133326-Текст статьи-286957-1-10-20180611. Наука в олимпийском спорте 2, 2017 45 Автор, 2017
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Схема сочетания скоростей отдельных звеньев тела а – скорость туловища б – скорость плеча; в – скорость снаряда 1 – скорость снаряда максимальная, если максимумы скоростей звеньев совпадают во времени 2 – несовпадение максимумов скоростей во времени туловища и плеча уменьшает скорость снаряда НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА зацией движений, при которой максимумы скоростей отдельных звеньев совпадают во времени (рис. При втором способе происходит последовательный разгон звеньев тела снизу вверх, те. каждое последующее (вышележащее) звено начинает свое движение, когда скорость предыдущего достигла определенной величины. Схематично такое взаимодействие звеньев представлено на рисунке. Сточки зрения механики наиболее рациональным является варианта вышележащее звено активизируется в момент, когда скорость нижележащего звена достигает возможного максимума. Происходит эффективное накопление энергии движения. Вариант (б) – запаздывающий, вышележащее звено включается, когда скорость нижележащего звена начала снижаться, часть энергии уже рассеялась (в) – опережающий, вышележащее звено включается преждевременно, спортсмен тратит энергию на поддержание скорости движения. Упомянутые варианты взаимодействия звеньев тела рациональны сточки зрения механики. Но при их практической реализации приходится считаться с некоторыми биомеханическими особенностями. Во- первых, у каждой мышцы не только свои максимальные силовые и мощностные возможности, но и механические свойства, например, упругость. Во-вторых, звенья тела отличаются своими инерционными характеристиками. Даже при условии, что к ним будут приложены одинаковые по величине моменты силы, каждое из них ускорится по-разному. В-третьих, время, необходимое для достижения максимальных силовых показателей у мышц разных мышечных групп, значительно варьирует. В-четвертых, силовые возможности мышц зависят от таких условий выполнения движения, как скорость движения, сопротивление, углы в суставах. Кроме того, существенно изменяется биодинамика сокращения мышц, если оно следует после их растягивания. Это означает, что выработать единую, пригодную для всех рациональную модель взаимодействия звеньев тела, основанную только на выполнении требований механики, в принципе невозможно. Поэтому поиски рациональной техники идут в основном через анализ практических вариантов выполнения бросковых и ударных движений спортсменами разной подготовленности и спортивного мастерства. Имеющиеся многочисленные экспериментальные данные подтверждают, что для обеспечения возможно большего импульса и момента импульса звеньям тела, и, как результат, наибольшей конечной скорости рабочего звена и снаряда, самой эффективной моделью взаимодействия звеньев тела является последовательное включение активация) их от проксимальных к дистальным. Эта модель взаимодействия звеньев не зависит от вида броска или удара, возраста или пола исполнителя и уровня его подготовленности. Результаты исследований динамики угловой скорости основных звеньев тела при ударе в гольфе [66], полученные с помощью скоростной видеосъемки, подтвердили рациональность последовательного характера не только разгона, но и торможения звеньев тела снизу–вверх (рис. По мере роста квалификации спортсменов увеличиваются значения максимальной скорости отдельных звеньев тела, начиная с правого тазобедренного сустава и заканчивая клюшкой. При этом важны не только значения скоростей отдельных звеньев, но и время их достижения. Излишне раннее достижение максимальной скорости, как и позднее, одним звеном по отношению к другому или к моменту удара снижает результат. Существуют оптимальная последовательность и временнáя структура движения звеньев тела, особенно массивных и сильных, при которых достигается высший результат. Аналогичная схема организации движений наблюдается и при выполнении ударов в теннисе (рис. Движение начинается с активного взаимодействия ног с опорой, потом следует постепенное включение мышц туловища, плечевого пояса и верхних конечностей, действие завершает рукав последовательности плечо, предплечье и кисть с ракеткой. Последовательно от звена к звену увеличивается и их скорость. Движения отдельных РИСУНОК 7 – Варианты сочетания скоростей отдельных звеньев тела а – своевременно б – поздно в – рано РИСУНОК 8 – Угловая скорость основных звеньев тела при выполнении удара в гольфе квалифицированным