Курсова робота з дисципліни «Спортивна метрологія»
Виконала студентка III курсу Кіпріані Талія
Московський Державний Обласний Університет
Виміром будь-якої фізичної величини називається операція, в результаті якої визначається, у скількох разів ця величина більше (або менше) іншої величини, прийнятої за еталон. Так, за еталон довжини прийнятий метр, і, приводячи виміри в змаганнях або в тесті, ми довідаємося, скільки метрів, наприклад, міститься в результаті, показаному спортсменом, в стрибку в довжину, у штовханні ядра і т. Д. Точно так само можна виміряти час рухів, потужність, що розвивається при їх виконанні, і т. п.
Але не тільки такі виміри доводиться виконувати в спортивній практиці. Дуже часто потрібно оцінити виразність виконання вправ у фігурному катанні художній гімнастиці, складність рухів стрибунів у воду, стомлення марафонців, тактичну майстерність футболістів і фехтувальників. Тут узаконених еталонів немає, але саме ці виміри в багатьох видах спорту найбільш інформативні. В цьому випадку виміром буде називатися встановлення відповідності між явищами, що вивчаються, з одного боку, і числами - з іншого.
Впровадження науково-технічного прогресу у фізичне виховання і спорт починається з комплексного контролю. Інформація, одержувана тут, є основою для всіх подальших дій тренерів, наукових і адміністративних працівників. Тисячі тренерів і фахівців, які оцінюють будь-які показники (наприклад, витривалість спринтерів чи ефективність техніки боксерів), повинні це робити однаково. Для цього існують стандарти на вимірювання.
Стандарт - це нормативно-технічний документ, що встановлює комплекс норм, правил, вимог до об'єкта стандартизації (в даному випадку, до спортивних вимірів) і затверджений компетентним органом. Використання стандарту підвищує точність, економічність і єдність вимірювань. Для посилення ролі стандартизації в нашій країні діє Державна система стандартизації (ГСС), яка містить організаційні, правові, методичні та практичні основи цієї діяльності.
2. Метрологічне забезпечення вимірів у спорті
Метрологічне забезпечення-це застосування наукових і організаційних основ, технічних засобів, правил і норм, необхідних для досягнення єдності і точності вимірювань у фізичному вихованні і спорті. Науковою основою цього забезпечення є метрологія, організаційна-метрологічна служба Держкомспорту Росії. Технічна основа містить у собі:
систему державних еталонів;
систему розробки і випуску засобів вимірювань;
метрологічну атестацію і перевірку засобів і методів вимірювань;
систему стандартних даних про показники, що підлягають контролю в процесі підготовки спортсменів.
Метрологічне забезпечення направлено на те, щоб забезпечити єдність і точність вимірювань. Єдність вимірювань досягається тим, що їх результати повинні бути представлені в узаконених одиницях і з відомою ймовірністю похибок. В даний час використовується міжнародна система одиниць (СІ), застосування якої в Росії визначено Державним стандартом. Основними одиницями фізичних величин в СІ є одиниці довжини - метр (м); маси - кілограм (кг); часу - секунда (с); сили електричного струму - ампер (А); термодинамічної температури - кельвін (К); сили світла - кандела (кд); кількості речовини - моль (моль). Додаткові одиниці СІ: радіан (рад) і стерадіан (ср) - для вимірювання плоского і тілесного кутів відповідно.
Крім того, в спортивно-педагогічних вимірах використовуються наступні одиниці вимірів: сили - ньютон (Н); температури - градуси Цельсія (* С), частоти - герц (Гц); тиску - паскаль (Па); обсягу - літр, мілілітр (л, мл).
За допомогою розрахунків з цих основних одиниць одержують похідні. Наприклад, робота, вироблена тілом, що рухається, виміряється як добуток сили на масу (Ньютон.метр - Н.м). Потужність - як робота в одиницю часу - виміряється в Н.м / с, швидкість - в м / с і т. Д.
