Спортивна метрология. Метрология
 Скачать 7.01 Mb.
|
|
Глава 6 ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ В практике физического воспитания и спорта используются визуальные и инструментальные методы контроля. В первом случае специалисты (тренеры, научные работники, спортсмены, наблюдая за действиями спортсмена на соревнованиях и тренировочных занятиях, получают преимущественно качественное представление о его подготовленности. Результат визуальной оценки зачастую субъективен, не основан на четких критериях, его трудно использовать для сравнительного анализа. Инструментальные методы контроля объективны. Сих помощью получают количественную оценку любых характеристики показателей действий спортсмена изменений, происходящих в его организме при выполнении упражнений и т. п. В основе инструментальных методов контроля лежат измерительные системы. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ На рис. 13 представлена типовая схема измерительной системы. Она состоит из следующих блоков. Первый — объект измерения, это могут быть действия спортсмена в соревнованиях или тренировочных занятиях, различные функциональные системы организма и т. п. Второй блок—устрой- ство, воспринимающее измеряемую величину. Для этого необходим чувствительный элемент средства измерения—датчик информации. Он воспринимает информацию и передает ее в следующий блок — преобразователь. В нем измеряемая величина преобразуется в электри- 57 Рис. 13. Функциональная блок- схема измерительной системы 1 — восприятие измеряемой величины 2 — преобразование измерительной информации 3 — вычислительные операции 4 —• передача измерительной информации 5 — отображение (хранение, анализ) результата измерений А — объект измерения ческую (гидравлическую, пневматическую) величину на основе физического закона о связи между ними. Здесь же происходит усиление сигнала. Следующий блок предназначен для вычислительных операций. Напомним, что измерением называется операция сравнения измеряемой величины с мерой (эталоном. Воспринятое датчиком значение физической величины после преобразования и усиления сравнивается с эталоном и через следующий блок — блок передачи измерительной информации — передается на устройство для ее отображения (и, если нужно, для хранения и автоматической обработки на ЭВМ. Характеристика датчиков, воспринимающих информацию Основное назначение датчиков — восприятие физических величин, характеризующих измеряемые явления (например, движений, выполняемых спортсменами. Наиболее употребительны для этого следующие датчики. 1. Фотодиоды. Они используются в устройствах, с помощью которых измеряют время движений. Предположим, что нужно измерить время пробегания каждого пятиметрового отрезка в беге нам. Для этого на дорожке стадиона через каждые 5 м устанавливаются фотодиодные датчики (первый блок измерительной системы. Основу этих датчиков составляет слой, воспринимающий световой поток (так называемый р-п переход. Вовремя пробегания спортсмена мимо датчика изменяется световой потоки уменьшается освещенность слоя. Когда датчик освещен, тона его клеммах есть электрическое напряжение, при этом одновременно снижается его внутреннее- сопротивление. Как только тело спортсмена уменьшает световой поток, внутреннее сопротивление датчика возрастает, а электрическое напряжение снижается. Это и есть сигнал (информация, воспринятый датчиком и преобразованный в физические величины сопротивление и напряжение. Такие сигналы с каждого фотодиода последовательно передаются в другие блоки измерительной системы, сравниваются с эталонами, обрабатываются и отображаются в виде времени (или скорости) бега. Входная величина фотодиодов — освещенность, выходная — постоянный ток. Они чувствительны в диапазоне от 0 до 500 Гц и имеют погрешность в 1—3%. Это один из недостатков фотодиодов, и его нужно учитывать при особо точных измерениях. Реостатные датчики. Они используются в устройствах, с помощью которых измеряют амплитуду движений в различных суставах. Предположим, что нужно измерить изменение угла в коленном суставе вовремя удара по мячу ногой. Для этого можно использовать реостатный датчик (потенциометр, укрепленный на этом суставе. Принцип действия реостатных датчиков основан на том, что омическое сопротивление проводника R зависит от его длины l, площади сечения q и удельного сопротивления материала р: (14) При изменении суставного угла может изменяться любая из трех переменных, и это будет сказываться на величине сопротивления. Изменение угла в коленном суставе вовремя удара зависит от взаиморасположения бедра и голени входе движения. Поэтому критерию может оцениваться и техника выполнения удара. Входная величина реостатного датчика — линейное и угловое перемещение, выходная — изменение сопротивления. У него сравнительно небольшие погрешности, высокая чувствительность. Тензорезисторы. Они являются чувствительным элементом измерительной системы, с помощью которой оцениваются динамические показатели движений. Необходимость такой оценки очевидна быстрота бега зависит от силы отталкивания (следовательно, тренер должен ее знать, дальность полета