Курс лекций по биомеханике. Курс лекций Содержание Биомеханика как учебная и научная
 Скачать 5.94 Mb.
|
|
Энергетика локомоций Энергетический обмен осуществляется в результате преобразования питательных веществ в энергию. Энергия используется для обеспечения функции мышц. Интенсивность энергопродукции организма в целом зависит от количества выделенной энергии (внешняя работа, тепло) и от количества запасенной энергии (депонирование питательных веществ, структурные преобразования) в единицу времени: общее количество выработанной энергии — это сумма внешней работы, тепловых потерь и запасенной энергии. Механическая энергия передвижения человека обусловлена мощностью его мускулатуры и мощностью внешних факторов. Работа, развиваемая мышцами в определенный отрезок времени, соответствует изменению механической энергии тела, которая, в свою очередь, состоит из двух компонент: кинетической и потенциальной энергии тела. Кинетическую и потенциальную энергию при расчете определяют приблизительно по кинематике тела или по движению общего центра тяжести (ОЦТ) тела. Потенциальная энергия во время ходьбы меняется. Так, во время двойной опоры она минимальна и максимальна в момент вертикали (т. е. отталкивания от земли). Выявлено, что ко времени Таблица 15.7 Расход энергии при различных видах спортивной деятельности (ккал)
двойной опоры уменьшение потенциальной энергии приводит к возрастанию кинетической энергии тела к моменту вертикали. Таким образом, создаются условия для экономного расходования мышечной энергии. Расчет механической работы мышц в течение локомоторного цикла осуществляется методами прямой и непрямой калориметрии, или по количеству потребляемого кислорода. Как видно на рис. 15.28, скорость энерготрат в зависимости от скорости локомоций растет нелинейно. Любая механическая работа мышц (мышцы) всегда требует затраты энергии, независимо от того, сокращается (или удлиняется) мышца, или она находится в изометрическом сокращении (табл. 15.7). Во время шагового цикла при ходьбе расход энергии меняется. Так, уменьшение механической энергии (работы) происходит в шаге при переднем толчке, когда мышцы ноги, преодолевая инерцию падающего вперед тела, тормозят его и преимущественно растягиваются (см. рис. 15.19), а во время заднего толчка основная часть мышц сокращается и тем самым продвигается (перемещает) тело вперед. В другие фазы ходьбы активность мышц значительно снижена. Отмечено, что темп ходьбы, бега, длина шага коррелирует с длиной тела (т. е. с ростом и особенно с длиной ног), что в результате сопровождается довольно высокой корреляцией между энерготратами и весом идущего (или бегущего) человека (H.J. Ralston, 1958; С. Wyndham et al, 1971; W.H. Walt, C.H. Wyndham, 1973 и др.). 1Атрибут (от лат. «аттрибу» — придаю, наделяю) — неотъемлемое свойство предмета, без которого он не может ни существовать, ни мыслиться. 2 Ф. Энгельс. Диалектика природы, 1955, стр. 44, 1 Физические объекты, с которыми взаимодействует спортсмен, называют «внешним окружением», так как кроме неживых объектов (снаряды, дорожки и т. п.) он вступает во взаимодействие с живыми — спортсменами (партнеры, противники).. 1 Различают законы динамические, в которых следствие всегда однозначно связано с причиной, зависит от одной причины, и статистические (вероятностные), которые проявляются при рассмотрении массовых явлений, когда следствие зависит от многих причин. Статистические законы характеризуют вероятность явления, процесса. Именно они характерны для живых организмов. 2 При скоростях, близких к скорости света, действуют более общие законы механики теории относительности Альберта Эйнштейна (1879—1955 гг.); в мире микрочастиц — законы квантовой механики. 1 Известно, что еще Аристотель одному из своих трактатов о механических законах движений живых существ дал название «О движении животных». К сожалению, эта рукопись не сохранилась. 1 Например, сегментарность позвоночника и спинного мозга. 1 Проприорецепторы – это рецепторы, сигнализирующие о состоянии двигательной системы организма 1 Механизм—несколько подвижно соединенных тел (звенья и цепи), из которых одно закреплено (стойка), а остальные совершают вполне определенные движения. Механизмы служат для преобразования движения одних звеньев в необходимые движения других. 2 Деформация — изменение формы и размеров. 1 Различают динамические нагрузки внезапно приложенные (сразу и в целом), ударные (очень большие, но кратковременные), повторно-переменные (в частности, при вибрациях) и др. 2 Изучением законов изменения формы тел («течения вещества») занимается наука реология. Она изучает деформации тел с учетом условий изменения их формы и предшествующих этому состояний. Для биомеханики реология не менее важна, чем теоретическая механика. 3 В физиологии определяют напряжение мышцы, измеряя ее суммарную силу тяги (кГ). В механике же определяют напряжение в теле (напряжение в мышце), выражая ее величиною силы на 1 см2 (кГ/см2). Принято еще выражение «происходит напряжение мышцы», здесь имеется в виду сам процесс увеличения силы тяги (мышца напрягается). 