MedBookAide - путеводитель в мире медицинской литературы
Разделы сайта
Поиск
Контакты
Консультации

Уткин В. Л. - Биомеханика физических упражнений

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
СодержаниеДальше >>>

Уткин В. Л. Биомеханика физических упражнений

Допущено Гособразованием СССР в качестве учебного пособия для студентов факультетов физического воспитания педагогических институтов и для институтов физической культуры

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ № 2114 «ФИЗИЧЕСКОЕ ВОСПИТАНИЕ»

Москва «Просвещение» 1989

ББК 75.0 У84

Рецензенты:

доктор педагогических наук, профессор Д. Д. Донской; доктор биологических наук, профессор И. М. Козлов

Уткин В. Л.

У84 Биомеханика физических упражнений: Учеб. пособие для студентов фак. физ. воспитания пед. ин-тов и для ин-тов физ. культуры по спец. № 2114 «Физ. воспитание».— М.: Просвещение, 1989.— 210 с.: ил.

ISBN 5-09-000946-5

В пособии рассматриваются вопросы общей, дифференциальной и частной биомеханики, в том числе ее предмет, задачи и содержание, основы технико-тактического мастерства, возрастные особенности двигательной деятельности, пути использования биомеханических знаний в физическом воспитании учащихся средней школы.

4309000000—432

103(03)—89

ISBN 5-09-000946-5

ББК 75.0

© Издательство «Просвещение», 1989

ВЕРЕ ПЕТРОВНЕ УТКИНОЙ, моей маме

От автора

Учебное пособие предназначено для : , изучающих биомеханику на факультетах физического воспитания педагогических институтов и на педагогических факультетах институтов физической культуры. Прослушав курс биомеханики и проштудировав пособие, будущий учитель:

1) ознакомится с биомеханическими основами техники двигательных действий и тактики двигательной деятельности;

2) вооружится теоретическими знаниями .и практическими навыками, необходимыми для научно обоснованного осуществления учебного и тренировочного процесса, соревновательной и спортивно-прикладной деятельности в физическом воспитании, спорте и массовой физкультуре.

Осознание чрезвычайной сложности и вместе с тем познаваемости двигательной деятельности, ознакомление с теоретическими концепциями современной 'биомеханики, овладение основами системного подхода к анализу сложных явлений, освоение методов моделирования и оптимизации двигательной деятельности — все это не только расширяет профессиональные знания, умения и навыки будущего учителя, но и формирует специфический стиль мышления, необходимый для целенаправленного и эффективного преобразования окружающей действительности.

Учебное пособие состоит из двух разделов.

В первый раздел (общая и дифференциальная биомеханика) включены темы, посвященные задачам н содержанию биомеханики, описанию двигательного аппарата человека, методам биомеханического контроля, биомеханическим аспектам двигательных качеств, основам технико-тактического мастерства, возрастным и половым особенностям двигательной деятельности. Первый раздел завершается рассмотрением дидактического арсенала современной биомеханики и ее возможностей в физическом воспитании учащихся.

Второй раздел (частная биомеханика) знакомит с биомеханическими закономерностями упражнений, входящих в программу физического воспитания в школе (в том числе ходьба и бег, прыжки и метания, лыжи, плавание и т. д.), а также с биомеханическими основами обще-развивающих гимнастических упражнений, стрельбы и туризма.

Разделы состоят из глав, соответствующих тематике курса. Каждая глава заканчивается вопросами и кроссвордом для самоконтроля знаний. В текст вплетены вопросы и задания, обращенные к читателю и помогающие ему проверить и закрепить полученные знания. Здесь от читателя потребуется любознательность и труд. Ведь известно, что научить ничему нельзя, можно только помочь научиться.

Автор тщательно проанализировал ранее изданные учебники и учебные пособия по биомеханике и кинезиоло-гии (см. список литературы) и постарался заимствовать из них все лучшее. Кроме того, были использованы:

— труды Н. А. Бернштейна, X. X. Гросса, В. С. Гур-финкеля, В. М. Зациорского с соавторами, И. М. Сеченова, Р. Б. Хальянда, X. А. Янсона, Johnson, Nelson, Low, Margaria с соавторами и др.;

— обзоры по биомеханике из серии монографий «Биомеханика —спорту» и ряда других отечественных и зарубежных изданий.

Эти сведения изложены популярно. Для их понимания достаточно знаний, полученных в средней школе и при изучении курса анатомии человека.

Биомеханику считают сложной наукой, требующей хорошей математической подготовки и потому недоступной массовому читателю. Но о закономерностях движений можно говорить и простым общедоступным языком. Учитывая сказанное, автор настоящей книги стремился написать ее подобно учебнику статики Монжа — «не батарею формул, а живой текст, обращенный к практикам». Ведь будущим учителям физкультуры «нужна не стерильная строгость доказательств и выкладок, а правильность суждений и продуктивность рекомендаций»1.

