Биомеханика конспект лекций донской. Лекция. Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных движений
 Скачать 0.93 Mb.
|
Современный этап развития биомеханики спорта.(Системно-структурный подход) Современный этап развития биомеханики спорта и физических упражнений является продолжением развития научных идей П.Ф. Лесгафта по теории телесных движений. В 1877 году П.Ф. Лесгафт начал читать этот предмет на курсах по физическому воспитанию. В институте физического образования им. Лесгафта в Ленинграде этот курс входил в предмет «Физическое образование», а в 1927 г. он получил собственное название «Теория движений». В 1931 году был переименован в курс «Биомеханика физических упражнений». С этого времени в институтах физической культуры стала разворачиваться учебная и научная деятельность по биомеханике спорта. А с 1958 года этот предмет был введен во всех институтах физической культуры - биомеханика стала обязательной учебной дисциплиной. Создавались кафедры, готовились учебные программы, учебники, пособия, готовились кадры преподавателей, защищались кандидатские и докторские диссертации. Подготовка спортсменов высокой квалификации сейчас не мыслима без глубокого биомеханического анализа и обоснования спортивной техники и методики ее совершенствования. Вышли книги, монографии, пособия по биомеханике видов спорта.
Сформировался целый ряд научных направлений в биомеханике спорта, объединенных общими основами отечественной школы биомеханики, заложенной трудами Н.А. Бернштейна. Значительно расширился объем биомеханических исследований, особенно в зарубежных странах в связи с использованием высокоточных методик и компьютерных технологий. 6. Связь биомеханики с другими наукамиОбщая биомеханика рассматривается в теории как часть биофизики, занимающаяся изучением внутриорганизменных биосистем. Эта наука возникла и развивается на стыке биологических и физико- математических областей знания. Биологические дисциплины, взаимосвязанные с биомеханикой: -Анатомия; -Физиология; -Биохимия; -Психология; -Медицина; -Ветеринария. Физико-математические науки тесно связаны с биомеханикой. К ним относятся: -Физика (механика, электроника); -Приборостроение; -Кибернетика; -Моделирование (физико-математическое, статистическое и т.д.) -ЭВМ (компьютерная техника); -Реология Общая биомеханика включает ряд разделов биомеханики:
-протезированием -протезостроением; -травматологией; -ортопедией; -лечебной физической культурой; -космической медициной; -криминалистикой
-роботостроение; -манипуляторы; -эн до скелетоны связаны с бионикой; -инженерной психологией.
-теорией и методикой физической культуры; -психологией спорта; -физиологией спорта; -врачебным контролем; -ЛФК; -ауксотологией; -биомеханикой видов спорта (рациональность и эффективность спортивной техники, развитие и совершенствование двигательных качеств, возрастные и квалификационные стандарты спортивной техники, особенности строения и функции тела спортсмена и т.д.) При анализе спортивной техники движение рассматривается как система. С одной стороны система вещественная, включающая опорно-двигательный аппарат, с другой, как система процессов выполнения действия. Под системой понимается единое целое закономерно объединяющее в определенном порядке разнородные составные части (элементы), которые взаимодействуют друг с другом. Слово "система" - означает целое, составленное из частей. Однако необходимо уточнить; что представляет собой это целое, какие части входят в его состав и каким образом из частей собрано это целое. Представляет ли человек, его двигательный аппарат систему? Безусловно. В человеке функционируют многие системы органов объединённые в единую систему - организм. Вещественная система двигательного аппарата человека включает более 200 костей, более 600 мышц, тысячи километров кровеносных сосудов и т.д. Система процессов, происходящих в организме человека, определяет деятельность его. Процессы эти тесно взаимосвязаны. Например, кровообращение, дыхание, движение, нервные процессы и т.д. Система свойств, системы органов обладают различными свойствами как механическими (.упругость, вязкость, ползучесть и т.д.), так и биологическими (.возбудимость, сократимость и др.). Все эти свойства связаны между собой, зависимы друг от друга. В процессе выполнения движений, в управлении ими выявляется многочисленные отношения (субординация - соподчинение, координация - взаимное согласование, корреляция - взаимосвязь, автономия - относительна, независимость). Все эти отношения связаны между собой в единое целое - систему отношений. Движения человека представляет собой целостные, динамические и сложные системы процессов. Системы процессов, обеспечивавшие двигательную деятельность, являются целостными, т.к. все процессы между собой тесно взаимосвязаны и представляет единое целое. Движения человека являются динамической системой процессов, поскольку в каждый последующий момент времени любая из этих систем изменяет свое состояние; меняется физиологические характеристики, изменяются и механические параметры движения. Движения, осуществляемые человеком представляет сложную систему, так как постоянно нуждаются в управлении.
