Курс лекций по биомеханике. Курс лекций Содержание Биомеханика как учебная и научная
 Скачать 5.94 Mb.
|
БИОМЕХАНИКАКурс лекций Содержание 1.Биомеханика как учебная и научная дисциплина………………………………………………………….3 2.Направления развития биомеханики как науки…………………………………………………………….9 3.Топография тела человека. ………………………………………………………………………………….17 4. Тело человека как биомеханическая система…………………………………………..……………… 29 5. Кинематические характеристики движений человека…………………………………………………..416.Динамические характеристики движений человека……………………………………………………...497. Биодинамика двигательных качеств……………………………………………………………………..…61 8.Биомеханические основы спортивной техники …………………………………………………………. 71 9. Элементы теории ошибок…………………………………………………………………………………....81 10. Методика качественного биомеханического анализа……………………………………………..…..89 11. Основы контроля за технической подготовленностью………………………………………………..99 12.Структура движений человека и управление ими……………………………………………………..107 13. Управление непереместительными действиями……………………………………………………...121 14.Движения на месте………………………...………………………………………………………………..129 15. Движения вокруг оси и перемещающие движения……………………………………………………135 16. Биомеханика локомоций ……………………………………………….…………………………………145 Материалы для самостоятельной работы 1.Биомеханика двигательного аппарата человека……………………….………………………..…….159 2.Человек как самоуправляющаяся система…………………………………………….…………….…169 3.Биомеханический контроль. Клинический анализ движений. Тесты в биомеханике……..……..177 4.Оглавление……………………………………………………………………………………………..…….189 Лекция 1. Биомеханика как учебная и научная дисциплина 1.Движение как форма бытия материи 2.Предмет биомеханики 3. Задачи биомеханики 4. Содержание биомеханики Биологическая механика как наука о механическом движении в биологических системах использует в качестве методического аппарата принципы механики. Механика человека есть раздел механики, изучающий целенаправленные движения человека. Биомеханика — это раздел биологии, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления (при движении, дыхании и т. д.).( Дубровский В.И.) Изучая определенную область знания, сначала определяют ее предмет, задачи и содержание в настоящее время, устанавливают ее основные особенности. Затем знакомятся с возникновением и развитием соответствующей науки. Это позволяет лучше понять ее современное состояние, возможности и пути дальнейшего развития. Физика, химия, биология и другие науки изучают законы разных форм движения материи в неживой природе, в живой природе и в обществе. Самое простое движение — пространственное перемещение тел — исследует механика. Для лучшего понимания сути и роли механического движения в животных организмах следует рассмотреть основные понятия о движении вообще. 1.1.Движение как форма бытия материи. Движение есть форма существования материи. Все в мире движется. В движении находятся звездные миры, наша Земля, человек, части его тела, молекулы его клеток, атомы, их элементарные частицы; одной из форм движения материи является мышление. Всем известны глубокие и яркие слова Ф. Энгельса: «Движение, рассматриваемое в самом общем смысле слова, т. е. понимаемое как форма бытия материи, как внутренне присущий материи атрибут1, обнимает собою все происходящие во вселенной изменения и процессы. начиная от простого перемещения и кончая мышлением»2. Следовательно, движением в философском понимании называют всякое изменение вообще. Все существующее в мире — материя, которая вечно движется, изменяется. Материя без движения немыслима, как немыслимо и движение без материи. 1.2. Формы движения материи Соответственно многообразию мира существует и многообразие движения — различные формы движения материи. Ф. Энгельс различал более простые формы движения материи — механическую, физическую и химическую, которые проявляются как в неживой, так и в живой природе, и более сложные, высшие, формы движения — биологическую (все живое) и социальную (общественные отношения, мышление). С развитием наук все более углубляется изучение ранее известных форм движения и выдвигаются на обсуждение новые (например, кибернетическая—как движение информации). Каждая более сложная форма движения включает в себя и более простые. Простейшая форма—механическая —существует везде. Но чем форма движения выше, тем менее существенна механическая форма; движение качественно характеризуется соответственно более высокой формой. Таким образом, каждая высшая форма обладает качественной спецификой и не «сводима» к низшим, в то же время она неразрывно связана с ними. 1.3. Движения человека Движения человека представляют собою механическое перемещение живого организма. Движения человека — одно из сложнейших явлений в мире. Они сложны не только потому, что в его двигательной деятельности очень непросты функции органов движения, но и потому, что