Лекция 7,8,9. Биомеханика двигательных качеств
 Скачать 183.5 Kb.
|
|
БИОМЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЬНЫХ КАЧЕСТВ 1. Двигательные качества 1.1. Понятие о двигательных качествах и их виды Каждый человек может выполнить ту или иную физическую нагрузку - прыгнуть в длину или высоту, поднять тяжесть, пробежать какую-либо дистанцию. Способность выполнять ту или иную физическую нагрузку - есть двигательная или физическая возможность данного человека. Но одну и ту же физическую нагрузку разные люди выполняют по разному. Например, одну и ту же дистанцию одни пробегают быстро, другие медленно; одни с затратой больших усилий, другие с затратой меньших; одни выполняют ее более продолжительное время, а другие нет. Следовательно, разные люди одну и ту же физическую нагрузку выполняют с разным двигательным качеством, то есть у разных людей физические или двигательные возможности качественно отличаются друг от друга. Значит, двигательные возможности разных людей можно измерить, а значит, и оценить с помощью двигательных качеств. Следовательно, двигательными или физическими качествами следует называть отдельные, качественно различные стороны двигательных возможностей человека. К двигательным качествам относятся: 1. Силовое качество (другие названия: мышечная сила, силовые возможности, силовые способности). 2. Скоростное качество. 3. Выносливость. 4. Гибкость. В каждом движении присутствуют все двигательные качества, но в разной степени выраженности и в определенном соотношении друг с другом. Поэтому если в тренировочном процессе совершенствуется одно двигательное качество, то одновременно совершенствуются и другие, но в разной степени выраженности. 1.2. Показатели двигательных качеств Показателями двигательных качеств являются: сила, скорость, длительность движения (время). Они могут быть явными, т.е. доступными непосредственному измерению и латентными, т.е. скрытыми, недоступными непосредственному измерению. Тренер должен знать и явные и латентные показатели двигательных качеств каждого своего спортсмена. Иначе у него может сложиться ложное представление о двигательных качествах того или иного спортсмена. Пример. Два спортсмена подтягиваются на перекладине до отказа. Первый подтянулся 20 раз, второй 15. Это явные показатели. Который из спортсменов проявил большее силовое качество? Первый ответ - тот, кто подтянулся большее число раз. Но при такой оценке не был учтен поднимаемый вес. Первый имеет собственный вес 60 кг, а второй - 80 кг. Следовательно, первый за двадцать раз поднял груз равный 1200 кг, а второй за 15 раз тоже 1200 кг. Следовательно, силовое качество обоих спортсменов одинаковое. В первом варианте оценки показатель был выражен числом подтягиваний или в абсолютных единицах, поэтому явные показатели еще называются абсолютными. Во втором варианте оценка была сделана относительно собственного веса спортсменов. В первом варианте вес спортсменов не фигурировал, он, как бы, был скрыт. Поэтому показатель такой оценки называется скрытым или латентным. Можно такой показатель называть относительным, т.к. он выражен относительно веса спортсменов. 1.3. Биомеханика силового качества 1.3.1. Понятие о силовом качестве Силовое качество- это способность мышц человека проявлять силу. Вместо термина "силовое качество" используют также термины "мышечная сила", "силовые возможности", "силовые способности". Силовое качество может проявляться как: 1. Собственно силовое - это статическая сила. Она проявляется в статическом виде работы мышц и в медленных движениях, например, удержание веса. 2. Скоростно-силовое качество, т.е. сочетание силы и быстроты сокращения мышц. В свою очередь оно может проявляться как: а) динамическая сила - проявляющаяся в быстрых движениях, например, удар в боксе, футболе; б) амортизирующая сила - проявляющаяся в уступающих движениях, например, сила, проявляемая мышцами-разгибателями нижней конечности во время приземления в прыжке, амортизация в фазе приземления в ходьбе и т.