Методы исследования в биомеханике. Структура и основные задачи спортивной биомеханики

Правила, специфичные для КБА. В эту группу входят правила, присущие только КБА, несвойственные коли­чественному анализу.

1. Эффект рассматриваемых движений и действий оп­ределяется грубо, приближенно, следовательно, прибли­женный характер носят и оценки, выводы, решения (ко­нечные и промежуточные). Это связано прежде всего с отсутствием приборных измерений, с оценкой «на глаз». Но не только в этом причина. Иногда нельзя позволить себе учитывать много факторов, из соображений опера­тивности анализа приходится удовлетворяться только самыми существенными. Во многих случаях вполне устраивает приближенный характер оценок и решений, поскольку бывают нужны предельно простые и чисто качественные выводы (например, надо направить движе­ние правее, выполнить его с меньшим перепадом скоро­стей, такое-то усилие начать раньше, чем пройден такой-то ориентир, а не позже).

2. Выводы КБА почти всегда должны носить вероят­ностный характер. Это освобождает от пут единственного варианта, позволяет легче избежать плена возможных заблуждений и ошибок, сохранить способность искать другие решения, корректировать свои определения. Ко­нечно, предпочтение следует отдавать более вероятным вариантам-в меру отношений их вероятностей. Вероят­ностный характер решений и оценок-логическое следствие вынужденного игнорирования многих существен­ных и второстепенных факторов или неполного их учете!. Идти на это целесообразно в связи с тем, что, во-первых, невозможно учесть многие факторы одновременно (тем более гарантировать правильность их учета); во-вторых, с увеличением числа учитываемых факторов лавинооб­разно нарастает сложность и трудоемкость анализа,

3. Основная форма КБА - сравнительный анализ . Здесь чувствительность, точность и разрешающая спо­собность КБА много выше, чем в других его формах. Сравнивать можно выполнение одного и того же дейст­вия (упражнения) одним или разными спортсменами на основе одного и того же или разных вариантов техники; выполнение аналогичных частей (а то и деталей) раз­личных упражнений или действий; идеализированную схему действия с его реализованной техникой; различные модификации упражнений и т. д.

4. Должен быть четко выражен критический подход к отправным данным КБА, к оценкам и решениям . Этот подход должен проявляться прежде всего в устойчивой тенденции к проверке различных гипотез, решений, оце­нок. Нельзя делать (если только не вынуждают обстоя­тельства) категорических выводов на основании двух-трех наблюдений, тем более одного. Понимание вероят­ностного характера КБА косвенно способствует такого рода критическому настрою.

5. Сомнительные моменты анализа должны подвер­гаться экспериментальной проверке (если это не требует особых усилий и не отражается сколько-нибудь сущест­венно на тренировке): спортсмен должен попробовать ка­кое-то число раз выполнить рассматриваемое действие в точности так же, как выполнял, либо с задаваемыми из­менениями. Такого рода контрольные повторения дейст­вия (упражнения), конечно, не гарантируют правильно­го решения вопроса, но существенно повышают его веро­ятность. Следует пользоваться (как одним из наиболее информативных) методом задаваемых изменений выпол­нения действия (упражнения).

6. Замеченная двигательная ошибка не всегда зако­номерна . поэтому следует сначала постараться ее пода­вить и лишь при отрицательном результате приступать к анализу; однако это не догма: во многих случаях не бывает серьезных оснований для сомнений в сущности ошибки.

7. Два правила относятся к поиску ошибок-причин:

1) его нужно основывать на анализе распознанной дви­гательной ошибки (или нескольких, если распознано сразу несколько), при этом нередко приходится привлекать те или иные гипотезы; 2) анализируя причинную обус­ловленность ошибки, следует придерживаться неизмен­ного порядка, например: анализ внешних причин ошибки-анализ внутренних причин-непосредственный поиск ошибки-причины, или: анализ механических причин- анализ координационных причин - анализ психологиче­ских причин - анализ педагогических причин.

8. Анализируя реализованную технику упражнения (действия), нужно последовательно рассматривать: 1) из­бранный вариант техники упражнения и мотивы данного выбора; 2) особенности техники выполнения упражнения; 3) особенности предыдущих либо последующих упраж­нений (действий) и их выполнения; 4) одновременно вы­полняемые действия и их координационные связи с ана­лизируемым; 5) внешние условия; 6) двигательные осо­бенности спортсмена: физические, координационные, психические (имея в виду потенциальные возможности, багаж навыков, возможную их интерференцию; 7) со­стояние спортсмена: физиологическое (самочувствие, сте­пень утомления), психическое (психическое утомление, эмоциональное состояние, специфическое отношение к данному упражнению или действию), координационное (влияние предыдущих действий, наличие временных ко­ординационных неувязок, сбоев).

9. Если в циклической системе движений и действий один или несколько циклов почему-то отличаются от ос­тальных, надо искать сначала внешнюю причину изме­нений, затем ошибку в ближайших предыдущих циклах, затем особенности прогнозируемой спортсменом ситуа­ции (прогноз может быть и ошибочным из-за каких-то неясных, обманчивых признаков) и лишь в последнюю очередь-техническую ошибку (если она не квалифици­рована сразу же как бесспорно спонтанная).

10. Последовательность рассмотрения движений:

1) крупные, затем малые; 2) звенья биомеханической цепи самые дальние от участка наиболее мощного взаи­модействия, затем постепенно ближние звенья1 (с уче­том возникающих инерционных2 сил и моментов);

3) анализ работы звеньев биомеханической цепи в об­ратной последовательности: от участка наиболее мощного взаимодействия к дальним звеньям3; 4) основная рабочая биомеханическая цепь, затем остальные, косвен­но влияющие на нее (инерционные воздействия, коорди­национные взаимосвязи), конечно с учетом этого влия­ния, если оно существенно.

Универсальные правила. К этой группе относятся пра­вила, справедливые не только для К.БА, но и для всех других форм анализа.

1. Чтобы облегчить решение задач анализа, их можно делить на относительно самостоятельные части и решать каждую отдельно. Деля задачу на части, необходимо со­блюдать некоторые условия. Первое: нужно заменять связи, существующие между частями, конкретными воз­действиями, которые они оказывают друг на друга в кон­кретной ситуации. Это как бы расширение метода «отсе­чения связей», известного в теоретической механике. Второе: выделяемая часть задачи должна представлять собой самостоятельную и притом разрешимую задачу. Третье: деление на части не должно быть слишком дробным, так как замена связей воздействиями всегда связана с погрешностями и вероятностью ошибки. Чет­вертое: та или иная схема деления должна быть логиче­ски оправдана с точки зрения эффективности анализа и облегчения задачи.

2. Следует взять за правило «челночный» способ ре­шения задач , суть которого в том, что план решения со­ставляется по принципу «от конца к началу», а реализа­ция плана-«от начала к концу». В ряде случаев тре­буется неоднократный поочередный «проход в оба кон­ца» с целью поэтапной подгонки параметров движений.

3. Динамика системы движений может быть с извест­ным приближением определена по их кинематике и по статике мгновенных («проходных») поз.

Следует: исходя из геометрии мгновенных поз, рассматривае­мых в качестве контрольных, «прикидывать» моменты сил тя­жести звеньев тела относительно осей суставов, прини­мать в расчет примерные величины моментов инерции этих звеньев относительно названных осей, учитывать инерционность ускоряемых (в том числе и замедляемых) масс тела спортсмена и других тел, с которыми он взаимодействует; б) принимать в расчет величины линейных и угловых ускорений, изменения поз, значитель­ные деформации упругих тел; в) ориентироваться на скорости сус­тавных движений, а не движений относительно Земли. Во многих случаях, однако, целесообразно ориентироваться на скорость рабо­чей точки кинематической цепи относительно ее закрепленного кон­ца, в этом случае показательна и линейная скорость. Скорость движений представляет интерес при определении динамики движе­ний с двух позиций: она позволяет, во-первых, косвенно определить среднее ускорение, во-вторых, - силовые возможности спортсмена в данной двигательной ситуации; г) следует иметь в виду, что все ускорения звеньев тела в конечном счете обеспечиваются либо противополож­но направленными ускорениями других звеньев, либо опорными взаимодействиями. Это значит, что по ускорениям часто можно оп­ределить (качественно) характер, величину и направление опорных взаимодействий; д) при анализе кратковременных, близких к удар­ным, энергетически емких взаимодействий с опорой следует рассмат­ривать и учитывать предваряющие скорости и ускорения контакти­рующих с опорой звеньев тела не только относительно опоры, но и относительно проксимальнее расположенных звеньев: это позволяет определить усилия, предшествовавшие контакту и являющиеся под­готовительными к нему (в частности, заранее готовится встреча с опорой при значительном напряжении мышц, необходимая, например, для отталкивания в опорных гимнастических прыжках, в легкоатлетических и акробатических прыжках, в лыжных ходах; е) анали­зируя приземления, учитывать следует нецентральный характер силы реакции опоры, изменяющий в связи с этим кинетический мо­мент тела.

4. Анализируя систему движений, необходимо обра­щать внимание на перемещения звеньев тела во всех плос­костях, а не только в основной плоскости движений. Осо­бенно важно помнить это при анализе рисунков и кино­грамм.