Досить широко використовуються в практиці позасистемні одиниці. Наприклад, потужність вимірюється в кінських силах (л. С.), Енергія - у калоріях, тиск - міліметрах ртутного стовпа і т. Д. Для перекладу позасистемних одиниць в СІ використовуються наступні відносини: 1 Н = 0,102 кг (сили); 1 Нм = 1 Дж (джоуль) = 0,102; кгм = 0,000239 ккал. Один ньютонметр занадто незначний по величині, і тому роботу спортсмена (або енергію, що виділяється при виконанні вправ) частіше вимірюють у килоджоулях: 1 кДж = 1000 Нм = 0,239 ккал = 102 кгм.
Інтенсивність (або потужність) вправ вимірюється в ватах: 1 Вт = 1 Дж / с = 1 Н.м / с = 0,102 кгм / с. Відповідно 1000 Вт = 1 кВт = 102 кгм / с. У практиці спорту широке поширення одержав такий показник, як енерговитрати (в ккал) при виконанні вправ в одиницю часу (хв): 1 ккал / хв = 69,767 Вт = 426,85 кгм / хв = 4,186 кДж / хв. Використовується і така одиниця, як мет. Він дорівнює:
Досить часто, оцінюючи інтенсивність вправи, відзначають, що воно виконується при споживанні кисню на рівні, скажімо, 4 л / хв. Необхідно запам'ятати, що при споживанні 1 л О2 виділяється 5,05 ккал енергії і відбувається робота, рівна 21,237 кДж. Отже, при виконанні цієї вправи буде витрачатися 20,2 ккал / хв, що відповідає роботі в 84,95 кДж.
3. Шкали вимірів
Існує чотири основні шкали вимірів.
3.1. шкала найменувань
Власне вимірів, що відповідають визначенню цієї дії, в шкалі найменувань не виробляється. Тут мова йде про угруповання об'єктів, ідентичних за певною ознакою, і про присвоєння їм позначень. Не випадково, що інша назва цієї шкали - номінальне (від латинського слова Nome - ім'я).
Позначеннями, що привласнюються об'єктам, є числа. Наприклад, легкоатлети-стрибуни в довжину в цій шкалі можуть позначатися номером 1, стрибуни у висоту - 2, стрибуни потрійним - 3, стрибуни з жердиною - 4.
При номінальних вимірах вводиться символіка означає, що об'єкт 1 тільки відрізняється від об'єктів 2, 3 або 4. Однак наскільки відрізняється і в чому саме, по цій шкалі вимірити не можна.
Який же сенс у привласненні конкретних об'єктів (наприклад, стрибунам) чисел? Роблять це тому, що результати вимірів потрібно обробляти. Математична статистика, апарат якої використовується для цього, має справу з числами, і групувати об'єкти краще не по словесним характеристикам, а по числах.
3.2. шкала порядку
Якщо якісь об'єкти мають певний якістю, то порядкові виміри дозволяють відповісти на питання про відмінності в цій якості. Наприклад, змагання в бігу на 100 м - це визначення рівня розвитку швидкісно-силових якостей. У спортсмена, який виграв забіг, рівень цих якостей у даний момент вище, ніж у який прийшов другим. У другого, в свою чергу, вище, ніж у третього, і т. Д.
Але найчастіше шкала порядку використовується там, де неможливі якісні виміри в прийнятій системі одиниць. Наприклад, в художній гімнастиці потрібно виміряти артистизм різних спортсменок. Тоді він встановлюється у вигляді рангів: ранг переможця - 1, друге місце - 2 і т. Д.
При використанні цієї шкали можна складати і віднімати ранги і робити над ними які-небудь інші математичні дії. Однак необхідно пам'ятати, що якщо між другою і четвертою спортсменками два ранги, то це зовсім не означає, що друга вдвічі артистичніше першої.
3. 3. Шкала інтервалів
Вимірювання в цій шкалі не тільки упорядковані за рангом, але і розділені певними інтервалами. У інтервального шкалою встановлені одиниці виміру (градус, секунда, і т. Д.). Вимірюваній об'єкту тут присвоюється число, що дорівнює кількості одиниць виміру, яку він містить. Наприклад, температура тіла спортсмена А. під час виконання вправи виявилася рівною 39,0 * С, спортсмена В. -39,5 * С.
