Початок розвитку біомеханіки фізичних вправ поклав Л. Ф. Лесгафт, котрий розробляв курс теорії тілесних рухів. Він почав читати його у 1877 р. на курсах з фізичного виховання. Цей курс продовжували читати та вдосконалювати його учні. У інституті фізичної освіти ім. П. Ф. Лесгафта, створеному після Жовтневої революції, цей курс входив у предмет «Фізична освіта», а в 1927 р. був виділений у самостійний - під назвою «Теорія рухів» та в 1931 р. перейменований на курс «Біомеханіка фізичних вправ» .

З 30-х років. в інститутах фізичної культури в Москві (Н. А. Бернштейн), Ленінграді (Є. А. Котикова, Є. Г. Котельникова), Тбілісі (Л. В. Чхаїдзе), Харкові (Д. Д. Донський) та ін. наукова та навчальна робота з біомеханіки спорту. З 1958 р. біомеханіка включена до навчального плану всіх інститутів фізичної культури Радянського Союзу, після чого почали створюватись кафедри біомеханіки. На кафедрах спортивних дисциплін інститутів фізичної культури широко ведуться біомеханічні дослідження спортивної техніки. Біомеханічні методи успішно застосовуються науковцями, тренерами для дослідження якості техніки та контролю за її вдосконаленням.

Викладання біомеханіки у вищих фізкультурних навчальних закладах та наукові дослідженняздійснюються у НДР, Польщі, Югославії, Румунії, Чехословаччині, Болгарії, Угорщині та інших країнах. У низці зарубіжних країн викладання цієї навчальної дисципліни для фахівців фізичного вихованняведеться під назвою «Кінезіологія», «Аналіз рухів» та ін. У складі наукового комітету з фізичного виховання та спорту при ЮНЕСКО створено робочу групу з біомеханіки. Проводяться міжнародні наради та симпозіуми з біомеханіки.

Біомеханіка фізичних вправ сприяє теоретичному обґрунтуванню низки питань фізичного виховання. Біомеханіка спорту становить одну з основ теорії спортивної техніки. Вона допомагає обґрунтуванню найбільш раціональної техніки, шляхів оволодіння нею та технічного вдосконалення спортсменів.

Тема 3. ТОПОГРАФІЯ ТІЛА ЛЮДИНИ

1. Загальні дані про тіло людини 2. Осі та площині 3. Короткі дані про центр тяжкості тіла людини 4. Організм, орган, система органів, тканини 5. Клітини та тканини організму. Будова та функція тканин 6.Спинний мозок. Хребет 7.Механізм рухів тулуба та голови 8.Рухи хребетного стовпата голови 9. Механізм рухів верхньої кінцівки 10. Деякі дані про конституцію людини 11. Нервова регуляція пози та рухів 12. Функціональний аналіз положення людини в позі стоячи.

ЗАГАЛЬНІ ДАНІ ПРО ТІЛО ЛЮДИНИ

Тіло людини є з погляду механіки об'єкт найбільшої складності. Воно складається з частин,які з великим ступенем точності можна вважати твердими(скелет) та деформованих порожнин(м'язи, судини та ін.), причому в цих порожнинах містяться текучі і фільтруються середовища, що не мають властивостей звичайних рідин.

Тіло людини загалом зберігає будову, властиву всім хребетним: двополярність(Головний і хвостовий кінці), двосторонню симетрію, переважання парних органів, наявність осьового скелета, збереження деяких (реліктових) ознак сегментарності1(метамерії) тощо.

До інших морфофункціональних особливостей тіла людини належать: високополіфункціональна верхня кінцівка; рівний ряд зубів; розвинений головний мозок; прямоходіння та ін.

В анатомії прийнято вивчати тіло людини у вертикальному положенні із зімкнутими нижніми та опущеними верхніми кінцівками.

При цьому виділяють області голови, шиї, тулуба та двох пар верхніх та нижніх кінцівок.

На тулуб людини позначають два кінці -черепний, або краніальний та хвостовий , або каудальний і чотири поверхні- черевну, або вентральну , спинну, або дорсальну і дві бічні - праву та ліву.

На кінцівках визначають по відношенню до тулуба два кінці: проксимальний , тобто ближчий і дистальний , тобто віддалений .

Осі та площині

Тіло людини побудоване на кшталт двосторонньої симетрії (воно ділиться серединною площиною на дві симетричні половини) і характеризується наявністю внутрішнього скелета. Усередині тіла спостерігається розчленування на метамери , чи сегменти, тобто. утворення однорідні за будовоюта розвитку, розташовані в послідовному порядку, у напрямку поздовжньої осі тіла (наприклад, м'язові, нервові сегменти, хребці та ін.); центральна нервова система лежить ближче до спинної поверхні тулуба, травна – до черевної. Як і всі ссавці, людина має молочні залози та покриту волоссям шкіру, порожнина його тіла розділена діафрагмою на грудний та черевний відділи.

Щоб краще орієнтуватися щодо взаємного становища частин у тілі, виходять із деяких основних площин і напрямів (рис. 2.5). Терміни "верхній", "нижній", "передній", "задній"відносяться до вертикального положення тіла людини . Площина, Що ділить тіло у вертикальному напрямку на дві симетричні половини, називається серединний.Площини,паралельні серединної, називаються сагітальними . (Лат. sagitta - стріла); вони ділять тіло на відрізки, розташовані у бік праворуч наліво. Перпендикулярно до серединної площини йдуть фронтальні , тобто. паралельні лобі(фр. front – лоб) площини;вони розтинають тіло на відрізки, розташовані у напрямку спереду назад. Перпендикулярно серединній та фронтальній площині проводяться горизонтальні , або поперечніплощини, що поділяють тіло на відрізки, розташовані один над одним. Сагітальних (за винятком серединної), фронтальних та горизонтальних площин можна провести довільну кількість, тобто через будь-яку точку поверхні тіла чи органа.

Термінами «медіально» та « латеральнокористуються для позначення частин тіла по відношенню до серединної площини: medialis - знаходиться ближче до серединної площини, lateralis - далі від неї. З цими термінами не треба змішувати терміни «внутрішній» - internus та « зовнішній»- externus, які використовуються лише по відношенню до стінок порожнин. Слова "черевний" - ventralis, "спинний" - dorsalis, "правий" - dexter, "лівий" - sinister, "поверхневий" - superficialis, "глибокий" - profundus не потребують пояснення. Для позначення просторових відносин на кінцівках прийнято терміни «proximalis» та « distalis», Т. е. що знаходиться ближче і далі від місця з'єднання кінцівки з тулубом.

Біомеханіка вправ, тренувань, руховий дій

Механізм управління руховими діями людини (на стадії формування нових рухових навичок) було обґрунтовано ще у 30-40 роках. XX сторіччя Н.А. Бернштейн. Потім академік П.К. Анохін розробив теоретичні положенняпро функціональну систему, яка пояснює дії даного механізму (схема 15.2).

Описати це можна так. Людина при виконанні нового руху створює собі (на основі його мети та змісту) певний образ майбутнього руху. Принаймні виконання руху відбувається його звірення з програмою управління, і навіть здійснюються послідовні його корекції (звані сенсорні корекції).

Механізм управління дозволяє виділити три стадії формування руху.

Перша стадія- формується загальне уявленняпро рух за участю м'язів, що здійснюють рух, м'язів-антагоністів та інших м'язів (участь яких в освоєному русі не потрібна); тому людина виконує рух (руху) надмірно напружено, тим самим значно зменшуючи швидкість її виконання. Якщо цій стадії руху виконувати у швидкому темпі, то сенсорні корекції скрутні чи неможливі.

Друга стадія- зникає напруженість і виникає досить чітка координація м'язів при виконанні постійних рухів. Рух поки що не виконується вільно та автоматизовано.

Третя стадія- використовуються реактивні сили, сили інерції, рухи стають економічнішими, їх виконання доводиться до автоматизму.

На підставі загальних теоретичних уявлень про формування руху в теорії фізичного виховання (для всіх видів спорту) у процесі навчання виділяють три етапи.

Перший етап- Початкове розучування руху (виробляється вміння відтворювати техніку в загальній, «грубій» формі).

Другий етап- поглиблене, деталізоване розучування руху (рухів).

Третій етап- подальше вдосконалення рухової навички.

У практиці спорту навчання та тренування рухової навички припускають багаторазове повторення однотипного (однотипного) руху (вправи), з урахуванням віку, статі та технічної підготовленості, координованості, гнучкості спортсмена. В останні роки все ширше застосовуються технічні коштинавчання (лонжі, блоки, пояси, дзеркала, різні тренажери тощо). У деяких видах спорту (спортивна гімнастика, акробатика, стрибки у воду з трампліну та ін) використовують метод фіксованого положення, коли зупиняють рух і фіксують його в певній позі. Цей метод найбільш доступний для початкового періоду навчання, він дозволяє швидше та ефективніше розучити кінематику рухів, уточнити положення ланок тіла, контроль за динамікою та загальним ритмом руху (рухів).

