133326-Текст статьи-286957-1-10-20180611. Наука в олимпийском спорте 2, 2017 45 Автор, 2017
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
УСТОЙЧИВОСТИ Для эффективного выполнения движений, которые требуют значительного уровня устойчивости, например, в спортивной гимнастике или в стрельбе, а также движений, которые связаны срезкой сменой направления или скорости, как это происходит, например, при выполнении различных прыжков или метаний с быстрого разбега, необходима большая площадь опоры, хорошее сцепление с поверхностью опоры и устойчивое положение тела. В первом случае речь идет о сохранении статического равновесия, во втором – динамического. Разгон снаряда спортсмен может осуществлять, находясь в разных положениях, – двухопорном, одноопорном и даже безопорном. Продуцировать бόльшую силу и тем самым обеспечить максимальное ускорение своему телу, частям тела и снаряду, спортсмен может при хорошем контакте с опорой, те. в двухопорном положении. Не зря изучению вопроса о зависимости скорости движения и контакта с опорой, посвящено множество исследований в разных видах спорта. Например, Дж. Дайсон [35] контакт с опорой вовремя выполнения метательных движений называет критическим фактором техники. Выполнение движений в двухопорном положении напоминает толчок в прыжках, когда сила реакции опоры используется для увеличения количества механической энергии тела в отдельных его частях ив спортивном снаряде [2]. Контакт с опорой особенно важен в тех фазах движения, когда одновременно необходимо обеспечить вращательные и поступательные движения. Например, для того, чтобы обеспечить увеличение угловой скорости диска, необходим либо неполный контакт обеих стоп с опорой, либо полный контакт одной стопы [86], при условии, что поверхность опоры сухая и не скользит. Выполняя удары и метания центры масс сегментов тела и снаряд движутся по криволинейным траекториям. Это означает, что для сохранения равновесия спортсмену необходимо компенсировать влияние центробежной силы инерции, величина которой зависит от массы, скорости ее движения и расстояния до оси вращения. Если эти моменты центробежной силы не будут компенсированы, то система «спортсмен–снаряд» потеряет равновесие. Единственная возможность компенсировать влияние центробежной силы инерции на спортсмена – это создать такой же по величине, но противоположно направленный момент силы тяжести. Для того чтобы в данных условиях система «спортсмен–снаряд» была уравновешена и центробежные инерционные силы по обе стороны оси вращения были сбалансированы, необходимо, чтобы ОЦМ системы удерживался на центральной вертикальной оси вращения и проецировался на площадь опоры спортсмена. Этот механизм сохранения равновесия спортсмен реализует путем наклона тела в сторону, противоположную направлению действия центробежной силы, и таким образом уравновешивает возникшие центробежные силы с противоположных сторон от оси вращения. В этом процессе чрезвычайно важен надежный контакт с опорой (рис. Хороший контакт с опорой необходим не только для эффективного ускорения снаряда в процессе его предварительного разгона, но ив завершающей, финальной фазе метания. Вопрос о потере контакта с опорой в момент выпуска снаряда дискутируется несколько десятилетий. Одни специалисты [5, 36, 67] считают, что наибольшую силу можно приложить к снаряду только при хорошем контакте с опорой, а другие [13, 54] допускают возможность отрыва ног от опоры до момента вылета снаряда. Без сомнения, преждевременный отрыв ног от опоры может уменьшить скорость вылета снаряда. Однако возникает вопрос Невозможна ли компенсация последствий снижения скорости снаряда за счет увеличения пути приложения силы и высоты вылета снаряда при выбрасывании его в безопорном положении? Результаты экспериментальных исследований показывают, что потеря за счет снижения скорости вылета больше, чем выигрыш от повышения точки вылета. Наши собственные данные, например, показывают, что по мере роста спортивного мастерства закономерно уменьшается время безопорного разгона ядра у спортсменов высокой