мяча — от силы удара уровень силы определяет, сможет ли акробат сделать тройное сальто, а гимнаст — крест (упор руки в стороны на кольцах) и т. д. Как же определить, например, силу отталкивания в беге Для этого спортсмен должен бежать по дорожке, в которую вделаны чувствительные элементы — тензорезисторы. Можно поступить иначе — укрепить тензорезисторы в подметках беговых туфель. Взаимодействие спортсмена с дорожкой вовремя опорного периода приводит к деформации и дорожки и обуви и, следовательно, к деформации тензорезистора. Величина этой деформации пропорциональна силе взаимодействия. Таким образом, определив деформацию, можно рассчитать приложенную силу. В основе тензорезисторов лежит тот же физический принцип, что и реостатных датчиков при растяжении или сжатии проводника изменяются его длина, площадь сечения и удельное сопротивление. Эти изменения зависят от вектора силы ив пределах упругости материала проводника пропорциональны ей. На рис. 14 изображены основные типы тензорезисторов. Индексом а обозначен проволочный тензорезистор, изготавливаемый из константана. Это тонкая проволока, наклеиваемая в виде петель с параллельными нитями на подложку из пропитанной бумаги или синтетических смол. Индексом б обозначен тензорезистор, чувствительный элемент которого изготовляется из фольги методом фотохимического травления (фольговый тензорезистор). 59 Рис. 14. Типы тензорезисто- ров в зависимости от способа их изготовления а — проволочный тензорези-стор с решеткой из намотанной проволоки б — фольговый тензорезистор с решеткой из металлической фольги, подвергнутой фототравлению Тензорезисторы пригодны для измерения как статических, таки динамических нагрузок. Входная величина тензорезисторов — перемещение, выходная — изменение сопротивления. Достоинством их являются малая погрешность измерений, устойчивость к вибрациям, невысокая стоимость. Недостатки низкая чувствительность, необходимость тщательного приклеивания. Акселерометры. Предназначены для измерения ускорений в основе работы такого датчика лежит измерение силы инерции, возникающей при движении. Сила инерции вызывает отклонение массы акселерометра, которое прямо пропорционально ускорению. Это отклонение измеряется тензорезистором или пьезоэлектрическим датчиком. Характеристика преобразователей информации Из рис. 13 видно, что информацию, воспринятую датчиками, необходимо преобразовать в величину, пригодную для последующего анализа. Делается это по многим причинам слишком разнообразны входные (измеряемые) величины не для всякой из них есть шкала мер значительны трудности передачи измерений величины в ее исходном виде. Преобразование осуществляется с помощью устройств, на выходе которых формируется сигнал, удобный для последующего анализа. Например, изменение длины проводника, вызванное воздействием силы, преобразуется в электрическое напряжение. В процессе преобразования измерительной информации происходит и усиление сигнала, воспринятого датчиком. Вычислительные операции в измерительной системе Следующий блок измерительной системы осуществляет вычислительные операции. Так как измерение — это сравнение с эталонной мерой, зарегистрированный сигнал нормируется в соответствии со шкалой. При этом используются аналоговые или дискретные методы вычислений. А налоговые методы вычислений основаны на использовании операционных усилителей, в которых осуществляются арифметические операции. Д искре т н ы ем е то д ы вычислений основаны на применении двоичных элементов, которые могут принимать только логические значения О или «1». 6.1.4. Передача измерительной информации Для передачи результатов измерений используются телеметрические системы. Сих помощью измерительная информация передается по проводам или с помощью радиоволн. П ров одна яте л ем е три я применяется преимущественна 60 в лабораторных условиях она соединяет блок преобразования и предварительной обработки информации с блоком ее отображения. Высокая помехоустойчивость проводной телеметрии сочетается с существенным недостатком провода, идущие от спортсмена, мешают его действиям. Р ад и отелем е три я лишена этого недостатка, так как результаты измерений передаются по радио. Делается это так на спортсмене укрепляются датчики, усилители и преобразователи информации, радиопередатчики антенна. Все эти устройства выполняются в очень компактном виде, и спортсмены практически их не ощущают. Посылаемые передающим устройством сигналы принимаются блоком, состоящим из антенны и приемника. Здесь же происходит отображение, хранение и автоматическая обработка результатов измерений. Представление измерительной информации Различаются дискретные и аналоговые формы представления результатов измерений. Аналоговые приборы, используемые для непосредственного отображения измерительной информации, называются самописцами. Сих помощью получают наглядные диаграммные записи, которые позволяют анализировать динамику регистрируемого процесса. Наиболее употребительны регистраторы с непрерывной записью. В них стрелка измерительного устройства жестко соединена с регистрирующим механизмом. На конце стрелки есть перо с