Обробка результатів вимірювань в інтервального шкалою дозволяє визначити, «на скільки більше» один об'єкт в порівнянні з іншим (в наведеному вище прикладі = 0,5 *). Тут можна використовувати будь-які методи статистики, крім визначення відносин. Пов'язано це з тим, що нульова точка цієї шкали вибирається довільно.
3. 4. Шкала відносин
У шкалі відносин нульова точка не довільна, і, отже, в певний момент часу вимірюється кількість може дорівнювати нулю.
У цій шкалі котрась із одиниць виміру приймається за еталон, а вимірювана величина містить стільки цих одиниць, у скільки разів вона більше еталону. Так, сила в 600 Н, що дорівнює 6,6.с, у стільки ж разів більше основної одиниці виміру - одного ньютона. Результати вимірювань в цій шкалі можуть оброблятися будь-якими методами математичної статистики.
Таблиця «Характеристики та приклади шкал вимірювань»
(По Дж. Гласу, Дж. Стенлі)
4. Точність вимірів
4. 1. Основні поняття
У спортивній практиці найбільшого поширення набули два види вимірювань. Вимірювання, коли шукане значення величини знаходиться безпосередньо з досвідчених даних, є прямими. Наприклад, реєстрація швидкості бігу, дальності метань, величини зусиль і т. П. - це все прямі вимірювання.
Непрямими називають виміри, при яких шукане значення величини знаходять на підставі залежності між цією величиною і величинами, що піддаються вимірюванню. Наприклад, між швидкістю ведення м'яча футболістом (V) і витратами енергії (Е) існує залежність типу:
де y - витрати енергії в ккал;
х - швидкість ведення м'яча. Якщо спортсмен веде м'яч з V = 6 м / с, то Е = 9,6 ккал / хв.
Прямим способом виміряти МПК складно, а час бігу - легко. Тому час бігу вимірюють, а МПК - розраховують.
Слід пам'ятати, що ніяке вимір не може бути виконано абсолютно точно і результат вимірювання завжди містить в собі помилку. Необхідно прагнути до того, щоб ця помилка була розумно мінімальна. Нагадаємо, що результати контролю є основою для планування навантажень. Тому точно виміряли - точно спланували і навпаки. Знання точності вимірів - обов'язкова умова, і тому в завдання вимірів входить не тільки перебування самої величини, а й оцінка допущених при цьому помилок (помилок).
4. 2. Систематичні і випадкові помилки вимірів
Помилки вимірів поділяються на систематичні і випадкові.
Величина систематичних помилок однакова у всіх вимірах, що проводяться одним і тим же методом за допомогою одних і тих самих вимірювальних приладів. Розрізняють чотири групи систематичних помилок:
помилки, причина виникнення яких відома і величина яких може бути визначена досить точно. Наприклад, при визначенні результату стрибка рулеткою можлива зміна її довжини за рахунок відмінностей в температурі повітря. Ця зміна можна оцінити і ввести поправки в виміряний результат;
помилки, причина виникнення яких відома, а величина немає. Такі помилки залежать від класу точності вимірювальної апаратури. Наприклад, якщо клас точності динамометра для вимірювання силових якостей спортсменів становить 2.0, то його свідчення правильні з точністю до 2% в межах шкали приладу. Але якщо проводити кілька вимірів поспіль, то помилка в першому з них може бути рівною 0,3%, а в другому - 2%, в третьому - 0,7% і т. Д. При цьому точно визначити її значення для кожного з вимірів не можна;
помилки, походження яких і величина невідомі. Зазвичай вони проявляються в складних вимірах, коли не вдається врахувати всі джерела можливих похибок;
Систематичний контроль за спортсменами дозволяє визначити міру їхньої стабільності і враховувати можливі похибки вимірювань.