1 Упругое тело имеет обратимую деформацию, пластическое — необратимую, хрупкое — малую относительную деформацию. Различают еще п р о ч н о е тело, у которого высокий предел прочности, и вязкое тело, у которого за упругой деформацией следует пластическая. 1 В практике укоренилось неправильное применение термина «амплитуда» в качестве однозначного с термином «р а з м а х». В теории колебаний амплитуда — это расстояние от среднего до крайнего положения; например, в качании маятника полный размах (от одного крайнего положения до другого) равен двойной амплитуде. 1 «Золотое правило» механики (закон равенства работ) проявляется в любом механизме, в частности при перемещении рычага: работа движущей силы равна работе силы сопротивления (во сколько раз выигрыш в пути, во столько раз проигрыш в силе, и наоборот). 1 На многих языках упругость и эластичность означают одно и то же. В биомеханике имеет смысл рассматривать упругость как одно из эластических свойств мышцы. 1 От греч. «ауксано» — изменяю. 1 Следует различать три понятия силы применительно к человеку: физическое (сила как вектор), биомеханическое (сила тяги определенной мышцы с учетом ее свойств) и педагогическое (двигательное качество — сила как комплекс силовых возможностей спортсмена). 1 Преодолевающую работу в зарубежных источниках еще называют миометрической, а уступающую—плиометрической (греч. «миос»—средний, «плейон»— большой). 2 Эти мышцы называют еще стабилизаторами или фиксаторами 2 В буквальном смысле антагонисты — это две группы мышц, которые тянут звено в противоположные стороны. Таковы, например, взаимно нейтрализующие тяги двух синергистов. Но стало общепринятым называть антагонистами группу мышц, растягивающихся при определенном движении, т. е. не две, а одну группу мышц. Поэтому чаще всего говорят: синергисты и их антагонисты. 1 Вектор — направленный отрезок прямой линии, характеризующий численное значение величины в определенном масштабе (модуль) и ее направление. 1 Конфигурация (лат.) — внешнее очертание тела или взаимное расположение нескольких тел. 1 Лучше не говорить «поступательное движение точки», а также «вращательное движение точки», там как эти выражения не имеют строго физического смысла: одна точка не совершает ни поступательного, ни вращательного движения. 2 Исключение составляют простые движения тела: а) только поступательное и б) только вращательное (вокруг центра тяжести тела). 1 Траекторию точки, как ее след, неправильно называть траекторией движения- след оставляет именно движущаяся точка. 2 При прямолинейном движении, если направление его меняется на противоположное только скачкообразно (поступательно-возвратное движение), траектория точки — тоже прямая линия. 3 Закон движения тела — определенный способ его перехода в пространстве и времени из исходного положения в конечное. Он позволяет узнать положение тела в любой заданный момент времени. 1 'В обиходной речи термин «темпы» означает быстроту (например, темпы развития). В биомеханике, как и в спорте, ему придается иной смысл — значение частоты движений. Единица частоты—герц (гц)=1 сек-1. 1 Не следует говорить «скорость движения», так как скоростью обладает точка или тело, а не движение. 2 Подчеркнем, что понятие «быстрота» характеризует только величину (модуль) скорости, но не скорость как вектор. 1 Ускорения (линейное и угловое) не изменяются (как это имеет место для скорости) с переходом от одной инерциальной системы к другой. 1 Инерция (лат.) — косность, бездеятельность, неуступчивость. 2 1-й закон Ньютона (закон инерции): «Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока внешние приложенные силы не заставят его изменить это состояние». 1 Точнее было бы сказать: по закону инерции, 2 2-й закон Ньютона (основной закон динамики): «Изменение движения пропорционально извне действующей силе и происходит по тому направлению, по которому эта сила приложена». 3 Измеренная таким образом масса называется инертной; измеренная путем взвешивания — тяжелой; они количественно равны одна другой и отличаются только способами их определения. 3 3-й закон Ньютона (закон равенства действия и противодействия); «Действию всегда существует равное противодействие, иначе говоря, действия двух тел друг на друга всегда равны и противоположны по направлению». 1 Цeнтp момента — точка, относительно которой определяется момент силы 1 Этот вектор приложен к центру момента перпендикулярно плоскости поворота. Вектор направлен в ту сторону, откуда видно, что поворот происходит против хода часовой стрелки. 2 В деформируемых реальных твердых телах сила смещает также их частицы относительно друг друга, т. е. вызывает деформацию. 1 Энергия — мера способности тела совершать работу. 1 Термин «мидель» взят из судостроения: мидель, или мидель-шпангоут,— это самый большой шпангоут (поперечное ребро) судна; через него проходит наибольшее поперечное сечение. 1 Сила жидкостного трения пропорциональна вязкости жидкости, скорости относительного движения и обратно пропорциональна толщине слоя жидкой смазки. 2 Предельная статическая сила трения имеется в момент начала движения. 