Важливим при навчанні та на тренуваннях є облік такого фактора, як адаптація. Адаптація до фізичних навантажень (вправ) у всіх випадках є реакцією цілого організму, проте специфічні зміни в тих чи інших функціональних системах можуть бути виражені різною мірою.

1. Предмет біомеханіки

Рух є основою життєдіяльності людини. Різноманітні хімічні та фізичні процесиу клітинах тіла, робота серця та перебіг крові, дихання, травлення та виділення; переміщення тіла у просторі та частин тіла щодо один одного; найскладніша нервова діяльність, що є фізіологічним механізмомпсихіки, сприйняття та аналіз зовнішнього та внутрішнього світу – все це різні форми руху матерії. Закономірності механічного руху вивчаються механікою. Предметом механіки як науки вивчення змін просторового розташуваннятіл і тих причин, чи сил, що викликають ці зміни. Біомеханіка – наука про закони механічного руху на живих системах. Вона вивчає рухи з погляду законів механіки, властивих усім без винятку механічним рухам матеріальних тіл. Об'єкт пізнання біомеханіки – рухові дії людини як системи взаємно пов'язаних активних рухів та положень її тіла. Область вивчення біомеханіки – механічні та біологічні причини виникнення рухів, особливості їх виконання різних умовах. Загальне завдання вивчення рухів полягає в оцінці ефективності застосування сил для досягнення поставленої мети.

2. Завдання біомеханіки спорту

Загальне завдання вивчення рухів людини в біомеханіці спорту – оцінка ефективності застосування сил для досконалішого досягнення поставленої мети.

Вивчення рухів у біомеханіці спорту в кінцевому рахунку спрямоване на те, щоб знайти досконалі способи рухових дій і навчити їх краще виконувати. Тому він має яскраво виражену педагогічну спрямованість.

Приватні завдання біомеханіки спорту полягають у вивченні таких основних питань:

а) будова, властивості та рухові функції тіла спортсмена;

б) раціональна спортивна техніка та

в) технічне вдосконалення спортсмена.

Оскільки особливості рухів залежать від об'єкта рухів – тіла людини, у біомеханіці спорту вивчають (з точки зору біомеханіки) будову опорно-рухового апарату, його механічні властивості та функції (включаючи показники рухових якостей) з урахуванням вікових та статевих особливостей, впливу рівня тренованості тощо. .п. Коротше кажучи, перша група завдань – вивчення самих спортсменів, їх особливостей та можливостей.

Щоб ефективно виступати на змаганнях, спортсмен повинен мати найбільш раціональну для нього техніку. Від того, з яких рухів і як побудовано рухові дії, залежить їхня досконалість. Тому в біомеханіці спорту детально досліджують особливості різних груп рухів та можливості їх удосконалення. Вивчають існуючу спортивну техніку, а також розробляють нову, більш раціональну.

Дані про зміни спортивної техніки у процесі тренування дозволяють розробляти основу методики технічного вдосконалення спортсмена. Виходячи з особливостей раціональної техніки, визначають раціональні шляхи її побудови, засоби та методи підвищення спортивно-технічної майстерності.

Таким чином, біомеханічне обґрунтування технічної підготовки спортсменів має на увазі: визначення особливостей та рівня підготовленості тренуючих, планування раціональної спортивної техніки, підбір допоміжних вправта «створення тренажерів для спеціальної фізичної та технічної підготовки, оцінку застосовуваних методів тренування та контроль за їх ефективністю.

3. Тимчасові характеристики

Тимчасові характеристики розкривають рух у часі: коли він почався і закінчився (момент часу), як довго тривало (тривалість руху), як часто виконувався рух (темп), як вони були побудовані в часі (ритм). Разом із просторово-часовими характеристиками вони визначають характер рухів людини.

Момент часу – це тимчасова міра положення точки тіла та системи. p align="justify"> Момент часу (t) визначають проміжком часу до нього від початку відліку: [t] = Т.

Момент часу визначають як початку і закінчення руху, але й інших важливих миттєвих положень. Насамперед це моменти суттєвої зміни руху: закінчується одна частина (фаза) руху і починається наступна (наприклад, відрив стопи від опори в бігу – це момент закінчення фази відштовхування та початку фази польоту). За моментами часу визначають тривалість руху.

Тривалість руху – це його тимчасова міра, яка вимірюється різницею моментів часу закінчення та початку руху.

Темп рухів – це тимчасова міра їхньої повторності. Він вимірюється кількістю рухів, що повторюються в одиницю часу (частота рухів):

Темп – величина, обернена до тривалості рухів. Чим більша тривалість кожного руху, тим менший темп, і навпаки. У повторюваних (циклічних) рухах темп може бути показником досконалості техніки.

Ритм рухів (тимчасовий) – це тимчасова міра співвідношення частин рухів. Він визначається за співвідношенням тривалості частин руху:

Ритм рухів характеризує, наприклад, відношення часу опори до часу польоту в бігу або часу амортизації (згинання коліна) до відштовхування (випрямлення ноги) при опорі.

4. Просторово-часові характеристики руху

По просторово-часовим характеристикам визначають, як змінюються становища та рухи людини у часі, як швидко людина змінює свої положення (швидкість) та руху (прискорення).

Швидкість точки – це просторово-часова міра руху точки (швидкості зміни її положення). Швидкість дорівнює першій похідній за часом від відстані в системі відліку, що розглядається:

Швидкість точки визначається зміною її координат у часі. Швидкість – величина векторна, вона характеризує швидкість руху та її напрямок. Так як швидкість рухів людини найчастіше не стала, а змінна (рух нерівномірний і криволінійний), для розбору вправ визначають миттєві швидкості.

Прискорення точки – це просторово-часова міра зміни руху точки (швидкість зміни руху – за величиною та напрямом швидкості). Прискорення точки дорівнює першій похідній за часом від швидкості цієї точки в системі відліку, що розглядається:

Прискорення точки визначається зміною її швидкості у часі. Прискорення – величина векторна, що характеризує швидкість зміни швидкості за її величиною та напрямом на даний момент.

5. Інерційні характеристики

Властивість інертності тіл розкривається у першому законі Ньютона:

«Будь-яке тіло зберігає свій стан спокою або рівномірного і прямолінійного рухудоти, доки зовнішні прикладені сили, не змінять цей стан».

Інакше висловлюючись, всяке тіло зберігає швидкість, доки її змінюючи сили.

Поняття про інертність:

Будь-які тіла зберігають швидкість незмінною за відсутності зовнішніх впливів однаково. Це властивість, що не має міри, і пропонується називати інерцією 1. Різні тіла змінюють швидкість під дією сил по-різному. Це їхня властивість, отже, має міру: його називають інертністю. Саме інертність і цікавить, коли треба оцінити, як змінюється швидкість.

Інертність – властивість фізичних тіл, що проявляється у поступовому зміні швидкості з часом під впливом сил.

Збереження швидкості постійної (рух хіба що по інерції) реальних умовах можливе лише тоді, коли всі зовнішні сили, прикладені до тіла, взаємно врівноважені. В інших випадках неврівноважені зовнішні сили змінюють швидкість тіла відповідно до міри його інертності. Момент інерції тіла – це міра інертності тіла при обертальному русі. Момент інерції тіла щодо осі дорівнює сумі творів мас усіх матеріальних точок тіла на квадрати їх відстаней від цієї осі

Радіус інерції тіла – це порівняльний захід інертності даного тіла щодо його різних осей. Він вимірюється коренем квадратним з моменту інерції (щодо даної осі) до маси тіла:

6. Ланки тіла як важелі та маятники

Точки з'єднання, які можна розглядати як точки опори (для важеля), або як точки схилу (для маятника).

Важель характеризується відстанню між точкою докладання сили та точкою обертання. Важелі бувають першого і другого роду.

Важель першого роду або важіль рівноваги складається тільки з однієї ланки. Приклад – кріплення черепа до хребта.

Важіль другого роду характеризується наявністю двох ланок. Умовно можна виділити важіль швидкості та важіль сили в залежності від того, що переважає в їхніх діях. Важіль швидкості дає виграш у швидкості під час удосконалення роботи. Приклад – ліктьовий суглобіз вантажем на долоні. Важіль сили дає виграш у силі. Приклад – стопа на пальцях.

Оскільки тіло людини виконує рух у тривимірному просторі, його ланки характеризуються ступенями свободи, тобто. можливістю здійснювати поступальні та обертальні рухи у всіх вимірах. Якщо ланка закріплено в одній точці, то вона здатна здійснювати обертальні рухи і ми можемо сказати, що вона має три ступені свободи.

Закріплення ланки призводить до утворення зв'язку, тобто. пов'язаному рухузакріпленої ланки з точкою закріплення. Оскільки руки та ноги людини можуть здійснювати коливальні рухи, то до механіки їхнього руху застосовні ті ж формули, що і для простих механічних маятників. Основні висновок їх – власна частота коливань залежить від маси коливається тіла, але залежить з його довжини (у разі збільшення довжини частота коливань зменшується).

