лекция. Лекция 5. 5 основы биомеханического контроля (2 часа)
 Скачать 449.63 Kb.
|
|
1.2.2. Биомеханика гребли При гребле весла совершают рабочие движения (гребок), направленные назад, относительно лодки и возвратные движения (замах), направленные вперед (В.И. Дубровский, 2008). Гребная механическая система (ГМС) – совокупность материальных тел (гребцы, весла, лодка), находящихся в таком взаимодействии, при котором положение или движение каждого тела зависит от положения или движения всех остальных. ГМС находится в постоянном механическом взаимодействии с окружающей средой (водой, воздухом). Внешние по отношению к ГМС силы – силы взаимодействия ГМС с окружающей средой. К ним относятся: − сила гидростатического давления; − сила сопротивления воды продвижению корпуса лодки; − сила давления воды на лопасть весла; − сила тяжести ГМС; − сила сопротивления воздуха. Внутренние по отношению к ГМС силы – силы взаимодействия элементов ГМС между собой. К ним, в частности, относятся: − сила тяги гребца (приложена к рукоятке весла); − сила давления гребца на подножку; − сила инерции тела гребца (приложена к рукоятке весла или к подножке); − силы веса отдельных звеньев ГМС и другие силы. Внешние по отношению к телу гребца силы – силы взаимодействия тела гребца с другими элементами ГМС. К ним относятся: − реакция рукоятки весла; − реакция банки; − реакция подножки; − сила сопротивления воздуха; − сила тяжести тела гребца. Внутренние по отношению к телу гребца силы – силы взаимодействия отдельных частей тела спортсмена. К ним относятся: − мышечные усилия; − усилия в связках; − реакции суставов; − силы инерции отдельных звеньев тела гребца. В процессе гребли все двигательные возможности спортсмена сосредоточены на решении главной биомеханической задачи – поступательном перемещении лодки. Непосредственная причина такого перемещения – силы, возникающие на лопасти весла. Этот гребущий элемент, сообщающий движение гребной системе, является движителем. Механические процессы, происходящие при его работе, подчинены законам гидромеханики. С точки зрения принятого в гидромеханике принципа обратимости движения не имеет значения, движется ли лопасть в покоящейся жидкости или ее поток набегает на неподвижную лопасть. При рассмотрении соотношений между направлением движения лопасти и направлением возникающих при этом сил большое значение имеет выбор точки отсчета, или, строго говоря, системы координат. Анализ сил, возникающих в жидкости, предполагает использование скоростной, или поточной (относительно набегающего потока), системы координат. В ней координатные оси получают по направлению результирующего вектора скорости движителя или по направлению набегающего потока. Величина и направление скорости движения лопасти определяются векторным сложением окружной скорости весла и поступательной скорости лодки. Угол, образуемый вектором результирующей скорости и плоскостью движителя, носит название угла атаки. Он может быть определен также, как угол между плоскостью движителя и направлением его движения в системе координат. Угол атаки лопасти – одна из важнейших биомеханических характеристик гребка. Назначение гребного весла – создание силы тяги лодки, т.е. силы, приложенной к лодке и ориентированной в направлении ее движения. Однако следует учитывать, что гребное весло создает тягу импульсами. В результате взаимодействия весла с водой возникает сила реакции лопасти. Непосредственное участие в создании силы тяги принимает не вся сила реакции лопасти, а лишь ее продольная составляющая. Она называется силой упора, это проекция силы реакции лопасти на ось направления движения лодки. Передаваясь через стержень весла и биокинематическую цепь сегментов тела гребца, сила упора лопасти преобразуется в силу тяги лодки. Чтобы сила упора лопасти стала силой тяги лодки, необходимо передать ее с весла на опору гребца. Усилие на лопасти передается через стержень весла и руки гребца на грудной отдел позвоночного столба и далее через туловище и таз – на сиденье. На протяжении всего этого пути усилие может поглощаться в амортизирующих узлах, вызывая взаимные перемещения недостаточно жестко связанных сегментов. Процесс передачи усилия можно оценить при помощи синхронной регистрации динамических характеристик на лопасти весла и на опоре. При этом количественным критерием эффективности передачи может служить соотношение импульсов силы, воздействующей на штору гребца и на лопасть весла. Прикладывая усилия к веслу и перемещая его тем самым относительно лодки и лодку – относительно воды, спортсмен совершает механическую работу. Крайне важно установить соответствие фиксируемой силы и перемещения именно той материальной точки, к которой эта сила приложена. Например, работу тянущей руки определяют по показателям тянущего усилия и перемещения кисти относительно лодки; работа, совершаемая против силы гидродинамического сопротивления лодки, равна произведению этой силы на пройденный лодкой путь. Если представить себе греблю в неподвижной лодке, то работа весла будет равна произведению силы на величину перемещения лопасти относительно лодки. Таким же образом определяется перемещение лопасти и при обычной гребле. Рациональная техника гребли характеризуется согласованной и биомеханически целесообразной работой всей скелетной мускулатуры. Мышцы, участвующие в движениях гребца, в зависимости от выполняемой функции условно делятся на локомоторные и позные. Первые работают в преодолевающем динамическом режиме, вторые – преимущественно в изометрическом. При гребле спортсмен совершает механическую работу, затрачивая определенное количество энергии. Однако не вся затраченная им энергия является полезной. Часть затраченной энергии расходуется на преодоление сил сопротивления и рассеивается внутри движущейся системы. Большая часть рассеянной энергии бывает вызвана дискоординацией гребца. При достижении высокой средней дистанционной скорости, гребец не может показывать максимального кпд, т.к. он не способен продолжительное время работать в режиме максимальной мощности. Это объясняется тем, что с утомлением двигательные качества спортсмена вступают в противоречие с техникой гребли. Из этого положения имеется два выхода. Во-первых, необходима интенсификация двигательных способностей гребцов. Во-вторых, спортсмен должен овладеть рациональной техникой гребли с высоким коэффициентом полезной деятельности (т.е. не с максимальной мощностью). Экономизация энергии мышечного сокращения является важным критерием рациональности системы движений. В этой ситуации следует выделить два способа экономизации энергии мышечного сокращения: вопервых, не производить лишних движений; во-вторых, выполнять движения только с помощью тех мышечных групп, которые обеспечивают необходимые рабочие движения при заданном составе двигательных действий (А.О. Борисов, 2006). 1.3. Биомеханика передвижений со скольжением Передвижения со скольжением осуществляют в целом ряде видов спорта: лыжном, скоростном беге на коньках, фигурном катании, прыжках на лыжах с трамплина, санном спорте и т.д. В лыжном спорте используются различные способы передвижения (лыжные ходы), выбор которых зависит от рельефа местности, условий скольжения, уровня подготовленности лыжника. Двигательные действия лыжника носят циклический характер. Цикл делится на временные интервалы – периоды, состоящие из отдельных фаз. Границей между соседними фазами считается момент, когда лыжник находится в строго определенном положении (граничной позе) и начинается выполнение задачи следующей фазы.  Рисунок 5.5 - Фазовый состав и граничные позы при передвижении попеременным двухшажным ходом (по X.X. Гроссу, Д.Д. Донскому) Таблица 5.1 - Кинематическое описание двухшажного попеременного хода (по Х.Х. Гроссу, 1980)
Лыжные ходы разделяют по способу отталкивания палками на попеременные и одновременные. По числу шагов в одном цикле выделяют двухшажный, четырехшажный и бесшажный ходы. Попеременный двухшажный ход применяется на равнинных участках и отлогих склонах (до 20), а при очень хорошем скольжении – и на подъемах средней крутизны (до 50). На рисуноке 5.5 и в таблице 5.1 представлен фазовый состав попеременного двухшажного хода. Одновременный одношажный ход применяется на равнинных участках, на отлогих подъемах при хорошем скольжении, а также на уклонах при удовлетворительном скольжении. В каждом цикле лыжник делает одно отталкивание одновременно двумя палками и одно отталкивание лыжей. В цикле хода выделяют шесть фаз (таблица 5.2). Полный цикл одновременного бесшажного хода состоит из одновременного отталкивания двумя руками и последующего двухопорного скольжения на лыжах (рисунок 5.6). Таблица 5.2 - Фазовый состав одновременного одношажного хода (по В.Н. Манжосову, В.П. Маркину, 1980)
 Рисунок 5.6 - Хронограмма и фазовый состав одновременного бесшажного хода (по М.А. Аграновскому, В.Л. Уткину) Попеременный четырехшажный ход в соревнованиях уже не используют из-за низкой скорости передвижения, но он успешно применяется в туристических походах, когда глубокий снег не позволяет активно отталкиваться палками. Цикл этого хода состоит из четырех скользящих шагов. На первые два шага лыжник поочередно выносит палки вперед, на третий и четвертый шаги делает два попеременных отталкивания палками. Коньковые способы передвижения широко используются с 1981 г., когда финский лыжник Сиитонен впервые применил его в соревнованиях. Лыжи оригинальной конструкции (пластиковые, с металлическими вставками и т.п.) и современные способы подготовки трассы позволяют реализовать преимущества этого хода в скорости, а при равной с классическими ходами скорости – в экономичности. В коньковых способах отталкивание осуществляется скользящей лыжей. Сила отталкивания уменьшена, а время отталкивания увеличено (около 50% от длительности шага). В результате увеличивается импульс силы, от которой зависит эффективность отталкивания ногой. К числу наиболее распространенных вариантов конькового хода относятся: одновременный полуконьковый ход (на одно отталкивание руками приходится одно отталкивание ногой), коньковый одновременный двухшажный ход (в цикл хода включаются одновременное отталкивание палками и два шага), коньковый одновременный одношажный ход (одновременное отталкивание обеими руками на каждое отталкивание ногой), коньковый попеременный ход (на каждое отталкивание рукой следует отталкивание одноименной ногой). Схематическое изображение перечисленных способов передвижения представлено на рисунок 5.7. При хороших условиях скольжения на равнине при передвижении одновременным полуконьковым ходом длина шага у мужчин составляет 6,5 – 7,5 м, а у женщин – 5,5 – 6,7 м. В коньковом одновременном двухшажном ходе длина шага несколько больше – у мужчин 7 – 8 м. Преимущество конькового хода перед классическими по скорости достигает 15–20%. Крутизна подъема 8–90 при хороших условиях скольжения является граничной, когда возможности ходов уравниваются. На более крутых участках выигрышнее подъем скользящим и ступающим шагом, на более пологих – коньковый. Передвигаясь по лыжне, лыжник отталкивается с помощью лыж и палок. При этом на лыжника действуют те же силы, что и при ходьбе и беге (см. рисунок 5.3) и, кроме того, сила трения-скольжения. Ее величина равна произведению коэффициента трения скольжения на нормальную (перпендикулярную к лыжне) составляющую силы давления лыжи на снег. Чем меньше коэффициент трения скольжения, тем длиннее шаг и выше скорость при тех же энергозатратах.  Рисунок 5.7 - Схематическое изображение различных коньковых способов передвижения на лыжах (вид сверху): А – полуконьковый одновременный ход; Б – коньковый одновременный двухшажный ход; В – коньковый одновременный одношажный ход; Г – коньковый попеременный ход. Условные обозначения: пунктир – кривая перемещения ОЦТ; → – направление движения (по А.В. Кондрашову) Для уменьшения коэффициента трения используются лыжные мази. Выбор мази зависит от температуры и состояния лыжни. При правильном подборе мази (что до сих пор является своеобразным искусством) коэффициент трения удается снизить до 0,02–0,04. Силы действия лыжи и палки на снег увеличиваются по мере увеличения скорости и крутизны подъема. Кроме того, величина силы отталкивания зависит от квалификации лыжника. При снижении физической работоспособности человека, а также при усложнении условий передвижения на лыжах (увеличении крутизны подъема, коэффициента трения скольжения и т.д.) оптимальная скорость и оптимальная длина шага уменьшаются, а оптимальный темп увеличивается. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||