капиллярным устройством, через которое подаются специальные чернила. Пример аналоговой записи приведен на рис. В некоторых случаях вместо пера используется сопло, через которое струя чернил выбрасывается под значительным давлением. Можно использовать и самописцы с фотозаписью. В них световой луч проецируется на движущуюся фотопленку. Инерционность фотолуча невелика, и поэтому сего помощью можно записывать высокочастотные процессы, которые большей частью и встречаются в спортивных измерениях. На рис. 15 представлены аналоговые динамограммы, зарегистрированные при разгибании ног. Видно, что спортсмен А. сильнее спортсмена Б его максимальная сила — 3100 Н против 2600 Ну спортсмена Б. Однако, как уже отмечалось выше, при аналоговой форме представления измерений хорошо видна временная развертка процесса достижения максимальной силы. Спортсмен А. достигает максимума силы за 0,27 с Б. — за 0,16 с. Отметим, что за время, равное 0,16 с, А. способен лишь частично реализовать свои силовые возможности. Поэтому если движения будут выполняться быстрее 0,16 сто в них более сильным может оказаться спортсмен Б. Вторая форма представления измерительной информации — с помощью цифровых приборов. В этом случае результаты измерений высвечиваются на различного типа цифровых табло. Используются три типа цифровой индикации 1) механические приборы Рис. 15. Динамограммы двух спортсменов (Аи Б, зарегистрированные при разгибании ног цифровой индикации 2) оптические цифровые приборы и 3) электронные цифровые приборы. Последний тип приборов получил наибольшее распространение. В них индикация осуществляется светодиодами или с помощью жидких кристаллов. Цифровые приборы позволяют считывать измерительную информацию в привычной и удобной для использования форме. В некоторых случаях могут использоваться электронно-луче- вые визуальные приборы, в которых цифры отображаются на экране электронно-лучевой трубки, или печатающие приборы. В качестве печатающих применяют 1) ленточные, в которых измеренные данные печатаются на узкой бумажной ленте. Таким, например, является кварцевый печатающий хронограф, на вход которого поступают сигналы от предыдущих блоков измерительной системы 2) электрические пишущие машинки, снабженные блоком ввода данных. Автоматизация процессов измерения повсеместно приводит к тому, что для отображения и хранения информации используется электронно-вычислительная техника. В таких случаях результаты измерений а) показываются (в виде графика или цифр) на экране дисплея б) печатаются на бланке в) записываются на магнитные диски для хранения. РАЗНОВИДНОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ В спортивной практике используют оптические, оптико-элек- тронные и механоэлектрические методы контроля движений. Оптические и оптико-электронные методы регистрации движений Оптические методы регистрации движений включают в себя фотосъемку и киносъемку. Общим у них является то, что изображение движущихся спортсменов (или любых других объектов) отображается на светочувствительном материале. Есть и отличия при фотосъемке изображение фиксируется на неподвижной фотопластинке или фотобумаге, при киносъемке — на движущейся светочувствительной пленке. Оптическая регистрация движений проводится с несколькими целями. Чаще всего ее результаты (фотография или кинофильм) применяются тренером для общей оценки правильности выполняемых движений, соответствия их заранее определенным эталонам. Наиболее употребительны в этом случае кинограммы, покад- ровый просмотр которых позволяет оценить согласованность последовательных элементов движений. Здесь можно говорить преимущественно о качественной оценке движений. При этом, чтобы вычленить отдельные моменты движения, возможен замедленный показ кинограмм. Особенно эффективен такой метод показа при скоростной киносъемке (100—500 кадров в секунду. В этом случае удается увидеть все особенности движения, оценить, что спортсмен делает хорошо, а что — плохо. Количественная оценка проводится обычно более сложными методами с помощью циклографии илист роб о фотографии. Стробофотограмма представляет собой совмещенное на одном фотоснимке изображение нескольких последовательных поз движения. Для этого съемка проводится с помощью обтюратора — вращающегося непрозрачного диска с прорезями. Если жена теле спортсмена (или спортивном снаряде) укрепить миниатюрные лампочки, светодиоды или зеркальные отражатели (так называемые маркеры, тов результате регистрации получим циклограмму. Она будет представлять собой прерывистую линию, отражающую траекторию перемещения сегмента тела, на котором укреплен маркер. Зная скорость вращения обтюратора, по расстоянию между точками прерывистой линии можно рассчитать скорость перемещения сегментов. Естественно, что требования к точности определения положения точки в пространстве очень высоки. Поэтому смещение маркера вовремя движения и нестабильность вращений обтюратора недопустимы. Именно они являются источниками систематических и случайных ошибок измерения. Точность расшифровки циклограмм повышается, если съемка проводилась на фоне масштабной сетки на оптимальном