Состав системы движение ССД) - это элементы, части движения из которых состоит целостная система движений. ССД может быть постоянен, как, например, гимнастические упражнения (обязательная программа) или легкоатлетические упражнения, состав которых определен рациональным вариантом спортивной техники. В противоборствах состав технических действий изменчив. Он включает элементарные действия (броски, удары, прыжки, перемещения) в оптимальном сочетании относительно окружающей игровой обстановки. Все двигательные действия осуществляются в пространстве и во времени., Чтобы определить состав движения необходимо выделить по тому или иному признаку его элементы. Пространственные элементы движений выделяют по изменению взаимных положений звеньев тела в разных суставах (элементарные действия) Элементарное действие рассматривается как наименьший элемент системы движений (пространственный), имеющий относительно самостоятельное значение и определенный смысл. Движения объединяются в одновременные группы (отталкивание во всех суставах) и последовательные ряды (например, подседание отталкивание, перенос ноги). Это комплексы элементов в пространстве. Например, движения ног, рук, туловища при метании копья. Таким образом, пространственные элементы системы движении представляют собой группы одновременных суставных движений, которые сменяясь, развёртываются во времени в последовательные ряды. Группы и ряды суставных движений представляет собой комплексы движений. 1.2. Временные элементы системы движений выделяются между характерными моментами времени и называются фазами.Фаза - это наименьший элемент системы движений (временной), включающий движения от одного момента до другого. Фазы следуют во времени одна за другой. В момент времени, когда происходит существенное изменение (например: заканчивается контакт с опорой в беге) заканчивается одна фаза и начинается другая. Момент изменения движения служит границей двух смежных фаз, он не имеет длительности. Позы тела на границе двух фаз в момент их смены называют граничными. Каждая такая поза служит конечным положением предыдущей фазы и начальным для последующей. Поэтому движения в каждой фазе к моменту её смены должны привести к граничной позе, наиболее благоприятной для реализации последующей фазы. В теории колебаний фаза - величина, показывающая время от начала колебаний до данного момента. В биомеханике и практике спорта фаза - часть системы движений, выделанная во времени. В практике контроля за техникой движений граничные позы служат неплохим ориентиром. Фазы, имеющие общие особенности объединяются в периоды (например, фаза амортизации и фаза отталкивания в беге составляют период опоры). Из периодов состоят циклы движений (в повторяющихся видах движений, таких как ходьба, бег, лыжные ходы и т.д.) или однократные акты (метания, прыжок). И суставные движения, и фазы движения - это одни и те же движения, из которых состоит система; только они рассматриваются, выделяются по разным признакам (в пространстве и во времени). Элементы движения как составные части системы, - это движения, то более простые, чем целое, чем вся система. При рассмотрении двигательного состава было отмечено, что элементы объединены в комплексы, а из комплексов уже объединена целая система. Такой ступенчатый или иерархический порядок объединения элементов характерен для всех сложных систем. Он типичен и для систем движений. Один и тот же элемент входит в несколько объединений: более крупные включая в себя более мелкие. При анализе систем движения осуществляется построение модели действия по следующим правилам, предложенным Х.Х.Гроссом: 1 .Устанавливаются строго определённые границы каждой подсистемы;
Для выяснения состава системы движений проводится ее системный анализ, расчленение на подсистемы. При этом уже учитывается взаимодействия и взаимосвязи, т.е. структурные особенности системы. Например: спринтерский бег (рис 1), бег на 100 м. Условно делится на 3 части - СТАРТОВЫЙ разгон, бег по дистанции, финиширование. Стартовый разгон включает движение со стартовых колодок и бег. Беговые шаги в этой части имеют свои технические особенности и поэтому их следует рассматривать отдельно от беговых циклов, демонстрируемых бегуном при беге по дистанции. Каждый беговой цикл, включает два пата, гаг состоит из опорного и полётного периода, опорный период включает фазу амортизации и отталкивания и т.