5. «Мелкими» движениями обычно можно пренебречь , если анализу подвергается система движений, в которую входят движения с большим размахом либо движения больших масс тела, даже небольшие по размаху, но со значительными ускорениями.

Однако мелкие движения нередко могут играть очень сущест­венную роль в координационном, отношении и в таких случаях под­лежат тщательному анализу. Например, во всех точностных дейст­виях роль мелких движений очень велика: как правило, именно они обеспечивают сам точностный эффект, крупные же движения слу­жат лишь энергетическому обеспечению действия и создают разве что самый общий фон. Роль мелких движений, как правило, возрас­тает при сравнительном анализе, особенно если сравниваемые сис­темы движений мало различаются между собой. Наконец, если все движения невелики по размаху и энергетически незначительны, акцент следует делать на наиболее энергетически значимые.

6. Учет изменений суставных (или несколько более сложных) движений нередко не менее важен и информа­тивен, чем рассмотрение самих движений. Причем надо учитывать и скорость изменения движения.

7. В качестве ориентиров при анализе следует исполь­зовать граничные положения, позы. моменты взаимодей­ствия. Например, при анализе бега нужно ориентировать­ся на моменты постановки ноги, прохождения ц. т. тела опорной вертикали, завершения отталкивания (прекраще­ния контакта ноги с опорой), максимума подъема бедра. Такого рода «опорные точки» анализа дают возмож­ность проводить сравнения, формулировать и оценивать качественные различия вариантов реализованной техни­ки или техники упражнения.

«Управленческие» правила. К этой группе относятся правила, касающиеся отражения в анализе двигатель­ных действий закономерностей управления движениями и особенностей функционирования опорно-двигательного аппарата спортсмена.

1. Учитывать аспект надежности выполнения упраж­нения. Следует в первую очередь помнить об оптимиза­ции выполнения упражнения (включая оптимизациюего техники), а также о вероятностном характере выполне­ния движений и действий. Кроме того, нельзя забывать о возможности повысить надежность выполнения упраж­нения специальными приемами и мерами.

2. Учитывать физиологические закономерности работы нервно-мышечного аппарата : а) «инерционность» процес­сов напряжения и расслабления мышц, т. е. протяженность их во времени; б) зависимость величины предель­ной силы тяги мышц (а значит, силовых возможностей динамической цепи) при удерживающей работе от непо­средственно предшествовавшего режима движения;

в) зависимость предельной силы тяги мышц от скорости движения; г) зависимость степени инерционности про­цессов напряжения и расслабления мышц от скоростиихсокращения или удлинения (скорость сокращения отри­цательна); д) зависимость предельного напряжения мышцы от величины суставного угла; е) наличие латент­ного периода моторной реакции (особенно значительного при реакциях выбора) и др.

3. Учитывать закономерности координации движений и мышечных напряжений: а) зависимость предельного напряжения рассматриваемых мышц от напряжения дру­гих мышц; б) закономерности синергетических и антаго­нистических связей напряжения мышц; в) зависимость процесса напряжения или расслабления рассматривае­мых мышц от напряжения или расслабления других мышц.

4. Учитывать закономерности работы биомеханиче­ских цепей, определяющие: а) суммирование угловых перемещений, скоростей и ускорений рабочего и проксимальнее лежащих звеньев цепи; б) передачу моментов через суставы со звена на звено в направлении от свободного конца цепи к закрепленному; в) зависимость рабо­ты рук от работы пояса верхних конечностей; г) передачу нагрузки по цепи от рабочей точки к закрепленному кон­цу; д) различные силовые потенциалы звеньев динамиче­ской цепи и функциональное выравнивание их возможно­стей за счет различия скоростей суставных движений; е) наличие особо нагруженных и потому определяющих звеньев биодинамической цепи; нужно выявить их, «взвесив» нагрузки на различные участки опорно-двигательного аппарата, уточнить места локаль­ных перегрузок (угрожаемые), чтобы внести в систему движений коррекции, снимающие перегрузки.

5. Учитывать индивидуальные текущие двигательные особенности спортсмена, имея в виду индивидуальные по­тенциальные возможности и реальные текущие возмож­ности, отличающиеся от потенциальных из-за утомления, не очень хорошего самочувствия, недостаточного понима­ния ситуации, несобранности, травмы и т. д. Можно гово­рить об анатомо-физиологических, психолого-педагогических и координационно-педагогических двигательных ин­дивидуальных особенностях спортсмена.

6. Учитывать локализацию силовых и скоростных воз­можностей , свойственную человеку вообще и данному спортсмену в частности (индивидуальную локализацию).

7. Учитывать психологические факторы, влияющие на управление движениями: а) мотивацию и двигательную установку; б) «настройку» на данное упражнение; в) эмо­циональное состояние и настроение; г) способность к кон­тролю и саморегуляции, качество афферентной програм­мы, соответствующие умения и навыки; д) объем внима­ния, его устойчивость, способность к его распределению; е) степень психического утомления; ж) ход спортивной борьбы; з) психологические особенности внешней обста­новки; и) индивидуальную быстроту реакции; к) индиви­дуальные особенности реакции выбора; л) волевые каче­ства; м) функционирование анализаторов, н) темпера­мент спортсмена и др.

Правила применения механики (основные правила, касающиеся главным образом прямого обращения к за­конам механики).

1. Учитывать локализацию масс тела и в связи с этим величины моментов инерции тела и его частей относи­тельно оси вращения. Это необходимо как для определе­ния ускорений по известным силам и их моментам («пря­мая задача механики»), так и для определения сил и моментов сил по ускорениям («обратная задача меха­ники»),

2. Учитывать протяженность во времени изменения телом или его частями линейной либо угловой скорости, т. е. соответственно количества движения либо кинетиче­ского момента, под действием приложенных внешних сил Или моментов сил. Это проявление инерционности тела. Данное правило тесно связано с предыдущим, поскольку сила, масса, ускорение (в поступательном движении) и момент силы, момент инерции, угловое ускорение (во вращательном движении) связаны между собой функци­ональной зависимостью.

3. Учитывать инерционные воздействия (возникнове­ние так называемых реактивных сил и моментов): ре­зультат взаимодействия спортсмена с другим спортсме­ном или предметом, а также взаимодействия звеньев тела спортсмена. Здесь следует особо отметить два общих случая: а) когда тело находится в безопорном состоянии, активное движение одного Звена (группы звеньев) вле­чет за собой встречное перемещение других звеньев тела в соответствии с законами сохранения движения центра масс и сохранения кинетического момента; б) при си­ловом взаимодействии тела спортсмена с опорой активные ускоряемые движения звеньев тела, направленные в сто­рону действия реакции опоры, усиливают воздействия, направленные противоположно, - ослабляют его; направ­ленные под прямым углом к линии действия реакции опоры обычно практически не влияют на величину воз­действия. При КБА, как правило, интерес представляют только движения крупных звеньев тела со значительны­ми ускорениями.

4. Учитывать действие на тело и его звенья силы тя­жести и ее моментов относительно осей суставов. Только при безопорном состоянии тела моменты силы тяжести ни на него, ни на его звенья не действуют.

Заданные условия деятельности. Отдельную группу составляют правила, связанные с регламентацией в спор­те определенных условий, которые необходимо соблю­дать и которые являются исходными для решаемой дви­гательной задачи.

1. Учитывать особенности выполняемого двигательно­го действия : каждое имеет свои особенности с точки зре­ния биомеханики, физиологии, психологии, спортивной педагогики.

2. Учитывать регламентацию деятельности во време­ни . Например: гимнаст должен придерживаться задан­ной последовательности элементов комбинации; штан­гист, взяв штангу на грудь, должен иметь в виду, что за­тем придется толкать ее от груди; теннисист после выполнения удара должен переместиться в то место пло­щадки, куда противник направит мяч, затем снова вы­полнить удар и т. д.

3. Учитывать регламентацию деятельности в простран­стве. Правила соревнований, конструкция инвентаря, особенности места выполнения действия ограничивают перемещения спортсмена в пространстве. Например: тех­ника движений метателя во многом определяется запре­том выхода за пределы круга; перемещения гимнаста в пространстве в большой степени ограничены конструкци­ей снаряда; деятельность борца или боксера пространст­венно ограничена ковром (рингом), а также расположе­нием и деятельностью противника. Пространственными ограничениями объясняются многие черты техники уп­ражнений и реализованной техники упражнений.

4. Учитывать тактическую регламентацию деятельно­сти. Имеются в виду сознательные отклонения избранно­го варианта техники от наиболее рационального в пред­видении трудностей, связанных а) с особенностями дви­гательной задачи; б) с особенностями противника или партнера; в) со стремлением дезориентировать против­ника: скрыть от него информацию о своей деятельности, дать ему ложную информацию (для этого применяют также дополнительные, не оправданные стоящей чисто технической двигательной задачей действия).

5. Учитывать ситуационные особенности внешних ус­ловий двигательной деятельности: обычно эти условия в чем-то отличаются от стандартных, что может существенно сказаться на выполнении упражнений и действий.

Расшифровка изображений выполнения упражнений. Использование кинограмм, рисунков, схем движений и т. п. в процессе КБА сопряжено с определенными труд­ностями, преодолению которых могут помочь следующие правила.

1. «Домысливать» движение на основе совокупности изображенных поз (и даже одного-единственного изобра­жения). В противном случае трудно избежать частичной подмены анализа движений анализом статических упраж­нений.

