Биомеханика конспект лекций донской. Лекция. Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных движений
 Скачать 0.93 Mb.
|
Фиксация и прогрессированиеФиксация рассматривается как необходимое условие дальнейшего совершенствования освоенного движения. Однако излишнее заучивание (фиксация) препятствует росту спортивного мастерства, создает различные барьеры, потолки. Жёстко закреплённые скорости, ритм, размах движений, усилия и т.д. представляют пороги, тормозят рост результативности движений. Причины образования припятствий в прогрессировании технического мастерства это монотонность условий, однообразие используемых средств и методов в подготовке. Отмеченные здесь противоречивые тенденции, проявляются во взаимодействии друг с другом, в различных сочетаниях, отражая разные стороны одной и той же системы движений спортсменов. ЛЕКЦИЯ № 2 БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИЙ ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКАПлан
3.3.Механическое действие мышц; 3.4.Разновидности работы мышц
Литература
- М.: ФиС, 1981. - 143 с.
"Не забудь, что книга об "элементах машин" с её практическими сведениями должна предшествовать доказательствам, относящимся к движениям и силе человека и других животных; тогда на основе их ты сможешь проверить любое твоё положение". Леонардо да Винчи, 1492 г. /По: Зубов, 1961, с. 228/ Исследуя механические движения и взаимодействия опорно-двигательного аппарата человека, биомеханика опирается на данные теоретической механики, анатомии, физиологии и антропометрии. С точки зрения механики человек представляет собой систему подвижно соединенных тел, обладающих определенными размерами, массой и моментами инерции и снабженных мышечными двигателями. Анатомическими структурами, образующими эти тела и соединения тел, являются кости, сухожилия, мышцы и фасции, фиброзные и синовиальные соединения костей, а также внутренние органы, кожа и т.д. /Котикова, 1939; Донской, 1960/. Сюда же необходимо отнести систему двигательных нервных клеток или мотоневронов, тела которых находятся в сером веществе спинного мозга. Характерным для опорно-двигательного аппарата /ОДА/ является то что эта система самоуправляемая, самосовершенствующаяся. Управление этой системой происходит по принципу рефлекторного кольца и носит уровневый характер /Н.А. Бернштейн, 1947/. Подробнее вопросы управления движениями мы рассмотрим с вами в одной из последующих лекций, а сегодня остановимся на строении двигательного аппарата человека. При описании механических свойств тела человека мы рассмотрим сначала свойства тканей, затем свойства, образованных тканями анатомических структур и, наконец, свойства тела и его частей - более крупных, чем отдельные анатомические структуры. I. Биомеханические свойства скелета человека
Чаще всего приходится иметь дело с двумя показателями прочности - с прочностью на растяжение и с прочностью на сжатие. Закон Гука справедлив только для предела пропорциональности. Для кости лишь в первом приближении зависимость длина-напряжение может считаться линейной /Стак,1955; Ямада,1970/, т.е. подчиняется закону Гука. Более поздние исследования /Кнетс,1971; Саулгозис, 1971/ показали, что этот закон является двучленным квадратическим. Для других биологических тканей зависимость между удлинением и напряжением имеет явно нелинейный характер. Необходимо заметить и то, что реологические свойства костей и других биологических тканей зависят также от направления, скорости и времени деформации /Меад, 1957; Воронкин,1967/; И наконец следует подчеркнуть, что свойства биологических тканей претерпевают значительные возрастные изменения. До 20 лет прочность растет, а затем начинает падать, кроме зубов, прочность которых растет до 50 лет /Ямада, 1970/. Прочность костей. Скелет взрослого человека насчитывает -206 костей /85 парных и 36 непарных/, подвижно или неподвижно соединенных между собой. Кости скелета составляют 18% веса тела у мужчин и 16% у женщин /Бунак,1941; Иваницкий,1965/. Остальная часть веса тела распределяется следующим образом: мускулатура составляет 42%> у мужчин и 36% у женщин; внутренние органы и кровь соответственно, 22 и 24%, жировая клетчатка 12-18%; кожа - 6% /Бунак, 1941/. Прочность костей на сжатие, т.