1 Предположим, что какой-нибудь мускул имеет поперечник в 5 см2. Следовательно, он будет сокращаться с силой, равной 10 • 5 = 50 кг. Если уменьшение его длины, происходящее при сокращении, достигает 5 см (0,05 м), то величина механической работы данного мускула равняется 50 • 0,05 = 2,5 кг/м. Это значит, что мускул в состоянии произвести работу, равную поднятию 2,5 кг на высоту одного метра. 1 «Стабилис» (лат.) — устойчивый; стабилизация — устойчивость движений к сбивающим воздействиям (см. 73.2). 1 В спорте поставить противника в наихудшие условия осуществления двигательной деятельности — задача первостепенной важности. Но если термины «оптимальный», «оптимизация» привились в спорте, то признанных терминов противоположного значения пока нет. Поэтому предлагается ввести термины «пессимальный», «пессимизация» для обозначения указанной задачи. 1 «Штампами» (по аналогии с употреблением этого слова К. С. Станиславским) здесь называются стандартизованные конкретные аналитические или двигательные решения, применяемые каждый раз в определенных ситуациях как нечто цельное, как монолитный блок, структура которого не подвергается проверке или изменениям. «Штампы» используются, образно говоря, как готовые узлы машины при ее сборке. «Заготовки» — заранее продуманные для рассматриваемого случая аналитические или двигательные фрагменты, ходы, решения и т. д. 1 Анализируя, например, толкание ядра, надо начать с движений звеньев толкающей руки, потом последовательно перейти к движениям туловища (по отношению к движениям рукой они несущие и потому должны строиться с расчетом максимально увеличить эффективность движений руки), затем звеньев ног (по отношению к движениям туловища и рук они несущие). 2 Их часто называют «реактивными». 3 Взвесив функциональные возможности ног при толкании ядра (см. сноску 1), нужно рассмотреть эффективность различных вариантов работы туловищем при оптимальной работе ногами, затем толкающей рукой при оптимальной работе ногами и туловищем. 1 Дисторсия (от лат. distorsio — искривление) даваемого оптической системой. искажение изображения, 1 Структура (лат.) — строение, устройство. 1 В отличие от принятого в теории колебаний определения фазы как величины, показывающей, сколько времени прошло от начала цикла колебаний до данного момента, в биомеханике и практике спорта фаза — это часть системы движений, выделенная во времени. 1 Модус (латин.) — мера. 2 Код (франц.) — сборник условных сигналов. 1 В практике нередко применяют термин «координация» для обозначения уже сложившейся системы движений. Такое применение неправильно, так как координация — не сами движения, а процесс согласования их. 1 Одновременно сближаются концы мышц-сгибателей, их веретена расслабляются, что вызывает снижение тонуса сгибателей и повышение тонуса разгибателей, т. е. «удваивает» описываемый эффект. 2 Мышечное веретено—рецепторное образование в мышце, реагирующее на изменение ее длины. 3 Парастатические действия основаны на очень медленных движениях (например, дожимание из креста в упор либо отпускание из упора в крест), когда мышцы работают в режиме, близком по характеру к изометрическому. Применение в этом смысле термина «квазистатический» представляется неудачным по двум причинам: 1) часть «квази» придает термину неподходящее значение «мнимый», «ложный»; 2) термин «квазистатический» давно применяется в физике, но имеет другое содержание, соответствующее скорее режиму стабилизации суставных углов, т. е. режиму, в биомеханике называемому статическим. 1 Силовой запрос двигательного действия — требования, которые оно предъявляет к силовым возможностям спортсмена. 2 Превосходство может быть результатом лучшей физической подготовленности, но может быть результатом и меньшей величины моментов сопротивления или участием других мышц 3 Поза — взаимно относительное расположение звеньев тела, не зависимое от ориентации и местоположения тела в пространстве и отношения его к опоре 1 Следует подчеркнуть, что равновесие при сохранении положения нужно рассматривать не только в случае покоя, но и в случае сохранения позы в движении (например, движение слаломиста по повороту). 1 Компенсация (лат.) — возмещение. 2 Амортизация (лат.) — погашение, 1 Кстати сказать, сам Ньютон свой 2-й закон записал в виде m(v1—V0)=Ft. Распространенная запись этого закона: F==ma принадлежит работавшему в России математику Леонарду Эйлеру (1707—1783), члену Петербургской Академии Наук. 1 Главным кинетическим моментом тела называют его кинетический момент относительно центральной оси. 1 В холостом ходе движения сопротивления меньше, чем в рабочем, поэтому и прилагаемые предельные усилия тоже меньше; но в холостом ходе скорость движения больше, так как в этом случае меньше масса разгоняемого тела. 1 Угол местности образуется линией горизонта и линией, соединяющей точку приземления снаряда с точкой вылета. Для копья, диска и молота он около 2°, для ядра — 6—10°, 2 Близки к этой группе (но не входят в нее) упражнения, где не ставится задача придать ускорение снаряду или другому спортсмену: удары в боксе, удары и уколы в фехтовании. Здесь основная цель — точность удара, а в боксе, кроме этого, и сила его. 2 В циклических движениях одна и та же система движений (цикл) повторяется, составляя непрерывный ряд движений. |