Роблячи частоту кроків при ходьбі або бігу або гребків при плаванні або греблі резонансної (тобто близької до власної частоти коливань руки або ноги), вдається мінімізувати витрати енергії. При найбільш економічному поєднанні частоти та довжини кроків чи гребків людина демонструє суттєве зростання працездатності. Простий приклад: при бігу високий спортсмен має більшу довжину кроку і меншу частоту кроків, ніж низькорослий спортсмен, при рівній з ним швидкості пересування.

7. Механічні властивості м'язів

Двигуна діяльність людини відбувається за допомогою м'язової тканини, що має скорочувальні структури. Робота м'язів здійснюється завдяки скороченню (укорочення з потовщенням) міофібрил, що знаходяться в м'язових клітинах. Робота м'язів здійснюється за допомогою їхнього приєднання до скелета за допомогою сухожиль.

До біомеханічних властивостей м'язів відносять скоротливість, пружність, жорсткість, міцність та релаксацію.

Скоротимість - це здатність м'язів скорочуватися при збудженні. Внаслідок скорочення відбувається укорочення м'яза і виникає сила тяги.

Пружність м'яза полягає в її здатності відновлювати початкову довжину після усунення сили, що деформує. Існування пружних властивостей пояснюється тим, що при розтягуванні м'язів виникає енергія пружної деформації. При цьому м'яз можна порівняти із пружиною: чим сильніше розтягнута пружина, тим велика енергіяу ній запасена. Це широко використовується у спорті. Наприклад, у хльості попередньо розтягуються і паралельний, і послідовний пружний компонент м'язів, чим накопичується енергія. Запасена таким чином енергія у фінальній частині руху (штовхання, метання тощо) перетворюється на енергію руху (кінетичну енергію).

Аналогія м'яза з пружиною дозволяє застосувати до її роботи закон Гука, згідно з яким подовження пружини нелінійно залежить від величини сили, що розтягує. Криву поведінку м'яза в цьому випадку називають «сила-довжина». Залежність між силою та швидкістю м'язового скорочення («сила-швидкість») називають кривою Хілла.

Жорсткість – це здатність протидіяти силам, що прикладаються. Коефіцієнт жорсткості визначається як відношення збільшення сили, що відновлює, до збільшення довжини м'яза під дією зовнішньої сили: Кж=DF/Dl (Н/м).

Величина, обернена до жорсткості, називається податливістю м'яза. Коефіцієнт податливості: Кп = Dl /DF (м/Н) – показує, наскільки подовжиться м'яз при зміні зовнішньої сили. Наприклад, податливість згинача передпліччя близька до 1 мм/Н.

Міцність м'яза оцінюється величиною сили, що розтягує, при якій відбувається розрив м'яза. Сила, коли відбувається розрив м'язи становить від 0.1 до 0.3 Н/мм2. Межа міцності сухожиль на два порядки величини більша і становить 50 Н/мм2. Однак, при дуже швидких рухах можливий розрив міцнішого сухожилля, а м'яз залишається цілим, встигнувши самортизувати.

Релаксація – властивість м'яз, що проявляється у поступовому зменшенні сили тяги за постійної довжини м'яза. Релаксація проявляється, наприклад, при стрибку вгору, якщо під час глибокого присідуспортсмен робить паузу. Чим пауза триваліша, тим сила відштовхування і висота вистрибування менше.

Існує два види групової взаємодії м'язів: синергізм та антагонізм.

М'язи-синергісти переміщають ланки тіла в одному напрямку. Наприклад, при згинанні руки в ліктьовому суглобі беруть участь двоголовий м'язплеча, плечова та плече-променева м'язи і т.д. Результатом синергічної взаємодії м'язів є збільшення результуючої сили дії. За наявності травми, а також при локальній втомі будь-якого м'яза її синергісти забезпечують виконання рухової дії.

М'язи-антагоністи мають, навпаки, різноспрямовану дію. Так, якщо одна з них виконує долає роботу, то інша - поступається.

Механічні властивості кісток визначаються їх різноманітними функціями; крім рухової, вони виконують захисну та опорну функції. Так кістки черепа та грудної клітки захищають внутрішні органи, а кістки хребта та кінцівок виконують опорну функцію.

Виділяють 4 види механічного впливу на кістку: розтягування, стиск, вигин та кручення. Встановлено, що міцність кістки на розтяг майже дорівнює міцності чавуну. При стисканні міцність кісток ще вища. Найпотужніша кістка - великогомілкова (основна кістка стегна) витримує силу стиснення в 16-18 кН.

Менш міцні кістки на вигин та кручення. Однак регулярні тренування призводять до гіпертрофії кісток. Так, у штангістів товщають кістки ніг та хребта, у тенісистів – кістки передпліччя тощо.

Механічні властивості суглобів залежить від їх будови. Суглобова поверхня змочується синовіальною рідиною, що зберігає суглобова сумка. Синовіальна рідина забезпечує зменшення тертя в суглобі приблизно 20 разів. При цьому при зниженні навантаження на суглоб рідина поглинається губчастим утворенням суглоба, а при збільшенні навантаження вона вичавлюється для змочування поверхні суглоба і зменшення коефіцієнта тертя.

8. Геометрія мас тіла

Геометрія мас тіла (розподіл мас тіла) характеризується такими показниками, як вага (маса) окремих ланок тіла, положення центрів мас окремих ланок і всього тіла, моменти інерції та ін.

Загальний центр мас тіла людини – Вага окремих ланок тіла залежить від ваги тіла загалом. Наближені величини відносної ваги ланок тіла. відносна вага окремих ланок тіла не постійна. Наприклад, якщо людина, що важила 60 кг, потім, видужавши, стала важити 90 кг, то це не означає, що всі ланки її тіла, зокрема стопи, кисті, голова, стали теж у 1,5 рази важчими. Більш точно можна визначити вагу окремих ланок тіла, використавши рівняння регресії, наведені у табл. 2

Центр мас твердого тіла є цілком певною фіксованою точкою, яка не змінює свого положення щодо тіла. Центр мас системи тіл може змінювати своє становище, якщо змінюються відстані між точками цієї системи.

У біомеханіці розрізняють центри мас окремих ланок тіла (наприклад, гомілки чи передпліччя) та центр мас всього тіла.

У людини, що стоїть в основній стійці, горизонтальна площина, що проходить через ОЦМ, знаходиться приблизно на рівні другого крижового хребця. У положенні лежачи ОЦМ зміщується Сторону голови приблизно на 1%; у жінок він розташований у середньому на 1-2% нижче, ніж у чоловіків; у дітей-дошкільнят він значно вищий, ніж у дорослих (наприклад, у однорічних дітей у середньому на 15%).

При зміні пози ОЦМ тіла, природно, зміщується і в деяких випадках, зокрема при нахилах вперед і назад, може бути поза тілом людини.

Щоб визначити положення ОЦМ тіла, використовують експериментальні або розрахункові методи.

9. Складові рухи в біокінематичних ланцюгах

Складовий рух утворюється з декількох складових рухів ланок у зчленування біокінематичного ланцюга.

У найпростіших випадках у механіці складаються два поступальні рухи двох тіл.

Коли в складовому рухів беруть участь два тіла, то складові руху зазвичай називають переносними і відносними. Платформа хіба що переносить у собі рух із ній вантажу; рух платформи переносний. Рух вантажу по платформі щодо системи відліку, пов'язаної з самою платформою, відносний. Тоді рух вантажу в нерухомій системі відліку (Земля) є результуючим: це результат двох складових рухів.

У тілі людини таких рухів не буває, тому що майже у всіх суглобах ланки рухаються навколо осей зчленувань. У біокінематичних ланцюгах зазвичай рухається багато ланок; одні «несуть» у собі руху інших (несучі і несомі руху). Несучий рух (наприклад, мах стегном при виносі ноги в бігу) змінює несомий (згинання гомілки).

При рухах у незамкнутому кінематичному ланцюгу кутові переміщення, швидкості та прискорення, якщо вони спрямовані в один бік, складаються. Різноспрямовані рухи не складаються, а віднімаються (сумуються алгебраїчно).

Складніші складові рухи, в яких складові руху обертальні (по дузі кола) та поступальні (вздовж радіусу)

У складовому русі, утвореному з обертальних складових рухів (в біокінематичному ланцюгу), внаслідок підсумовування рівноспрямованих та віднімання різноспрямованих рухів у різних суглобах завжди відбувається додаток руху і вздовж радіусу (поступальний). Значить, біокінематичний ланцюг (по прямій лінії – від початку до кінця) укорочується чи подовжується (наприклад, при маху рукою, ногою в стрибках).

10. Біомеханічна характеристика силових якостей

У біомеханіці силою дії людини називається сила впливу її на зовнішнє фізичне оточення, що передається через робочі точки свого тіла. Прикладом може бути сила тиску на опору, сила тяги за рукоятку станового динамометра тощо.

Момент сили – це міра дії, що обертає сили на тіло

Сила дії людини (СДЧ), як і будь-яка інша сила, може бути представлена ​​у вигляді вектора та визначена вказівкою: 1) напрямки, 2) величини (скалярної) та 3) точки додатку.

Сила дії людини залежить від стану даної людинита її вольових зусиль, тобто. прагнення виявити ту чи іншу величину сили, зокрема максимальну силу, і навіть від зовнішніх умов, зокрема параметрів рухових завдань.

Поняття про силові якості

Силові якості характеризуються максимальними величинами сили дії (F mm), яку може проявити та чи інша людина. Замість терміна «силові якості» використовують також терміни « м'язова сила», «Силові можливості», « силові здібності». Найбільш поширеною є наступна класифікація силових якостей:

Силові якості Умови прояву

1. Власно-силові Статичний режим та повільні (статична сила) руху

2. Швидко-силові:

а) динамічна силаШвидкі рухи

б) амортизаційна сила Поступаючі рухи

Сила дії людини та сила м'язів

Сила впливу людини безпосередньо залежить від сил тяги м'язів, тобто. сил, з якими окремі м'язитягнуть за кісткові важелі. Однак між натягом того чи іншого м'яза і силою дії немає однозначної відповідності. Це пояснюється, по-перше, тим, що майже будь-який рух відбувається внаслідок скорочення великої кількості м'язових груп; сила дії – результат їхньої спільної активності; і, по-друге, тим, що при зміні суглобових кутів змінюються умови тяги м'язів за кістку, зокрема плечі сил м'язової тяги

11. Біомеханічна характеристика швидкісних якостей

Швидкісні якості характеризуються здатністю людини здійснювати рухові дії в мінімальний для умов відрізок часу. У цьому передбачається, виконання завдання триває невеликий час і втома немає.

Прийнято виділяти три основні (елементарні) різновиди прояву швидкісних якостей:

1) швидкість одиночного руху (при малому зовнішньому опорі);

2) частоту рухів;

3) латентний час реакції.

Між показниками швидкості одиночного руху, частоти рухів та латентного часу реакції у різних людей кореляція дуже мала. Наприклад, можна відрізнятися дуже швидкою реакцієюі бути відносно повільним у рухах та навпаки. Маючи це на увазі, кажуть, що елементарні різновиди швидкісних якостей відносно незалежні одна від одної.

У практиці зазвичай доводиться зустрічатися з комплексним проявом швидкісних якостей. Так, у спринтерському бігурезультат залежить від часу реакції на старті, швидкості окремих рухів (відштовхування, зведення стегон у безопорній фазі) та частоти кроків. Швидкість, що досягається в цілісному складнокоординованому русі, залежить не тільки від швидкісних якостей спортсмена, а й від інших причин (наприклад, швидкість бігу – від довжини кроків, а та, у свою чергу, від довжини ніг, сили та техніки відштовхування), тому вона лише побічно характеризує швидкісні якості, і за детальному аналізі саме елементарні форми прояви швидкісних якостей виявляються найбільш показовими.

12. Біомеханічна характеристика витривалості

Витривалістю називається здатність протистояти втомі. За інших рівних умов у більш витривалих людейнастає пізніше як перша, і друга фаза втоми. Основним мірилом витривалості вважають час, протягом якого людина здатна підтримувати задану інтенсивність рухового завдання. Згідно з правилом оборотності рухових завдань, для вимірювання витривалості можна використовувати й інші ергометричні показники. Розглянемо приклад: спортсмени лежачи вичавлюють «ущерть» штангу 50 кг. Якщо не враховувати рівень їх максимальної (F mm) сили, то витривалішими слід вважати тих, хто зміг підняти штангу більше разів. Якщо врахувати, що максимальна сила в одних спортсменів невелика (скажімо, 55 кг), а в інших набагато більше, то ясно, що на отриманий результат вплине не тільки різний рівеньвитривалості випробуваних, а й різні силові можливості. Усунути їхній вплив можна було б, наприклад, так: запропонувати всім вичавлювати штангу, вага якої дорівнює певному відсотку від них максимальної сили(Скажімо, 50% від F mm). У першому випадку інтенсивність завдання зрівнювалася в абсолютних одиницях (кілограмах), у другому - у відносних (% від R m).

Прикладами латентних показників витривалості можуть бути:

1. Коефіцієнт витривалості – відношення часу подолання всієї дистанції до часу подолання якогось короткого відрізка (100 м у бігу, 50 м у плаванні тощо): KB = t д, де t ет – час на дистанції (наприклад, 400 м за 48,0 с), t 3 T – найкращий час на короткому («еталонному») відрізку (100 м – 11,0 с). KB = 48,0:11,0 = 4,3636.

2. Запас швидкості (за Н.Г. Озоліном) – різниця між середнім часом подолання еталонного відрізка при проходженні всієї дистанції та найкращим часомна цьому відрізку. Запас швидкості (3 C)= t д: n – t 3 r, де і – число, що показує, скільки разів еталонний відрізок менше всієї дистанції (400 м: 100 м = 4). Запас швидкості = 48,0:4-11,0 = 1 с.

Чим менший запас швидкості, тим вища витривалість. Зі зростанням спортивної кваліфікаціїзапас швидкості, зазвичай, зменшується. Наприклад, у найсильніших бігунів світу на 400 м він дорівнює 0,9-1,0 с, у початківців - 2-2,5 с. Зі збільшенням дистанції запас швидкості також збільшується.

Тренери у видах спорту циклічного характеру повинні знати, чому рівні показники запасу швидкості (або інші латентні показники витривалості) на різних дистанціях у спортсменів різної кваліфікації, це допоможе визначати слабкі сторони у підготовці своїх учнів, бачити, що саме відстає – швидкість чи витривалість.

13. Біомеханічна характеристика гнучкості

Гнучкістю називається здатність виконувати рухи з великою амплітудою. Слово «гнучкість» використовується зазвичай як більше загальний термін. Стосовно окремих суглобів говорять про рухливість у них. Для точного вимірювання гнучкості (рухливості в суглобах) треба виміряти кут у відповідному зчленуванні в крайньому можливому положенні між ланками, що зчленовуються. Вимірювання кутів рухів у суглобах, як відомо, називається гоніометрією (від грец. «Гоні» – кут і «метр» – міра). Тому кажуть, що для виміру гнучкості використовуються гініометричні показники. Найбільш детальний спосібВимірювання гнучкості - так званий глобографічний. При цьому поверхня, що окреслюється в просторі дистальної точкою кістки, що рухається, розглядається як «глобус», на якому визначають граничні значення «меридіанів» і «паралелей». У спортивній практиці для вимірювання гнучкості нерідко використовують кутові, а лінійні заходи (рис. 60, У). У цьому випадку на результаті вимірювання можуть позначитися розміри тіла, наприклад, довжина рук (при нахилі вперед або виконанні викрутки з палицею), довжина тулуба (при вимірюванні відстані між руками та ногами під час виконання гімнастичного мосту). Тому лінійні заходи менш точні, і, застосовуючи їх, слід запроваджувати поправки, що усувають небажаний вплив розмірів тіла.

Виділяють активну та пасивну гнучкість. Активна гнучкість – здатність виконувати рухи у якому-небудь суглобі з великою амплітудою з допомогою активності м'язових груп, які проходять цей суглоб (приклад: амплітуда підйому ноги у рівновазі «ластівка»). Пасивна гнучкість визначається найвищою амплітудою, яку можна досягти за рахунок зовнішніх сил. Показники пасивної гнучкості більші за відповідні показники активної гнучкості. Різниця між ними називається дефіцитом активної гнучкості. Він визначається залежністю "довжина - сила тяги" активного м'яза, зокрема величиною сипи тяги, яку може проявити м'яз при своєму найбільшому укороченні. Якщо ця сила недостатня для подальшого переміщення ланок тіла, що зчленовуються, то говорять про активну недостатність м'яза. Експериментально показано, що активна недостатність може бути зменшена (відповідно зменшений дефіцит активної гнучкості та підвищена сама активна гнучкість) за рахунок силових вправ, що виконуються з великою амплітудою руху. Зростання силових якостей призводить до збільшення показників активної гнучкості.

Гнучкість залежить від низки умов: температури довкілля(Підвищення температури призводить до підвищення гнучкості), часу доби (у середині дня вона вище), розминки та ін.

У спорті слід домагатися граничного розвитку гнучкості. Її треба розвивати лише настільки, що забезпечує безперешкодне виконання необхідних рухів. При цьому величина гнучкості повинна дещо перевершувати ту максимальну амплітуду, з якою виконується рух (запас гнучкості).