д. Этот анализ, мы можем продолжать дальше, рассматривая движение на уровне звеньев тела, участвующих в движении групп мышц и т.д. Всё это будет представлять систему спринтерского бега. Определение состава этой системы и будет представлять анализ. Однако этого для решения практических целей недостаточно. Необходимо определить особенности взаимодействия этих элементов системы, т. е. выявить структуру. Каждый элемент выделенный при анализе системы движений, представляет собой сложную подсистему. В этом мысле можно рассматривать подсистемы как элементы системы. Итак, мы дали понятия системы и состава системы, т.е. ответили на вопрос что? Настало время ответить на вопрос как? Структура системы движенийСтруктура системы - это наиболее сложившиеся и определяющие закономерности взаимодействия упорядоченных компонентов системы (подсистем и их элементов). Структура системы определяет течение внутренних процессов, взаимодействие с внешним окружением, появление новых свойств и возможности развития системы. Структуру системы можно назвать законом интеграции системы. Если, рассматривая состав системы мы определяем из каких элементов (подсистем) состоит система, то выясняя структуру мы выясняем закономерности взаимодействия этих элементов. Элементы в системах, а подсистемы в системе движений находится во взаимосвязях, обусловливающих структуру. В природе множество взаимосвязей (между телами, явлениями, событиями, фактами и т.д.) Наука, изучающая взаимосвязи называется диалектика. В системе движений наблюдаются сложные закономерности взаимодействия и взаимосвязи. Связи способствующие совершенствованию системы считаются системообразующие. Но кроме этих связей в системе имеются и внутренние взаимные помехи. В системе движений к помехам относятся рассогласования тяги мышц. Иными словами, структура отражает законы интеграция - объединения в целое каких-либо частей. Решение двигательной задачи возможно на разном качественном уровне и этот уровень с одной стороны обеспечивается степенью согласованности начала и окончания мышечных усилий их величины, быстроты на растания и спада, с другой же стороны при движении звеньев тела с ускорениями возникает множество внутренних сил: инерционных, упругих, реактивных, эти силы взаимодействуют чрезвычайно сложно, возникают помехи, предусмотреть которые нельзя. Все движения выполняются в соответствии с окружающими условиями. Они складываются под влиянием внешних сил и сами в определенной мере изменяют окружающие условия. Это внешнее взаимодействие. Все эти связи и отношения закономерны. Это не значит, что они постоянны, - они изменчивы, но изменчивость здесь не хаотическая, не случайная, а закономерная. Объединенные в систему элементы получают новые свойства. Например, в метании копья можно выполнить разбег и отдельно бросок. При этом акт метания с места и во взаимосвязи с разбегом будет существенно отличаться. Во-первых, использование разбега позволяет в большом мере, чем с места растянуть, рабочие группы мышц использовать их эластические свойства. Существенно увеличивается и путь разгона снаряда, возникают новые скоростные возможности, проявляются другие закономерности ритма движений. По мере совершенствования системы движений все больше проявляются ее системные свойства , благодаря взаимодействиям между ее элементами. В зависимости от того, в каком направлении развиваются взаимодействия в системе, насколько они прочны, насколько они могут приспосабливаться к условиям и т.п. происходит перестройка системы - развитие её. Рассмотренные здесь особенности взаимодействия в системе и составляют ее структуру, у каждой подсистемы имеется своя структура, входящая в общую структуру системы. В этом смысле структура движений многоступенчатая . Рассмотрим из каких ступеней или видов структур состоит структура системы движений. Двигательная структура - это закономерности взаимосвязи движений в пространстве и во времени (кинематическая структура), а также силовых и энергетических взаимодействий (динамические структура) в системе движений. Кинематические структуры. В первую очередь поддаются наблюдению форма и характер движений, внешняя их картина. По кинематическим характеристикам (пространственным, временным, а также пространственно-временным) устанавливают кинематическую структуру. Кинематическая