Виміри і технічні засоби у фізичному вихованні і спорті

План:

1.Виміри у фізичному вихованні і спорті.

2.Вимірювальні системи, їх основні компоненти.

3.Методики вимірів у фізичному вихованні і спорті.

4.Погрішності вимірів.

5.Статистичні сукупності і вибірковий метод

1.Виміри у фізичному вихованні і спорті

Під час проведення спортивних змагань необхідно вимірювати результати виконання вправ і іншого роду рухових завдань. Також такі виміри потрібні на тренувальних заняттях. І, головне, потрібні іншого характеру виміри, не цікаві для глядачів і суддів, але важливі для підвищення ефективності загальфізичної і спортивної підготовки, для забезпечення здоров'я що займаються. Це виміри характеристики тіла, тілорухів і рухів, фізіологічних і психологічних характеристик.

Виміри можна проводити з використанням досить складних приладів і пристроїв, але в багатьох випадках можна обмежитися порівняно простими вимірювальними приладами і пристосуваннями, а часом і обійтися виміром власним тілом і візуальними оцінками. Вимір — це зіставлення вимірюваної ознаки об'єкта з прийнятим за зразок об'єктом, що володіє аналогічною ознакою одиничної величини.

Виміри у фізичному вихованні і спорті дозволяють порівнювати цікавлячі нас ознаки різних індивідів, дозволяють порівнювати той самий ознака того самого індивіда через ті чи інші проміжки часу, що дає можливість простежити динаміку цієї ознаки, хід його розвитку. Такий контроль необхідний для управління процесом підготовки у фізичному вихованні і спорті, а також для вироблення норм і орієнтирів, “моделей спортсменів”. Виміри — основа кількісного аналізу рухової активності, стану індивіда, його актуальних і потенційних рухових можливостей, а значить — контролю в цій області.

2. Вимірювальні системи, їх основні компоненти

Пристрій — система, що відправляє деяку порівняно “вузьку” функцію і що має відособлені конструкцію і компонування, але не укладена в окремий корпус. Прилад — схований в окремий корпус пристрій чи сукупність функціональних взаємозалежних пристроїв. Вимірювальна установка — системна сукупність функціонально взаємозалежних чи незв'язаних приладів, пристроїв, допоміжних конструктивних елементів, призначена для виміру одного чи декількох вимірюваних факторів. Вимірювальна установка може складатися з декількох конструктивно відособлених частин, кожна їх яких містить у собі один чи кілька приладів (пристроїв). Ці частини називають блоками, а таку установку — блокової. Але може бути оформлена і як цілісна конструкція. Вимірювальна установка часто складається з 2 розділених відстанню блоків: один закріплений на досліджуваному об'єкті, іншої — блок оператора. Такі, зокрема, телеметричні систем, у яких зв'язок між блоком, установленим, наприклад, на спортсмені і блоком оператора найчастіше здійснюється радіосигналами.

Перелічимо основні компоненти вимірювальних установок.

Датчик — вимірювальний перетворювач впливу вимірюваного фактора в сигнали деякої фізичної модальності, найчастіше електричні. Датчики розрізняються за принципом реагування на вимірюваний фактор, по фізичній модальності вихідного сигналу, по чутливості, механічній міцності, конструкції і матеріалу, розмірам.

Підсилювач повинний не тільки підсилювати сигнал з датчика, збільшуючи його амплітуду, але і робити це з можливо меншими перекручуваннями. Бувають: а) нелінійність посилення, тобто непропорційність відносини збільшень величини сигналу (D А) на вході підсилювача до відповідного її збільшенням на виході підсилювача; б) зсув значень на ту саму величину; в) наведення — перекручування, індуковані (порушувані) сторонніми (частіше електричними) перешкодами.

Перетворювачі служать для перекладу сигналу з однієї фізичної величини (одного виду енергії) в іншу, більш зручну для подальших маніпуляцій, чи з однієї форми — наприклад, аналогової (тобто безупинної) у цифрову, що необхідно для введення в ЕОМ (такі перетворювачі називають аналого-цифровими — АЦП).

Реєстратори (реєструючі системи, прилади, пристрої) забезпечують доступ до отриманої вимірювальної інформації, її збереження: .запис, звукову чи візуальну фіксацію. Індикаторами звичайно називають реєстратори, що дають інформацію типу “так — ні”. Як найбільше вживаних реєстраторів виступають ЕОМ, аудіо- і відеомагнітофони, осцилографи, самописи, лічильники імпульсів. Індикаторами звичайно називають реєстратори, що дають інформацію типу “так — ні”.

3. Методики вимірів у фізичному вихованні і спорті

Найбільш розповсюджені методики вимірів у спорті: а) секундометрія, б) динамометрія, в) ергометрія, г) спідо- і тахометрія, д) акселерометрия, е) пульсометрія, ж) електроміографія, з) відео- і кінографія, і) гоніометрія, к) вимір метрики, л) хемометрія.

