133326-Текст статьи-286957-1-10-20180611. Наука в олимпийском спорте 2, 2017 45 Автор, 2017
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 45 © Автор , 2017 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА Теоретические и практические аспекты реализации биомеханических принципов организации перемещающих движений в спорте АННОТАЦИЯ В статье проанализированы и обобщены теоретические данные о реализации биомеханических принципов организации перемещающих движений в спорте c целью их практического использования в повседневной тренерской практике. Биомеханические принципы – общие условия организации координационной структуры движений базируются на закономерностях физики и биологии. В качестве практических примеров приведены фрагменты реализации бросковых и ударных движений в спорте, поскольку они в своей основе содержат общий механизм разгона дистальных звеньев кинематической цепи и имеют практически идентичные особенности его функционирования. Предложенная информация дает возможность практическому тренеру глубже понимать сущность элементов техники перемещающих движений и всего действия в целом, что повысит качество технической подготовки спортсменов на всех этапах спортивного совершенствования. Ключевые слова биомеханические принципы, механизм организации движений, физические и биологические особенности движений, спорт paper analyzes and summarizes the theoreti- cal information about implementation of biome- chanical principles of organization of moving mo- tions in sports with a view to their practical use in everyday coaching practice. Biomechanical prin- ciples, the general conditions for organization of coordination structure of movements, are based on the laws of physics and biology. The fragments of realization of throwing and kicking movements in sports are provided as practical examples, be- cause they are based on the general mechanism of acceleration of distal links of a kinematic chain and have nearly identical features of its functioning. The provided information allows a practical coach to understand deeply the essence of technique ele ments of moving motions and of all the action as a whole, which will improve the quality of technical preparation of athletes at all stages of sporting advancement. Keywords: biomechanical principles, mechanism of movement organization, physical and biological characteristics of movements, sport. Янис Ланка, Владимир Гамалий Особое место в спортивной практике занимают перемещающие движения. Это, прежде всего, разнообразные удары по мячу во всех игровых видах спорта, теннисе, гольфе и спортивные метательные движения. К перемещающим движениям в спорте обычно предъявляются такие требования достичь максимальных величин силы действия или скорости, или точности. Однако нередки случаи, когда все эти требования предъявляются одновременно. Несмотря на то что ударные и метательные движения многообразны, их объединяет общая двигательная задача – мощность выполняемых действий, без чего невозможен далекий бросок снаряда или сильный удар рукой, ногой, ракеткой. Сравнительный анализ организационной структуры (техники выполнения) бросковых и ударных действий позволяет констатировать, что она по основным, базовым механизмам реализации идентична и остается практически неизменной независимо от силы удара и дальности броска. Структурная схема сохраняется инвариантной как с поступательным, таки с вращательным разгоном снаряда или рабочего звена [2]. Основные организационные принципы бросковых и ударных движений не зависят от пола и возраста исполнителя, и оттого, в каком направлении выполняется движение руки – снизу вверх, в горизонтальной плоскости или в другом направлении В биомеханике спорта ударные и метательные движения включают в одну группу, принимая, что у них не только общая двигательная задача – сообщить рабочему звену максимальную скорость, но и одинаковая организация движений [6]. Бросковые и ударные движения построены на механизме разгона дистальных звеньев кинематической цепи, осуществляемого с использованием опорных взаимодействий. Эти действия характерны максимальной мобилизацией двигательных возможностей спортсмена и, как правило, быстродействием. Это сложные движения с лавинообразным нарастанием энергетики от стадии подготовительных к основным действиям. Поэтому техническое совершенство, рациональность исполнения таких движений особенно важны. Им следует уделять особое внимание, применяя упражнения, позволяющие осваивать и совершенствовать навык исполнения данных движений в решающей их части, связанной с приложением максимальных усилий в броске или ударе. Бартлетт [21] характеризует удар как движение, подобное броску (англ. throw-like movement). Чтобы лучше понять биомеханику ударов, часто используют данные, которые получены при изучении биомеханики метаний, и, наоборот, объясняя особенности техники видов метаний, специалисты пользуются данными, полученными при изучении тех или иных ударов. В монографии Д. Копсик[61] показано, что более глубокому пониманию теннисных ударов способствуют знания биомеханики метаний, о чем свидетельствует идентичность поз дискобола и теннисиста, выполняющего удар справа рис. 1). Характеризуя принципиальную структуру метательных и ударных движений, Ю. Гавердовский [2] подчеркивает, что структурные элементы должны образовать системное целое, начиная с подготовительных движений (начальный разгон тела спортсмена и снаряда, риса, основных генерация и передача механического импульса в системе звеньев тела спортсмена с нижних звеньев биокинетической цепи на ее вышележащие, рис. 2, б) и завершающих действий (финальный разгони выпуск снаряда или удар, рис. 2, в). Автор отмечает, что такая схема организации движений показывает их сложность, требует определенной последовательности, четкой координационной преемственности всех компонентов двигательного действия, точной согласованности во времени и пространстве. При обучении такому сложному движению главный упор должен быть направленна овладение целостной © Янис Ланка, Владимир Гамалий, 2017 НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА структурой упражнения. Обучение должно осуществляться на основе тщательного анализа техники упражнения, исключающего грубые нарушения системных свойств движения, сохраняя причинно-следственные связи между частями, фазами, подфазами и элементами движения [6] с учетом биомеханических принципов и механизмов их реализации. В основе освоения и выполнения быстрых, мощных и точных движений, как считает Р. Бартлетт [20], должны лежать биомеханические принципы организации движений, представляющие общие условия организации координационной структуры движений, основанные на закономерностях физики и биологии и обусловливающие эффективность движений [31]. Более упрощенно, биомеханический принцип – это любое научно обоснованное обобщенное положение, относящееся к организации движений, которым в процессе обучения нельзя игнорировать без вероятного ущерба для его результата. Биомеханические принципы можно разделить на общие, реализация которых важна для определенной группы движений частные, которые важны при выполнении специфического двигательного задания. Указанные принципы составляют теоретическую основу координационных особенностей взаимосвязи частей тела, суставов и мышечных групп при реализации двигательного задания, чем и обеспечивается эффективное его исполнение. Как отмечает Барлетт [22], модель любого движения, которая предлагается для освоения учеником, можно считать правильной только при условии, если она выполнена согласно биомеханическим принципам организации координационной структуры движений. Однако следует добавить, что любое теоретическое знание, имея вполне относительную независимость, остается безрезультатным, если, в конечном счете, не подтверждено практикой. Относительно двигательной деятельности человека – это решение поставленной двигательной задачи. Понятие биомеханические принципы введено в научный глоссарий немецким специалистом по биомеханике Г. Хочшузом, еще в е годы [48]. Разработанные им принципы (первоначальной силы (генерации импульса, временнóй координации отдельных импульсов, оптимального пути ускорения, оптимального тренда в кривой ускорения, противодействия, сохранения импульса) базировались на теоретико-ме- ханических основах построения движений и фокусировались на рациональную организацию сил при выполнении физических упражнений как основополагающий компонент производства движения, без учета биомеханической специфики реализации разно- целевых движений в спорте. Позже в его же работах [49, 50] и работах других исследователей учение о биомеханических принципах было расширено и адаптировано практически ко всему спектру физических и физиологических проявлений, связанных с освоением и совершенствованием спортивных движений. Современное представление об изучении движений связано прежде всего с такими понятиями, как биомеханический системный анализ и системный синтез действий с использованием количественных характеристик, в частности моделирования [6], включая понятия кинематический механизм, биомеханизм [11, 14, 65], что, на наш взгляд, методологически может быть усилено использованием биомеханических принципов организации движений. При