Inovace SEBS a ASEBS

FORENZNÍ BIOMECHANIKA

V oblasti forenzní biomechaniky je velmi málo dostupné odborné literatury. Proto jsme při tvorbě této kapitoly čerpali více méně z různých publikací jediného autora, prof. PhDr. Jiřího Strause, DrSc., který se u nás touto problematikou dlouhá léta zabývá.

Úvod do forenzní biomechaniky

Definice kriminalistiky a forenzní biomechaniky

Kriminalistika patří mezi vědy, funkci plní především tím, že vypracovává nové, dokonalejší metody odhalování, vyšetřování a předcházení trestné činnosti, a že zároveň napomáhá při zavádění těchto kriminalistických metod do vyšetřovací a soudní praxe.

Společenská funkce kriminalistiky je ale ve skutečnosti širší.

Kriminalistiku můžeme chápat ve dvou rovinách. Jednak jako vědu a jednak jako praktickou metodu kriminalistů. Kriminalistická věda zkoumá zákonitosti vzniku a zániku důkazů a jiných stop a skutečností významných z hlediska boje s kriminalitou a dále zákonitosti shromažďování a využívání důkazů a jiných stop a skutečností v zájmu rychlého, úplného a objektivního odhalování, vyšetřování a předcházení trestné činnost. Na základě poznání těchto dvou skupin objektivních zákonitostí pak kriminalistická věda vypracovává ucelený systém metod a tomu odpovídajících prostředků, způsobů a operací účinného boje s kriminalitou jednak pro kriminalisty, působící ve výkonu policejní služby, jednak i pro další orgány činné v trestním řízení.

V systému věd má kriminalistika samostatné místo. Není odvětvím ani součástí práva, ale k trestnímu právu procesnímu i hmotnému má velice blízký vztah. Má s ním celou řadu společných úkolů. Kriminalistika má rovněž velice úzký vztah k vědám technickým a přírodním, ale rovněž i k nim má svou samostatnost, protože poznatky těchto věd nejen využívá, ale tvůrčím způsobem je přepracovává a dává jim nový charakter a obsah. Kriminalistika má interdisciplinární charakter, to znamená, že nejde o do sebe uzavřený obor.

Forenzní biomechanika je vědní obor, který aplikuje biomechaniku a biomechanické metody na zkoumání kriminalistických stop s biomechanickým obsahem. Aplikace tedy podávají informaci o svalově-kosterním aparátu pachatele nebo jeho pohybovém chování.

Vývoj forenzní biomechaniky

Forenzní biomechanika je nejmladší forenzní vědou, ovšem ne nezajímavou, i za svou krátkou vývojovou osu prodělala velký rozmach a do budoucna se jeví jako disciplína, která také například dopomůže k lepšímu a intenzivnějšímu boji se zločinem. Forenzní biomechanika řeší otázky a problémy, na které nemůže odpovědět žádná jiná forenzní věda.

Lze vyčlenit tři hlavní období vývoje forenzní biomechaniky:

1. etapa – 1889–1971 – Období tušení možných souvislostí, okrajové využití v rámci trasologie – „Pravěk biomechanických aplikací“;

2. etapa – 1971–1994 – Aplikace biomechaniky v kriminalistice, jednotlivé aplikace, rozpracování širokého základu kriminalistické aplikace, vznik kriminalistické biomechaniky;

3. etapa – od 1994 do současnosti – Vznik forenzní biomechaniky – hlavní aplikace jsou biomechanika extrémního dynamického zatěžování organismu, biomechanika pádu z výšky a biomechanický obsah trasologických stop.

Biomechanika nejprve byla velmi okrajově využívána pro řešení problémů v kriminalistice a v 60. a 70. letech minulého století se rozvíjel vědecký výzkum biomechanických aplikací. V té době vznikaly první „forenzní“ vize na katedře anatomie, biomechaniky a antropomotoriky FTVS UK v Praze pod vedením profesora Karase. Ve druhé polovině 90. let se forenzní biomechanika začíná systematicky rozvíjet i na katedře kriminalistiky Policejní akademie ČR v Praze především zásluhou Strause. Tak jako jiné forenzní obory, tak analogicky i forenzní biomechanika vychází z mateřského oboru biomechaniky a postupem vývoje generuje poznatky ze znalecké praxe a vytváří si vlastní vědeckovýzkumnou základnu a směry vývoje. Forenzní biomechanika se natolik vyprofilovala jako samostatný obor, že v posledních letech jsou v procesu vyšetřování vyžadovány znalecké posudky z oboru „Kriminalistika - specializace forenzní biomechanika“ v daleko větší míře, než tomu bylo v minulosti.

Oblasti zkoumání forenzní biomechaniky v současnosti

Vědecký vývoj forenzní biomechaniky zcela výrazně vychází ze znalecké praxe - jak se objevují problémy a otázky, které se ve znaleckých posudcích řeší, tak se i orientuje vlastní vědeckovýzkumná orientace. Forenzní biomechanika stojí svým předmětem zkoumání ve společném průniku biomechaniky a kriminalistiky. Tvůrčím způsobem aplikuje biomechanické metody zkoumání, postupy a způsoby řešení biomechaniky na problematiku kriminalistiky. Forenzní biomechanika studuje a zkoumá pohybový systém a pohybové chování osob, které mají souvislost s trestným činem a zanechaly kriminalistické stopy, které mají v sobě zakódovaný biomechanický obsah. Forenzní biomechanika aplikuje biomechaniku a její metody poznání na dva důležité směry zkoumání, a to:

• kriminalistické stopy s biomechanickým obsahem;
• kriminalisticky relevantní změny, které vznikly v důsledku mechanické interakce systému „člověk-okolí“.

Prvotní biomechanické poznatky aplikované v kriminalistice byly primárně ve studiu biomechanického obsahu trasologických stop bipedální lokomoce, následovaly aplikace na extrémní dynamické zatěžování organismu a biomechaniku pádů z výšky. Straus (2008) předkládá přehled případů, ve kterých je forenzní biomechanika využívána. V následující tabulce 4 jsou shrnuty dosud zpracované znalecké posudky realizované v období let 1994-2007, jsou řazeny podle problematiky.

Praktické aplikace forenzní biomechaniky v kriminalistice jsou podle zkušeností Strause a Karase v následujících směrech - biomechanika pádu z výšky (43 %), posouzení extrémního dynamického zatěžování organismu (24 %), biomechanická analýza pádu ze stoje na zem nebo pád ze schodů (15 %), biomechanická analýza chůze (4 %) a analýza střetného boje (4 %). Tyto směry představují 90 % všech zpracovaných znaleckých posudků. Podle praktických zkušeností lze předpokládat, že uvedené aplikační směry se budou i nadále rozvíjet a udávat výzkumné trendy.

Kriminalistická nauka o stopách

Za kriminalistickou stopu je považována každá změna v materiálním prostředí nebo ve vědomí člověka, která příčinně nebo alespoň místně nebo časově souvisí s vyšetřovanou událostí, obsahuje kriminalisticky nebo trestněprávně relevantní informaci, je zjistitelná a informace z ní je využitelná pomocí přístupných kriminalistických, přírodovědných a technických metod, prostředků a postupů. U materiálních stop rozlišuje stopy obsahující informaci o vlastnostech objektu (původce stopy) a stopy obsahující jinou kriminalisticky relevantní informaci.

I přes nejednotnost klasifikace kriminalistických stop existují z obecného hlediska společná klasifikační kritéria. Je to dělení kriminalistických stop na stopy materiální a stopy ve vědomí člověka.

Stopy materiální můžeme klasifikovat na:

• stopy odrážející vnější strukturu působícího objektu
• stopy odrážející vnitřní strukturu působícího objektu
• stopy odrážející funkční vlastnosti a pohybové návyky
• stopy kombinované.

Stopy obsahujících informaci o funkčních a dynamických vlastnostech i návycích odráženého objektu vznikají při pohybu nebo jiném funkčním projevu člověka, například při mluvení a psaní. Vlastnosti jeho pohybu nebo jiného funkčního projevu se přenesou předáním energie nebo hmoty na jiný hmotný objekt (odrážející objekt) formou zobrazení nebo jiného zachycení (uchování, podržení, fixace). Těmito stopami jsou:

1. stopy chůze a běhu;
2. stopy hlasu a řeči;
3. stopy rukopisu a písemného projevu;
4. stopy jiných funkčních a dynamických vlastností a návyků, např. stopy pracovních návyků při používání nástrojů k vloupání, stopy návyků chování na místě činu apod.

Podstatu kriminalistických stop, které odrážejí funkční a pohybové vlastnosti a návyky, tvoří fyziologický základ spočívající v dynamickém stereotypu. Veškeré hybné děje jsou reflexní povahy, opakování jednotlivých pohybů podmíní vypracování podmíněných spojů, jež pak umožní provádění pohybu ekonomičtěji, rychleji a s menší únavou. Mluvíme o tzv. fixaci, vypracování dynamického stereotypu. Každý člověk provádí jednotlivé úkony na podkladě takto vypracovaného stereotypu, i když schopnost dobře vypracovat takový stereotyp je individuální. Vypracování stereotypu není v zásadě trvalé, ale není-li posilováno, slábne a zaniká. Vypracování těchto podmíněných spojů je jednou z podstat vzniku a výcviku jednoduchých i složitých pohybových návyků. Dynamický stereotyp představuje dočasně neměnnou soustavu podmíněných a nepodmíněných reflexů, jež vzniká na základě stereotypně se opakujících podnětů, resp. pohybových situací. Dynamický stereotyp je nervová struktura získaná vnějším stereotypem, tj. opakovaným působením podnětů v určitém sledu. Tento vnější podnětový stereotyp vede ke vzniku vnitřního stereotypu v mozkové kůře. Vnitřní i vnější prostředí se neustále mění, čemuž se musí organismus neustále přizpůsobovat. To se označuje jako přizpůsobování, adaptace, plastičnost mozkové kůry. Tato plastičnost umožňuje tvorbu a fixaci stále nových pohybových variant, aniž ovšem dříve vytvořené varianty vymizejí.

Jednotlivé podmíněné reflexy zaujímají ve vnitřním mechanismu dynamického stereotypu pevná místa. Jednotlivé reflexy jsou v určitých vzájemných vztazích, které se v daném pohybu v zásadě nemění. Klasickým příkladem vypracování dynamického hybného stereotypu v běžném životě je např. dynamický stereotyp pracovních pohybů, řeči, chůze atd., příkladem umělého vypracování dynamického hybného stereotypu je např. sportovní trénink, psaní na stroji, hra na hudebním nástroji a jiné více méně složité pohybové činnosti, které člověk vykonává skoro podvědomě.

Kriminalistické stopy odrážející funkční a dynamické vlastnosti a návyky mají důležité vlastnosti, které existují z pohledu možnosti jejich kriminalistického zkoumání, a to:

1. Individuálnost osoby je dána množstvím a jedinečností obecných a zvláštních znaků, jedinečností anatomických, fyziologických a psychologických vlastností.
2. Podmínky formování pohybového návyku, jejich systémů, vznik zvyků. Tyto podmínky jako prvek "mikroprostředí" (sociální faktor) se díky prostorové a časové změnitelnosti projevují různorodostí, složitostí a svérázností. V komplexu jsou neopakovatelné pro každého člověka a podle formujícího se návyku tvoří vnější (objektivní) faktor.
3. Vzájemné působení objektivních a subjektivních podmínek formování návyků, návykových systémů a vzniku zvyků na jedné straně a individuálních vlastností osobnosti na straně druhé, tj. vzájemné působení objektivních a subjektivních faktorů. Podmínky formování návyků zahrnující v mnohých případech cílevědomé studium, např. studium písma, působí na výsledek ne bezprostředně, ale prostřednictvím individuálních vlastností konkrétní osobnosti. Proto se jak proces formování návyků, tak i jeho výsledek liší svérázností u každé konkrétní osoby. Specifické rysy získává chůze člověka, řeč, hlas, písemný projev, písmo, profesní návyky atd. V průběhu života a získávání motorických zkušeností se formují některé stereotypy profesionálního, životního, ale i trestního jednání, které jsou ve všech detailech u různých osob jedinečné.

Kriminalistické stopy s funkčními a dynamickými vlastnostmi a návyky jsou založeny na rozsáhlých automatismech, a proto jsou dynamicky pevné, svoji podstatu mají v osvojených dynamických stereotypech. Avšak stereotypnost není absolutní, předpokládá určité hranice variantnosti, nezbytné pro přizpůsobení běžným, nepodstatně se měnícím podmínkám. Jestliže se podmínky mění ostře a nabývají charakter dominujících faktorů, vzniká narušení realizace návykových činností. Proměnlivost v realizaci návyku probíhá pod vlivem různých skupin dominujících faktorů, má výběrový charakter, tj. změny jsou jednoznačně determinovány nebo statisticky závisí na působících příčinách. Proto výběrová proměnlivost tohoto druhu obsahuje informaci o podmínkách, ve kterých proběhla realizace návyku.

Trasologie

Trasologie je obor kriminalistické techniky, který se zabývá vyhledáváním, zajišťováním a zkoumáním stop nohou, obuvi, dopravních prostředků a stop dalších objektů podobného druhu. Trasologické stopy zachycují znaky vnější struktury předmětu, který je zanechal, a to často v takové míře, že jich lze využít k individuální nebo alespoň druhové identifikaci předmětu. Obsahují informace o jeho vlastnostech a také o mechanismu a okolnostech vzniku stopy. Některé druhy trasologických stop jsou obrazem biologických vlastností člověka. Jedná se zejména o stopy bosých nohou, stopy lidské lokomoce, stopy uší a zubů. Význam mohou mít také další typy trasologických stop například stopy loktů, kolen, rtů a dalších částí těla. Trasologie využívá a rozvíjí poznatky fyziky, morfologie a geometrie.