е. в направлении обычной при их жизни нагрузки, достаточно велика: в продольном направлении несущая способность диафиза бедренной кости более 4500 кг. у мужчин и 3900 кг. у женщин; большеберцовой кости соответственно, больше 3500 и 2800 кг. плечевой больше 2500 и 2100 кг. и лучевой -900 и около 800 кг. У большинства костей прочность по направлению к эпифизу уменьшена 10-40%. Прочность на изгиб значительно меньше: так, бедренная кость в переднезаднем направлении выдерживает изгиб под нагрузкой 250 кг., а большеберцовая 260 кг., плечевая 130 кг. и лучевая 50 кг. Более мелкие кости обладают и меньшей прочностью (Jamada, 1970). Формообразование скелета человека, так же как и форма опорных структур у других земных организмов, связана с их функциональным назначением /у человека в основном с прямохождением и приспособлением к трудовой деятельности/, причем рост и качество костной ткани зависит от величины среднего напряжения в кости - принцип Вольфа /1892/, а форма и размеры и местоположение костей в скелете таковы, что они наиболее эффективно противодействуют нагрузкам /Frost, 1964,1967/ Черты целесообразности обнаруживаются так же и во внутренней структуре костей. Костные пластинки в кости направлены по линиям действия главных нагрузок, а направления костных пластинок двух соседних костей как бы продолжают друг друга через сустав /Полиевктов,1949, Бунак, 1956; Иваницкий, 1965/. Отмечено и то, что при изменении механических условий /удаление одной из берцовых костей, неправильно сросшийся сустав, перелом/ система костных пластинок ориентируется в новых направлениях в соответствии с возникающим полем сил /Савин, 1970/. Аналогичное влияние оказывают на костную ткань и специфические спортивные нагрузки возникающие в ходе подготовки и спортивных состязаний. Силы, возникающие в теле при движениях, имеют преимущественно динамический характер, поэтому многие образования опорного аппарата служат ослаблению толчков. Среди этих образований обращают на себя внимание межпозвоночные диски, изогнутость позвоночного столба, сводчатость стопы и т.д. Имеются исследования, указывающие, что динамическое нагружение костей имеет преимущественное влияние /по сравнению со статическим/ на рост костной ткани /Chamay,Techantz, 1972/.
С позиции механики кости скелета человека чаще всего выступают в виде стержней, образующих кинематические цепи и опорные конструкции. Кинематические цепи можно рассматривать как систему рычагов. Каждый рычаг имеет точку опоры - ось рычага, плечи рычага - расстояние от оси рычага до места приложения силы. Рычаги бывают одноплечие и /с точкой опоры на конце рычага/ двуплечие /с точкой опоры между плечами рычага/. Скелет человека включает в себя как одноплечие рычаги так и двуплечие. Для равновесия рычага необходимо равенство моментов приложенных сил противоположного действия относительно оси рычага Mi = М2. Если М\*Mi Рычаг приходит в движение. В движениях человека проявляется "золотое правило" механики /закон равенства работ/. Силы тяги мышцы приложенные на коротком плече рычага вызывает во столько раз большее смещение точки на другом плече рычага, во сколько раз первое звено короче второго. Выигрыш в скорости на более длинном конце рычага достигается за счет проигрыша в силе. Анатомическими структурами, соединяющими скелет в опорный механизм являются фиброзные, хрящевые, синовиальные соединении костей. Фиброзные соединения включающие систему связок обычно укрепляют подвижные сочленения костей, образованные хрящевыми и синовиальными соединениями; небольшая часть фиброзных образований является прослойкой в неподвижных швах. Хрящевые образования /соединения/ обеспечивают сравнительно небольшое взаимное перемещение связанных костей, а в позвоночнике, например, большое количество таких соединений дает возможность