построении движений с заданными характеристиками и детерминированными условиями их реализации более рациональным может быть подход с позиции использования теоретической базы биомеханических принципов, поскольку каждый из них, определяя генеральную научную концепцию производства и организации движений человека с желаемым двигательным эффектом, может быть реализован при использовании нескольких различных биомеханизмов. Это значительно расширяет теоретические и практические представления о вариативности решения идентичных двигательных задач в разных группах движений с учетом индивидуальных моторных возможностей спортсмена и условий соревнований. В основе каждого биомеханического принципа лежат определенные фундаментальные научно аргументированные знания в области соответствующих наук, на которых и базируется сам принцип, и механизмы его реализации, при отсутствии которых спортивное упражнение и связанная с ним двигательная задача принципиально неисполнимы. Как отмечает Ю. Гавердовский [2], это прежде всего физические механизмы, которые должны при определенных условиях срабатывать, давая конкретный механический эффект в виде пространственного движения, силового взаимодействия, стабилизации положения и т. п. Каждый из таких физических механизмов может быть реализован только при наличии суммы определенных факторов, главный из которых активные действия, осуществляемые самим спортсменом. Эти действия, в конечном итоге, также сводятся к механическим эффектам мышечной тяги и представляют собой физиологический механизм данного двигательного действия. РИСУНОК 1 – Финальное усилие в метании диска и удар права в теннисе РИСУНОК 2 – Структурные элементы техники метательных и ударных движений а – подготовительные движения б – генерация и передача механического импульса в системе звеньев в – финальные разгони выпуск снаряда или удар НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 47 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА Оба названных механизма (или группы частных механизмов) действуют в неразрывной связи друг с другом и обусловливают принципиальную возможность и технику исполнения данного упражнения, которая, в сущности, и является главным предметом работы при обучении упражнению и его совершенствовании исполнение целостного упражнения принципиально возможно только в том случае, когда верно срабатывает этот совокупный биомеханический механизм упражнения. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХ ДВИЖЕНИЙ В каждой отдельной группе движений (перемещающие, локомоторные, вращательные и др) существуют свои, только для данной группы характерные принципы их организации, от реализации которых зависит эффeктивность исполнения всего действия [31, 49, 62, 63]. Относительно перемещающих двигательных действий актуальными являются принципы генерирования импульса (механической энергии, использования энергии упругой деформации мышечно-су- хожильных структур, трансмиссии (передачи) импульса, увеличения пути приложения силы, сохранения устойчивости, снижения линейного и вращательного импульса (замедление движения). ПРИНЦИП ГЕНЕРИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСА (МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ) Содержательную часть этого принципа, который значимый во всех перемещающих движениях, удобно раскрыть на примере метаний, поскольку теоретическая база этого вида перемещающих движений основательно представлена в работах многих авторов [6, 13, 25 и др. Тело, которое вылетает со скоростью v на высоте h от земли под углом α к горизонту при условии, что на траекторию полета снаряда влияние оказывает только сила земного притяжения, полетело бы расстояние L макс : L макс 2 0 0 cos v g × 2 0 0 0 2 0 2 sin sin gh v Формула показывает, что три параметра начальная скорость, высота (h) и угол вылета снаряда ( ) определяют траекторию полета таких тел, как мяч, ядро и молот ( g – ускорение свободного падения – 9,8 мс. Самое большое влияние оказывает скорость вылета – дальность полета снаряда при постоянных значениях высоты и угла вылета пропорциональна квадрату той скорости, с которой он покидает руку спортсмена и переходит в свободный полет. Скорость вылета – величина вектора скорости центра масс снаряда в момент вылета. Определить зависимость между скоростью вылета и дальностью полета таких снарядов, как диски копье, сложнее, поскольку влияние на их полет оказывают особенности конструкции снарядов, положение снаряда вовремя полета к воздушному потоку, вибрации, вращение вовремя полета и др, а также сложная взаимосвязь скорости вылета с высотой и углом вылета. Например, в метании копья в