квалификации оно близко к нулю, а некоторые спортсмены заканчивают выталкивание ядра, находясь еще в опорном положении на левой ноге. Коэффициент корреляции между временем безопорного положения и спортивным результатом равен Еще один из способов стабилизации системы «метатель–снаряд» в конце фазы РИСУНОК 10 – Действие боковой силы деформирует копье, увеличивает его вибрацию в полете и снижает спортивный результат РИСУНОК 11 – Уравновешивание центробежных сил при метании молота путем наклона туловища НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 57 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА финального усилия – использование так называемого скользящего контакта с опорой. Скользящий контакт создается задерживанием отрыва ноги, находящейся позади от опоры, до вылета снаряда из руки метателя рис. 12). Наряду с повышением устойчивости тела скользящий контакт усиливает эффект торможения опорных звеньев, способствуя передаче момента импульса [2, 75, Похожая картина наблюдается ив других видах метаний, в том числе в толкании ядра [65]. За 60–80 мс до вылета снаряда продольная составляющая силы реакции опоры ноги, находящейся позади туловища, становится отрицательной, достигая у квалифицированных толкателей ядра 200–300 Н. Эта сила возникает в результате трения стопы об опору и обусловлена стремлением спортсмена при движении туловища вперед сохранить контакт с опорой. Сила трения ноги, расположенной сзади, вместе с тормозящими усилиями впередистоящей ноги создают благоприятные условия для ускорения верхних звеньев тела и снаряда. При этом максимум отрицательных воздействий ноги, расположенной сзади (противоположно направленных вектору скорости ЦМ верхней части туловища, совпадает повремени с максимальными тормозящими усилиями впередистоящей ноги. Следовательно, эти силы суммируются, и общий тормозящий импульс силы способствует передаче механического импульса от опорных звеньев к дистальным, запуская реактивную волну [2]. Кроме того, скользящий контакт дает еще несколько положительно влияющих на скорость вылета снаряда эффектов 1) сохранение условного двухопорного положения повышает устойчивость системы метатель– снаряд в направлении вправо-влево; 2) напряженная впередистоящая нога создает хорошие условия для эффективного завершения броска рукой мышцы ног, таза, спины и брюшного пресса своим напряжением соединяют нижние конечности с верхней частью тела, создают жесткую конструкцию тела и благоприятные условия для работы руки, обеспечивают удержание левой стороны тела, в значительной степени определяют пусковой момент переноса механического импульса от правой ноги на верхнюю часть тела [12]; 3) завершить бросок над вертикалью или за вертикалью (ОЦМ проецируется над стопой левой ноги или впереди ее, что удлиняет путь приложения силы к снаряду, обеспечивает увеличение скорости тела и его дистальных сегментов за счет действия силы тяжести и инерции, задействовать механизм перевернутого маятника. ПРИНЦИП УМЕНЬШЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСОВ В специальной литературе этот принцип имеет несколько названий падение вкруг, инерционное опрокидывание [2], перенос веса тела вперед [25], торможение линейной скорости [23], механизм перевернутого маятника [10]. Организация движений согласно этому принципу – еще один важный механизм повышения скорости дистальных звеньев тела, особенно в тех видах метаний, которые завершают одной рукой. Активный перенос веса тела с правой ноги на левую не только удлиняет путь приложения силы к снаряду, но увеличивает и саму силу – к силе сокращения мышц прибавляется сила тяжести верхних частей тела [19, 69, 82]. Сознательная потеря равновесия в направлении броска, благодаря действию силы тяжести, дает дополнительную горизонтальную составляющую, увеличивающую скорость продвижения тела спортсмена в направлении выброса снаряда. Более выраженный эффект этого механизма возникает в метаниях с разбега, когда вращение вперед- вниз падающего тела с дополнительным ускорением его дистальных звеньев в направлении разгона снаряда