съемочном расстоянии (так называется расстояние между объектом съемки и объективом съемочной камеры. При использовании киноаппарата это расстояние определяется последующей формуле: (15) где Е о — оптимальное съемочное расстоянием скорость перемещения спортсмена (или спортивного снаряда, мс — фокусное расстояние, см — отношение времени экспонирования ко времени смены кадров Рис. 16. Состав комплекта аппаратуры для видеозаписи 1 — видеокамера 2 — объектив 3 — передающая телевизионная трубка 4 — усилитель видеосигнала 5 — микрофон 6 — видеомагнитофон 7 — устройство для воспроизведения звука 8 — устройство для воспроизведения изображения ГВ, ГЗ, ГС — магнитные головки воспроизводящая, записывающая, стирающая Рис. 17. Исследование движений спортсмена методом стереофотограм - метрии: А — момент исследования Б — сте- реофотограмметрическая камера с механическим стробоскопом у 1 и у оптические оси, в — базис стрелками отмечены места крепления маркеров 64 с — допустимая величина разрешающей способности аппарата, см f — частота съемки, к/с. Оптико- электронная регистрация движений преимущественно осуществляется с помощью видеозаписи. В этом случае оптическое изображение движения преобразуется в электрический сигнал и записывается на магнитной ленте. Сразу же после записи движения могут быть воспроизведены на экране дисплея (телевизора. Стандартный комплект для видеозаписи и ее воспроизведения изображен на рис. 16. С помощью такого устройства можно записывать на магнитную ленту все что угодно природу, движения и действия спортсменов, производственные процессы и т. п. Такая универсальность стандартного видео- комплекта ограничивает его применение для регистрации и последующего анализа быстрых спортивных движений. В связи с этим в последние годы создаются специализированные видеомагнитофоны (так называемые, которые эффективно используются в спортивной практике. Так, например, три видеокамеры, соединенные с ЭВМ, фиксируют спереди, сбоку и сверху игру волейболистов, выявляя наиболее существенные моменты соревновательной деятельности. Углубленное изучение биомеханики движений проводится с помощью стереофотограм метрического метода. Он позволяет, во- первых, осуществить точную фотосъемку, во-вторых, столь же точно обработать полученные снимки. Стереофотограм метрическая камера изображена на рис. 17. Она состоит из двух высокочастотных фотокамер, укрепленных на одной подставке. При съемке объект должен быть в поле зрения обоих объективов. Точность стереофотограмметрической регистрации зависит от синхронности съемки обеими камерами. Если этого удается добиться, то достоверность полученных данных оказывается высокой. Механоэлектрические методы регистрации движений Чаще всего они применяются для регистрации биоэлектрических процессов, происходящих в организме спортсменов, а также при измерении биомеханических характеристик движений. Основные биоэлектрические процессы, информативно отражающие соревновательную и тренировочную деятельность, оцениваются после регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) и электромиограммы (ЭМГ). В первом случае оценивается состояние сердца, а во втором мышц (в покое или вовремя выполнения упражнений. Содержательный анализ этих показателей представлен в учебниках Спортивная физиология и Спортивная медицина». С точки зрения спортивной метрологии измерение и оценка показателей ЭКГ и ЭМГ должно проводиться в соответствии с правилами, изложенными в главах 2—4 настоящего учебника. Некоторые методы регистрации биомеханических показателей изложены в разделе 6.1.1 настоящей главы при описании датчиков, воспринимающих изменения физических величин. Существует две группы биомеханических показателей динамические сила, момент, импульс и градиент силы) и кинематические положение тела и его сегментов вовремя движений, скорости и ускорения. Их регистрация осуществляется с помощью нескольких методов динамометрии, спидометр и и , акселерометр и иго ни оме три ист а било метр и и Характеристика датчиков, лежащих в основе этих методов, изложена в разделе 6.1.1 этой главы практическое применение измерительных устройств — в й главе учебника. Глава 7 ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНО ТРЕНИРОВОЧНОГО И СОРЕВНОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССОВ Научно-технический прогресс в физическом воспитании и спорте стал в последнее время реальностью, с которой нельзя не считаться. Наиболее заметно его влияние в информационно-техническом обеспечении соревнований и тренировочного процесса. ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА В современном спорте оно осуществляется последующим направлениям) автоматизированный контроль за подготовленностью спортсменов) применение ЭВМ для планирования нагрузок, восстановления и питания 3) использование ЭВМ для организации подготовки спортсменов (ведение документации, контроль и нормирование материаль но-технического обеспечения и т. п 4) применение тренажерных и обучающих устройств. Применение достижений научно-технического прогресса освобождает тренеров от рутинной, нетворческой работы и создает условия, при которых они могут вплотную заниматься проблемами воспитания спортсмена. Автоматизированный контроль за подготовленностью спортсменов Автоматизированным называется контроль, в основе которого лежит использование технических средств и математических методов для сбора, анализа, хранения и применения информации о спортсмене. Он позволяет частично или полностью освободить от этого специалистов и сосредоточить их внимание на решении творческих задач. Автоматизированный контроль (АК) проводится на соревнованиях, тренировочных занятиях ив лабораторных усло- виях. Более всего АК применяется в циклических видах спорта. При этом автоматически регистрируются не только конечные результаты выступлений спортсменов, кои промежуточные. Например, время прохождения метровых отрезков в гребле, метровых — в легкоатлетическом беге ив конькобежном спорте и т. д. Такая информация позволяет судить о тактике, избранной спортсменом, об эффективности техники движений. На рис. 18 приведены результаты такой регистрации в плавании. Видеозапись олимпийских соревнований по плаванию была обработана с помощью ЭВМ, в результате чего получили данные о частоте гребков и о длине шага при проплывании различных дистанций. Сравнение материалов Олимпиад 1976 и 1984 гг. позволило установить, что повышение эффективности техники плавания вольным стилем в течение 8 лет осуществлялось за счет уменьшения частоты гребков и увеличения расстояния, проплываемого за один гребок. Так, например, в плавании нам частота гребков у мужчин уменьшилась с 58 до 52 в минуту, а длина шага увеличилась см дом. В баттерфляе же тенденция иная там возросли значения обоих показателей — и частота гребков, и длина шага. Возможности автоматизированного контроля ограничиваются правилами соревнований. Нона тренировочных занятиях этих ограничений нет, и поэтому здесь в последние годы автоматизация контроля внедряется ускоренными темпами. Создаются специализированные тренировочные центры, в которых непосредственно на местах тренировок устанавливаются датчики, воспринимающие информацию о движениях и состоянии спортсмена Например, на беговой дорожке устанавливаются тензометрические платформы длиной не менее 4 мотом, что они вделаны в дорожку, спортсмен может и не знать. Они регистрируют длительность опорных и полетных периодов в беге, вертикальную, горизонтальную и продольную составляющие опорных реакций. Одновременно фотокамеры, оптическая ось которых перпендикулярна направлению движения спортсмена, регистрируют кинематику его движений (для этого на суставных точках тела спортсмена устанавливаются маркеры. Траектория движения этих точек может служить для оценки техники движений. И тензометрическая дорожка, и кинокамеры соединены с ЭВМ, которая анализирует поступающую в нее информацию. Тренер получает результаты анализа в удобной для него форме (цифровой, графической. На рис. 19 представлены кинематические и динамиче- 3* 67 Рис. 19. Кинематические и динамические характеристики удара по мячу а — кинематика бьющей ноги б — скорость вылета мяча в зависимости от возраста спортсмена в — опорные реакции вовремя удара ские характеристики, автоматически зарегистрированы в беге с последующим ударом по мячу. Аналогичные данные, но уже для гребли на байдарке, представлены на рис. 20. Запись осуществлялась на тренировке, когда по заданию тренера спортсмен международного класса должен был развить максимальную скорость на отрезке в 40 м, миллиметровая кинокамера, работающая с частотой 70 кадров все- кунду, устанавливалась в 20 мот лодки использовали также экран со шкалой. Регистрировали кинематику кисти, локтя, плеча, обеих рука также весла. Полученные кинокадры обрабатывались на ЭВМ, которая выдала графики скоростей и ускорений в различных фазах гребка Эта информация исключительно полезна для анализа техники. Причем такой анализ может проводиться также и автоматически. Для этого в память ЭВМ помещается эталон гребка, с характеристиками которого сравниваются характеристики зарегистрированного дви- жения. Особенно перспективна автоматизация контроля нагрузок тренировочных упражнений. Например, спортсмен выполняет задание — повторное плавание (бег, гребля и т. п) на отрезках. Автоматически регистрируется длительность про- плывания каждого отрезка, длительность интервалов отдыха, скорость плавания, количество повторений. В памяти ЭВМ содержатся сведения о срочном тренировочном эффекте (СТЭ) различных вариантов тренировки. После окончания упражнения пловец получает бланк, на котором есть количественный и качественный анализ его работы. Все это хранится в памяти ЭВМ. В лабораторных условиях автоматически регистрируются показатели стандартных и преимущественно неспецифических тестов таких, как частота сердечных сокращений, потребление О, молочная кислота крови и т. п. Одновременно регистрируется механическая работа и мощность нагрузки, что позволяет рассчитать соотношение между механической (физической) и физиологической нагрузками. Применение ЭВМ для планирования нагрузок, питания и восстановления Возможности ЭВМ, в планировании нагрузок неисчерпаемы, и действительная их оценка будет