В основу учебного пособия положена концепция оптимизации двигательной деятельности, стремление к красоте, точности, экономичности, производительности, безопас-

1 Цитата со с. 42 книги В. П. Демьянова «Геометрия и марсельеза», посвященной творчеству Гаспара Монжа—знаменитого французского математика и общественного деятеля (М., 1979).

ности. Этим настоящее учебное пособие как бы принимает эстафету у предыдущего (Д. Д. Донской, 1975), в основу которого положен системный подход к биомеханическому обоснованию двигательных действий. Ведь системный подход только тогда плодотворен, когда четко определены цели, т. е. критерии оптимальности двигательной деятельности.

Принятая в учебном пособии терминология в основном соответствует рекомендациям Комитета научно-технической терминологии Академии наук СССР. Небольшие изменения и дополнения вызваны отличительными особенностями биомеханики по сравнению с теоретической механикой и стремлением сделать текст пособия как можно более понятным.

Автор благодарен профессорам В. М. Зациорскому и м' т,Гладышевой' х- Х- Гроссу, Д. Д. Донскому,' И. М. Козлову, Б. С. Кулаеву за полезные консультации и возможность ознакомиться с неопубликованными результатами исследований и выражает признательность своим ученикам и сотрудникам за помощь в подготовке рукописи к печати.

Часть первая общая и дифференциальная биомеханика

Изучение общей и дифференциальной биомеханики обеспечивает знание основных закономерностей строения двигательного аппарата, двигательных качеств и двигательной деятельности людей разного возраста. На этой основе базируется материал второго раздела, посвященного технике и тактике выполнения различных физических упражнений.

Глава 1. Введение в биомеханику

Первая наша задача состоит в том, чтобы заняться той великолепной машиной, которая нам близка,— человеческим организмом. Эта машина обладает роскошью механики — автоматизмом и быстротой включения. Ее ли не изучать? В человеческом организме есть мотор, «передача», амортизаторы, есть тончайшие регуляторы и даже манометры. Все это требует изучения и использования. Должна быть особая наука — биомеханика. Эта наука может и не быть узко «трудовой», она должна граничить со спортом, где движения сильны, ловки и в то же время воздушно легки, артистичны.

А. К. Гастев

Биомеханика — учение о двигательных возможностях и двигательной деятельности человека и животных.

Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: bios — жизнь и mexane — орудие. Как известно, механика— это раздел физики, изучающий механическое движение и механическое взаимодействие материальных тел. Отсюда понятно, что биомеханика — это раздел науки, изучающий двигательные возможности и двигательную деятельность живых существ.

Наибольший практический интерес представляет изучение движений человека и высших животных. Первые научные труды здесь написаны Аристотелем (384—322 гг. до и. э.), которого интересовали закономерности движения наземных животных и человека. А основы наших знаний о движениях в воде заложены Архимедом (287—212 гг. до н.э.).

На становление биомеханики оказали влияние выдающиеся мыслители прошлого: римский врач Гален (131 — 201 гг.), Леонардо да Винчи (1452—1519 гг.), Микеланд-жело (1475—1564 гг.), Галилео Галилей (1564—1642 гг.), Исаак Ньютон (1642—1727 гг.), ученик Галилея Джован-ни Альфонсо Борелли (1608—1679 гг.)—автор первой книги по биомеханике «О движениях животных», вышедшей в свет в 1679 г.

И. М. Сеченов (1829—1905 гг.), П. Ф. Лесгафт (1837— 1930 гг.), А. А. Ухтомский (1875—1942 гг.) и основоположник отечественной биомеханической школы Н. А. Берн-штейн (1896—1966 гг.) много сделали для развития биомеханики труда и спорта. Кроме того, в последние десятилетия возникли и развиваются:

- инженерная биомеханика, основные достижения которой связаны с роботостроением;

— медицинская биомеханика, исследующая причины, последствия и способы профилактики травматизма, прочность опорно-двигательного аппарата, вопросы протезо-строения;

— эргономическая биомеханика, изучающая взаимодействие человека с окружающими предметами с целью их оптимизации. Но центральным разделом биомеханики остается биомеханика физических упражнений. Она изучает двигательную деятельность человека во время спортивных тренировок и соревнований и в процессе занятий массовыми и оздоровительными формами физической культуры, в том числе на уроках физкультуры в школе. Непрерывно совершенствуясь, биомеханика физических упражнений постепенно преобразуется в биомеханику двигательной активности, охватывающую все стороны двигательной деятельности человека '.

«Здание» современной биомеханики состоит как бы из трех «секций» и трех «этажей» (рис. 1).