обусловлено не только силой тяжести, но и горизонтальной составляющей силы инерции, которая возникает при активном торможении опорных звеньев тела. Прирост скорости дистальных звеньев и снаряда будет тем больше, чем выше скорость разбега, чем активнее торможение и бόльше радиус вращения – расстояние от оси вращения, которая проходит через стопу впередистоящей ноги, до кисти со снарядом [25, 35, 73, 79]. Важный, но часто не принимаемый во внимание показатель технической подготовленности метателя, – скорость его в разбеге и динамика скорости. Важна не только максимальная контролируемая горизонтальная скорость системы «метатель–снаряд», но и то, чтобы ее максимум был достигнут непосредственно перед началом финального усилия. Исследованиями установлено, что технику лучших метателей отличает 1) более высокая скорость в разбеге по сравнению со спортсменами более низкой квалификации (6,5–7,3 мс в метании копья, 2,6–3,5 м ·с –1 в толкании ядра в момент постановки левой ноги на опору 2) скорость выше в лучших попытках спортсмена 3) равномерное увеличение скорости снаряда, которая достигает максимума к моменту начала его свободного полета [25, 46, 75]. От скорости, приобретенной в разбеге, зависит количество кинетической энергии системы «метатель–снаряд» перед броском, которая определяет количество механической работы, произведенной спортсменом, мощность броска ив конечном итоге, скорость вылета снаряда. О степени трансформации энергии системы, приобретенной в разбеге, в энергию движения вылетающего снаряда можно судить по движениям, которые метатель совершает после вылета снаряда. Проблемы с остановкой после броска свидетельствуют о том количестве неиспользованной энергии движения, которую спортсмен не смог передать снаряду. Об эффективности использования энергии разбега можно судить по разнице горизонтальной составляющей скорости вначале финальной части разгона снаряда ив момент вылета снаряда. Поданным Бартонче [25], у лучших метателей копья эта разница составляет 50–70 %. Главная роль как в замедлении скорости разбега, таки в переносе энергии движения на снаряд, принадлежит действиям, благодаря которым достигается тормозящий эффект опорных звеньев за счет движений впередистоящей ноги. В подтверждение автор приводит следующий расчет, полученный на основании данных в реальном броске копья нам. Скорость ОЦМ спортсмена перед началом броска 7 мс, в момент вылета – 3,5 мс. Уменьшение скорости на 50 %. Масса тела спортсмена 100 кг, время финальной части выбрасывания копья 0,12 с. Чтобы за столь короткое РИСУНОК 12 – Скользящий контакт в метании копья НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА время обеспечить такое снижение скорости, левая нога должна выдержать нагрузку, превышающую в десять раз массу собственного тела и развить мощность, равную 5,1 кВт. При этом наибольшее замедление скорости происходит непосредственно после постановки левой ноги на опору – в первую треть финальной части разгона копья (рис. Чтобы создать эффективное торможение, левая нога ставится под острым углом к опоре (42–52°), угол в коленном суставе – 170–180°. В течение всего выброса нога должна оставаться максимально жесткой. Амплитуда сгибания и разгибания ноги в коленном суставе не превышает 5–10°. От момента постановки ноги на опору до вылета снаряда положение ноги остается практически неизменным, те. сохраняется острый угол наклона ноги к опоре, поворот ноги не превышает 5–12°. Это означает, что поворот ноги (а вместе с ногой и поворот тела) относительно оси, проходящей через точку опоры, как жесткого механического рычага (механизм перевернутого маятника, поворот вперед через ногу, что в свое время рекомендовали некоторые специалисты для увеличения скорости вылета снаряда, не является основной функцией левой ноги в фазе финального разгона. Более значимый вклад в скорость вылета могут внести два других перевернутых маятника, эффективность действия которых также зависит от работы левой ноги 1) верхняя часть тела с поворотом вокруг оси, проходящей через тазобедренные суставы 2) рука со