спортсменом [66] НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 53 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА частей тела подчинены одной общей цели – обеспечению необходимого количества механического движения телу спортсмена и рабочему звену в вертикальном и горизонтальном направлениях Основной вывод, который вытекает из полученных данных, состоит в том, что у квалифицированных спортсменов наблюдается сходство в хронологической последовательности движения биозвеньев снизу– вверх. У спортсменов низкой квалификации разброс временных показателей согласованности движений значительно больше. Принцип последовательной работы звеньев тела вовремя выполнения ударных действий подразумевает реализацию трех стратегий [52]: • индивидуализацию включения звеньев тела активацию звеньев от проксимальных к дистальным последовательное ускорение и последовательное торможение звеньев тела. Любое ударное действие можно охарактеризовать как серию координированных во времени поступательно-вращательных движений частей тела. При этом проксимальные звенья продуцируют более 50 % общей скорости конечного звена кинематической цепи или снаряда [37]. Какие же механизмы, обеспечивающие максимальную скорость снаряду, могут лежать в основе рассмотренного принципа взаимодействия звеньев тела? Известно, что если на тело или систему тел не действуют внешние силы, то скорость ОЦМ системы остается постоянной внутренние силы не могут изменить его движение. Однако внутри самой системы возможно перераспределение количества движения, те. если уменьшить скорость какого-либо из тел, входящих в систему (за счет действия внутренних сил, затормозив его, то это приведет к увеличению скорости остальной части системы. Разумеется, закон сохранения количества движения в применении к движениям спортсмена не проявляется в чистом виде, поскольку на спортсмена действуют внешние силы (силы реакции опоры, трения и т.п.), однако сего помощью можно объяснить последовательный характер увеличения скорости звеньев тела от опорных к рабочим в ударных и бро- сковых движениях. Процесс сообщения скорости снаряду можно разделить на два этапа. На первом этапе сообщается скорость всей системе спортсмен–снаряд, вследствие чего система приобретает определенное количество движения. На втором этапе за счет тормозящего действия левой ногой, а затем и правой происходит последовательное торможение звеньев тела снизу-вверх. Это приводит к уменьшению движущейся массы тела спортсмена и как следствие – к увеличению скорости вышележащих звеньев вплоть доки- сти и снаряда. Иными словами, происходит перераспределение количества движения импульса) между звеньями тела. Скорость движения звеньев, последовательно вовлекаемых в волну торможений, изменяется обратно пропорционально их массе, те. чем легче звено, тем больше его скорость. Таким образом, кисть со снарядом, будучи не только конечными, но и самыми легкими звеньями системы, получают наибольшую скорость в сравнении с другими звеньями, предшествовавшими им вцепи действий Второй механизм, обеспечивающий нарастание скорости снаряда при последовательном разгоне звеньев тела, основан на использовании энергии упругой деформации мышц. В метаниях и ударах предварительное натяжение мышц создается обгоном звеньев. При последовательном активном включении звена тела проксимальный сустав звена ускоряется в направлении метания. Ускорение сустава вызвано так называемой суставной силой, линия действия которой проходит через суставную ось [88]. Поскольку звено имеет определенную массу, те. обладает инерционными свойствами, его дистальный конец отстает в своем движении, поворачивается в противоположную ускорению сторону. Вследствие этого происходит растягивание мышц, которые будут участвовать в разгоне звена. В результате в них накапливается потенциальная энергия упругой деформации, которая при последующем сокращении мышц частично переходит в кинетическую энергию движущегося звена, увеличивая скорость его движения. Подобное выполнение вращательного движения в спортивной практике нередко называют «хлёстом» (англ. whip technique). Выполнение движения «хлёстом» основано на том, что проксимальный сустав сначала быстро движется в направлении метания или удара, а затем резко тормозится. Это вызывает быстрое вращательное движение дистальной части звена тела. К сожалению, в настоящее время нет точных данных о том, каков количественный вклад, получаемый за счет использования энергии упругой деформации мышц, в скорость рабочего звена и снаряда. Косвенно об этом можно