1 В дальнейшем биомеханику физических упражнений будем называть просто биомеханикой.

Рис. 1. Архитектоника современной биомеханики

Биомеханика делится на общую, дифференциальную и частную.

Общая биомеханика решает теоретические проблемы и помогает узнать, как и почему человек двигается. Этот раздел биомеханики очень важен для практики физического воспитания и спорта, ибо «нет ничего практичнее хорошей теории».

Дифференциальная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности. Изучаются особенности, зависящие от возраста, пола, состояния здоровья, уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т. п.

Частная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта и разновидностях массовой физкультуры.' В том числе в оздоровительном беге и ходьбе, общеразви-вающих гимнастических упражнениях, ритмической гимнастике на суше (аэробика) и в воде (акваробика) и т. п. Основной вопрос частной биомеханики — как научить человека правильно выполнять разнообразные движения или как самостоятельно освоить культуру движений.

На трех «этажах» (уровнях) биомеханики изучают: движения — двигательные действия — двигательную деятельность. На первом уровне фактические данные для исследования движений добываются чаще всего в экспериментах с изолированными мышцами и другими частями тела животных.

За редким исключением (например, движения новорожденного) здоровый человек выполняет целенаправленные и мотивированные движения, или двигательные действия. На этом уровне биомеханика изучает и совершенствует технику двигательных действий (например, технику прыжка, удара, шага и т. д.).

Третий уровень биомеханики посвящен тактике двигательной деятельности. При выполнении физических упражнений двигательная деятельность складывается из двигательных действий, как цепь из звеньев. Например, бег состоит из отдельных шагов; стрельба — из изготовки, прицеливания и выстрела; штрафной удар в футболе — из разбега и удара ногой по мячу. Двигательные действия в такой цепи взаимосвязаны и взаимообусловлены. Поэтому двигательная деятельность — это система двигательных действий.

Биомеханика занимает особое положение среди наук о физическом воспитании и спорте. Она базируется на анатомии, физиологии и фундаментальных научных дисциплинах— физике (механике), математике и теории управления. Взаимодействие биомеханики с биохимией, психологией и эстетикой дало жизнь новым научным направлениям, которые, едва родившись, уже приносят большую практическую пользу. В их числе «психобиомеханика», энергетические и эстетические аспекты биомеханики.

Более других медико-биологических и педагогических дисциплин биомеханика использует достижения электронно-вычислительной техники.

Но главное — биомеханика служит связующим звеном между теорией и практикой физического воспитания, спорта и массовой физической культуры. Опираясь на знание биомеханики, педагогу легче учить своих воспитанников. Но для этого необходимо уметь анализировать двигательную деятельность, или, говоря на профессиональном языке, читать движения. Здесь можно провести аналогию с музыкой. Неспециалист воспринимает фонограмму музыкального произведения эмоционально. А профессионал-музыкант различает голоса разных инструментов, тонко оценивает согласованность их звучания, замечает ошибки и, кроме того, может «мысленно услышать» звуки, записанные на нотных линейках. Так и специалист по физическому воспитанию должен уметь «мысленно увидеть» движение, если зарегистрированы его характеристики (траектория, скорость, сила и т. д.).

R Фазы

Рис. 2. Фазовый состав ударного действия в теннисе (по Л. С. Зайцевой) :

Л—хронограмма; Б — тензометрическая отметка удара; I — фаза движения назад для замаха; II — фаза ускоренного движения ракетки вперед; III — фаза взаимодействия ракетки с мячом; IV — фаза замедленного движения ракетки вперед; V — фаза возвращения ракетки в исходное положение

Процедура анализа двигательной деятельности (биомеханического анализа) состоит из следующих этапов:

1. Изучение внешней картины двигательной деятельности. Прежде всего выясняют, из каких двигательных действий она состоит и в каком порядке действия следуют друг за другом. Например, школьный урок физической культуры состоит из ряда упражнений. Нужно учитывать, что характер, продолжительность и интенсивность предшествующих упражнений оказывают влияние на качество выполнения последующих.

Изучая внешнюю картину двигательной деятельности, регистрируют кинематические характеристики (см. в главе 3). Особенно важно знать продолжительность отдельных частей движения (фаз), графическим отображением чего является хронограмма. Хронограмма двигательного действия характеризует технику (рис. 2), а хронограмма двигательной деятельности — первое, на что обращают внимание при анализе спортивной тактики.

2. Выяснение причин, вызывающих и изменяющих движения. Они не доступны визуальному контролю, и для их анализа необходимо регистрировать динамические характеристики (см. в главе 3). Важнейшее значение здесь имеют величины сил, действующих на человека извне и создаваемых его собственными мышцами.

