1. Предмет и задачи биомеханики. Особенности механического движения человека. Направления развития биомеханики. Задачи биомеханики спорта
 Скачать 64.06 Kb.
|
|
1. Предмет и задачи биомеханики. Особенности механического движения человека. Направления развития биомеханики. Задачи биомеханики спорта Предмет биомеханики спорта - двигательные действия спортсмена (механические, биомеханические причины движения) Задачи биомеханики делятся на общие и частные. Общая задача изучения движений человека в биомеханике спорта – оценка эффективности приложения сил для более совершенного достижения поставленной цели. Это определение своего рода коэффициента полезного действия (КПД). Двигательная деятельность человека осуществляется в виде двигательных действий, которые организованы из многих взаимосвязанных движений. Особенностью механического движения человека является то, что в этом процессе участвует сознание – продукт наиболее высокоорганизованной материи – мозга. Поэтому двигательная деятельность человека существенно отличается от движений других живых систем, в том числе и животных. В биомеханике три основных направления развития: механическое, функционально-анатомическое, физиологическое Механический подход позволяет определить количественную меру движения человека и его двигательных процессов. Это одна из главных основ биомеханики. Выявление особенностей строения и свойств опорно-двигательного аппарата немыслимо без использования механического направления в биомеханике человека. Функционально- анатомическое направление в развитии биомеханики. Одно из первых открытий в области биомеханики принадлежит Клавдию Галену . Он доказал, что от мозга по нервам к мышцам поступают двигательные импульсы, вызывающие сокращение мышц и движение в суставах Для этого направления характерным является описательный анализ движений в суставах, определение участки мышц в сохранении положений тела и его движений. Физиологическое направление в развитии биомеханики складывалось под влиянием идей нервизма, учения о высшей нервной деятельности. Фундаментальные труды этих ученых о регуляторных механизмах нервной системы и нервно-мышечного аппарата, дают представление о чрезвычайной сложности и совершенстве процессов управления движениями. Частные задачи биомеханики спорта решают три основных вопроса: а) Строение и свойства двигательной функции тела спортсмена; б) Рационализация спортивной техники; в) Техническое совершенствование спортсмена. А) Эта задача включает в себя изучение самих спортсменов, их особенностей и возможностей. Фактически многие особенности движений зависят от объекта движения тела человека, строения его опорно-двигательного аппарата, механических свойств и функций с учетом возрастных, половых, квалификационных особенностей. Б) Поиск рациональной спортивной техники как способа решения двигательной задачи - проблема биомеханическая и решением ее занимаются специалисты - биомеханики вместе со спортсменами и тренерами. История развития любого вида спорта показывает, в каком направлении развивалась биомеханическая мысль при решении этой задачи. В) Техническое совершенствование спортсмена - задача индивидуализации спортивной техники. В этом случае биомеханические подходы позволяют выявить особенности движений конкретного спортсмена, уровень развития его двигательных качеств и на этом основании повысить эффективность освоения современной рациональной техники 2. Биомеханические свойства мышц. Трехкомпонентная механическая модель мышцы. Возникновение силы упругой деформации в пассивной и активной мышцах. К биомеханическим свойствам мышц относят сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксация Сократимость– это способность мышцы сокращаться при возбуждении. Упругость - проявляется в возникновении напряжения в мышце при ее деформации под действием нагрузки. Релаксация - заключается в том, что растянутая мышца, сохраняя длину, постепенно с течением времени уменьшает свое напряжение, расслабляется. Сила упругости – сила, возникающая при деформации тел Упругая деформация - деформация, при которой тело после снятия нагрузки возвращается к первоначальным размерам и форме Закон Гука для упругой деформации: F упр = - k L В настоящее время общепринятой является трехкомпонентная модель мышцы, содержащая сократительный, последовательный упругий и параллельный упругий компоненты. Под сократительным компонентом подразумеваются мышечные волокна, из которых состоит мышца. При возбуждении мышцы ее волокна укорачиваются и генерируют силу. Существование упругих свойств объясняется тем, что при растяжении в мышце возникает энергия упругой деформации. При этом мышцу можно сравнить с пружиной: чем сильнее растянута пружина, тем большая энергия в ней запасена. 