Курс лекций по биомеханике. Курс лекций Содержание Биомеханика как учебная и научная
 Скачать 5.94 Mb.
|
|
Переворачивания. Переворачивания делятся на опорные (без потери контакта с опорой: перекаты, кувырки, перевороты, переворачивания с полной поддержкой партнера), безопорные (основная часть их совершается в безопорном состоянии: сальто, опорные прыжки с переворачиванием, соскоки с переворачиванием), опорно-безопорные (основная часть их совершается в опорном состоянии, но имеются и безопорные фазы: перевороты с фазой полета, переворачивания с частичной поддержкой партнером, соскоки с опорным — в основном — переворачиванием). При выполнении опорно-безопорных переворачиваний решающую роль играют опорные периоды, во время которых спортсмен сообщает телу нужные количество движения и кинетический момент. Как правило, в такого рода переворачиваниях надо стараться большую часть вращения тела произвести в безопорном периоде, в то же время максимально используя энергообеспечивающие возможности опорного периода. Но бывают и исключения: например, при выполнении фляка желательно свести до минимума безопорные периоды, особенно первый. Трудность опорно-безопорных переворачиваний иногда состоит в необходимости обеспечить накопление телом энергии для выполнения безопорной части (например, в опорных прыжках переворотом); иногда — в сложных условиях опорной части (например, фляк с поворотом в вольных упражнениях или фляк в сед ноги врозь на бревне), а иногда—в точном завершении (на бревне, например). В опорной части опорно-безопорного переворачивания часто выгодны маховые движения и большой момент инерции тела относительно центральной оси: так удается накопить больший кинетический момент. В безопорном же периоде легче совершить поворот тела вокруг поперечной оси в том случае, если уменьшить момент инерции тела. Это достигается сгибанием или группировкой тела. Следует помнить, что кинетический момент тела в безопорном периоде предопределяется главным кинетическим моментом1 этого тела при завершении предшествовавшего опорного периода, а не кинетическим моментом относительно оси вращения. Движение же ц. т. тела определяет его траекторию в безопорном периоде. Выполняя переворачивание, спортсмен вынужден согласовывать между собой четыре параметра: приобретенный телом перед отрывом от опоры кинетический момент, время от момента прекращения контакта с опорой до приземления (входа в воду), главный момент инерции тела и необходимый угол поворота тела. Из них последний жестко задан, второй только в некоторой мере зависит от высоты взлета тела (лишь в прыжках на батуте и в акробатических прыжках время полета определяется высотой взлета). В основном спортсмен управляет первым и третьим параметрами, варьируя их с учетом второго и четвертого как заданных. При выполнении многократных переворачиваний и переворачиваний с поворотом на большой угол очень трудно обеспечить нужное положение тела в момент приземления или входа в воду (приход на любую опору для простоты можно также называть приземлением). Чтобы справиться с этой трудностью, необходимо научиться очень точно определять момент приземления или входа в воду по общему времени полета, а также зрительно контролировать ориентацию в пространстве и положение своего тела в безопорном периоде. Действия в длительном полете. Представляется целесообразным под «длительным полетом» подразумевать (весьма условно) безопорное состояние длительностью более 0,5 с, когда уже имеется реальная возможность обнаруживать недостатки в ходе выполнения упражнения и вносить необходимые коррективы. Из этой группы действий следует исключить (также условно) действия, основу которых составляют переворачивания. Действия в длительном полете могут быть направлены на решение двигательных задач нескольких типов. Удержание заданной позы. Для решения этой задачи спортсмен должен контролировать свою позу зрительно, а главным образом с помощью проприорецептивной чувствительности. Во время сложных вращений, приземлений и значительных изменений взаимодействия с опорой удержать заданную позу зачастую не удается даже высококвалифицированным спортсменам. Наиболее типичные ошибки: неверное положение ног (разведены, согнуты, перекрещены); неверное положение головы; несколько согнутое (вместо прямого) положение тела. Общий характер и детали позы обычно диктуются эстетическими соображениями. Управление вращательным движением тела. Здесь имеется в виду как управление небольшими поворотами и переворачиваниями, так и предотвращение поворота или переворачивания тела: борьба с поворотом может осуществляться с помощью «конусообразных» движений (см. II. 3. 