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
<<< НазадСодержаниеДальше >>>

Траектория может иметь любую, сколь угодно сложную форму. В отличие от нее линейное перемещение (AS)—расстояние по прямой1 между конечным и начальным положением тела. Линейное перемещение измеряется в единицах длины (метрах).

Угловое перемещение (Аф) — угол поворота тела или отдельного сегмента. Угловое перемещение измеряется в градусах.

Задание для самоконтроля знаний: рассматривая рис. 18, приведите примеры линейного и углового перемещений. Затем придумайте другие примеры.

Скорость показывает, как быстро изменяются координаты тела или его материальных точек. Скорость равна частному от деления перемещения (т. е. разности координат) на интервал времени, за который это перемещение произошло:

Получаемые в результате измерений и расчетов величины перемещения, скорости и ускорения зависят от принятой системы отсчета. Например, при беге скорость руки или ноги относительно беговой дорожки равна ее скорости относительно общего центра масс бегуна плюс или минус скорость общего центра масс относительно дорожки. Этот факт необходимо учитывать при определении механических энергозатрат и выявлении энергетически оптимальных режимов двигательной деятельности.

При изучении периодически повторяющихся движении (циклических) важно знать:

1) темп (п) — число движений в единицу времени;

1 Точнее, вектор, поскольку, говоря о перемещении, необходимо указывать не только расстояние, но и направление,

2) длительность цикла (Т) — интервал времени между одинаковыми фазами циклического движения.

Темп и длительность цикла связаны между собой соотношением Т = - . Например, если брассист выполняет 50 п циклов в минуту (п = 50----) , то длительность цикла равна: 7 = — мин=1,2с. 50

Мы только что встретились с новым и очень важным понятием — фаза двигательного действия. Фазами называются временные элементы двигательных действий. Например, ударное действие теннисиста (см. рис. 2) состоит из пяти фаз, длительности которых обозначены А^, Д^2, А^з, А^4, А^5- Соотношение длительностей фаз называется ритмом двигательного действия. Графическое изображение ритма называется хронограммой.

Фазовый анализ двигательной деятельности — один из самых полезных методов, применяемых при биомеханическом контроле. Определение длительностей фаз, ритма и построение хронограммы позволяют «читать» и «записывать» элементы двигательной деятельности подобно тому, как по нотам можно записывать и воспроизводить музыку. Тем самым возникает возможность документирования техники и тактики, запоминания и изучения лучших образцов, целенаправленного обучения.

Переходим к описанию динамических характеристик. В отличие от кинематических их невозможно оценить по внешней картине движений, на глаз. Здесь всегда требуется измерительная аппаратура. Динамические характеристики измеряют потому, что именно они помогают разобраться в сложных механизмах формирования движений и, следовательно, найти пути овладения ими, их совершенствования и исправления возможных ошибок. Ведь ошибки в кинематике (внешней картине движений) всегда есть следствие несвоевременных и нерациональных (недостаточных или чрезмерных) мышечных усилий и неумелого использования внешних сил.

Ускорение, приобретаемое телом, обратно пропорционально его инертности и прямо пропорционально воздействующей силе:

— линейное ускорение а = —-; m F-l угловое ускорение е = — =-------

Рис. 21. Пример из" борьбы, показывающий, что, чем Длиннее плечо силы, тем больше момент силы M=F-e, вызывающий круговое движение, в данном случае опрокидывающий момент (е)

Чтобы найти ускорение тела в поступательном движении, достаточно знать величины силы и массы. При вращательном движении ситуация сложнее. Во-первых, инертность вращающегося тела определяется не массой, а моментом инерции (см. в главе 2). Во-вторых, эффект действия силы в этом случае зависит не только от ее величины, но и от места приложения. Чем длиннее плечо силы— кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы, тем больше момент силы, или вращающий момент (М), равный произведению силы на ее плечо (рис. 21).

Поскольку ускорение есть приращение скорости в еди-

/ Ду Дм \ ницу времени й =---- и е=---- , приведенные выше формулы можно переписать следующим образом:

л Fbt — для поступательного движения Дг>

— для вращательного движения Дш =

Здесь нам открывается закономерность, которую мы хорошо знаем в повседневной жизни, но не всегда используем при занятиях физкультурой и спортом. Она состоит в том, что эффект действия силы (в данном случае приращение скорости) зависит не только от величины силы, но и от продолжительности ее действия (At). В связи со сказанным еще две биомеханические характеристики получили «права гражданства» (рис. 22):

— импульс силы

— импульс момента силы где &t = tK — tH — интервал времени от начала до окончания действия силы; F и М- — средние величины силы и вращающего момента.

Переходим к рассмотрению энергетических характеристик. Большинство из них вычисляется из кинематических и динамических характеристик. Так, механическая работа есть произведение силы на перемещение:

'Например, для того чтобы подняться по канату на высоту 5 м, мальчик с массой тела в 30 кг выполняет работу около 1500 джоулей:

30 кг-9,8 м/с2-5 м~300 Н-5 м = 1500 Дж.

Если этот подъем длился 10 с, развиваемая мальчиком мощность равна 1500 Дж : 10 с=150 Вт. Это значительная мощность (вспомните, как ярко светит такая электрическая лампочка).

Итак, мощность вычисляется по формуле

= = _

Последний переход в преобразовании формулы особенно важен. Он дает возможность определить мощность коротких интенсивных движений (например, ударов по мячу, боксерских ударов и других ударных действий), когда механическую работу определить трудно, но можно измерить

I' Измерение

Тарировка

2000 Н

1500 Н

2000 1500-

0,05 0,10

Время, с

Рис. 22. Динамограмма отталкивания спринтера от стартовых колодок; импульс силы равен интегралу силы по времени, или произведению средней величины силы (пунктир) на продолжительность ее действия (площадь заштрихованной фигуры равна величине импульса силы); слева — тарировочный график, позволяющий отсчитывать величины силы в ньютонах силу и скорость. Так, при ударе классного футболиста по мячу сила действия может достигать 400 Н, а скорость вылета мяча 30 м/с. В этом случае развиваемая мощность составляет 12000 Вт. Образно говоря, при таком ударе на короткий миг зажигается 120 электрических лампочек, по 100 Вт каждая.

Совершаемая человеком механическая работа расходуется на увеличение потенциальной и кинетической энергии человеческого тела, спортивных снарядов и других предметов. Потенциальная энергия (?п) и кинетическая энергия тела в поступательном (?'"OLr) и вращательном (Е°р) движениях определяются по формулам:

где g = 9,8 м/с2 — ускорение свободнопадающего тела, h — высота центра масс тела над поверхностью земли, v — линейная скорость, со — угловая скорость, т — масса, / — момент инерции.

Полная энергия движущегося тела согласно теореме Кенига равна сумме его потенциальной энергии и кинетической энергии в поступательном и вращательном движениях:

До сих пор речь шла о механической работе и мощности. Но, как известно, в форму механической энергии превращается меньшая часть энергии, образующейся в мышцах. Большая ее часть переходит в тепло.

Подобно тому как технические машины (автомобиль, тепловоз) характеризуются коэффициентом полезного действия, экономичность двигательного аппарата человека описывается рядом аналогичных показателей. В их числе:

где Е — количество метаболической энергии1, Дж; Ё — скорость ее расходования, Вт;

1 Метаболическая энергия образуется в клетках нашего тела в результате трех типов биохимических реакций: креатинкиназной, анаэробного гликолиза и окислительного фосфорилирования. Подробнее об этом можно прочитать в учебниках по биохимии и физиологии, а также в научно-популярной литературе (например: Яковлев Н. Н. Химия движений.— Л., 1983).

—энергетическая стоимость метра пути или единицы полезной работы; для того чтобы определить энергетическую стоимость бега, нужно разделить скорость расходования метаболической энергии на скорость бега:

= ?(Вт)

— пульсовая стоимость метра пути или единицы полезной работы; например, пульсовая стоимость ходьбы, бега и других циклических локомоций вычисляется по формуле

ПС/-!-

ЧСС(1/мин) 60-1'(м/с)

Пульсовую стоимость проще измерить, чем энергетическую. И кроме того, в некоторых ситуациях пульсовая стоимость информативнее энергетической (например, при биомеханическом контроле за двигательной деятельностью в условиях жары).

Биомеханические характеристики — один из хрестоматийных вопросов биомеханики. Без свободного владения сведениями о биомеханических характеристиках так же нельзя рассчитывать на успех в изучении и практическом применении биомеханики, как невозможно читать книгу, не зная алфавита.

Количественная оценка технико-тактического мастерства

Технико-тактическое мастерство, или двигательную культуру, человека предопределяют:

1) объем техники и тактики;

2) разносторонность техники и тактики;

3) эффективность и рациональность техники и тактики;

4) освоенность техники и тактики.

Объемом техники называется совокупность технических приемов, которыми владеет человек. Объем тактики — совокупность тактических вариантов, которыми владеет спортсмен или спортивный коллектив. ' Для контроля за объемом техники и тактики служат шкалы наименований.

В каждом виде двигательной деятельности свой арсенал технических приемов и тактических вариантов. Объем техники и тактики обычно составляет часть этого арсенала.

Лишь мастерски подготовленный человек владеет всеми богатствами техники и тактики. Но и он реализует все свои технико-тактические возможности (общий объем техники и общий объем тактики) только в спокойной обстановке. В стрессовой ситуации (например, на спортивных состязаниях) используется только соревновательный объем техники и тактики, составляющий часть общего объема. Например, в арсенале борьбы самбо несколько сотен приемов. Но даже мастер спорта в совершенстве владеет лишь десятками из них. На ответственных соревнованиях он применяет несколько наиболее отработанных приемов, а завершает схватку, как правило, одним или двумя коронными приемами.

Результаты контроля за объемом техники и тактики удобно представлять в форме таблицы (табл. 4).

Таблица 4

Форма таблицы сведений о конкретном человеке, заполняемой при исследовании объема техники и тактики

(на примере слалома на байдарке)

Технические приемы

Сведения к оценке объема, разносторонности и освоенности

Группа

Наименование

Разучен (+), Использует -не разучен (—) ся (+), не используется (—) в стрессовых ситуациях

Гребля Вперед

Назад Дугообразные гребки

Притяжение Простого типа Восьмерками Зацеп (подтягивание кормы или носа к веслу)

Крен Прямой

Обратный Эскимосский переворот

В практической деятельности педагог старается приблизить общий объем техники и тактики своих учеников к технико-тактическому арсеналу данного вида спорта и, кроме того, стремится увеличить соревновательный объем техники и тактики. Достигается это разучиванием новых приемов и освоением уже разученных, в процессе чего повышается разносторонность, эффективность и освоенность техники и тактики.

Технический арсенал каждого вида спорта состоит из групп технических элементов. Например, техника борьбы включает в себя приемы борьбы в стойке и в партере. А объем техники гимнаста состоит из технических элементов, выполняемых на различных снарядах. Техника называется разносторонней, если в объеме техники в равной мере представлены технические приемы из различных групп.

И тактика является разносторонней только в том случае, если в объем тактики входят тактические варианты из разных групп. Например, перед бегуном или пловцом может стоять одна из двух задач, требующих различной тактики:

1) показать наилучший для себя результат (тактика рекорда);

2) победить (попасть в число призеров, финалистов) независимо от того, какой будет показан результат (тактика победы).

Разносторонне подготовленным в тактическом отношении является тот спортсмен, кто сумеет и выложиться, устанавливая рекорд, и победить конкретного соперника.

Также и тактику в игровых видах спорта можно только тогда назвать разносторонней, если спортсмен или команда одинаково хорошо владеет тактическими вариантами игры в защите и в нападении.

Подобно объему, разносторонность техники и тактики " делится на общую (демонстрируемую в обычных условиях) и соревновательную (характерную для стрессовых ситуаций).

Эффективность техники двигательных действий и эффективность тактики двигательной деятельности — это степень соответствия техники и тактики конкретного человека избранному критерию оптимальности. Иначе говоря, наиболее эффективный вариант техники (и тактики) — это индивидуально-оптимальный вариант. i Индивидуально-оптимальные варианты техники и тактики до сих пор находили опытным путем. Современные вычислительные машины дают возможность моделировать двигательную деятельность и в наглядной форме получать изображение оптимальной техники или тактики (рис. 23, 24).

Рис. 23. Результат моделирования прыжка, полученный с помощью электронно-вычислительной машины и представленный в наглядной графической форме на выводном устройстве ЭВМ (по Garret ссоавт.)

Задание для самоконтроля знаний

Приведите примеры, в которых эффективность- двигательной деятельности определяется по критериям экономичности, эстетичности, точности, механической производительности, и в каждом случае укажите, по какой шкале и в каких единицах измеряется эффективность !.

При биомеханическом контроле за коллективами людей, занимающихся физкультурой, эффективность двигательной деятельности оценивается по степени близости техники и тактики не к индивидуально-оптимальному, а к рациональному варианту. Такая ситуация имеет место на уроке физкультуры в школе и при проведении занятий с группами здоровья.

Рациональным называется тот вариант техники или тактики, который является наилучшим для большинства людей в той или иной возрастной или квалификационной группе. Например, большинство школьников прыгает в высоту способом «ножницы» или «перекидной». Другой пример: при беге на длинные дистанции рационален бег с постоянной скоростью, без рывков и замедлений.

К рациональным вариантам техники и тактики, как к эталонам, стремятся при обучении начинающих. Например, начинающим лыжникам рассказывают, какие способы бега на лыжах целесообразно применять на равнинных участках трассы, а какие — на подъемах различной крутизны.

1 Если ответ на этот вопрос вызовет затруднения, еще раз проштудируйте главу 1 и начальные разделы главы 3.

Результат тестирования, м

Рис. 25. Шкала оценки результатов детей 10 лет в ударе ногой по мячу на дальность (по цифрам таблицы 5)

Рис. 24. Полученная на ЭВМ динамика скорости, энергозатра-ты и результат велосипедиста-перворазрядника в гонке на 4 км при разной величине стартовой скорости; оптимальный тактический вариант выделен жирной линией

Понятно, что рациональный (т. е. наилучший для большинства людей) вариант техники или тактики может существенно отличаться от эффективного, т. е. индивидуально-оптимального варианта. Так, на дистанции 10 км рациональна тактика равномерного бега. Но двукратный олимпийский чемпион В. Куц специальными тренировками готовил себя к бегу с многочисленными ускорениями и часто побеждал, навязывая соперникам этот нерациональный тактический вариант.

Следующий показатель, характеризующий двигательное мастерство человека,— освоенность техники и тактики. Освоенностью техники и тактики называется их стабильность в стандартных условиях и устойчивость в усложненных условиях.

Освоенность количественно оценивается по снижению эффективности техники и тактики в усложненных условиях по сравнению с комфортными. В приведенном примере эффективность техники, оцениваемая числом попаданий по отношению к числу бросков, не снизилась и осталась на уровне 100%.

Известны и другие примеры высокой освоенности техники и тактики. Так, сохранились кинокадры бега В. Веденина, где этот великолепный мастер до последних метров дистанции демонстрирует филигранную технику лыжного хода, а сразу после финиша падает на руки товарищей из-за крайнего утомления.

Но далеко не всегда освоенность бывает высокой. К сожалению, слишком часто футболисты, которые на тренировках демонстрируют весьма совершенную технику владения мячом, в ответственных матчах не попадают в пустые ворота. А коллективная игра, наигранные тактические комбинации разлаживаются при встрече с сильным соперником.

Как и эффективность, освоенность техники и тактики в большинстве случаев удается измерить по шкалам отношений.

Задание для самоконтроля знаний: предложите шкалы для измерения освоенности техники или тактики в вашем виде спорта.

Точность измерений

Результат измерений всегда содержит погрешность, величина которой тем меньше, чем точнее метод измерений и измерительный прибор. В задачу биомеханических измерений входит не только нахождение измеряемой величины, но и оценка допущенной погрешности.

Различают абсолютную и относительную погрешности измерения. Абсолютной погрешностью называется величина ДЛ=Л—Л0, равная разности между результатом измерения (Л) и истинным значением измеряемой величины (Л0). Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах, что и сама измеряемая величина.

За истинное значение измеряемой величины обычно принимают результат, полученный более точным методом. Например, при визуальном измерении темпа бега истинное его значение может быть найдено при помощи видеомагнитофона. Для этого бег записывают на видеопленку, затем видеозапись воспроизводят и анализируют.

В практической работе часто удобнее пользоваться не абсолютной, а относительной величиной погрешности. Относительная погрешность измерения бывает двух видов: действительная и приведенная.

Действительной относительной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины:

ЛЛ = —-100% X

Если известно предельное, или максимально возможное, значение измеряемой величины (Лм), то наряду с действительной может быть определена и приведенная относительная погрешность:

дп = А.юо%.

Эту величину обычно указывают в технической документации измерительной аппаратуры и называют классом точности. Например, если динамометрический (силоизме-рительный) прибор пригоден для измерения величины силы до 5000 Н' и сила измеряется с абсолютной погрешностью 50 Н, то в паспорте прибора указывается класс его точности, в данном случае 1 % (приведенная относительная погрешность, вычисленная как —— -100%). F 5000 '

Погрешности измерения бывают систематическими и случайными.

Систематической называется погрешность, величина которой не изменяется от измерения к измерению. Например, показания весов для измерения массы тела бывают завышены и занижены.

Из способов устранения систематической погрешности наиболее эффективна тарировка измерительной аппаратуры. Тарировкой называется нанесение шкалы во всем диапазоне возможных значений измеряемой величины. Например, при тарировке динамографической платформы на нее поочередно помещают грузы массой 10 кг, 20 кг, 30кг и т. д. Возникающие при этом уровни электрического сигнала (соответствующие величинам силы 100 Н, 200 Н, 300 Н и т. д.) фиксируются на ленте регистрирующего прибора. В дальнейшем результаты измерений сравнивают с полученной таким образом тарировочной сеткой (см.

<<< НазадСодержаниеДальше >>>

medbookaide.ru