3. Тело человека как многозвенная система. Кинематические пары и цепи. Определение подвижности кинематических цепей (степени свободы). Проблема избыточности в управлении кинематическими цепями двигательного аппарата человека. Тело человека – это не материальная точка, а очень сложная биомеханическая система переменной конфигурации. При изучении кинематики движений человека мы можем исследовать движение отдельных точек его тела (например, центров суставов) и производить анализ и оценку их движений с помощью механических характеристик. При изучении движений отдельных звеньев тела человека мы можем вычленить и наблюдать наиболее простые формы движения тела – поступательное и вращательное. Кинематические пары и цепи. Кинематическая пара - неподвижные соединения двух костных звеньев, в котором движение определяется строением соединений и управляющим воздействием мышц Кинематическая цепь - последовательные или разветвлённые части тела, соединенные подвижно с помощью суставов Все кинематические цепи подразделяются на плоские и пространственные Кинематическая цепь звенья которой не образуют замкнутых контуров, называется незамкнутой. Кин.цепь звенья которой образуют один или несколько замкнутых контуров - замкнутой. Определение подвижности кинематических цепей (степени свободы) Степени свободы: 1.вверх и вниз 2.вперёд и назад 3.вправо и влево Если тело закреплено в одной точке, то оно не может совершать поступательного движения, но может вращаться относительно трёх осей,те имеет 3 степени свободы. НКЦ -большая степень свободы -возможность изолированных движений в отдельных звеньях -нкц может стать зкц, если конечное звено цепи получит связь с опорой ЗКЦ -невозможны изолированные движения в одном суставе -изменение положения в одном суставе приводит к изменению положений в 3х суставах -при сокращении хотя бы одной мышцы зкц , происходит движение всех звеньев кинематической цепи -зкц может разомкнуться 4. Виды рычагов. Условия равновесия и движения костных рычагов. «Золотое» правило механики. Действие мышц на костные рычаги. Виды рычагов Рычаг первого рода(равновесия) - двуплечий, это рычаги в которых точка опоры всегда располагается между точками приложения сил, то есть между нагрузкой и усилием. Если точка опоры расположена по центру, то точки приложения сил находятся на равном удалении от нее и прикладываемые силы равны. Рычаг второго рода(силы и скорости) - одноплечий, движущая сила оказывает действие на короткое плечо, сила сопротивления оказывает действие на длинное плечо. Условия равновесия и ускорения костных рычагов. Если противоположные относительно оси сустава моменты сил равны, звено сохраняет свое положение, либо продолжает свое движение с прежней скоростью. Но если один из моментов сил больше другого, звено получает ускорение в направлении его действия. Золотое правило механики: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии. Закон сохранения энергии: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения и упругости, остается неизменной. Действие мышц на костные рычаги Мышцы действуют на костные рычаги, соединяющиеся при помощи суставов, каждая мышца действует на сустав в одном направлении. 5. Механика мышечного сокращения. Основные режимы мышечного сокращения. Последовательность механических явлений при мышечном сокращении. Мощность, работа и энергия мышечного сокращения. Механика мышечного сокращения При сокращение мышцы длина актиновых и миозиновых филаментов не изменяется. Длина диска А не изменяется, диск I укорачивается, полоса Н исчезает Основные режимы мышечного сокращения Изометрический - режим мышечного сокращения, при котором момент силы мышцы равен моменту внешней силы(статика) Преодолевающий - режим мышечного сокращения , при котором момент силы мышц больше момента внешней силы Уступающий- рмс, при котором момент силы мышцы меньше момента внешней силы Последовательность механических явлений при мышечном сокращении I этап: в состоянии покоя актин и миозин не взаимодействуют II этап: при распространении потенциала действия активизирует выход в цитоплазму, необходимых для взаимодействия миозина и актина. 2 Са III этап: миозиновая головка наклоняется и протаскивает актиновую нить относительно миозиновой (10нм) IV этап: образовавшийся актин-миозиновый комплекс препятствует дальнейшему скольжению нитей относительно друг друга. Для из разъединения необходима энергия АТФ. Мощность,работа и энергия мышечного сокращения При изометрическом сокращении перемещения нет и поэтому работа (в физическом смысле) отсутствует. Аналогично обстоит дело и с мощностью. В изометрическом режиме она равна нулю. При максимальной стимуляции мышцы ее мощность зависит от скорости сокращения. Максимальное значение мощности отмечается при оптимальных величинах скорости и силы мышцы, равных примерно 1/3 максимальных значений. При сокращении мышца расходует энергию, которая превращается в работу и тепло. В изометрическом режиме, когда механическая работа равна нулю, вся освобожденная в результате химических реакций энергия превращается в тепло. В анизометрическом режиме одна часть энергии затрачивается на совершение механической работы, а другая часть переходит в тепловую. к.п.д. мышцы зависит от скорости ее сокращения. 6. Сила упругой деформации (Ь) нелинейно возрастает с увеличением длины мышцы. Активная сила (с) сначала увеличивается, а затем уменьшается, т. е. максимум силы тяги наблюдается при некоторой оптимальной длине мышцы, которая получила название длина покоя. Сила инерции внешнего тела в инерциальной системе отсчета (реальная сила) — это мера действия на тело человека со стороны тела, ускоряемого им. Реактивная сила (реакция опоры) — это воздействие опоры на тело гимнаста. 7. Внешние силы, действуя на твердое тело, вызывают изменения его формы, обуславливаемые перемещением частиц. Внутренними силами являются силы, действующие между частицами, эти силы оказывают сопротивление изменению формы. Изменение формы тела под действием силы называют деформацией, а тело, претерпевшее деформацию, называют деформированным. Силы пассивного противодействия включают: опорные реакции в суставах и местах прикрепления мышц и связок, силы сухого и жидкостного трения, силы инерции при ускорениях звеньев, органов и тканей, а также упругие силы деформации упругих образований. Внутрибрюшное давление зависит от ряда факторов: степени наполнения полых органов и совершения некоторых физических отправлений. Методом сечения 8. Геометрия масс тела человека - система его биомеханических характеристик, включающая данные о месте расположения его общего центра масс Под геометрией масс в биомеханике понимают совокупность показателей, характеризующих распределение массы теле человека, а также моменты инерции отдельных сегменте тела и всего тела в целом, координаты центров масс, радиус инерции отдельных звеньев тела Центр объема тела — точка приложения равнодействующей силы гидростатического давления Центр поверхности тела – это точка приложения равнодействующей сил действия среды. 9. Механическое движение тела – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел. Механическое движение является неотъемлемым компонентом функционирования человеческого организма. Чтобы определить положение какого-либо тела в пространстве, прежде всего, нужно выбрать тело отсчета. Механические характеристики движения человека – это показатели и соотношения, используемые для количественного описания и анализа двигательной деятельности человека. Теоре́ма Кёнига позволяет выразить полную кинетическую энергию механической системы через энергию движения центра масс и энергию движения относительно центра масс. Разнообразные химические и физические процессы в клетках тела, работа сердца и течение крови, дыхание, пищеварение и выделение; перемещение тела в пространстве и частей тела относительно друг друга; сложнейшая нервная деятельность, являющаяся физиологическим механизмом психики, восприятие и анализ внешнего и внутреннего мира - все это различные формы движения материи. Для измерения работы человека применяют приборы, называемые эргометрами. 10. Двигательное действие как система движений. Системно-структурный подход и метод биомеханического обоснования строения двигательного действия. В двигательных действиях как системах выделяют пространственные, временные и динамические образующие элементы, представляющие собой состав системы, ее сопоставляющие части, а также системообразующие связи, которые отражают взаимодействие и субординации (соподчиненность) образующих систему элементов. Системно-структурный подход в биомеханике характеризуется изучением состава и структуры систем, как в двигательном аппарате, так и в его функциях. Этот подход в известной мере объединяет механическое, функционально-анатомическое и физиологическое направления в развитии теории биомеханики. |