судить по вкладу кисти в скорость вылета ядра (около 2 мс) и копья (около 8 мс. Движение кисти в конце фазы выбрасывания происходит за счет активности мышц-сгибателей кисти и пальцев, а также сил упругой деформации, возникающих в результате растягивания этих мышц силой, действующей со стороны ускоряемого снаряда. Величина сил упругой деформации мышц при правильном выполнении упражнения значительно больше, чем величина силы, вызванной активностью мышц [43, 51, 55, Таким образом, умелое использование энергии упругой деформации мышц явля- РИСУНОК 9 – Графики скоростей центров суставов и ракетки при выполнении удара справа в теннисе квалифицированным спортсменом (распечатка с экрана монитора) [4]: 1 – максимум скорости правого тазобедренного сустава – максимум скорости правого плечевого сустава – максимум скорости ЦМ правой кисти – максимум скорости головки ракетки НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА ется одним из основных источников повышения скорости рабочего звена и снаряда При растягивании мышц, которое возникает при последовательном включении звеньев тела, происходит возбуждение расположенных в них рецепторов (нервно-мы- шечных веретен, что может привести к рефлекторному усилению нервной импульсации так называемый стреч-рефлекс). Механизм активного управления волнообразным движением в кинематической цепи предполагает не только правильно скоординированные ускорения звеньев, включающиеся в работу, но и столь же четкое их торможение, необходимое для передачи импульса по цепи [2]. Необходимость четкой временнόй организации ускорений и торможений звеньев тела отмечают и другие специалисты [2, 16, 17]. Некоторые из них, подчеркивая важность эффективности последовательного торможения скорости звеньев в заключительной фазе метаний или ударов, обсуждаемый принцип организации взаимодействия звеньев тела называют принципом трансмиссии (передачи кинетического момента в многозвенневой кинематической цепи [31] или принципом трансмиссии импульса Если признать последовательный разгон звеньев тела важным условием правильного выполнения ударного или броскового движения, то вторым таким же важным условием является последовательное торможение звеньев тела в заключительной фазе движения, что также влияет на разгон рабочего звена и снаряда. Данный механизм обеспечивает перенос линейного и вращательного импульсов от сегмента к сегменту, от нижней части тела к верхней и от верхней к снаряду. ПРИНЦИП УВЕЛИЧЕНИЯ ПУТИ ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛЫ В основе этого принципа лежит соотношение между механической работой и энергией (Δ E = F·s): чтобы изменить механическую энергию тела (ΔE), необходимо увеличить или приложенную силу ( F), или путь (s), на котором сила действует на тело. Как отмечает В. Тутевич [13], у всех изменений техники бросковых движений одна цель – увеличить приложенную к снаряду силу или продлить время ее действия. Единственная возможность увеличения времени действия силы не уменьшая величину силы – увеличение путина котором действует сила, увеличение длины траектории, которую снаряд проходит в руке метателя в фазе разгона. Это подтверждается формулой где v – скорость снаряда F – сила, приложенная к снаряду t – время действия сил s – путь приложения силы m – масса снаряда Правильность этого вывода подтверждена специальными расчетами [13, 25] и позволяет заключить, что увеличение силы F или пути s (обоих или одного из них) увеличит скорость снаряда. Удлинение пути силы воздействия метателя на снаряд эквивалентно увеличению времени воздействия этой силы и приводит к возрастанию скорости движения снаряда • если увеличится один показатель ( F или s) и уменьшится другой (соответственно s или F) на одну и туже величину в процентном исчислении, скорость снаряда снизится. Это означает, что спортсмен не может самовольно варьировать величину силы и путь приложения, не рискуя существенно ухудшить спортивный результат. Чтобы компенсировать уменьшение одного показателя, значение второго необходимо будет увеличить на большую в процентном исчислении величину Роль увеличения пути приложения силы для увеличения скорости снаряда представлена в работе В. Тутевича [13] и сводится к тому, что скорость снаряда в конце разгона будет тем больше, чем длинее путь приложения силы (при условии, что величина силы не уменьшится) и короче время перемещения снаряда поэтому пути. Это положение подтверждают данные анализа техники толкания ядра (табл. 1). Сравнивая приведенные в таблице данные, можно сделать несколько очевидных