реальных бросках женщины м, мужчины – 75–90 м) взаимосвязь между скоростью вылета и дальностью полета практически линейная [25, 84]. Чтобы увеличить дальность полета снаряда на 10 %, скорость вылета должна увеличиться в среднем также на 10 %. Пролететь 75 м копье может, вылетая со скоростью 26, 27 или даже 29 мс, те. со скоростью, при которой в удачных бросках снаряд может пролететь 90 ми больше. Коэффициент корреляции между скоростью вылета копья и дальностью полета достигает 0,90–0,97 [25] или даже 0,99 [51], что подтверждает мнение большинства тренеров – снаряд летит дальше утех спортсменов, кто выпускает его с большей скоростью. Так, в броске Я. Лусиса нам скорость вылета была 29,95 мс, а в броске У. Хона нам мс. Однако это не означает, что копье, выпущенное с одинаковой скоростью, пролетит одинаковое расстояние. Аэродинамические свойства снарядов и условия их вылета (угол атаки, направление ветра и др) существенно могут повлиять на дальность полета. Скорость вылета спортивного снаряда в метаниях или при ударах является главным фактором, определяющим дальность его полета. Причиной изменения скорости любого тела являются действующие на него силы. Действие силы проявляется в пространстве и во времени, количественной мерой чего являются соответственно работа и импульс силы (произведение силы на время ее действия) – Ft. Чем большую силу удается приложить к снаряду и чем продолжительнее ее воздействие, тем больше ее импульс. Поскольку импульс силы равен количеству движения (произведению массы тела m на его скорость v) Ft = mv, то это значит, что при большем импульсе и скорость вылета, и спортивный результат будут выше. Возможность увеличения времени действия силы на снаряд ограничивается, например, в толкании ядра, размером круга и кратковременностью самого движения (0,25–0,3 с. Длительность фазы выбрасывания копья еще меньше – 0,2 с, ау метателей высокого класса не превышает 0,12–0,15 с [73]. Поэтому первостепенное значение для достижения необходимой скорости снаряда имеет увеличение силы. Работа, выполненная по перемещению снаряда, равна произведению силы, приложенной к нему, на пройденный путь – Fs. Связь между работой и скоростью снаряда можно установить из следующей зависимости где W – работа – высота вылета снаряда масса снаряда I – момент инерции снаряда v и – соответственно линейная и угловая скорости в момент вылета g – ускорение свободного падения. Работа по перемещению снаряда в каждом виде метаний различная. Так в толкании ядра примерно 80 % работы уходит на разгон снаряда по горизонтали, 20 % – на подъем, работа по изменению вращения ядра так мала, что ею можно пренебречь [13]. Поданным, в метании копья это соотношение в далеких бросках составляет 30:1, те. почти все усилия спортсмена направлены на сообщение снаряду горизонтальной скорости в направлении полета. Количество кинетической энергии вращательного движения копья, несмотря на то, что снаряд в момент вылета вращается со скоростью 15–28 об ·с –1 , также, как ив толкании ядра, незначительно. Кратковременность активного разгона снаряда и большая работа, выполненная за это время, свидетельствуют о том, что спортсмен должен развивать большую мощность = W/t, где P – мощность W – работа t – время, за которое совершена работа. Мощность можно выразить также, как произведение силы, приложенной к снаряду, и скорости: Р = F · v, где Р – мощность F – сила v – скорость. НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА Бóльшую мощность проявит тот спортсмен, который сможет в быстром движении приложить к снаряду бóльшую силу. Это означает, что быстрота изменения механической энергии снаряда (или скорости) зависит от мощности силы, приложенной к снаряду: Δ E п / Δt = P сум , где: п – полная механическая энергия снаряда P сум – суммарная мощность t – время. Для того чтобы копье вылетело со скоростью 28 мс, максимальная мощность должна достичь 8 кВт, со скоростью 30 мс – 11 кВт [25]. Мощность, развиваемая спортсменом при разгоне снаряда, зависит от величины приложенной к снаряду силы. Меняется сила, меняется мощность, и как следствие, – ускорение снаряда и его скорость. Поэтому актуальным является ответ на два важных вопроса 1) как в процессе всего движения должна изменяться сила, действующая на снаряд 2) что должен делать спортсмен, чтобы генерировать и передавать возможно бóльший механический импульс с нижних звеньев биокинематической цепи на вышележащие звенья и к рабочему звену или снаряду. Как практически увеличить силу действия на снаряд в метаниях или на мячи др. в ударных движениях ПРИНЦИП ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ |