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: 23 из 26

4.5. ПЕРЕДАЧА КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ

Накопление количество движения

Накопление количества движения телом спортсмена и ускоряемым объектом происходит в предварительном разгоне (одновременное накопление количества движения и тела спортсмена и снаряда) и финальном разгоне (передача части количества движения тела снаряду).

В перемещающих движениях с наращиванием их скорости происхо­дит накопление количества движения (mw) как тела спортсмена, так и ускоряемого объекта. Количество движения тела спорт­смена в финальном разгоне частично передается ускоряемому объекту. Поэтому спортсмену важно в предварительном разгоне накопить коли­чество движения как объекта, так и собственного тела.

Действия для осуществления этой задачи схематически можно раз­делить на две части: а) локомоторные движения спортсмена (бег. скачок, поворот) и б) движения на месте, когда уже нет собственного передвижения спортсмена от одного места опоры до другого. Во время финального разгона спортсмен в отдельных случаях может и отор­ваться от опоры. Но масса его тела (при относительно легких снаря­дах) намного больше массы объекта, в связи с чем отрыв от опоры до вылета снаряда существенной роли не играет.

В движениях на месте завершается подготовка исходной позы фи­нального разгона. При этом целесообразно, чтобы снаряд был располо­жен как можно дальше от пункта его вылета, а мышцы, которым предстоит совершить баллистическую работу в финальном разгоне, были как можно больше растянуты и напряжены.

Такая подготовка осуществляется во многих случаях поэтапным обгоном звеньями, расположенными ближе к опоре, звеньев, располо­женных ближе к рабочей точке. Более того, этот обгон системами звень­ев друг друга именно и подготавливает группы мышц к последователь­ной работе в финальном разгоне.

Способы передачи движения

Передачу движения перемещаемому телу выполняют: приданием начальной скорости полета движением с разгоном объекта (ме­тания); приданием начальной скорости объекту кратковременным взаимодействием (удары); переводом тела в заданное положение без полета (штанга, борьба).

Накопление телом спортсмена количества движения и передача его объекту по существу дела происходит одновременно. Только в разные фазы перемещающих движений и в разных условиях они имеют свои особенности.

Общеизвестно, что наибольшая дальность полета в безвоздушном пространстве при угле вылета равном 45°. На дальность полета влияет сопротивление воздуха, особенно при метании диска и копья, где про­является заметная аэродинамическая сила (планирующие устройства •снарядов), а также угол местности¹, который характеризует превыше­ние точки выброса над точкой приземления. В связи с этим для до­стижения максимальной дальности угол вылета должен быть меньше 45°; в метании копья—около 35—38°, диска — 33—36°, ядра — 38—39° и молота — 43—44°. В метании копья и особенно диска важен еще и угол атаки снаряда. Расчеты полета диска, произведенные на электрон­ной вычислительной машине (В. Н. Тутевич), показали, что наиболь­шая дальность может получиться при различных сочетаниях угла вы­лета диска и угла его наклона к горизонту (рис. 76).

В метаниях относительно легких снарядов в течение всего предва­рительного разгона перемещаемый снаряд обычно несколько сзади тела спортсмена. Спортсмен в разбеге (бег, скачок или поворот), от­талкиваясь ногами от опоры, наращивает скорость своего перемещения. Ускоряемый снаряд благодаря своим силам инерции, приложенным к спортсмену в рабочей точке его тела, противодействует движению ра­бочих звеньев относительно туловища.

С начала финального разгона спортсмен придает снаряду скорость в заданном направлении большую, чем скорость продвижения таза и туловища. Так выполняются метания снарядов, вес которых относи­тельно веса тела спортсмена невелик.

Легкие снаряды с большой упругостью (мяч, шайба) приводятся в движение часто посредством удара. Время контакта при ударе очень мало. Здесь требуется иногда максимальная дальность или скорость полета мяча, иногда наибольшая точность его попадания в цель.

В случае перемещения тел значительного веса (равного и больше веса спортсмена — партнеры и противники, штанга) построение си­стемы движений отличается закономерностями иного характера. За­дача состоит в приведении перемещаемого тела в заданное положение.