4) в сторону поворота, а также за счет увеличения момента инерции тела относительно его продольной оси; противодействие, переворачиванию достигается круговыми движениями руками (в сторону опрокидывания) в боковых плоскостях или «беговыми» движениями ногами (так называемые «ножницы» или «бег по воздуху» в прыжках в длину). Механическая сущность «беговых» движений ногами состоит в том, что мах назад выполняется прямой ногой, а мах вперед—согнутой, момент инерции которой раза в три меньше. В результате у туловища «отбирается» та или иная часть кинетического момента (согласно закону сохранения кинетического момента), т. е. осуществляется противодействие его опрокидыванию вперед. Подготовка к приземлению, входу в воду, переходу в вис. Эта задача решается изменением позы, что и само по себе не так уж просто, когда требуется точность действий. Но нередко подготовка к приземлению или входу в воду связана со значительным изменением момента инерции тела при быстром его вращении, и нужно точно рассчитать, когда это сделать. Наконец, при приземлении необходимо резко перестроить систему напряжений мышц почти всего тела, что требует времени (десятые доли секунды). Значит, начинать эту перестройку необходимо еще в полете, предвосхищая ситуацию приземления. Вращения тела вокруг несвободной оси. Они характерны для гимнастических упражнений на снарядах. Особенность этих действий в том, что движение тела происходит вокруг неподвижной или подвижной и управляемой опорной оси. Они весьма многообразны, и здесь можно коснуться только некоторых общих особенностей управления ими. В упражнениях в висе увеличение маха достигается однонаправленным посылом ног или всего тела после прохождения нижней вертикали. Такое же движение до прохождения нижней вертикали или обратно направленное после нее приводит к уменьшению маха. Уменьшение момента силы тяжести относительно оси вращения при движении тела снизу вверх— к его увеличению. Уменьшение момента инерции тела относительно оси вращения увеличивает его угловую скорость в обратной пропорции. Следовательно, приращение скорости (положительное или отрицательное) будет тем больше, чем больше скорость движения тела во время уменьшения или соответственно увеличения момента инерции. Сжимание пальцами грифа перекладины или жерди брусьев разной высоты может существенно уменьшить мах. При движении махом назад хватом сверху или махом вперед хватом снизу не следует сжимать гриф или жердь пальцами: это ведет к «отставанию» кисти, а в конечном счете — к ее раскрыванию и опасному ослаблению хвата. Нужно стараться повернуть всю кисть по ходу движения, как бы стремясь сделать хват более глубоким. Известная часть энергии при рассматриваемых частных действиях тратится на трение, на различного рода деформации тканей тела, на ошибочные движения и др. Чтобы выполнить полный оборот, а тем более накопить избыточную энергию, необходимо с затратой мышечных сил увеличивать ее специальными движениями, прежде всего направленными на преодоление инерционных сил и силы тяжести. Если нужно сообщить телу скорость, направленную вверх, следует активными воздействиями на снаряд обеспечить телу вращательный импульс, направленный противоположно имеющемуся вращению. Поэтому подлег тела обычно сопряжен с уменьшением скорости его вращения, а нередко и с переменой направления вращения на обратное. Пример такого рода действий — соскок лётом через перекладину. Обороты в упоре в биомеханическом плане намного сложнее: движение основных масс тела происходит вокруг подвижной оси, которая чаще всего перемещается по окружности или близкой к ней кривой вокруг параллельной ей фиксированной оси. Таким образом, нужно управлять одновременно вращательными движениями тела вокруг общей оси плечевых суставов и перемещениями плечевой оси (в упражнениях на перекладине, брусьях, кольцах, бревне, вольных упражнениях). В маховых упражнениях на коне (типа скрещений) тело вращается вокруг переднезадней оси, которая сама все время перемещается во фронтальной плоскости. В кругах двумя ногами тело вращается как вокруг переднезадней, так и вокруг поперечной осей, которые, в свою очередь, перемещаются одновременно в боковом и переднезаднем направлениях. В конечном счете ц. т. тела как в маховых, так и в круговых элементах, выполняемых без перемены места опоры, перемещается главным образом вверх-вниз, а вперед-назад и в стороны — крайне незначительно. Так что в маховых упражнениях вращение тела можно считать происходящим вокруг его переднезадней центральной оси, смещающейся лишь в вертикальном направлении, в круговых—одновременно вокруг двух центральных осей: поперечной