структура - это закономерности взаимодействия движений (подсистем и их элементов) в пространстве и во времени. Кинематическая структура - не сами движения и не их кинематические характеристики. Это те взаимосвязи и взаимоотношения, которые существуют между движениями в пространстве и во времени. Это те взаимные зависимости, в которых находятся кинематические характеристики. Эти закономерности выявляют определяя характеристики; они отражаются на траекториях, длительности, темпе, ритме, скоростях и ускорениях. Соответственно различают: пространственные структуры, раскрывающие форму движений в пространстве, их связи; временные структуры показывающие как организована во времени система движений: пространственно-временные структуры - главные показатели быстро-ты изменения положения и движения. Каждая из этих структур имеет своё значение; все вместе они образует во взаимосвязи общую кинематическую структуру. При высоком совершенстве кинематической структуры наблюдается высокая пространственная и временная слаженность, согласованность системы движений. При обучении физическим упражнениям чаше всего стараются вначале установить кинематическую структуру движений, их общую видимую организацию. Но этот подход недостаточен. Движения человека непрерывно изменяются, изменяются скорости звеньев тела, одни из них разгоняются, другие тормозятся. Изменяется и направление их движения. Однако торможение, ускорение изменение направления частей тела человека, обладающих инертными свойствами возможно только при приложении сил. Силы действия совместно могут способствовать решению двигательной задачи или препятствовать её решению. От того насколько они согласованы (координированы) и зависит совершенство движения. Основные закономерности взаимодействия сил в движении и определяют его динамическую структуру. Динамическая структура - это закономерности энергетическо-го взаимодействия частей тела человека друг с другом и внешними телами ( среда, опора, снаряды, партнёры, противники). Определяя массы тел и их распределение (инерционные характеристики), а также меры взаимодействия тел (силы и моменты сил), можно исследовать силовые взаимодействия. Это значит, что можно определить источники сил, их величину, направление, место расположения, меру их действия, импульс силы и работу - результат их действия. Когда рассматривают совместное приложение ряда сил, оцени-вают их взаимное влияние, эффект совместного воздействия - опре-деляют силовую структуру. Если интерес обращен в сторону внутренних мышечных сил, их совместного действия, сложных отношений, возникающих внутри групп мышц и между их группами - определяют анатомическую структуру. Высокое совершенство динамической структуры проявляется в своевременных и точных силовых воздействиях, что чаше всего заметно по внешней картине движений. Информационные структурыВ управлении движениями важнейшую роль играют процессы. В мозг поступают сигналы от органов чувств, от мозга следуют команды к мышцам все это потоки информации. Они вызваны многими внешними и внутренними раздражителями, в том числе обусловлены кинематическими и динамическими факторами. Все потоки информации, взаимодействуя, сплетаются в сложнейшую информационную структуру движений. Информационная структура – это складывающаяся известнаяпоследовательность упорядоченных во времени и пространстве сообщений. Они несут как сведения о движениях и условиях действия, так и команды о подготовке к деятельности и её проявлению. Кинематические и динамические структуры сами имеют определенное информационное значение; они связаны между собой соответствующими информационными структурами; они все совместно отражают ход выполнения движений, то этим они влияют и на управление ими. В информационной структуре выделяют сенсорные структуры синтезы чувствительных сигналов, переработанные и обобщенные. Они отражают воздействия внешних факторов и внутреннего состояния организм спортсменов. Эти воздействия отражаются в сознании спортсмена, сочетаются со следами в его памяти и с результатами его мышления и образуют психологическую структуру двигательного навыка. Это то, что знает и понимает спортсмен в своей технике, технике других спортсменов, общих требованиях к технике. Команды формирующиеся в мозгу и направленнве к мышцам и другим органам, обслуживающим выполнение движений, составляет эффекторную структуру. Она зависит от соотношения произвольного и автоматического в управлении системой движения. 