14. Зв'язок біомеханіки з іншими науками

Біомеханіка як одна з біологічних наук нового типу починає зближуватись за методами дослідження з точними науками. Загальна біомеханіка як розділ біофізики, що включає вивчення внутрішньоорганізмних біосистем, виникла на стику фізико-математичних та біологічних галузей знання. Успіхи цих наук, використання ідей та підходів кібернетики, а також науково-технічний прогрес так чи інакше позначаються на розвитку біомеханіки. У свою чергу ці науки збагачуються даними біомеханіки про фізику живого. У біомеханічних дослідженнях використовуються методи цих суміжних наук; водночас у дослідженнях їхніх проблем можуть застосовуватись біомеханічні методи. Тут є двосторонній зв'язок, що забезпечує взаємне збагачення теорії та методів дослідження.

Дещо інакше пов'язана біомеханіка з галузями знання, в яких вивчаються конкретні галузі прикладної рухової діяльності. Так, інженерна біомеханіка, що розвивається, змикається з біонікою, інженерною психологією («людина і машина»), пов'язана з розробкою роботів, маніпуляторів та інших технічних пристроїв, що множать можливості людини у праці. Медична біомеханіка дає обґрунтування низці методів протезування, протезобудування, травматології, ортопедії, лікувальної фізичної культури. У космічній медицині вирішуються завдання підготовки космонавтів, забезпечення їхньої працездатності в умовах невагомості, а також рухових дій у космосі. Біомеханіка як би обслуговує ці сфери діяльності в процесі вирішення їх прикладних завдань.

Методи та закони біомеханіки спорту використовуються також для вдосконалення теорії та методики фізичного виховання, лікарського контролю, спортивно-педагогічних та інших дисциплін, що вирішують свої конкретні завдання у галузі фізичного виховання.

15. Сила та момент сили

Сила - це міра механічного впливу одного тіла на інше Чисельно вона визначається добутком маси тіла на його прискорення, викликане цією силою:

Вимірювання сили, так само як і маси, засноване на другому законі! Ньютон. Сила, що додається до даному тілу, Викликає його прискорення Джерелом сили служить інше тіло; отже, взаємодіють два тіла. Таким чином, є "дія" другого тіла на перше і "протидія" першого тіла, прикладена до другого; Оскільки дію та протидію прикладені до різних тіл їх не можна складати, замінювати рівнодією.

Момент сили – це міра дії, що обертає сили на тіло; він визначається добутком модуля сили на її плече. Момент сили вважають позитивним, коли сила викликає поворот тіла проти годинникової стрілки і негативним при повороті тіла за годинниковою стрілкою (з боку спостерігача).

Момент сили – величина векторна: сила виявляє свою дію, що обертає, коли вона прикладена на її плечі (рис. 8, а). Інакше! кажучи, лінія дії сили має проходити через вісь обертання. Якщо сила лежить у площині, перпендикулярної до осі, знаходять складову сили, що у цій площині (рис. 8, б); вона і викликає момент сили щодо осі. Інші складові на нього не впливають. Зрозуміло, що сила, що збігається з віссю або паралельна їй, також не має плеча щодо осі, а отже, немає її моменту.

16. Імпульс сили

Імпульс сили - це міра впливу сили на тіло за даний проміжок часу (у поступальному русі). За кінцевий проміжок часу він дорівнює певному інтегралу від елементарного імпульсу сили, де межами інтегрування є моменти початку та кінця проміжку часу дії сили:

У разі одночасної дії кількох сил сума їх імпульсів дорівнює імпульсу їх рівнодіє за той же час. Будь-яка сила, прикладена навіть у частки секунди (наприклад, при відштовхуванні ковзаном від льоду), має імпульс (рис. 9).

У обертальному русі момент сили, діючи протягом певного часу, створює імпульс моменту сили., Імпульс моменту сили – це міра впливу моменту сили щодо цієї осі за цей проміжок часу (у обертальному русі).

17. З'єднання ланок тіла

З'єднані дві сусідні ланки тіла утворюють пару, а пари, своєю чергою, з'єднані в ланцюзі.

Біокінематична пара – це рухоме (кінематичне) з'єднання двох кісткових ланок, у якому можливості рухів визначаються його будовою та керуючим впливом м'язів. У технічних механізмах з'єднання двох ланок – кінематичні пари – влаштовані зазвичай отже можливі лише цілком певні, заздалегідь задані руху. Одні здібності не обмежені (їх характеризують ступеня свободи руху), інші повністю обмежені (їх характеризують ступеня зв'язку).

Розрізняють зв'язки: а) геометричні (постійні перешкоди переміщенню в якомусь напрямку, наприклад, кісткове обмеження в суглобі) і б) кінематичні (обмеження швидкості, наприклад м'язом-антагоністом).

У біокінематичних парах є постійні ступеня зв'язку, які визначають собою скільки як максимум і яких залишається ступенів свободи руху. Майже всі біокінематичні пари переважно обертальні (шарнірні); деякі допускають суто поступальне ковзання ланок відносно один одного і лише одна пара ( гомілковостопний суглоб) - Гвинтовий рух.

Біокінематичний ланцюг – це послідовне або незамкнене (розгалужене), або замкнуте з'єднання низки біокінематичних пар (рис. 10, а).

У незамкнутих ланцюгах є вільна (кінцева) ланка, що входить лише одну пару. У замкнутих ланцюгах немає вільної кінцевої ланки, кожна ланка входить у дві пари.

У незамкнутому ланцюгу, отже, можливі ізольовані рухи у кожному окремо взятому суглобі. У рухових діях руху в незамкнутих ланцюгах відбуваються зазвичай одночасно у багатьох суглобах, але можливість ізольованого руху не виключена.

У замкнутому ланцюгу ізольовані рухи в одному суглобі неможливі: рух неминуче одночасно залучаються й інші сполуки (рис. 10, б).

Значна частина незамкнутих біокінематичних ланцюгів оснащена багатосуглобовими м'язами. Тому рухи в одних суглобах через такі м'язи бувають пов'язані з рухами у сусідніх суглобах. Однак за точного управління рухами у багатьох випадках цей взаємний зв'язок можна подолати, «вимкнути». У замкнутих ланцюгах зв'язок нездоланний і дії м'язів обов'язково передаються на віддалені суглоби.

Незамкнений ланцюг може стати замкнутим, якщо кінцева вільна ланка отримає зв'язок (опора, захоплення) з іншою ланкою ланцюга (безпосередньо або через якесь тіло).

18. Ступені свободи у біомеханічних ланцюгах

Якщо у фізичного тіланемає обмежень (зв'язків), може рухатися у просторі переважають у всіх трьох вимірах, тобто. г щодо трьох взаємно перпендикулярних осей (поступально), а також навколо них (обертально). Отже, у такого тіла є шість ступенів свободи руху.

Кожен зв'язок зменшує кількість ступенів свободи. Зафіксувавши одну точку вільного тіла, зробивши його ланкою пари, фазу позбавляють його трьох ступенів свободи – можливих лінійних переміщень вздовж трьох основних осей координат. Прикладом може бути кулястий суглоб – тазостегновий, у якому три ступені свободи з шести (можливе обертання щодо трьох осей). Закріплення двох точок ланки говорить про наявність осі, що проходить через ці точки. У такому разі залишається один ступінь свободи. Приклад такого обмеження – одновісний суглоб, наприклад, міжфаланговий. Закріплення третьої точки, що не лежить на цій осі, повністю позбавляє ланку свободи рухів. Така сполука до суглобів не відноситься. В анатомії виділяють також двовісні суглоби; вони мають другий ступінь свободи внаслідок неконгруентності (неповної відповідності формою) суглобових поверхонь (суглоби променево-зап'ястковий і пястнофаланговий 1-го пальця).

Майже у всіх суглобах (крім міжфалангових, променелоктьових та атлантоосьових) ступенів свободи більше, ніж одна. Тому пристрій пасивного апарату у яких обумовлює невизначеність рухів, безліч можливостей рухів («неповнозв'язковий механізм»). Керуючі впливи м'язів викликають додаткові зв'язки і залишають для руху лише один ступінь свободи (повнозв'язковий механізм). Так забезпечується одна-єдина можливість рухів - саме та, яка потрібна.

19. Будова тіла та моторика людини

Як рухові можливості людей, так і багато індивідуальних рис спортивної техніки в значною міроюзалежить від особливостей статури. До них насамперед відносять:

а) тотальні розміри тіла - основні розміри, що характеризують його величину (довжина тіла, вага, коло грудної клітки, поверхня тіла тощо);

б) пропорції тіла – співвідношення розмірів окремих частинтіла (кінцевостей, тулуба та ін);

в) конституційні особливості.

Тотальні розміри тіла у людей суттєво різні. В тому самому виді спорту (наприклад, у боротьбі або важкій атлетиці) можна зустріти спортсменів з вагою тіла менше 50 і понад 150 кг. Двигуни цих спортсменів будуть різними.

