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 >>>

Даже при стремлении к наивысшей механической производительности (например, на спринтерских и средних дистанциях) не следует забывать об экономичности движений. Но в этом случае экономичность играет роль второго по значимости критерия оптимальности. Например, при любой, сколь угодно высокой скорости передвижения существует оптимальное по экономичности сочетание длины и частоты шагов, которое зависит от скорости. Оптимизируя технику двигательных действий в каждом шаге, можно сэкономить энергию и использовать ее для того, чтобы еще более повысить скорость.

В заключение рассказа о биомеханических основах выносливости два замечания.

Первое замечание. Все сказанное о способах повышения выносливости относится как к циклической, так и к ациклической двигательной деятельности. Примеры, относящиеся к бегу и другим циклическим локомоциям, приведены лишь потому, что они просты и понятны каждому.

Задание для самоконтроля и закрепления знаний

Сформулируйте практические советы человеку, занимающемуся вашим любимым видом спорта, в соответствии с приведенными выше пятью группами рекомендаций о том, как повысить выносливость.

Второе замечание. К биомеханическим способам повышения выносливости необходимо приобщать человека еще в школьном возрасте.

Ибо исправить технику двигательных действий гораздо труднее, чем сформировать ее с самого начала правильно. И не случайно столь распространены и живучи неправильная осанка, неестественно замедленная ходьба, а у спортсменов— непонимание необходимости оптимизировать энергозатраты, предрассудок о целесообразности равномерной раскладки скорости независимо от длины дистанции и т. п. Все эти несовершенства двигательной культуры могут быть исправлены только на основе знания и повседневного использования биомеханических закономерностей.

Вопрос для самоконтроля знаний

Существуют два представления о выносливости. Их суть ясна из рис. 27 и 50. В чем основное различие между ними?

Биомеханика силовых и скоростных качеств

Двигательные качества взаимосвязаны. В полной мере демонстрируя одно из них, мы, как правило, лишаемся возможности блеснуть в другом. Эта закономерность особенно ярко проявляется во взаимоотношениях между силой и быстротой. Например, при бросании снарядов разной массы (рис. 56) тяжелый снаряд невозможно разогнать до высокой скорости. А при метании легкого снаряда, наоборот, максимальная скорость велика, но зато проявляемая сила незначительна. Точки на корреляционных полях на рис. 56 получены в результате многочисленных измерений, в которых человек метал один и тот же снаряд с разной

Тяжелая атлетика

Борьба классическая

Скорость Вылета (Дальность полета)

Рис. 56. Зависимость между скоростью вылета и силой, прикладываемой к снаряду при разных величинах массы снаряда (пунктир — зависимость между максимальными величинами скорости вылета и силы, прикладываемой к снаряду)

Толкание ядра

Метание

Настольный теннис

Скорость

Рис. 57. Некоторые спортивные упражнения, относящиеся к силовым, скоростно-силовым и скоростным; мощность равна произведению силы на скорость; заштрихованная часть рисунка соответствует наибольшей мощности силой. Величины силы и скорости вылета (или дальности полета), соответствующие лучшему результату, соединены пунктирной линией. Важно уяснить, что полученная гиперболическая зависимость (пунктир на рис. 56) отображает взаимосвязь между наибольшими, рекордными величинами силы и скорости: чем выше максимальная сила, тем ниже максимальная скорость. В то же время при непредельных величинах силы и скорости имеет место иная зависимость между ними: чем больше сила, тем больше скорость вылета снаряда и дальность его полета.

Вопросы для самоконтроля знаний

1) Что такое корреляционное поле и как его построить?

2) Какие зависимости называются гиперболическими?

Примечание. Если затрудняетесь ответить на эти вопросы, обратитесь к учебной и справочной литературе по математической статистике или спортивной метрологии и элементарной математике.

3) В чем сходство и различие между графиками на рис. 56 и кривой Хилла (см. рис. 14).

Взаимосвязь между демонстрируемой силой и быстротой столь неразрывна, что порой трудно провести четкие границы между силовыми, скоростно-силовыми и скоростными качествами, а также и упражнениями, требующими проявления этих качеств. Однако с уверенностью можно сказать, что, например, жим штанги и подтягивание на перекладине — силовые упражнения; толкание ядра, метание диска, копья и мяча — скоростно-силовые, а удары в настольном теннисе — скоростные (рис. 57). Какие же закономерности характерны для упражнений этих трех типов?

Сила тяги мышцы зависит в основном от ее поперечника. Ведь количество мышечных волокон к концу первого года жизни достигает максимума и в дальнейшем почти не меняется. Взрослый спортсмен гораздо сильнее годовалого младенца из-за гипертрофии мышц. В результате физических тренировок поперечник мышечного волокна может увеличиться в несколько десятков раз.

Тренировки не только способствуют образованию рельефной мускулатуры, но и создают возможность более полной мобилизации двигательных единиц. Благодаря этому обычный человек, состязаясь в силе, проявляет не более 50% максимальной силы, а тренированный атлет — до 70%. Лишь в стрессовой ситуации, в состоянии аффекта люди выходят за свои пределы. И тогда совершают «чудеса»: в одиночку поднимают грузовик, придавивший ребенка, или спасают из огня кованый сундук с драгоценностями.

Для того чтобы в полной мере проявить силовые качества, нужна эффективная техника движений.

Эффективность техники выполнения силовых упражнений в значительной мере зависит от величины углов в суставах. При оптимальных суставных углах сила тяги мышц используется наиболее полно. Например, для удержания одного и того же груза при оптимальном угле в локтевом суставе мышца должна развить значительно меньшую силу, чем при других величинах суставного угла (см. рис. 28).

Задание

Докажите, что оптимальный угол в локтевом суставе при удержании груза согнутой рукой (см. рис. 28) близок к 80°.

Скоростные качества в чистом виде проявляются в том случае, когда даже очень высокие ускорения возникают без значительных мышечных усилий. Согласно второму закону Ньютона это возможно, когда перемещаемая масса незначительна.

Задание для самоконтроля и закрепления знаний

Докажите, что одна и та же сила вызывает тем большее ускорение, чем меньше перемещаемая масса. Для иллюстрации воспользуйтесь, например, сведениями о массе спортивных мячей. Вес мяча для настольного тенниса— 2,4 г, для тенниса — 57 г, для хоккея с мячом — 60 г, волейбольного — 270 г, футбольного — 450 г, баскетбольного — 650 г.

Увеличение внешних сил, которые приходится преодолевать за счет силы мышечной тяги, приводит к удлинению латентного периода двигательной реакции и к уменьшению скорости (как максимальной скорости одиночного движения, так и максимального темпа циклических движений).

Биомеханика устойчивости

Устойчивость иногда рассматривают как самостоятельное двигательное качество. Это имеет смысл, поскольку биомеханические механизмы устойчивости отличаются от тех, которые обеспечивают высокую выносливость, силу, быстроту, гибкость и ловкость.

В основе устойчивости, как и вообще в основе координации движений, лежит принцип обратной связи. Отклонение от устойчивого положения вызывает действия, направленные на ликвидацию отклонения.

Ортоградную (вертикальную) позу человека и устойчивость в других позах обеспечивают три цепи обратной связи:

1) замыкающаяся через центр равновесия во внутреннем ухе;

2) замыкающаяся через зрительный анализатор и связанная с внешними ориентирами;

3) кинестетическая (основанная на ощущениях положения своего тела в пространстве), она замыкается через проприорецепторы мышц.

Все три названные системы стабилизации позы действуют одновременно, и отклонения позы от избранной обнаруживаются и устраняются тем быстрее, чем лучше состояние нервной системы. Функционирование стабилизирующих систем проявляется в треморе (непроизвольных колебаниях) звеньев тела. Частота тремора тем выше и, следовательно, амплитуда тем меньше, чем лучше физическая, техническая, а также и психологическая подготовленность человека.

Вопрос

Почему снижение частоты тремора закономерно приводит к увеличению амплитуды и делает тремор видимым (как это имеет место при эмоционально-возбужденном состоянии и некоторых заболеваниях)?

Но устойчивость определяется и чисто механическими факторами. Так, выход вертикальной проекции общего центра масс тела за пределы площади опоры приводит к падению. Общее правило гласит: тело сохраняет устойчивое положение при условии, что сумма действующих на него сил равна нулю и сумма их моментов тоже равна нулю.

Вопросы

1) В каких видах спорта или разновидностях физических упражнений устойчивость особенно сильно влияет на результативность двигательной деятельности?

2) Как надо изменить позы спортсменов, изображенных на рис. 19, 21, 34, 36, чтобы вывести их из устойчивого положения?

Биомеханика не только контролирует двигательные качестна (см. в главе 3) и изучает их закономерности, но ищет пути их совершенствования. Важную роль здесь играют биомеханические тренажеры.

Биомеханические тренажеры

Тренажером называется техническое приспособление, позволяющее в искусственно созданных условиях совершенствовать технико-тактическое мастерство и развивать двигательные качества.

При конструировании и подборе тренажеров для развития двигательных качеств и технической подготовки нужно стремиться к тому, чтобы выполняемое на тренажере и основное соревновательное упражнение были одинаковыми по топографии работающих мышц, относительной мощности и характеру внешнего сопротивления. Внешнее сопротивление может задаваться силами неодинаковой фи-

Таблица 10

Применение тренажеров в зависимости от физической природы сил сопротивления движению

Физическое явление

Основной элемент тренажера

Зависимость силы сопротивления (/?) от удлинения пружины (д/), скорости (к), массы (т), ускорения (а), веса (т^)

Область практического применения

Упругость

Пружина

Скоростно-силовые виды спорта

Инертность

Инерционный динамометр

Метания

Гравитация и инертность

Груз, подвешенный через ' блок

F=mg+ma

Тяжелая атлетика

Трение сухое

Веревка, перекинутая через блок

F=const

Борьба

Трение вязкое

Весло, перемещаемое в вязкой жидкости

Гребля

Гидравлическое сопротивление

Гидроцилиндр

F = kv2

Плавание зической природы. И в зависимости от этого разные тренажеры пригодны для освоения различных спортивных движений (табл. 10).

Контрольные вопросы

1. Назовите основные факторы выносливости, приведите примеры.

2. Из каких фракций состоит механическая работа, совершаемая человеком при выполнении физических упражнений?

3. Какими способами можно повысить экономичность двигательной деятельности?

4. Какие двигательные переключения могут быть использованы для повышения:

— экономичности двигательной деятельности?

- механической производительности? Приведите примеры.

5. В чем состоит принцип минимума энергозатрат?

6. Как взаимосвязаны силовые и скоростные качества?

7. От каких основных факторов зависит сила тяги мышцы и сила, проявляемая человеком («сила действия»)? Чем объяснить их неодинаковость?

8. По каким критериям выбирается тренажер для развития скоростных и силовых качеств в конкретном виде спорта?

9. Какие условия обеспечивают устойчивость тела? 10. Решите чайнворд (рис. 58).

Рис. 58. Чайнворд.

1. Физическое качество, обеспечивающее возможность длительно выполнять физическую работу. 2. Величина, являющаяся функцией времени и расстояния. 3. Устройство для развития определенных физических качеств. 4. Один из факторов, определяющих выносливость. 5. Физическое качество, тесно связанное со скоростью. 6. Сохранение энергии при движениях.

Если вы правильно отгадаете значения слов, зашифрованных по горизонтали, в выделенной колонке по вертикали (7) получите название физического явления, объясняющего существование одной из внешних сил, действующих на человека при передвижении

7 Заказ Л 1984

Глава 5. Дифференциальная биомеханика

Нет в природе такого явления, суть которого можно понять, не вникая в то, как оно возникло... Каждое явление окружающего нас мира имеет свою биографию, и мы не можем обсуждать это явление, не ознакомясь с нею.

Н. А. Бернштейн

К ребенку — с величайшим уважением!

Дифференциальной биомеханикой называется раздел биомеханики, изучающий индивидуальные и групповые особенности двигательных качеств и двигательной деятельности людей.

Телосложение и двигательные возможности

Двигательные возможности человека зависят от особенностей телосложения:

— длины и массы тела;

— пропорций тела — соотношения размеров отдельных частей тела (туловища-, конечностей);

— особенностей конституции.

Пропорции и размеры тела у людей существенно различаются, неодинаковы и их двигательные возможности. При одном и том же уровне физической подготовленности люди с большей массой тела обладают большей мышечной силой (рис. 59). В то же время относительная мышечная сила (в расчете на 1 кг массы тела) с увеличением размеров тела снижается.

При ходьбе и беге длина и частота шагов в значительной степени обусловлены размерами тела и, прежде всего, длиной ног. Например, при одной и той же длине тела дети более старшего возраста делают при беге шаги большей длины, что отчасти объясняется тем, что у них в среднем более длинные ноги.

Анатомо-физиологические особенности влияют и на кинематику движений, и на тактику двигательной деятельности. В процессе возрастного развития происходит значительное изменение размеров и строения тела. В связи с этим изменяется и режим передвижения, произвольно выбираемый человеком. Выбор скорости, а также длины и частоты шагов определяется доминирующим критерием оп-

60 70 80 90 ЮО Масса тела, кг

110 120

Рис. 59. Изменение абсолютной и относительной мышечной силы в зависимости от массы тела

Рис. 60. Произвольно выбираемые (показано стрелками) людьми разного возраста режимы бега и ходьбы; ф —| — зона экономичных режимов, нижней границей которой (ф) является наиболее экономичная (оптимальная) скорость передвижения, верхней — анаэробный порог; двойной стрелкой показана скорость, выбираемая людьми с заболеваниями сердечно-сосудистой системы; [ —женщины тимальности, который постепенно трансформируется по мере перехода от детского возраста к зрелому.

Основным естественным критерием оптимальности, сформировавшимся в ходе возникновения и развития жизни на Земле, является экономичность. Поэтому согласно принципу минимума энергозатрат в нормальных условиях взрослый человек самостоятельно выбирает такой режим передвижения (скорость, длину и частоту шагов и т. п.), при котором затраты энергии на единицу преодоленного расстояния минимальны (см. рис. 54).