частям тела совершать заметные движения. Синовиальные соединения скелета /суставы/ являются наиболее подвижными. Их общее количество равно примерно половине из 150 соединений скелета /Mazecktetab, 1969,1971/. Среди соединений можно найти много суставов с достаточно близкими конфигурациями поверхностей. К таким соединениям относится, в частности локтевой сустав. Его поверхности на плечевой и локтевой костях образуют простой блоковидный шарнир; взаимные движения костей соответствуют одноосному вращению. Рычаг - твердое тело, которое может под действием приложенных сил вращаться вокруг опоры /оси/, а также сохранять свое положение. Существует множество суставов со сложной кинематикой взаимного движения костей. Наглядным примером такого сочленения может служить коленный сустав. При сгибании колена бедренная кость сдвигается кзади относительно большеберцовой кости с проскальзыванием, начинающимся приблизительно с 15-20° поворота и заканчивающимся незадолго до конца сгибания; при разгибании бедренная кость смещается кпереди. По этой причине нельзя указать определенную ось в суставе; для каждого положения костей имеется своя мгновенная ось вращения. При этом положение бедра оси вращения значительно смещаются кверху благодаря меньшей кривизне переднего края поверхности мыщелков. В отличии от искусственных шарниров синовиальные суставы обладают заметными люфтами даже в статическом положении. В локтевом и коленном суставах значение люфта колеблется в пределах от 3 до 15° / Fzost,1967/. Другой особенностью соединений в живом организме является их способность смягчать удары и сотрясения в костном скелете Деформация в гиалиновом хряще при изменении нагрузки в суставе позволяет передавать давление на достаточно большую контактную поверхность площадь которой к тому же возрастает с увеличением нагрузки. При этом контактные поверхности приспосабливаются друг к другу /становятся конгруэнтными/. Подвижность суставов и их амортизационные свойства улучшаются рядом добавочных образований: складками и губами синовиальной оболочки, суставными дисками, менисками. Прочное соединение скелета в суставах обеспечивается суставной сумкой и связочным аппаратом, гидростатическим разрежением в сумке сустава при его растяжении, силами молекулярного сцепления и особенно тягой мышц /Иваницкий, 1965; Березкин и др., 1967/. Для тренера, преподавателя по спорту кроме анатомической азбуки важно усвоить и азбуку движений, характеризующую границы подвижности в суставах, обусловленную, естественно, анатомическим строением скелета и устройством суставов.
Необходимо подчеркнуть, что подвижность в суставах зависит от следующих факторов:
Границы подвижности не зависят от формы поверхностей и количества степеней подвижности.
В суставах чрезвычайно низок коэффициент трения, составляющий приблизительно 0,01. По современным представлениям, низкие коэффициенты трения в суставах объясняются двумя причинами. Первая сводится к следующему. Микроскопические исследования показывают, что внешне гладкая поверхность гиалинового хряща напоминает губку с очень тонкими порами, пропитанную синовиальной жидкостью, которую можно из неё выжать. В месте контакта губчатых хрящей большую площадь занимает не хрящ, а жидкость, заключенная в порах. Пока жидкость не выдавилась из пор, трение контактируемых поверхностей невелико. Выдавливание происходит значительно медленнее, чем всасывание после освобождения поверхностей. Это обусловлено тем, что жидкость на участке контакта движется преимущественно вдоль соприкасающихся поверхностей, тогда как в освободившиеся поверхности она входит в перпендикулярном к ним направлении. Хотя со временем трение под нагрузкой должно постепенно возрастать, однако отсутствие постоянных контактов сочлененных поверхностей, из-за того что человек, как и другие животные не бывает в полном покое, предохраняет от этого возрастания. Вторая причина состоит в особенностях самой синовиальной жидкости. Синовия отличается от плазмы крови в основном тем, что в ней имеется "присадка" - гиалуроновая кислота /полисахарид с длинными цепями/ Этот разбавленный раствор обладает некоторыми упругими свойствами: при сжатии его между гладкими поверхностями он выдавливается в стороны лишь до некоторого минимального расстояния. Дальше поверхности перестают сближаться, а при освобождении даже слегка отходят друг от друга. При сжатии синовии между хрящевыми губками молекулы гиалуроновой кислоты проходят в поры много хуже, чем растворяющаяся плазма. Концентрация полимеров в месте контакта возрастает и это ещё в большей степени способствует удержанию поверхностей от непосредственного контакта. И третье - синовия обладает еще одним интересным и полезным свойством. Выявлено, что с увеличением скорости движения в суставе вязкость синовии снижается и трение в суставе уменьшается. Это явление обусловлено дроблением содержащихся в синовии полимерных молекул. При уменьшении скорости цепочки молекул вновь восстанавливаются Перечисленные процессы создают так называемую эластогидро динамическую смазку суставов с низким коэффициентом трения /около 0,01/ /Bazznet, 1961 Dentenfuss 1963 Swan Son, 1969/. Расчеты показали, что при ходьбе работа против сил трения в тазобедренном суставе эквивалентна работе по подъему тела человека на высоту равную 0,32 мм. Эта цифра показывает ,что величина энергии на преодоление трения в соединениях опорного аппарата сравнительно невелика даже при значительных нагрузках.
Сохранение положения и движение звена как рычага зависит от соотношения противоположно действующих моментов сил. При равенстве моментов сил, определяемых как противоположные относительно оси сустава, звено либо сохраняет своё положение, либо продолжает движение с прежней скоростью. В том случае, когда один их моментов сил больше другого, звено получает ускорение в направлении его действия. Момент движущих сил, преобладая над моментом тормозящих сил придает звену положительное ускорение /в сторону движения/. Момент тормозящих сил, если он преобладает придает звену отрицательное ускорение, вызывает торможение звена. В природе редко встречается равенство моментов сил при движении, поэтому обычно движение либо ускоренное, либо замедленное. Части тела, его звенья, продолжающие движение после разгона по инерции имеют сходство с физическим маятником. Двигаясь в поле силы тяжести маятника, выведенный из равновесия, вначале под действием силы тяжести качается вниз, в дальнейшем, затрачивая приобретенную кинетическую энергию, поднимается по инерции вверх. Период качания маятника определяется следующим образом: где г - момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку подвеса, m - его масса, - ускорение свободно падающего тела Z - радиус ЦМ, т.е. расстояние между точкой подвеса ЦМ. Период качаний определяет собственную частоту качаний маятника, однако, приведенная формула справедлива для малых колебаний, не более 5-7°. При более значительных отклонениях, например движения ног при ходьбе и беге частота качаний зависит еще и от амплитуды движений. Рассматривая движения человека как многозвенной системы, выделяют кинематические цепи и кинематические пары*. Кинематической цепью называют совокупность звеньев, соединенных в кинематические пары. Наименьшее число звеньев кинематической цепи может быть равно трем. Кинематические цепи делятся на закрытые и открытые. Закрытой называется такая цепь, в которой каждое звено входит с остальными звеньями не менее чем в две кинематические пары. Например, нижняя конечность при приземлении. Открытой называется цепь, в которой имеются звенья, входящие только в одну кинематическую пару /верхняя конечность при ударе/. В закрытой /замкнутой/ кинематической цепи невозможно одиночное изолированное движение одного звена. В открытой кинематической цепи такое движение возможно. К опорным конструкциям скелета относят: а/ конструкции балочного типа /упор лежа/; б/ рамного типа /упор стоя согнувшись/; в/ ломаные стойки /позвоночный столб/; г/ арочного типа /стопа/; д/ рычаги; е/ составные рычаги.