снарядом, как составной рычаг с осью вращения в плечевом суставе. Сразу после касания ногой опоры, впервые с (позиция 1 на рис. 13), сила реакции опоры проходит впереди ОЦМ спортсмена и вызывает поворот его тела, особенно верхней части, в направлении, противоположном метанию. Это вызывает растягивание мышц передней части тела и способствует приходу тела метателя в положение натянутого лука. В тоже время на верхнюю конечность со снарядом действует момент силы инерции, вызванный стопорящей работой ноги, пытаясь ее повернуть вперед, что способствует растягиванию мышц плечевого пояса и руки. Одновременное действие разнонаправленных моментов сил, вызванное реакцией опоры, создает в верхней части тела как натяжение мышц, таки отставание руки со снарядом, что увеличивает путь приложения силы к снаряду в завершающей фазе броска [69]. Существует мнение, что основной вклад в скорость вылета снаряда вносит положение натянутый лук, которое создается в грудной и плечевой частях тела и рукой со снарядом [25, 54, 74]. Приход в такое положение невозможен без правильной работы левой ноги [28, 69]. Менее эффективным считается положение натянутый лук, которое создается в пояснично-крестцовой области тела путем продвижения правой ногой таза в направлении вперед–вверх и одновременным отклонением верхней части туловища назад [26, 44]. Сила реакции опоры возрастает и меняет свое направление по отношению к ОЦМ спортсмена ив позиции 2 (рис. 13) достигает максимальной величины. Вектор силы, проходя позади ОЦМ тела, создает вращательный момент верхней части тела и руки со снарядом в сторону метания. Ускоренное вращение верхней части тела и руки сосна- рядом вокруг оси таза практики называют «хлёстом туловища. Хорошую технику характеризует быстрое хлыстообразное движение верхней части тела вперед, в результате поворота вокруг оси, проходящей через тазобедренные суставы, отмечает знаменитый тренер В. Маззалитис [69]. «Хлёст туловища должен начинаться в момент, когда вращательный момент, вызванный стопорящей работой левой ноги, меняет направление с направления против хода часовой стрелки в сторону походу часовой стрелки, те. в направлении броска. Критерием эффективного выполнения данного технического элемента может служить амплитуда поворота туловища [44]; рисунок 14. Не только туловище, но и руку сосна- рядом можно рассматривать как составной рычаг, состоящий из трех отдельных рычагов плечо, предплечье и кисть, или перевернутый составной маятник с осью вращения в плечевом суставе. Ускорение звена тела как маятника зависит от приложенного момента силы и момента инерции маятника. Уменьшить инертность руки со снарядом можно только одним способом – сгибанием в локтевом суставе. Поэтому вначале рывка рука сгибается. Завершается бросок выпрямленной рукой – при вращении тела вокруг оси линейная скорость какой-либо точки будет тем больше, чем по бόльшему радиусу движется эта точка. Еще одна из причин, по которой руку в конце броска выгодно полностью выпрямлять, связана с так называемым ускорением Кориолиса, которое возникает в случае, когда точка Р (рис. 15) меняет свое положение во вращательной системе отсчета. Когда во вращательном движении конечная точка системы звеньев меняет свое положение от Р к Рте. увеличивается расстояние от оси вращения доданной точки (в нашем случае от оси в плечевом суставе до РИСУНОК 13 – Сила реакции опоры и ее направление в метании копья в броске нам момент постановки левой ноги на опору 2 – после постановки левой ноги на опору (0,04 с 3 – после постановки левой ноги на опору (0,08 с 4 – момент вылета снаряда (0,10 с. Стрелки показывают величину и направление результирующей силы реакции опоры РИСУНОК 14 – Амплитуда движения плечевого пояса в двух бросках копья одним спортсменом [44]: – угол поворота туловища – угол между горизонталью и голенью левой ноги в момент вылета копья; а – бросок нам б – бросок нам НАУКА В ОЛИМПИЙСКОМ СПОРТЕ № 2, 2017 59 БИОМЕХАНИКА БИОМЕХАНИКА кисти со снарядом, даже при постоянной угловой скорости системы, линейная скорость конечной точки