Во всех случаях достигают заданной величины и направления ско­рости перемещаемого объекта.

5.ВИДЫ ВЕРЕМЕЩАЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ

С точки зрения биомеханики перемещающие действия отличаются довольно разнообразными условиями их выполнения. В движениях со штангой ее вес в соревновательных условиях нарастает от попытки к попытке до предельного; контакт со штангой до конца упражнения (фиксация) постоянный. В бросках в борьбе вес противников значи­тельный; контакт — до конца проведения приема. В легкоатлетических метаниях различны вес и форма метаемых снарядов; контакт со снаря­дом — до придания ему максимальной скорости. Броски мяча (баскет­бол, ручной мяч, водное поло и др.) — также с сохранением контакта до вылета снаряда. Как видно, задачи и условия их решения в этих группах упражнений различны.

Особую группу составляют ударные действия с предельно кратко­временным контактом. Преимущественно это удары по мячу ногой, рукой, ракеткой или клюшкой по мячу или шайбе².

Общее для всех перемещающих действий — наращивание скорости рабочей точки (вместе с ускоряемым телом или к моменту удара по нему).

5.1.ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ТЕЛ С РАЗГОНОМ

Фазы перемещения тел с разгоном

Исходное стартовое положение определяется точно в тех случаях, когда короток путь наращивания скорости, стро­го зависящей от всех движений с самого их начала. Таковы, например, исходные положения в рывке штанги, толкании ядра. В играх, где требуется лишь эффективность броска, а ситуации разнообразны, такой жесткой определенности в исходных положениях не может быть.

Фаза предварительных действий наиболее четко определена в упражнениях, где требуется максимальная начальная скорость вылета снаряда. Эта фаза включает совместный раз­гон и обгон звеньев и завершается исходной позицией финального разгона (усилия). В других группах упражнений предва­рительные действия играют роль либо тактического обыгрывания (под­готовка броска в борьбе), либо важнейшего стартового разгона (тяга штанги).

Фаза финального усилия— решающая в создании максимальной скорости вылета снаряда в нужном направлении (лег­коатлетические метания) или приведении противника в заданное поло­жение (бросок в борьбе).

Поскольку разнообразие перемещающих движений в спорте очень велико, рассмотрим только группу легкоатлетических метаний, в прин­ципе сходных между собой. Они различаются способами выполнения, зависящими от особенностей снарядов.

Фазы предварительного разгона снаряда

В легкоатлетических метаниях, в какой бы форме ни выполнялся разбег (бег, скачок, поворот) как предварительный разгон сна­ряда, разбег выполняется в виде совместного разгона со снарядом.

В легкоатлетических метаниях для предварительного разгона сна­ряда при его сопровождении применяется прямолинейный разбег (бег — в метании копья, скачок — в толкании ядра) и криволинейное движение снаряда с поворотами метателя (метание диска и молота).

Разбег в метании копья не ограничен; практически он составляет около 25 м у женщин и 30 м у мужчин. За 9 м (у женщин), 12 м (у муж­чин) выполняют отведение копья — переводят его из положения над плечом в положение сзади. Предпоследний шаг (скрестный) на правую ногу сопровождается поворотом таза вправо.

Разбег при толкании ядра выполняют стоя спиной в направлении толкания от задней части круга (диаметр 213,5 см) скачком на правой ноге. Скачку помогает предварительное подседание на правой ноге и мах левой ногой при отталкива­нии правой.

При метании диска разбег производят в круге (диаметр 250 см) из положения спиной в направлении метания (удлиня­ется путь разгона). Поворот начинают после предварительного замаха рукой с диском вправо-назад. Во время него происходит стартовое вращение на двух ногах, на левой ноге и собственно поворот. Активная работа ног выводит ось таза вперед относительно оси плеч; происходит обгон звеньев (рис. 78).

Метатель молота выполняет разбег в круге (диаметр 213,5 см) во время предварительного вращения молота вокруг тела и следующих за ним трех или четырех поворотов с одно- и двухопорными фазами в каждом при непрерывном контакте с грунтом и плавном повыше­нии скорости.

Финальный разгон

В финальном разгоне мышцы, максимально растянутые и напря­женные, сокращаясь, выполняют выбрасывание (или выталки­вание) снаряда, придают ему начальную скорость полета.