2. Ориентацию тела определять по отношению к вер­тикали, фиксированной на кинограмме . Отсчет от гори­зонтали может привести к значительным ошибкам, если съемка производилась с поворотом кинокамеры в гори­зонтальной плоскости с целью удержать перемещающе­гося спортсмена в кадре.

3. Прослеживать на последовательных кадрах кино­граммы прежде всего изменение суставных углов в основ­ной рабочей цепи, а не положения звеньев тела: именно изменения суставных углов определяют (в совокупности с действием внешних сил) динамику двигательного дей­ствия.

4. Ориентироваться на внешний вид мышц: по нему часто можно в первом приближении определить, какие мышцы, в какой момент и в какой степени напряжены, а какие расслаблены.

5. Анализировать деформацию упругих внешних тел, с которыми взаимодействует спортсмен, определяя таким образом силу этого взаимодействия и ее изменение во времени.

Получение исходных данных анализа. Качество и пол­нота исходных данных в значительной мере определяют результативность анализа. Представляется целесообраз­ным перечислить здесь несколько общих правил сбора этих данных (само собой разумеется, выбирать их надо с учетом специфики средств и приемов анализа, которые намечено применить).

1. Иметь хотя бы самый общий план наблюдения или самонаблюдения. Если не знаешь, за чем и как наблю­дать, вряд ли многое удастся заметить, тем более оценить замеченное и (хотя бы в какой-то мере) качествен­но его осмыслить.

2. Ведя наблюдение или самонаблюдение, иметь гипо­тезу, объясняющую причинно-следственные зависимос­ти ожидаемых особенностей выполнения изучаемого дей­ствия (в том числе причинные цепи ошибок). Правда, при этом могут появиться известная предвзятость вы­водов и связанные с ней ошибки в наблюдениях, но зато часто гораздо больше можно увидеть (почувствовать) и понять.

3. Предугадывать вероятные особенности выполнения действия (в том числе ошибки и их масштаб). В случае удачного прогноза наблюдение или самонаблюдение значительно тоньше, глубже и полнее.

4. Наблюдая, акцентировать внимание на «ключевых» деталях и соотношениях. То же при самонаблюдении.

5. Сравнивать реализованную технику упражнения разных спортсменов либо одного и того же спортсмена в разных попытках, обращая внимание на диапазон, на­правление и скорость суставных движений, их ритмиче­скую структуру, исходные, конечные и характерные промежуточные позы и позные фрагменты, диапазон, направ­ление и скорость поступательных и вращательных движе­ний всего тела.

6. Анализировать реализованную технику упражнения с учетом действий противника (партнера).

7. Данные самонаблюдений пополнять данными наб­людений со стороны.

8. Учитывать субъективный характер самонаблюде­ния : получаемая информация относится больше к техни­ке выполнения упражнения, чем к реализованной тех­нике.

9. Следить за положением головы и направлением взгляда: во многих упражнениях и действиях это помо­гает определить цель и направление усилий спортсмена (нередко до начала самого действия), так что наблюда­ющий может предвидеть их и потому лучше разглядеть, а в ряде случаев и выявить распределение их в опорно-двигательном аппарате. «Нестандартное» для данного упражнения или действия положение головы часто слу­жит признаком (прямым или косвенным) двигательной ошибки и тем самым помогает определить ее.

10. Дополнять метод наблюдения методом опроса. Это обогащает информацию: она не просто суммирует­ся; нередко появляется новая, так называемая эмерджентная информация - результат усложнения и расши­рения информационной системы.

11. Опросом спортсмена стимулировать его к само­наблюдению, тем самым повышая количество и качество информации.

12. Расширять объем информации и объективизиро­вать ее с помощью опроса других наблюдателей .

13. Выбирать такой ракурс для наблюдения, чтобы яснее всего были видны основные компоненты двигатель­ного действия или интересующей его части. Вместе с тем по возможности рассматривать выполнение движений в разных ракурсах, т. е. с разных точек, поскольку это мо­жет дать новые исходные данные для анализа, подчас неожиданные.

Правила анализа SOS-действий. Думается, что ана­лизу самостраховки (а точнее, «самоспасательных» дей­ствий, или SOS-действий ) в подавляющем большинстве видов спорта придается явно недостаточное значение. Почему-то анализ этих действий считается не заслужи­вающим внимания, хотя все прекрасно понимают их важ­ность для сохранения жизни и здоровья спортсменов. Да и спортивные успехи немало зависят от умения пре­дотвратить травмы.

1. Определять особо нагруженные звенья динамиче­ских цепей (учитывая их прочностные характеристики) с целью выявления локализации потенциальной опасно­сти. Особое внимание обращать на временно ослаблен­ные звенья.

2. Определить для себя (приблизительно) зоны око­лопредельных силовых возможностей звеньев динамичес­ких цепей в различных типовых ситуациях.

3. Определить для себя (приблизительно) зоны околопредельных локальных скоростных возможностей (воз­можностей выполнять те или иные движения с той или иной скоростью), за пределами которых начинается SOS-ситуация.

4. Определить для себя зоны. локальных координаци­онных возможностей, мобилизация которых необходима в SOS-ситуациях.

5. Определять (или обеспечивать короткий прогноз) наступление SOS-ситуаций по факту вхождения в одну из перечисленных зон, даже если в остальном действия развиваются нормально.

6. Стараться быстро и четко определить общий харак­тер и особенности наступившей или прогнозируемой си­туации такого рода.

7. Иметь заранее заготовленные схемы SOS-действий, адекватных типовым и в достаточной мере вероятным SOS-ситуациями.

8. Контролировать адекватность реализуемых SOS-действий текущей ситуации в каждый момент , имея в ви­ду готовность к срочному внесению (по мере необходи­мости) коррекций в систему движений. Учитывать при этом первоочередность задачи защиты более уязвимых участков тела.

Введение

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

Изучение внешней картины двигательной деятельности. Прежде всего, выясняют, из каких двигательных действий она состоит, и в каком порядке действия следуют друг за другом.

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

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

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.

Определение энергетических затрат и того, сколь целесообразно расходуется энергия работающих мышц. Для ответа на эти вопросы регистрируют энергетические характеристики.

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.

1. Биомеханический анализ прыжка в высоту в аэробике

Прыжок в высоту в спортивной аэробике выполняется из исходного положения ноги вместе (пятки вместе, носки слегка врозь - на ширину стопы). Движение состоит из двух основных частей. Первая - отталкиваясь двумя ногами, выпрыгнуть невысоко вверх и затем принять положение полуприседа ноги врозь (стопы слегка повернуты наружу или параллельны), при приземлении нужно опуститься на всю стопу. Расстояние между стопами равно ширине плеч, тяжесть тела равномерно распределена на обе ноги, направление коленей и стоп должно совпадать. При этом движении проекция колен не должна выходить за пределы опоры стопами, угол в коленных суставах должен быть больше 90°. Вторая часть движения - небольшим подскоком соединить ноги и возвратиться в исходное положение. При выполнении этого движения не допускаются перемещения туловища (наклоны, повороты).

Перемещением тела в пространстве спортсмен управляет посредством суставных движений, ограничивая подвижность в одних суставах и активизируя в других. Характер управляющих движений во взаимосвязи с внешними воздействующими факторами (количество движения; реакции опоры; момент сил трения, тяжести и т.д.) обуславливает все многообразие двигательных действий человека.

Данное движение состоит из ряда взаимосвязанных частей, причем каждая предыдущая готовит условия для эффективного выполнения последующей. Другими словами, все они связаны определенными целевыми установками.

Отталкивание в прыжке в высоту в аэробике совершается за счет выпрямления ног, маховых движений рук и туловища. Задача отталкивания - обеспечить максимальную величину вектора начальной скорости ОЦМ и оптимальное ее направление. После отталкивания, в полете, тело спортсмена всегда совершает движения вокруг осей. Поэтому в задачи отталкивания входит также и начало управления этими движениями.

Начало управления этими движениями начинается с амортизации - подседании на толчковой ноге. Мышцы-антагонисты растягиваются и напрягаются, углы в суставах становятся близкими к рациональным для начала отталкивания. ОЦМ тела приходит в исходное положение для начала ускорения отталкивания (удлинение пути ускорения ОЦМ).

Пока происходит амортизация (сгибание ноги в коленном суставе) и место опоры находится еще впереди ОЦМ, спортсмен, активно разгибая ноги в тазобедренном суставе, уже активно помогает продвижению тела вверх.

В течение амортизации горизонтальная скорость ОЦМ снижается, во время отталкивания создается вертикальная скорость ОЦМ. К моменту отрыва ног от опоры обеспечивается необходимый угол вылета ОЦМ.

Для достижения максимально высокого взлета спортсмену необходимо на пути вертикального перемещения ОЦМ тела при отталкивании проявить наибольшую мощность.

В полете траектория ОЦМ предопределена величиной и направлением вектора начальной скорости ОЦМ. Движения представляют собой движения звеньев вокруг осей, проходящих через ОЦМ.

Полетная фаза может служить зеркалом, в котором отражаются все особенности механизма отталкивания. В качестве элементов динамической осанки здесь следует выделить удержание максимально разогнутого положения в тазобедренных суставах при прямом положении головы и позвоночника.

