Биомеханика двигательной деятельности


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Материалы

для слушателей МРЦПК и ППК, обучающихся по дополнительной

профессиональной образовательной программе профессиональной

переподготовки «Физическая культура и спорт», реализуемой по

пр
о
филю основной профессиональной образовательной программы

03
2101.65 «Физическая культура и спорт»


ДИСЦИПЛИНА «БИОМЕХАНИКА
»


1.
ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ


Определение биомеханики физических упражнений как дисциплины
учебного плана.

Биомеханика
двигательной деятельности



учение о двигательных
возможностях и двигательной де
ятельности человека и животных.

Она является
разделом биофизики, в котором изучаются механические свойства тканей,
органов и систем живого организма и механические явления, сопровождающие
процессы жизнедеятельности.

Термин биомеханика составлен из двух гре
ческих слов: bios


жизнь и
mexane


орудие.

Как известно, механика


это раздел физики, изучающий механическое
движение и механическое взаимодействие материальных тел.

Отсюда понятно, что биомеханика


это раздел науки, изучающий
двигательные возможност
и и двигательную деятельность живых существ.

Центральным разделом биомеханики является биомеханика физических
упражнений.

Она изучает двигательную деятельность человека во время спортивных
тренировок и соревнований и в процессе занятий массовыми и
оздоров
ительными формами физической культуры, в том числе на уроках
физкультуры в школе.

Непрерывно совершенствуясь, биомеханика физических упражнений
постепенно преобразуется в биомеханику двигательной активности,
охватывающую все стороны двигательной деятельно
сти человека.

1.2. Этапы развития Биомеханики.


В процессе развития человеческого общества биомеханика прошла через
ряд этапов и развивалась параллельно с другими естественными науками, в
частности, с такими точными науками как математика и теоретическая и

прикладная механика.

Истоки биомеханики прослеживаются ещѐ в античной науке в работах
выдающегося древнегреческого ученого Аристотеля (IV век до н. э.) и римского
врача школы гладиаторов Клавдия Галена (II век н.э.). В этих работах
анализировались движен
ия животных и человека. В частности, Гален первым
экспериментально установил связь работы мышц с суставными движениями.
Однако только великий Леонардо да Винчи (1452


1519)


впервые высказал, казалось бы, совершенно очевидную (но очевидную для
нашего

вре
мени) мысль о том, что законы механики приложимы и к
исследованию движений живых существ. Поэтому можно считать, что


Первый этап

развития биомеханики охватывает период с XV по XIX в.в.
(вплоть до изобретения фотографии). Содержание этого этапа составляют

поиски метода исследования и развитие математического аппарата, пригодного
для описания движения живых объектов.

Второй этап
(приблизительно 1870


1925 г.г.)

связан с появлением
моментальной фотографии (во всех ее проявлениях, в том числе, в современной
кино и видеосъемке), которая практически сразу же стала мощным средством
изучения движения живых существ. К началу этого этапа уже был собран
значительный материал по кинематике движений человека, в частности, по
кинематике ходьбы. Немецкие ученые Вильгель
м Брауне и Отто Фишер
основные свои усилия сосредоточили на изучении динамики двигательных
действий. Применение фотографии многократно увеличило объем фактического
материала по этой проблеме. Однако анализ ходьбы практически ничего не
добавил к существовав
шим представлениям о механике ходьбы и потому не
смог показать перспективы развития техники этого способа передвижения
человека. Объясняется происшедшее тем, что обильные, но разрозненные
экспериментальные данные авторам не удалось связать в нечто единое,
логически целое. Вместе с тем, О. Фишер

впервые предложил использовать
математическое моделирование

как метод
изучения движений человека. В частности, была предложена упрощенная
модель тела человека как совокупность нескольких твердых тел. Это новое
напра
вление в биомеханике в то время не нашло последователей и оказалось
невостребованным, в первую очередь, вследствие отсутствия математического
аппарата, позволяющего интегрировать нелинейные дифференциальные
уравнения, описывающие некоторые суставные движен
ия.

Третий этап
можно определить как этап накопления кинематических и
динамических параметров бытовых, трудовых двигательных действий и
физических упражнений (этот этап продолжается до настоящего времени).
Большой вклад в изучение трудовых движений и таких

основных способов
передвижения человека, как ходьба и бег внес Николай Александрович
Бернштейн. Начав свои исследования в начале 20
-
х годов, он значительно
усовершенствовал классический циклограмметрический метод регистрации
движений.

Однако основной вкла
д Н.А. Бернштейна в биомеханику состоял в том, что
он впервые в мире стал изучать движения человека не только для того, чтобы
описать их, а, в первую очередь, для того, чтобы понять, как осуществляется
управление ими. В 1928 году им были открыты и описаны
такие
фундаментальные явления в управлении двигательными действиями, как
сенсорные коррекции.

Спустя 20 (!!!) лет создатель кибернетики Норберт Винер в своей книге
«Кибернетика» (с подзаголовком «Наука об управлении и связи в живом
организме и машине») наз
вал такого рода явления «обратными связями».
Сейчас общепризнанно, что без обратных связей эффективное управление в
любой сфере деятельности невозможно.

Накопление информации о всевозможных двигательных действиях
человека привело к попыткам теоретического
ее осмысления. Становилось все
более понятным, что решить вопросы функционирования живого организма без
привлечения знаний из смежных областей: физиологии, биохимии, психологии


невозможно. Появились новые термины: «физиология активности» (Н.А.
Бернштейн)
, «кинезеология» (В.Б. Коренберг).

С позиций же тренеров
-
практиков целью биомеханического анализа
должно быть отыскание ответов на вопросы:
«чему учить?» и «как учить?».

Конкретного ответа на эти вопросы не было. Подтверждением этого вывода
могут служить
следующие результаты анализа характера информации в
учебниках и учебных пособиях.



Поэтому в целом данный
четвертый этап

можно охарактеризовать как до
некоторой степени кризисный.

Вместе с тем, история науки свидетельствует о том, что в развитии какой
-
л
ибо достаточно узкой естественнонаучной области наступает момент, когда
происходит разделение ее на собственно теоретическую науку и основанную на
знании теории сферу приложений. Так, на базе знаний о строении земной коры
(знаний, даваемых наукой геологией
) развивается сфера приложений


горное
дело, наряду с разделами чистой математики, такими, как, скажем, алгебра или
топология, существует прикладная математика и т.д.

Подобная необходимость выделения и развития прикладной сферы назрела
и в биомеханике. На

наш взгляд, прикладная биомеханика должна основываться
на идеях математического моделирования, которые выдвигал еще О. Фишер. За
более чем столетний период времени, прошедший с тех пор, большинство
преград, препятствовавших внедрению данного подхода к реш
ению задач
биомеханического анализа, оказались снятыми. Развился математический
аппарат, позволивший, используя численные методы, решать с любой степенью
точности прежде неразрешимые задачи. Возникла и усовершенствовалась
компьютерная техника, на базе испо
льзования которой созданы системы
компьютерной математики, такие как Mathematic, Maple, MathCAD и т.д. Кроме
того, пришло осознание того, что движение спортсмена или, обобщая, любое
двигательное действие может быть проанализировано с позиций динамического
программирования, то есть, метода оптимизации пошагового процесса, в
котором, идя в анализе от конечного, желаемого результата назад, к
предыдущему этапу движения, можно выбрать этот этап таким, чтобы переход
от него к следующему (в данном случае конечному
) был оптимальным. И так
далее. Решение данной проблемы было не за горами.

2. Кинематика. Система отсчета. Пространственные, пространственно
-
временные характеристики движения точки


2.1. Понятие системы отсчета (тело отсчета, начало отсчета, единицы
отсч
ета, инерциальность системы отсчета).


Движущиеся тела изменяют своѐ положение относительно других тел.
Положение автомобиля, мчащегося по шоссе, изменяется относительно
указателей на километровых столбах, положение корабля, плывущего в море
недалеко от бе
рега, меняется относительно береговой линии, а о движении
самолѐта, летящего над землей, можно судить по изменению его положения
относительно поверхности Земли. Механическое движение


это процесс
изменения относительного положения тел в пространстве с теч
ением времени.
Можно показать, что одно и то же тело может по
-
разному перемещаться
относительно других тел.

Таким образом говорить о том, что какое
-
то тело движется, можно лишь
тогда, когда ясно, относительно какого другого тела


тела отсчета
,
изменилось
его положение.

Относительность механического движения



это зависимость траектории
движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы
отсчѐта.

Система отсчета.

Система отсчѐта


это совокупность тела отсчета,
связанной с ним системы
координат и системы отсчѐта времени, по отношению
к которым рассматривается движение (или равновесие) каких
-
либо
материальных точек или тел

Тело, условно считаемое неподвижным, относительно которого
отсчитывается положение других тел


называется
телом отс
чета.
Для
практического определения положения исследуемых объектов в пространстве
вводятся такие понятия как
начало отсчета
расстояний,
направление
отсчета
расстояний и
единицы отсчета.

В качестве начала отсчета используется точка, выбранная на теле отсчет
а.
Направление задается осями координат, проведенными из выбранного начала, а
в качестве единиц отсчета расстояний используется метр. Единицы отсчета
можно представить в виде оцифровки осей координат.

Системы отсчета делятся на две группы. Это системы
инер
циальные
и
неинерциальные.

При кинематическом описании движения тела выбор
системы отсчета не играет существенной роли, в то время как при анализе
динамики (она будет рассматриваться несколько позднее) этот момент имеет
очень важное значение. Здесь огранич
имся лишь указанием того, что
инерциальными системами отсчета являются имеющие тело отсчета покоящееся,
либо движугающееся равномерно и прямолинейно. В других случаях система
считается неинерциальной.

И так,
Инерциальная система отсчѐта

(ИСО)


система от
счѐта, в
которой справедлив первый закон Ньютона (закон инерции):


все свободные
тела (то есть такие, на которые не действуют внешние силы или действие
этих сил компенсируется) движутся прямолинейно и равномерно или
покоятся.

Заметим, что в природе не сущ
ествует строго инерциальных систем отсчета,
однако, с определенной степенью приближенности, при анализе спортивных
движений таковой можно считать систему, связанную с поверхностью земли,
полом или стенами спортивного зала и т.д.





