Биомеханика физических упражнений ( PDFDrive ) — копия. 1. предмет и методы биомеханики
 Скачать 239.62 Kb.
|
|
3.3. Инерционность процесса мышечного напряжения Биомеханические системы обладают рядом особенностей, отличающих их от закономерностей функционирования неживых объектов. В частности, управ ляющие воздействия человека с помощью вырабатываемых им внутренних сил (сила тяги мышц) вносят достаточно серьезные коррективы в биомеханику движений. К основным особенностям работы мышечного аппарата тела челове ка можно отнести следующие: − инерционность процесса мышечного напряжения; − зависимость «сила – суставной угол»; − зависимость «сила – скорость»; − факторы, влияющие на величину проявления мышечной силы. Инерционность процесса мышечного напряжения проявляется в том, что мышцы достигают максимального мышечного напряжения не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени. Рассмотрим проявление инерци онности мышечного напряжения на следующем примере (рис. 3.3). Допустим, по какому-либо сигналу (звуковой сигнал, визуальный, кине стезический и т.п.) спортсмену необходимо выполнить заранее известное дви гательное действие. Будем считать, что момент времени подачи сигнала соот ветствует времени t=tO (рис. 3.3). На момент времени начала подачи сигнала (tO) мышечного сокращения еще не наступает. И связано это с тем, что сигналу необходимо определенное время, чтобы поступить в центральную нервную систему (ЦНС), пройти в ЦНС обработку и принять ею решение. Далее ЦНС необходимо подать команду на исполнительные органы (мышцы). И только в момент времени (t1) начинается мышечное напряжение. 43 F F (кг) max Оt t t t t 0 1 2 3(с) Рис. 3.3. Инерционность процесса мышечного напряжения Разность времени t1 - tO называется латентным периодом двигательной реакции. Численное значение латентного периода двигательной реакции у че ловека, не занимающегося спортом составляет 0,20–0,25 с. У высококвалифи цированных спортсменов латентный период двигательной реакции значительно меньше – 0,13–0,16 с. Количественные показатели латентного периода двига тельной реакции свидетельствуют о том, что латентный период двигательной реакции очень трудно поддается тренировочному воздействию. Так, например, для уменьшения времени латентного периода двигательной реакции на 0,1 с требуется 7–8 лет тренировочных занятий. Для достижения максимального мышечного напряжения (F max) необхо димо определенное время. В среднем промежуток времени от начала мышечно го напряжения (t1) и до достижения времени максимального мышечного напря жения (t2) равен 0,25–0,35 с. Время необходимое на расслабление (t3-t2) в сред нем на 0,1с больше времени мышечного сокращения. Инерционность процесса мышечного напряжения необходимо учитывать в спортивной практике. Например, если при выполнении размахиваний в висе на перекладине тренер замечает двигательную ошибку – позднее сгибание ног в тазобедренных суставах на махе вперед, и, руководствуясь этим, делает пояс нение гимнасту о том, что в момент его (тренера) касания кистью руки области поясницы необходимо начинать выполнять сгибание, следует ориентироваться на следующее. Если тренер касается рукой занимающегося непосредственно в момент прохождения им вертикального положения под опорой, то этот сигнал будет подан с опозданием. Учитывая время латентного периода двигательной реакции, коснуться занимающегося необходимо за 30О–40О до прохождения им вертикального положения под опорой. 44 Многие соревновательные упражнения по времени длятся меньше, чем время, необходимое для достижения максимального мышечного напряжения. К примеру, длительность отталкивания с мостика в опорных прыжках через гим настического козла или коня составляет 0,15–0,18 с. И, если гимнаст, в момент времени t=tO, выполняет наскок на мостик, и только в момент наскока на мо стик начинает развивать мышечные напряжения ног, направленные на отталки вание, то к моменту окончания толчка (рис. 3.4, Т) он не сможет развить мак симальных мышечных усилий (рис. 3.4, А).  