в ней отражается его сознание как функция наиболее высокоорганизованной материи — мозга. Роль движений в жизни человека исключительно велика. Посредством движений он изменяет окружающую природу. В процессе этого изменения развивается и организм человека, и его сознание. Даже простейшая форма движения материи — механическая — из-за чрезвычайной сложности строения тела человека и его функций очень непроста. К тому же добавляется сложность взаимодействия механической формы с более высокой — биологической. В биологической механике (биомеханике) как раз и изучаются закономерности как самих механической и биологической форм, так и их взаимодействия. Движение живых существ как биологическое явление может быть понято лишь на основе изучения неразрывной связи биологических и механических закономерностей. 2. ПРЕДМЕТ БИОМЕХАНИКИ Предмет любой науки, в том числе и биомеханики, определяется специфическим объектом познания — кругом явлений и процессов, закономерности которых изучает та или иная наука. В этом объекте каждая из них имеет свою область изучения. 2.1. Объект познания Объект познания биомеханики — двигательные действия человека как системы взаимно связанных активных движений и положений его тела. Биомеханика возникла и развивается как наука о движениях животных организмов, в частности человека. У животных организмов движутся не только части тела — органы опоры и движения. Смещаются внутренние органы, жидкости в сосудах и полостях, воздух в дыхательной системе и т. п. Эти механические процессы в биомеханике еще почти не исследованы. Поэтому до сих пор объектом познания в ней принято считать только движения тела. В принципе же к биомеханике следует относить все проявления механического движения в животных организмах. В норме человек производит не просто движения, а всегда действия (Н. А. Бернштейн); они ведут к известной цели, имеют определенный смысл. Поэтому человек выполняет их активно, целенаправленно, управляя ими, причем все движения тесно взаимосвязаны — объединены в системы. В действиях человека движения выполняются обычно не все время и не всегда во всех суставах. Части его тела иногда сохраняют свое относительное положение почти неизменным. В активном сохранении положения, как и в активных движениях, участвуют мышцы. Следовательно, человек совершает двигательные действия посредством активных движений и сохраняя при необходимости взаимное расположение тех или иных звеньев тела. Системы активных движений, а также сохранение положений тела при двигательных действиях и изучаются в настоящем курсе биомеханики. 2.2. Область изучения Область изучения биомеханики — механические и биологические причины возникновения движений и особенности их выполнения. Движения частей тела человека представляют собою перемещения в пространстве и времени, которые выполняются во многих суставах одновременно и последовательно. Движения в суставах по своей форме и характеру очень разнообразны, они зависят от действия множества приложенных сил. Все движения закономерно объединены в целостные организованные действия, которыми человек управляет при помощи мышц. Учитывая сложность движений человека, в биомеханике исследуют и механическую и биологическую их стороны, причем обязательно в тесной взаимосвязи. Поскольку человек выполняет всегда осмысленные действия, его интересует, как можно достичь цели, насколько хорошо и легко это получается в данных условиях. Чтобы результат был лучше и достичь его было легче, человек сознательно учитывает и использует условия, в которых надо действовать. Кроме того, он учится более совершенно выполнять движения. Биомеханика человека учитывает эти его способности, чем существенно отличается от биомеханики животных, ни одно из которых не обладает ими. Таким образом, биомеханика человека изучает также, какой способ и какие условия выполнения действий лучше и как овладеть ими. Биомеханика разделяется на: а) общую, исследующую общие .закономерности всех видов двигательных действий, и б) частные разделы, которые изучают закономерности движений, специфичных для физических упражнений (в том числе и спортивных), труда, реабилитации (в данном случае — восстановление утраченных или нарушенных функций) и др. 3. ЗАДАЧИ БИОМЕХАНИКИ Задачи каждой области знания определяют собой ее содержание— ее теорию и метод. Различают общие задачи, охватывающие всю область знания, и частные — важные только для определенного круга изучаемых явлений. 3.1. Общая задача изучения движений Общая задача изучения движений состоит в оценке эффективности приложения сил для достижения поставленной цели. Всякое изучение движений в конечном счете направлено на то, чтобы помочь лучше выполнять их. Прежде чем приступить к разработке лучших способов действий, необходимо оценить уже существующие. Отсюда вытекает самая общая задача биомеханики, сводящаяся к оценке эффективности способов выполнения изучаемого движения. При таком подходе сопоставляют то, что есть в движениях, с тем, что требуется. Биомеханика исследует, «каким образом полученная механическая энергия движения и напряжения может приобрести рабочее применение»,— писал акад. А. А. Ухтомский. Рабочий эффект измеряется тем, как используется затраченная энергия. Для этого определяют, какие силы совершают полезную работу, каковы они по происхождению, когда и где приложены. То же самое должно быть известно о силах, которые производят вредную работу, снижающую эффективность полезных сил. Такое изучение дает возможность сделать выводы о том, как повысить эффективность действия. Это лишь самая общая задача. По ходу ее решения возникают многие частные задачи, не только предусматривающие непосредственную оценку эффективности, но и вытекающие из общей задачи и ей подчиненные. 3.2. Частные задачи биомеханики Частные задачи биомеханики состоят в изучении движений человека в двигательной деятельности и изучении приводимых им в движение физических объектов, а также в изучении результатов решения двигательной задачи и условий, в которых оно осуществляется. В биомеханических исследованиях может решаться большое количество отдельных частных задач, которые возникают в связи с многообразными запросами практики. Эти задачи вызваны необходимостью создавать новые системы движений или улучшать существующие, для того, чтобы обучать наиболее совершенным. Знание закономерностей явления дает возможность предвидеть его последствия. Предвидение при обучении движениям позволяет планировать, а следовательно, и обоснованно выбирать путь достижения цели и осуществлять надежный контроль за продвижением по этому пути. В двигательной деятельности человека решается много двигательных задач. Для достижения поставленных целей используется много разных способов выполнения действий. При решении одной и той же задачи часто существует несколько вариантов действия, В связи с этим, изучая движения человека, устанавливают особенности выполнения различных способов действия. Выясняют внешнюю картину движений — их форму и характер; устанавливают механизм движений — приложенные силы, вызванные ими изменения движений человека и тех физических объектов, которые он приводит в движение. Все изучаемые стороны движений позволяют понять закономерности, лежащие в основе выполнения разных способов движений. Разнообразие двигательных задач очень велико. Может потребоваться быстрое выполнение движений, или точность движений в соответствии с заданным образцом, либо проявление большой силы, значительной выносливости и многое другое. Результат выполнения задачи может быть определен с помощью соответствующих показателей. Чтобы оценить качество выполнения задачи, определяют, насколько соответствует фактическое выполнение движений требуемому результату. Для этого изучают не только способ выполнения действия, но и результат решения двигательной задачи. Сопоставление движений с их результатами позволяет найти движения, наиболее рациональные для решения поставленной задачи. С изменением условий, в которых выполняются движения, могут измениться способ выполнения действия и результат решения двигательной задачи. Поэтому очень важно установить, каким образом изменение условий двигательной деятельности влияет на способ выполнения движения и его результат. Условия деятельности разделяются на внешние и внутренние. К внешним относятся все факторы, связанные с внешним окружением1, в котором человек осуществляет свою деятельность. К внутренним условиям деятельности относятся как более общие — уровень подготовленности двигательного аппарата человека, степень работоспособности во время выполнения движений и т. п., так и более частные — все многообразие особенностей приспособления организма к выполнению определенного действия. Изучая движения человека, устанавливают их зависимость от условий выполнения действия, выявляют условия, способствующие лучшему решению задачи или ухудшающие результат действия. Вместе с тем определяют, какие способы выполнения движений лучше соответствуют имеющимся условиям действия. Для решения каждой из названных частных задач в биомеханическом исследовании выделяют ряд еще более узких вопросов, которые подлежат детальному изучению. Кроме того, бывает необходимо глубже изучать как особенности приспособления двигательного аппарата к более совершенному выполнению тех или иных сложных действий, так и тонкие детали способов выполнения движений. 4. СОДЕРЖАНИЕ БИОМЕХАНИКИ Содержание науки составляет совокупность накопленных знаний, складывающихся в определенную систему—теорию науки, а также пути получения этих знаний — метод науки. И теория и метод выражаются в понятиях и законах науки, характерных для нее, раскрывающих ее содержание. 4.1. Теория биомеханики В теории биомеханики рассматриваются: строение и свойства, а также развитие тела человека как биомеханической системы; эффективность двигательных действий как систем движений; формирование и совершенствование движений в двигательных действиях. В каждой области знания разрабатывается ее теория. Теория науки — это логическое обобщение опыта, которое выражено в основных . идеях. Эти идеи, с одной стороны, вытекают из ранее изученных фактов, с другой — помогают лучше понять то, что еще не изучено. С течением времени, благодаря новым фактам и новым подходам при их использовании, в теорию вносят поправки, уточнения, нередко коренные изменения, опровергающие некоторые ранее сложившиеся представления,— теория развивается. Теория биомеханики в настоящее время охватывает три большие проблемы. Рассмотрим их по порядку. Особенности строения и свойства животных организмов оказывают существенное влияние на закономерности их движений. Исходя из этого, тело человека рассматривают как биомеханическую систему. С давних пор органы опоры и движения сравнивают с рычагами. Ранее указывали лишь на то, что, изучая движения таких рычагов, надо учитывать анатомо-физиологические особенности тела человека. Следующим этапом в понимании природы движений было признание специфики биомеханических систем, отличных в принципе от твердых тел или систем твердых тел. Эта специфика заставляет изучать такие свойства биомеханических систем, которых нет в искусственных конструкциях, машинах, создаваемых человеком. Поэтому в теории биомеханики возникла проблема изучения строения и свойств биомеханических систем, а также их развития. Для решения общей задачи биомеханики необходимо изучение специфических особенностей самих процессов движения живого организма и условий, обеспечивающих эффективность приложения сил. Для движений животных характерно сочетание множества движений в суставах в единое целое — систему движений. С этим связано возникновение в теории биомеханики проблемы изучения эффективности двигательных действий как систем движений, их особенностей и развития. Наконец, чрезвычайно важно изучение изменения движений в процессе овладения двигательными действиями как системами движений (двигательными актами, приемами выполнения действий). В связи с этим в теории биомеханики возникла проблема изучения закономерностей формирования и совершенствования движений. 4.2. Метод биомеханики Метод биомеханики — системный анализ и синтез движений на основе количественных характеристик, в частности кибернетическое моделирование движений. Метод науки — это способ исследования в данной науке, путь познания закономерностей. Метод определяется теорией, ее основными идеями и в то же время сам определяет способ получения знаний в данной науке. В теории биомеханики двигательные действия рассматриваются как сложные системы, состоящие из множества движений. Такой подход требует при их изучении применения системного анализа и синтеза. Биомеханика, как наука экспериментальная, эмпирическая, опирается на опытное изучение движений. При помощи приборов регистрируются количественные особенности движений (характеристики), например траектории, скорости, ускорения и др., позволяющие различать движения, сравнивать их между собой. Рассматривая характеристики, мысленно расчленяют систему движений на составные части — устанавливают ее состав. В этом проявляется системный анализ. Система движений как целое не просто сумма ее составляющих частей. Части системы объединены многочисленными взаимосвязями, придающими ей новые, не содержащиеся в ее частях качества (системные свойства). Необходимо мысленно представлять это объединение, устанавливать способ взаимосвязи частей в системе — ее структуру,В этом проявляется системный синтез. Обе стороны — системные анализ и синтез — одинаково необходимы для познания системности в строении тела движущегося человека и в его движениях. При изучении движений в процессе развития системного анализа и синтеза в последние годы все шире применяют метод кибернетического моделирования — построения управляемых моделей (электронных, математических, физических и др.) движений и моделей тела человека. В ходе развития той или иной науки формируются научные понятия. При помощи условных слов (терминов) в них выражают содержание изучаемых явлений, их свойств и отношений. Научные понятия представляют собою определения, отвечающие на вопрос: «Что это такое?». Ответить на такой вопрос можно только изучив то, что определяют. Значит, научное понятие уже в известной мере есть итог изучения. К научным понятиям биомеханики относятся система движений, кинематическая структура, встречные движения и др. В процессе развития науки устанавливают научные законы1, в которых выражаются объективные, существенные, устойчивые, постоянно повторяющиеся взаимосвязи изучаемых явлений, их свойства и отношения. 4.3. Связи биомеханики с другими науками Биомеханика как |