-
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]