Identifikace osoby podle stop bosých nohou

Stopa bosé nohy – tzv. plantogram vzniká kontaktem chodidla s podložkou při zatížení vlastní vahou těla. Zobrazuje individuální znaky chodidla, kterými jsou různé jizvy, deformace a u kvalitního otisku také obrazce papilárních linií. V takovém případě však již jde o stopu daktyloskopickou. Stopy bosých chodidel lze nalézt na místě činu spíše vzácně, a to buď jako jednotlivé stopy nebo v rámci tzv. pěšinky lokomoce. Informace, zejména o deformacích a vadách chodidla, lze také získat ze stop vytlačených ve stélce obuvi. Výše zmíněné výzkumy možností identifikace podle plantogramů probíhají v České republice v rámci Policejní akademie České republiky a Kriminalistického ústavu Praha. Podle dosažených výsledků potvrzených na rozsáhlém souboru osob lze na chodidle změřit devatenáct rozměrů využitelných k identifikaci. Patří k nim například úhel palce, úhel stopy, plochost chodidla a tzv. hrboly (zakřivení v linii stopy v metatarzální oblasti). Výsledky výzkumu zatím potvrzují předpoklad, že neexistují dva lidé se stejnou kombinací těchto rozměrů na jedné noze a při použití plantogramů obou chodidel se pravděpodobnost úspěšné identifikace ještě výrazně zvyšuje. Vedle individuálních charakteristik bosé nohy lze z její délky vypočíst tělesnou výšku.

Bertillon už v roce 1889 publikoval v Revue Scientifique, jak pomocí koeficientů vypočíst z délky bosé nohy (dn) tělesnou výšku (tv): tv = 6,98.dn – 0,1.

Straus uvádí následující vzorec, jímž lze vypočítat tělesnou výšku s odchylkou 4 cm:

tv = 2,6 x délka obuvi + 4,3 x šířka obuvi + 55 (vše v cm).

Biomechanický obsah trasologických stop lokomoce je kupodivu velmi málo využívaná aplikace, i když teoretické poznatky jsou velmi obsáhle zpracované.

Identifikace osoby podle lidské lokomoce

Biomechanická analýza chůze je velmi perspektivní aplikace. Problematika identifikace osob podle chůze není novou záležitostí (první aplikace se objevují od počátku devadesátých let), jedná se o oblast velmi zajímavou, zejména pro její aplikace v oblasti bezpečnosti. Při porovnání s ostatními biometrickými identifikačními metodami má identifikace podle chůze mnoho výhod. Jednou z nich je skutečnost, že záběry pořizované pomocí videokamery používané pro identifikaci mohou být zaznamenány na poměrně nízké rozlišení. Z toho vyplývá, že sledování může být prováděno z poměrně velké vzdálenosti, aniž by navíc osoba věděla, že je monitorována. Z toho vyplývá, že identifikace podle chůze je neinvazivní charakteristika. Také je těžší zatajit chůzi v porovnání například s obličejem, protože lidé potřebují pohybovat se. Tyto charakteristiky vytvářejí z identifikace podle chůze poměrně atraktivní biometrickou charakteristiku. Pěšinka lokomoce vykazuje znaky geometrické (prostorové uspořádání stop), kinematické (četnost výskytu stop, rychlost lokomoce) a dynamické (deformace podložky vlivem působící síly). Proměřením délky stop, délky kroku a dvojkroku lze velmi přesně vypočítat tělesnou výšku osoby a také její přibližnou hmotnost. Pokud je stopa tvořena plantogramy bosých chodidel, lze s určitou pravděpodobností zjistit i pohlaví osoby. Z geometrických znaků lze vyčíst informace o pohybovém aparátu osoby, kinematické znaky ukazují na rychlost pohybu a dynamické znaky zobrazují silové a energetické vztahy pohybu. Ze stop bipedální lokomoce lze také usuzovat na pohybové návyky či anomálie osoby (kulhání, těžká chůze). Soubor stop lidské lokomoce tak obsahuje důležité informace pro určení skupinové příslušnosti osoby a v některých případech mohou vést až k její individuální identifikaci.

Funkční a dynamické návyky lokomoce jsou poměrně stereotypní, ale na druhou stranu jsou variabilní v rámci určitých druhů přemístění, jako je například rychlá nebo pomalá chůze, běh atd. Chůze jdoucího člověka může procházet prudkými změnami pod vlivem vnějších faktorů - nesení těžkého břemene, nerovné cesty (strmé klesání nebo stoupání) a vnitřních příčin (bolest, únava atd.). Svéráznost chůze je podmíněna řadou anatomických a psychofyziologických vlastností člověka, jeho tělesnou výškou, hmotností, zdravotním stavem, anatomickými odchylkami od normy (zakřivení páteře, ploché nohy, kulhavost atd.), některými profesionálními zvláštnostmi a sportovními návyky. Výzkumem bylo zjištěno, že chůze se stabilizuje teprve kolem 7 let věku, kdy je dynamický stereotyp stabilizován a upevněn natolik, že dítě má v lokomočních pohybech fixovány individuální odchylky charakteristické právě pro ně a chodí svými individuálními jedinečnými lokomočními pohyby.

Zajímavý je pohled na ontogenetický vývoj lokomoce, který vede na základě motivace a psychického zrání spolu s vývojem celkovým a hybného systému zvláště k tomu, že se dítě stále více snaží lokomoci zrychlit a zkvalitnit. Probíhá to cestou zkracování rovnovážné fáze kroku, která z počátečního poměru k aktivnímu 50:50 % přes 15:85 % se dostane až k nulové hodnotě, což tedy znamená, že se dítěti podaří pohyb, při němž se v pohybovém vzorci kroků nedotýká podložky vůbec. Vytváří se okamžik nebo období, kdy se podložky nedotýká ani jednou nohou. Toto období se nazývá letová fáze. V počátku je její trvání minimální, vývojem se prodlužuje a dosahuje při ovládnutí běhu 50 % času a později při dokonalém běhu až 85 % času. V pohybovém vzorci dokonale ovládnutého běhu tvoří letová fáze 85 % času a odrazová fáze 15 % času.

Zdokonalování chůze z biomechanického hlediska lze sledovat také na výchylce trajektorie těžiště těla při chůzi. Na obr. 80 je znázorněno horizontální zrychlení těžiště těla při bipedální lokomoci v průběhu osvojování si dynamického stereotypu.

Nástup letové fáze jako vyšší kvality bipedální lokomoce (správně se rozvíjející dítě ovládne motorickou činnost dolních končetin zejména tak, aby mohlo provést letovou fázi v sérii pěti kroků za sebou) lze pro průměrně se vyvíjející zdravé dítě přesně stanovit v rozmezí od 2,69 roku do 3,39 roku. Rozhodně lze říci, že dítě, které nezvládne letovou fázi běhu do 3 let a 5 měsíců, lze považovat za retardované (motoricky nebo psychicky). Výška těla je dalším z limitujících faktorů zvládnutí letové fáze; ta se vytváří u dětí tělesné výšky od 91 cm do 106 cm. Opět z toho vyplývá, že pokud dítě dosáhne výšky přes 106 cm a neovládá letovou fázi, je možné je pokládat za motoricky retardované. Vztah letové fáze ke hmotnosti těla je dán rozsahem pásma od 12,3 kg do 15,3 kg. Také tato horní hranice je limitem, kdy zdravé a fyziologicky vyvinuté dítě má ovládnout letovou fázi (tab. 5).

Nevýhodou identifikace osoby podle chůze je již výše zmíněný fakt, že i když každá osoba má teoreticky jedinečnou chůzi v ideálních podmínkách, změna podmínek může způsobit více odchylek u jedné osoby než mezi dvěma rozdílnými osobami, navíc lidé mohou úmyslně změnit způsob chůze. Tyto okolnosti vedou k diskusím, jak přesná identifikace podle chůze skutečně může být.

Biomechanika pádu z výšky

Úvod do problematiky

Pády patří mezi jedny z nejvíce frekventovaných aplikací forenzní biomechaniky. Může k nim dojít v souvislosti a nehodou, vraždou nebo sebevraždou. Jak ukazují statistiky Českého statistického úřadu, pády patří k nejčastější vnější příčině úmrtí. Záchrana osob z výšek je však náročnou činností, která vyžaduje značný teoretický rozhled, technickou zručnost a také praktické zkušenosti. Jako způsob sebevraždy činí pády z výšky zhruba 8% případů, což je 100 – 150 sebevražd ročně. Biomechanickým posouzením je možné přispět k zodpovězení otázky, co bylo příčinou pádu, zda osoba spadla sama nebo zda jí byl něčím přičiněním udělen silový impuls.

Při řešení problematiky pádů z výšek je možné zvolit dva základní přístupy:

• experiment
• modelování

Experimentální výzkumy jsou realizovány s odpovídajícími figurínami, u nichž jsou sledovány podstatné charakteristiky při volném pádu a následném dopadu. Jinou možností experimentálního výzkumu je sledování kinematických charakteristik pokusných osob při skocích do vody.

Modelování spočívá ve vytvoření matematického modelu na základě shromážděného experimentálního materiálu a dat získaných na základě dokumentace reálných případů. Po zadání vstupních parametrů pádu je vytvořený počítačový program schopen trojdimenzionálně simulovat pád těla. Příkladem tohoto programu je „Fall–Body“,který byl vytvořen na základě experimentů prof. Strause. Modelování živých organismů je v současnosti aktuální, stále však velmi složitou problematikou. Matematický model je sestrojen podle principu matematického modelování, má odlišnou povahu než objekt a jeho chování je popsáno soustavou rovnic, která je totožná se soustavou popisující zkoumané stránky originálu. Sestrojení modelu vyžaduje určitou analogii mezi stránkami a procesy probíhajícími v modelu a objektu. Abychom mohli hlouběji proniknout do podstaty výzkumného modelování a simulování, museli bychom definovat výchozí termíny jako model, systém, statický a dynamický systém, prvky systému, atributy prvku, stav systému atd. To by bylo nad rámec tohoto studijního materiálu, proto uvádíme pouze základní definice modelování a simulování: Podstatou modelování ve smyslu výzkumné techniky je náhrada zkoumaného systému jeho modelem (přesněji: systémem, který jej modeluje), jejímž cílem je získat pomocí pokusu s modelem informaci o původním zkoumaném systému. Simulace je výzkumná technika, jejíž podstatou je náhrada zkoumaného dynamického systému jeho simulátorem s tím, že se simulátorem se experimentuje s cílem získat informace o původním zkoumaném dynamickém systému.

Pro komplexní a seriózní vědecké řešení otázek pádů z výšky je nezbytné srovnání teoretických simulací a s daty získanými experimentálně.

Biomechanická klasifikace pádů

Z hlediska forenzní biomechaniky je možné klasifikovat pády z několika hledisek. Pád může být vyvolán řadou příčin. Jestliže se nejedná o působení sil jiného člověka, jedná se o objektivní nebo subjektivní příčiny. Mezi objektivní příčiny můžeme zařadit:

a) nepozornost - zakopnutí, zachycení oděvu na hranici nebezpečné výšky, špatně zvolený kotevní bod, únava atd.

b) jiné selhání - nepředpokládané přírodní jevy (vítr, náhlá námraza atd.), selhání techniky, materiálu, náhlé zdravotní problémy atd.

c) způsob sebevraždy – pád z budov, mostů a také pád do volných hloubek

Jako subjektivní příčina se může projevit již zmíněný panický strach z výšky a pocit, že je člověk přitahován k zemi a následný pád.

Podle výšky pádu lze pády rozdělit v zásadě do tří skupin (obr. 81):

1. pád ze stoje,
2. pád z výšky,
3. volný pád.

Pád ze stoje vzniká při překlopení těla kolem překlopné hrany, kterou tvoří přímka procházející plochou opory chodidel. V těchto případech padá tělo na plochu břicha nebo zad a pro biomechanickou analýzu je dominantní úder do hlavy a s tím související důsledky. Z hlediska biomechaniky rozlišujeme tři druhy nehod při chůzi, které vedou k pádům. Jednak je to uklouznutí, dále zakopnutí, a nakonec klopýtnutí s následným pádem. Uvedený druh pádů je frekventovaný u dvou věkově odlišných skupin. Často se objevuje u mladých teenagerů jako důsledek jízdy na in-line bruslích nebo skateboardu a dále jsou pády časté u starých lidí, kteří klopýtnou v důsledku špatné motoriky a koordinace pohybů při chůzi. V kriminalistice jsou důležité také případy, kdy útočník udeří oběť, ta spadne, zraní se a je důležité posoudit, zda pád napadené osoby byl v přímém důsledku úderu nebo vznikl jako sekundární jev.

Pád z výšky vzniká tehdy, nachází-li se tělo na zvýšené podložce, překlopí se kolem překlopné hrany a dochází k pádu. Při pádu se těžiště těla pohybuje po parabole nebo po vertikále. Pád těla je z takové výšky, že po celou dobu pádu se zvyšuje jeho rychlost a odpor vzduchu je možné prakticky zanedbat, jeho velikost je minimální. Pohyb těla je po celou dobu pádu rovnoměrně zrychleným pohybem. Nejčastěji se jedná o pády z oken budov.

Volný pád vzniká tehdy, jestliže tělo člověka padá z velké výšky, tělo se při pádu urychluje a po dosažení své maximální rychlosti naroste odpor vzduchu do takové velikosti, že se vyrovná tíhové síle a dále se tělo pohybuje konstantní rychlostí. Pohyb padajícího těla je nejprve pohybem rovnoměrně zrychleným a od určitého okamžiku je pohybem s konstantní rychlostí. Typickým příkladem volného pádu jsou pády při leteckých katastrofách.

Podle toho, zda je tělo před vlastním pádem v klidu, nebo pohybu, rozlišujeme:

pády pasivní - před vlastním pádem je tělo v klidu,

pády aktivní - v okamžiku pádu je tělo v pohybu, je urychleno přiloženými silami.