Спортсмен приземляется на обе ноги. Основная задача при приземлении - смягчить удар. В процессе торможения происходит сгибание в тазобедренных и коленных суставах. Характер работы мышечных групп - уступающий.

. Биомеханический анализ шага на месте

Шаг вперёд в аэробике представляет собой хорошо автоматизированную и цикличную локомоцию. Изучение анализа данного движения удобно тем, что в ее осуществлении участвует весь опорно-двигательный аппарат. Это дает возможность исследовать функцию любых его отделов, включая верхние конечности и позвоночник.

Постановка правой ноги на опору;

Когда говорят о фазовом составе двигательного действия, имеют в виду движения всего тела (в данном случае обеих ног). Но для понимания механизмов ходьбы нужно знать, какие элементарные действия выполняются каждой ногой. В периоде переноса нога сначала сгибается, а затем разгибается в коленном суставе. Из элементарных действий формируются фазы.

Человек является самодвижущейся системой, поскольку первопричиной его движений служат внутренние силы, создаваемые мышцами и приложенные к подвижным звеньям тела. К внутренним относятся и силы инерции, приложенные к центрам масс разгоняемых и тормозимых звеньев тела («фиктивные» силы инерции) или к другим звеньям тела либо к внешним предметам («реальные» силы инерции).

Сила инерции (Fин) равна произведению массы всего тела или отдельного звена на его ускорение и направлена в сторону, противоположную ускорению. Поэтому сила инерции замедляет и разгон, и торможение.

Наряду с внутренними на человека действуют внешние силы. При данном движении к ним относятся: сила тяжести, сила реакции опоры.

Сила тяжести (гравитационная сила) приложена к центру масс и равна произведению массы тела на ускорение земного тяготения:

Силу реакции опоры измеряют и изображают графически, для того чтобы определить результат совместного действия всех сил (и внутренних, и внешних). Как же формируется опорная реакция?

Отталкиваясь от опоры, человек воздействует на нее с силой отталкивания, которая состоит из двух компонентов: статического - веса (постоянного и равного силе тяжести) и динамического компонента.

В данном движении полезной работой является только горизонтальная внешняя работа. Вертикальные и поперечные перемещения тела относятся к непроизводительным движениям.

3. Биомеханический анализ маха вперёд

Выполняется в положении стоя на одной ноге. Маховая прямая нога поднимается точно вперед, разрешено небольшое «выворотное» положение стопы. Амплитуда маха определяется уровнем подготовленности занимающегося, не допускается «хлестообразное» движение и не контролируемое опускание ноги после маха (падение). Минимальной амплитудой в спортивной аэробике можно считать мах выше уровня горизонтали. Для оздоровительного направления аэробики рекомендована амплитуда маха не выше 90°. Разрешается любой вариант маха (на месте, на шагах, беге, прыжках). Возможна также разная плоскость движения (мах вперед или вперед - в сторону). Если мах сочетается с подскоком, то при приземлении следует обязательно опускаться на всю стопу, избегать баллистических приземлений и потери равновесия.

Мах вперёд - это быстрое движение свободных звеньев тела, одинаковые в основном по направлению с отталкиванием ногой от опоры. При махе вперёд перемещаются ЦМ соответствующих звеньев тела. Значит одновременно происходит перемещение ОЦМ всего тела.

Толчок правой ногой начинает мах вперед за счет перемещения право-го бедра вперед. Данное действие в дальнейшем дополняется вращением бедер в левую сторону. Данное движение бедер срабатывает в качестве спускового механизма для начала процесса разворота верхней части тела спортсмена (вращения туловища).

Øтолчок правой ногой;

Øвращение бедер;

Øвращение туловища (инициация вращения верхней части тела)

При покидании опоры толчковая нога становится маховой с высоким уровнем потенциальной энергии. По инерции маховая нога сгибается в коленном суставе, тем самым увеличивается натяжение в четырехглавой мышце, и укорачивается амплитуда движения на длину голени, что существенно ускоряет мах.

В организации маха большую роль играет работа рук. В конце отталкивания правой ногой правая рука активно машет вперед по ходу движения, а левая назад. Таким образом, правое плечо поворачивается в сторону движения и через косые мышцы живота поворачивает правую сторону таза так же в сторону движения, тем самым дополнительно увеличивается натяжение сгибателей туловища и 4-х главой мышцы.

Мах в значительной степени осуществляется за счет превращения потенциальной энергии в кинетическую. Во время маха происходит натяжение мышц антагонистов (разгибателей туловища и мышц задней поверхности соответствующей ноги).

Натяжение мышц задней поверхности останавливает мах и выхлест голени. Маховая нога, слегка согнутая в коленном суставе, упруго ставится на опору несколько впереди центра с наружной части стопы загребающим движением, и начинается фаза амортизации за счет некоторого подседания, то есть сгибания в тазобедренном и коленном суставе и тыльном сгибании в голеностопном суставе. Все это дает возможность растянуть соответственные мышцы и подготовить их тем самым к активной работе при отталкивании, то есть вновь происходит накопление потенциальной энергии в растянутых мышцах, которая, превращаясь в кинетическую, произведет отталкивание.

Заключение

биомеханический аэробика упражнение

Таким образом, прыжок в высоту в аэробике выполняется из исходного положения ноги вместе (пятки вместе, носки слегка врозь - на ширину стопы). Движение состоит из двух основных частей. Первая - отталкиваясь двумя ногами, выпрыгнуть невысоко вверх и затем принять положение полуприседа ноги врозь (стопы слегка повернуты наружу или параллельны), при приземлении нужно опуститься на всю стопу. Расстояние между стопами равно ширине плеч, тяжесть тела равномерно распределена на обе ноги, направление коленей и стоп должно совпадать. При этом движении проекция колен не должна выходить за пределы опоры стопами, угол в коленных суставах должен быть больше 90°. Вторая часть движения - небольшим подскоком соединить ноги и возвратиться в исходное положение. При выполнении этого движения не допускаются перемещения туловища (наклоны, повороты).

Отталкивание в прыжке в высоту в аэробике совершается за счет выпрямления ног, маховых движений рук и туловища. Начало управления этими движениями начинается с амортизации - подседании на толчковой ноге. Пока происходит амортизация (сгибание ноги в коленном суставе) и место опоры находится еще впереди ОЦМ, спортсмен, активно разгибая ноги в тазобедренном суставе, уже активно помогает продвижению тела вверх.

Выпрямление ног и маховые движения, создавая ускорения звеньев тела вверх, вызывают их силы инерции, направленные вниз.

В прыжке в высоту усилия направлены на обеспечение наибольшей вертикальной скорости.

Шаг на месте в аэробике напоминает естественную ходьбу, но отличается большей четкостью. Стоя на прямой ноге (туловище вертикально), другую сгибая поднять точно вперед (колено ниже горизонтального положения), без сопутствующего движению поворота таза. Стопа поднимаемой ноги находится на уровне верхней трети голени, носок оттянут (т.е. голеностопный сустав согнут).

Каждый полуцикл данного движения состоит из пяти фаз (римские цифры). Фазы отделены друг от друга пятью граничными позами (арабские цифры).

Отрыв стопы правой ноги от опоры;- подседание на левой (опорной) ноге, ее сгибание в коленном суставе;

Начало разгибания левой ноги;- выпрямление левой ноги, ее разгибание в коленном суставе;

Момент, когда правая нога в процессе переноса начала опережать левую;- вынос правой ноги с опорой на всю стопу левой ноги;

Отрыв пятки левой ноги от опоры;- вынос правой ноги с опорой на носок левой ноги;

Постановка правой ноги на опору;- двойная опора, переход опоры с левой ноги на правую.

Мах вперёд выполняется в положении стоя на одной ноге. Амплитуда маха определяется уровнем подготовленности занимающегося, не допускается «хлестообразное» движение и не контролируемое опускание ноги после маха (падение). Минимальной амплитудой в спортивной аэробике можно считать мах выше уровня горизонтали. Для оздоровительного направления аэробики рекомендована амплитуда маха не выше 90°.

Последовательность движений при махе вперёд может быть представлена следующим образом:

Øтолчок правой ногой;

Øвращение бедер;

Øвращение туловища (инициация вращения верхней части тела);

Весьма важно, что все эти движения должны быть скоординированы.

Список литературы

1.Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры. - М.: «ФиС», 1979.

2.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов: М.: «ВЛАДОС-ПРЕСС», 2003.

.Зациорский В.М. Аруин А.С., Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. - М.: «ФиС», 1982.

.Практикум по биомеханике: Учебное пособие для институтов физической культуры // Под ред. И.М. Козлова. - М.: «ФиС», 1980.

.Зациорский В.М., Алешинский С.Ю., Якунин Н.А. Биомеханические основы выносливости. - М.: «ФиС», 1982.

.Коренберг В.Б. Спортивная биомеханика - Малаховка, 1999.

.Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений. - М.: «Просвещение», 1989.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

В третьей лекции по дисциплине "Биомеханика двигательной деятельности" описан биомеханический анализ движений человека Биомеханический анализ движений человека начинается с регистрации и определения различных механических характеристик движущегося или покоящегося тела: кинематических, динамических, энергетических и др. Некоторые из этих характеристик определяются экспериментально, а остальные – расчетным путем.