и важных для практики выводов. Чтобы снаряд улетел дальше, метатель должен производить бόльшую механическую работу. Чтобы производить бóльшую работу, к снаряду должна быть приложена по возможности бόльшая силана более длинном пути. Чтобы увеличить механическую работу в короткий промежуток времени, спортсмен должен развить бόльшую мощность. То, по какой траектории (короткой или длинной) происходит разгон снаряда, зависит от особенностей техники данного вида метаний и технического мастерства спортсмена. За какое время и с каким ускорением снаряд пройдет путь разгона, зависит от силовых и скоростных способностей метателя [5]. Именно здесь может проявится преимущество быстрых, сильных, высокого роста, с длинными руками спортсменов Поиски наиболее рациональной техники метаний тесно связаны со стремлением увеличить путь разгона снаряда (важно подчеркнуть, что увеличение пути без приложения на его протяжении силы, те. при постоянной скорости снаряда, бесполезно. В тоже время многими исследованиями показано, что спортсмену не удается реализовать максимальную силу на максимально длинном пути. Приходится изменять динамику силы на пути разгона или уменьшать путь. Теоретически у спортсмена есть несколько возможностей увеличения пути разгона снаряда в финальной фазе броска. Первый из них связан с изменением формы, а значит, и длины траектории снаряда как в вертикальной, таки в горизонтальной плоскостях. Разумеется, что при этом решаются и другие задачи, такие, как повышение эффективности использования скоростно- силовых возможностей атлета, обеспечение необходимой устойчивости, поиск наилучшего сложения скоростей снаряда в стартовом и финальном разгонах и т.п. Одни специалисты [12, 50] считают, что идеальный вариант – разгон снаряда по прямолинейной в проекции снаряда как на вертикальную, таки на горизонтальную плоскость и наклоненной под оптимальным углом к горизонту траектории, подобно тому, ТАБЛИЦА 1 – Зависимость между длиной пути приложения силы, временем действия силы и результатом в толкании ядра Результат, м Время выталкивания ядра, с Путь приложения силы, м Высота выталкивания, м Угол выталкивания, град 0,28 1,55 2,25 42 20,27 0,26 1,70 2,25 42 21, 54 0,20 1,70 2,27 40 НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 55 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА как разгоняется снаряд в стрелковых орудиях. Ствол должен быть прямой и длинный. Любое изменение направления скорости снаряда из-за кривизны траектории при прочих равных условиях будет снижать скорость вылета. Другие исследователи [2, 64, 81, 88] считают, что прямолинейная траектория даже в видах метаний с линейным разгоном снаряда (толкание ядра, метание копья и т.п.) невыгодна сточки зрения ни механики, ни биомеханики. Во-первых, выравнивание траектории уменьшает ее длину. Во-вторых, разгон снаряда по прямой траектории ограничивает возможности проявления максимальных силовых воздействий. Вогнутость траектории в вертикальной плоскости при подготовке к финальному усилию косвенно свидетельствует о понижении ОЦМ системы метатель–снаряд, что может увеличить давление на нижние конечности спортсмена и создать эффект предварительного растягивания мышц. В-третьих, при выполнении сложных вращательно-поступательных движений, чем характеризуется современная техника бросковых движений, чрезвычайно сложно обеспечить движение рабочего звена по прямой линии. Поиски наиболее рациональных вариантов техники с целью увеличения скорости вылета снаряда привели к использованию вращательных движений туловища и пояса верхних конечностей в фазе финального разгона, что отражается в искривлении траектории снаряда. Реальные траектории рабочего звена в ударных и бросковых движениях далеки от прямолинейности в какой-либо плоскости. Известно, что при вращении тела вокруг оси линейная скорость какой-либо точки будет тем больше, чем по большему радиусу движется эта точка v = где v – линейная скорость ω – угловая скорость r – радиус вращения. В фазе финального разгона пояс верхних конечностей участвует в двух движениях – поступательном (спортсмен перемещается в направлении полета снаряда) и вращательном (плечевая ось поворачивается против хода часовой стрелки с одновременным движением грудью вверх–вперед в сторону метания, если метание осуществляется правой рукой. В зависимости оттого, где пройдет вертикальная ось вращения, снаряд будет двигаться по большему или меньшему радиусу. Чем ближе она клевому плечу, тем больше будут радиус поворота и линейная скорость снаряда (при постоянной угловой