2.2. Пространственные х
арактеристики движения (траектория, путь,
перемещение).



При анализе пространственного движения любой точки тела спортсмена
используются такие понятия как
траектория
,
путь

и
перемещение
.

Траектория точки



это воображаемый след точки тела при ее движении
в
ходе выполнения двигательного действия. Траектория может быть
прямолинейной или криволинейной. В последнем случае она может
характеризоваться кривизной или радиусом кривизны, который, вообще говоря,
может изменяться.




Рисунок 2.3 Траектория бьющей точ
ки тела спортсмена, при выполнении
удара в каратэ


По траектории можно судить об эффективности двигательного действия.
Так, при выполнении спринтерского бега на 100 метров точки туловища
спортсменов движутся по траекториям, представленным на рис. 3 и имеющ
им
вид волнистых линий. Если измерить длину траектории у спортсмена А и Б, то
результаты будут заметно отличаться не только между собой, но и от величины
дистанции, заметно превосходя ее.




Рис. 2.4. Пример траектории движения одной из точек тела спринт
ера


Путь


расстояние, проходимое точкой вдоль траектории (длина
траектории). Пройденный путь мы будем обозначать буквой S. В качестве
единицы измерения пути выступает метр.

Линейное перемещение


это отрезок прямой, соединяющий начальное и
конечное полож
ения точки. Перемещение является векторной величиной и
обозначается S. Оно изображается (рис. 4) в виде стрелки, берущей начало в
исходном положении точки и оканчивающейся в конечном ее положении.
Величина перемещения определяется длиной вектора.


Рис. 2.
5. Линейное и угловое перемещение точки


Для приведенного примера перемещение спортсменов от старта до финиша
можно считать приблизительно равным 100 метров, в то время как путь,
пройденный при этом точками тела спортсменов, будет различен.

Численное знач
ение перемещения совпадает с величиной пройденного пути
только при строго прямолинейном движении.

В процессе выполнения спортивных движений точки тела человека могут
изменять свое угловое положение относительно выбранной системы координат.
Для анализа так
их ситуаций используется понятие "
угловое перемещение
".
Угловым перемещением является разность угловых координат конечного и
начального положений рассматриваемой точки. Вектор углового перемещения
обозначается
φ
, а его направление находят по известному пра
вилу буравчика.
Вектор углового перемещения направлен перпендикулярно плоскости, в
которой поворачивается радиус
-
вектор рассматриваемой точки в направлении
движения острия буравчика, если его рукоятка вращается вместе с радиусом
-
вектором. При плоском движе
нии угловое перемещение против часовой стрелки
имеет знак "плюс", при этом его вектор направлен "на наблюдателя".


2.3. Временные характеристики движения (момент времени, промежуток
времени, темп, ритм).



Любые перемещения физических тел происходят в прос
транстве с течением
времени. Временной аспект движения особенно важен в спорте, где
соревновательный результат очень часто зависит от времени прохождения
дистанции, совершения того или иного двигательного действия. В процессе
биомеханического анализа двига
тельных действий наиболее часто
используются такие понятия как
момент времени, длительность движения,
темп

и
ритм.

Момент времени


это временная точка. Например


начало или окончание
упражнения. Момент времени имеет цифровой или буквенный индекс,
соответ
ствующие рассматриваемым положениям. Момент времени t
определяется количеством единиц времени, прошедших от начала его отсчета
до интересующей ситуации. Обычно обозначение Например, обозначения t
1
, и t
2
,
могут соответственно обозначать моменты времени, отв
ечающие положениям
тела спортсмена 1, и 2, а t
к



моменту окончания движения или какой
-
либо его
части.

Промежуток времени определяется как разность двух последовательных
моментов времени: t
12

= t
2



t
1
.

Длительность движения t


это промежуток времени, про
шедший от
момента начала движения до момента его окончания: t = t
К



t
Н
.

Темп движения



характеристика, используемая для циклических действий.
Она показывает, сколько движений выполняется в единицу времени. Например,
во время соревнований по академической

гребле спортсмен может двигаться по
дистанции с темпом 30 гребков в минуту или, если строго придерживаться
системы единиц СИ, такой темп будет соответствовать 0,5 (1/с) или 0,5 герца.
Темп движения определяется как величина, обратная его длительности: n =

1/t.

Ритм движения



это соотношение длительностей частей двигательного
действия. Например, при выполнении броска спортивной борьбы движение
спортсмена делится на несколько фаз: подготовительную, основную и
завершающую. При выполнении классического толчка

штанги выделяются
фазы подъема штанги на грудь, вставания и собственно толчка. Ритм движения
в данном случае можно представить в виде отношения длительностей его
частей:t
12

: t
23

: t
34.

Изучение ритма движения является важным показателем при анализе
техн
ики спортивного движения. В частности, в приведенном примере, если
спортсмен слишком долго находится со штангой на груди, особенно в
положении приседа, произойдет изменение соотношения времени в пользу фазы
подъема штанги на грудь, что может заметно снизит
ь эффективность всего
двигательного действия.


2.4. Пространственно
-
временные характеристики прямолинейного
движения (скорость, ускорение).


При биомеханическом анализе спортивных движений важнейшее значение
имеют пространственно
-
временные характеристики


скорость

и
ускорение
.
Поскольку перемещения точки могут рассматриваться как линейные и угловые,
в последнем случае к названию скорость и ускорение будет добавляться слово
"угловые". При его отсутствии мы будем иметь в виду линейные скорости и
ускорения.

С
корость точки (линейная) показывает, насколько быстро изменяется ее
положение в пространстве с течением времени. В биомеханике используются
два варианта определения скорости. Скорость может быть
средней

или
мгновенной
.

Средняя скорость находится как отноше
ние пути, пройденного точкой, к
длительности данного движения:


V

=
S
/
t




(1.1)


Средняя скорость характеризует перемещение точки тела в пространстве в
целом за относительно большой промежуток времени. Например, если спринтер
А из приведенного выше (см. п
. 1.3) примера преодолел дистанцию 100 м за 10
секунд, то его средняя скорость оказывается равной 10 м/с. Такая скорость не
отражает характерных особенностей прохождения дистанции. В частности, мы
ничего не можем сказать о том, как изменялась скорость в на
чале, в середине
дистанции и на ее финише. В связи с этим средняя скорость чаще всего
используется в житейском обиходе, а также для приближенной оценки
двигательных действий в спорте.

Наиболее точно движение точек тела спортсмена характеризует мгновенная
с
корость. Она определяется отношением перемещения точки за предельно
малый промежуток времени к величине этого промежутка.




S

d
S

V

=
lim



=


.




(1.2)




t
0

t

dt

В математических терминах мгновенная скорость представляет собой
п
ервую производную по времени от перемещения.

Мгновенная скорость может быть определена в любой момент времени. В
частности, в приведенном примере со спринтером большой интерес могут
представлять значения скорости через каждую 0,1 с или 0,01 с во время
стар
тового разгона или во время прохождения середины дистанции.

Мгновенная скорость является векторной величиной, ее направление
совпадает с направлением вектора перемещения.

При выполнении спортивного движения скорость точек тела человека
практически всегда и
зменяется с течением времени. Для характеристики того,
как быстро происходит изменение скорости движения, вводится понятие
ускорения
.

Ускорение, как и скорость, может быть средним и мгновенным. Все зависит
от величины промежутка времени, в течение которого

определяется характер
изменения скорости. Для среднего ускорения указанный промежуток времени
имеет конечную измеримую величину. Среднее ускорение определяется по
формуле:

V
2



V
1

а
=
—————

,




(1.3)


t
12

где
V
2


вектор скорости в момент времени t
2
;
V
1



вектор скорости в момент
времени t
1
; t
12
= t
2


t
1



промежуток времени, в течение которого произошло
изменение скорости.

При нахождении мгновенного ускорения промежуток времени должен быть
бесконечно малым. Мгновенное ускорение определяется как предел

отношения,
аналогичного приведенному в формуле (1.3), при бесконечном уменьшении
промежутка времени (1.4).

Мгновенное ускорение в математических терминах определяется как первая
производная по времени от скорости или как вторая производная по времени от
п
еремещения точки.


V
2



V
1

d
V

d
2
S

а
= lim
————

=


=
——


(1.4)


t0




t
12

dt


dt
2

Ускорение является векторной величиной. Его направление совпадает с
направлением вектора изменения скорости
V
2



V
1
.

Мгновенные знач
ения скорости и ускорения являются абстрактными
величинами. При решении реальных задач биомеханического исследования
спортивных движений мгновенными практически можно считать значения
скорости и ускорения для промежутков времени 0,01 с и менее.


Законы Нью
тона для поступательного и вращательного движений.


Формулировка законов Ньютона зависит от характера движения тел,
которое можно представить как совокупность поступательного и вращательного
движений.

При описании законов динамики поступательного движения
следует
учитывать, что все точки физического тела движутся одинаково, и для описания
закономерностей этого движения можно заменить все тело одной точкой,
содержащей количество вещества, соответствующее всему телу. В данном
случае закон движения тела как це
лого в пространстве не будет отличаться от
закона движения указанной точки.

Первый закон Ньютона

устанавливает причину, вызывающую движение
или изменяющую его скорость. Такой причиной является взаимодействие тела с
другими телами. Это отмечено в одной из ф
ормулировок первого закона
Ньютона: "Если на тело не действуют другие тела, то оно сохраняет состояние
покоя или равномерного прямолинейного движения".

Мерой взаимодействия тел, в результате которого изменяется характер их
движения, является сила. Таким об
разом, если какое
-
либо физическое тело,
например тело спортсмена, приобрело ускорение, то причину следует искать в
действии силы со стороны другого тела.

Используя понятие силы, можно сформулировать первый закон Ньютона и
по
-
другому: "Если на тело не дейс
твуют силы, то оно сохраняет состояние
покоя или равномерного прямолинейного движения".

Второй закон Ньютона

устанавливает количественную связь между силой
взаимодействия тел и приобретаемым ускорением. Так, при поступательном
движении приобретаемое телом
ускорение прямо пропорционально
действующей на тело силе. Чем больше указанная сила, тем большее ускорение
приобретает тело.

Для учета свойств взаимодействующих тел, проявляющихся при сообщении
им ускорения, вводится коэффициент пропорциональности между си
лой и
ускорением, который называется массой тела. Введение массы позволяет
записать второй закон Ньютона в виде:

F

a

=
——

(2.1)

m

где
а



вектор ускорения;
F



вектор силы; m


масса тела.

Следует обратить внимание, что в приведенной формуле ускорение и с
ила


векторы, следовательно, они не только связаны пропорциональной
зависимостью, но и совпадают по направлению.

Массу тела, вводимую вторым законом Ньютона, связывают с таким
свойством тел, как инертность. Она является мерой данного свойства.
Инертность
тела представляет собой его способность сопротивляться
изменению скорости. Так, тело, обладающее большой массой и, соответственно,
инертностью, трудно разогнать и не менее трудно остановить.

Введем важное понятие центра тяжести тела, которое широко использ
уется
в различных задачах биомеханики двигательной деятельности.

Центр тяжести тела (ЦТ)


это точка, к которой приложена
равнодействующая сил тяжести всех точек тела. С помощью ЦТ решаются
задачи об устойчивом положении тела, движении тела и т. д. Часто у
добно
заменить тело материальной точкой


ЦТ.


Третий закон Ньютона

дает ответ на вопрос о том, как именно
взаимодействуют тела. Он утверждает, что при взаимодействии тел сила
действия со стороны одного тела на другое равна по величине и
противоположна по
направлению силе, действующей со стороны другого тела
на первое.

Например, толкатель ядра, разгоняя свой снаряд, действует на него с
определенной силой
F
, одновременно такая же по величине, но
противоположная по направлению сила действует на кисть спортсме
на и через
нее на все тело в целом. Если это не учитывать, атлет может не удержаться в
пределах сектора для метания, и попытка не будет засчитана.

В случае, если физическое тело взаимодействует одновременно с
несколькими телами, все действующие силы склады
ваются по правилу
сложения векторов. В таком случае в первом и втором законах Ньютона имеется
в виду равнодействующая всех сил, действующих на тело.


Динамические характеристики поступательного движения (сила, масса).


Мерой взаимодействия тел, в результа
те которого изменяется характер их
движения, является сила. Таким образом, если какое
-
либо физическое тело,
например тело спортсмена, приобрело ускорение, то причину следует искать в
действии силы со стороны другого тела. Например, при выполнении прыжка в
высоту, вертикальная скорость тела спортсмена после отрыва от опоры до
достижения наивысшего положения все время уменьшается. Причиной этого
является сила взаимодействия тела спортсмена и земли


сила земного
тяготения. В гребле как причиной ускорения лодк
и, так и причиной ее
замедления, является сила сопротивления воды. В одном случае она,
воздействуя на корпус лодки, замедляет движение, а в другом, взаимодействуя с
веслом, увеличивает скорость судна. Как видно из приведенных примеров, силы
могут действова
ть как на расстоянии, так и при непосредственном контакте
взаимодействующих объектов.

Известно, что одна и та же сила, действуя на разные тела, приводит к
различным результатам. Например, если борец среднего веса пытается толкнуть
соперника своей весовой к
атегории, а затем атлета тяжелого веса, то ускорения,
приобретаемые в обоих случаях, будут заметно различаться. Так, тело
соперника
-
средневеса приобретет большее ускорение, чем в случае соперника
-
тяжеловеса.

Для учета свойств взаимодействующих тел, проявля
ющихся при сообщении
им ускорения, вводится коэффициент пропорциональности между силой и
ускорением, который называется массой тела.

Если говорить более строго, то если на разные тела действовать одной и той
же силой, то наиболее быстрое изменение скорост
и за один и тот же
промежуток времени будет наблюдаться у наименее массивного тела, а
наиболее медленное


у наиболее массивного.



Динамические характеристики вращательного движения (момент силы,
момент инерции).


В случае вращательного движения тела, сфо
рмулированные законы
динамики также справедливы, однако в них используются несколько другие
понятия. В частности, "сила" заменяется на "момент силы", а "масса"


на
момент инерции.

Момент силы

является мерой взаимодействия тел при вращательном
движении. Он

определяется произведением величины силы на плечо этой силы
относительно оси вращения. Плечом силы называется кратчайшее расстояние от
оси вращения до линии действия силы. Так, при выполнении большого оборота
на перекладине в ситуации, представленной на р
ис. 13, спортсмен совершает
вращательное движение под действием силы тяжести. Величина момента силы
определяется силой тяжести mg и плечом этой силы относительно оси вращения
d. В процессе выполнения большого оборота вращающее действие силы
тяжести изменяе
тся в соответствии с изменением величины плеча силы.



Рис. 13. Момент силы тяжести при выполнении большого оборота на
перекладине


Так, минимальное значение момента силы будет наблюдаться в верхнем и
нижнем положениях, а максимальное


при расположении
тела, близком к
горизонтальному. Момент силы является вектором. Его направление
перпендикулярно плоскости вращения и определяется по правилу "буравчика".
В частности, для ситуации, представленной на рис., вектор момента силы
направлен "от наблюдателя" и им
еет знак "минус".

В случае плоских движений знак момента силы удобно определять из
следующих соображений: если сила действует на плечо, стремясь повернуть его
в направлении "против часовой стрелки", то такой момент силы имеет знак
"плюс", а если "по часово
й стрелке"


то знак "минус".

Согласно первому закону динамики вращательного движения, тело
сохраняет состояние покоя (в отношении вращательного движения) или
равномерного вращения при отсутствии действующих на него моментов сил
или равенстве нулю суммарно
го момента.

Второй закон Ньютона для вращательного движения имеет вид:


M

Ɛ

=
———





(2.2)

J


где
Ɛ



угловое ускорение;

М



момент силы; J


момент инерции тела.

Согласно данному закону, угловое ускорение тела прямо пропорционально
действующему на него м
оменту силы и обратно пропорционально его моменту
инерции.

Момент инерции

является мерой инертности тела при вращательном
движении. Для материальной точки массы m, расположенной на расстоянии r от
оси вращения, момент инерции определяется как J = mr
2
. В сл
учае твердого тела
полный момент инерции определяется как сумма моментов инерции
составляющих его точек и находится с помощью математической операции
интегрирования.



Основные силы, имеющие место при выполнении физических упражнений.


Сила тяжести тела, н
аходящегося вблизи поверхности земли, может быть
определена массой тела m и ускорением свободного падения g:

F

=
m
g




(2.30)


Сила тяжести, действующая на физическое тело со стороны земли, всегда
направлена вертикально вниз и приложена в общем центре тяже
сти тела.

Сила реакции опоры

действует на физическое тело со стороны
поверхности опоры и может быть разложена на две составляющие


вертикальную и горизонтальную. Горизонтальная в большинстве случаев
представляет собой силу трения, закономерности которой б
удут рассмотрены
ниже. Вертикальная реакция опоры численно определяется следующим
соотношением:


R

=
m
а + mg




(2.31)


где а


ускорение центра масс тела, находящегося в контакте с опорой.

Сила трения
. Сила трения может проявлять себя двояко. Это может бы
ть
сила трения, возникающая при ходьбе и беге, как горизонтальная реакция
опоры. В таком случае, как правило, звено тела, взаимодействующее с опорой,
не перемещается относительно последней, и сила трения называется "силой
трения
-
покоя". В других случаях им
еет место относительное перемещение
взаимодействующих звеньев, и возникающая сила представляет собой силу
трения
-
скольжения. Следует отметить, что существует сила трения,
воздействующая на перекатываемый объект, например, на мяч или колесо


трение
-
качения
, однако, численные соотношения, определяющие величину
такой силы, аналогичны имеющим место при трении
-
скольжении, и мы не
будем рассматривать их отдельно.

Величина трения
-
покоя равна величине прилагаемой силы, стремящейся
сдвинуть тело. Такая ситуация наи
более характерна для бобслея. Если
перемещаемый снаряд находятся в покое, то для начала его перемещения
необходимо приложить определенную силу. При этом снаряд начнет
перемещаться только тогда, когда данная сила достигнет некоторого
предельного значения. П
оследнее зависит от состояния соприкасающихся
поверхностей и от силы давления тела на опору.

При превышении сдвигающей силой предельного значения, тело начинает
перемещаться, скользить. Здесь сила трения
-
скольжения становится несколько
меньше предельного з
начения трения
-
покоя, при котором начинается движение.
В дальнейшем она в некоторой степени зависит от относительной скорости
перемещаемых друг относительно друга поверхностей, однако для большинства
спортивных движений можно считать ее приблизительно пост
оянной,
определяемой следующим соотношением:


F

=
kR




(2.32)


где k


коэффициент трения, а R


нормальная (перпендикулярная к
поверхности) составляющая реакции опоры.

Силы трения в спортивных движениях выполняют, как правило, и
положительную и отрицател
ьную роль. С одной стороны, без силы трения
невозможно обеспечить горизонтальное перемещение тела спортсмена.
Например, во всех дисциплинах, связанных с бегом, прыжками, в спортивных
играх и единоборствах стремятся увеличить коэффициент трения между
спорти
вной обувью и поверхностью опоры. С другой стороны, во время
соревнований по лыжному спорту, прыжкам с трамплина на лыжах, по санному
спорту, бобслею, скоростному спуску первейшей задачей, обеспечивающей
высокий спортивный результат, является уменьшение в
еличины трения. Здесь
это достигается подбором соответствующих материалов для лыж и санных
полозьев или обеспечением соответствующей смазки.

Сила трения является основой для создания целого класса тренажерных
устройств, для развития специфических качеств с
портсмена, таких, как сила и
выносливость. Например, в некоторых весьма распространенных конструкциях
велоэргометров сила трения вполне точно задает нагрузку для тренирующегося.

Силы сопротивления окружающей среды
. При выполнении спортивных
упражнений тел
о человека всегда испытывает действие окружающей среды.
Указанное действие может проявляться как в затруднении перемещений, так и
обеспечивать возможность последнего.