Лекция 3

Биомеханический анализ движений человека

3.1. Понятие о биомеханическом анализе

Биомеханический анализ движений человека всегда начинается с определения различных характеристик движущегося тела. Этими характеристиками могут быть различные механические характеристики (например, перемещение, скорость, ускорение) и биологические характеристики (сила тяги мышцы, время суммарной электрической активности мышцы). Некоторые из этих характеристик определяются экспериментально, а остальные – расчетным путем. В биомеханике широко используются механические характеристики движущегося тела. Прежде чем перейти к описанию механических характеристик введем ряд понятий, характеризующих механическое движение тел.

3.2. Механическое движение тела

Механическое движение тела – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел. Механическое движение является неотъемлемым компонентом функционирования человеческого организма. Чтобы определить положение какого-либо тела в пространстве, прежде всего, нужно выбрать тело отсчета.

Тело отсчета – тело, которое условно считается неподвижным и относительно которого рассматривается движение данного тела.

Выбор тела отсчета определяется соображениями удобства для изучения данного движения. Обычно за тело отсчета принимается тело, неподвижное относительно поверхности Земли.

Система отсчета состоит из тела отсчета, системы координат и часов, синхронно идущих во всех точках пространства.

Физические величины бывают скалярными и векторными .

Векторная величина отображается отрезком прямой со стрелкой на одном конце. Длина отрезка в выбранном масштабе выражает числовое значение векторной величины, а стрелка указывает ее направление. Векторную величину обозначают буквой с черточкой над ней (или стрелкой) или жирным шрифтом. В настоящей лекции векторные величины будут обозначаться жирным шрифтом.

Скалярная величина (от лат. scalaris - ступенчатый) в механике – величина, каждое значение которой может быть выражено одним числом. То есть скалярная величина определяется только своим значением, в отличие от векторной, которая кроме значения имеет направление. К скалярным величинам относятся длина, площадь, время, температура и т. д.

Тело человека – это не материальная точка, а очень сложная биомеханическая система переменной конфигурации. При изучении кинематики движений человека мы можем исследовать движение отдельных точек его тела (например, центров суставов) и производить анализ и оценку их движений с помощью механических характеристик. При изучении движений отдельных звеньев тела человека мы можем вычленить и наблюдать наиболее простые формы движения тела – поступательное и вращательное .

Поступательным движением тела называется такое движение, при котором всякая прямая, проведенная в этом теле, перемещается, оставаясь параллельной самой себе. Поступательное движение не следует смешивать с прямолинейным. При поступательном движении тела траектории его точек могут быть как прямолинейными, так и криволинейными (например, траектория полета ядра или траектория ОЦТ тела человека в полетной фазе бегового шага).

При поступательном движении тела все его точки движутся по одинаковым и параллельно расположенным траекториям и имеют в каждый момент времени равные скорости и равные ускорения. Поэтому поступательное движение тела вполне определяется движением какой-либо его одной точки, а, значит, задача изучения поступательного движения тела сводится к изучению движения любой его точки.

Вращательным движением тела называется такое движение, при котором какие-либо две его точки остаются все время неподвижными. Прямая, проходящая через эти точки, называется осью вращения. Траекторией движения любой точки тела при вращательном движении будет окружность.

3.3. Классификация механических характеристик движений человека

Исследуя движения человека, измеряют количественные показатели механического состояния тела человека или его движения, а также движения звеньев тела, то есть регистрируют механические характеристики движений.

Механические характеристики движений человека – это показатели и соотношения, используемые для количественного описания и анализа двигательной деятельности человека.

Механические характеристики делятся на две группы:

• кинематические (описывают внешнюю картину движений);
• динамические (несут информацию о причинах возникновения и изменения движений, а также показывают, как меняются виды энергии при движениях и происходит сам процесс изменения энергии).

3.4. Кинематические характеристики движений человека

Кинематические характеристики движений человека делятся на следующие группы:

• пространственные,
• временные,
• пространственно-временные.

3.4.1. Пространственные характеристики

• координаты тела;
• перемещение тела;
• траектория тела.

Координаты тела – это пространственная мера местоположения тела относительно системы отсчета.

Положение тела в пространстве может быть описано с помощью декартовых и полярных координат. Для определения положения точки на плоскости в декартовой системе координат достаточно двух линейных координат: x и y , в пространстве – трех: x , y , z .

Перемещение тела (ΔS ) – вектор, соединяющий начальное положение точки (тела) с его конечным положением. При прямолинейном движении перемещение совпадает с траекторией. При криволинейном – не совпадает.

А.В.Самсоновой с соавт. (2016) изучалось влияние "моста" на характеристики движения штанги. Авторами установлено, что «сведение лопаток» позволяет уменьшить значение модуля перемещения штанги из положения "штанга на вытянутых руках" в положение "штанга на груди" на 2,5 см, а «мост» - на 6,7 см. Применение технических приемов позволяет уменьшить механическую работу по подъему штанги массой 144 кг на 43,7 Дж и 88,8 Дж соответственно (рис.3.1)

Рис.3.1. Перемещение штанги из положения "штанга на вытянутых руках" в положение "штанга на груди" (А.В.Самсонова с соавт., 2016)

Траектория тела – это геометрическое место положений движущегося тела в рассматриваемой системе координат.

В тяжелой атлетике одним из критериев мастерства является траектория движения штанги. На рис.3.2 представлены различные варианты траектории штанги. Считается, что ширина «коридора» в котором заключена траектория движения штанги не должна превышать 12 см.

Рис.3.2. Оптимальная (1) и нерациональные (2 и 3) траектории движения штанги при выполнении тяжелоатлетических упражнений.

Путь – физическая величина (скалярная), численно равная длине траектории точки или тела.

3.4.2. Временные характеристики

Временные характеристики раскрывают движение во времени. К временным характеристикам относятся:

• длительность движения,
• темп движений,
• ритм движений.

Длительность движения – это временная мера, которая измеряется разностью моментов времени окончания и начала движения.

Фаза – это часть движения, в течение которой решается самостоятельная двигательная задача.

Например, в беге существуют фаза опоры и фаза полета. Каждая из этих фаз характеризуется определенной длительностью.

Темп движений определяется количеством движений в единицу времени. Эта характеристика определяется для повторных (циклических движений). Темп движений – величина, обратная длительности движений. Чем больше длительность движений, тем ниже темп. При педалировании в максимальном темпе спортсмен выполняет три цикла в секунду, при беге – 2,8 циклов в секунду, при беге на коньках – 1,8 циклов в секунду.

В атлетизме темп выполнения силовых упражнений существенно влияет на гипертрофию скелетных мышц. Установлено, что эксцентрические упражнения, выполняемые в высоком темпе, оказывают большее повреждающее действие на мышцы по сравнению с умеренным темпом. Вследствие этого степень гипертрофии мышц при выполнении силовых упражнений в высоком темпе будет больше.

Ритм движений – временная мера соотношения частей (фаз) движения.

Пример. В беге отношение фазы опоры к фазе полета характеризует ритм движений бегуна. Это отношение называется ритмическим коэффициентом . У детей 5-6 лет ритмический коэффициент равен двум, то есть фаза опоры значительно превышает фазу полета. У взрослых мужчин 20-29 лет этот значение ритмического коэффициента равно 1,4. У сильнейших спринтеров этот показатель равен 0,8.

Во многих видах спорта, например, толкании ядра, барьерном беге ритм является важнейшим критерием технического мастерства спортсмена.

3.4.3. Пространственно-временные характеристики

К пространственно-временным характеристикам относят:

• скорость тела;
• ускорение тела.

Поступательное движение тела

Скорость тела (V ) – это векторная величина, определяющая быстроту и направление изменения положения тела в пространстве с течением времени. Скорость измеряется отношением перемещения (ΔS ) к затраченному времени V = ΔS /Δ t .

В спорте скорость движения человека или снаряда является критерием спортивного мастерства. Существует ряд видов спорта, в которых чем выше скорость перемещения спортсмена, тем выше результат, табл. 3.1.

Таблица 3.1

Ускорение тела (а ) – это вектор, характеризующий быстроту и направление изменения скорости тела.

В атлетизме ускорение штанги регистрируется с помощью специальных датчиков-акселерометров, устанавливаемых на грифе штанги. По данным Н.Б. Кичайкиной, Г.А. Самсонова (2010) максимальное ускорение штанги при подъеме из приседа со штангой массой 90 кг (60% от 1ПМ) составляет 6,0 м/с 2 . Если масса штанги увеличивается до 120 кг (80% от 1 ПМ) значение максимального ускорения штанги снижается до 3,5 м/с 2 .

Можно также определять ускорение движения штанги расчетным путем. В программе Video Motion, предназначенной для атлетизма, рассчитываются: перемещение, скорость и ускорение штанги по данным видеосъемки.

Ускорение может являться одним из критериев спортивного мастерства спортсмена. Способность быстро набирать скорость, то есть развивать большое ускорение, характеризует спортсменов высокой квалификации.

Вращательное движение тела

Мерой изменения положения тела при вращательном движении является угол поворота фи. Чтобы знать положение тела во вращательном движении в любой момент времени, надо знать зависимость угла поворота фи от времени: фи = фи(t).

Данное уравнение выражает закон вращательного движения тела. Основными кинематическими характеристиками вращательного движения тела являются его угловая скорость (ω ) и угловое ускорение (e ) .