Из соответствующей исходной позиции в легкоатлетических мета­ниях осуществляется финальный разгон. В метании копья он включает сначала поворот таза и переход в положение «натянутого лука». Копье еще больше отстает от выведенного вперед таза. Далее следует сокраще­ние растянутых сгибателей туловища и стремительное выбрасывание копья рукой.

При толкании ядра сначала поворачивают таз влево со скручива­нием туловища, затем следует поворот плечевой оси и выталкивание ядра рукой.

При метании диска сначала поворачивается таз влево, обгоняя плечевую ось. Далее продолжается поворот плечевой оси, затем рука догоняет плечевую ось и, наконец, следует выбрасывание диска рукой.

При метании молота в финальном разгоне, как и в предыдущих по­воротах, плечевую ось сначала поворачивают налево. Далее, наклоня­ясь назад, выбрасывают молот.

После выпуска снаряда во всех метаниях выполняют завершающие действия, тормозящие продвижение метателя за планку или край круга.

Толкание ядра

Последовательность движений при толкании ядра можно описать, разделив упражнение на три фазы: скачок, поворот туловища и выпрям­ление руки (рис. 15.42). Дальность полета ядра зависит от траектории ядра, от стартовой точки до момента выпуска ядра, скорости скачка (т. е. в первой фазе упражнения), скорости выпуска ядра выпрямленной рукой, высотой выпуска яд­ра, массы спортсмена и др.

S. Francis (1948) выявил, что средняя высота выпуска ядра была' на 152 мм выше среднего роста обследованных спортсменов (183 см).

Тема 16. Биомеханика локомоций

1.Сущность и виды локомоций 2.Физиологические аспекты управления локомоциями 3.Биодинамика ходьбы 4.Биодинамика бега 5. Биодинамика прыжка 6.Биомеханика различных видов спорта

1.Сущность и виды локомоций

Локомоции (от лат. locus — место и motio — движение) — со­вокупность согласованныхдвижений животных и человека, вызы­вающих активное их перемещение в пространстве; важнейшее при­способление к обитанию в разнообразных условиях среды

Локомоторные движения могут быть основными в некоторых видах спорта (бег, плавание и др.); системы движений, представляющих ак­тивное перемещение в пространстве, принято называть локомоциями. Локомоторные движения применяются в видах спорта, в которых, обеспечивая передвижение спортсменов, они играют вспомогательную роль (спортивные игры, гимнастика и др.). Они значительно отличаются друг от друга в зависимости от задачи и условий передвижения. Но во всех случаях взаимодействия человека с опорой (дорожка, лыжня) и другими внешними телами (велосипед, лодка и др.), а также средой (преимущественно водной — плавание) эти движения происходят по способу отталкивания или притягивания или их сочетания.

Все локомоторные движения делят на ациклические (однократные) и циклические² (повторяющиеся).

Среди локомоций наибольший удельный вес имеют наземные пере­движения. Их закономерности в большей или меньшей степени учиты­ваются при изучении всех видов локомоторных движений.

Локомоции можно классифицировать по целому ряду признаков. Передвижения различают наземные и водные. Наземные бывают со скольжением (лыжи, коньки) и без скольжения (прыжок, ходьба, бег), а также с постоянной опорой (ходьба, лыжи) и с отрывом от опоры (прыжок, бег). В некоторых передвижениях используются механические приспособления для передачи и преобразования движения (цеп­ная передача велосипеда, весла академической лодки).

3.Биодинамика ходьбы

Ходьба — автоматизированный двигательный акт, осуществ­ляющийся в результате сложной координированной деятельности скелетных мышц туловища и конечностей.

Отталкиваясь от почвы, нога приводит тело в движение — впе­ред и несколько вверх и вновь совершает размах в воздухе.

При ходьбе тело поочередно опирается то на правую, то на левую ногу.

Акт ходьбы отличается чрезвычайно точной повторяемостью от­дельных его компонентов, так что каждый из них представляет точную копию в предыдущем шаге.

В акте ходьбы деятельное участие принимают также верхние конечности человека: при выносе вперед правой ноги правая рука движется назад, а левая — выносится вперед. Руки и ноги челове­ка при ходьбе совершают движения в противоположных направ­лениях.

