Основы биомеханики
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
Рычаг первого рода. Ваша сила F2 и сила Вашего противника F1 находятся с одной стороны от опоры. Сила F2 находится дальше от опоры. И во сколько раз плечо l2 больше l1, во столько раз меньшую силу Вам нужно приложить, чтобы уравновесить усилие противника. Соответствено, чтобы его победить при таком приложении сил необходимо чуть-чуть увеличить плечо l2 (в даном случае это невозможно - точка приложения силы F2 и так на самом краю) или увеличить усилие F2. Смещать опору следует к точкам приложения сил. Самое понятное использование такого рычага - в обычной тачке. Груз - это противодействующая сила, а Ваша сила, сила рук сосредоточена на рукоятках тачки. Рычаг второго рода. Силы находятся по разные стороны от опоры. Также, как и в предыдущем случае - во сколько раз плечо l2 больше l1, во столько раз меньшую силу Вам нужно приложить, чтобы уравновесить усилие противника. Для предоления силы противника - увеличение усилия, смещение опоры в сторону вектора приложения силы F1, то есть одновременное уменьшение плеча l1 и увеличение l2. Это тоже "коромысло". Однако плечо силы F2 (Вашей силы) в этом случае меньше. Это скоростной рычаг. За одно и то же время точка приложения силы F1 пойдет во столько раз большее расстояние, во сколько раз l1 больше l2. Соответственно во столько же раз больше будет скорость. Здесь рассуждения аналогичны предыдущему. Такой рычаг иногда называют "пинцет" 7 В качестве практического использования вышеприведенных сведений рассмотрим два примера анализа болевых приемов приведенных в Чумаков Е. М. Тактика борца-самбиста. — М : фиС, 1976. • анализ болевого приема рычагом локтя Рычагом называют твердое тело, которое можно вращать вокруг неподвижной оси. Рычаг находится под действием сил, которые расположены в плоскости, перпендикулярной его оси. Все силы, действующие на рычаг, можно свести к двум равнодействующим силам, которые стремятся повернуть рычаг в противоположные стороны (рис. 185). Во время выполнения болевого приема рычагом локтя действу- ют силы тяжести тел борцов, давление и реакция опоры. Сила тя- жести и давление направлены вниз, а реакция опоры вверх. Чем больше сила тяжести, приложенная к руке, и реакция опоры, тем больше возможности разогнуть руку и провести болевой прием рычагом локтя. От того, в какой точке приложена сила, зависит величина плеча рычага (БВ). Чем больше плечо рычага, тем легче преодолеть сопротивление мышц противника разгибанию. Сила должна быть приложена перпендикулярно плечу рычага. • анализ техники выполненияболевых приемов узлом. При выполнении болевого приема — узел плеча действуют сила тяжести, давление и реакция опоры. Действие реакции опоры направлено вверх, а силы тяжести и давления — вниз. Точка опоры должна находиться на локтевом суставе. Сила тяжести тела противника и давление должны быть приложены к конечности, а сила реакции опоры — находиться вне прямой линии, соединяющей первые две силы. Таким образом, под действием этих сил конечность начинает вращаться вокруг продольной оси. Вращение ограничивается пределом подвижности сустава. Часто вместо силы реакции опоры используют силу давления другой рукой в направлении косо вверх (рис. 220). Руки и ноги человека могут совершать Колебательные Движения. Это делает наши конечности похожими на маятники, поэтому к механике их движения применимы те же формулы, что и для простых механических маятников. Основные выводы из них – СОБСТВЕННАЯ ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ НЕ ЗАВИСИТ ОТ МАССЫ КАЧАЮЩЕГОСЯ ТЕЛА, НО ЗАВИСИТ ОТ ЕГО ДЛИНЫ (УМЕНЬШАЕТСЯ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ДЛИНЫ МАЯТНИКА). Наименьшие затраты энергии на перемещение конечностей имеют место, когда частота движений на 20— 30% больше частоты собственных колебаний руки или ноги: 8 Эти 20—30% объясняются тем, что нога не является однозвенным цилиндром, а состоит из трех сегментов (бедра, голени и стопы). Делая частоту шагов или гребков при ходьбе, беге, плавании и т. п. резонансной (т. е. близкой к собственной частоте колебаний руки или ноги), удается минимизировать затраты энергии. При наиболее экономичном сочетании частоты и длины шагов или гребков человек демонстрирует существенно повышенную физическую работоспособность. Высокая экономичность движений, выполняемых с