и переднезадней (происходит движение тела по двум конусным поверхностям с общей вершиной вблизи ц. т. тела: верхнюю поверхность описывает туловище, нижнюю—ноги). Управление (в энергетическом плане) при маховых упражнениях на коне осуществляется отталкиванием одноименной маху рукой вверх, коррекцией положения плеч с целью избежать значительного перемещения ц. т. тела в горизонтальном направлении, боковыми сгибаниями тела, повышающими эффективность отталкивания руками. При круговых же упражнениях (в установившемся режиме) управление осуществляется некоторым «подкручиванием» во время двойной опоры (для компенсации рассеяния энергии), незначительным отталкиванием руками перед очередным перемахом (тело несколько сгибается в одноименную сторону), коррекцией положения плеч с целью стабилизации положения ц. т. тела. В упражнениях с переменой места опоры спортсмен посылает ц. т. тела в сторону новой опоры, с учетом, однако, последующего ее изменения, если оно должно быть. Упражнения на брусьях разной высоты часто связаны с перелетами или переходами с жерди на жердь. При этом необходимо так рассчитать поступательное и вращательное движение тела в фазе полета, чтобы прийти в упор или вис на другой жерди в требуемой позе и с нужной ориентацией тела в пространстве. Энергия сообщается телу либо движениями в плечевых суставах, поддерживаемыми (в качестве маховых) движениями в тазобедренных суставах, либо резким разгибанием при опоре о жердь животом или бедрами. В упражнениях на брусьях разной высоты встречаются обороты (полные, неполные) — действия без хвата руками — опорой бедрами. Это могут быть целые элементы либо (чаще) отдельные их фазы. 4.ПЕРЕМЕЩАЮЩИЕ ДВИЖЕНИЯ Перемещающие движения служат для перемещения внешнего физического тела (снаряд, противник, партнер) с требуемой (нередко максимальной) скоростью в необходимом направлении. Перемещающие движения (как и локомоторные) могут представлять собой самостоятельные упражнения (например, легкоатлетические метания). Перемещающие движения составляют основу большинства действий в спортивных играх (перемещения мяча), видах борьбы (броски противника), они имеют место в акробатике (групповые упражнения) и других видах спорта. В связи с различным характером, весом и формой перемещаемых объектов (снарядов, спортсменов) и с задачами, обусловленными правилами соревнований и тактикой, различна и внешняя форма перемещающих движений. По способу выполнения их можно разделить на движения: а) с разгоном перемещаемых объектов и б) с ударным взаимодействием. В обоих способах с точки зрения биомеханики необходимо придать заданную (или максимальную) скорость перемещаемому объекту в необходимом направлении. 4.МЕХАНИЗМЫ СКОРОСТНЫХ ДВИЖЕНИЙ 4.1. Суммирование движений и скоростей Необходимой скорости рабочей точки биокинематической цепи достигают посредством приложения согласованных усилий на пути ускорения перемещаемого тела. Перемещающие движения, как правило, выполняются посредством составных движений многих звеньев биокинематических цепей. Даже замаскированные из тактических соображений скрытые кистевые передачи (в хоккее, баскетболе) выполняются с участием хотя и укороченных, но все же биокинематических цепей. При суммировании движений звеньев в составном движении решаются сложные задачи. Во-первых, нужно получить заданную траекторию рабочей точки при одновременных и последовательных движениях во многих суставах из множества дуг, описываемых звеньями при суставных движениях, при участии сотен мышц. Во-вторых, создать оптимальные условия (мгновенные позы, направления движений) для приложения ускоряющих усилий в рабочей точке. Обе эти задачи подчинены третьей — получить к концу траектории рабочей точки заданную (или максимальную) по модулю и определенным образом направленную скорость. Сложение скоростей происходит по правилам сложения вращательных движений. Однонаправленные движения увеличивают скорость конечного звена цепи; при разнонаправленных движениях (возвратных) скорость конечного звена снижается. Также снижают скорость и паузы в движениях звеньев биокинематической цепи (временные фиксации). Начальная скорость (вылета) перемещаемого тела не всегда должна быть максимальной. Наибольшая по модулю скорость нужна в основном для решения задачи наибольшей дальности перемещения (например, метания). Иногда она необходима из тактических соображений (броски в борьбе). Направление начальной скорости в ряде упражнений имеет решающее значение (точность попадания в цель мячом в спортивных играх). В других случаях одинаковая точность необходима не во всех направлениях. Например, от изменения угла вылета молота в вертикальной плоскости зависит дальность броска, а направление вылета молота в горизонтальной плоскости ограничено довольно широкими пределами сектора метания (45'). Наконец, бывает необходимо уточнить не только угол вылета ОЦТ снаряда, но и наклон его плоскости в пространстве («угол атаки» диска). Сообщение наибольшей начальной скорости и обеспечение точности сложно связаны одно с другим. После известных пределов дальнейшее увеличение скорости может снижать точность движений. 4.2. Последовательность ускоряющих движений Последовательность движений звеньев при перемещении внешних тел зависит от двигательной задачи; при быстрых перемещениях различают предварительный разгон снаряда и финальный разгон. Перемещающие движения бывают локальные, местные, когда они выполняются движениями ограниченного числа звеньев. Локальные движения используются либо когда не нужна большая ускоряющая сила, либо в отдельных задачах (игры) для маскировки двигательного действия. В последнем случае, когда участвует мало мышц и невелик путь ускорения, бывают нужны значительные усилия для получения достаточного ускорения. При достижении максимально возможной начальной скорости вылета перемещаемого снаряда в системе движений проявляется тонкая согласованность. В наращивание скорости включается большое количество (обычно почти все) звеньев тела. В глобальных (общих) перемещающих движениях вначале крупные и медленные группы мышц развивают значительные усилия, приложенные к более инертным звеньям; далее включаются в работу быстрые, но менее сильные мышцы, успевающие придать ускорение менее инертным звеньям, уже обладавшим большой скоростью. В быстрых перемещающих движениях можно различить предварительный разгон снаряда и финальный разгон. В течение предварительного подготавливаются условия для финального разгона: а) наращивается скорость снаряда; б) спортсмен принимает исходную позу для финального разгона и в) мышцы приводятся в состояние готовности для финального разгона. В течение финального разгона спортсмен из удобной исходной позы за короткое время на ограниченном пути ускорения создает значительные напряжения и прилагает завершающие усилия для повышения скорости снаряда к моменту вылета. 4.3. Баллистическая работа мышц Баллистическая работа мышц в финальном разгоне обеспечивается их предварительным растягиванием. Для нее характерны большие усилия, быстро спадающие по мере увеличения скорости ускоряемого тела. Среди видов преодолевающей работы особое место занимает баллистическая, отличающаяся как бы взрывным характером нарастания напряжения. Усилия мышц в кратчайшее время нарастают до своего максимума. Как правило, такого напряжения достигают, предварительно растягивая мышцу. Напряжение, возникающее при упругой деформации, тормозит растягивание мышцы. Далее это же напряжение вызывает движение звена, происходит сокращение мышцы. Когда мышца значительно растянута, даже небольшое дополнительное увеличение длины вследствие высоконелинейной упругости приводит к тому, что напряжение мышцы резко нарастает. Большое напряжение мышц вызывает соответствующее ускорение звеньев. Исходная поза для начала финального разгона как раз и позволяет развить наибольшее напряжение мышц и обеспечить последующее ускорение тела на пути разгона. При этом чем больше путь приложения максимально достижимой ускоряющей силы, тем лучше. Однако быстрые изменения длины мышц, углов между звеньями и углов тяги мышц приводят к двум последствиям: а) напряжение мышц может снизиться и б) быстрота сокращения мышц «отстает» от нарастающей быстроты движения ускоряемого тела. При сообщении телу ускорения рабочее движение неизбежно медленнее максимально быстрого движения холостого хода — одинакового по траектории, но без полезного сопротивления1. В легкоатлетических метаниях осуществляется длительное воздействие на снаряд благодаря последовательности включения движений в суставах и согласованному напряжению групп мышц. 4.4. Наращивание начальной скорости Угол вылета снаряда для максимальной дальности полета меньше 45° из-за угла местности и влияния аэродинамических сил. Необходимо не только сообщить перемещаемому объекту скорость, но и придать ему направление движения, определяемое задачей двигательного действия, в частности задачей обеспечения максимальной дальности полета. Дальность полета (s) снаряда, брошенного под углом к горизонту, определяется (без учета сопротивления воздуха) модулем начальной скорости (Vо) и углом вылета (), она равна: s=v02 sin2 /g=2vxvy/g где у —ускорение свободного падения тела; Vx и Vy—соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие начальной скорости. |