Рис. 3.4. Упреждающее по времени мышечное напряжение (В), совпадающее по времени (Т) с максимумом мышечного напряжения и моментом окончания отталкивания гимнаста с гимнастического мостика Рассматриваемый механизм несовпадения момента времени окончания от талкивания и максимума мышечного напряжения объясняется тем, что время отталкивания существенно меньше времени необходимого на достижение мак симального мышечного напряжения. Двигательная ошибка – наскок на «ват ные» ноги и избежать этого можно упреждающим по времени мышечным напряжением. То есть в момент отталкивания толчковой ногой, в полетной ча сти наскока на мостик, необходимо уже начинать напрягать мышцы ног. И, к моменту касания гимнастического мостика, у гимнаста уже будет достигнут определенный уровень мышечного напряжения разгибателей голени, бедра, стоп. В данном случае, упреждающее по времени мышечное напряжение будет способствовать совпадению момента времени отталкивания с мостика с момен том времени достижения максимального мышечного напряжения (рис. 3.4, В). 45 3.4. Зависимость «сила – суставной угол» На величину проявления мышечной силы влияют многие факторы. Один из них проявляется в том, что величина мышечного усилия зависит от величи ны суставного угла. И здесь следует иметь в виду, что для различных суставов эта зависимость – различная. Например, на рис. 3.5 показана зависимость вели чины развиваемых гимнастами 19–23 лет моментов мышечных сил в плечевых суставах. Угол в плечевых суставах измерялся по отношению расположения рук к туловищу. В положении руки вверху – угол между руками и туловищем равен 180О, руки вдоль туловища – 0О, при отведении рук назад – минусовое значение угла в плечевых суставах. Из рисунка видно, что максимальные мышечные усилия, направленные на уменьшение угла между руками и туловищем (сгибатели плеч) спортсмены развивают при угле в плечевых суставах равном 180О. С уменьшением величи ны угла уменьшается и проявляемая спортсменом сила тяги мышц. Для сгиба телей плеч – зависимость прямая (чем меньше угол – тем меньше развиваемая сила тяги мышц). Для разгибателей плеч – зависимость обратная (чем меньше угол – тем больше развиваемая сила тяги мышц). Эти факты необходимо учитывать в тре нировочном процессе. Допустим, спортсмен изучает большой оборот назад на перекладине. Ра бочая функция, осуществляемая мышцами сгибателями плеч после прохожде ния гимнастом вертикального положения под опорой, выполняется в зоне из менения суставного угла в плечевых суставах от 180О до 130О(амплитуда сги бания рук в плечевых суставах равна 50О). 46 ) м Н ( ы т н е м о М 320 280 240 200 160 120 80 40 0 Сгибатели плеч Разгибатели плеч 180 150 120 90 60 30 0 -30 -60 -90 Угол в плечевых суставах (град.) Рис. 3.5. Моменты мышечных сил сгибателей и разгибателей плеч (по данным О.И.Загревского, 1999) Предположим также, что гимнаст не обладает достаточным силовым по тенциалом, позволяющим приступить к освоению рассматриваемого гимнасти ческого упражнения. Будет ли в этом случае эффективным рассматриваемое ниже специальное подготовительное упражнение? 1. Из положения, лежа на спине руки вдоль туловища, в руках гриф штанги с дополнительным отягощением, поднять руки до вертикального положения. Вернуться в исходное положение. Биомеханический анализ условий выполнения предложенного специально подготовительного упражнения показывает его неэффективность: во-первых, изменение суставного угла в плечевых суставах при выполнении подготовительного упражнения осуществляется в диапазоне от 0Ов исходном положении и до 90Ов конечном положении (руки вертикально), что не соот ветствует кинематической структуре изменения суставного угла в изучаемом упражнении. во-вторых, подготовительное упражнение направлено для развития силы мышц – разгибателей плеч, а не сгибателей. Отсюда следует вывод о том, что специально-подготовительные упражне ния по своей кинематической и динамической структуре должны соответство вать биомеханической структуре изучаемого упражнения. Это – так называе- 47 мый, принцип сопряженного воздействия. Эффективным специально подготовительным упражнением для рассматриваемого примера является: 2. Упражнение №1, но выполняемое из положения, лежа, руки вверху (по отношению к туловищу). В этом случае принцип сопряженного воздействия будет корректно соблюден. 3.5. Зависимость «сила – скорость» Другим фактором, определяющим величину проявляемой человеком мы шечной силы, является зависимость «сила – скорость». Здесь под скоростью понимается не скорость перемещения звена, а скорость сгибательно разгибательных движений в суставах (рис. 3.6). 