Сила, действующая со стороны налетающего на движущееся тело потока,
может быть представл
ена состоящей из двух слагаемых. Это


сила лобового
сопротивления
, направленная в сторону, противоположную движению тела, и
подъемная сила
, действующая перпендикулярно направлению движения. При
выполнении спортивных движений силы сопротивления зависят от
плотности
среды , скорости тела V относительно среды, площади тела S (рис. 24),
перпендикулярной налетающему потоку среды и коэффициента С, зависящего
от формы тела:


F
сопр

= СSV
2




(2.33)





Рис. 24. Площадь, перпендикулярная налетающему потоку,
опреде
ляющая величину силы

сопротивления.


Силы упругости
. Силы упругости возникают при изменении формы
(деформировании) различных физических тел, восстанавливающих
первоначальное состояние после устранения деформирующего фактора. С
такими телами спортсмен встре
чается при выполнении прыжков на батуте,
прыжков с шестом, при выполнении упражнений с резиновыми или
пружинными амортизаторами. Сила упругости зависит от свойств
деформируемого тела, выражаемых коэффициентом упругости К, и величины
изменения его формы l:


F
упр.

=


Кl





(2.35)


Выталкивающая сила зависит от величины объема V тела или его части,
погруженных в среду


воздух, воду или любую другую жидкость, плотности
среды и ускорения свободного падения g.


F

=
Vg




(2.34)

Энергетические характеристики д
вигательных действий (работа,
мощность,

энергия).


Количественную связь между особенностями макроскопических движений
тела человека или отдельных его частей и микроскопическими процессами
различной природы, происходящими внутри организма
,

отражают так
назы
ваемые энергетические характеристики
,

которые являются в этом
отношении универсальными. Таковыми являются работа силы, мощность и
энергия.

Работой силы

называется произведение величины силы на расстояние,
пройденное телом в направлении действия этой силы.
В общем виде работа
силы определяется в соответствии со следующей формулой (рис.

30):

A

=
F
.
S
.
cos




(2.41)


где
F



действующая сила;
S



перемещение;



угол между

направлением
векторов силы и перемещения.



Рис.

30
. Пример определения работы силы


Мощность


это работа, выполняемая в единицу времени. Она
определяется по следующей формуле:

A

N

=
——

(2.43)

t


В зависимости от величины промежутка времени мощность может
рассматриваться как средняя или как мгновенная. По величине мощности,
развив
аемой при выполнении работы, часто судят о направленности
тренировочной нагрузки.

Для оценки эффективности выполняемой работы используется такая
характеристика, как коэффициент полезного действия (КПД). Он определяется
отношением работы полезной к выполне
нной и измеряется в процентах:



А
полез.

КПД =
————

100%

(2.44)

А
выполн
.


Величина КПД всегда меньше 100%.


Кинетическая и потенциальная энергия.


Способность
физического тела
совершить работу называется
механической
энергией
.

Механической энергией обладают

не только объекты, поднятые над
поверхностью земли, но и упругие тела. Так, при растягивании резинового
амортизатора спортсменом совершается работа против сил упругости, которая
приводит к накоплени
ю

энергии упругой деформации. При освобождении
одного из
концов амортизатора накопленная энергия освобождается,
обеспечивая встречное движение концов резинового жгута и выполняя
соответствующую механическую работу.

Энергия объекта, поднятого над поверхностью земли, деформированного
упругого тела носит название
п
отенциальной энергии
.

Как уже указывалось, величина потенциальной энергии определяется
работой силы, приводящей физическое тело в одно из описанных состояний.
Так, величина механической работы, совершаемой при поднятии тела на высоту
h

над поверхностью зем
ли, определяется как произведение силы тяжести
mg

на
перемещение вверх по вертикали
h

(
mgh
). Выполненная работа равна
накопленной телом потенциальной энерги
и
:


Е
пот

=
mgh

(2.46)


В случае упругой деформации потенциальная энергия определяется в
соответствии

со следующей формулой:


kx
2

Е
пот

=
———

(2.47)

2


где
k



коэффициент упругости деформируемого тела,
x



величи
на
деформации.

Работа, выполняемая силой, действующей на тело
,

может запасаться на
только в виде потенциальной энергии. Способностью сове
ршить работу
обладает любое движущееся тело. Например, тело, подброшенное вертикально
вверх
,

может в процессе подъема совершить определенную работу против силы
тяжести, скользящая по льду шайба совершает работу против силы трения.
Способность совершить раб
оту благодаря имеющейся скорости движения
называется
кинетической энергией
. Для поступательного движения
кинетическая энергия определяется по известной формуле:


mV
2

Е
кин

=
———

(2.48)

2


где
m



масса тела, а
V



скорость его движения.

Если тело вра
щается, оно также обладает кинетической энергией, которая
определяется по аналогичной формуле, в которой масса
m

заменяется моментом
инерции
J
, а скорость
V



угловой скоростью
:


J
2

Е
кин

=
———

(2.49)

2


В случае, если физическое тело совершает одно
временно поступательное и
вращательное движения, его полная кинетическая

энергия представляется
суммой энергий, соответствующих каждой

из перечисленных форм движения.


Закономерности полета спортивных снарядов (параметры, влияющие на
дальность полета).


За
кон движения ОЦТ брошенного под углом к горизонту тела определяется
уравнениями динамики, учитывающими, что по вертикали действует сила
тяжести, а по горизонтали внешних сил нет (силой сопротивления
пренебрегаем). Уравнения движения тела для такого случая
выглядят
следующим образом:


m
.
a
x

= 0

m
.
a
y

=
m
.
g

(2.52)


где
m



масса тела;
a
x

и
a
y



соответственно горизонтальное и вертикальное
ускорения;
g



ускорение свободного падения.

Предположим, что в момент начала полета тело имело скорость
V
,
направленную под

углом
a

к горизонтали (рис.

31)
,

и находилось на высоте
h
o

от
поверхности опоры.

Решением системы уравнений являются следующие соотношения:


X

=
V
.
cos
(
)
.
t

Y

=
h
o

+
V
.
sin
(
)
.
t



gt
2
/2

(2.53)


где t


текущее время.


Рис.

31. Параметры, определяющие особ
енности полета спортивного
снаряда


Время полета находится из второго уравнения последней системы, в которое
подставляется условие соприкосновения тела с опорой в конце полета (
Y

= 0).

Дальность полета тела определяется тремя параметрами. Это


значение
с
корости, сообщенной снаряду, угол вылета и высота точки вылета.
Наибольшее влияние на пролетаемое телом расстояние оказывает величина
скорости вылета.

Оптимальным углом вылета спортивного снаряда при условии, что в момент
вылета он расположен на поверхнос
ти земли (
h
o
=0), является угол

= 45
. При
наличии исходной высоты он несколько уменьшается. Так, при
h
o

= 1м
оптимальный угол вылета составляет 42 градуса, а при
h
o

= 1.5

м


41 градус.

Учет силы сопротивления окружающей среды несколько изменяет
описанну
ю выше картину движения спортивного снаряда. При этом действие
сил со стороны окружающей среды проявляется по нескольким направлениям.
Так, на движущееся тело действует сила лобового сопротивления, подъемная
сила, а также силы, связанные с вращением тела о
тносительно его ОЦТ во
время полета (эффект Магнуса).

Сила лобового сопротивления замедляет движение тела как в вертикальном,
так и в горизонтальном направлениях. Результатом ее действия на полет
спортивного снаряда является уменьшение дальности полета, по

сравнению с
о

случаем отсутствия сопротивления воздуха. Изменение высоты полета снаряда
под действием сил сопротивления зависит от образования подъемной силы и
влияния вращения тела. В случае снаряда типа ядра или молота действует
только сила лобового сопр
отивления и в таком случае происходит постепенное
замедление движения как по горизонтали, так и по вертикали.



Ударные взаимодействия, классификация ударов (упругие, неупругие, не
вполне упругие), коэффициент восстановления.


При выполнении спортивных д
вижений существует два способа сообщения
скорости спортивным снарядам. Это


разгон

перемещаемого объекта и
удар
.

При ударных взаимодействиях происходит
изменение

скорости в процессе
очень коротких взаимодействий, для которых характерны
значительные
силы
в
заимодействия. Сообщение скорости спортивным снарядам путем удара
характерно для волейбола, футбола, для некоторых хоккейных ударов. Кроме
этого
,

следует учитывать ударный характер взаимодействия спортивных
снарядов с опорой, с игроками.

Наиболее часто в с
порте имеют место ударные взаимодействия, связанные с
сообщением движения различного рода мячам. В таких ситуациях наиболее
характерным является случай, когда взаимодействуют два тела со значительно
отличающимися массами. Например, тело спортсмена и мяч пр
и ударе
футболиста или волейболиста, при соударении мяча или шайбы

с поверхностью
опоры, с бортиком, со штангой ворот. В связи с этим рассмотрим один из таких
характерных случаев, в частности, предположим, что происходит
взаимодействие мяча с горизонтальной поверхностью опоры (рис.

38).





Рис.

38. Взаимодействие мяча
с горизонтальной поверхностью при
вертикально направлен. скорости


В случае, когда мяч приближается к опоре, имея скорость
перпендикулярную к ее поверхности
,

и его вращение относительно ОЦТ
отсутствует, в процессе соударения не возникает сил, вызывающих от
клонение
направления вектора скорости от первоначального. После удара мяч отскочит,
имея скорость в направлении, противоположном первоначальному.

Величина скорости отскочившего мяча зависит от степени упругости
взаимодействия. Степень упругости при реальны
х ударных взаимодействиях
часто определяется
коэффициентом восстановления
,

представляющ
и
м собой
отношение скоростей до и после удара и имеющим численное значение в
пределах от 0
(
при абсолютно неупругом ударе
)

до 1
(
при абсолютно упругом
)
.
Промежуточные др
обные значения данного параметра соответствуют не вполне
упругому удару.

Коэффициент восстановления часто можно определить как квадратный
корень из отношения высоты
h
1
, на которую тело отскочило после удара
,

к
высоте
h
0
, с которой оно было отпущено без на
чальной скорости.


К
в

=

h
1
/
h
0





(2.57)


Устойчивость спортсмена в контакте с твердой опорой, параметры,
характеризующие устойчивость ( площадь опоры, коэффициент
устойчивости и угол устойчивости).


Для оценки устойчивости тела, находящегося в конта
кт
е

с опорой, вводится
понятие площади опоры. Это площадь, ограниченная крайними точками тела,
соприкасающимися с поверхностью опоры. Например, для борца,
изображенного на рис.

1, площадь

опоры представляет собой геометрическую
фигуру, ограниченную

краями
стоп и прямыми линиями, соединяющими
крайние точки взаимодействия с опорой.


Рис.

1. Площадь опоры спортсмена, находящегося в контакте с
твердой опорой


Рассмотрим более подробно некоторые характеристики, которые позволяют
оценивать способность тел сохра
нять равновесие. Такими характеристиками
являются
коэффициент устойчивости

и
угол устойчивости
.


Рис.

2. Параметры, характеризующие степень устойчивости тела
спортсмена, находящегося в контакте с твердой опорой


Коэффициент устойчивости определяется отно
шением момента силы
тяжести, возвращающей отклоняемое тело в исходное положение
,

к моменту
силы, выводящей тело из состояния равновесия. В условиях ограниченно
-
устойчивого положения тела спортсмена, представленного на рис.

2,
возвращающей силой будет сила
тяжести (
mg
), а отклоняющей


сила действия
со стороны соперника

(
F
). Если учесть, что опрокидывание тела будет
происходить относительно оси, проходящей через крайнюю точку контакта с
опорой (О), для представленного примера коэффициент устойчивости
определ
яется по формуле:



М
уст


mgd
1

К
уст

=
———

=
——

(2.59)


М
откл


Fd
2

где
d
1

и
d
2



соответственно плечи силы тяжести и опрокидывающей силы (
F
)
относительно оси, проходящей через точку опрокидывания (О).

Тело сохраняет устойчивое положение, если в
еличина коэффициента
устойчивости больше или ровна единице. При снижении данного показателя

до
значения

меньше единицы тело будет опрокидываться.

Угол устойчивости


это угол, образованный вертикалью и линией,
соединяющей ОЦТ с граничной точкой опоры, отно
сительно которой возможно
опрокидывание тела. Этот угол обозначен на рисунке как
1



в направлении
"назад" и
2



в направлении "вперед".

Последняя характеристика позволяет оценить способность тела
сопротивляться опрокидыванию вне зависимости от величины
силы,
стремящейся к этому. Так, чем большее значение имеет данный угол, тем более
устойчивым является тело. Исходя из оценки угла устойчивости, можно сделать
заключение о влиянии высоты расположения ОЦТ тела на его устойчивость по
отношению к опрокидыванию
. Так, тело будет тем устойчивее, чем ниже
расположен его ОЦТ.


Виды равновесия (устойчивое, неустойчивое, безразличное).



Положение
,

в котором тело может находиться без движения
,

называется
положением равновесия
. Последнее может иметь более или менее ста
бильный
характер. Обычно в механике рассматривают три вида равновесия


устойчивое,
неустойчивое и безразличное.

В случае
неустойчивого равновесия

при отклонении тела от положения
равновесия возникают силы, стремящиеся отклонить тело еще больше. Такая
ситу
ация наблюдается, если спортсмен находится в равновесии, выполняя
стойку на руках на перекладине (рис.

3а). Незначительное отклонение тела в
любом направлении в данном случае приводит к образованию момента силы
тяжести, отклоняющего тело еще дальше от поло
жения равновесия. Если при
отклонении от положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть
тело в исходное состояние, такое равновесие называется
устойчивым
.
Примером такого равновесия является положение спортсмена, висящего на
перекладине (рис.

3б)
. Здесь при отклонении тела от положения равновесия в
любом направлении возникает момент силы тяжести, возвращающий тело в
исходное положение.


Рис.

3. Виды равновесия тела при контакте с твердой опорой


Третий вид равновесия называется
безразличным
. Так
ое равновесие чаще
всего наблюдается для тел сферической формы, например, для ядра или мяча
(рис.

3в). Его особенность проявляется в отсутствии каких
-
либо сил
,

отклоняющих или возвращающих тело в положение равновесия. Примером
такой ситуации является мяч,
находящийся на гладкой горизонтальной
плоскости. Если мяч откатить немного в сторону и оставить,
то он

не будет ни
отклоняться дальше, ни возвращаться обратно.


Естественные и управляющие силы при движениях спортсмена.


Действующие на тело спортсмена в ход
е выполнения двигательных
действий силы и моменты сил разделяются на две группы. Это силы
естественного характера и управляющие. Первые действуют независимо от
суставных движений человека, вторые же являются прямым следствием
последних и составляют основу
двигательной активности человека.

Указанные силы действуют одновременно, что создает определенные
сложности при их нахождении в процессе биомеханического исследования.
П
ри
анализе управляющих воздействий вводятся некоторые специальные понятия,
касающиеся х
арактера движения тела как целого в пространстве. Оно
(движение тела) может рассматриваться как
программное, пассивное
и

естественное
.

Программное движение

представляет собой перемещение тела спортсмена
в пространстве, обеспечивающее достижение цели двигат
ельного действия, т.е.
выполнения соответствующей программы места и ориентации.

Естественное движение

представляет собой перемещение тела человека в
пространстве с неизменной позой. Иными словами, если представить себе, что в
определенный момент времени те
ло спортсмена как бы "отвердевает"
,

и
суставные углы остаются неизменными, то действующие на него в такой
ситуации силы называются
естественными
. Естественные силы не зависят от
суставных движений, а определяются внешними телами (сила тяжести, реакции
опор
ы) и условиями движения (силы инерции, сопротивления внешней среды и
др.)

Пассивным движением

является такое перемещение тела человека в
пространстве, при котором его мышцы расслаблены и не принимают участие в
изменении позы. Такое движение в спорте возмож
но лишь теоретически, однако
его рассмотрение может быть полезным
для

определени
я

суставных моментов
сил при нахождении спортсмена в статических положениях.

Одной из задач биомеханического анализа движения является определение
управляющих сил и моментов си
л
, создаваемых благодаря суставным
движениям человека и обеспечивающим выполнение программы движения. В
процессе решения этой задачи естественное движение сравнивается с
программным. В результате определяются те силовые добавки, которые должны
быть обеспеч
ены суставными (управляющими) движениями.


Элементы динамической осанки и управляющие движения в суставах, как
составляющие внутренней структуры двигательного действия.


При выполнении двигательных действий, особенно в спорте, человеку
приходится сохранят
ь взаимное расположение звеньев тела в переменных
условиях, когда направление и величина действующих на тело человека сил
изменяется в достаточно широких пределах. Такая осанка называется
динамической. Она состоит из элементов.

Элемент динамической осанки



это ограничение подвижности в каком
-
либо суставе в переменных условиях, характерных для выполняемого
двигательного действия.

Элементы динамической осанки являются необходимыми составляющими
любого двигательного действия. Они как бы образуют из двигательн
ого
аппарата человека механизм для достижения цели. Например, при выполнении
большого оборота на перекладине, одним из наиболее важных элементов
динамической осанки является обеспечение надежного захвата грифа
перекладины (фиксация углов в суставах кисти).

При нарушении указанного
элемента данное упражнение выполнить невозможно.

Если совокупность элементов динамической осанки позволяет подготовить
тело человека к выполнению двигательного действия, то энергетическое
обеспечение самого движения осуществляетс
я благодаря управляющим
движениям в суставах.

Управляющими движениями

называются целенаправленные изменения
суставных углов, позволяющие обеспечить требуемое перемещение тела
человека в пространстве. Принято выделять
главные

и
корректирующие
управляющие дв
ижения. Обратите внимание, что само название говорит о
степени значимости указанных управляющих движений.

Главные управляющие движения



это такие движения в суставах, без
которых эффективное достижение цели двигательного действия невозможно.

Корректирующ
ие управляющие движения



это суставные движения,
применяемые для улучшения характеристик двигательного действия, при
исправлении

двигательных ошибок, а также в процессе силовой
недостаточности главных управляющих движений.

Главные управляющие движения сос
тавляют основу двигательного
действия
,

они никогда не могут быть заменены корректирующими
управляющими движениями.

Каждому двигательному действию соответствует свой набор элементов
динамической осанки и управляющих движений. Указанные составляющие
являются

основ
ой

внутренней структуры двигательного действия, знание
которой позволяет эффективно организовывать процесс обучения технике
спортивных движений, а также

оптимизировать тренировочный процесс для
спортсменов любого

уровня мастерства.

Нахождение элемент
ов динамической осанки и управляющих движений
осуществляется методами моделирования. Здесь может использоваться как
математическое, так и физическое моделирование.


Биомеханические принципы обучения двигательным действиям


Биомеханические аспекты обучения

двигательным действиям

Биомеханические принципы обучения двигательным действиям
предполагают строгую последовательность процесса (рис.

1).
В первую
очередь осваиваются элементы динамической осанки
. Обучение им
происходит с постепенным усложнением условий,

начиная с самых простых и
заканчивая условиями выполнения реального двигательного действия.
Например, при обучении большому обороту на перекладине (Назаров В.

Т.), в
первую очередь
,

спортсмен должен освоить надежный захват грифа
перекладины и научиться

фи
ксировать суставы своего тела, причем
применяемые
подводящие
упражнения

должны постепенно усложнять условия,
приближая их к реальным.


Элементы динамической осанки

(ЭДО)




Главные управляющие движения

(ГУД)




Соединение ЭДО и ГУД

(базовое исполнение

двигательного действия)




Совершенствование исполнения двигательного

действия


Рис.

1. Последовательность освоения двигательного действия

по В.
Т. Назарову


Другим примером может служить обучение техническим действиям
спортивной борьбы. Здесь
,

прежде вс
его
,

должны быть освоены элементы
динамической осанки, связанные с удержанием надежного захвата, и
ограничением подвижности в некоторых сочленениях, в частности, в коленных
суставах (Сотский Н.

Б.).