3. Определение топографии работающих мышц. На этом этапе выявляется, какие мышцы и как участвуют в выполнении данного упражнения. Зная, какие мышцы преимущественно обеспечивают двигательную деятельность, к которой готовит себя человек, можно из множества физических упражнений отобрать способствующие развитию именно этих мышц и их координации.

В зависимости от того, какая часть всей мышечной массы тела задействована, различают: глобальную мышечную работу (более 2/з), регионарную (от '/з до 2/з) и локальную (менее '/з)- Так, бегуны, пловцы, лыжники выполняют глобальную мышечную работу. К регионарной относится, например, мышечная работа, выполняемая при некоторых общеразвивающих гимнастических упражнениях (подтягивании на перекладине, поднимании ног и верхней части туловища из положения лежа на спине и т. п.).

Представление о том, какие мышцы задействованы в каждом упражнении, можно получить, регистрируя их

Рис. 3. Схематическое изображение мышц тела человека и мест наложения электромиографических электродов (по Вгоег, Каунсилмену, Барчаи, переработано)

Рис. 4. Граничные позы при подтягивании в висе лежа на низкой перекладине (штриховкой обозначены наиболее активные мышцы):

1 — мышцы-сгибатели кисти; 2 — трехглавая м. плеча; 3 — двуглавая м. плеча; 4 — плечелучевая м.; 5 — большая грудная м.; 6 - широчайшая м. спины; 7 — четырехглавая м. бедра; 8—мышцы-разгибатели стопы; 9 — прямая м. живота электрическую активность. Чем интенсивнее работает мышца, тем выше ее электрическая активность и больше амплитуда электромиограммы.

На рис. 3 показаны места наложения электродов при записи электромиограммы, а на рис. 4 — пример графического изображения топографии работающих мышц.

Хорошо известно, что разные движения отличаются одно от другого по кинематике (внешней картине) и динамике (характеру силовых взаимодействий). Точно так же и электромиографический портрет движений неодинаков в разных упражнениях. Но, как пишет Р. С. Персон, «даже весьма сложные движения, если они достаточно автоматизированы (например, ходьба и другие локомоции, обычные бытовые, профессиональные и спортивные движения), имеют более или менее постоянный рисунок возбуждения мышц не только при повторении движения одним человеком, но и у разных людей»1.

4. Определение энергетических затрат и того, сколь целесообразно расходуется энергия работающих мышц. Для ответа на эти вопросы регистрируют энергетические характеристики (см. в главе 3). Наряду с величинами энергозатрат важна экономичность, которая тем выше, чем больше доля полезных энергозатрат по отношению ко всей затраченной энергии. Подсчитано, например, что у стайеров высшей квалификации повышение эконо-

1 Персон Р. С. Электромиография в исследованиях человека.— М., 1969.—С. 137.

мичности бега на 20% перемещает бегуна в списке лучших с 10-го на 1-е место.

5. Выявление оптимальных двигательных режимов (наилучшей техники двигательных действий и наилучшей тактики двигательной деятельности) осуществляется на заключительном этапе биомеханического анализа. Здесь же оценивается степень соответствия реально имеющих место и оптимальных вариантов техники и тактики.

Оптимальным (от лат. optimus — наилучший) называется наилучший вариант из всех возможных. В спорте (а в последнее время и в оздоровительной физкультуре) постоянно идет поиск оптимальных вариантов техники и тактики и определение степени соответствия реально наблюдаемого двигательного режима оптимальному. Тем самым решается задача оптимизации двигательной деятельности или ее рационализации (если не удается достичь идеала, но можно к нему приблизиться).

Оптимизацией называют выбор наилучшего варианта из числа возможных. Но что такое наилучший вариант двигательной деятельности? Общего ответа на этот вопрос не существует, поскольку все зависит от конкретной ситуации и поставленной цели. Так, человек, спасающийся от преследователей, не думает о красоте и экономичности. Главное — бежать быстро. Другое дело, гимнастка, выполняющая вольные упражнения. Она стремится двигаться как можно красивее, в соответствии с эстетическими канонами своего вида спорта. В этих ситуациях различны цели людей. И потому неодинаковы критерии оптимальности, т. е. показатели, используемые для оценки степени достижения поставленной цели (рис. 5).

Экономичность двигательной деятельности обратно пропорциональна энергии, затрачиваемой на единицу выполняемой работы или метр пройденного пути. Это важнейший критерий оптимальности, и мы еще не раз к нему вернемся.

Механическая производительность тем выше, чем больший объем работы выполняется за определенное время или чем быстрее выполняется данный объем работы. Например, в циклических видах спорта механическая производительность оценивается временем преодоления соревновательной дистанции, а в массовой физической культуре — расстоянием, которое человек может пройти, пробежать или проплыть за 12 мин.

Экономичность

Механическая производительность

СодержаниеДальше >>>

medbookaide.ru