д. 1.3.2. Сила действия человека В организме человека мышцы силой своего сокращения действуют на кости скелета и приводят их в движение. Поэтому, кости скелета, суставы и мышцы называют опорно-двигательным аппаратом человека (ОДА). Движущиеся кости скелета представляют являются системой рычагов, с помощью которой мышечная сила передается к рабочему звену ОДА. Например, при ударе по футбольному мячу рабочим звеном является стопа, а бедро и голень - рычаги, через которые сила сокращения мышц передается стопе. Действие человека на внешние тела называется силой действия человека (СДЧ). Значит, сила сокращения мышц и СДЧ это не одно и то же, потому что первая приложена к костям скелета, а вторая приложена к внешним для человека телам, например, к ядру, диску, копью, мячу и т.д. Они будут неодинаковыми и по своей величине. Измеряется СДЧ биомеханической характеристикой "сила" (см. лекцию "Биомеханические характеристики"). За ее показатель берется максимальная из максимальных сил, или иначе - лимитная величина. Это означает, что чтобы судить о силовом качестве спортсмена необходимо дать ему несколько попыток проявления силы и выбрать из них наибольший результат. От чего зависит сила сокращения самой мышцы - было разобрано в лекции "Биомеханика мышц". А СДЧ зависит от ряда условий: 1) индивидуальной силы тяги мышц, которые принимают участие в данном движении; 2) количества мышц, принимающих участие в данном движении, т.к. действие мышц у человека групповое; 3) анатомических условий силы тяги мышц; 4) физиологических условий силы тяги мышц; 5) положения звеньев и величины суставных углов; 6) психологического фактора - эмоциональный настрой (возбуждение или подавленность, апатия, безразличие к спортивному результаты); 7) от параметров двигательных заданий. Зависимость СДЧ от психологического фактора подробнее рассматривается в предмете "Психология спорта". Зависимость СДЧ от условий указанных в пунктах 1,2,3,4,5 рассмотрена в лекции "Биомеханика мышц". Необходимо рассмотреть зависимость СДЧ от параметров двигательных заданий. 1.3.3. Зависимость СДЧ от параметров двигательных заданий 1.3.3.1 Зависимость силы от внешней нагрузки, или сила действия - масса". Из биомеханики мышц известно, что одним из условий проявления мышцей силы является внешняя нагрузка, т.е. чем больше внешнее сопротивление мышце, тем большую силу она проявляет мышца. Значит, имеется прямая зависимость между силой и внешней нагрузкой. Если человек каждый раз будет поднимать штангу большего веса, то соответственно будет расти и проявляемая мышцами сила до критического момента, когда дальнейшего роста силы не будет. Проявленная при этом сила будет максимальной силовой возможностью данного человека (рис. 1). Свойство мышцы увеличивать силу сокращения на возрастающую внешнюю нагрузку используется в тренировке силы. 1.3.3.2. Зависимость СДЧ от скорости движения, или "сила действия - скорость движения". При езде на велосипеде в начале требуется приложить к педалям большое усилие, чтобы достичь необходимой скорости. Чтобы в дальнейшем поддерживать достигнутую скорость постоянной уже не требуется сильно давить на педали. На спуске скорость движения велосипеда увеличивается и человек не успевает надавить на педали с той же силой, что и при движении с постоянной скоростью. При дальнейшем увеличении скорости движения может наступить момент, когда становится вообще невозможно успеть надавить на педали. Следовательно, между скоростью движения и прилагаемым усилием имеется обратная зависимость - скорость движения больше, прилагаемое усилие меньше. Эту зависимость можно изобразить графически (рис. 2), если на вертикальной оси откладывать прилагаемую силу (F), а на горизонтальной скорость (V). Из графика видно, что при максимальной скорости движения прилагаемая сила минимальная, при минимальной скорости прилагаемая сила максимальная. При большой силе движения выполняются с меньшей скоростью, при меньшей силе движения выполняются быстрее. Значит, характер такой зависимости между силой и скоростью движения позволяет сделать следующие выводы: - с ростом скорости движения снижается значение силы для сохранения или увеличения скорости; - при максимальной скорости движения (в том числе и при движении звеньев тела) спортсмен успевает приложить меньшее количество силы от своих силовых возможностей, а в медленных большее; - в видах спорта, где движения выполняются быстро, не требуется спортсмену развивать большое силовое качество; - чтобы проявить большую силу надо движения выполнять медленно; - рост силового качества ведет к потере скорости. Для разных видов спорта эта зависимость выглядит по-разному (рис. 3). Для скоростно-силовых линия графика (1) ближе к прямой. Это говорит о том, что в таких движениях спортсмен преодолевает значительное внешнее сопротивление и, чтобы поддерживать скорость движения, например, 50 м/с, требуется достаточно большая сила. Для стайеров (линия 2) характерна большая скорость при малом приложении силы. На графике видно, что стайер поддерживает те же 50 м/c при меньшем приложении силы. Это говорит о том, что в скоростных видах спорта внешнее сопротивление меньше, чем в скоростно-силовых. Следовательно, для разных видов спорта тренировка силового качества должна исходить из того сопротивления, которое спортсмен испытывает в спортивном движении. Кривая зависимости "сила-скорость" изменяется от тренировки. Это изменение зависит от того, какие средства используются во время тренировки. Если тренировка проводится с тяжестями - растет силовая сторона, если тренируется скорость движений - растет скоростная сторона подготовки спортсмена. Правильное сочетание скоростной и силовой подготовки дает рост скоростно-силовых качеств. Тренер должен четко видеть, как изменяются двигательные качества спортсмена в результате тренировок и, как дирижер, руководить их изменением, чтобы повысить спортивный результат. В этом ему может помочь исследование зависимости "сила-скорость". 1.3.3.3. Зависимость СДЧ от направления движения, или сила действия - направление движения. Сила действия во время уступающего движения на 50% - 100% превосходит силу действия во время преодолевающего движения, т.е. человек сильнее в уступающих движениях. Следовательно, если мы измерим силу при отталкивании во время прыжка и во время приземления, то окажется, что во время приземления показатель силы будет больше. Как известно из лекции "Биомеханика мышц ОДА человека", в уступающем движении напряженные мышцы растягиваются. Значит, человек проявляет большую силу в тот момент, когда мышцы, будучи напряженными, насильственно растягиваются. И чем быстрее растягиваются напряженные мышцы, тем больше проявляемая сила. Для наглядности это можно изобразить графически (рис. 4) при движении руки с гантелью (рис. 5). На вертикальной оси будем откладывать показатели силы, проявляемые двуглавой мышцей плеча. На горизонтальной оси от 0 вправо будем откладывать скорость укорочения мышцы при ее сокращении, а влево - скорость удлинения мышцы при ее растягивании. Когда человек просто удерживает груз в одном положении (рис. 5а), проявляется статистическая сила (рис. 4 точка "А"). Если он начнет его поднимать (рис. 4б), то мышца будут укорачиваться (преодолевающее движение), а проявляемая сила падать, что и видно на графике. Кроме этого, на графике также видно, что чем быстрее идет укорочение, тем меньше проявляемая сила. Падение силы пропорционально квадрату уменьшения длины. Причиной уменьшения силы тяги мышцы с ее укорочением будет уменьшение количества незамкнутых белковых мостиков между нитями актина и миозина в саркомерах (лекция "Биомеханика мышц ОДА человека"). Но если удерживаемый груз, когда рука согнута в локтевом суставе, а двуглавая мышца максимально сокращена и напряжена (рис. 6б), увеличивать, то наступает момент, когда мышца не может удержать груз в прежнем положении и начинает уступать ему - растягиваться будучи напряженной (уступающее движение), т.е. движение будет прямо противоположным (рис. 6б). При этом, проявляемая ею сила начнет возрастать (рис. 4). На графике также видно, что чем больше скорость растягивания мышцы, тем больше ее сила. Объяснятся такое явление тем, что у сокращенной мышцы замкнуты все белковые мостики между нитями актина и миозина саркомеров и они все сопротивляются растяжению. Кроме этого, к силе тяги мышцы добавляется сила упругости мышцы (лекция "Биомеханика мышц ОДА человека"). Таким образом, из анализа зависимости "сила действия - направление действия" можно сделать следующие выводы. 1. В преодолевающих движениях, сопровождающихся сокращением мышцы, сила ее тяги меньше, чем в уступающих движениях, сопровождающихся удлинением мышцы. 2. В преодолевающем движении сила больше при меньшей скорости сокращения мышцы, т.е. в медленных движениях. 3. Чем выше скорость растягивания мышцы, тем больше ее сила. 1.3.4. Тренировка силы 1.3.4.1. Выбор положения тела и звеньев конечностей для тренировки силы. В разделе 1.3.3.3. было описано, что мышцы проявляют большую силу тяги при уступающих движениях по сравнению с преодолевающими.Возникает вопрос - имеет ли значение направление движения звеньев для тренировки силы? Если имеет, то какое положение звеньев надо выбирать при тренировочных упражнениях? Оказывается, если тренировочное упражнение направлено на напряжение мышцы в положении, когда она растянута, то сила мышцы будет возрастать, и она будет проявляться в тех положениях звеньев, в которых тренировки не было. Рассмотрим это на примере двуглавой мышцы плеча (рис. 19а). а б Рис. 19.Зависимость силы мышцы от положения звеньев во время тренировки. Первый вариант. Тренировка с отягощением осуществляется когда угол в локтевом суставе составляет 120 градусов, то есть когда мышца растянута. В результате такой тренировки возрастет сила мышцы, которая будет проявляться не только в тот момент, когда в движении будет достигнут угол 120 градусов, но и при углах, в которых тренировки не было, то есть имеется перенос тренировочного эффекта на всю амплитуду движения. Второй вариант. Во время тренировочного силового упражнения напряжение мышцы осуществляется в момент, когда она была максимально сокращена (рис. 19б). Сила мышцы будет расти быстрее, чем в первом варианте тренировки, с одновременным более быстрым ростом объема мышцы. Во втором варианте объем мышцы будет больше, но возросшая сила проявится в основном в том положении, в котором проходила тренировка (статическая работа). И так, если по условиям будущей деятельности человека необходимо проявление большой силы на всем протяжении движения (динамическая работа), то необходимо применить первый вариант тренировки. Если же нужно увеличение силы для статической работы или быстрее увеличить объем мышц, то предпочтительнее второй вариант. При выборе положения тела и звеньев конечностей во время тренировочного силового упражнения необходимо знать - какие мышцы в этом положении звеньев будут активными. Если в соревновательном движении, хотя бы часть из тренируемых мышц не будут принимать участие в движении, то рост спортивного результата будет не велик или его не будет вовсе. Разберем это на таком примере. Лыжник-гонщик выполняет приседание и подъемы со штангой. Первый вариант. В положении приседа наклон туловища по отношению к бедру составляет 35 градусов (рис. 7а). Второй вариант. Выполняется то же самое, но присед происходит при 70 градусах между бедром и туловищем (рис. 7б.). В первом варианте будут задействованы группа икроножных мышц, разгибателей голени, бедра и разгибатели спины (заштрихованные участки); во втором - те же группы, кроме разгибателей спины. Они во время тренировочного движения будут выполнять удержание спины в одном т том же положении, а тяжесть штанги будет приходиться большей частью вдоль позвоночника, поэтому рост силы разгибателей спины будет небольшим. Для лыжника-гонщика более приемлем первый вариант, так как для длинных дистанций нужна "крепкая спина" - хорошая силовая выносливость мышц разгибателей спины. В настоящее время в спортивной практике для тренировки силы мышц стараются использовать такие упражнения с отягощениями, которые позволяют решать одновременно задачи физической и технической подготовки. Но, чтобы этого достичь, тренировочные упражнения должны отвечать определенным требованиям. а б Рис. 20. Варианты тренировки силы мышц лыжника-гонщика Вывод. Тренер должен хорошо знать зависимость силы действия от положений тела, чтобы находить такие варианты техники, при которых спортсмен мог бы проявить наибольшую внешнюю силу. 1.3.5. Скорость изменения силы Исследованиями установлено, что у человека мышца достигает максимальной силы сокращения спустя 300-400 миллисекунд (мс) после возбуждения. Это обстоятельство имеет важное значение для движений человека, особенно спортивных. Рассмотрим это на следующем примере. Во время силового тестирования толчка нижней конечностью членов экспериментальной сборной команды страны по конькам развиваемое усилие записывалось на ленте самописца. На рис. 18 представлена запись развития усилий во времени двух обследуемых в виде графиков. Один из них(кривая 1) развил усилие в толчке равное 220 кГ, второй (кривая 2) - 140 кГ. С помощью киносъемки бега на коньках было определено время толчка коньком. У обоих обследуемых оно оказалось по 240 мс, т.е. меньше, чем это необходимо для достижения мышцей максимальной силы. Отложим это время на горизонтальной оси и от этой точки восстановим перпендикуляр так, чтобы он пересек обе кривые развития усилия. Проекция точек пересечения на ось силы показывает, что спортсмен, проявивший меньшую силу в тестировании, успевает развить в толчке силы больше, чем спортсмен, проявивший большую силу в тестировании, так как его сила мышц во времени развивается медленнее. Скорость роста силы мышцы называется градиентом силы. Он равен отношению проявленной силы к времени, за которое сила выросла. При оценке взрывной силы используют скоростно-силовой индекс - отношение максимальной силы к максимальному времени ее достижения. Для оценки скорости изменения силы при перемещении самого спортсмена (бег, прыжки и т.д.) используется коэффициент реактивности - отношение максимальной силы к максимальному времени ее достижения и умноженному на вес спортсмена (по Ю.В. Верхошанскому). Из данных литературы известно, что время быстрых движений человека, особенно спортивных, меньше времени развития максимальной силы мышцей. Например, отталкивание в беге у сильнейших спринтеров длится 100 мс, отталкивание в прыжках в длину - менее 150-180 мс, отталкивание в прыжках в высоту - менее 250 мс, финальное усилие в метании копья - примерно 150 мс. Значит, в быстрых движениях человек не успевает использовать максимальную силу мышц, так как не успевает ее развить. Достигаемая скорость движения будет зависеть от скорости роста силы, а она может быть не одинаковой для одних и тех же мышц у разных людей. По этой причине у двух конькобежцев, в приведенном примере, при одинаковом времени отталкивания градиенты силы разные, следовательно, и скорость бега будет разной. Она будет выше у спортсмена с меньшей общей силой мышц, зато с большим градиентом силы. Оценить градиент силы у спортсмена можно определением времени роста силы мышцы (группы мышц) до ее максимума по электромиограмме, записанной во время мышечного усилия. Косвенно оценить интенсивность нарастания силы спортсмена, например, во время бега, можно по графику ускорения при отталкивании от опоры. Все вышеописанное позволяет сделать следующие выводы: 1) обладание наибольшей силой мышц еще не означает, что будет показан высокий спортивный результат в передвижении по дистанции; 2) одного силового тестирования мышц для оценки подготовленности спортсмена недостаточно, следует определять скорость роста силы; 3) в медленных движениях преимущество будет за тем спортсменом, который обладает большей максимальной силой, т.к. его мышцы успеют развить максимальную силу; 4) в быстрых движениях за тем, который обладает быстрым ростом силы. 1.3.5. Топография силы |