Движение отдельных звеньев свободной ноги (бедра, голени и стопы) определяется не только сокращением мышц, но и инер­цией. Чем ближе звено к туловищу, тем меньше его инерция и тем раньше оно может последовать за туловищем. Так, бедро свобод­ной ноги перемещается вперед раньше всего, поскольку оно бли­же всего к тазу. Голень, будучи дальше от таза, отстает, что ведет к сгибанию ноги в колене. Точно так же отставание стопы от голе­ни вызывает сгибание в голеностопном суставе.

Последовательное вовлечение мышц в работу и точная коорди­нация их сокращений при ходьбе обеспечиваются у человека ЦНС и главным образом корой больших полушарий головного мозга. С точки зрения нервного механизма, ходьба представляет собой автоматизированный цепной рефлекс, в котором афферентная импульсация, сопровождающая каждый предыдущий элемент движе­ния, служит сигналом для начала следующего.

Функциональный анализ ходьбы. Ходьба — это сложное цик­лическое локомоторное действие, одним из основных элементов которого является шаг.

При ходьбе, как и при других видах локомоторного движения, пере­мещение тела в пространстве происходит благодаря взаимодействию внутренних (сокращение мышц) и внешних (масса тела, сопротивле­ние опорной поверхности и др.) сил. В каждом шаге, совершаемом правой и левой ногой, различают период опоры и период маха. Наи­более характерной особенностью всех видов ходьбы по сравнению с бегом и прыжками является постоянное опорное положение одной ноги (период одиночной опоры) или двух ног (период двойной опо­ры). Соотношение этих периодов обычно равно 4:1. Как период опоры, так и период маха может быть разделен на две основные фа­зы, а именно: период опоры — на фазы переднего толчка и заднего толчка, разделенные моментом вертикали; маха — фазы заднего ша­га и переднего шага, между которыми также находится момент вер­тикали.

Фаза переднего толчка. После заключительной фазы перед­него шага начинается постановка стопы на почву при почти выпрямленном, но не закрепленном коленном суставе и согнутом, слегка отведенном и супинированном бедре. Стопа становится на опорную поверхность пяткой, после чего она совершает двойной перекат: с пятки на носок и снаружи внутрь. Этот перекат проис­ходит под влиянием силы тяжести тела и последовательного вклю­чения в работу короткой малоберцовой мышцы, поднимающей на­ружу край стопы и далее мышц — длинной малоберцовой, задней большеберцовой, длинного сгибателя большого пальца стопы и длинного сгибателя пальцев, поддерживающих продольную ду­гу (свод) стопы. Такое движение стопы имеет двоякое значение: увеличение длины шага и растягивание мышц заднего отдела голе­ни, участвующих в отталкивании тела. В начальном периоде опоры приобретает большое значение рессорная функция, выполняемая суставами стопы и незакрепленным суставом колена. Далее под действием тяжести и инерции тела нога несколько сгибается в ко­ленном суставе и разгибается в голеностопном суставе при ус­тупающей работе четырехглавой мышцы и мышц заднего отдела голени, что еще более повышает буферные свойства конечности.

Момент вертикали. К моменту вертикали нога выпрямляется и приводится за счет сокращения большей части мышц бедра и от­части под влиянием силы тяжести. В это время стопа опирается на грунт всей подошвой, причем большинство ее мышц своим со­кращением способствует сохранению сводов и участвует в функ­ции удержания равновесия тела.

Фаза заднего толчка тела (отталкивание от опорной поверх­ности). В связи с этим контактирующая с грунтом конечность уд­линяется за счет разгибания во всех ее суставах. В тазобедренном суставе вновь происходит некоторое отведение, но в отличие от переднего толчка, сопровождаемое небольшим поворотом бедра (внутрь). Ведущая роль в этой фазе принадлежит четырехглавой, полусухожильной, полуперепончатой, длинной головке двуглавой и главным образом ягодичным мышцам.