Podle toho, zda tělo při pádu rotuje, rozlišujeme pády:

s rotací

bez rotace

Proces pádu a následný let člověka (těla) z výšky je dále omezen řadou zákonitostí a má několik etap. Následující grafy ukazují, jaké varianty mohou nastat u volného pádu, pádu ze stoje a pádu z výšky.

Volný pád může být nekoordinovaný nebo koordinovaný, to v případě, že člověk mění polohu aktivní činností končetin.

Pád ze stoje může vzniknout působením vnější síly nebo spontánně. Při obou těchto příčinách se může tělo chovat koordinovaně či nekoordinovaně. Jde-li o spontánní pád, příčinou je uklouznutí, nebo zakopnutí člověka (obr. 82).

Pád z výšky může být aktivní nebo pasivní. Jde-li o aktivní pád, je průběh pádu ovlivněn působištěm a orientací vektoru působící síly (umístění do těžiště těla nebo mimo) a dále tím, jakým způsobem je přidáno urychlení. Možností získání rychlosti před pádem je rozběh s odrazem nebo pouze odraz z místa, nebo se jedná o pohybubující se tělo člověka s následným pádem bez odrazu. K pasivnímu pádu, tedy pádu z klidové polohy, může dojít spontánně nebo působením vnějších sil. Nejprve se tělo překlápí kolem oporné hrany bez skluzu a translace. Dále dochází ke skládání pohybu, a to rotace těla a translace, a následuje „zrušení“ kontaktu těla s oporou a následný pád. Ať se jedná o aktivní či pasivní pád, po opuštění podložky následuje koordinovaný či nekoordinovaný pád, s rotací těla či bez rotace (obr. 83).

Kinematika a dynamika pádů

Pád z výšky může být důsledkem nehody, vraždy nebo sebevraždy. Při pádu z relativně malých výšek padá těžiště těla po parabole, pro pády z velkých výšek (kdy je nutné uvažovat i odpor vzduchu) se jedná o pád po balistické křivce. V biomechanickém řešení uvažujeme pády těla jako otevřeného kinematického řetězce, kdy lze zanedbat odpor vzduchu, tj. pády lidského těla z výšek do 150 metrů, pak je tedy zřejmé, že těžiště těla se bude pohybovat vždy po parabole. Vzdálenost místa skoku k místu dopadu a výška jsou hlavní faktory, které mohou naznačit motiv skákajícího a zhodnocením konkrétní trajektorie pádu může biomechanická analýza poskytnout rozhodující informace k určení způsobu usmrcení. Biomechanické posouzení pádů obětí z výšky se nejčastěji využívá u pádů z okna. Stává se, že agresor napadne oběť a v úmyslu ji usmrtit ji vyhodí z okna a při vyšetřování se brání tím, že oběť vypadla sama nebo nějakou nešťastnou náhodou. Biomechanická analýza může posoudit otázku, zda osoba vypadla z okna sama, bez cizího zavinění, nebo zda jí byl v okamžiku vypadnutí udělen silový impuls, a teda ji někdo vyhodil (případně jestli se odrazila). Jde o posouzení geometrie a kinematiky těžště těla při pádu jako otevřeného kinematického řetězce.

Hlavní determinanty před vznikem pádu, které předurčují typ pádu, jsou bod odrazu, úhel odrazu, bod dopadu a výška pádu; jejich zhodnocením je možno určit typ pádu.

Pro všechny následné úvahy předpokládáme následující mechanické podmínky:

• Těleso se při pádu chová jako otevřený kinematický řetězec
• Těžiště těla se při pádu pohybuje po parabole
• Z polohy ve stoje se do okamžiku ztráty kontaktu těžiště těla pohybuje po kružnici.
• Na tělo působí jen ty síly, které vznikly v okamžiku odrazu.
• Odpor vzduchu zanedbáváme (experimentálně zjištěno do 152 metrů nad zemí).

Pro výpočet trajektorie těžiště je nezbytné získat následující informace:

• Měření vzdálenosti dopadu těla od svislice pádu - nejkratší vzdálenost, nejdelší vzdálenost.
• Poloha těla při dopadu - skrčená, vzpřímená.
• Tělesná výška a hmotnost těla.
• Úhel délkové osy těla (osa trupu) k základně budovy.
• Posouzení druhu poranění a intenzity při primárním a sekundárním pádu
• Odlet oděvních součástek, především obuvi a pokrývky hlavy - zda při pádu odlétly boty, kde byly nalezeny, kde se nalezla např. čepice atd.
• Výška předpokládaného pádu, tedy odkud oběť přibližně spadla, tj. například výška okna, parapetu.

Volný pád

Základním pohybem tělesa v tíhovém poli Země je volný pád. Jedná se o rovnoměrně zrychlený pohyb s nulovou počáteční rychlostí. Volným pádem se pohybuje těleso volně puštěné v blízkosti povrchu Země (v homogenním gravitačním poli) a kromě gravitační síly na těleso nepůsobí žádná další síla. Odpor vzduchu tedy zanedbáváme, jak jsme již uvedli v mechanických podmínkách. Volný pád je tedy rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb se zrychlením rovným gravitačnímu zrychlení g = 9,806 65 m·s^-2. Velikost hmotnosti m tělesa nemá na pohyb vliv. Všechna tělesa padají ve vakuu se stejným zrychlením g.

Závislost velikosti okamžité rychlosti a dráhy volně padajícího tělesa na čase vyjadřují vztahy

Známe-li dráhu, kterou těleso při volném pádu urazilo, můžeme určit dobu pádu

a následně rychlost tělesa při dopadu

Samotný volný pád není v pádech lidského těla obvyklý, ale tvoří složku složitějších pohybů.

Skládání pohybů

Při pádech člověka z výšky se tělo může pohybovat po různých trajektoriích a přitom ještě vykonávat různě složité rotace. Při analýze těchto složitých pohybů, které jsou komplexně těžko řešitelné, přistupujeme k procesu rozkládání složitého pohybu na více pohybů jednodušších. Výsledný pohyb může vzniknout např. složením více přímočarých pohybů, složením přímočarého pohybu s křivočarým, složením více křivočarých pohybů, přímočaré či křivočaré pohyby složené s rotací těla kolem os procházejících těžištěm, přičemž jednotlivé pohyby mohou být rovnoměrné či nerovnoměrné. Každý z těchto pohybů můžeme vždy kinematicky charakterizovat pomocí trajektorie, rychlosti, zrychlení, atd.

Princip nezávislosti pohybů

Jestliže tělo koná více pohybů v různých směrech současně, vnímáme výsledný pohyb jako jediný a plynulý. Chceme-li určit jeho polohu v čase t, využíváme principu nezávislosti pohybů, který vyslovil již Galilei:

Koná-li těleso současně dva nebo více pohybů po dobu t, je jeho výsledná poloha taková, jako kdyby konal tyto pohyby postupně v libovolném pořadí, každý po dobu t.