400 340 ) м Н ( ы т н е м о М 280 220 160 100 40 1 2 3 4 5 6 7 8 Скорость (рад/с) Рис. 3.6. Зависимость "сила – скорость" у гимнастов18 – 25 лет (по данным О.И.Загревского, 1999) Принимая за 100% значение моментов мышечных сил сгибателей плеч, при угле между руками и туловищем равным 300(230 Нм – статический ре жим), определим процентное соотношение использования силовых ресурсов гимнастов в зависимости от скорости изменения угла. При скорости изменения угла до 2,5 рад/с, гимнасты используют 90 – 93% силовых возможностей статического режима работы мышц. Таким образом, при достижении этой скорости изменения суставного угла, испытуе- 48 мые практически развивали предельные величины мышечных сил и работа мышц в этом случае близка к статическому режиму. При скорости, доходящей до 4,5 рад/с, мышцы сгибатели плеч развивают напряжение почти в два раза меньше величины зарегистрированной в статиче ском режиме и используют при этом около 60% своих силовых возможностей. И наконец, при скорости изменения угла в плечевых суставах в пределах 6,0–7,0 рад/с, предельная величина мышечных сил в динамическом режиме со ставляет только 1/3 от статического, или гимнасты используют 37–31% сило вых ресурсов. Следовательно, отмечается обратная зависимость: чем больше скорость изменения угла в суставах, тем меньшую силу может развить спортсмен. Отсюда следует: 1. Упражнения, направленные на развитие силовых качеств, в статическом режиме работы мышц не оказывают положительного воздействия на увеличе ние силового потенциала в динамическом режиме работы мышц. И наоборот: упражнения скоростно-силового характера не оказывают положительного воз действия на увеличение силового потенциала в статическом режиме работы мышц. 2. Подбор специально-подготовительных упражнений, направленных на повышение силового потенциала спортсмена, должен выполняться на основе принципа сопряженного воздействия: для соревновательных упражнений ско ростно-силового характера и специально-подготовительные упражнения долж ны быть скоростно-силовыми. Для соревновательных упражнений статического характера и специально-подготовительные упражнения должны быть близкими к статическому режиму работы мышц. 3. По отношению к динамическому режиму работы мышц преодолевающе го характера максимальную мышечную силу спортсмен проявляет в статиче ском режиме работы мышц. Именно поэтому гимнасту достаточно просто удержать на кольцах упор руки в стороны («крест Азаряна»), но очень сложно выполнить из этого положения подъем в упор («дожим»). 49 3.6. Факторы, определяющие величину проявления мышечной силы Причинно-следственная зависимость, определяющая величину проявления мышечной силы человека, сводится, в основном, к действию следующих фак торов: сила тяги мышц зависит от совокупности действия механических, ана томических и физиологических условий выполнения мышечной работы. Механические условия Основным механическим условием, определяющим тягу мышц, является нагрузка. Без нагрузки на мышцу не может быть ее силы тяги. Нагрузка растя гивает мышцу при ее уступающей работе (опускание из виса на согнутых руках в вис на перекладине). Против нагрузки мышца выполняет преодолевающую работу (подтягивание: из виса на перекладине до виса на согнутых руках). В уступающем режиме работы, мышцы проявляют большую силу, чем в преодо левающем режиме работы мышц. Нагрузка может быть представлена весом тела, а также силой инерции движущихся звеньев, которая зависит от ускорения. Следовательно, и при не очень большом отягощении, увеличивая ускорение можно увеличивать нагруз ку, а значит и силу тяги мышц. Движение звеньев биокинематической цепи, как результат приложения си лы тяги мышцы, зависит, также, от следующих факторов: 1. Закрепления звеньев – приводит к разным движениям звеньев в суставе при различных условиях закрепления звеньев в паре. 2. Соотношения сил, вызывающих движение, и сил сопротивления. 3. Начальных условий движения – положение звеньев пары и их скорость (направление и величина – зависимость «сила – скорость») в момент приложе ния силы тяги мышц. Анатомические условия 1. Строение мышцы. 2. Расположение мышцы в данный момент движения. 50 Строение мышцы в виде физиологического поперечника мышцы (площадь сечения через все волокна перпендикулярно к их продольным осям) определяет суммарную тягу всех волокон: чем больше физиологический поперечник мыш цы, тем больше сила тяги мышцы. От расположения волокон зависит и величи на их упругой деформации. Расположение мышцы в каждый момент движения определяет угол ее тяги относительно костного рычага и величину растягивания, что влияет на величи ну момента силы тяги мышцы и, что проявляется, в частности, в уже рассмот ренной выше зависимости «сила – суставной угол». Физиологические условия В основном можно свести к возбуждению и утомлению мышцы. Эти два фактора влияют на возможностях мышцы, повышая или снижая ее силу тяги. С увеличением скорости сокращения мышцы при преодолевающей работе ее сила тяги уменьшается. При уступающей же работе увеличение скорости растягивания мышцы увеличивает ее силу тяги. Этот факт очень важен для оценки силы тяги мышц в быстрых движениях. Так как в биокинематических цепях все звенья цепи, так или иначе, связа ны, то в каждом конкретном случае лишь совокупность всех факторов опреде ляет результат работы мышц в целом. Иначе говоря, результат силы тяги мышц – интегральный показатель действия всех факторов, определяющих величину проявления мышечной силы. Позно-тонические рефлексы Положение головы, определяемое по отношению ее расположения к туло вищу, существенным образом влияет на величину мышечной активности пе редней или задней поверхности туловища и ног. При наклоне головы на грудь стимулируются к работе мышцы передней поверхности тела, при наклоне голо вы назад – мышцы задней поверхности тела. Так, например, гимнаст при выполнении на кольцах упражнения «горизон тальный вис спереди» наклоняет голову на грудь, что стимулирует к работе мышцы передней поверхности тела и значительно облегчает выполнение 51 упражнения. При выполнении же горизонтального виса сзади на кольцах боль шую нагрузку испытывают мышцы задней поверхности тела. Для облегчения выполнения упражнения гимнаст отклоняет голову назад, что приводит к сти муляции мышцы задней поверхности тела. Или, к примеру, легкоатлет, во время спринтерского бега, старт и финиш выполняет с различным положением головы по отношению к туловищу. Так, во время стартового ускорения, голова спортсмена наклонена на грудь. Основная двигательная задача спортсмена в это время заключается в приобретении мак симальной скорости, для чего проекция ОЦМ тела спортсмена по вертикали должна располагаться несколько спереди по отношению к опоре. Поэтому, для предупреждения преждевременного выпрямления тела, что приведет к падению скорости, легкоатлет наклоняет голову на грудь. Такое положение головы не стимулирует к работе мышцы разгибатели туловища и ног, и поэтому выпрям ление тела будет происходить в соответствии с установкой целесообразного решения двигательной задачи. В то же время на финише спринтер откидывает голову назад. Основная двигательная задача в это время – поддержать на мак симально возможном уровне финишную скорость бега. Наклон головы назад стимулирует к работе мышцы задней поверхности тела, в частности, мышцы разгибатели ног, что ведет к увеличению силы отталкивания и способствует поддержанию набранной скорости. Следовательно, величина проявления мышечной силы определяется ком плексом факторов, результат действия которых необходимо учитывать при со вершенствовании техники соревновательных упражнений. Контрольные вопросы 1. Какие структуры кинематических цепей выделяют в биомеханике? 2. Что определяет количество степеней свободы в движущихся биокинема тических цепях? 3. Какие обозначения приняты в трехвенной модели опорно-двигательного аппарата тела человека? 4. На какие три фазы подразделяется график инерционности процесса мы шечного напряжения и какими цифровыми данными характеризуется законо мерность изменения каждой из фаз? 52 5. Какой механизм используется в опорных прыжках при отталкивании с гимнастического мостика для того, чтобы добиться совпадения момента време ни окончания отталкивания и максимума мышечного напряжения? 6. В каких закономерностях проявляется зависимость «сила – суставной угол»? 7. В каких закономерностях проявляется зависимость «сила – скорость»? 8. В чем проявляется принцип сопряженного воздействия при обучении двигательным действиям? 9. От каких условий зависит величина проявления мышечной силы? 10. Каким образом необходимо учитывать механизм проявления позно тонических рефлексов при выполнении упражнений? 53 |