В отличие от взрослых естественная двигательная деятельность ребенка направлена на развитие и совершенствование органов и систем организма. Она организуется в соответствии с энергетическим правилом скелетных мышц (сформулированным И. А. Аршавским), согласно которому процессы развития и восстановления эффективны лишь при условии интенсивной двигательной деятельности. Установлено, что при ходьбе и беге детей дошкольного возраста принцип минимума энергозатрат нарушается. Произвольно выбираемый детьми режим движений более интенсивен по сравнению с энергетически оптимальным (рис. 60). По мере перехода к подростковому и юношескому возрасту это отличие сокращается, практически исчезая к завершению полового созревания.

Люди пожилого возраста и в особенности люди с ослабленным здоровьем выбирают скорость передвижения ниже оптимальной (см. рис. 60). По-видимому, у человека, перенесшего травму, инфаркт миокарда или другое серьезное заболевание, на первый план выходит критерий безопасности.

Индивидуальные особенности влияют не только на оптимальную технику, но и на оптимальную тактику двигательной деятельности. На рис. 61 изображены графики оптимальной динамики мощности при стремлении к наивысшему спортивному результату на соревнованиях по велоспорту (трек), плаванию, бегу и другим циклическим видам спорта, если на преодоление дистанции затрачивается не более 5—7 мин. Механическая мощность должна изменяться у разных людей по-разному, потому что возможности энергетических систем у них различны. Так, у детей мощность окислительной системы (МПК) и емкость лактацидной системы значительно ниже, чем у взрослых.

Задание для самоконтроля и закрепления знаний

Нарисуйте оптимальные раскладки скорости на корот-

Рис. 61. Оптимальная по производительности динамика механической мощности у людей разного возраста кой, средней и длинной дистанции, если основным критерием оптимальности является: а) экономичность; б) механическая производительность.

Возрастные изменения двигательных возможностей

Совершенствование двигательных возможностей в процессе возрастного развития происходит под влиянием двух факторов: созревания и научения. Созревание — это генетически обусловленное совершенствование систем орга-низма^ Научение — результат педагогического воздействия. Взаимодействие этих факторов может носить различный характер: нейтральный, синергический (однонаправленный) или антагонистический (противоположный). Причем при синергическом взаимодействии суммарный эффект больше, чем сумма эффектов от каждого фактора.

У детей, воспитывающихся в обычных условиях, существует определенная последовательность овладения основными двигательными действиями. При исследовании близнецов установлено, что ребенок, находящийся в обществе других людей, обучается брать в руку игрушку, сидеть, стоять и ходить в определенные сроки независимо от того, видах спорта:

/ — фигурное катание, плавание, гимнастика; 2 — спортивные игры, бокс, горные лыжи; 3 — гребля, конькобежный спорт, хоккей; 4 — водное поло, борьба, легкая атлетика; 5 — лыжные гонки, фехтование, биатлон, пятиборье; 6 — парусный, стрелковый, конный спорт (сплошной линией показаны средние значения возраста спортсменов, пунктир — минимальные и максимальные величины) (по Л. Б. Гороховскому) результате чего занятия физкультурой принесут не пользу, а вред растущему организму.

В каждом виде двигательной деятельности есть возрастной диапазон, в котором достигаются самые высокие спортивные результаты. В подавляющем большинстве случаев границы этого диапазона простираются от 16 до 30 лет — это возраст расцвета двигательных возможностей человека. В разных видах спорта собраны данные о возрасте, в котором большая часть спортсменов достигает выдающихся успехов (рис. 63). Совершенно очевидно, что средний возраст победителей крупнейших международных соревнований тесно связан с периодом достижения наивысшего уровня ведущего в данном виде спорта двигательного качества. Например, во многих циклических видах спорта важнейшим качеством является выносливость, достигающая наибольших величин в зрелом возрасте. В этой связи в легкой атлетике, например, наблюдается тенденция увеличения среднего возраста чемпионов с удлинением дистанции: с 22 лет в беге на 100 м до 26 лет на дистанции 1500 м и до 31 года в марафоне.

Двигательные возможности человека интенсивно развиваются в юности и постепенно затухают в зрелом возрасте. До известной степени это компенсируется тренировкой и опытом (рис. 64), особенно в видах двигательной деятельности со сложной техникой и тактикой. Например, всемирно известный советский вратарь Лев Яшин даже в 40-летнем возрасте демонстрировал отменное технико-тактическое мастерство и играл не только в составе сборной СССР, но и за сборную мира.

<<< НазадСодержаниеДальше >>>

medbookaide.ru