После освоения элементов динамической осанки приступают к

разучиванию главных управляющих движений
. Как и в случае элементов
динамической осанки, главные управляющие движения изучаются с
постепенным усложнением условий, начиная с простейших и заканчивая
условиями реального выполнения двигательного действия. Напр
имер, для
большого оборота на перекладине главным управляющим является движение в
плечевых суставах. Оно осваивается сначала в стационарных условиях виса,
затем при раскачивании

и

после
этог
о в процессе самого большого оборота.

На следующем этапе осуществл
яется соединение элементов
динамической осанки, главных управляющих движений
. Здесь ос
ваивает
ся
базовое исполнение двигательного действия только с использованием главных
управляющих движений. На данном этапе обучения часто необходима помощь
тренера или исп
ользование тренажерного устройства, поскольку упражнение в
целом достаточно трудно выполнить только на основе главных движений,
силовое обеспечение которых может несколько отставать от необходимого. Тем
не менее, при таком подходе будет сразу заложена реал
ьная основа действия,
позволяющая в дальнейшем избежать многих двигательных ошибок. В процессе
освоения двигательного действия на данном этапе происходит постепенный
переход к реальным временным параметрам выполнения изучаемого
двигательного действия.

На з
аключительном этапе в процессе совершенствования для
улучшения качества исполнения постепенно вводятся корректирующие
управляющие движения.


Биомеханическая классификация двигательных ошибок


Поскольку любое двигательное действие человека можно представить

состоящим из элементов динамической осанки и управляющих движений, то и
ошибки соответственно делятся на аналогичные две группы. Это


ошибки в
элементах динамической осанки и ошибки при выполнении управляющих
движений в суставах.

Ошибки в осуществлении э
лементов динамической осанки

проявляются
по
-
разному. Если не выполнен элемент динамической осанки, связанный с
такими задачами, как удержание захвата, спортивного снаряда или обеспечение
надежного контакта с соперником, то двигательное действие практически

сразу
разрушается и, естественно, не достигает цели.

Ошибки
,
связанные с элементами динамической осанки, возникающие в
процессе анализа двигательного действия, как правило,

достаточно легко
распознаются при педагогическом анализе.

Ошибки в управляющих дв
ижениях разделяются на две группы. Это


ошибки в выборе управляющих движений и ошибки при их
осуществлении
.

В первом случае спортсмен пытается выполнить двигательное действие за
счет второстепенных управляющих движений, используя их вместо главных.
Такая
ситуация характерна для обучения двигательным действиям на основе
подражания образцовым исполнениям. Здесь спортсмен сталкивается с
необходимостью одновременного осуществления нескольких управляющих
движений, что при начальном обучении практически невозмож
но. В связи с
этим
,

перед обучающимся возникает необходимость упрощения двигательной
задачи путем выбора небольшого числа управляющих движений, что часто
, при
недостатке знаний,

приводит к рассматриваемой ошибке.

Ошибки при осуществлении управляющих движен
ий могут проявляться в
дозировке мышечного усилия, обеспечивающего выполнение управляющих
движений (ошибка типа

сильно
-
слабо‖)
,

и во времени выполнения
управляющего движения (ошибка типа

рано
-
поздно

).


Конструктивные возможности управляющих движений


Ре
зультаты выполнения сгибательно
-
разгибательных управляющих
движений в безопорном состоянии без начального вращения



Сгибательно
-
разгибательные движения спортсмена в безопорном состоянии
без начального вращения приводят к встречному или противонаправленном
у
повороту звеньев тела. При этом звено
,

имеющее больший момент инерции
,

поворачивается на меньший угол в пространстве. Так, при выполнении
сгибательно
-
разгибательных движений в суставах, расположенных в середине
тела, например
,

в пояснице, звенья поворачи
ваются навстречу друг другу
приблизительно на одинаковый угол. При аналогичном движении в плечевом
суставе рука будет поворачиваться на большой угол, а остальное тело


на
весьма незначительный. Так, в последнем случае, следуя данным В.

Т.

Назарова, при из
менении суставного угла на 180

рука повернется в
пространстве приблизительно на угол 173
, а остальное тело


всего на 7
.

Описанную закономерность следует учитывать при выборе управляющих
движений, в двигательных действиях, связанных с сообщением скорост
и
спортивным снарядам при нахождении спортсмена в безопорном состоянии,
например, при выполнении бросков по воротам в гандболе, или в процессе
осуществления атакующего удара в волейболе. Так, в обоих случаях, скорость
мяча после удара определяется скорость
ю звена тела спортсмена,
контактирующего с ним. Указанная скорость зависит от скорости движения ЦТ
звена и его угловой скорости, которые
,

в свою очередь
,

определяются
соотношением масс и моментов инерции звеньев. Причем, согласно законам
сохранения количес
тва движения и момента количества движения, которые
выполняются в безопорном состоянии, упомянутые скорости звена тем больше,
чем меньше его масса и момент инерции. Поэтому атакующий удар в волейболе
или атакующий бросок по воротам в гандболе из без опорно
го состояния
выполняется одной, а не двумя руками. В последнем случае скорость точки,
взаимодействующей с мячом
,

значительно меньше, следовательно
,

меньше и
скорость, сообщаемая мячу в результате удара.

Величины встречных поворотов звеньев тела зависят от

динамических
характеристик взаимодействующих звеньев, каковыми являются масса звена,
длина и положение его центра тяжести относительно оси, проходящей через
сустав. В случае совпадения всех перечисленных параметров звенья
поворачиваются в пространстве на
одинаковый угол и при этом перемещаются
навстречу друг другу с одинаковой угловой скоростью. При несовпадении
какого
-
либо из перечисленных параметров одно из звеньев начинает вращаться
медленнее, а другое


быстрее. Сильнее всего в этом отношении влияет дл
ина
звена и несколько меньше


масса.


Результаты выполнения сгибательно
-
разгибательных управляющих
движений в безопорном состоянии при наличии начального вращения


Движения сгибательно
-
разгибательного типа на фоне первоначального
вращения тела спортсмена

приводят к заметным изменениям скорости
вращения. Так, при приближении звеньев тела к ОЦТ угловая скорость резко
возрастает, а при удалении


уменьшается. Количественная связь между
параметрами, определяющими позу человека
,

и его угловой скоростью
определ
яется законом движения в безопорном состоянии


законом
сохранения кинетического момента. В частности, если для определенности
представить, что управляющее движение сгибательно
-
разгибательного типа
выполняется в одном из суставов, а все остальные остаются
неизменными,
указанный закон вращательного движения может быть выражен следующим
образом:


J
1
1

=

J
2
2

=
L

= с
onst

(3.1)


где
J
1

и
1



соответственно момент инерции и угловая скорость тела
спортсмена

относительно ОЦТ в момент времени
t
1
;
J
2

и
2



упомяну
тые
параметры в момент времени
t
2
;
L



величина кинетического момента тела.

Из приведенной формулы видно, что при изменении момента инерции тела
спортсмена, например, при уменьшении

его

в два раза, происходит мгновенное
двукратное
увеличение угловой скорос
ти.

При выполнении сгибательно
-
разгибательных управляющих движений
происходит изменение расстояния между центрами тяжести
взаимодействующих звеньев и, соответственно, момента инерции тела
спортсмена относительно ОЦТ. При уменьшении указанного расстояния
м
омент инерции резко уменьшается, что влечет за собой соответствующее
увеличение угловой скорости вращения. При выпрямлении тела произойдет ее
уменьшение.

Аналогичный, но более заметный результат будет наблюдаться при
выполнении одновременно нескольких упра
вляющих движений сгибательно
-
разгибательного типа, приближающих или удаляющих звенья тела
относительно ОЦТ.

Поскольку величина момента инерции тела спортсмена при переходе от
выпрямленного (момент инерции
J


15) к сгруппированному состоянию (
J


3)
может
изменяться в пять и боле
е

раз, во столько же раз может изменяться и
угловая скорость вращения.


Результаты выполнения сгибательно
-
разгибательных управляющих
движения при контакте с твердой опорой при отсутствии начального
вращения.



Сгибательно
-
разгибател
ьные управляющие движения приводят к
перемещению в пространстве ОЦТ при одновременном создании
вращательного импульса (кинетического момента) относительно указанной
точки. При выполнении спортивных движений они обеспечивают перемещение
тела человека как це
лого в пространстве (локомоции), а также сообщают ему
вращательный импульс во время осуществления акробатических элементов
(рис.

6
6
). При этом перемещение ОЦТ происходит в направлении движения
опорного звена, а вращение тела, как целого, происходит в напра
влении звена,
удаленного от опоры.


Рис.

6
6
. Результат сгибательно
-
разгибательного управляющего движения в
контакте с опорой без начального вращения

Величина перемещения ОЦТ, его скорость, а также вращательный импульс,
получаемый телом
,

зависят от исходн
ой величины суставного угла
,

амплитуды
и скорости движения. Например, в исходном положении, при котором угол в
тазобедренном суставе опорной ноги составляет угол 90 градусов
,

выполнение
разгибательного движения на 30 градусов приводит к перемещению ОЦТ

впе
ред

приблизительно на 8 см, а при аналогичном движении из выпрямленного
положения


всего на 2 см.



Результаты выполнения сгибательно
-
разгибательных движений при
контакте с твердой опорой при наличии начального вращения.


Сгибательно
-
разгибательные управл
яющие движения. Движения данного
типа, как правило, всегда приводят к изменению расстояния звеньев тела до оси
вращения, проходящей через точку контакта с опорой. Следствием этого, как
уже указывалось в начале параграфа, является изменение угловой скорости

вращения тела как целого.

Характерным примером указанного изменения скорости является
выполнение спортсменом большого оборота на перекладине. Первую половину
большого оборота спортсмен может выполнять без изменения позы. После
прохождения нижней точки для

успешного завершения оборота он, приближая
звенья тела к оси перекладины, увеличивает скорость своего вращательного
движения. Это позволяет ему полностью выполнить цикл вращения.

Другим характерным примером является выполнение быстрых вращений в
фигурном
катании, в частности
,

такого элемента как "волчок". Здесь
исполнитель на фоне вращения тела относительно оси, проходящей через точку
контакта с опорой и ОЦТ, для увеличения скорости вращения выполняет
движения, приводящие к приближению звеньев тела к оси в
ращения
,

и для
замедления вращательного движения


удаляющие звенья от оси.