V praxi tedy řešíme zvlášť jednotlivé složky pohybu. Nejčastěji výsledný pohyb rozkládáme v kartézské soustavě souřadnic na pohyb ve vodorovném a ve svislém směru, tedy do osy x a osy y. Z principu nezávislosti pohybů vyplývá, že pohyby, které se odehrávají ve dvou vzájemně kolmých směrech, se neovlivňují.

Vodorovný vrh

Vodorovný vrh koná těleso, jemuž v homogenním gravitačním poli udělíme počáteční rychlost v₀ ve vodorovném směru. Vodorovný vrh můžeme rozložit na rovnoměrný přímočarý pohyb ve vodorovném směru a na volný pád tělesa ve svislém směru. Trajektorií je část paraboly.

Jestliže souřadnice místa vrhu jsou x₀ = 0, y₀ = h, pak souřadnice bodu, ve kterém se těleso nachází za dobu t, jsou následující (obr. 84):

V ose x se těleso pohybuje rovnoměrně přímočaře, proto

V ose y klesá těleso volným pádem, tedy rovnoměrně zrychleně se zrychlením g, proto

Při pádu po trajektorii vodorovného vrhu má tělo počáteční horizontální rychlost v₀. Jaký je vztah mezi touto rychlostí, výškou místa ztráty kontaktu s podložkou a vzdáleností těžiště těla od svislice pádu?

V okamžiku dopadu je y = 0. Odtud zjistíme dobu pádu

Po dosazení takto vyjádřené doby pádu do vztahu pro x-ovou souřadnici dostáváme délku vodorovného vrhu, tedy vzdálenost těžiště těla od svislice pádu:

Naopak ze známé vzdálenosti d a výšky h můžeme vypočítat počáteční horizontální rychlost:

Vzhledem k tomu, že lidské tělo má odlišné mechanické vlastnosti než tuhé fyzikální těleso, je třeba obecně platné fyzikální zákony mírně modifikovat podle biologických vlastností lidského těla. Straus pro podmínky lidského těla uvádí následující vztah:

Kde x_Tje vzdálenost, do které dopadlo těžiště těla, h je výška pádu, α₀ je úhel odrazu a v je horizontální složka vektoru dopředné rychlosti.

Tímto vztahem se již dostáváme k pohybu po trajektorii šikmého vrhu vzhůru. Ten nastává v případě, kdy má těleso v okamžiku odpoutání se od podložky kromě počáteční horizontální i svislou složku rychlosti.

Šikmý vrh vzhůru

Šikmý vrh vzhůru koná těleso v homogenním gravitačním poli, které má počáteční rychlost v₀ svírající s horizontální rovinou nenulový elevační úhel. Elevační úhel (neboli úhel vzletu) při šikmém vrhu je úhel mezi vodorovnou rovinou a vektorem počáteční rychlosti v₀.

Šikmý vrh vzhůru vzniká složením rovnoměrného přímočarého pohybu ve vodorovném směru a svislého vrhu vzhůru ve svislém směru. Zvolíme-li souřadnicovou soustavu Oxy, pak jsou souřadnice tělesa v čase t od počátku pohybu následující (obr. 85):

V ose x – rovnoměrný přímočarý pohyb

V ose y – svislý vrh vzhůru

Abychom zjistili potřebné velikosti počáteční rychlosti zvlášť v ose x a ose y, musíme udělat průmět počáteční rychlostiv₀ do těchto dvou kolmých směrů. Horizontální počáteční rychlost v_0x a vertikální počáteční rychlost v_0y vyjádříme pomocí počáteční rychlosti v₀ a elevačního úhlu α:

V letové fázi se pak vodorovná rychlost nemění, ve směru vertikálním dochází v první půlce vrhu ke snižování počáteční rychlosti v_0y až na nulu. V tom okamžiku dosahuje těleso maximální výšky, poté začne vertikální složka rychlosti narůstat až na svou počáteční hodnotu. Při zanedbání odporu vzduchu jsou tedy složky rychlostí v_xa v_y při dopadu stejně velké jako byly na počátku.

Pro určení délky šikmého vrhu vzhůru vyjdeme ze souřadnic bodu dopadu tělesa D.

dobu vrhu vyjádříme

Po dosazení do vztahu pro x_D dostáváme délku vrhu

Vidíme, že délku vrhu ovlivňují dvě proměnné, počáteční rychlost v₀ a velikost elevačního úhlu α.

Rotace těla při pádech

Podmínkou vzniku otáčivého pohybu je silové působení mimo osu otáčení. Míru otáčivého účinku síly definuje fyzikální vektorová veličina moment síly. Její velikost závisí na velikosti a směru působící síly a na poloze jejího působiště, jak jsme již uvedli výše.

Rotace, které vznikají při pádu člověka z výšky, mohou rozdílné podle toho, zda se jednalo o pád z klidu nebo při pohybu, jestli byly přiloženy vnější síly, či nikoli. Při pádu z klidové polohy dochází nejprve k překlápění těla kolem oporné hrany, bez skluzu a translace. V tomto případě bývá rotace způsobena momentovým působením tíhové síly. Výsledná tíhová síla působí v centrálním těžišti těla. Při překlápění těla je osou otáčení místo kontaktu s podložkou. Jakmile se člověk mírně vychýlí ze své rovnovážné polohy, vektorová přímka působící síly se dostává mimo plochu opory, v důsledku čehož vzniká rameno tíhové síly. Díky tomu člověk začíná otáčet. Se zvětšující se výchylkou těla se zvětšuje rameno tíhové síly, tedy i její otáčivý účinek (obr. 86).

Následuje zrušení kontaktu těla s oporou a následuje bezoporová fáze pádu s rotací nebo bez rotace. To závisí na pohybech těla v okamžiku, kdy tělo opouští podložku. Pokud člověk nekompenzuje vhodnými pohyby či odrazem rotaci vzniklou při překlápění těla, po opuštění podložky tělo pokračuje v otáčivém pohybu. Při něm se tělo otáčí kolem osy procházející těžištěm. K tomuto otáčivému pohybu se přidává i pohyb translační (obr. 87). Při pádech člověka se setkáváme i se složitějšími pohyby, kdy v bezoporové fázi dochází k otáčení určitých segmentů těla kolem více os současně, přičemž všechny tyto volné osy procházejí centrálním těžištěm těla. Při pádech, ke kterým došlo přiložením vnější síly, je průběh pádu a tedy i rotace ovlivněna působištěm a orientací vektoru působící síly - umístění do těžiště těla, jakožto osy otáčení v letové fázi, nebo mimo něj.

Jestliže se tělo během pádu dostane do kontaktu s nějakou překážkou, např. balkon, parapet, apod. je tím změněna trajektorie jeho pohybu a dochází přitom i ke změnám rotace těla. Pokud však k žádnému takovému kontaktu nedojde, není už během letu možné žádnými pohyby změnit trajektorii těžiště těla. Ta je zcela určena okamžikem odrazu. Tato skutečnost plyne ze zákona zachování hybnosti. Lidské tělo v letové fázi můžeme pokládat za izolovanou soustavu. Vektor celkové hybnosti těla se tedy v letové fázi nemění. Působením svalové síly můžeme v letové fázi pohnout určitým segmentem. Díky platnosti 3. Newtonova zákona vzniká k této akci reakce – je vyvolán pohyb jiné části těla v opačném směru. Těžiště je bodem, ke kterému se tyto pohyby vztahují. Ze zákona zachování momentu hybnosti vyplývá, že u lidského těla nemůžeme za letu pouhým působením vnitřních sil přivodit trvalé otáčení. Určitými pohyby může pouze měnit poměr mezi momentem setrvačnosti J svého těla a rychlostí otáčení ω. Na základě gyroskopického efektu a Coriolisovy síly je také možné částečně převést rotaci kolem jedné osy na rotaci kolem osy jiné, jak to můžeme vidět např. v gymnastice u salt s vruty, u rotací při skocích do vody, apod.

Podstatným závěrem těchto úvah tedy je fakt, že pro charakteristiky pohybu těla v letové fázi (tedy i následného dopadu) je rozhodující mikrofáze odrazu neboli opuštění podložky.

Odpor prostředí při pádu z výšky

Během pádů, především z velkých výšek, působí na člověka odpor vzduchu F_o. Na čem velikost této odporové síly závisí? Při pohybu narážejí segmenty těla na částice prostředí, které jim stojí v cestě. Čím je těchto částic více, čím je tedy větší hustota prostředí ρ, tím je pohybu kladen větší odpor. Nárazem jsou částice odstraňovány z dráhy pohybu a tělo obtékají, přičemž dochází k tření mezi částicemi prostředí a povrchem těla. Minimalizujeme-li toto tření, zmenšíme tím odpor prostředí.

Odpor prostředí je dále ovlivněn tvarem tělesa, protože ten ovlivňuje způsob, kterým jej tekutina obtéká. Aerodynamický tvar tělesa zachovává v maximální možné míře laminární proudění tekutiny. Čím má tedy těleso aerodynamičtější tvar, tím je odpor prostředí menší. Tvar tělesa je charakterizován součinitelem odporu C_x. Tento součinitel je bezrozměrné číslo, nemá tedy jednotku. Nejaerodynamičtější tvar je tvar kapky (vpředu zakulacený, vzadu do špičky), pro něž C_x.= 0,037. Nejméně aerodynamický je tvar duté polokoule, kdy C_x.= 1,3. Uzpůsobení tvaru je další z možností, jak můžeme podle potřeby zvětšit či zmenšit odpor prostředí.

Velikost odporu prostředí se mění se změnou obsahu průřezu tělesa S kolmého na směr pohybu.

Na charakter proudění a tedy velikost odporu prostředí má vliv relativní rychlost proudění. Při malých rychlostech tělesa vzhledem k tekutině je proudění kolem tělesa laminární. Při větších rychlostech však vzniká proudění turbulentní a za tělesem vznikají víry. Relativní rychlost v mezi tělesem a prostředím je nejpodstatnějším faktorem (ve vztahu počítáme s druhou mocninou této rychlosti). Protože jde o relativní rychlost, je jedno, jestli se těleso pohybuje v nehybném prostředí nebo jestli je těleso v klidu a kolem něho proudí plyn nebo kapalina.

Pro velikost odporu prostředí tedy platí

Sestavením pohybové rovnice sil, které působí na tělo během pádu, vyjádříme jejich výslednici:

Během volného pádu s rostoucí rychlostí vzrůstá odporová síla vzduchu. První Newtonův zákon říká, že pokud výslednice sil bude rovna nule, bude těleso setrvávat v klidu nebo se bude pohybovat rovnoměrným přímočarým pohybem. To znamená, že v okamžiku, kdy se vyrovná velikost tíhové a odporové síly, ustálí se rychlost padání. Matematicky to vyjádříme:

Na konci první sekundy volného pádu má tělo rychlost 9,81 ms^-1. Experimentálně bylo zjištěno, že ve 12. sekundě má tělo rychlost 65 ms ^-1, tj. 216 kmh^-1. Tabulka 6 ukazuje experimentálně zjištěné mezní rychlosti při různých polohách těla. Nejvyšší rychlosti při volných pádech, které byly člověkem dosaženy, byly naměřeny sportovcům. V nízkých vrstvách atmosféry dosahují rychlosti 298 kmh^-1 (82,7 ms ^-1), v nejvyšších výškách byla naměřena fixována nejvyšší rychlost 988 kmh^-1 (274 ms^-1).

Odpor vzduchu je nezanedbatelný u pádů z velkých výšek, experimentálně bylo zjištěno, že u pádů z výšek do 152 m ho můžeme zanedbat.

Experimentálně zjištěná data

Objektivní řešení otázky výšky a druhu pádu je možné dvěma způsoby. Na základě mechanických zákonitostí je možné vytvořit matematický model a simulaci pádu. Druhou možností je experiment a simulace pádu s vhodnou figurínou. Figurínu je možné nechat padat z určité výšky a posuzovat podmínky vlastního pádu a následného dopadu. Jinou možností je sledování pádů těla s doskokem do vody. Pro získání úplných vědeckých poznatků je optimální komparace teoretických simulací s údaji získanými experimenty.

Při experimentu (Straus, 2002) byly pro různé druhy pádů zjištěny následující hodnoty horizontální složky počáteční rychlosti (tab. 7):

Z analýzy kriminálních případů byly vyvozeny hodnoty, které ukazuje tabulka 8 (Straus, 2002):

Obrázek 88 znázorňuje trajektorie pohybu těžiště těla při pádu z kroku vpřed, při spontánním pádu, při skoku s odrazem a při pádu s vnější přiloženou silou.

Podívejme se ještě na rychlost pádu z hlediska energie. Jestliže je člověk do okamžiku pádu v klidové poloze, pak rychlost jeho pohybu závisí pouze na výšce oporné plochy od místa dopadu a tíhovém zrychlení. To platí na základě zákona zachování mechanické energie, kdy se potenciální energie mění na energii kinetickou. Platí tedy:

Tento výpočet je ovšem jen přibližný a odpovídá pádům z nižších výšek, při nichž tělo nabývá menších rychlostí. Jak jsme již výše uvedli, s rostoucí relativní rychlostí pohybu těla v prostředí roste kvadraticky odpor prostředí, který pohyb brzdí a v určitém okamžiku rychlost pádu ustálí. Třením a nárazy částic prostředí na tělo se tak část energie padajícího těla přeměňuje na vnitřní energii U jak těla, tak i částic prostředí. Zákon zachování mechanické energie se tak v reálné situaci rozšiřuje na zákon zachování celkové energie:

Zranění při pádu

Od okamžiku odrazu nebo opuštění opory do okamžiku dopadu může padající nabývat několika zásadních poloh, a to:

vertikální - hlavou dolů nebo nohama dolů

horizontální - čelem dolů nebo zády dolů,

nebo polohu velmi blízkou těmto dvěma.