Все возможные движения твердого тела могут быть описаны в декартовой системе координат. Любое поступательное движение можно описать путем разложения его на составляющие, параллельные этим трем осям, а любое вращательное можно разложить на вращение вокруг этих же трех осей. Чтобы полностью описать движение тела необходимо задать шесть величин. Тело которое может перемещатьсяв любом направлении называется свободным и имеет шесть степеней свободы, а) Наложение связей ограничивает степени свободы движения. Если закрепить одну точку тела, в) то сразу же снимаются три степени свободы: тело не сможет двигаться вдоль трех осей координат; у него только останутся возможности вращения вокруг этих осей, т.е. только три степени свободы. Таковы трехосные /шаровидные/ суставы в теле человека.
Закрепление двух точек в теле с) оставляет возможность вращения вокруг линии /оси/, проходящей через обе точки. Это явно случай одноосного сустава с одной степенью свободы. Если же закрепить три точки не лежащие на одной прямой, то никакие движения тела невозможны, d) Такое крепление неподвижно, это уже не сустав. На плоскости тело имеет две степени свободы, подвешенное тело обладает тремя степенями свободы. Определяя степени свободы движения, мы интересуемся при анализе и степенями подвижности тела. Понятия эти неоднозначные. Понятие "степень подвижности" относится к связанному с другими телами, участвующему в данном движении телу, а "степень свободы" к свободному телу или к телу, связанному с другими, но неподвижными телами. Примерами тел, имеющих различные степени подвижности являются: Сокращенная /Редуцированная/схема скелета человека включает 14 звеньев, обладает 33 степенями подвижности и 36 степенями свободы. При решении конкретных задач эту схему сокращают или расширяют.
Мышца один из самых замечательных "механизмов", созданных природой. Прежде всего это очень экономичная машина с КПД около 40%. Для сравнения, самая лучшая паровая машина использует не более 10% затраченной на её запуск энергии. Заслуживает уважения и сила, развиваемая мышцей Так при прыжках в длину в момент отталкивания у лучших спортсменов величина динамической силы достигает 700 кг. И эта нагрузка приходится на одну ногу. Если ещё и учесть, что стопа, являющаяся контактирующим звеном, представляет собой рычаг, а икроножная мышца прикреплена к короткому плечу этого рычага то усилие развиваемое мышцей значительно больше и будет составлять около тонны. При этом напряжение мышцы не будет предельным. Если не снять ограничения, накладываемые на работу мышц нервной системой, и она разовьет максимальную силу, то в этом случае мышца способна оторвать часть костной ткани в месте, где она прикреплена. Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно механических свойств мышц, рассмотрим кратко её структурные особенности. Мышца состоит из большого числа специализированных клеток - волокон и соединительной ткани. С помощью сухожилий мышца соединяется с костями скелета. Волокна образуют сократительный аппарат мышцы. В веретенообразных мышцах волокно окружено клеточной оболочкой /сарколеммой/ и содержит тонкие нити - миофибриллы. Поперечные Z — мембраны делят каждую миофибриллу примерно на 20000 участков -саркомеров. Саркомер представляет собой наименьшее образование, которое обладает свойством сократимости. В саркомере различают участки /А -диск, J -диск, Н - зона, Z -мембрана/, которые при рассмотрении тонкого среза волокна под электронным микроскопом видны как темные и светлые полосы, идущие, чередуясь, поперек миофибрилл /рис./. Миофибриллы группируются в колонки по 4-20 в каждой. Колонки миофибрилл, окружены саркоплазматической сетью /ретикуломом/ Её трубочки, тянущиеся вдоль миофибрилл, образуют, так называемую L— систему /продольную систему/ ретикулума и, обычно вблизи от Z—мембраны, дают расширения - латеральные цисцерны. К элементам L- системы подходят трубочки Т- системы /поперечной системы/, которые представляют собой выпячивания поверхностной мембраны мышечного волокна. При возбуждении поверхностной мембраны мышечного волокна потенциал действия распространяется по Т- и затем по L- системе. Вследствии этого из латеральных цистерн саркоплазматического ретикулума освобождаются ионы кальция, которые переводят сократительный аппарат мышцы в активное состояние. Происходит сокращение миофибрилл. При рассмотрении механических свойств мышц чаще всего пользуются упрощенной моделью её строения, представляющей комбинацию упругих и сократительных компонентов /рис. / Упругие компоненты по механическим свойствам аналогичны пружинам. Чтобы их растянуть нужно приложить силу. Работа силы равна энергии упругой деформации, которая может в следующей фазе движения перейти в механическую работу. На модели строения мышцы различают: а/параллельные упругие компоненты /Парк/. Это соединительные образования, составляющие оболочку мышечных волокон и их пучков, б/ последовательные упругие компоненты /Поск/ сухожилия мышцы, места перехода миофибрилл в соединительную ткань, а также отдельные участки саркомеров. Сократительные /контрактильные/ компоненты соответствуют тем участкам саркомеров мышцы, где актиновые и миозиновые миофиламенты перекрывают друг друга. В этих участках при возбуждении мышцы происходит механическое взаимодействие между актиновыми и миозиновыми филаментами, приводящее к изменению напряжения и длины мышцы. Мышца, находящаяся в состоянии покоя обладает упругими свойствами. Если к её концу приложена внешняя сила, длина мышцы увеличивается, мышца растягивается. После снятия нагрузки мышца восстанавливается /по длине/. Зависимость между величиной нагрузки и растяжением носит нелинейный характер. По мере растягивания одинаковые приращения длины мышцы дают всё большие приращения напряжения./ Если вначале мышца растягивается легко, то в дальнейшем даже для небольшого её удлинения надо прикладывать всё большую силу. /Рис./. Повторные растягивания мышц через небольшие интервалы времени дают возможность увеличить её длину больше, чем при однократном воздействии. Это свойство мышц используется на практике при выполнении упражнений на гибкость. Длина которую принимает мышца после освобождения от нагрузки называется равновесной или свободной. В живом организме длина мышцы всегда больше равновесной, поэтому даже расслабленные мышцы сохраняют некоторое натяжение. Если при длине, превышающей равновесную длину мышца сокращается, то сила которую проявляют контрактильные элементы, складывается с силой упругой деформации парк, и суммарная сила тяги мышцы увеличивается. Таковы основные особенности упругих свойств мышцы. Вязкость мышцы рассматривается как причина запаздывания деформации. Рассматривая график /рис. / деформации "Живой" мышцы и график зависимости "длина - напряжение" невозбужденной мышцы, можем заметить, что при небольшой вязкости /линия Б/ изменение длины остается изменения напряжения как при растягивании мышцы /Б1, так и при ее сокращении. В этом случае мышца хотя и с некоторым замедлением, но возвращаете к исходному уровню /точка А1/. При большей вязкости /линия В /замедление выражено еще больше и мышца по своей длине не возвратилась к прежнему состоянию /т. А2/ - обнаружилась остаточная деформация /раст. А - А2/ Полученные кривые образуют"петли гистерезиса", характеризующие запаздывание процесса деформации из-за тормозящего действия вязкости. При этом неизбежна потеря энергии. Она пропорциональна площади ограниченной петлей гистерезиса. Площадь, определяемая произведением силы /напряжение/ и пути /изменение длины/, равна работе, затраченной на преодоление вязкости. К факторам определяющим степень вязкости мышцы относятся следующие Температура мышцы. Мышца имеющая более высокую температуру обладает меньшей вязкостью. В этой связи становится ясной роль разминки. Повышение температуры тела способствует снижению вязкости и увеличению скорости сокращения мышц.