Методи: а) механічні, б) електричні (у тому числі потенціометричні і тензометричні) і електромеханічні, в) оптико-електронні, г) фізіологічні. Нерідко застосовують змішані методи.Потенціометричні методи засновані на вимірі різниці електричних потенціалів. Тензометрія заснована на тому, що електричний опір металів при їх розтягуванні зростає пропорційно відносному подовженню. Тензосупротиву з'єднують за мостовою схемою. З вимірювальної діагоналі моста різниця потенціалів подається на вхід тезопідсилювача. Нерідко замість моста обмежуються напівмостом, у такому випадку в конструкції тензопідсилювача повинні бути передбачені перемінні опори, що складають другу половину моста опорів.

Відхилення значення обмірюваної величини від дійсного, тобто від того її значення, що може бути отримане ідеально правильним (еталонним) виміром, називають абсолютною погрішністю (D А). Розподіл абсолютної погрішності на те значення вимірюваної величини (А), при одержанні якого виявлена погрішність (щире значення), дає дійсну відносну погрішність d Пекло = D АЅ А. Якщо розділити абсолютну погрішність (D А) на максимальне значення (Ашк), відзначені на шкалі, одержимо приведену відносну погрішність d Ап = D АЅ Ашк . Приведену погрішність указує на клас точності засобу вимірів.

Розрізняють основні і додаткові погрішності. Основні погрішності — погрішності самого методу вимірів або вимірювального пристрою, приладу, установки при нормальних умовах їхньої роботи. Додаткові погрішності виникають при відхиленні умов від нормальних для даної апаратури.

Погрішності виміру бувають систематичними постійними, систематичними перемінними, несистематичними постійними, несистематичними перемінними. Систематичну постійну погрішність легко компенсувати, якщо один раз визначити її чисельне значення. Погрішності, що ми можемо пояснити і причини яких ми можемо установити, часто можна усунути, усунувши ці причини.

5. Статистичні сукупності і вибірковий метод

Статистика — прикладна наука. Вона обслуговує нашу потребу довідатися цікавляче нас про розглянуті сукупності об'єктів. Досягається це чи виміром іншим визначенням тих ознак об'єктів, знання про які необхідно. Ознака, що має різне значення в різних об'єктів, називають що варіює. Ознаки, по яких формують, “збирають” сукупність об'єктів, і які тому однакові у всіх об'єктів сукупності, називають що класифікують. Визначивши в об'єктів, що складають одну сукупність об'єктів, n ознак, що варіюють, одержимо n сукупностей чисел, кожне називається варіантною. Кожна така сукупність чисел, що представляють значення того самого ознаки в різних об'єктів сукупності об'єктів, називається статистичною сукупністю.

Ознаки об'єктів можна визначати по-різному. Розрізняють 4 типи шкал вимірів: 1) шкали найменувань, по яких визначаються якісні ознаки об'єктів, по яких їх поділяють на групи; у цьому змісті ми перетворюємо ознаку, що варіює, у трохи класифікують, розділяючи сукупність на трохи; 2) шкали порядку (шкали рангів), відповідно до яких упорядковують сукупність, привласнюючи кожному варіантові порядковий номер відповідно до рівня (розташувавши по чи зростанню по убуванню) розглянутої ознаки; 3) шкали інтервалів і шкали відносин -це 2 типи шкал, відповідно до яких визначаються конкретні кількісні значення ознак у фізичних величинах, тому шкали рівномірні, тобто відстані між будь-якими двома сусідніми розподілами шкали по всій її довжині однакове; розходження ж у тому, що початок відліку в шкалі відносин природне (наприклад – 0 у температурній шкалі Кельвіна, що відповідає нерухомості молекул), а в шкалі інтервалів — штучне (наприклад — 0 у шкалі Цельсія, що відповідає температурі танення льоду), тобто » 2730 по Кельвіні). Можливості статистичної обробки даних, отриманих у тієї чи інший з цих шкал різні.