увеличится. Одновременно изменится и направление вектора скорости. Это означает, что выпрямление руки в завершающей фазе разгона снаряда выгодно не только из-за увеличения радиуса вращения, но ив какой-то стапени из-за появления ускорения Кориолиса, от величины которого зависит сила Кориоли- са, которая в приведенном примере будет способствовать дополнительному растягиванию мышц. Приведенные выше примеры доказывают исключительную роль левой ноги в повышении скорости вылета снаряда. Резюмируя можно заключить, что согласованная повремени, достаточная по силе и правильная по направлению работа левой ноги может способствовать) приходу метателя в положение натянутого лука (позиция 2, рис. 14); 2) созданию условий для эффективной реализации феномена удлинение–укорочение соответствующих мышц при завершении броска 3) увеличению линейной скорости плечевого пояса и руки со снарядом в сторону броска активным «хлестом туловища и руки со снарядом». Подобная организация движений работы левой ноги наблюдается ив других видах метаний, в том числе толкании ядра, где снаряд намного тяжелее, скорости меньше, а время выполнения движений в несколько раз больше, чем в метании копья. Горизонтальная составляющая силы реакции опоры левой ноги в фазе финального разгона у всех спортсменов ориентирована против направления толкания и тормозит продвижение тела спортсмена вперед рис. Это означает, что движения левой ноги в фазе финального разгона имеют исключительно стопорящий характера также способствуют подъему ОЦМ тела спортсмена и ядра вверх. Спортсменов высокого класса отличают большая величина и крутизна нарастания как вертикальной, таки горизонтальной составляющих силы и меньшее ее снижение вовремя амортизации в суставах ноги Несмотря на имеющиеся индивидуальные различия, которые обусловлены разными способами постановки ноги на опору, разной манерой движения ноги в финале акцент на разгибательную или вращательную работу) и согласованием в действиях правой и левой ноги, можно предполагать, что при современной тенденции к увеличению горизонтальной скорости движения системы «метатель–снаряд» [71] и активности торможения звеньев тела снизу–вверх с целью увеличить скорость вышележащих звеньев тела и снаряда [10], жесткая постановка левой ноги на опору и стремительное нарастание значительных по величине сил можно считать рациональными. Одна из основных задач спортсмена вначале финального разгона заключается в том, чтобы, не потеряв горизонтальной скорости, дополнительно разогнать всю систему «метатель–снаряд» в направлении броска. В связи с этим большое значение приобретают характер работы правой ноги и интервал времени от постановки правой ноги дока- сания левой ногой опоры (фазы переката, рисунок 17. Мнения специалистов по поводу длительности фазы переката (или транзитной фазы) различны. Одни из них [13, 81] считают, что время переката с ноги на ногу должно быть как можно короче, те. целесообразно приземление почти одновременно на обе ноги, так как оно до минимума сократит эту пассивную сточки зрения ускорения снаряда фазу. Другие [63, 71, 77] полагают, что необходим некоторый интервал между моментами постановки ног, чтобы сохранить непрерывность разгона снаряда и избежать снижения горизонтальной скорости тела, которое может возникнуть вследствие преждевременного стопорящего действия левой ноги. Накопленные к настоящему времени экспериментальные данные позволяют утверждать, что разгон снаряда и спортивный результат зависят от индивидуальных согласований временных интервалов постановки как правой, таки левой ноги. Правая нога вначале финального разгона должна разогнать всю систему метатель снаряд в направлении броска, при этом до минимума снизив стопорящие (горизонтальные) силы и время их действия при ее постановке на опору после скрестного шага в метании копья или скачка в толкании ядра и сразу же создать возможно бόльшие силы, продвигающие спортсмена и снаряд вверх–вперед в направлении вылета снаряда (рис. 18). В дальнейшем ускоряющее действие правой ноги прекращается, направление го- РИСУНОК 15 – |