Při vertikální poloze těla (v době letu) může osoba dopadnout na nohy, oblast kolen, hlavu, sedací část. Při horizontální poloze těla dopadá tělo na plochu těla, a to přední plochu, zadní plochu, boční část. Všechny varianty dopadu se mohou kombinovat.

Při dopadu těla z výšky dochází k poranění těla jednak v bezprostředně kontaktních místech těla s podložkou a dále na těch částech těla, kam nesměřoval přímý silový úder (dopad), ale při dokončení pádu vnikne traumatické poškození vzdálenějších míst těla. Při dopadu vzniká primární úder na určitou část těla, poté se může tělo buď odrazit a dopadnout sekundárním dopadem (při volných pádech), nebo se překlápí a dopadá na další části těla, zpravidla na větší plochu těla.

Podle nálezu poškození těla rozlišujeme tedy dopady na (obr. 89):

primární dopad těla – vzniká v prvním kontaktu těla s podložkou v okamžiku dopadu (interakce), v tomto místě působí zpravidla velmi vysoká dynamická složka vektoru síly, která je dána dopadovou rychlostí, hmotností těla (dopadající hmoty) a mechanickými podmínkami dopadové plochy (velikosti impaktu).

sekundární dopad těla – vzniká následným dopadem ostatních částí lidského kinematického řetězce po primárním dopadu. Zpravidla působí na tělo menší dynamické rázové složky síly.

Nezávisle na druhu pádu vznikají principiálně dva druhy poranění:

• místní (primární)
• vzdálené (sekundární).

Místní (primární, kontaktní) poranění vzniká v místech bezprostředního kontaktu přiložených traumatizujících destrukčních sil v okamžiku dopadu těla na podložku.

Sekundární (vzdálená) poranění vznikají následně jako druhotná poranění vzdálená od míst primárních poranění.

Při pádu těla ve vertikální poloze a dopadu na hlavu vzniká primární poranění na hlavě, velmi častá jsou při těchto pádech také poranění rukou. Tělo se obrací kolem hlavy a dopadá na přední, břišní část nebo na záda. Při dopadu na břicho vznikají sekundární poranění na kolenou, břiše a prstech nohou. Při dopadu na záda - primární jsou sekundární poranění na krku, sedací části (kostrči) a na patách. Při pádu s dopadem na kolena se primární poranění nacházejí na kolenou a přední části nohou.

Mechanismus zranění

Pro objasnění pádu a mechanismu traumatického poškození těla je vhodná spolupráce forenzních biomechaniků se soudními lékaři. Biomechanickým posouzením případu lze objasnit podmínky ztráty kontaktu těla s podložkou a následného letu a dopadu. Soudní lékařství je pak schopné odhalit příčiny zranění či smrti.

Rozsah poškození těla a jednotlivých tkání je závislý na:

• · rychlosti těla v okamžiku dopadu,
• · kontaktní ploše těla a podložky v okamžiku dopadu,

• charakteru a tvaru dopadové plochy,
• úhlu dopadu

· charakteru tkání, které byly při pádu poškozeny.

Síla úderu, která působí na tělo v okamžiku dopadu jako destrukční síla, je prioritně závislá na dopadové rychlosti a hmotnosti těla a následně se na velikosti této síly podílí také čas destrukce, tedy ten časový okamžik, při kterém rychlost těla nabývá nulovou hodnotu. Tyto závislosti můžeme vysvětlit z biomechanického hlediska pomocí přeměny hybnosti těla na impuls síly. Jak jsme již uvedli, díky gravitačnímu zrychlení narůstá rychlost, kterou člověk padá. Rychlost reálného pádu samozřejmě snižují různé přemety a nárazy padajícího o terén či konstrukce. Při přemetu se pádová energie přeměňuje v energii rotačního pohybu a rychlost pádu se tak příslušně sníží. Při nárazech se část pádové energie přemění v ničivou práci, čili zlomeniny kostí, luxace kloubů a jiná zranění, což opět výslednou rychlost pádu redukuje. Lidské tělo sice samo o sobě neklade příliš velký odpor, avšak se vzrůstající rychlostí se tento odpor zvyšuje, dokud nedojde k ustálení pádové rychlosti. Těsně před dopadem má tělo člověka hybnost, jejíž velikost závisí na hmotnosti těla a jeho rychlosti:

(Pokud tělo rotuje, k této hybnosti se ještě přičítá moment hybnosti: )

Dopadem se získaná rychlost snižuje až na nulovou hodnotu. Čím je větší rychlost těla před dopadem, tím je při konstantních podmínkách v průběhu dopadu větší dosažená hodnota zpomalení:

Tomuto zpomalení říkáme přetížení G, které vyjadřujeme v násobcích gravitačního zrychlení g. Následující graf (obr. 90) přibližně ukazuje za jak dlouho, jakou rychlostí a s jakým přetížením dopadne člověk při pádu z uvedených výšek.

Dopadem se stejně jako rychlost, tak i hybnost těla snižuje až na nulovou hodnotu. Tato časová změna hybnosti je způsobena impaktními silami při dopadu:

Změnu hybnosti, ke které působením síly F došlo, můžeme vyjádřit součinem m∙∆v:

Odtud dostáváme matematické vyjádření proměnných, které ovlivňují velikost impaktní síly – hmotnost těla m, rychlost těla před dopadem v a dobu dopadu t, během které byla rychlost snížena na nulovou hodnotu:

Pro vznik poranění je rozhodující, jak jsou rozděleny a amortizovány síly při nárazu. Nejdříve dochází k deformaci těla. Lidské tělo je značně elastické, různé části těla a tkáně mají odlišný stupeň pružnosti. Díky těmto mechanickým vlastnostem lidského organismu se snižují impaktní síly a následná destrukce. Elasticita těla může být až taková, že se po dopadu odrazí od země, a pak jej nacházíme i půl metru od místa prvního dopadu. Člověk je uzpůsoben k tomu, aby vydržel nemalé namáhání. Tématu tolerance lidského organismu na mechanickou zátěž se věnujeme v samostatné kapitole. Proto jen pro příklad, obratle se lámou až při 20 G. Pružnost tkání, kostí a tuku, hraje rovněž důležitou roli při snížení intenzity poškození po nárazu. Meze pevnosti se překračují teprve po několika setinách sekundy, a pak se kosti lámou, tkáně a vazy se trhají, praskají vnitřní orgány, může se například utrhnout srdce od cévní stopky, aorty, na které visí.

Častý důsledek smrti po pádu je špatně nebo vůbec nechráněná hlava. Lebeční kost je příliš tenká (na temeni u dospělého člověka 4 -7 mm). Nebezpečný je také otřes mozku, který provází každý velký pád. Mnohdy dojde k dočasné ztrátě paměti, může být však také trvalá. Po pádu je nebezpečná rovněž skutečnost, že ne všechna zranění se projevují navenek. Často dojde k poškození vnitřních orgánů. S každým člověkem po těžkém pádu zacházíme velice šetrně a vždy předvídáme vnitřní zranění.