Pedana di forza • Misura: – – – – – Stabilità posturale nel tempo Locomozione Salti Atterraggi al terreno (dopo una fase di volo) Salita e discesa dalle scale FORZE E MOMENTI La forza è data da qualsiasi causa capace di modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo. Una forza è l’azione di un corpo su di un altro. Per descrivere una forza applicata, tre elementi sono necessari: Punto d’applicazione Intensità Direzione e verso Il punto d’applicazione è il punto del corpo a cui è applicata la forza (il punto A della figura). L’intensità (oppure il modulo o la grandezza) di una forza è il numero espresso in Newton [N] che misura il valore della forza. La direzione è definita dalla retta d’azione ed il verso dalla freccia. Due forze P e Q, applicate nel punto A, possono venire riassunte nell’unica forza R, che esercita lo stesso effetto su A. Tale forza R prende il nome di Risultante. Questo modo di comporre le due forze P e Q, prende il nome di regola del parallelogramma. Composizione di forze nel piano L’insieme di due o più forze, agenti contemporaneamente su un corpo, costituisce un sistema di forze; un sistema di forze si dice sistema di forze piano, quando tutte le rette d’azione giacciono nello stesso piano e ciascuna di queste forze si dice complanare. MOMENTO DI UNA FORZA Il momento di una forza F rispetto ad un punto O, è il prodotto dell’intensità della forza F per la distanza (il braccio) del punto O dalla retta d’azione della forza. 1. Punto di applicazione O 2. Intensità pari al prodotto di F per b M = F•b Essendo la forza espressa in Newton [N] e la distanza in metri [m], il momento di una forza sarà espresso in Newton•metro [N•m] La pedana di forza • Permette di misurare : • - Le forze su tre assi • - Gli spostamenti antero-posteriori e latero-laterali Le Forze misurate su tre assi Fy Fx Fz La somma algebrica dei momenti delle singole forze, rispetto ad un generico punto O, è uguale al momento della risultante R, rispetto allo stesso punto. • MR = R x b • M1 = F1 x b1 M2 = F2 x b2 • da cui • MR=M1+M2 • e cioè • R x b=(F1 x b1)+(F2xb2) F 1 b1 F 2 b 2 b F1 F 2 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 Fx [N] Fy [N] Fz [N] 0 2 4 6 8 10 12 Time (seconds) 14 16 18 20 La pedana La pedana Un passo con una o due pedane 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 -200 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Fx [N] Fy [N] Fz [N] Time (seconds) 1200 1000 800 Fx [N] Fy [N] Fz [N] Fx [N] Fy [N] Fz [N] 600 400 200 0 -200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Time (seconds) 1.4 1.6 1.8 Un salto 2400 2000 1600 Fx [N] 1200 800 Fy [N] 400 Fz [N] 0 -400 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Time (seconds) 240 200 160 120 80 40 0 -40 -80 -120 Ax [mm] Ay [mm] 0 0.5 1.0 1.5 2.0 Time (seconds) 2.5 3.0 3.5 Corsa con due pedane 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Fx [N] Fy [N] Fz [N] Fx [N] Fy [N] Fz [N] Ay Time (seconds) 320 280 240 200 160 120 80 40 0 -40 -80 -120 -160 -200-160-120 -80 -40 0 Ax vs Ay [mm] Ax vs Ay [mm] 40 80 120 160 200 240 280 Ax Gli spostamenti Sono riferiti allo spostamento del Centro di Pressione (COP) Il Centro di Pressione (COP) è la proiezione sul piano della pedana del baricentro del soggetto quando rimane fermo; Si possono misurare gli spostamenti del COP rispetto ai due assi cartesiani: - Spostamento latero-laterale (Sx) - Spostamento antero-posteriore (Sy) + - y + - x 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 Ax [mm] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Time (seconds) 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 Ay [mm] 0 2 4 6 8 10 12 Time (seconds) 14 16 18 20 Tale traiettoria viene definita “Migrazione del COP”. Ay la pedana permette anche di misurare la traiettoria che compie il COP durante tutto il tempo che il soggetto rimane sopra la pedana; -16 -18 -20 -22 -24 -26 -28 -30 -32 -34 -10 Ax vs Ay [mm] -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Ax Migrazione del COP di un soggetto fermo in piedi per 30 sec. con gli occhi aperti Ay Soggetto fermo con occhi aperti e occhi chiusi -16 -18 -20 -22 -24 -26 -28 -30 -32 -34 -10 Ax vs Ay [mm] -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 Occhi Aperti 10 Ax -20 -25 Ay -30 -35 Ax vs Ay [mm] -40 -45 -50 -55 -10 -5 0 5 10 Ax 15 20 25 Occhi Chiusi Poter interpretare correttamente il segnale della pedana è indispensabile conoscere la “cinematica” del movimento che si sta studiando La pedana può essere usata in vari ambiti: Studio del movimento umano Studio movimenti sportivi Diagnostica Riabilitazione Dinamica fin qui 0 -50 -100 Spostamento L-L (mm) Spostamento A-P (mm) Grafico Tipo Migrazione COP 50 0 200 400 600 800 1000 1200 Tempo (frames) 1400 1600 1800 2000 0 200 400 600 800 1000 1200 Tempo (frames) 1400 1600 1800 2000 20 0 -20 -40 -60 Spostamenti calcolati dai momenti delle forze applicate Dinamica 100 80 Ava nz a m e nto S pos ta m e nto (m m ) 60 40 20 0 Arre tra m e nto -2 0 -4 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Te m p o (fra m e ) 1400 1600 1800 2000 • Area descritta dal gomitolo formato dalla migrazione del Centro di Pressione che e’ definito come la proiezione del Centro di Massa sul terreno. Spostamento Antero Posteriore (mm) Dinamica Displacement A-P total movement (20 seconds) 80 60 PA Dis plac 40 eme nt 20 (m m) 0 RA -20 -40 -60 0 2 4 6 8 10 12 Time (seconds) 14 16 18 20 Cinematica Karate: spostamento di una zavorra dopo un tiro diretto Spostamento per le due Tecniche Spostamento Box (cm) 20 16 12 8 L e g en d 4 Principianti OA Principianti OC Esperti OA Esperti OC 0 Spalla Avanti Spalla Dietro Speed Punch 9 ** SF SA 6 5 4 3 2 1 0 Expert Novice Impulse of the punch 50 * 45 * 40 Impulse (N*m/s) Speed (m/s) 8 7 35 30 25 20 15 10 5 0 Expert Novice SF * * SA Resting Area (RA) Punching Area (PA) 70 1200 * SF 60 SA 50 600 400 200 SF SA 40 30 20 10 0 0 Expert Novice Expert Forward displacement of the COP * 70 60 50 40 30 20 10 0 Expert Novice Novice Backward displacement of the COP SF SA Displacement (mm) 80 Displacement (mm) * * 2 2 800 Area (mm ) Area (mm ) 1000 * 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 * * SF SA * Expert Novice Leggero contatto e stabilizzazione posturale • Leggera pressione (0.5 N) di un dito può aumentare di molto la stabilità posturale. • Indice importante per: – Costruzione di bastoni – Utilizzo dei bastoni – Applicazioni fisioterapiche Integrazione percettivo-motoria Studi sull’utilizzo dei bastoni • In funzione della distribuzione della forza applicata su ogni singolo arto • Supporto del bastone non è solo biomeccanico! • Studi sulla pedana di forza hanno mostrato che l’integrazione fra informazioni propriocettive e percettive portano ad una maggiore stabilità Amputati • Applicano forza sul bastone prima di appoggiare totalmente il piede a terra • Il bastone sembra servire come ricevere informazione percettiva prima della reale applicazione del peso. • Molte patologie neuromuscolari sono trattate con l’uso del bastone mostrando una funzione percettiva dello stesso Percezione tattile Pochi N di forza Alta stabilità posturale Relazione fra Oscillazione COP Oscillazione dito La camminata con supporto Camminata con e senza supporto protocollo • L’area del gomitolo formato dalle oscillazioni del (COP) e calcolata come il 90% dei punti racchiusi in una ellisse. • La lunghezza del gomitolo espressa in (mm), che rappresenta la distanza totale percorsa dal (COP). • La velocità media (mm/s) • Lo spostamento medio latero-laterale (L-L) e anteroposteriore (A-P) delle oscillazioni • I valori minimi e massimi dello spostamento (L-L) e (A-P) • Il range di spostamento (L-L) e (A-P). Parkinson CASI ETA’ UPDRS III UPDRS IV H & Y % ADL UPDRS TOT 1 M.N. 67 22 0 2 90 22 2 M.L. 65 13 0 1 90 13 3 B.G. 62 12 0 1 90 12 4 C.L. 68 9 0 1 100 9 5 E.F. 53 3 3 1 100 6 Anziani Parkinson Stand 250 200 Lunghezza OA 150 Area OA 100 Lunghezza OC L(mm) A(mm2) Area OC 50 0 Anziani Parkinson Fig. 1.: Aree e Lunghezze del COP nella condizione stand per Anziani e Parkinson Aree nelle due condizioni di stand ed inclinate avanti 0.11 0.1 B Antero-Posteriore 0.09 0.08 Distanza D=da B ad A D 0.07 0.06 A 0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 Latero-Laterale Figura 2. Metodo di calcolo della distanza fra la posizione stand e quella inclinata avanti per una prova di un soggetto. Anziani Parkinson A-P L-L occhi aperti e chiusi 50 40 Parkinson A-P L-L (mm) Anziani 30 20 10 0 L-L OA A-P OA L-L OC A-P OC In media gli anziani indietreggiano di 1.04 cm ad occhi chiusi e di 0.44 cm ad occhi aperti. I parkinson indietreggiano in media 1.25 cm ad occhi chiusi e 0.74 cm ad occhi aperti. 0.12 Fase inclinata avanti Avanti-Dietro m 0.1 0.08 Fase di Stand 0.06 0.04 0.02 0 1000 2000 3000 time (s) 4000 5000 6000 2500 3000 Spostamento Avanti Dietro nella fase di presa della sfera 0.095 0.09 Avanti-Dietro m Distanza calcolata 0.085 0.08 0.075 0.07 0.065 0 500 1000 1500 time (s) 2000 BLU spostamenti Antero Posteriori. ROSSO fase di inclinazione in avanti e modalità di calcolo della distanza ottenuta (media dei primi punti – media degli ultimi punti)