Биомеханическая модель строения мышцы.


Общая характеристика.

Мышцы у всех высших животных являются
важнейшими исполнительными (рабочими) органами


эффекторами.

Различают поперечн
о
-
полосатые и гладкие мышцы.

Поперечно
-
полосатые мышцы формируют двигательные аппараты скелета,
глазодвигательный, жевательный и некоторые другие важные двигательные
аппараты. К поперечнополосатым относится и мышца сердца. Поперечно
-
полосатые мышцы человек
а (за исключением сердечной) полностью
контролируются центральной нервной системой (ЦНС), они лишены
автоматизма, т.е. не способны работать без «приказа» из ЦНС. Их называют
произвольной мускулатурой на основании того, что их активность проявляется
(и подч
иняется) под влиянием желаний (целевых установок) человека и человек
в состоянии научиться «произвольно» управлять ее работой, контролировать и
корректировать ее.

Гладкие мышцы обслуживают внутренние органы. Они слабо
контролируются ЦНС, обладают автоматиз
мом и собственной интрамуральной,
или метасимпатической, нервной сетью, в значительной степени
обеспечивающей их самоуправление. Гладкую мускулатуру а также (мышцу
сердца) называют непроизвольной, имея ввиду ее неподчинение волевому
контролю человека.


Стр
уктура мышцы.

Поперечно
-
полосатая мышца скелета состоит из
множества мышечных волокон, которые расположены в общем соеденительно
-
тканном футляре и крепятся к сухожилиям, связанным со скелетом. В
некоторых мышцах все волокна параллельны длинной оси мышцы


параллельно
-
волокнистый тип
. В других мышцах они расположены косо,
прикрепляясь с одной стороны к сухожильному тяжу, а с другой


к наружному
сухожильному футляру. Такое строение на продольном срезе напоминает перо
птицы


перистый тип.

Сила мышцы при проч
их равных условиях пропорциональна числу волокон,
иначе площади так называемого
физиологического поперечного сечения мышцы
.

Каждое волокно скелетной мышцы


это тонкое (диаметром от 10 до 100
мкм), вытянутое на значительную длину (до 2

3 см) многоядерное о
бразование


симпласт



возникающее в раннем онтогенезе из слияния клеток
-
миобластов.

Основной особенностью мышечного волокна является наличие в его
протоплазме (саркоплазме) массы тонких (диаметром порядка 1 мкм) нитей


миофибрилл
, расположенных вдоль дл
инной оси волокна. Миофибриллы
состоят из чередующихся светлых и темных участков


дисков, причем в массе
соседних миофибрилл у поперечно
-
полосатых волокон диски одного цвета
расположены на одном уровне. Последнее придает поперечную исчерченность
всему мыш
ечному волокну.

Комплекс и одного темного и двух прилежащих к нему половин светлых
дисков, ограниченных тонкими Z линиями называют
саркомером.

Миофибриллы, точнее


их саркомеры,


это
сократительный аппарат
, мотор
мышечного волокна.

Мембрана мышечного вол
окна


плазмалемма



сходна с нервной
мембраной. Ее особенность состоит лишь в том, что она имеет на своей
поверхности Т
-
образные «впячивания» повторяющиеся приблизительно на
границах саркомеров. Их назначение, по видимому, увеличение площади
мембраны, а з
начит и общей электрической емкости.

Внутри мышечного волокна между пучками миофибрилл параллельно
плазмалемме располагаются системы трубочек так называемого
саркоплазматического ретикулума.

Каждая такая система трубочек


это
разветвленная, но замкнутая с
истема, тесно прилегающая к миофибриллам и
примыкающая своими слепыми концами (концевыми цистернами) к Т
-
образным впячиваниям плазмалеммы (Т
-
системе).

Т
-
система и саркоплазматический ретикулум


это аппараты,
обеспечивающие передачу сигналов (возбуждения)
с плазмалеммы на
сократительный аппарат миофибрилл.

Иннервация поперечно
-
полосатых мышечных волокон

осуществляется из
мотонейронов спинного мозга. Один мотонейрон коллатералями своего аксона
иннервирует несколько мышечных волокон.

Комплекс, включающий один

мотонейрон и иннервируемые им мышечные
волокна, называют двигательной единицей (ДЕ). Можно встретить название
нейромоторная единица (НМЕ).

Среднее число мышечных волокон, иннервируемых одним мышечным
мотонейроном, характеризует среднюю величину ДЕ мышцы.
Обратная ей
величина называется плотностью иннервации.

При большой плотности иннервации ДЕ малы. Такое положение
наблюдается в мышцах приспособленных для мелких, сложных координаций
(мышцы пальцев, языка, наружные мышцы глаз). И наоборот, мышцы,
приспособл
енные к управлению движениями крупных массивных звеньев
имеют малую плотность иннервации и большие ДЕ.

Мышца состоит из элементарных компонентов


саркомеров,
представляющих собой комплексы, из белковых нитей: тонких светлых



актина и толстых темных



мио
зина (рис.

7
2
). Саркомеры, соединяясь
последовательно, образуют миофибриллы, а последние



мышечные волокна.




Рис.

72. Схема строения саркомера
.

(Рисунок не годится)


Область саркомера, где перекрываются актиновые и миозиновые нити
,

обеспечивает активно
е сокращение мышцы. Оно происходит благодаря
взаимному втягиванию указанных филаментов, увеличению области
перекрытия и сокращения длины мышцы. В этой зоне происходит
преобразование химической энергии в механическую работу. Совокупность
указанных зон сарко
меров можно представить как единый сократительный
элемент мышцы.

В состав мышцы входит соединительная ткань, обладающая упругими
свойствами. При ее растягивании образуется сила, стремящаяся возвратить
мышцу к исходной длине. Сила сопротивления растяжению о
казывается не
пропорциональной величине напряжения. Сначала растяжение мышцы
происходит легко, а затем требуемая для этого сила быстро растет. Развиваемое
мышцей в данной ситуации упругое сопротивление зависит и от напряжения
мышцы и может регулироваться с
ознательно.



Рис.

73. Модель мышцы, применяемая в биомеханике
.


В процессе биомеханического анализа скелетную мышцу часто
представляют упрощенной моделью (рис.

7
3
), содержащей сократительный и
два упругих элемента


параллельный и последовательный.


Биом
еханические закономерности проявления скоростно
-
силовых качеств.


Ускорение подвижного звена при выполнении суставного движения и
достижение им максимальной

скорости главным образом завися
т от исходной
величины суставного угла и соответствующей ей длине мы
шцы, от состояния
упругих компонентов мышцы в момент включения сократительных элементов,
от момента инерции звена, от внешнего момента силы, препятствующего
суставному движению, а также от состояния мышц
-
антагонистов. Напряжение
последних создает дополните
льную силу, препятствующую сообщению звену
ускорения. В ходе суставного движения сила тяги мышцы, кроме
перечисленного, зависит и от скорости ее сокращения или растягивания.

Если сравнить возможности достижения скорости у двух людей,
выполняющих одинаковые

суставные движения, то более высокие скоростные
качества проявит тот, кто в состоянии развить большее значение силы
мышечной тяги, что
,

в свою очередь
,

зависит от возможности соответствующих
мышц обеспечить свое сокращение более высоким значением мощности
.

При достижении высокой скорости движения важнейшее значение имеет
вопрос, связанный со скоростью нарастания силы после поступления нервного
импульса. Достижение силой своего максимального значения происходит в

течение определенного промежутка времени (0.
1
-
0.3с), который зависит от
состояния упругих компонентов мышцы. При этом, чем в большей степени
напряжен последовательный упругий элемент, тем быстрее возникает усилие на
концах мышцы.



Рис.

7
7
. Взрывная сила характеризуется углом наклона к горизонтали
касательной график
а

зависимости силы от времени


Скорость нарастания силы характеризует так назыаемую "
взрывную силу
"
спортсмена, имеющую важнейшее значение во многих спортивных движениях
скоростно
-
силового характера. Взрывная сила определяется углом накл
она к
горизонтали касательной графика зависимости силы от времени (рис.

7
7
).
Например, если у двух спринтеров максимальная сила одинакова, а скорость ее
нарастания различна (
1


2
)
,

в соревновательном упражнении преимущество
получит атлет с возможностью
достижения высокой скорости за более короткий
промежуток времени (касательная к графику нарастания его силы имеет угол
наклона
2
).

Следует заметить, что достижение значительной скорости при выполнении
суставного движения еще не значит, что аналогичный рез
ультат будет иметь
место во время движения тела спортсмена как целого. Здесь многое зависит от
техники выполнения двигательного действия, связанной с координацией работы
целого ряда суставов, от обеспечения оптимальных суставных углов, отсутствия
двигатель
ных ошибок и т.д.

Подводя итог сказанному, в качестве основных направлений
совершенствования скоростно
-
силовых качеств можно отметить:

-

повышение мощности, которое способна обеспечить мышца в ходе своего
сокращения, что
,

в свою очередь
,

связано с увеличен
ием физиологического
поперечника мышцы, количества энергосодержащих веществ, накопленных в
ней, возможностей быстрого их расщепления;

-

оптимальный выбор положения и позы тела относительно направления
внешнего силового воздействия;

-

максимального использо
вания уступающего режима работы мышц для
последующего перехода к преодолевающим.


Биомеханические закономерности проявления выносливости при
выполнении двигательных действий.


При повторном выполнении движений наступает утомление,
проявляющееся в снижении
скорости. Такая ситуация характерна для
циклических видов спорта, а также при повторном выполнении упражнений
различного характера в ходе тренировки. Способность противостоять
утомлению обычно называют выносливостью. В отношении выносливости,
связанной с д
ействиями спортсмена, как уже указывалось ранее, можно сказать,
что
выносливость



это способность сохранения скорости при повторном
выполнении движения.

Достигаемая в суставном движении скорость зависит от мощности, которую
способна проявить мышца. Проявл
ение мощности связано с расходом энергии,
запас которой имеется в самой мышце и в организме.