сделана позднее, после накопления опыта такой работы. Для помощи тренеру в планировании нагрузки в памяти ЭВМ должны храниться) перечень тренировочных упражнений, используемых спортсменом определенной квалификации в конкретном виде спорта 2) полная характеристика каждого из этих упражнений (спе циализированность, сложность 3) направленность упражнений в зависимости от метода их выполнения и уровня физической работоспособности спортсмена 4) основные правила планирования, основанные на принципах подготовки спортсменов (в них указываются минимальная и максимальная длительности различных типов занятий оптимальный Рис. 20. Горизонтальная скорость кисти, предплечья и плеча тянущей и толкающей рук в гребле на байдарке — вход весла вводу весло вертикально 3 — выход весла из воды набор упражнений для каждого из них приемлемая последовательность выполнения, методы выполнения и т. п.). Работая с ЭВМ, тренер вводит в нее запрос, в котором указывает работоспособность спортсмена, длительность занятия, его тип, желательный состав упражнений по специализированности, сложности, направленности и т. д. ЭВМ на основе анализа уже хранящейся в ней и вновь вводимой информации выдает несколько возможных вариантов нагрузки тренировочного занятия. Точно также можно планировать динамику нагрузок в микроциклах, этапах, периодах, предварительно введя в ЭВМ правила этой работы. Информация о нагрузках занятий используется для планирования рациона питания и средств восстановления. В памяти ЭВМ должны храниться энергетические характеристики упражнений, калорийность и микроэлементный состав пищевых продуктов и т. п. Введя в ЭВМ данные о спортсмене (масса тела, его плотность и процент жира, показатели нагрузки занятий и требования к питанию, можно получить несколько рационов меню. Из перечня средств и методов восстановления, хранящихся в памяти ЭВМ, выбираются адекватные тренировочным нагрузками рекомендуются спортсмену. 7.1.3. Применение ЭВМ в организации подготовки спортсменов Эффективность подготовки спортсменов зависит от слаженной работы многих людей и организаций. Координировать ее можно с помощью ЭВМ, используя для этого управленческие программы. Одной из таких программ может быть программа подготовки, в которой указываются количество тренировочных сборов, длительность каждого из них состав руководителей, специалистов и спортсменов, приглашаемых на сбор материально- техническое обеспечение и т. п. ЭВМ в нужное время выдает информацию о том, кому, что и когда нужно делать, контролирует исполнение заданий и т. п. Она используется в системе повышения квалификации тренеров и спортсменов. Для этого в нее вводится научно-методическая информация (книги, статьи, отчеты научных учреждений о результатах исследовательских работ и т. п. Порядок ввода такой информации в ЭВМ следующий автор, страна, название работы, ее выходные данные, аннотация, ключевые слова, содержание. Тренер, работая с компьютером, может отыскать любую статью книгу и т. п, задавая ключевые слова. Например, он может запросить работы, в которых основными являются следующие ключевые слова плавание, тренировочный микроцикл, специализированные упражнения. Будут извлечены из памяти и напечатаны оттиски всех работ, в которых рассматривается планирование специализированных упражнений в микроциклах тренировки пловцов 7.1.4. Применение тренажерных и обучающих устройств Тренажеры издавна использовались в подготовке спортсменов, нов последнее время их применение не только расширилось, но и изменилось качественно. Связано это стем, что с помощью тренажеров можно) повысить интенсивность занятий 2) увеличить проявления физических качеств в движениях при сохранении их формы 3) акцентирование воздействовать нате фазы движения, которые при обычном выполнении лимитируют его эффективность 4) увеличить коэффициент специализированности нагрузки за счет большего приближения структуры тренировочных упражнений к структуре соревновательного. Различают тренажерные устройства для совершенствования двигательных возможностей (первая группа) и знаний (вторая группа). В первую группу входят два типа тренажеров специализированные и тренажеры общего воздействия. С помощью специализированных тренажеров совершенствуются элементы соревновательного упражнения, кроме того, они позволяют выполнять движения, структура которых близка к структуре соревновательных упражнений. Такие тренажеры могут быть построены только после детального исследования соревновательного упражнения его биомеханических, физиологических и т. п. характеристик (рис. 21). Методика такого подхода представлена в главе 12. Важно отметить, что в основе тренажерных устройств должны лежать наиболее весомые (информативные) критерии соревновательного упражнения. Так, если результат в нем определяется уровнем взрывной силы, то при работе на тренажере эта сила должна проявляться в достаточно широких пределах. При этом диапазон величин силы, больше соревновательных, заслуживает особого внимания. Такая работа с превышением соревновательных требований всегда создает определенный запас потенциальных возможностей спортсмена. 