Может показаться, что свойство вязкости играет только отрицательную роль, поскольку тормозит сокращение и удлинение мышцы. Однако с биологической точки зрения наличие этого механического свойства мышцы обосновано. Замедление деформации обеспечивает в нашей двигательной многозвенной системе плавную передачу усилий от одного звена двигательной цепи к другому и таким образом, предохраняет сочленения от быстрого механического износа и травм. Ползучесть - механическое свойство мышцы, проявляющееся в изменении длины мышцы с течением времени при стандартной нагрузке. При этом напряжение мышцы не меняется, а длина увеличивается. Для мышц характерно также и такое свойство как релаксация / расслабление/, проявляющаяся в снижении силы упругой деформации с течением времени. Например, фиксация штанги после подъёма /2сек./ не всегда спортсменам удается, т.к. проявляется это свойство мышц. Или вис на перекладине можно удерживать лишь ограниченное время. Совокупность этих механических свойств /упругость, вязкость, ползучесть и релаксация/ во всевозможных сочетаниях в различных условиях и есть то свойство, которое называют эластичностью мышцы. Высокоэластичной мышце свойственны значительная растяжимость, большая жесткость, при большом растягивании /нелинейная упругость/ и малые потери энергии /небольшая вязкость/ при деформациях.
Изотонический режим характеризуется изменением длины о без изменения напряжения. В реальных движениях в живом организме такой режим практически не встречается В изометрическом режиме длина мышцы не изменяется, а напряжение ее вследствии возбуждения увеличивается. Это случай статической работы мышц при сохранении положения тела. Ауксотонический режим связан с изменением и длины и напряжения мышцы. Это обычный для работы мышц режим.
К механическим условиям, определяющим тягу мышц относятся следующие: 1 .нагрузка; 2.закрепление звеньев;
Анатомические условия, проявления тяги мышц сводятся к строению мышц и ее расположения /в данный момент движения/ Физиологические условия проявления тяги сводятся к ее возбуждению и утомлению. Эти два фактора влияют на возможности мышцы и определяют уровень ее силы тяги. С увеличением скорости сокращения мышцы при преодолевающей работе увеличение скорости растягивания мышцы увеличивает ее силу тяги.
Мышцы могут укорачиваться, удлиняться и сохранять свою длину при выполнении работы. При этом для каждого из этих трех случаев возможны три варианта изменения силы тяги: увеличение, уменьшение и сохранение ее постоянной. Следовательно, можно выделить девять разновидностей работы мышц /таблица/. Типичные разновидности работы мышц
Предварительное растягивание, накопление энергии упругой деформации мышц, связок и суставов способствует не только повышению качества движений, но и открывает новые пути развития гибкости, силы и быстроты в их сочетании. Для раскрытия этого механизма, особое внимание уделено анализу резервов физической подготовки спортсменов, основанное на работах по биомеханике спортивных движений. Известно, что биомеханическая система, состоит из совокупности элементов, входящих в нее. Каждый элемент обладает определенными свойствами, которые могут по-разному проявляться в движениях человека. Так, мышцу можно рассматривать как: преобразователь химической энергии в механическую; упругий элемент, способный накапливать и отдавать энергию; вязкий элемент, способный демпфировать внешние нагрузки; передатчик энергии (мощности) от других источников энергии Кость может использоваться как: рычаг для передачи силы и энергии; маятник для преобразования энергии; стержень для опоры и противодействия внешним нагрузкам; Сустав может быть представлен как: шарнир, соединяющий кости в кинематической цепи; шарнир, ограничивающий подвижность костей относительно друг друга; Управляющее устройство как: «черный ящик», имеющий один вход и один выход. На вход поступает информация об интенсивности и начале выполнения упражнения, на выходе -изменение относительной активности мышц во времени. Мышцы, кости, суставы, блок управления - представляет опорно-двигательный механизм, с помощью которых достигается заранее поставленная цель движения. Сила, скорость и экономичность спортивных движений зависят от того, в какой степени спортсмену удается использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения могут быть повышены за счет использования упругих сил, а экономичность - за счет рекуперации механической энергии. Упругие свойства большинства биологических материалов напоминают свойства резины. Это обусловлено наличием специальных структурных белков (эластин), которые определяют упругость сухожилий и связок. У насекомых аналогичную функцию выполняет