Статистика займається сукупностями випадкових величин. Випадкової називають таку величину, конкретне значення якої угадати неможливо. Кожна конкретна поява розглянутої випадкової величини називається подією. Імовірність подій не однакова. Наприклад, при вимірі росту випадково зустрічаються дорослих перехожих-чоловіків набагато більше імовірність зафіксувати ріст 175 см, чим 200 см, тим більше — 210 см, чи чим ріст 140 см, тим більше — 130 см. Виходячи з цього, говорять про розподіл імовірностей.Статистичні сукупності можуть носити безупинний чи дискретний характер, що відбиває чи безперервність дискретність вимірюваної ознаки. Сукупність називається ранжування, якщо її варіанти розташовані в порядку чи зростання убування їхніх значень. Але ранжируванням не вичерпується упорядкування статистичної сукупності. Можна представити її у виді варіаційного ряду: перелічуються (у порядку чи зростання убування) значення, що зустрічаються серед варіант, і проти кожного значення вказується, скільки варіант мають це значення. Це табличне представлення варіаційного ряду. Графічно його можна представити ламаною лінією (полігоном частот) у плоскій прямокутній системі координат, по осі абсцис якої відкладені значення, а по осі ординат — частоти, тобто зустрічальність цих значень серед варіант, число варіант, що мають кожне з зазначених значень. Значення можна групувати в інтервали, тоді частота інтервалу (інтервальна частота) — кількість варіант, що має значення в рамках границь інтервалу. Відстань між границями інтервалу — його крок. Графічно інтервальний варіаційний ряд найчастіше відображають гістограмою — східчастою фігурою, у якій частота кожного інтервалу позначена висотою стовпця, ширина якого дорівнює кроку інтервалу. При розрахунках значення середини інтервалу приймають як значення усіх варіант, що заповнюють цей інтервал.

Розподіл імовірностей у вибірці може бути по-різному. Якщо фактори, що визначали конкретні значення ознаки були незалежні друг від друга і приблизно однакові по силі свого впливу, розподіл буде близько до теоретичного розподілу, називаному нормальним чи Гауссовим. Його особливості: розподіл симетричний щодо значення середні арифметичний, моди і медіани, значення яких збігаються; воно цілком визначається значеннями характеристик “середнє арифметичне” і “середнє квадратичне відхилення”; якщо з якої-небудь генеральної сукупності сформовано багато вибірок, те їхній середні арифметичні складуть сукупність з нормальним розподілом; в інтервалі “середнє арифметичне ± ? ” знаходяться значення 68,2%, в інтервалі “середнє арифметичне ± 2? ” — 95,4%, а в інтервалі “середнє арифметичне ± 3? ” — 99,7% усіх варіант. Якщо один-два фактора впливають багато сильніше інших, розподілу носять значно відрізняється від нормальний характер. Відмінності: криві розподілу можуть бути асиметричні, пласко- чи гостровершинні, двох-трьохгорбі. Існують критерії згоди (з відповідними процедурами розрахунку), за допомогою яких можна визначити, є чи право розглядати нашу емпіричну (тобто отриману на практиці) сукупність як має нормальний розподіл.

Сутність вибіркового методу в наступному. З генеральної сукупності об'єктів формується добре її що представляє (репрезентативна), тобто дуже подібна за структурою, вибіркова сукупність об'єктів, у якої виявляють значення цікавлячого нас ознаки кожного об'єкта. Виходить сукупність чисел, що називають статистичною вибірковою сукупністю, чи вибіркою. У цієї вибірки визначаються характеристики, а оскільки передбачається, що якщо вибірка об'єктів репрезентативна генеральної сукупності об'єктів, те і статистична вибірка репрезентативна статистичної генеральної сукупності, ми думаємо, що генеральні характеристики близькі до вибіркового. Тому на числовій осі відзначають вибіркове значення цікавлячої нас характеристики, будують симетрично щодо її довірчі границі (± sta u ), одержуючи довірчий інтервал, у якому з обраною довірчою імовірністю повинне знаходитися значення відповідної генеральної характеристики. Якщо в двох вибірок довірчі інтервали перетинаються, значить у них, можливо, однакова генеральна характеристика, тобто вони, можливо, сформовані з однієї і тієї ж генеральної сукупності, і тому розходження між ними випадково (не значимо). Якщо довірчі інтервали не перетинаються, що відповідають генеральні характеристики мають різне значення, тобто вибірки належать до різних генеральних сукупностей, розходження між ними не випадково (воно значимо).

Критеріями значимості називаються числа, порівнюючи з який результати проведення над нашими даними визначеної процедури ми можемо визначити, значиме чи незначиме розходження між порівнюваними вибірками. Загальноприйнято (хоча і трохи некоректно) називати критеріями значимості і самі згадані процедури і відповідні таблиці критеріальних (критичних, граничних, табличних) значень. Можна порівнювати зв'язані (попарно зв'язані) вибірки (отримані виміром того самого ознаки в одній і тій же сукупності об'єктів у різний час), а можна порівнювати незв'язані вибірки (отримані в різних сукупностях об'єктів).

Література:

1. Спортивна метрологія / Навчальний посібник для ІФК /Під заг. ред. Заціорського В.М.–М.:Фис, 1982.

2. Основи математичної статистики /Навч. посібник для ІФК /Під заг. ред. Іванова В.С. – М.:Фис,1990.

3. Коренберг В.Б. Лекція 3. Статистичні сукупності і вибірковий метод //У кн.: Лекції по спортивній метрології.– Малаховка: МГАФК, 2000.4. Коренберг В.Б. Навчальний словник-довідник по спортивній метрології.–малаховка: МГАФК, 1996.

5. Коренберг В.Б. Спортивна метрологія. Словник-довідник, 2003.