У деяких випадках помилки виникають з причин, передбачити які заздалегідь неможливо. Такі помилки називаються випадковими. Їх виявляють і враховують за допомогою математичного апарату теорії ймовірностей.
Перед проведенням будь-яких вимірів потрібно визначити джерела систематичних похибок і по можливості усунути їх. Але так як повністю це зробити не можна, то внесення поправок в результат вимірювання дозволяє виправити його з урахуванням систематичної похибки.
Для усунення систематичної похибки використовують:
а) тарування - перевірку показань вимірювальних приладів шляхом порівняння їх з показаннями еталонів у всьому діапазоні можливих значень вимірюваної величини;
б) калібрування - визначення похибок і величини поправок.
4. 3. Абсолютні і відносні помилки вимірів
Результат вимірювання будь-якої величини відрізняється від істинного значення. Ця відмінність, рівне різниці між показанням приладу і щирим значенням, називається абсолютною похибкою вимірювання, яка виражається в тих же одиницях, що і сама вимірювана величина:
Доцільність застосування Хвідн пов'язана з наступними обставинами. Припустимо, що ми вимірюємо час з точністю до 0,1 с (абсолютна похибка). При цьому, якщо мова йде про біг на 10000 м, то точність цілком прийнятна. Але вимірювати з такою точністю час реакції не можна, так як величина помилки майже дорівнює вимірюваній величині (час простої реакції дорівнює 0,12 - 0,20 с). У зв'язку з цим потрібно зіставити величину помилки і саму вимірювану величину, і визначити відносну похибку.
Розглянемо приклад визначення абсолютної і відносної похибок вимірювання. Припустимо, що вимір частоти серцевих скорочень після бігу за допомогою високоточного приладу дає нам величину, дуже близьку до істинної і рівну 150 уд / хв. Одночасне пальпаторне вимір дає величину, рівну 162 уд / хв.
Підставивши ці значення в приведені вище формули, одержимо:
Х = 150 - 162 = 12 уд / хв - абсолютна похибка; Хвідн = (12: 150) * 100% = 8% - відносна похибка.
Таким чином, сформіровиваются наступні основні правила:
прагнути до максимально можливої точності вимірювань;
вміти визначати величину, тип і причини помилок;
навчитися усувати їх.
Спортивна метрологія - це наука про вимірювання у фізичному вихованні і спорті. Її потрібно розглядати як конкретний додаток до загальної метрології, основним завданням якої, як відомо, є забезпечення точності і єдності вимірювань. Однак, як навчальна дисципліна, спортивна метрологія виходить за рамки загальної метрології.
Фахівці-метрологи основну увагу зосереджують на проблемах єдності і точності вимірювань фізичних величин (довжина, маса, час, температура, сила електричного струму, сила світла і кількість речовини).
У фізичному вихованні та спорті деякі з цих величин також підлягають вимірюванню. Але більш за все фахівців в області спортивної метрології цікавлять педагогічні, біологічні показники, які за своїм змістом не можна назвати фізичними. Методикою їхніх вимірів загальна метрологія практично не займається, і тому виникла необхідність розробки спеціальних вимірів, результати яких всебічно характеризують підготовленість фізкультурників і спортсменів.
Таким чином, предметом спортивної метрології (і теорії вимірів, в тому числі) є комплексний контроль у фізичному вихованні і спорті і використання його результатів в плануванні підготовки спортсменів і фізкультурників.
Рік М. А. Спортивна метрологія. М. ФиС, 1988.
Рік М. А. Контроль тренувальних і змагальних навантажень. М. ФиС, 1980.
Бешелев С. Д. Гурвич Ф. Г. Математико-статистичні методи експертних оцінок. М. Статистика, 1989.
Зациорский В. М. Основи спортивної метрології. М. ФиС, 1981.
Іванов В. В. Комплексний контроль у підготовці спортсменів. М. ФиС, 1987.
Пфанцль І. Теорія вимірів / Пер. з англ. М. Світ, 1976
Уткін В. Л. Виміри у спорті (введення в спортивну метрологію). М. ГЦОЛІФК, 1989.