резилин. Оба материала имеют модуль упругости, сравнимый с модулем резины. Важную роль эти материалы играют в процессе запасания упругой энергии. В прыжках, взмахах крыльев у насекомых, а также при других быстрых движениях, когда необходима мощность (работа в единицу времени), которую не может обеспечить активно сокращающаяся мышца. Сила в уступающих движениях при насильственном увеличении длины мышц может значительно, до 50%-100% превосходить максимальную изометрическую силу человека. Как видно из этих высказываний упругость мышц, сухожилий и связок может обеспечить силу и мощность, превышающую энергетические возможности мышечного сокращения. Работа мышц может обеспечиваться неметаболической энергией, а именно потенциальной энергией упругой деформации, накопленной в упругих элементах мышц, сухожилий и связок. Использование неметаболической энергии при сокращении мышц выражается в том, что в движениях, следующих непосредственно за предварительным растягиванием мышц, во первых, увеличивается сила, скорость и мощность сокращения а во вторых, снижаются величины энергозатрат при той же механической работе, то есть повышается экономичность. Экономичность движений спортсменов может быть повышена за счет умелого использования неметаболической энергии, то есть энергии упругой деформации мышц и сухожилий, накопленной при уступающей работе. Движение, когда основное рабочее усилие развивается сразу же после предварительного растяжения мышц, по Ю. Верхошанскому называется взрывным реактивно-баллистическим. Многолетние поиски в этом направлении привели к разработке ударного метода развития взрывной силы, используя кинетическую энергию, накопленную отягощением при свободном падении с определенной высоты. Тренирующий эффект прыжков в глубину для развития взрывной силы исключительно высок и не имеет себе равного среди других средств силовой подготовки. Ударный характер развития усилия можно нередко встретить в условиях спортивной деятельности: повторные прыжки легкоатлета с ноги на ногу, акробатическая комбинация рондат-фляк-сальто, наскок волейболиста перед атакующим ударом у сетки и т. п. Однако по мнению Ю. Верхошанского сделаны лишь первые шаги в изучении этого метода развития взрывной силы. Реактивно-баллистические движения в большей степени исследованы в прыжках и метаниях. В метаниях накопление энергии упругой деформации при обгоне снаряда и замахе описывается как постепенное нарастание реактивно-баллистической волны импульса силы которая от ног достигает центра масс тела, далее к центрам масс плеча, предплечья и кисти, хлестообразным механизмом передачи силовой волны переливается по всем звеньям метающей руки. Тренировка гибкости пружинистыми подпрыгивающими, маховыми и ритмичными движениями называется баллистическим растягиванием, растягиванием баллистического типа или баллистическим методом растягивания. Величина рекуперированной энергии возрастает при увеличении размаха движения в суставах и внешней нагрузки. Следующим способом рекуперации энергии является переход энергии между звеньями тела за счет использования суставной силы. В процессе двигательной активности человека происходит постоянное перераспределение энергии между сегментами тела. Например, при хлестовом движении голени ее ускорение происходит без участия мышц, управляющих движением коленного сустава, а лишь за счет торможения бедра (Н.А. Бернштейн, 1935). В данном случае энергия передается голени со стопой за счет суставной силы. Линия действия которой проходит через ось коленного сустава. Источником энергии является работа управления в тазобедренном и дистальных суставах. Хорошо координированными движениями, как считают некоторые авторы, считаются как раз те, при выполнении которых используется механизм обмена энергией между частями тела с минимально необходимым использованием работы активных мышц. Заслуженный тренер Российской федерации Н.И. Сусоколов требует от своих воспитанников маневрировать в схватках только на полусогнутых ногах, чтобы быть заряженным - готовым к молниеносному использованию «эффекта пружины». Руководитель КНГ сборной России профессор кафедры борьбы РГАФК Подливаев Б.А. ввел термин - тренировка «механизма пружины в нижних конечностях», чем перенес акцент в методике тренировки ног с сократительного элемента мышц на упругие элементы: суставы, связки и сухожилия. Таким образом, можно сказать, что рекуперация или накопление энергии упругой деформации мышц, сухожилий и связок может обеспечить значительное повышение силы, скорости, выносливости и улучшение координации, тем самым способствуя росту результативности спортивных действий. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||