скорости. Продвигаясь по бόльшему радиусу, снаряд проходит более длинный путь и соответственно увеличивается время приложения силы. Однако чем больше радиус движения снаряда, тем больше нагрузка на мышечный аппарат и тем выше требования к силовой подготовленности спортсмена. Возникает вопрос по какому радиусу следует проносить снаряд – по большему или по меньшему Решающим при ответе на этот вопрос является невозможный выигрыш вскорости при повороте, а возможность приложения силы для увеличения скорости снаряда [69]. Особо выгодно перемещать снаряд по бόльшему радиусу в тех фазах разгона, в которых для приложения силы имеются наилучшие условия спортсмен находится в двухопорном положении, в работу вовлечены большие группы мышц и снаряд еще движется с небольшой скоростью Вторая возможность увеличения пути разгона снаряда связана с действиями самого метателя при подготовке к финальному разгону снаряда и зависит от • переноса веса тела с правой ноги на левую в направлении броска отклонения тела или верхней его части в сторону, противоположную направлению броска обгона звеньев – последовательного включения звеньев от проксимальных к дистальным увеличения угла между осью плечи осью таза, которая проходит через тазобедренные суставы • оптимального увеличения расстояния между правой и левой ногой полного выпрямления руки со снарядом в конце финального разгона включения рабочей руки в активное финальное движение после того, как нижерасположенные звенья завершат активные действия активного движения верхней части туловища вперед в направлении броска в конце финального разгона (хлест туловищем. В зависимости от доминирования поступательного или вращательного движений в завершающей фазе броска варианты разгона снаряда можно разделить на линейный, вращательный и комбинированный [24, 72 79]. В линейном варианте преобладают раз- гибательные движения в суставах тела, звенья тела и снаряд перемещаются по прямолинейными параллельным к направлению броска траекториям. Стопы ориентированы в направлении броска, поворот туловища и плечевого пояса вправо от линии броска не превышает 45°. Положительными моментами линейной техники является то, что она подходит метателям высокого роста с быстрой рукой и достаточно легко соединить разбег с финальной частью броска. К недостаткам этой техники следует отнести укороченый путь приложения силы, неполное использование силы мышц таза и плечевого пояса, а также, как правило, завышение угла вылета снаряда. При выполнении броска с использованием вращательных элементов техники, в подготовительных фазах происходит последовательное скручивание, а в финальном разгоне – раскручивание тела метателя по продольной оси тела. Вращательная техника подходит быстрым, гибкими небольшого роста метателям. Она позволяет удлинить путь приложения силы и эффективно использовать силу мышц туловища и плечевого пояса. Однако этот вариант техники имеет и существенные недостатки сложно перейти от быстрого разбега к броску, от движения всей системы метатель снаряд в сторону броска к ускоренному вращению туловища вокруг вертикальной оси тела возникают проблемы с приложением силы к копью, попаданием в копье. Введение в технику броска вращательных элементов движений и выполнение броска по большому радиусу осложняет приложение силы вдоль продольной оси копья. Боковая сила может достигать значительных величин одной трети и больше от общей приложенной к копью силы [79]; рисунок 10; • увеличивается опасность травмирования коленного и голеностопного суставов правой ноги увеличивается назрузка на локтевой сустав и позвоночный столб. Соотношение вращательных и разгиба- тельных движений имеет сугубо индивидуальный характер даже водном виде метаний и у спортсменов одинакового уровня мастерства ив основном зависит от двух факторов первоначально освоенных двига- НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА тельных навыков уровня физической подготовленности и ее структуры. Спортсмены с высокими скоростными качествами отдают предпочтение технике с линейным или комбинированным разгоном, а сильные, нос менее выраженными скоростными способностями технике с вращательными элементами. Рекорды в метании копья и толкании ядра устанавливались как с использаванием линейного, вращательного, таки комбинированного вариантов. Однако лучшие метатели мира все больше в своей технике включают вращательные элементы, которые при достаточной физической подготовленности дают возможность увеличить как силу воздействия на снаряд, таки путь ее приложения, ПРИНЦИП СОХРАНЕНИЯ |