71 Рис. 21. Динамика усилий при выполнении упражнений нагреб- ных тренажерах различного типа (Шубин К. Ю, 1982): А — гравитационном Б — фрикционном В — изокинетическом; Г — пружинно-рычажном; Д — гребок на байдарке. Без штриховки преодолевающие усилия, со штриховкой — уступающие усилия Из числа специализированных тренажеров наибольшее распространение получили гребные и плавательные. Гребной тренажер выполнен в виде модели лодки, которая помещается в лаборатории. Усилия на весле регулируются специальными устройствами контроль их динамики осуществляется постоянно. На тренажере могут одновременно работать от одного до восьми человек. Величина физической нагрузки при этом достигает предельных значений табл. Таблица. Показатели нагрузки при работе на гребном эргометре Спорт- смены Мощность, . Вт V0 2 , мл/кг-мин ЛВ, л ЧСС, Уд/мин Лактат, мМ/л О 2 -ПУЛЬС, МЛ 1 400 75,0 187 171 18,9 40,7 2 401 71,4 194 178 19,2 36,1 3 395 74,4 199 192 18,4 33,3 4 407 70,1 201 189 19,6 33,8 5 403 72,2 195 182 21,9 34,9 6 397 71,3 197 189 20,0 33,6 7 365 71,3 203 190 23,9 33,4 8 401 78,6 210 185 18,4 34,0 396±13,1 73,0±2,8 198±6,8 185 + 7 20±1,9 Длительность работы на тренажере — 6 мин (это время примерно соответствует результату в соревнованиях восьмерок на дистанции 2000 м, темп гребли- 4 2 —45 в первую минуту, далее. Из таблицы видно, что уровень функционирования важнейших систем организма спортсменов очень высокий и сопоставим с соревновательным. Кроме того, лишь семь спортсменов смогли удержать требуемую мощность (400 Вт приблизительно такую мощность развивает квалифицированный гребец 500 Вт на старте и 320 Вт — на дистанции). Тренажеры такого типа называются тренажерами собрат- ной связью. В их конструкцию входит измерительный блок, с помощью которого регистрируется информация как о параметрах выполняемого движения в табл. 18 — это мощность нагрузки, таки о состоянии спортсменов. В последнее время в связи с развитием микропроцессорной техники такая информация предоставляется тренеру (а иногда и спортсмену) практически мгновенно. Например, спортсмен выполняет движение 'толкание ядра, гимнастическую комбинацию, прыжок вводу и т. п, которое регистрируется различными измерительными устройствами. Перед выполнением следующей попытки он может посмотреть на экране дисплея самодвижение и его кинематические и динамические характеристики. Есть тренажеры сложные (и по конструкции, и по измерительному комплексу) и дорогостоящие, но есть множество простых тренажеров, которые могут применяться в массовом спорте. Рассмотрим следующий пример. Известно, что при обучении детей спринтерскому бегу важно научить правильно ставить стопу на дорожку это, во-первых, обеспечит оптимальные реакции опоры и, во-вторых, позволит выполнять бег с высокой частотой. ИМ. Козлов и НИ. Дьячен- ко (1986) исследовали постановку стопы с помощью тензометрической обуви и определили, каким должен быть технически правильный опорный период. Затем они взяли обычные тапочки ив стельках укрепили контакты. Правильная постановка стопы в беге в этих тапочках приводила к замыканию контактов, вследствие чего загоралась лампочка, укрепленная на виске испытуемого в зоне видимости. Если лампочка загоралась при каждой опоре, значит, техника бега была правильной. Можно было бы вместо лампочки укрепить миниатюрный микрофон, который подавал бы звуковой сигнал. Специализированные тренажеры используются не только в циклических видах спорта, но ив единоборствах, в спортивных играх. Например, тренажер по совершенствованию техники выполнения приемов в партере. Он позволяет не только интенсифицировать упражнение, но и получать информацию о приложенной спортсменом силе. В спортивных играх тренажеры используются для подачи мячей. Они выполняются в виде пушек, которые выстреливают мячами (с разной скоростью, траекторией, частотой и т. п. Это дает возможность не только интенсивно выполнять технические приемы, но и делать это в стандартных условиях (что очень важно при обучении). На рис. 22 представлен плавательный тренажер, работа на котором требует проявления силовых качеств, близких к тем, что специфичны для плавания. Применение такого тренажера делает Рис. 22. Информационно-тренажерное устройство, используемое для контроля и совершенствования силовых качеств пловцов нагрузки, выполняемые пловцом на суше, более специализированными. За счет этого повышаются силовые возможности пловцов без заметного увеличения объема мышц. Кроме специализированных для совершенствования двигательных возможностей применяются нес пе ц и фи чески е тренажеры или тренажеры общего воздействия. Цель их применения — повышение уровня двигательных качеств, проявляемых в любых упражнениях. Одним из таких устройств является кардиолидер, в котором программируется интенсивность упражнений (по частоте сердечных сокращений. Он включает в себя биоэлектрический усилитель потенциалов сердца устройство для оценки длительности сердечного цикла и сравнения его с программируемым электрокардиографические электроды звуковой генератор и телефон-на- ушник. При использовании кардиолидера планируются не компоненты упражнения (длительность, скорость и т. па результат его воздействия на спортсмена (в данном случае на ЧСС). Например, вовремя упражнения ЧСС должна изменяться от 150 до 160 уд/мин. При работе с такой интенсивностью звуковой генератор не работает если спортсмен снижает ее, то через какое-то время ЧСС становится меньше 150 уд/мин и сразу появляется звук определенной тональности. Он сигнализирует, что нужно повысить интенсивность упражнения. И наоборот, если мощность упражнения превышает заданную, то и ЧСС выходит за верхнюю границу интервала в наушниках появляется звук другой тональности, который сигнализирует о необходимости уменьшить мощность упражнения. Совершенствование приборов типа кардиолидеров привело к появлению совершенно новых устройств. Одним из них является «Спорттестер», который состоит из датчика, приемника, воспринимающего каждое сокращение сердца, интерфейса, портативного компьютера и печатающего устройства. Датчик укреплен на специальном поясе, который надевает на себя спортсмен. Воспринимая сокращения сердца, он посылает сигнал на приемник с микрокомпьютером. Последний выполнен в виде наручных часов и позволяет фиксировать в памяти значения ЧСС за 5, 15 или 60 с. При секундных интервалах продолжительность упражнения, в течение которого будет регистрироваться ЧСС, составляет 1 ч 20 мин. Для двух других случаев она соответственно увеличивается дои ч. Спортсмены и тренеры, применяющие «Спорттестер», могут систематически получать следующую информацию) сумму сердечных сокращений как за все тренировочное занятие, таки за любую его часть. Напомним, что эти данные являются критериями объема нагрузки 2) время, в течение которого частотные характеристики сокращений сердца соответствовали определенным значениям. Например, спортсмен выполнял упражнение в течение 30 мин результаты регистрации представлены в табл. 19. 74 Видно, что наибольший объем нагрузки при выполнении упражнения пришелся на зоны интенсивности от 150 до 190 уд/мин. Применение «Спорттестера» позволяет оперативно управлять тренировочным процессом в этом случае органически сочетаются контроль нагрузок и их коррекция в соответствии с задачами тренировки. Тренажеры для совершенствования знаний используются во всех видах спорта. В тех случаях, когда необходимо изучать общие вопросы спорта (или теорию одной какой-то спортивной дисциплины, используются стандартные обучающие и контролирующие комплексы типа КИСИ. Специализированные тренажеры такого же типа предназначен ны для совершенствования тактических знаний и тактического мышления. Самые современные из них выполнены на базе видеомагнитофонов и персональных компьютеров. Сих помощью можно экспонировать тактические положения, различные игровые ситуации, в которых возможно несколько решений, но какое-то из них тактически наиболее целесообразно. Спортсмен анализирует предъявляемые ему ситуации, выбирает кажущееся ему правильным тактическое решение. Если допускается ошибка, то она тут же анализируется и исправляется. Тренажеры для массовой физической культуры позволяют как контролировать уровень физической подготовленности физкультурников, таки повышать его. К ним относятся велостанки, бегущие дорожки простейшего типа, качалки, прыжковые устройства и т. п. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОРЕВНОВАНИЙ На соревнованиях используются устройства, предназначенные для измерения и отображения результатов. Нет никаких принципиальных различий между способами измерений соревновательных и тренировочных результатов ив томи в другом случае используются одинаковые измерительные системы (см. главу 6). При этом, конечно, учитываются правила проведения соревнований, в полном соответствии с которыми должны быть методы измерения их результатов. Плотность результатов на многих соревнованиях великана- пример, даже в лыжных гонках на 30 км призеров иногда разделяют сотые доли секунды. Поэтому в любых соревнованиях, ив особенности с раздельным стартом, требования к точности измерений очень высокие Широкое распространение получила на соревнованиях вычислительная техника. С одной стороны, она является элементом автоматизированной измерительной системы (см. раздел 7.1.1). Другое предназначение вычислительных машин — осуществление информационного поиска при обслуживании зрителей, прессы, официальных лиц. Для этого в память ЭВМ закладывается любая информация о спортсменах (возраст, место проживания, длина и масса тела, лучшие результаты, социальный статут и т. п, которую в нужный момент разыскивает информационно-поисковая система. В память ЭВМ закладывается также программа соревнований, и машина контролирует правильность ее реализации. Результаты соревнований с помощью ЭВМ печатаются на бланках (как непосредственно на месте их проведения, таки в любом другом месте, где установлены выносные цифропечатаю- щие устройства. Точно также они отображаются на различных табло. Для крупных соревнований специально разрабатываются автоматизированные системы управления ими (АСУ. Примером такой системы в нашей стране может служить АСУ — Олимпиада, с помощью которой удалось провести XX Олимпийские игры на высоком уровне. |