При однаковому рівнітренованості люди більшої ваги можуть виявляти більшу силу дії. З цим, зокрема, пов'язаний поділ на вагові категоріїу таких видах спорту як боротьба, бокс, важка атлетика.

Для порівняння силових якостей людей різної вагизазвичай користуються поняттям «відносна сила», під яким розуміють величину сили дії, що припадає на 1 кг власної ваги. Силу дії, яку спортсмен виявляє у якомусь русі безвідносно до власної ваги, іноді називають абсолютною силою:

У людей приблизно однакової тренованості, але різної ваги абсолютна силаіз збільшенням ваги зростає, а відносна падає (рис.). Аналогічні закономірності спостерігаються щодо деяких інших функціональних показників (наприклад, максимального споживаннякисню - МПК). У той же час, скажімо, висота підйому ОЦТ у стрибках або дистанційна швидкість бігу не залежить від тотальних розмірів тіла, а максимальна частотарухів і стартове прискорення зменшуються зі збільшенням.

20. Роль дозрівання в онтогенезі моторики

Онтогенез моторики називається зміна рухів і рухових можливостей людини протягом її життя. Новонароджений - істота, яка не володіє навіть найпростішими рухами. З віком його рухові можливості розширюються, досягають розквіту в молодості та поступово знижуються до старості.

Роль дозрівання та навчання в онтогенезі моторики:

Два основних фактори визначають розвиток моторики – дозрівання та навчання. Дозріванням називаються спадково обумовлені зміни анатомічної будови та фізіологічних функційорганізму, що відбуваються протягом життя людини: збільшення розмірів та зміна форми тіла дитини в процесі її зростання, зміни, пов'язані зі статевим дозріванням, старінням та ін. ранньому дитинствівеличезне значення має дозрівання нервово-м'язового апарату (зокрема, кори великих півкуль головного мозку, яка на момент народження ще сформувалася). В основних рисах руховий апарат дитини формується лише до 2-2,5 років. Під навчанням розуміють освоєння нових рухів чи вдосконалення у яких під впливом спеціальної практики, навчання чи тренування. Таким чином, онтогенез моторики визначається взаємодією дозрівання та навчання. При спробах, зокрема, роздільного навчання близнюків було показано, що терміни оволодіння деякими рухами (наприклад, початок ходьби) не змінювалися під впливом навчання та допомоги; інші рухи освоювалися набагато швидше, ніж звичайно (наприклад, можна навчити дитину катанню на роликових ковзанах одночасно з початком ходьби, а навчити плавати навіть раніше, ніж ходити). Однак іноді надмірно раннє навчаннязаважає оволодінню рухом. Наприклад, однорічні діти, які щодня навчалися протягом півроку їзді на триколісному велосипеді, гірше їздили на ньому згодом через неправильні навички та втрату інтересу, ніж діти, які вперше сіли на велосипед у пізнішому віці.

Двигун:

Якщо виміряти результати у будь-яких рухових завданнях великої групидітей одного віку, можна визначити середні досягнення, що вони показують. Знаючи потім результати окремої дитини, можна встановити, якому віку в середньому відповідає даний результат. У такий спосіб визначають руховий вік дітей.

Звісно, ​​в повному обсязі діти однієї й тієї віку показують однакові результати. Дітей, у яких руховий вік випереджає календарний, називають руховими акселератами. Дітей, які мають руховий розвиток відстає, називають руховими ретардантами. Наприклад, якщо підліток у віці 14 років і 2 місяці стрибає в довжину з місця на 170 см, він – руховий ретардант (у цій вправі), а якщо його результат більше 210 см, – руховий акселерат.

Прогноз розвитку моторики

При початковому виборіспортивної спеціалізації, відборі в ДЮСШ та деякі спеціальні школи (балетну, циркову та ін.) постає завдання прогнозу рухової обдарованості. Як порекомендувати дитині саме той вид спорту, в якому вона зможе досягти найбільших успіхів, як виявити найбільш обдарованих? Для відповіді на ці питання проводять наукові дослідження у двох основних напрямках:

а) вивчення стабільності показників моторики,

б) вивчення спадкових впливів.

21. Біодинаміка стрибка

У стрибках відстань долається польотом. При цьому досягається або найбільша довжина стрибка (стрибок у довжину з розбігу, потрійний стрибок), або найбільша висота(стрибок у висоту з розбігу, стрибок з жердиною), або значна і довжина та висота ( опорний стрибоку гімнастиці).

У розбігу вирішуються дві задачі: створення необхідної швидкості на момент приходу місце відштовхування і створення оптимальних умовдля опорної взаємодії

Відштовхування

Відштовхування від опори в стрибках здійснюється за рахунок випрямлення поштовхової ноги, махових рухів рук і тулуба. Завдання відштовхування – забезпечити максимальну величину вектора початкової швидкості ОЦМ та оптимальне її спрямування. Після відштовхування, у польоті, тіло спортсмена завжди здійснює рухи навколо осей. Тому завдання відштовхування входить також і початок управління цими рухами.

У польоті траєкторія ОЦМ зумовлена ​​величиною та напрямком вектора початкової швидкості ОЦМ ( кутом вильоту). Рухи є рухами ланок навколо осей, що проходять через ОЦМ. Завдання зводиться до більш далекого приземлення, утримуючи стопи якомога вище.

22. Рухи центру мас системи

Центром мас називається точка, де перетинаються лінії дії всіх сил, які не викликають обертання тіла. У полі тяжіння центр мас збігається із центром тяжіння. Положення загального центру мас тіла визначається тим, де знаходяться центри мас окремих ланок. Для людини це від його пози, тобто. просторового становища елементів тіла.

У людському тілі близько 70 ланок, але для біомеханічного моделювання найчастіше достатньо 15-ланкової моделі людського тіла (наприклад, голова, стегно, стопа, кисть тощо). Знаючи, які маси та моменти інерції ланок тіла і де розташовані їх центри мас, можна вирішити багато завдань біомеханіки, у тому числі:

визначити імпульс тіла;

визначити момент кількості руху, у своїй треба враховувати, що величини моментів щодо різних осей неоднакові;

оцінити, легко чи важко керувати швидкістю тіла або окремої ланки;

визначити ступінь стійкості тіла тощо.

23. Ефективність техніки, її види

Ефективністю володіння спортивною технікою(або ефективністю техніки) того чи іншого спортсмена називається ступінь близькості до найбільш раціонального варіанту. Ефективність техніки (на відміну раціональності) – це характеристика того чи іншого варіанту техніки, а якості володіння технікою.

Залежно від того, як визначається раціональна техніка(Зразок, стандарт), розрізняють три групи показників її ефективності.

Показники абсолютної ефективностіхарактеризують близькість до зразка, як вибирається найбільш раціональний варіант техніки, визначений з урахуванням біомеханічних, фізіологічних, психологічних, естетичних міркувань.

У найпростішому випадку мірою ефективності техніки може бути показаний спортсменом результат. У такий спосіб часто оцінюють ефективність технічних прийоміву єдиноборствах та спортивних іграх. Наприклад, у баскетболі ефективність техніки штрафних кидків природно оцінюватиме за відсотком влучень.

Порівняльна ефективність - У цьому випадку за зразок береться техніка спортсменів високої кваліфікації. Ті ознаки техніки, які закономірно відрізняються у спортсменів різної кваліфікації (тобто змінюються зі зростанням спортивної майстерності), називаються дискримінативними ознаками. Такі ознаки ефективності техніки використовують як основні показники лише тоді, коли техніка рухів дуже складна і на основі біомеханічного аналізу не вдається визначити її найбільш раціональний варіант. В інших випадках дискримінативні ознаки доповнюють показники абсолютної ефективності, часто збігаючись з ними.

Оцінюючи ефективності техніки з допомогою дискримінативних ознак слід пам'ятати, що техніка навіть видатних спортсменів може бути цілком раціональної.

Реалізаційна ефективність (ефективність реалізації) – Ідея цих показників полягає у зіставленні показаного спортсменом результату або з тим досягненням, яке він за рівнем розвитку своїх рухових якостей потенційно може показати (варіант «А»), або з витратами енергії та сил при виконанні оцінюваного спортивного руху(Варіант «Б»).

Варіант "А". У даному випадкуефективність техніки оцінюється з того, наскільки добре спортсмен використовував у русі свої рухові можливості. За такого підходу спираються існування зв'язків між трьома показниками: спортивним результатом, рівнем розвитку рухових якостей, ефективністю техніки

Практично це здійснюється шляхом порівняння результатів спортсмена:

а) у технічно складній дії (як правило, це той рух, в якому спеціалізується спортсмен);

б) технічно більше простих завданнях, що вимагають розвитку тих же рухових якостей, що й основні.

24. Будова біомеханічної системи

Для вивчення опорно-рухового апарату людини як біомеханічної системи необхідно послідовно розглянути будову цієї системи та її властивості. З погляду біомеханіки опорно-руховий апарат – це керовані біокінематичні ланцюги (ланки та їх сполуки), оснащені групами м'язів. Разом вони виконують рухи, що задаються як біомеханізм.

Самої характерною рисоюбудови біомеханічної системи вважається його змінний характер. І кількість рухомих ланок, і ступеня свободи рухів, і склад м'язових груп, та його взаємодії змінні.

Ланки біокінематичних ланцюгів

Біокінематичні ланцюги опорно-рухового апарату складаються з рухомо з'єднаних ланок (твердих, пружних та гнучких) та відрізняються їх змінним складом, своєю довжиною та формою (складові важелі та маятники).

Фіксування суглобів (блокада) та їх звільнення (зняття динамічних зв'язків – тяги м'язів) змінюють кількість рухомих ланок у ланцюзі. Вона може перетворитися як би на одну ланку чи зберігати рух у частині зчленувань чи переважають у всіх зчленуваннях.

Відстань по прямій від проксимального зчленування до кінця відкритого ланцюга при її згинанні-розгинанні змінюється. Багатоланкові маятники тому мають змінну довжину. Це впливає величину інертного опору (зміни моменту інерції).

Біокінематичні ланцюги, замикаючись геометрично (зв'язуванням між собою кінцевих ланок), змінюють свої властивості (передача зусиль, можливості керування). Зокрема, виникають складові важелі зі складною передачею тяг багатосуглобових м'язів. Тверді; Ланки (кістки), пружні (м'язи) та гнучкі (зв'язки, самі м'язи; та їх сухожилля), змінюючи ступінь і характер своєї участі в рухах, забезпечують різноманітні можливості рухів.

Механізми з'єднань

Механізми сполук ланок у біомеханічних ланцюгах і неодновісних зчленування дозволяють визначати необхідний рух завдяки утворенню біодинамічно повнозв'язного механізму.

Біодинамічно повнозв'язковий механізм (біомеханізм) характеризується виключенням зайвих у даному русі ступенів волі. Тяги груп м'язів забезпечують необхідний напрямок рухів ланок у біокінематичних ланцюгах та регулювання їх швидкостей. Крім цього, м'язи за потреби обмежують і розмах рухів, загальмовуючи ланки раніше, ніж настає пасивне обмеження (кістково-суглобово-зв'язкове).

Напрямок рухів, швидкості ланок та розмах рухів у ряді суглобів взаємопов'язані завдяки спільній дії багатосуглобових м'язів.

25. Переміщуючі рухи

Ті, хто переміщається в біомеханіці, називають рухи, завдання яких – переміщення будь-якого тіла (снаряду, м'яча, суперника, партнера). Переміщаючі рухи різноманітні. Прикладами у спорті можуть бути метання, удари по м'ячу, кидки партнера в акробатиці тощо.

До рухомих рухів у спорті зазвичай пред'являються вимоги досягти максимальних величин:

а) сили дії (при підйомі штанги), б) швидкості тіла, що переміщається, (у метаннях), в) точності (штрафні кидки в баскетболі). Непоодинокі і випадки, коли ці вимоги (наприклад, швидкості та точності) пред'являються спільно.

Серед переміщуючих розрізняють рухи:

а) з розгоном тіл, що переміщуються (наприклад, метання списа),

б) з ударною взаємодією (наприклад, удари у тенісі чи футболі).

Оскільки більшість спортивних рухомих рухів пов'язані з повідомленням швидкості вильоту якомусь снаряду (м'ячу, снаряду для метання), розглянемо передусім механічні основи польоту спортивних снарядів.

Політ спортивних снарядів

Траєкторія (зокрема, дальність) польоту снаряда визначається:

а) початковою швидкістювильоту,

б) кутом вильоту,

в) місцем (заввишки) випуску снаряда,

г) обертанням снаряда та

д) опором повітря, яке, своєю чергою, залежить від аеродинамічних властивостей снаряда, сили та напрямки вітру, щільності повітря (у горах, де атмосферний тискнижче, щільність повітря менша і спортивний снарядза тих же початкових умов вильоту може пролетіти більша відстань).

26. Біомеханіка ударних дій

Ударними у біомеханіці називаються дії, результат яких досягається механічним ударом. У ударних діях розрізняють:

1. Замах - рух, що передує ударному руху і призводить до збільшення відстані між ударною ланкою тіла та предметом, по якому наноситься удар. Ця фаза найбільш варіативна.

2. Ударний рух - від кінця замаху до початку удару.

3. Ударна взаємодія (або власне удар) – зіткнення тіл, що ударяються.

4. Післяударний рух – рух ударної ланки тіла після припинення контакту з предметом, яким наноситься удар.

БІОМЕХАНІКА ФІЗИЧНИХ ВПРАВ - наука, що вивчає рухи людини при виконанні фізич. вправ. Би. ф. у. є розділом приватної біомеханіки. Загальна біомеханіка досліджує загальні закономірності рухів живих організмів, що мають твердий скелет, у тому числі рухів людини. Розділи приватної біомеханіки вивчають особливості рухів, характерних для тієї чи іншої галузі рухової діяльності (Б. ф. у., праці, протезування тощо). Об'єкт дослідження біомеханіки - активні рухи, і навіть нерухомі становища тіла чи його частин, зумовлені функцією рухового апарату (див. Двигун людини). У м'язах людини хімічна енергія перетворюється на механічну. Мета Би. ф. у. - Визначити, як використовується енергія м'язової роботидо виконання физич. вправ. Рухи людини, з погляду механіки, мають дуже складну структуру(Див. Структура рухів). Вона залежить від будови рухового апарату та його функціональних особливостей. Всі рухи людини відбуваються відповідно до законів механіки, загальними для тіл мертвийта живої природи. Але пряме перенесення законів механіки абсолютно твердого тіла (що не має деформації) на живе тіло людини (система рухливих ланок з величезними деформаціями) допустимо лише з великою обережністю. Правильне застосуванняцих законів пояснення рухів тіла людини неможливо без знання анатомо-фізіологічних (біологічних) властивостей живого організму. У біомеханіці враховується взаємний зв'язок закономірностей механічних, анатомічних та фізіологічних. Тому біомеханіка вивчає рухи людини, використовуючи закони механіки та біології, в їх взаємному зв'язку, але за провідної ролі останніх. Цей зв'язок зумовлює визначення понять та виявлення законів, специфічних для біомеханіки.

Предмет дослідження у Би. ф. у. становить структура рухів (особливо спортивних) і під час физич. вправ. У зміст Би. ф. у. входить вивчення особливостей форми та характеру рухів, а також статичних положеньта впливу на них прикладених сил. При цьому вивчають також умови, в яких брало виконуються рухи, і вплив цих умов на результат рухів. Для глибшого розуміння природи рухів досліджуються як самі рухові акти, а й біомеханічні особливості будівлі та функцій рухового апарату. Таке вивчення дозволяє визначити, "яким чином отримана механічна енергія руху та напруги може придбати певне робоче застосування" (акад. А. А. Ухтомський), інакше кажучи, вирішити гол. завдання Б. ф. у.- визначити ефективність рухів.

Основним методом дослідження в біомеханіці є отримання характеристик рухів(кінематичних та динамічних) та виявлення їх взаємних зв'язків. Це дає можливість визначити та оцінити структуру рухів. Дослідження проводять у лабораторних умовах, під час тренувань та на змаганнях. При цьому використовують зорове спостереження, механічні, електричні та фотографічні способи реєстрації характеристик рухів. Для з'ясування окремих складних питань спортивної техніки застосовується комплексне дослідження – з використанням біомеханічних, морфологічних, фізіологічних та педагогічних методів. У комплексному різнобічному дослідженні велике місце займає механіка рухів. Однак зведення всього багатства та складності явищ у руховому акті до механіка рухів збіднює, надмірно спрощує його та дає про нього невірне уявлення. Різностороннє вивчення рухового акта допомагає здійснити глибший аналіз рухів.

Як наука, що вивчає функції організму людини, Би. ф. у. являє собою галузь фізіологія, що розвинулася і відокремилася в процесі поділу наук. Як і фізіологія, Би. ф. у. тісно пов'язана з анатомією, зокрема з динамічною анатомією, яка розглядає рухи людини з метою глибшого виявлення зв'язків між функцією і будовою органів руху. Висновки, які отримують Б. ф. у., служать науковому обґрунтуваннюпедагогічних положень теорії фізич. виховання та допомагають удосконалювати практику фізич. культури та спорту. Тому вся Би. ф. у. має педагогічну спрямованість. Би. ф. приділиться на статику фізичних вправ(Вивчення рівноваги всього тіла та його частин під дією прикладених сил) і динаміку фізичних вправ(Вивчення рухів частин тіла та його переміщення в просторі під час виконання фізичних вправ).