2.3.Обобщённые структуры Все перечисленные виды структур сливаются в единую общую структуру системы движений. Но при анализе движений бывает полезно выделить ещё некоторые обобщённые структуры. Ритмическая структура - это закономерная последовательность движений и соотношение их длительностей, определяемые соотношением временных характеристик. Ритмическая структура раскрывает порядок выполнения фаз; соотношения длительности фаз; расположение же времени силовых акцентов; время длительности и направления сил; слияние ритмов подсистем в единый ритм системы; устойчивость ритмических соотношений и др. Ритмическая структура служит ориентиром при построении системы движений. Для высококвалифицированных спортсменов она играет роль показателя их технического мастерства. Фазовая структура - закономерное разделение системы движений на подсистемы во времени и их взаимодействие, определявшее целостность системы. Для установления фазовой структуры могут быть использованы все характеристики, позволяющие выделить фазы и установить их взаимное влияние Координационная структура - включает в себя все перечисленные виды (сторона) внутренней структуры системы, а также так называемую внешнюю структуру - закономерности взаимодействия спортсмена с его окружением. Совместное действие сил внешних и внутренних для человека лежит в основе организации взаимодействия с окружением. Человек управляет этим взаимодействием, создаёт единство внутренней и внешней структуры -координационное структуру. Таким образом, под координационной структурой понимается вся совокупность закономерностей взаимодействий как внутри системы, так и всей системы окружения. О структурных взаимодействиях на любых уровнях судят на основе биомеханических характеристик, их взаимосвязям и влияниям. Информационные и обобщённые структуры, раскрывая особенности движения, также опираются на биомеханические характеристики. Направления развития систем движенияУровень спортивно-технического мастерства зависит от степени совершенства систем движений, которые в процессе тренировки непрерывно перестраиваются. Перестройка осуществляется под влиянием внешних воздействий. При этом происходит изменение внутренней структуры систем и их элементов под влиянием управления. Источником развития системы, её "самодвижения" является внутренние противоречия. Противоречивы и направления развития систем движения. Что это за направления и в чём противоречия? Ответы на эти вопросы позволят совершенствовать систему управления развитием двигательных действий. Интеграция и дифференциация. Интеграция представляет объединение множества движений в единое целое, имеющее единую цель действия. Интеграция проявляется во влиянии движений друг на друга. Как правило, ошибки в подготовительных или предыдущих фазах движения оказывают существенное влияние на последующие основные части движения. Например: Нарушение ритма бросковых шагов в метании копья (недостаточно активные движения при "обгоне" копья) приводят к неудачному выполнению финального разгона копья (уменьшается путь разгона, недостаточно подготовлены (растянуты) рабочие группы мышц). Как подготовительные, так и основные движения при высоком уровне развития системы движений подчинены единой цели, все они целесообразны. Дифференциация проявляется как различение в целостной системе множества неоднородных составных частей (деталей). Иначе говоря отдельные элементы, объединённые и взаимно связанные между собой имеют свою специализацию. Тот спортсмен, который хорошо владеет техникой движений, более тонко может различать (дифференцировать) детали движений, контролировать движение по элементам. В каждый период подготовки существуют свои ведущие элементы и структуры, на которые спортсмену и тренеру следует обращать особое внимание. При построении новых систем движений происходит интеграция состава (объединение частей в целое) и дифференциация системы (расчленение целого на части). В процессе тренировки по мере необходимости ведущим может быть то один, то другой путь (прыгуны в длину совершенствуют систему движений в целом - интегрируя, объединяя отдельные части прыжка и в то же время совершенствуют отдельные элементы - разбег, толчок, движения в полёте, приземление). |