биомеханика. Лекция Тема 3 Биомеханика опорнодвигательного аппарата человека
 Скачать 255.75 Kb.
|
|
Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Предельное значение растягивающей силы определяется по кривой Хилла (см. рис. 14). Сила, при которой происходит разрыв мышцы (в пересчете на 1 мм2 ее поперечного сечения), составляет от 0,1 до 0,3 Н/мм2. Для сравнения: предел прочности сухожилия около 50 Н/мм2, а фасций около 14 Н/мм2. Почему же иногда рвется сухожилие, а мышца остается целой? По-видимому, это может происходить при очень быстрых движениях: мышца успевает самортизировать, а сухожилие нет. Релаксация — свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы. Релаксация проявляется, например, при спрыгивании и прыжке вверх, если во время глубокого подседа человек делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила отталкивания и высота выпрыгивания меньше. Режимы сокращения и разновидности работы мышц Мышцы, прикрепленные сухожилиями к костям, функционируют в изометрическом и анизометрическом режимах (см. рис. 18). При изометрическом (удерживающем) режиме длина мышцы не изменяется (от греч. “изо” — равный, “метр”— длина). Например, в режиме изометрического сокращения работают мышцы человека, который подтянулся и удерживает свое тело в этом положении. Аналогичные примеры: “крест Азаряна” на кольцах, удержание штанги и т. п. На кривой Хилла изометрическому режиму соответствует величина статической силы (F0), при которой скорость сокращения мышцы равна нулю.  Рис. 18. Взаимосвязь между силой и скоростью мышечного сокращения (по А. Хиллу; Abbot). Замечено, что статическая сила, проявляемая спортсменом в изометрическом режиме, зависит от режима предшествующей работы. Если мышца функционировала в уступающем режиме, то F0больше, чем в том случае, когда выполнялась преодолевающая работа. Именно поэтому, например, “крест Азаряна” легче выполнить, если спортсмен приходит в него из верхнего положения, а не из нижнего. При анизометрическом сокращении мышца укорачивается или удлиняется. У анизометрического режима две разновидности. В преодолевающем режиме мышца укорачивается в результате сокращения. А в уступающем режиме мышца растягивается внешней силой. В анизометрическом режиме функционируют мышцы бегуна, пловца, велосипедиста и т. д. Например, икроножная мышца спринтера функционирует в уступающем режиме при взаимодействии ноги с опорой в фазе амортизации, а в преодолевающем режиме — в фазе отталкивания. Правая часть кривой Хилла (см. рис. 18) отображает закономерности преодолевающей работы, при которой возрастание скорости сокращения мышцы вызывает уменьшение силы тяги. А в уступающем режиме наблюдается обратная картина: увеличение скорости растяжения мышцы сопровождается увеличением силы тяги. Это является причиной многочисленных травм у спортсменов (например, разрыва ахиллова сухожилия у спринтеров и прыгунов в длину). Групповое взаимодействие мышц Существуют два случая группового взаимодействия мышц: синергизм и антагонизм. Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, в сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плечелучевая мышцы и т. д. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. Но этим значение синергизма мышц не исчерпывается. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия. Мышцы-антагонисты (в противоположность мышцам-синергистам) имеют разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая — уступающую. Существованием мышц-антагонистов обеспечивается: 1) высокая точность двигательных действий; 2) снижение травматизма. Мощность, работа и энергия мышечного сокращения Мышца является органом, служащим для превращения потенциальной химической энергии в потенциальную механическую энергию напряжения и в кинетическую энергию движения. В процессе превращения энергии происходит преодоление различных противодействующих сил, т.е. производится работа. Противодействующие силы могут быть внутренними – присущими самой мышце, и внешними. Соответственно различают внутреннюю и внешнюю работу. Если мышца сокращается в анизометрическом режиме, то она выполняет работу. При изометрическом сокращении перемещения нет и поэтому работа отсутствует. Аналогично обстоит дело и с мощностью. В изометрическом режиме она равна нулю, в анизометрическом – произведению силы на скорость (F  ) изменения длины мышцы. Поэтому величины мощности могут быть рассчитаны из кривой Хилла. Известно, что механическая мощность равна произведению силы на скорость. Для каждого значения данной кривой мощность будет равна площади прямоуголоника, одна из вершин которого находится на кривой, а вторая – вначале координат.  Рис. 19. Мощность мышечного сокращения в зависимости от проявляемой силы и скорости; заштрихованный прямоугольник соответствует максимальной мощности. Существуют сила и скорость, при которых мощность мышечного сокращения наибольшая (рис. 19). Этот режим имеет место, когда и сила, и скорость составляют примерно 30% от максимально возможных величин. При сокращении мышца расходует энергию, которая превращается в работу и тепло. В изометрическом режиме, когда механическая работа равна нулю, вся освобожденная в результате химических реакций энергия превращается в тепло. В аназометрическом режиме одна часть энергии затрачивается на совершение механической работы, а другая переходит в тепловую. Отношение выполненной работы к общим затратам энергии называют коэффициентом полезного действия. Он зависит от скорости мышечного сокращения. Считается, что наибольший КПД достижим при скорости равной примерно 20% от максимальной. Вопросы для самопроверки: Что представляет собой устройство двигательного аппарата с позиции биомеханики? Почему возникло понятие распределение масс тела человека для чего это нужно? Как определяют общего центра масс тела человека аналитическим способом? Что собой представляют звенья тела с позиции биомеханики? Что собой представляет рычаг? Нарисуйте. Приведите примеры рычажного устройства тела. Что это дает? Звенья тела как маятники. Пример. Что дает движение в резонансе? Каковы механические свойства костей и суставов? Что включает в себя биомеханика наших мышц? Литература: Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Уч-ник для ин-тов физ.культ. – М.: Физкультура и спорт, 1979. – 264. Коренберг В.Б. Кинезиологический контроль в спорте: учебное пособие / В.Б.Коренберг ; МГАФК. – Малаховка, 2004. – 140 с. Коренберг В.Б. Спортивная биомеханика. Словарь-справочник: учебное пособие. – Часть II. Биомеханическая система. Моторика и её развитие. Технические средства измерения./Московская государственная академия физической культуры. – Малаховка: МГАФК, 1999. – 192 с. Попов Г.И. Биомеханика двигательной деятельности: учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования/ Г.И. Попов, А.В. Самсонова. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 320 с. Попов Г.И. Биомеханика: учебник для студ. высш. учебных заведений / Г.И. Попов – М.: Академия, 2015. – 254 с. Темерева В.Е., Шульгин Г.Е. Биомеханика двигательной деятельности /Моск. гос. акад. физ. культуры. - Малаховка, 2015. – 144 с. Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений [электронный ресурс]: учеб. пособие предназначено для студентов, изучающих биомеханику на факультетах физического воспитания педагогических институтов и на педагогических факультетах институтов физической культуры/ В.Л. Уткин. –Режим доступа: http://russtil1.narod.ru/utkin0.html, свободный. |