Найбільш ранні дослідження рухів були пов'язані з вивченням будови тіла людини (Аристотель, Гален, Леонардо да Вінчі). Перша книга, присвячена біомеханіці - "Про рух тварин" (автор - лікар і математик Д. А. Бореллі), вийшла в 1679. Ряд спроб вивчення рухів людини, зокрема ходьби, робили фізіологи брати Е. і В. Вебер (1836) , Е. Марей та його співробітники (кінець XIX ст.), В. Брауне та О. Фішер (1895 - 1904) та ін. В. процесі цих досліджень удосконалювалися методи реєстрації рухів- від механічного запису (пнеймографічної методики) до способів світлової реєстрації (хронофотографія, кінематографія, циклографія та ін.).

Однак для розвитку біомеханіки як науки найбільше значення мали не вдосконалення методів і ті чи інші дослідження приватних питань, а розробка методологічних засад вивчення рухів, з принципу нервизму. У 1877 російський анатом П. Ф. Лесгафт почав читати курс теорії тілесних рухів, в якому він вперше дав анатомо-фізіологічне обгрунтування застосуванню физич. вправ. Читання цього курсу продовжили згодом учні П. Ф. Лесгафта (А. А. Красуська, Є. А. Котікова). У 1931 році він був перейменований в курс Би. ф. у. У 1899 основоположник вітчизняної фізіології І. М. Сєченов читав у Московському університеті курс фізіології робочих рухів людини, в якому вперше органічно об'єднав питання механіки, анатомії та фізіології рухів. Би. ф. у. отримала ширший розвиток лише в роки Радянської влади, коли в Ленінграді (навчальному та науково-дослідному інститутах фізич. культури), а пізніше і в Москві (в ЦНДІФК) були створені спеціальні лабораторії за Б. ф. У ряді зарубіжних країн курс вивчення рухів у спорті викладається під різними назвами: аналіз рухів (Франція), кінезіологія (США) та ін.

В аналізі рухів багато авторів (Г. Скотт, К. Веллс, Л. Морхауз, Д. Купер та ін.) допускають значні механістичні спрощення, недооцінюють складності рухових актів, замість глибокого вивчення процесів руху, обмежуються розбором роботи м'язів.

У результаті численних біомеханічних досліджень спортивної техніки було видано СРСР навчальний посібник " Біомеханіка фізичних вправ " під ред. Е. А. Котикової (1939). У підручниках з теорії та методики спортивних дисциплін ( легка атлетика, гімнастика, лижний спорт та ін.) стали з'являтися розділи, присвячені біомеханічного аналізуспортивної техніки. Би. ф. у. продовжувала формуватися як навчальний предмет у ленінградському, а й у московському, харківському, тбіліському, мінському та інших. інститутах физич. культури. Розширилися методи досліджень з допомогою використання системи апаратів В. М. Абалакова, залучення методів електрозапису. Біомеханічні дослідження стали застосовуватися як для аналізу спортивної техніки, але й обгрунтування методики навчання техніці і вдосконалення у ній. Цим було започатковано вивчення загальних біомеханічних закономірностей рухових актів, дослідження структури окремих групфізич. вправ (стартові рухи, обертання, рухи поза опорою та ін.), виявлення динаміки формування рухових навичок, дослідження факторів високої ефективності спортивної техніки, вікових особливостеймоторики, зв'язку вдосконалення техніки з фізич. розвитком та ін. проблем.

Розробка названих питань сприяє розвитку теорії та методики спортивного тренування, вирішення багатьох питань теорії та практики застосування фізич. вправ.

Література: Сєченов І. М. Нарис робочих рухів людини. 1901. Лесгафт П. Ф. Основи теоретичної анатомії, Т. I та II. 1905 – 1906. Лесгафт П. Ф. Посібник із фізичної освіти дітей шкільного віку. 1955. Попова Т. М. та Могилянська З. В. Техніка вивчення рухів. Л. М., 1934. Конради Г. П., Слонім А. Д., Фарфель B. C. фізіологія праці. М., 1935. Біомеханіка фізичних вправ, навчальний посібник за ред. Є. А. Котикової. М., 1939. Ухтомський А. А. Біомеханіка, зібр. тв., т. III, гл VII. Л., 1951. Миколаїв Л. П. Біомеханічні засади протезування. І., 1954. Іваницький М. Ф. Анатомія людини, т. I. M., 1956. Виноградов М. І. Фізіологія трудових процесів. Л., 1958. Донський Д. Д. Біомеханіка фізичних вправ. М., 1960.

Джерела:

1. Енциклопедичний словник з фізичної культури та спорту. Том 1. Гол. ред.- Г. І. Кукушкін. М., "Фізкультура та спорт", 1961. 368 с.

Навіщо нам біомеханіка? У світі помилок фітнесу та бодібілдингу (а їх дуже багато, і ними керуються) необхідно зробити той самий ґрунтовний крок, який дозволить науково довести роботу м'язових груп у різних вправах.

У свою чергу, це дозволить нам робити правильно вправи та правильно будувати свій тренувальний процесщоб стежити за відновленням м'язових груп і давати адекватне навантаження, мати збалансовану мускулатуру, здорову поставу. Малюнки робитимуться в паїнті від руки із відповідною якістю.

Для розуміння роботи м'язів в ідеалі необхідні знання функціональної анатомії. Для цього я даватиму інформацію про це, але без картинок. Все, що я писатиму, щодо анатомії, можна знайти в книгах з анатомії та перевірити справжність інформації. Усі анатомічні назви горбків, шорсткостей, відростків, кісток та ін. можна знайти на картинках в інтернеті.

Розберемо деякі поняття кінематики, динаміки, біомеханіки.

1. Поступальний рух - це такий рух тіла, при якому всі його точки рухаються з однаковою швидкістю і траєкторією.
   2. Обертальний рух - це рух, при якому різні точки рухаються по колу, а точки, що лежать на осі обертання, залишаються нерухомими.
   3. Сила - міра механічної взаємодії тіл у поступальному русі.
   4. Момент сили - міра механічної взаємодії тіл у обертальному русі. Момент сили чисельно дорівнює добутку сили її плечі.
   5. Плече сили – найкоротша відстань від осі обертання до лінії, вздовж якої діє сила.
   6. Маса - міра інертності тіла у поступальному русі.
   7. Момент інерції – міра інертності тіла у обертальному русі. Його величина визначається добутком маси тіла на радіус інерції у квадраті.
   8. Кінематична пара - це дві ланки, з'єднані між собою рухомо. Прикладом можуть бути дві кістки, з'єднані суглобом.
   9. Кінематичний ланцюг - послідовне або розгалужене з'єднання кінематичних пар. Бувають замкнені та не замкнуті ланцюги.
   10. Ступінь свободи – кількість незалежних кутових та лінійних переміщень тіла. Наприклад, ліктьовий суглоб має два ступені вободи - згинання та розгинання, супінація та пронація, тут кутове переміщення тіла.
   11. Важіль - це тверде тіло, яке може обертатися під дією прикладених сил (плечі та передпліччя, сила тяги додається через роботу біцепса)
   Для простоти поняття представимо скелет людини та суглоби, в яких обертаються кістки. М'язами в біомеханіці будуть служити мотузочки, які кріпляться до кісток і змушують рухатися кінематичні пари, ланцюги. М'язи не можуть штовхати, вони лише тягнуть, скорочуючись.
   

Зовнішні сили, що діють на кістки та м'язи – це обтяження у вигляді вільних ваг та тренажерів, блокових пристроїв. Внутрішні активні сили - це скорочення м'язів (долаючий, поступається, ізотонічний і т.д.). Внутрішні пасивні сили – це сила сполучної тканини, сила пружності м'язів, фасцій, сухожиль, шкіри.

Внутрішні активні сили витрачають енергію АТФ, решта сил йдуть без витрат АТФ. Зовнішні сили в тренажерах та вільних терезах працюють за рахунок гравітації, або за допомогою гідравліки, тиску повітрям, залежно від улаштування тренажера. Вага власного тіла також вважається зовнішньою силою.

Основні режими роботи м'язів.

Подолаючий, динамічний, концентричний режим - це скорочення, у якому довжина м'язи зменшується. Під основними робочими м'язовими групами вправі маються на увазі саме агоністи.
Ексцентричний режим, що поступається, - це таке скорочення, при якому довжина м'язів збільшується.
Ізометричний чи статичний режим – довжина м'яза не змінюється, але є напруга
Ізотонічний режим – довжина м'язів змінюється, напруга залишається.
Стабілізатори - м'язи, які стабілізують сегменти тіла, наприклад лопатку, щодо хребта, працюючи у статичному режимі
Агоністи - м'язи, що виконують основну роль у русі, скорочуючи свою довжину
Синергісти - м'язи, що допомагають агоністам в основному русі
Антагоністи – м'язи, що розтягуються, при скороченні агоністів. Агоністи через нервову системувідключають динамічну роботу антагоністів, щоб рух був можливим без перешкод. Приклад: - при скороченні трицепси на верхньому блоці (розгинання рук у верхнього блоку), біцепси не можуть скорочуватися в динамічному режимі, вони розслаблюються та розтягуються.