Фаза заднего шага. В начале этой фазы (непосредственно по­сле окончания заднего толчка) маховая нога находится в поло­жении разгибания, некоторого отведения и поворота внутрь, что приводит к повороту таза вместе с туловищем в противополож­ную сторону. Из этого положения нога, производящая шаг, начи­нает совершать сгибание в тазобедренном и коленном суставах, дополняемое незначительным поворотом ее наружу, что взаимо­связано с вращением таза в сторону маховой ноги. В это время основная нагрузка падает на мышцы: подвздошно-поясничную, при­водящие, заднего отдела бедра и отчасти на разгибатели стопы.

Момент вертикали. Маховая нога выпрямлена в тазобедрен­ном суставе и достигает максимального сгибания (по сравнению с другими фазами) в суставе колена. Сокращены главным образом мышцы заднего отдела бедра.

В фазе переднего шага мышцы заднего отдела бедра расслаб­ляются и благодаря силе инерции и кратковременному балли­стическому сокращению четырехглавой мышцы голень выбрасы­вается вперед. После этого начинается новый цикл движения.

Центр тяжести тела (ЦТ) при ходьбе (рис. 15.18, а) наряду с по­ступательными движениями (вперед), совершает еще движения бо­ковые и в вертикальном направлении. В последнем случае размах (вверх и вниз) достигает величины 4 см (у взрослого человека), при этом туловище опускается больше всего именно тогда, когда одна нога опирается всей подошвой, а другая вынесена вперед. Боковые движения (качания в стороны) центра тяжести доходят до 2 см.

Колебания ОЦТ тела в стороны связаны с перемещением на опорную ногу всей массы тела, благодаря чему траектория ОЦТ тела проходит непосредственно над площадью опоры. Чем ходьба быстрее, тем эти колебательные движения меньше, что объясня­ется влиянием инерции тела.

Размер шага в среднем принимается за 66 см, при спокойной ходьбе продолжительность его — около 0,6 сек.

Помимо мышц нижних конечностей при ходьбе включаются в ди­намическую работу почти все мышцы туловища, шеи и верхних ко­нечностей.

В связи с последовательным чередованием растяжения, сокра­щения и расслабления различных мышечных групп, что происходит во время ходьбы, значительная нагрузка на всю мышечную систе­му обычно не вызывает выраженного утомления. В значительной мере это также объясняется тем, что ритмические движения всего тела облегчают нормальную вентиляцию легких и улучшают крово­обращение всех органов, включая центральную нервную систему (ЦНС). Таким образом, ходьба — это наилучший вид физической тренировки.

При ходьбе человек взаимодействует с опорной поверхностью, при этом возникают силовые факторы, называемые главным век­тором и главным моментом сил реакции опоры. Типичные графи­ки вертикальной и продольной составляющих главного вектора опорной реакции при ходьбе в произвольном темпе в норме пред­ставлены на рис. 15.18. Для графика вертикальной составляющей главного вектора опорной реакции характерно наличие двух вер­шин, соответствующих переднему (опора на пятку) и заднему (от­талкивание передним отделом стопы) толчкам. Амплитуды этих вершин превышают массу человека и достигают 1,1 — 1,25Р (Р — масса человека).

Продольная составляющая главного вектора сил реакции опор имеет тоже две вершины разных знаков: первая, соответствующая переднему толчку, направлена вперед; вторая, соответствующая заднему толчку, направлена назад. Так оно и должно быть — от­талкиваясь опорной ногой, человек устремляет все тело вперед. Максимумы продольной составляющей главного вектора опорной реакции достигает 0,25Р.

Есть еще одна составляющая главного вектора опорной реак­ции — поперечная. Она возникает при переступании с одной ноги на другую и ее максимум достигает 8—10% от массы человека.

Временная структура шага. Локомоции человека — процесс периодический, в котором через приблизительно равные промежут­ки времени повторяются сходные положения тела. Наименьшее время, прошедшее от данного положения до его повторения, явля­ется временем цикла. При ходьбе и беге время цикла называют по числу сделанных шагов «временем двойного шага». Каждая нога в своем циклическом движении находится либо на опоре, либо пе­реносится на новое-место опоры (рис. 15.19).

При беге момент опоры меньше момента переноса; наблюдает­ся период свободного полета над опорой (см. рис. 15.19).