При вращательном движении тела разные его точки имеют различные линейные скорости и ускорения. Линейная скорость точки вращающегося тела численно равна произведению угловой скорости на радиус вращения и направлена по касательной к окружности вращения (перпендикулярно радиусу вращения R ): V = ω R .

Таким образом, линейные скорости точек вращающегося тела пропорциональны их расстояниям от оси вращения (чем дальше удалена точка от оси вращения, тем большую линейную скорость она имеет).

Пример. При выполнении гимнастом большого оборота на перекладине линейная скорость точки, расположенной в области тазобедренного сустава составляет 10,8 м/с, а точки, расположенной в области голеностопного сустава – 18,0 м/с.

В таблице 3.2. представлена взаимосвязь кинематических характеристик при поступательном и вращательном движениях тела.

Таблица 3.2. Взаимосвязь показателей при поступательном и вращательном движении тела (Н.Б. Кичайкина, 2000)

3.5. Классификация динамических характеристик движений человека

Скорость движений человека и движимых им тел изменяются под действием сил. Чтобы раскрыть механизм движений (причины их возникновения и направленность их изменений) исследуют динамические характеристики. К ним относятся:

• инерционные характеристики (особенности тела человека и движимых им тел);
• силовые (особенности взаимодействия звеньев тела и других тел);
• энергетические (характеристики состояния систем).

3.5.1. Инерционные характеристики тела

Разные тела изменяют скорость под действием сил по-разному. Это свойство тел называется инертностью.

Инертность – свойство физических тел, от которого зависит величина получаемых ускорений при их взаимодействии.

Инерционные характеристики – это характеристики тела или системы тел. Среди инерционных характеристик различают: массу тела и момент инерции тела .

Масса тела (m ) – мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению: m = F / a ,

где: m – масса; F – сила; a – ускорение.

Масса тела зависит от количества вещества, которым обладает тело и характеризует его свойство – как именно приложенная сила может изменить его движение. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой.

В атлетизме при тренировке спортсмены используют штангу различной массы. Из личного опыта им известно, что придать штанге, имеющей большую массу ускорение значительно сложнее, чем штанге маленькой массы.

В случае вращательного движения мало знать массу тела, важно еще знать распределение масс относительно оси вращения. Например, фигурист при вращении прижимает руки к туловищу, а затем разводит их в стороны. Общая масса системы при этом не изменяется, а распределение масс становится другим, и это сказывается на движении, оно замедляется (Н.Б. Кичайкина, 2000). В механике существует характеристика, определяющая меру инертности тела во вращательном движении – момент инерции тела.

Момент инерции тела (J ) – мера инертности твердого тела при вращательном движении.

Момент инерции зависит от распределения массы относительно оси вращения. Его достаточно легко найти для простых геометрических фигур (шар, цилиндр и др.), но определить его в многозвенной системе тела человека при различных позах непросто.

3.5.2. Силовые характеристики движения тела

Изменение скорости движения тел происходит под действием сил. Другими словами сила является не причиной движения, а причиной изменения движения. Силовые характеристики раскрывают связь действия силы с изменением движений. К силовым характеристикам при поступательном движении относятся:

• сила;
• импульс силы;
• импульс тела (количество движения ).

Сила (F ) – мера механического действия одного тела на другое. Сила определяется формулой: F = ma , где m – масса тела; a – ускорение.

Импульс силы (S ) – мера воздействия силы на тело за промежуток времени. Эта механическая характеристика равна произведению силы на промежуток времени. Импульс силы характеризует площадь под кривой «время – сила» (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Импульс силы характеризует площадь под кривой «время-сила» (Р. Энока, 1998)

Значение импульса силы отталкивания не зависит от формы кривой «время-сила», а определяется только площадью под кривой. Зарегистрировать силу давления на опору позволяет методика тензодинамометрии . При этом характер кривой давления на опору зависит от уровня развития скоростно-силовых качеств спортсмена. Спортсмен, обладающий высоким уровнем развития скоростно-силовых качеств мышц ног способен развить высокий уровень силы за короткий промежуток времени.

Импульс тела (количество движения , Q ) – векторная величина, характеризующая его способность передаваться другому телу. Импульс тела определяется по формуле: Q = mV.

Импульс тела имеет то же направление, что и скорость. Если тело покоится, его импульс равен нулю. При взаимодействии тел их импульсы могут быть переданы от одного тела к другому. Например, в результате взаимодействия тела человека с опорой изменяется импульс тела (количество движения тела). Чем больший импульс приобретает тело человека в результате взаимодействия с опорой, тем выше или дальше будет прыжок.

К силовым характеристикам при вращательном движении относятся:

• момент силы;
• импульс момента силы;
• кинетический момент.

Момент силы (М ) – векторная величина, мера механического действия одного тела на другое при вращательном движении. Момент силы определяется по формуле: M = F h , где h – плечо силы.

Плечо силы – перпендикуляр, опущенный из оси вращения на линию действия силы.

Костные звенья в организме человека представляют собой рычаги. При этом результат действия мышцы определяется не столько развиваемой ею силой, сколько моментом силы. Особенностью строения опорно-двигательного аппарата человека является небольшие значения плеч сил тяги мышц. В то же время внешняя сила, например, сила тяжести, имеет большое плечо (рис. 3.4). Поэтому для противодействия большим внешним моментам сил мышцы должны развивать большую силу тяги.

Рис. 3.4. Особенности работы скелетных мышц человека

Момент силы считают положительным, если сила вызывает поворот тела против часовой стрелки, и отрицательным, при повороте тела по часовой стрелке. На рис. 3.4. сила тяжести гантели создает отрицательный момент силы, так как стремится повернуть предплечье в локтевом суставе по часовой стрелке. Сила тяги мышц-сгибателей предплечья создает положительный момент, так как стремится повернуть предплечье в локтевом суставе против часовой стрелки.

Импульс момента силы (S м ) – мера воздействия момента силы относительно данной оси за промежуток времени.

Кинетический момент (К ) &? векторная величина, мера вращательного движения тела, характеризующая его способность передаваться другому телу в виде механического движения. Кинетический момент определяется по формуле: K = J ω .

Кинетический момент при вращательном движении является аналогом импульса тела (количества движения) при поступательном движении.

Пример. При выполнении прыжка в воду после выполнения отталкивания от мостика, кинетический момент тела человека (К ) остается неизменным. Поэтому если уменьшить момент инерции (J ), то есть произвести группировку, увеличивается угловая скорость ω . Перед входом в воду, спортсмен увеличивает момент инерции (выпрямляется), тем самым он уменьшает угловую скорость вращения.

3.6. Энергетические характеристики движений человека

К энергетическим характеристикам относятся:

• работа силы;
• мощность;
• механическая энергия .

Работа силы

Часто надо знать действие силы не во времени, а на каком-то участке пути. Например, при толкании ядра важна длина пути, на котором проявляется финальное усилие. Для характеристики действия, оказываемого силой на тело при некотором его перемещении, вводится понятие работы силы.

Работа силы (А ) – это мера действия силы на некотором участке перемещения тела под действием этой силы. Численно работа силы равна произведению силы на путь.

Работу производит только та сила, которая вызывает изменение скорости по величине. Работа положительна, если тело ускоряет движение.

Работа силы тяжести равна произведению модуля силы на вертикальное перемещение точки ее приложения: А тяж = F тяж h тяж.

Работа силы тяжести не зависит от вида траектории, по которой перемещается точка, а зависит лишь от координат тела.

Пример. Для того, чтобы поднять груз силового тренажера, массой m = 20 кг на высоту h = 0,5 м нужно совершить работу (А ), равную: А= m g h = 20x9,8x0,5 = 100 Дж.

Если этот груз спортсмен поднимает за тренировку 30 раз, то проделанная им работа будет равна: А= 100 х 30= 3000 Дж.

Мощность – физическая величина, численно равная совершенной работе, за промежуток времени: N= A/Δt .

Мощность измеряется в Ваттах. Если работу по поднятию груза тренажера равную 3000 Дж выполнить за 10 минут, мощность работы будет равна 5 Вт: N 10 = 3000/600 = 5 Вт .

Если эту же работу выполнить за 5 минут мощность работы будет составлять: N 5 = 3000/300 = 10 Вт .

Механическая энергия

Механическое состояние тела определяется его координатами и скоростью. В каждом механическом состоянии тело обладает определенным запасом энергии.

Механическая энергия – энергия тела, обусловленная его механическим состоянием.

Когда мы говорим о механической энергии, то представляем себе запас возможной, но еще не совершенной работы. Если тело совершает работу за счет механической энергии, то его механическая энергия уменьшается на величину совершенной работы. Механическую энергию можно передать от одного тела к другому только путем совершения работы. Различают два вида механической энергии: потенциальную и кинетическую.

Потенциальная энергия системы тел – энергия взаимодействия тел системы, обусловленная их взаимным расположением в пространстве.

Потенциальной энергией всегда обладает система тел (по крайней мере двух). Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести зависит от расположения тела относительно Земли. Она равна: Е тяж = F тяж h тяж.

Например, штанга массой m=100 кг, поднятая на высоту h = 2 м, обладает потенциальной энергией, равной: Е тяж = m g h = 100 х 9,8 х 2 = 2000 Дж.

Кинетическая энергия тела при поступательном движении – скалярная величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости: E= mV 2 /2

Кинетическая энергия при вращательном движении – скалярная величина, равная произведению момента инерции тела на квадрат его угловой скорости: E = J ω 2 / 2.

3 .8. Литература

1. Кичайкина, Н.Б. Кинематика двигательных действий /Н.Б. Кичайкина, И.М. Козлов, Я.К. Коблев, А.В. Самсонова // Биомеханика физических упражнений.– Майкоп: АГУ, 2000.– С. 68-8?2.
2. Кичайкина, Н.Б. Динамика двигательных действий / Н.Б. Кичайкина, И.М. Козлов, Я.К. Коблев, А.В. Самсонова // Биомеханика физических упражнений.– Майкоп: АГУ, 2000.– С. 83-100.
3. Кичайкина, Н.Б. Оценка техники приседания со штангой на плечах в пауэрлифтинге с точки зрения мышечного обеспечения движения // Н.Б. Кичайкина, Г.А. Самсонов // Труды кафедры биомеханики. Сборник статей.– НГУ им. П.Ф. Лесememгафта, СПб, 2010.– С. 79-103.
4. Козлов, И.М. Взаимосвязь темпа и ритма биомеханической структуры спортивных движений / И.М.Козлов, А.В.Самсонова, В.Н. Томилов // Теория и практика физической культуры, 2003.- № 2.– С.10-13
5. Самсонова, А.В. Влияние технических приемов "сведение лопаток" и "мост" на механические характеристики движения штанги при выполнении жима штанги лежа / А.В. Самсонова, Г.П. Виноградов, Ф.Е. Захаров, А.Н. Ночкин // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта, 2016.- №8 (138).- С.181-186.
6. Фролов, В.И. Расшифровка и анализ кинематических и динамических параметров техники движения атлета и штанги / В.И. Фролов. – М.: ГЦОЛИФК, 1980.– 17 с.
7. Энока, Р. Основы кинезиологии /Р. Энока.– Киев: Олимпийская литература, 1998.– 399 с.
8. Harman, E. Biomechanics of Resistance Exercise / E. Harman In. Essentials of Strength training and Conditions.– 3 ed. Human Kinetics, 2008.– P.65-92.

Биомеханика как дисциплина делится на три раздела: общую, дифференциальную и частную.

1. Общая биомеханика решает теоретические проблемы и помогает понять как и почему человек движется.
2. Дифференциальная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности в зависимости от возраста,пола,состояния здоровья. уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т.п.
3. Частная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта и массовой физкультуры. Основной вопрос частной биомеханики – как научить человека правильно выполнять движения.

Закономерности механического движения человека биомеханика изучает на трех уровнях: движение –двигательное действие –двигательная деятельность.

На первом уровне фактические данные для исследования движений получают в экспериментах с изолированными мышцами и другими частями тела животных.

Здоровый человек выполняет целенаправленные и мотивированные двигательные действия. На этом уровне биомеханика изучает и совершенствует технику двигательных действий (например, технику удара, прыжка шага и т.п.)

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)

Двигательные действия в такой цепи взаимосвязаны и взаимообусловлены.. Поэтому двигательная деятельность –это система двигательных действий.

Спортивная биомеханика изучает двигательные действия человека при выполнении им спортивных упражнений. Это необходимо для обеспечения роста спортивных результатов вплоть до рекордных для конкретного спортсмена или определенного вида спорта, выявления помогающих или препятствующих факторов при совершенствовании движений.

Основные задачи спортивной биомеханики состоят в следующем:

1.Совершенствование спортивной техники, моделирование и конструирование ее наиболее рациональных вариантов.

2.Биомеханический контроль техники отдельных спортсменов.

3. Выявление биомеханических закономерностей совершенствования двигательных действий.

4.Прогнозирование тенденций изменения параметров техники выполнения спортивных упражнений по мере роста спортивного мастерства для оценки этапных и конечных показателей..

5. Разработка тренажеров для спорта.

6. Совершенствование спортивного инвентаря.

1. Механическое движение в живых системах

Принято различать простые формы движения материи- механическую, физическую и химическую. Они проявляются в живой и неживой природе. Высшие формы –это биологическая (все живое) и социальная (мышление и общественные отношения.

Каждая сложная форма движения включает в себя более простые формы. Движение на каждом уровне качественно характеризуется более высокой формой.. Каждая высшая форма обладает собственной качественной спецификой и несводима к низшим формам. При этом высшие формы неразрывно связаны низшими.

Двигательная деятельность человека включает в себя механические движения, которые представляют собой непосредственную цель двигательного действия. Но механическое движение осуществляется при участии более высоких форм движения. Биомеханика рассматривает тело человека как самоорганизующуюся систему.Механическое движение в живых системах проявляется как перемещение всей системы и как деформация самой биосистемы- перемещение одних ее частей относительно других.. Посвоей природе деформационные изменения выражаются преимущественно в форме межсуставных движений, распределенных и взаимосвязанных в пространстве и времени. Эти движения, как правило,сложны. поскольку двигательный аппарат человека представляет собой механическую систему.состоящую из более 200 костей, нескольких сотен сухожилий и более 600 мышц. Общее число возможных движений в суставах (степеней свободы) превосходит 250.

Работа мышц- это биологический процесс, при котором мышечные волокна должны быть активированы, чтобы они смогли выполнить механическую работу по перемещению звеньев тела. Чтобы совершить работу.необходимо затратить энергию, которая является результатом определенных биохимических реакций. С механической точки зрения человек представляет собой систему, обладающую внутренним источником энергии, биологическим по происхождению.

Чтобы мышцы сократились в необходимой последовательности и с определенными усилиями и в результате создали требуемый механический эффект движения, ими необходимо управлять, что делает головной мозг и нервная система.

Головной мозг выполняет высшие психические функции: мотивацию , осознание, Программирование , что оказывает непосредственное влияние на процесс формирования нервальных команд и их исполнение. Связь между психической,биологической и механической функцией многоуровневая.. В каждом движении присутствуют ориентировочная, исполнительна и контрольная части . Исполнительная часть-это и есть механическое движение. Но оно всегда определяется психической и физиологической деятельностью мозга. Обеспечивающей не только непосредственное управление движением, но также ориентировочную и контрольную части двигательного действия

по системе внутренней биологической обратной связи.

1. Теория и метод биомеханики спорта

Теория биомеханики – это система основных положений, сформировавшихся на базе накопленных познаний. Методы биомеханики- это пути (способы0получения знаний.

А) Теория биомеханики спорта.

В современного понимания двигательных действий лежит системно-стуктурный подход (ССП), который рассматривает тело человека как движущуюся систему,а сами процессы- как развитие системы движений.. В рамках ССП стремятся к познанию состава и структуры двигательной деятельности, т. е. из каких элементов она состоит и как они связаны между собой, каковы внутренние механизмы взаимодействия.

Принципы,реализуемые в ССП. ,опираются на идеи теории систем Людвига фон Берталанфи.Целое представляет собой нечто большее, чем сумма его частей, составляющих его элементов, поскольку главная характеристика целого-взаимодействие,

протекающее между его различными элементами.

«Движение не есть цепочка деталей, а структура (т.е.система) .дифференцирующаяся на детали, структура целостная, при наличии в то же время высокой дифференциации элементов и разнообразно избранных форм взаимодействия между ними « (Н.А. Бернштейн)

Теория структурности движений опирается на следующие принципы:

а) Принцип структурности построения систем движения. Все движения в системе взаимосвязаны. Эти структурные связи определяют целостность и совершенство действия.

б)Принцип целостности действия –все движения образуют целостную систему, направлены на достижение цели. Изменение отдельного движения отражается на всей системе.

в) Принцип сознательной целенаправленности систем движения . Человек сознательно ставит цель, применяет целесообразные движения и управляет ими для достижения цели.

В основы теории биомеханики входят также предпосылки механической обусловленности и рефлекторной природы движений. Все движения осуществляются под действием механических сил различного происхождения в полном соответствии с законами механики. Для всех движений в целом характерна рефлекторная природа управления двигательными действиями на основе принципа невризма.

Б) Методы биомеханики спорта.

В своей основе они опираются на системный анализ и системный синтез действий

с использованием количественных характеристик движения, включая его моделирование.

Задачей системного анализа является выявление состава элементов движений. Биомеханика наука экспериментальная, опирающаяся на опытное изучение движений. При помощи приборов регистрируются количественные особенности движений (траектория, скорость, ускорение и т.п.) , позволяющие различать движения, сравнивать их между собой. Этот материал дает возможность,пользуясь определенными правилами,мысленно расчленить движение на составные части и установить состав системы.

Система движений как целое- это не пролсто сумма частей. Части системы объединены многочисленными связями, придающими ей новые,не свойственные частям качества-

системные (эмерджентные) свойства

Способ взаимосвязи частей в системе,закономерности их взаимодействия представляют ее структуру . Изучая изменения количественных характеристик выявляют кА элементы влияют друг на друга, определяют причины целостности системы. В этом состоит системный синтез действий.

Другим широко используемым методом исследования является функциональный метод. Этот подход позволяет выявить те или иные несовершенства техники и тактики, овладеть процессом управления без полного раскрытия природы явления. Суть его состоит в изучении функциональной зависимости между свойствами и состоянием явлений. Их характеризуют определенные параметры. условия и количественно определенный закон. При этом не ставится задача изучения внутренней структуры явления. Оба метода(ССП и функциональный) взаимно дополняют друг друга Применяя ССП исследователь строит анализ от сложного к простому. Элементы двигательной деятельности,находящиеся на нижней ступени иерархической лестницы, оказываются нераскрытыми, не детализированными и рассматриваются с позиций функционального подхода. Уровень,на котором ССП переходит в функциональный,зависит от решаемых задач.

Например, при тактической подготовке двигательные действия.технические элементы считаются неделимыми кирпичиками. При технической подготовке детально изучаются взаимодействия мышц, костей суставно- связочного аппарата. Но отдельных в отношении отдельных элементов двигательного аппарата применяется функциональный подход: их строение и функции на молекулярном уровне не рассматриваются.

1. Спортивное упражнение как система движений и действий

Двигательное действие, посредством которого человек решает ту или иную двигательную задачу, почти всегда состоит из множества суставных движений, распределенных в пространстве и во времени. Чтобы анализировать двигательные действия нужно знать основные свойства систем движений.

При прочих равных условиях система движений тем сложнее, чем больше отдельных движений входит в ее состав и чем они разнообразнее. Система всегда обладает свойствами,которых нет у ее взятых порознь составных частей (эмерджентныесвойства)

Чем теснее связи между движениями как частями или элементами системы, тем больше ее свойства отличаются от простой совокупности свойств отдельных движений, тем она сложнее. Чем строже связи (уже диапазон их вариативности) между движениями как элементами системы, тем сложнее система в ее реализации.

Система движений обычно содержит относительно самостоятельные части (подсистемы), которые могут быть сходными или различными по характеру. Связи между отдельными движениями подсистемы теснее, чем связи между движениями из разных подсистем или связи между разными подсистемами.

В системе движений различают пространственные и временные элементы.

Пространственнее элементы системы - это суставные движения. Если они выполняются одновременно в нескольких суставах, то такие движения образуют одновременный или пространственный ряд. В одном суставе могут быть последовательно выполнены несколько движений- -это последовательный или временной ряд.

Различные комбинации одновременных и последовательных движений образуют пространственно- временные комплексы движений.

Структура системы движений-_ это совокупность основных закономерностей, определяющих взаимосвязи между элементами внутри подсистем. Упрощенно говоря, это схема способа взаимосвязи между составляющими ее частями и элементами.

Устойчивые изменения состава и структуры системы движений определяют ее развитие. Различают анатомическую, механическую и информационную структуры.

Механическая структура двигательного действия включает в себя кинематическую структуру: взаимосвязь положений,траекторий,темпов,ритмов,скоростей и ускорений звеньев тела и динамическую: взаимосвязь тяги мышц, силовые взаимодействия звеньев тела.

В общей двигательной задаче, решаемой при выполнении упражнения, различают более узкие, последовательно связанные задачи, каждая из которых представляет собой относительно самостоятельную часть общей- действия . Расчленяя любое упражнение на компоненты- действия., устанавливая принципы их взаимосвязей, можно определить общую функциональную структуру выполнения упражнений.

7.Биомеханический анализ.

Техническая спортсмена подготовка немыслима без анализа выполнения физического. упражнения.Эффективным средством в решении данной проблемы является биомеханический анализ, с помощью которого удается познать сущность систем движений выявить причины двигательных ошибок, отыскать пути избавления от них, повысить качество обучения выполнения упражнения.

Известно несколько разновидностей биомеханического анализа. Выбор конкретной формы определяется решаемой задачей.

Количественный анализ

а) точный- предполагает тщательную обработку и использование точных данных различных приборных измерений. Циклографии,фото- и киносъемки, с учетом возможно большего числа даже второстепенных фактов.

б) приближенный- используется упрощенная обработка данных относительно грубых измерений,.киносъемки с учетом наиболее весомых факторов.

Качественный анализ

а) улубленный- с тщательным исследованием материалов приборных измерений, циклографии, фото- и киносъемки и т.п. Задача такого анализа -осмысливание проведенного количественного анализа, его углубление и дополнение, получение педагогических выводов.

б)основной- то же, что и при углубленном анализе, но без ис пользования материалов приборных измерений и результатов количественного анализа.

В) упрощенный- с использованием грубых оценок при учете лишь решающих факторов. Применяется в простых, контрастных ситуациях, в условиях дефицита времени.

Педагогический анализ- с ограниченным использованием биомеханических знаний.

Основные этапы анализа двигательной деятельности в условиях количественного

биомеханического анализа.

1.Изучение внешней картины двигательной деятельности -из каких двигательных действий она состоит и в каком порядке они следуют друг за другом.. С этой целью регистрируют кинематические характеристики движения. Особо важно знать продолжительность отдельных частей движения (фаз), графическим отображением чего является хронограмма. Хронограмма двигательного действия характеризует технику, а хронограмма двигательной деятельности- это то, на что обращают внимание при анализе спортивной тактики.

2.Выяснение причин, вызывающих и изменяющих движение . Эти причины недоступны визуальному контролю и для их анализа необходимо регистрировать динамические характеристики .Важнейшее значение здесь имеют величины сил, действующих на человека извне и создаваемых собственными мышцами

3.Определение топографии работающих мышц. На этом этапе выявляется, какие мышцы как участвуют в выполнении данного упражнения. Для этого регистрируют электрическую активность работающих мышц(метод элетромиографии) .Чем активнее работает мышца, тем выше ее электрическая активность и больше амплитуда электромиограммы.

4. Определение энергетических затрат , а также того.насколько целесообразно расходуется энергия работающих мышц., для ответа на этот вопрос регистрируют энергетические характеристики Например, у стайеров высшей квалификации повышение экономичности бега на 20% перемещает их в списке лучших с 10-го на 1-е

5. Выявление оптимальных двигательных режимов, т.е. наилучшей техники двигательных действий и наилучшей тактики двигательной деятельности Здесь же оценивается степень соответствия реально существующего и оптимального вариантов техники и тактики. Критериями оптимальности являются:экономичность, механическая производительность, точность движений, эстетеичность, комфортабельность, безопасность. Значимость каждогоиз критериев зависит от решаемой задачи, вида спорта и др.

Использование результатов биомеханического анализа способствует объективизации суждений и повышению эффективности тренировки, увеличивает долю сознательного в

обучении. повышает точность умозаключений.

Биомеханический анализ в спорте чаще всего преследует педагогические цели и помогает решать следующие задачи:

1. Оптимальное использование двигательных возможностей спортсмена в рамках

дозволенной техники упражнений.

2 .Распознавание, определение и объяснение двигательных ошибок.

3 .Нахождение путей и средств ликвидации. предупреждения и компенсации двигательных ошибок.

4 Ревизия утвердившейся техники упражнений, действий с целью повышения их эффективности.

БИОМЕХАНИКА

Лекция № дополнительная

Что такое биомеханика?

Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ. В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией. Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.

Биомеханическая мускульная работа

Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.

Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия. Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна. Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.

Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями. Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф. Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.

Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях. По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой. Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.

Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста. Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом. Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами. Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки. Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.

В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.

Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:

• рычаг 1 рода, где точки приложения силы расположены с противоположных сторон от оси;
• рычаг 2 рода, где точки приложения силы располагаются по одну сторону от оси, но на разном от нее расстоянии, поэтому здесь применимы два вида рычага, условно называемые «рычаг силы» и «рычаг скорости».

Рассмотрим виды рычагов более подробно:

Рычаг 1 рода

В биомеханике он называется «рычагом равновесия». Поскольку точка опоры расположена между двумя точками приложения силы, рычаг еще называют «двуплечим». Такой рычаг нам демонстрирует соединения позвоночника и черепной коробки. Если вращающий момент силы, действующей на затылочную часть черепа равен вращающему моменту силы тяжести, действующему на переднюю часть черепа, и они имеют одинаковое плечо рычага, достигается равновесие. Нам удобно, мы не замечаем разнонаправленного действия, и мышцы не напряжены.

Рычаг 2 рода

В биомеханике он подразделяется на два вида. Название и действие этого рычага зависят от места расположения приложения нагрузки, но у рычагов обоих видов точка приложения силы точка приложения сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, поэтому оба рычага являются «одноплечими». Рычаг силы образуется при условии, что длина плеча приложения силы мышц длиннее плеча приложения силы тяжести (сопротивления). В качестве наглядного примера можно продемонстрировать человеческую стопу. Осью вращения здесь являются головки плюсневых костей, пяточная кость служит точкой приложения силы, а тяжесть тела образует сопротивление в голеностопном суставе. Здесь имеет место выигрыш в силе, за счет боле длинного плеча приложения силы и проигрыш в скорости. Рычаг скорости имеет более короткое плечо приложения мышечной силы, чем плечо силы противодействия (силы тяжести). Примером может служить работа мышц сгибателей в локтевом суставе. Бицепс крепится вблизи точки вращения (локтевой сустав) и с таким коротким плечом необходима дополнительная сила мышце сгибателю. Здесь имеет место выигрыш в скорости и ходе движения, но проигрыш в силе. Можно заключить, что чем ближе от места опоры будет крепиться мышца, тем короче будет плечо рычага, и тем значительнее будет проигрыш в силе.

При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.

Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов. Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища. В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса. В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.

Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии. Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз. Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.

Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях. В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.

Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.

Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).

Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения. В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося. Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.

В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться. Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения. В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.

Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.

Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе. Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей. В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.

Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.

Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.

Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.

Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.