Энергообеспечение мышечной работы осуществляется двумя путями


с
использованием анаэробных и аэробных механизмов. Первый из них может
обеспечить значительную мощн
ость, но его энергетические ресурсы не
восстанавливаются в ходе выполнения двигательного действия. Возможности
анаэробного обеспечения

мышечной работы ограничиваются содержанием в
мышце запасов

креатинфосфата и гликогена. Мышца может работать в
анаэробном

режиме небольшое время, которое ограничивается также и
накоплением в ней таких продуктов, как молочная кислота.

Аэробный механизм, связанный с потреблением кислорода, позволяют
обеспечить значительно меньшую мощность, определяемую скоростью
потребления мыш
цей кислорода из крови. Питательные вещества, находящиеся
в мышце и приходящие с кровью, окисляясь, постоянно восстанавливают
энергию, расходуемую при мышечном сокращении. Если потребление энергии
соответствует возможности ее восстановления, мышца может ра
ботать без
снижения скорости длительное время. Для существенного повышения
выносливости на уровне мышцы, обеспечивающей суставное движение, следует
использовать тренируемость как анаэробного, так и аэробного механизмов ее
энергообеспечения. В частности, ис
пользуя специальные методики

тренировки
,

можно увеличить количество энергосодержаших веществ, эффективность их
ра
с
щепления, а также повысить возможности транспорта глюкозы и кислорода
к работающим мышцам и их утилизации.

При выполнении упражнений циклическ
ого характера для повышения
выносливости важное значение имеет возможность так называемой
"рекуперации" энергии. Так, при выполнении суставных движений,
предполагающих разгон, торможение и затем снова разгон звена в обратном
направлении, данное явление зак
лючается в переходе кинетической энергии
тормозящегося звена в потенциальную энергию упругих элементов
растягивающихся мышц и последующем ее возврате снова в виде кинетической
энергии. При этом, естественно, имеются потери, связанные с переходом
энергии в
тепло
,

и релаксацией мышечного напряжения.

Более экономная техника позволяет добиваться необходимой скорости
перемещения тела спортсмена в пространстве с возможно меньшими затратами
энергии. Экономизация спортивной техники может осуществляться по
нескольки
м направлениям. Прежде всего
,

это снижение сил трения и
сопротивления движению, достигаемое принятием обтекаемой позы (плавание,
горнолыжный спорт, велоспорт, коньки), совершенствованием инвентаря
(различные аэродинамические костюмы, шлемы) и смазки (лыжи)
. Другим
направлением является снижение колебаний ОЦТ спортсмена в направлениях,
перпендикулярных требуемому перемещению, снижению колебаний скорости
перемещения, кинетической энергии, связанной с движением звеньев тела
относительно ОЦТ. Здесь важнейшее зн
ачение имеет правильное
осуществление элементов динамической осанки и выполнение управляющих
движений в суставах. Для снижения энергозатрат следует избегать движений,
которые не способствуют выполнению двигательной задачи, осуществлять
управляющие движения

при длинах и скоростях мышечного сокращения,
обеспечивающих максимальное значение коэффициента полезного действия.


Биомеханические закономерностей проявления гибкости, виды гибкости.


Гибкость


физическое качество, проявляемое в способности человека
вып
олнять движения большой амплитуды.

В основе гибкости, проявляемой на уровне движений тела человека как
целого, лежит подвижность его суставов.

Реальный размах суставного движения зависит от состояния и активности
мышечных групп, а также от внешних условий
суставного движения. Так, в
зависимости от особенностей действия

внешних по отношению к суставу сил
,
проявление гибкости может

носить как активный, так и пассивный характер.

Активная гибкость

проявляется при достижении максимальной амплитуды
суставного дви
жения благодаря активным мышечным сокращениям. Здесь
мышцы, обеспечивающие суставное движение
,

работают в преодолевающем
режиме.

Пассивной гибкостью

принято считать максимальную амплитуду
суставного движения, достигаемую с помощью внешних, по отношению к
с
уставу, сил, например, силы тяжести, воздействия пар
т
нера, инерции.

При выполнении спортивных движений проявление активной или пассивной
гибкости редко встречается в чистом виде. Как правило, при выполнении
движений большой амплитуды происходит разгон соот
ветствующего звена
,

и
достижение максимального размаха осуществляется не только под действием
активных мышечных сокращений, но и благодаря силам инерции движущегося
звена. Исключением являются лишь медленные движения, при выполнении
которых силы инерции не
значительны.

. Обычно разность между активной и пассивной гибкостью называют
дефицитом активной гибкости
. Этот показатель характеризует состояние
мышечного аппарата спортсмена. В видах спорта, требующих высокого
развития гибкости
,

с ростом квалификации деф
ицит активной гибкости
снижается. Развитие гибкости с позиций биомеханики может вестись
посредством увеличения предельных значений, достигаемых суставными
углами за счет увеличения элластичности упругих элементов мышц, сухожилий
и связок. Это достигается в
ыполнением упражнений на растягивание с
использованием достаточно медленных движений (для устранения активного
тормозящего действия со стороны сократительных элементов мышц
антагонистов). При этом используются такие свойства мышц, как ползучесть и
релаксац
ия. Под
ползучестью

понимается свойство постепенного растягивания
мышцы в результате действия постоянной нагрузки. Релаксация

проявляется в
снижении напряжения растянутой мышцы при прекращении растягивания. В
связи с этим тренировочные упражнения представл
яют собой повторяющиеся
движения, выполняемые при значениях суставных у
г
лов, близких к
предельным.

Другим способом увеличения гибкости, особенно активной, является
увеличение силы мышечных групп, обеспечивающих суставные движения, при
значениях суставных у
глов, близких к предельным. Это достигается
соответствующей тренировкой мышц при указанных значениях суставных
углов.

Развитие гибкости может быть связано и с совершенствованием
межмышечной координации в плане более точной активной работы мышц
-
антагонистов
. Тренировка позволяет добиться более позднего и более
интенсивного их включения при торможении суставного движения, расширяя
тем самым диапазон движения
,

увеличивая скорость и снижая энерготраты.


Биомеханическая стимуляция мышечной деятельности


Биомехан
ическая стимуляция

заключается во введении мышцы в
колебательный режим работы с помощью внешнего механического устройства.
При этом эффект обеспечивается продольными колебаниями, направленными
вдоль мышечного волокна.

Не вдаваясь глубоко в физиологические
подробности процессов,
происходящих при БМС, следует отметить, что, сокращаясь с частотой,
задаваемой внешним устройством (20



30
Г
ц) и недостижимой при
произвольных движениях, мышца выполняет работу, по интенсивности
превышающую в несколько раз максималь
ные тренировочные режимы. Такая
работа сопровождается резким усилением обменных процессов, происходящих
в мышце, объемом перекачиваемой через нее крови (включение механизма
периферических внутримышечных сердец, открытых академиком Аринчиным
Н.

И.), быстрым

разогревом мышц и связок, обезболиванием суставных
движений при достижении максимальной амплитуды.

Проведенная экспериментальная работа последних лет (Назаров В.

Т.,
Киселев В.

Г.,
Власенко С. П.,
Олешко Н.

Я., Спивак Г.

А.) показала, что
процессы, происх
одящие при БМС, позволяют интенсивно развивать гибкость в
50



100 раз быстрее, чем традиционные методики. Причем интенсивное
развитие может быть обеспечено не только в отношении гибкости, но, применяя
соответствующие режимы, для скоростно
-
силовых качеств,

локальной
выносливости, мышечного рельефа,

а также

в арсенале средств физической
реабилитации после различных травм и некоторых заболеваниях опорно
-
двигательного аппарата человека.









ЛИТЕРАТУРА


Основная


1.

Донской Д.Д. Зациорский В.М. Биомеханика: У
чебник для институтов
физической культуры.


М.: Физкультура и спорт, 1979.

2.

Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для средних и
высших учебных заведений.
-

М.: ВЛАДОС
-
ПРЕСС, 2003.

3.

Попов Г.И. Биомеханика: Учебник для студентов высших учебных
заведений.


М.: Издательский центр «Академия», 2005.

4.

Сотский Н.Б. Биомеханика.


Мн: БГУФК, 2005

Дополнительная

1.

Назаров В.Т. Биомеханическая стимуляция: явь и надежды.


Мн.,
Полымя, 1986.

2.

Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений.


М., Просвещение,
1
989.





Материалы
для слушателей МРЦПК и ППК, обучающихся по дополнительной
ДИСЦИПЛИНА «БИОМЕХАНИКА»
1.
ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ
Определение биомеханики физических упражнений как дисциплины
учебного плана.
Биомеханика двигательной деятельности
учение о двигательных
возможностях и двигательной деятельности человека и животных.
Она является
разделом биофизики, в котором изучаются механические свойства тканей,
органов и систем живого организма и механические явления, сопровождающие
процессы жизнедеятельности.
Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: bios –
жизнь и
mexane
орудие.
Как известно, механика –
это раздел физики, изучающий механическое
движение и механическое взаимодействие материальных тел.
Отсюда понятно, что биомеханика –
это раздел науки, изучающий
двигательные возможности и двигательную деятельность живых существ.
Центральным разделом биомеханики является биомеханика физических
упражнений.
Она изучает двигательную деятельность человека во время спортивных
тренировок и соревнований и в процессе занятий массовыми и
Материалы
для слушателей МРЦПК и ППК, обучающихся по дополнительной
1.
ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ
Определение биомеханики физических упражнений как дисциплины
учебного плана.
Биомеханика двигательной деятельности
учение о двигательных
возможностях и двигательной деятельности человека и животных.
Она является
разделом биофизики, в котором изучаются механические свойства тканей,
органов и систем живого организма и механические явления, сопровождающие
процессы жизнедеятельности.
Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: bios –
жизнь и
mexane
орудие.
Как известно, механика –
это раздел физики, изучающий механическое
движение и механическое взаимодействие материальных тел.
Отсюда понятно, что биомеханика –
это раздел науки, изучающий
двигательные возможности и двигательную деятельность живых существ.
Центральным разделом биомеханики является биомеханика физических
упражнений.
Она изучает двигательную деятельность человека во время спортивных
тренировок и соревнований и в процессе занятий массовыми и

Приложенные файлы

  • pdf 4233986
    Размер файла: 744 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий