Курс лекций по биомеханике. Курс лекций Содержание Биомеханика как учебная и научная

• Название: Курс лекций Содержание Биомеханика как учебная и научная
• Анкор: Курс лекций по биомеханике.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 5.94 Mb.
• Имя файла: Курс лекций по биомеханике.doc
• Тип: Курс лекций; #1886
• страница: 19 из 26

Тема 13. УПРАВЛЕНИЕ НЕПЕРЕМЕСТИТЕЛЬНЫМЙ ДЕЙСТВИЯМИ

1. Управление позой и ее медленными изменениями 2. Равновесие тела человека 3. Сохранение и восстановление положения тела человека

В биомеханике двигательные действия человека при занятиях фи­зическими упражнениями рассматриваются как системы движений. Эти движения можно условно разделить на 5 основных групп: сохра­нение положения тела, движения на месте и вокруг оси, локомоторные и перемещающие движения. Каждая из групп имеет свои характерные закономерности. При изучении двигательных действий как систем движений нужно знать и использовать эти закономерности.

1. Управление позой и ее медленными изменениями

Статические напряжения. Управление статическим на­пряжением мышц—дело не простое, особенно в тех слу­чаях, когда требуются точность положений, большие уси­лия, переменные усилия, когда недопустимо дрожание. Трудность сохранения суставных углов объясняется в ос­новном адаптивным повышением абсолютных и диффе­ренциальных порогов проприорецепторов.

Способность тонко дифференцировать изменения вза­имного расположения звеньев тела позволяет обнаружи­вать и выправлять искажения позы. Если при сохранении ее главная двигательная задача заключается в сохране­нии взаимного расположения двух-трех звеньев тела, рас­положение других звеньев может быть вариативным (при изменении одних суставных углов компенсаторно изменя­ются другие). Таким искусством спортсмен овладевает по мере совершенствования навыка. Трудность сохране­ния позы усугубляется не­обходимостью совершать дыхательные движения: из-за них приходится все вре­мя менять напряжение мышц, «ответственных» за позу. Другая трудность со­хранения позы—утомление при ее фиксации, вызванное большими усилиями. Со­хранять позу достаточно долгое время можно только при значительном функцио­нальном резерве. На схеме 9 показана система меха­низмов регуляции позы.

Регуляция позы




Регуляция суставных углов Целевая регуляция позы



Схема 9.

1 — автоматизированные тонические регуляции, 2 — осознаваемые коррекции угла по его «установочной» величине, 3—взаимокомпенсаторные регуляции, 4 — регуляции по пространственному расположению контрольных точек и звеньев тела, 5 — регуляции по пространственной ориентации звеньев тела и взаимной ориентации его контрольных точек, 6—регуляции по изменению нагрузки на звенья рабочих динамических цепей, 7—неосознаваемые коррек­ции позы, 8 — осознаваемые коррекции позы, 9 — предваряющие тонические коррекции, 10 — предваряющие коррекции позы

Со статическим напряже­нием приходится сталкивать­ся, естественно, не только при фиксации взаимного распо­ложения всех звеньев тела, но и тогда, когда необходимо сохранять неизменным хотя бы один суставной угол. В качестве примера можно назвать оборот назад из упора в стойку на руках на перекладине. В данном упражнении угол между руками и туловищем нужно сохранять при­близительно неизменным на протяжении большей части оборота (тело за это время поворачивается вокруг попе­речной оси более чем на 200°). Поэтому высоки требова­ния к силе гимнаста: совсем не легко фиксировать этот угол, когда требуется усилие, быстро меняющееся в ши­роком диапазоне (по величине и направлению). Доста­точно сказать, что в начале и в конце движения тела с фиксированным данным углом усилие, нужно направлять на то, чтобы он не уменьшился; при прохождении же тела под грифом перекладины необходимо большое усилие для преодоления момента силы тяжести туловища и ног относительно плечевой оси, а также инерционных сил, вы­званных быстрым вращением тела вокруг грифа, чтобы угол не увеличивался. Сохранение суставных углов неизменными в условиях непрерывных изменений внешних и внутренних суставных моментов во­обще типично для спортивной гимнастики (вспомним за­дачи сохранения динамической осанки).

При неизменных или медленно меняющихся нагрузках на суставы суставные углы сохраняются неизменными благодаря автоматическим механизмам тонических реф­лексов (с участием мышечных веретен: например, умень­шение угла влечет за собой удлинение мышц-разгибате­лей¹, веретена² которых реагируют на это усилением аф­ферентных импульсов; в результате напряжение мышц-разгибателей возрастает, а напряжение мышц-сгибателей падает; это вызывает увеличение угла, влекущее за собой противоположные тонические изменения). Сохранение величины суставного угла достигается за счет его пооче­редного увеличения и уменьшения: величина угла колеб­лется около среднего (должного) значения. Здесь очень наглядно выступает принцип регуляции по рассогласова­нию (или «по отклонению», «по ошибке»). Чем сильнее напряжены группы мышц-антагонистов, тем строже рабо­тает этот механизм. Однако мышцы быстрее утомляются, а это снижает точность регуляций.

Так осуществляется стабилизация суставного угла, ес­ли для его фиксации не нужно менять величину и направ­ление мышечных усилий. В противном случае спортсмен должен предвидеть ход их развития, конечно, с исполь­зованием своего предшествовавшего двигательного опыта.

Действия парастатического³ характера. Следует сра­зу обратить внимание на то, что в процессе таких дейст­вий почти всегда часть звеньев динамической цепи рабо­тает в статическом режиме, поэтому к ним относится все только что сказанное. В преодолевающем движении пре­дельная сила меньше, чем в статике, а в уступающем — больше. Следовательно, парастатическое сус­тавное движение в уступающем режиме намного легче выполнить, чем противоположно направленное преодоле­вающее (в этом случае работают одни и те же мышцы). Притом чем медленнее уступающее движение, тем труд­нее выполнить его при той же самой нагрузке; чем мед­леннее преодолевающее движение, тем легче.

Хотя парастатический режим работы силовых звеньев близок к статическому, все же немаловажные различия имеются. Прежде всего, надо учесть, что во время движе­ния с достаточно большим размахом изменяется состав работающих мышц, не говоря уже об их длине и силовых плечах. Если движения происходят сразу в нескольких суставах, длина некоторых двухсус­тавных мышц может меняться довольно быстро, невзирая на малую скорость изменения суставных углов. Удлине­ние мышцы мало влияет на ее предельное напряжение. В случае же укорочения мышцы состояние ее может приб­лизиться к ретракции (такое укорочение, при котором она уже не может развить силу тяги), в связи с чем другим мышцам приходится работать за нее.

От распределения скоростей суставных движений обычно в той или иной мере зависят внешние суставные моменты (чаще всего моменты сил тяжести). Поэтому спортсмен должен так соотносить эти скорости, чтобы мо­менты сопротивлений относительно осей всех суставов ра­бочей кинематической цепи были преодолимы, соответст­вовали функциональным возможностям звеньев соответ­ствующей динамической цепи. При этом, конечно, надо учитывать и текущее изменение этих возможностей в свя­зи с зависимостью «сила—скорость».

При уступающих движениях спортсмен может подбо­ром скоростей суставных движений поддерживать соот­ветствие своих силовых возможностей силовому запросу¹ упражнения. С другой стороны, увеличив силовые воз­можности, он может развивать туже силу в заданных ус­тупающих движениях, выполняемых с меньшей ско­ростью, либо в преодолевающих движениях, выполняе­мых с большей скоростью. Это существенно прежде все­го в спортивной гимнастике и акробатике, но немалую роль играет и в других видах спорта. В частности, ско­рость парастатических движений борцов, когда один со­противляется превосходящему его по силе (в данной двигательной ситуации)², а другой преодолевает это со­противление, устанавливается соответственно с требованием выравнивания силовых возможностей (см. рис. 35).

Превосходство может быть результатом лучшей физической под­готовленности, но может быть результатом и меньшей величины мо­ментов сопротивления или участием других мышц.

Спортсмен часто может управлять величиной момен­та сопротивления, уменьшая плечо действующей внешней силы, например выжимая стойку не с прямыми, а с согну­тыми руками или не с прямыми, а с согнутыми ногами.

2.РАВНОВЕСИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

В физических упражнениях человеку нередко необходимо сохранять неподвижное положение тела: например, исходные положения — стар­товые; конечные положения — фиксирование штанги после ее подня­тия и т. п.; промежуточные — упор углом на кольцах и др. Во всех таких случаях тело человека как биомеханическая система находится в равновесии. В равновесии могут находиться и тела, связанные с со­храняющим положение человеком (например, штанга, партнер в акро­батике).

Чтобы сохранить положение тела, человек должен находиться в рав­новесии. Положение тела определяется его позой³, его ориентациейи местоположением в пространстве, а также отношением к опоре. Сле­довательно, для сохранения положения тела человеку нужно фикси­ровать позу и не допускать, чтобы приложенные силы изменили позу и переместили его тело с данного места в каком-либо направлении или вызвали его поворот относительно опоры.

2.1. Силы уравновешиваемые при сохранении колошения

К биомеханической системе приложены силы тяжести, опорной реакции, веса и мышечной тяги партнера или противника и дру­гие, которые могут быть и возмущающими, и уравновешивающими силами в зависимости от положения звеньев тела относительно их опоры.

Во всех случаях, когда человек сохраняет положение, находится в равновесии изменяемая система тел (не абсолютно твердое тело или материальная точка).

В условиях занятий физическими упражнениями при сохранении положения к телу человека чаще всего приложены силы тяже­сти его тела и веса других тел, а также силы реакции опоры, препятствующие свободному падению. Без участия мышечных тяг сохраняются только пассивные положения (например, положения лежа на полу, на воде).

При активных положениях система взаимно подвижных тел (звеньев тела) благодаря напряжениям мышц как бы отвердевает, становится подобной единому твердому телу; мышцы человека своей статической работой обеспечивают сохранение и п о з ы, и положения в простран­стве. Значит, в активных положениях для сохранения равновесия к силам внешним добавляются внутренние силы мышечной тяги.

Все внешние силы делят на возмущающие (опрокидывающие, от­клоняющие), которые направлены на изменение положения тела, и уравновешивающие, которыми уравновешивается действие возмуща­ющих сил.

Силы мышечной тяги чаще всего служат силами уравновешиваю­щими. Но в определенных условиях они могут быть и силами возму­щающими, т. е. направленными на изменение и позы и расположения тела в пространстве.

2.2. Условия равновесия системы тел

Для равновесия¹ тела человека (системы тел) необходимо, чтобы главный вектор и главный момент внешних сил были равны нулю, а все внутренние силы обеспечивали сохранение позы (формы системы).

Если главный вектор и главный момент равны нулю, тело не сдви­нется и не повернется, его линейное и угловое ускорения равны нулю. Для системы, тел эти условия также необходимы, но уже недоста­точны. Равновесие тела человека как системы тел требует еще сохра­нения позы тела. Когда мышцы достаточно сильны и человек умеет использовать их силу, он удержится в очень трудном положении. А ме­нее сильному человеку такой позы не удержать, хотя по расположе­нию и величине внешних сил равновесие возможно. У разных людей существуют свои предельные позы, которые они еще в состоянии со­хранять.

2.3. Виды равновесия твердого тела

Вид равновесия твердого тела определяется по действию силы тяжести в случае сколь угодно малого отклонения: а) безразлич­ное равновесие — действие силы тяжести не изменяется; б) ус­тойчивое — оно всегда возвращает тело в прежнее положение (возникает момент устойчивости); в) неустойчивое — действие силы тяжести всегда вызывает опрокидывание тела (возникает момент опрокидывания); г) ограниченно-устойчивое — до потен­циального барьера положение тела восстанавливается (возникает момент устойчивости), после него тело опрокидывается (возникает момент опрокидывания).

В механике твердого тела различают три вида равновесия: безраз­личное, устойчивое и неустойчивое. Эти виды различаются по поведе­нию тела, незначительно отклоняемого от уравновешенного положе­ния. Когда тело человека полностью сохраняет позу («отвердение»), к нему применимы законы равновесия твердого тела.



Безразличное равновесие характерно тем, что при любых отклоне­ниях сохраняется равновесие. Шар, цилиндр, круговой конус на го­ризонтальной плоскости (нижняя опора) можно повернуть как угодно, и они останутся в покое. Линия действия силы тяжести (G) в таком теле (или, как говорят, короче линия тяжести) всегда проходит через точку опоры, совпадает с линией действия силы опорной реакции (R); они уравновешивают друг друга. В спортивной технике безразличного равновесия ни на суше, ни в воде практически не встречается.

Устойчивое равновесие характерно возвратом в прежнее положение при любом отклонении. Оно устойчиво при сколь угодно малом от­клонении по двум причинам; а) центр тяжести тела под­нимается выше (h), создается запас потенциальной энергии в поле земного тяготения; б) линия тяжести (G) не про­ходит через опору, появляется плечо силы тяжести (d) и возникает момент силы тяжести (момент устойчивости М уст=Gd), возвращающий тело (с уменьшением потенциальной энергии) в прежнее положение. Такое равновесие встречается у человека при верхней опоре. Например, гимнаст в висе на кольцах; рука, свободно вися­щая в плечевом суставе. Сила тяжести тела сама возвращает тело в прежнее положение.

Неустойчивое равновесие характерно тем, что сколь угодно малое отклонение вызывает еще большее отклонение и тело само в прежнее положение вернуться не может. Таково положение при нижней опоре, когда тело имеет точку или линию (ребро тела) опоры. При отклонении тела: а) центр тяжести опускается ниже (—h), убывает потенциальная энергия в поле земного тяготения; б) линия тяжести (G) с отклонением тела удаляется от точки опоры, увеличиваются плечо (d) и момент силы тяжести (момент опрокидывания М_опр. =Gd); он все дальше отклоняет тело от прежнего положения. Неустойчивое равновесие в природе практически почти не осуществимо.

В физических упражнениях чаще всего встречается еще один вид равновесия, когда имеется площадь опоры, расположенная внизу (нижняя опора). При незначительном от­клонении тела центр его тяжести поднимается (+h) и появляется момент устойчивости (M_уст=Gd). Налицо признаки устойчивого равно­весия; момент силы тяжести тела вернет его в прежнее положение. Но это продолжается лишь при отклонении до определенных границ, пока линия тяжести не дойдет до края площади опоры. В этом положе­нии уже возникают условия неустойчивого равновесия: при дальней­шем отклонении тело опрокидывается; при малейшем отклонении в обратную сторону — возвращается в прежнее положение. Границе площади опоры соответствует вершина «потенциального барьера» (максимум потенциальной энергии). В пределах между противополож­ными барьерами («потенциальная яма») во всех направлениях осуществ­ляется ограниченно-устойчивое равновесие.

2.4. Устойчивость твердого тела и системы тел

Устойчивость объекта характеризуется его способностью, про­тиводействуя нарушению равновесия, сохранять положение. Различают статические показатели устойчивости как способность сопротивляться нарушению равновесия и динамические как спо­собность восстановить равновесие.

Статическим показателем устойчивости твердого тела служит (в ограниченно-устойчивом равновесии) коэффи­циент устойчивости. На рис. 51, а опрокидывающий момент создается опрокидывающей силой (F_опр), приложенной на плече (h) относи­тельно линии опрокидывания (О), вокруг которой происходит отклоне­ние тела. Момент устойчивости относительно той же линии опрокиды­вания возникает с начала приложения силы F_опр. Наибольшим он становится в начале опрокидывания (предельный момент устойчиво­сти), далее плечо силы тяжести G уменьшается и момент устойчивости уменьшается до нуля (в граничном положении — ОЦТ над линией опрокидывания).
а — коэффициент устойчивости тела; б, в — угол устойчивости (};г — ста­тическая и динамическая устойчивость системы тел; д — поверхность опоры (пунктир) и площадь эффективной опоры (заштрихована) (ориг.)

Коэффициент устойчивости равен отношению предельного момента устойчивости к моменту опрокидывающему. Когда коэффициент устой­чивости покоящегося тела равен единице и больше нее, опрокидывания нет. Если же он меньше единицы, равновесие не может быть сохра­нено.

Однако сопротивление только этих двух механических факторов (двух моментов сил) для системы тел, если она может изменять конфи­гурацию, не исчерпывает действительной картины. Предположим, что сопротивляющийся борец (рис. 51, г), согнув ноги, опустит строго вертикально центр тяжести своего тела. От этого ни сила тяжести его тела, ни ее плечо, а значит, и момент устойчивости не изменятся. Но понизится точка приложения F_onp плечо этой силы уменьшится, меньше станет ее момент. Таким способом борец может увеличить коэф­фициент устойчивости своего тела путем уменьшения опрокидывающего момента. Отклонив назад тело, он не изменит опрокидывающий момент, но увеличит плечо силы тяжести своего тела и момент устойчивости. Здесь он тоже выиграет в статической устойчивости. Борец, напрягая мышцы и упираясь в ковер, создает еще внешнюю горизонтальную силу (силу трения), направленную в его сторону, уменьшая этим дей­ствие опрокидывающей тяги. Последнее зависит также от готовности мышц борца противодействовать внезапному ее приложению. Обман­ными действиями можно резко ухудшить их готовность и малой тягой вызвать опрокидывание. Самое существенное для биомеханической системы не в пассивном использовании силы тяжести тела, а в активных мышечных тягах, сохраняющих и изменяющих позу тела. В системе тел каждое звено должно быть в равновесии, сохраняя ее конфигура­цию (позу тела человека).

Следовательно, коэффициент устойчивости тела и зафиксированной системы тел характеризует статическую устойчивость как способность сопротив­ляться нарушению равновесия. У человека при определении устойчивости всегда надо еще учитывать активное противо­действие мышечных тяг и готовность к сопротивлению.

Динамическим показателем устойчивости твердого тела служит угол устойчивости. Это угол, образованный ли­нией действия силы тяжести и прямой, соединяющей центр тяжести с соответствующим краем площади опоры (см. рис. 51, б, в). Станем отклонять тело, пока линия тяжести не дойдет до границы площади опоры (граничное положение тела — вершина потенциального барьера). У тела, поставленного стоймя (рис. 51, б), база устойчивости (/i) меньше, чем у того же тела, лежащего плашмя (/2) (см. рис. 51, в). Значит, линия тяжести ближе к границе, за которой начнется опроки­дывание. Центр тяжести надо поднять для опрокидывания в первом случае на меньшую высоту (h₁), чем во втором (h₂) Угол устойчи­вости в первом случае (₁) явно меньше, чем во втором (₂).

Физический смысл угла устойчивости состоит в том, что он равен углу поворота (<р), на который надо повернуть тело для начала его опрокидывания. Угол устойчивости показывает, в каких пределах еще восстанавливается равновесие. Он характеризует степень динамиче­ской устойчивости: если угол больше, то и устойчивость больше. Этот показатель удобен для сравнения степени устойчивости одного тела в разных направлениях (если площадь опоры не круг и линия силы тя­жести не проходит через его центр).

Сумма двух углов устойчивости в одной плоскости рассматривается как угол равновесия в этой плоскости. Он характеризует запас устой­чивости в данной плоскости, т. е. определяет размах перемещений центра тяжести до возможного опрокидывания в ту или другую сто­рону (например, у слаломиста при спуске на лыжах, гимнастки на бревне, борца в стойке).

В случае равновесия биомеханической системы для применения динамических показателей устойчивости нужно учесть существенные уточнения.

Во-первых, площадь эффективной опоры человека не всегда совпа­дает с поверхностью опоры. У человека, как и у твердого тела, поверх­ность опоры ограничена линиями, соединяющими крайние точки опоры (или внешние края нескольких площадей опоры) (см. рис. 51, д). Но у человека часто граница площади эффективной опоры расположена внутри контура опоры, так как мягкие ткани (стопа босиком) или сла­бые звенья (концевые фаланги пальцев в стойке на руках на полу) не могут уравновесить нагрузку. Поэтому линия опрокидывания сме­щается кнутри от края опорной поверхности, площадь эффек­тивной опоры меньше площади опорной по­верхности.

Во-вторых, человек никогда не отклоняется всем телом относительно линии опрокидывания (как кубик), а перемещается относительно осей каких-либо суставов, не сохраняя полностью позы (например, при положении стоя —движения в голеностопных суставах).

В-третьих, при приближении к граничному положению нередко ста­новится трудно сохранить позу и наступает не просто опрокидывание «отвердевшего тела» вокруг линии опрокидывания, а изменение позы с падением. Это существенно отличается от отклонения и опрокиды­вания твердого тела вокруг грани опрокидывания (кантование).

Таким образом, углы устойчивости в ограниченно-устой­чивом равновесии характеризуют динамическую устой­чивость как способность восстановить рав­новесие. При определении устойчивости тела человека необходимо также учитывать границы площади эффективной опоры, надежность сохранения позы до гранич­ного положения тела и реальную линию опрокидывания.

В физических упражнениях часто встречается удерживающая связь (жесткая). Тогда условия сохранения равновесия требуют учета двусторонней связи путем рассмотрения соответствующих реактивных сил, вызванных такой связью.

3.СОХРАНЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Человек может не только сохранять равновесие, но и восстанавли­вать его в случаях нарушения. Отличие равновесия биомеханических систем от равновесия твердых физических тел заключается не в наличии особых законов механики для живых систем, а в более сложном их использовании благодаря особенностям живых систем.

3.1. Пассивное и активное уравновешивание

Уравновешивание происходит в неживых системах только пас­сивно, а в живых организмах — главным образом активно. Урав­новешивающие силы могут действовать как собственно уравно­вешивающие, а также как и останавливающие отклонение и вос­станавливающие положение.

В идеальных условиях в покое при равновесии физического тела все приложенные силы постоянны по величине, они уравновешены и тело сохраняет полный покой в инерциальной системе координат. При покое тела в неинерциальной системе отсчета анализ равно­весия осложняется необходимостью учета фиктивных сил инерции. Но и в этом случае для неживых физических тел уравновешивание сил происходит чисто механически — пассивно.

В реальных условиях внешние силы нередко изменяются, и даже такой объект, как Останкинская телевизионная башня, сохраняя равновесие, при сильном ветре (переменная сила) не остается полностью неподвижным. Возмущающие силы вызы­вают деформации. И если действие возмущающих сил изменяется, то и противополож­ное действие уравновешивающих сил может измениться. Ветер деформирует Остан­кинскую башню; возникают силы упругой деформации, останавливающие отклоне­ния, а потом и восстанавливающие ее форму; башня при ветре раскачивается.

Пассивное уравновешивание сил происходит не только при полном покое, но и при возможных отклонениях (колебаниях).

Живые организмы, в том числе и человек, уравновешивают внешние силы не только пассивно, но и активно — силами мышечной тяги. На изменение возмущающих внешних сил они реагируют изменением на­пряжения мышц, направленным на сохранение и восстановление рав­новесия. Мышечные тяги не остаются неизменными, поэтому и уравновешивание ими возмущающих сил непостоянно. Мышечные тяги сами могут играть роль возмущающих сил, сами же выполняют функ­ции останавливающих и восстанавливающих сил.

Таким образом, в живых организмах уравнове­шивание сил происходит при активном уп­равлении силами биологического происхож­дения — мышечными тягами.

3.2. Равновесие колебательного типа

Для тела человека характерно равновесие колебательного типа (имеют место макро- и микроколебания) с отклонениями от сред­него равновесного положения и возвращением к нему.

Тело человека при сохранении положения постоянно испытывает отклонения. Каждое дыхательное движение перемещает части тела. Каждое сокращение сердечной мышцы вызывает волну артериальной крови, которая сотрясает тело (на этом основан механический способ регистрации работы сердца). Постоянное рассогласование тяги мышеч­ных групп вызывает медленные колебания (0,5—1 герц). Это относи­тельно медленные движения в суставах; их можно записать на непод­вижном листе бумаги при помощи карандаша, укрепленного острием вверх на голове (цефалография). Наконец, любые возмущающие силы могут вызвать отклонение с последующим восстановлением положения. Все это макроколебания, доступные зрительному наблюдению.

Кроме них существуют незаметные глазу микроколебания — «фи­зиологический тремор» — с частотой от 7 до 9 герц. Причина микро­колебаний — непостоянство мышечной тяги и реакция мышц на от­клонения.

Раньше удерживание неподвижного положения тела силою мышц рассматривали как покой. С точки зрения механики, мышцы не совершали никакой работы (путь точек приложения сил мышц равен нулю). Физиологи, говоря о «статической работе» мышц, условно измеряли ее величиной силы, помноженной на время ее действия. Когда обнаружили колебательный режим сохранения положения неподвижного тела, стали полагать, что если имеется и сила тяги мышц и немалый путь точек их приложе­ния при колебаниях, то совершается внешняя механическая работа по перемещению колеблющегося тела.

3.3. Управление сохранением положения

Сохранение положения тела человека достигается управлением уравновешивающими силами при компенсаторных, амортизирую­щих и восстанавливающих движениях. В результате ОЦТ тела человека при колебаниях остается в зоне сохранения положения или возвращается в нее из зоны восстановления положения.

В сохранении положения для тела человека характерны колеба­ния, в пределах которых действуют условия равновесия. Поэтому ОЦТ не занимает положения в одной единственной точке, а перемещается в определенных зонах.

Оптимальная зона положения ОЦТ — наиболее соответствует задаче сохранения требуемого положения. Соответствующее положение не всегда наиболее удобное; нередко оно даже более трудное, чем при известных отклонениях от требуемого; это самая малая зона.

Зона сохранения положения — перемещения ОЦТ в пределах этой зоны еще не приводят к полному нарушению положения (например, над «потенциальной ямой» в ограниченно-устойчивом равновесии). Но приближение ОЦТ к ее границам угрожает потерей равновесия; гра­ницы этой зоны определяются условиями равновесия системы тел и возможностями сохранения позы. Она больше, чем оптимальная зона, и включает ее в свои пределы.

Зона восстановления положения — перемещение ОЦТ в эту зону для механической системы необратимо, так как в ней уже нарушаются условия равновесия. Неживое тело из этой зоны не может само вер­нуться в прежнее положение. А человек, использовав необходимые внешние силы, еще может восстановить положение. Эта зона окружает снару­жи зону сохранения поло­жения, но не включает ее в свои пределы.

Для лиц разной физи­ческой подготовленности зоны неодинаковы. Для менее подготовленных зо­на сохранения положения уменьшена; у них меньше площадь эффективной опо­ры, и они при меньших отклонениях потеряют воз­можность удержать позу. Для них зона восстановле­ния положения также су­жена, так как у них мень­ше сил и ловкости, чтобы суметь восстановить полохение.

В борьбе за сохранение положения используется как ослабление действия возмущающих сил, так и усиление действия уравно­вешивающих сил.

Компенсаторные дви­жения¹ возникают в тот момент, когда возмущающие силы смещают часть звеньев тела. Ком­пенсаторные движения предупреждают возможное выведение ОЦТ из зон сохранения положения или даже из оптимальной. Компенсатор­ные движения нейтрализуют эффект возмущающих сил. Они выпол­няются одновременно с движениями, грозящими потерей равновесия, и, как правило, автоматически (рис. 52, а).

Амортизирующие² движения позволяют ОЦТ перемещаться в зоне сохранения положения. Эти движения растягивают во времени дей­ствие возмущающих сил, уменьшают их эффект. Часто они увеличи­вают действие уравновешивающих сил. Они, как и компенсаторные движения, происходят одновременно с действием возмущающих сил (см. рис. 52, б).

Восстанавливающие движения возвращают ОЦТ из зоны восстанов­ления положения в зону сохранения положения. Они могут также перемещать ОЦТ и внутри последней (например, в оптимальную зону).

Все три группы движений, которые сохраняют и восстанавливают положение, нередко сочетаются в комбинированные действия. Напри­мер, когда у гимнастки, выполняющей упражнение на бревне, часть звеньев под действием силы тяжести отклоняется в одну сторону, другие в то же время компенсаторно смещаются в другую сторону. Ускоренные же движения звеньев создают внутренние силы инерции этих звеньев; передаваясь по кинематическим цепям к опоре, они из­меняют и внешнюю силу — реакцию опоры (появляется горизонталь­ная составляющая). В последнем случае используются восстанавли­вающие движения.

Амортизирующие движения применяют при воздействии внешних сил: например, в борьбе — под воздействием противника. Они особенно важны при положении неподвижном относительно неинерциальной системы отсчета, например когда в скоростном спуске на лыжах спорт­смен стоит «неподвижно» на лыжах. Лыжи в движении находятся под действием увеличивающихся и уменьшающихся реакций опоры (из­менения рельефа трассы). Заранее перемещая ОЦТ навстречу возму­щающей силе, спортсмен затем уступающей работой мышц «поддается тормозя», перемещая ОЦТ в пределах зоны сохранения положения. Он постепенно посредством амортизирующей работы рассеивает энергию возмущающей силы.

В восстанавливающих, движениях используются внешние силы, без них ОЦТ не может вернуться в зону сохранения положения. Такие силы можно вызвать ускоренным движением звеньев: например, при ходьбе по натянутой проволоке резким нажимом рукой на шест, удер­живаемый горизонтально,— сила инерции шеста служит «опорой» для восстановления нарушающегося положения.

Восстанавливая положение, человек перемещает ОЦТ и опору: либо ОЦТ — над опорой, либо опору — под ОЦТ, либо и то и другое вместе.

Восстанавливающие движения нередко не только устраняют от­клонения от равновесного положения, но и вызывают противоположное отклонение (гиперкоррекция). Новое восстановление (вторичная кор­рекция) вновь переходит через среднее положение; происходит ряд за­тухающих колебаний (балансирование).

Колебательные движения (микро- и макроколебания) в известном смысле также есть восстанавливающие движения, когда после откло­нения звено возвращается к среднему положению.

Таким образом, сохранение положения — не покой, а активный управляемый двигательный про­цесс.