective pentru corectarea sau nvarea corect a unei noi tehnici de not.

Fac aceast observaie pentru a sublinia faptul c studiile de biomecanic au ca diferen fa de cele de mecanic asocierea micrii viului de o finalitate orientat din motive ce in de eficien i performan att energetic ct i n raport cu scopurile sau obiectivele nglobate n ceea ce numim finalitate a unui sitem la un moment dat.

Rezumat

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al hidrodinamicii n termeni generali.

Se face o clasificarea a subramurilor hidrodinamicii cu prezentarea unor situaii curente n care cunotinele de hidrodinamic vin n spijinul rezolvrii unor probleme ce in de performana motric sau de educaia fizic.

Se fac precizri asupra domeniului de studiu al biomecanicii i se precizeaz specificitatea acesteia fa de domeniul larg al hidrodinamicii.

Tem de lucru: Observarea aplicrii cunotinelor din studiul hidrodinamicii n domeniul de practic al studenilor i observarea unor aspecte n care intervin cunotinele de biomecanic n rezolvarea unor probleme de preforman motric.

Evaluare

pentru nota 5 - prezentarea simpl a unei singure aplicaii a cunotinelor din studiul hidrodinamicii n domeniul SPM sau EFS;

63

pentru nota 6-8 - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul hidrodinamicii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia

respectiv;

pentru nota 9-10 - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul hidrodinamicii n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia

respectiv i prezentarea utilitii aplicaiei respective

ca i a perspectivelor de dezvoltare n direcia deschis de respectiva aplicaie;

Bibliografie Minimal Litera International, 2002, Noul dictionar explicativ al limbii romane (NODEX). Editura Litera International, Bucuresti.

MARINHO, D.A., si altii, 2010, Modelling Swimming Hydrodynamics to Enhance Performance. The Open Sports Sciences Journal, 2010, 3, 43-46. TOUSSAINT, H. M., i alii, 2000, Biomechanics of swimming. In W. E. Garrett & D. T. Kirkendall (Eds.), Exercise and Sport Science, Lippincott, Williams & Wilkins, Philadelphia, (pp. 639-660).

Facultativ ARELLANO, R., TERRS, J.M.,, REDONDO, J.M., Fundamental hydrodynamics of swimming propulsion. http://www.fade.up.pt/rpcd/_arquivo/artigos_soltos/vol.6_supl.1/01.invited_lectures.pdf DAGIOU, Ch., f.a. Hydrodynamics Of Flat Water Kayiak and Canoe Racing Boats.la http://www.canoehellas.gr/documents/dagios-5-08-eng.pdf FOSSATI,F., 2009, Aero Hydrodynamics & the Perform/Sailing.Publisher Adlard Coles. KOFF, Tara, MATKOVICH, Ed., McPHILLIPS, Kristin, f.a.Resistance, Drag, and Hydro-dynamics. In The Physics of swimming, la http://www.lakelubbers.com/articles/swimming-101.cfm

64

NRSTRUD, Helge, ERNST, A. f.a. On the hydrodynamics of rowing and oar design.Trondheim, NORWAY, abstract, la http://events.polytechnique.fr/home/physics-of-sports/abstract-list/on-the-hydrodynamics-of-rowing-and-oar-design-92913.kjsp PAINE, M., 1974, Hydrodynamics of surfboards -Final year thesis. University of Sydney, la http://www4.tpg.com.au/users/mpaine/thesis.html PALLIS, J.M., MEHTA, R. D., f.a. Aerodynamics and hydrodynamics in sports. la http://www.cevs.ucdavis.edu/ces_pages/Download/Past%20Conferences/ISEA04/ISEA_example.pdf

65

Tema 7/C 7 Tiltul temei

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - FIZICA ATOMICA SI NUCLEAR

Scopul temei Aplicaii ale cunotinelor date de studiul fizicii atomice i nucleare n

msurarea i evaluarea din EFS. S1. Identificarea domeniului de studiu al fizicii atomice i nucleare. S2. Demonstrarea aplicabilitii cunotinelor rezultate din studiul

fizicii atomice i nucleare la domeniul SPM i/sau EFS.

Obiectivele operaionale O1. Observarea contribuiei cunotinelor despre fizica atomic i

nuclear n rezolvarea unor necesiti practice n EFS i SPM. O2. Stabilirea obiectului de studiu al fizicii atomice i nucleare; O3. Caracterizarea domeniului de aplicabiltate al studiului fizicii atomice i nucleare;

O4. Formarea capacitii de a formula probleme de msurare i evaluare din EFS rezolvabile prin aplicaii n care cunotinele de fizic atomic i nuclear devin utile. O5. Formarea capacitii de a recunoate contribuiile fiecrui domeniu de studiu al fizicii atomice i nucleare n practica i teoria domeniului SPM;

Obiectivele operaionale a. OBIECTIVE METODOLOGICE

66

O6. Elaborarea unei scheme de clasificare a tipurilor de aplicaii ale acestei pri a fizicii n tiina sportului i practica perfomanei motrice;

b. OBIECTIVE MOTORII O7. Demonstrarea utilitii cunotinelor de fizic atomic i nuclear n practica domeniului SPM i/sau EFS;

c. OBIECTIVE ATITUDINALE O8. Formarea capacitii de a exprima necesitatea de rezolvare a unor probleme din practic cu ajutorul cunotinelor de fizic atomic i nuclear; O9. Formarea capacitii de a colabora cu specialiti din domeniul studiului fizicii atomice i nucleare pentru elucidarea unor probleme concrete din practica proprie.

d. OBIECTIVE AFECTIVE O10. Eliminarea fricii de a se adresa unor specialiti din alte domenii cu probleme dificil de rezolvat n propriul domeniu de lucru i cu mijloacele tradiionale ale practicii curente.

Obiectivizarea efortului i principiile fizicii - FIZICA ATOMICA SI NUCLEAR

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al fizicii atomice i nucleare n termeni generali.

Fizica atomic i nuclear au ca obiect de studiu structura profund a materiei. Studiul structurii atomului, nceput ntr-o cascad de descoperiri la sfritul secolulului XIX i nceputul secolului XX i fermentul pentru

dezvoltarea fizicii cuantice i, concomitent, a fizicii nucleare care studiaz particulele i forele de interaciune de la nivelul nucleului. Sintetiznd putem vorbi despre fizic atomic att ct avem n vedere nucleul nconjurat de nveliul su electronic mai mult sau mai puin bogat. Atunci cnd ne aflm n interiorul fizicii atomice putem vorbi i despre ioni, respectiv atomi mai bogai n electroni (ioni negativi cationi) sau mai sraci (ioni

67

pozitivi anioni) cu implicri majore n reaciile chimice i biochimice devenite unele dintre domeniile de vrf ale performanei sportive.

Pentru exemplificarea aplicaiilor n sport ne vom opri asupra unuia

dintre cele mai complicate procese ce se desfoar n sport i numaesc aici fizica ce pune controlului doping mijloacele necesare analizei fizico-chimice de foarte mare finee i precizie.

Existena ionilor, atomi ncrcai electric, face posibil descifrarea structurii substanelor ce se produc n organismul uman ulterior ingerrii substanelor dopante. [http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Nuclear_physics], [http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_physics]

Elemente de fizic atomic, magnetism i electromagnetism ca i dinamica gazelor i fluidelor au fcut posibil realizarea unor metode de analiz extrem de complicate pentru analiza din controlul doping.

Nu m voi opri dect asupra utilizrii a ceea ce se numete spectrometria de mas.

Bazat pe proprietatea sarcinilor electrice aflate n micare de a interaciona specific cu cmpurile magnetice fie c ele sunt stabile sau fluctuante. Se realizeaz o ionizare a atomilor componeni ai moleculelor metaboliilor substanelor dopante. Dup ionozare, ionii astfel obinui sunt acelerai ntr-un cmp electric i injectai ntr-un fel de tunel electrostatic care face selectarea ionilor dup viteze.

Cu obinerea unui flux ionic cu viteze relativ similare ncepe propriu zis partea esenial a procesului de separare a ionilor dup raportul dintre sarcin i mas, mrime ce se numete sarcin specific. Cu ct sarcina specific este mai mare cu att raza de curbur a traiectoriei ionilor este maic.

68

Principiile spectrometriei de mas [hyperphysics.phy-astr.gsu.edu]

Tehnologia modern folosete metode mult mai complicate de obinere a aceluiai tip de separare cu ajutorul unor structuri dinamice a geometriei cmpurilor magnetice cuadripolii magnetici.

Structura unui sistem cu cuadripoli magnetici [chemicool.com]

Rezultatul analizei cocainei prin spectrometriei de mas [www2.chemistry.msu.edu]

Rezultatele unui astfel de proces arat ca n figura anterioar care este un rezultat al analizei unei probe ce conine cocain. Se vd vrfurile din figur care ofer

69

informaie despre raporturile de atomi prezeni n compoziia substanei respective. n figura urmtoare este prezentat o spectrogram, obinut printr-o metod diferit, pentru componente hormonale: estradiol, testosterone, epitestosterone, dihydro testosterone i androstandiol.

[anzac.edu.au] Din cercetrile realizate n legtur cu structura atomului au derivat i

preocuprile legare de radiaiile ionizante cum sunt razele X uilizate pentru radiografii, sau tomografia computerizat cum se vede in figurile urmatoare.

Principiul radiografiei

[http://library.thinkquest.org/3471/medical_imaging.html]

70

Principiul tomografiei computerizate.

[http://library.thinkquest.org/3471/medical_imaging.html]

Tot de aplicaiile fizicii atomice este vorba atunci cnd se procedeaz la examenele de scintigrafie realizate prin introducerea unor substane radioactive care se acumuleaz specific n anumite pri ale corpurilor n anumite stri specific legate de patologie sau chiar de efectele efortului.

[http://library.thinkquest.org/3471/radiation_detection.html]

Rezumat

Se realizeaz o prezentare a obiectului de studiu al fizicii atomice i nucleare n termeni generali.

Se face o clasificarea a subramurilor fizicii atomice i nucleare cu prezentarea unor situaii curente n care cunotinele de fizic atomic i nuclear vin n spijinul rezolvrii unor probleme ce in de performana motric sau de educaia fizic.

Se fac precizri asupra domeniului de studiu al biomecanicii i se precizeaz specificitatea acesteia fa de domeniul larg al fizicii atomice i nucleare.

71

Tem de lucru: Observarea aplicrii cunotinelor din studiul fizicii atomice i nucleare n domeniul de practic al studenilor i observarea unor aspecte n care intervin cunotinele de biomecanic n rezolvarea unor probleme de preforman motric.

Evaluare

pentru nota 5 - prezentarea simpl a unei singure aplicaii a cunotinelor din studiul fizicii atomice i nucleare n domeniul SPM sau EFS;

pentru nota 6-8 - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul fizicii atomice i nucleare n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia

respectiv;

pentru nota 9-10) - prezentarea a unei aplicaii a cunotinelor din studiul fizicii atomice i nucleare n domeniul SPM sau EFS cu argumentarea principiilor utilizate n aplicaia

respectiv i prezentarea utilitii aplicaiei respective

ca i a perspectivelor de dezvoltare n direcia deschis de respectiva aplicaie;

Bibliografie

Minimal:

GARABET, Mihaela, MANTEA, Ctin., 2007, Fizica F1+ F2 cls XII. Editura ALL

72

BRATU, Simona, FAILE, V., 2007, Fizica cls XII F1, F2. Editura DIDACTICA SI PEDAGOGICA

Facultativ:

[http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Nuclear_physics], [http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_physics] [hyperphysics.phy-astr.gsu.edu] [chemicool.com] [www2.chemistry.msu.edu] [anzac.edu.au] [http://library.thinkquest.org/3471/medical_imaging.html] [http://library.thinkquest.org/3471/radiation_detection.html]