резонансной частотой объясняется тем, что колебательные движения верхних и нижних конечностей сопровождаются рекуперацией механической энергии (от лат. recuperatio — получение вновь или повторное использование). Простейшая форма рекуперации — переход потенциальной энергии в кинетическую, затем снова в потенциальную и т. д. (рис. 11). При резонансной частоте движений такие преобразования осуществляются с минимальными потерями энергии. Это означает, что метаболическая энергия, однажды созданная в мышечных клетках и перешедшая в форму механической энергии, используется многократно — ив этом цикле движений, и в последующих. А если так, то потребность в притоке метаболической энергии уменьшается. Благодаря рекуперации энергии выполнение циклических движений с темпом, близким к резонансной частоте колебаний конечностей,— эффективный способ сохранения и накопления энергии. Резонансные колебания способствуют концентрации энергии, и в мире неживой природы они иногда небезопасны. Например, известны случаи разрушения моста, когда по нему шло воинское подразделение, четко отбивая шаг. Поэтому по мосту положено идти не в ногу. ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА ВЫПОЛНЯЕТ СВОИ ДВИЖЕНИЯ В ТРЕХМЕРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ. Его звенья характеризуются степенями свободы, т.е. возможностью совершать поступательные и вращательные движения во всех измерениях. Степени свободы - это независимые перемещения тела или его частей в пространстве. Если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве относительно трех взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращательно).Следовательно: у такого тела шесть степеней свободы. Эти плоскости имеют три направления: а) горизонтальное, б) фронтальное, в) сагитальное . Горизонтальная плоскость - плоскость, проходящая через левую и правую стороны живота. Плоскость, укладывающаяся с линией горизонта. Горизонтальная плоскость мысленно рассекает тело в положении стоя параллельно земле на бесчисленные части. Тело в этой плоскости может двигаться вперед, назад. Фронтальная плоскость - Эта плоскость проходит через левое и правое ухо и левую и правую половину живота .Движение в фронтальной плоскости обычно бывает при рывках тела в сторону, вращение тела при ходьбе (начало вывода из равновесия и т. д. ). Сагитальная плоскость - проходит через переднюю и заднюю стенки туловища в направлении: кончика носа, пупка, лобка, к средней линии спины, делящей туловище пополам. В этой плоскости бывает движение характера "рывка, толчка в обратную сторону", кроме того, при сагитальном смещении частей тела во время РБ. Плоскости взаимно перпендикулярны, а по этому движения могут переходить из одной плоскости в другую. Линии, указывающие направление - вертикальная, поперечная и сагитальная, являются одновременно осями этих плоскостей, вокруг которых происходит соответствующие движения. 9 Если звено закреплено в одной точке, то оно способно совершать вращательные движения и мы можем сказать, что оно имеет три степени свободы. Закрепление звена приводит к образованию связи, т.е. связанному движению закрепленного звена с точкой закрепления. Движения вокруг осей Тело человека можно разбить на 15 звеньев, которые имеют между собой сочленения и представляются рычагами или маятниками. Поэтому одним из основных является интерес биомеханики к движению звена в точке сочленения – суставе. Рассмотрим рычаг первого рода. В этом случае его движение можно описать как вращательное движение вокруг точки, при котором одна его точка О (точка сочленения) остается неподвижной, а все другие точки движутся по поверхностям сфер, имеющих центр в точке О. При таком вращательном движении тела любое его элементарное перемещение представляет собой элементарный поворот вокруг некоторой оси, проходящей через точку О и называемой мгновенной осью вращения. Поскольку сочленение относится к телу спортсмена, то оно непрерывно изменяет свое положение в пространстве. В результате вращательное движение тела складывается из серии элементарных поворотов вокруг непрерывно меняющих свое направление мгновенных осей. Причиной начала, изменения или прекращения вращательного движения твердого тела (при этом вращательное ускорение не равно нулю) относительно какой-либо оси является момент силы М относительно этой оси. Сила не является величиной, достаточной для описания и расчета вращательного движения тела. Необходимо рассматривать также ее пространственное направление. Условием равновесия твердого тела, которое может совершать вращательное движение вокруг какой-либо оси, является равенство сумм моментов сил, вращающих тело вокруг этой оси по направлению движения М i и в противоположном направлении M j : М 1 + М 2 + М 3 + … = M 1 + M 2 + M 3 + … Чтобы звено человеческого тела привести во вращательное движение направление действия силы не должно быть параллельно оси вращения этого звена или проходить через точку сочленения. ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ ТЕЛА ИЛИ СИСТЕМЫ ТЕЛ – единственная точка, относительно которой сумма моментов сил тяжести всех частиц тела или системы тел равна нулю. Центр тяжести иногда находится вне геометрических пределов тела. Центр тяжести имеет большое значение при оценке вида равновесия тела. В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПОЛОЖЕНИЯ ТОЧКИ ОПОРЫ ИЛИ ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО ОТНОШЕНИЮ К ЦЕНТРУ ТЯЖЕСТИ РАЗЛИЧАЮТ УСТОЙЧИВОЕ, НЕУСТОЙЧИВОЕ И БЕЗРАЗЛИЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ. УСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ , - центр тяжести располагается ниже точки опоры или ниже горизонтальной опорной поверхности, причем линия действия силы тяжести проходит через точку опоры или пересекает горизонтальную опорную поверхность; Равновесие тела будет устойчивым и в том случае, если центр тяжести находится выше горизонтальной опорной плоскости, но линия действия силы тяжести тела пересекает эту плоскость. НЕУСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ - центр тяжести находится выше горизонтальной опорной поверхности, причем линия действия силы тяжести не пересекает опорной поверхности, БЕЗРАЗЛИЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ - центр тяжести совпадает с точкой опоры. Если человек стоит, то равновесие его тела будет устойчивым, поскольку хотя центр тяжести и находится выше опорной плоскости, но линия действия силы тяжести проходит через центр тяжести спортсмена. При отклонении от вертикального положения, особенно с нагрузкой в руках, равновесие человека из устойчивого переходит в неустойчивое из-за изменения линии действия силы тяжести относительно центра тяжести. Для вращающегося твердого тела через центр тяжести (центр масс) можно провести сколь угодно много осей вращения. Однако, исходя из геометрической формы тела и распределения массы в нем, можно выделить две взаимно перпендикулярных оси с наибольшим и наименьшим моментами инерции. Устойчивое вращение незакрепленного тела возможно только вокруг этих осей. Устойчивое вращение тела вокруг оси, перпендикулярной двум первым, невозможно. Все три оси называются главными осями инерции данного тела. Любой контакт с опорной поверхностью добавляет дополнительную точку или ось вращения, что сказывается на характер движения спортсмена 10 Площадь опоры стоящего человека ограничена его ступнями. Если мысленно провести линию, соединяющую пятки и провести к ней перпендикуляр, то мы получим линию наименьшей устойчивости. Если толкать или тянуть противника вдоль этой линии, то выведение из равновесия будет существенно облегчено, вернее начало выведения. Это связано с тем, что расстояние от проекции силы тяжести на горизонтальную плоскость до границы площади опоры в этом случае минимально. Положение ступней существенного значения не имеет. Направление выведения (вперед или назад) по большому счету тоже, однако поскольку человек все- таки живой, а не просто геометрическая абстракция, то необходимо учитывать особенности его психики. А именно: психологически легче восстановить равновесие, при падении вперед, чем назад. При потере равновесия назад возникает некоторый психический (и мышечный) "зажим", Три плоскости. Для более правильного и более легкого выведения из равновесия движение должно быть объемным. Вначале рассмотрим выведение в трех направлениях (вперед-назад, вверх-вниз, вправо-влево). Вы захватили своей левой рукой одежду на груди противника, а правой - его левую руку. Делаем первое движение вправо, затем, почувствовав сопротивление, добавляем следующее движение, не снимая, тем не менее первого. Это второе движение должно быть повернуто относительно первого на 90 градусов. Пусть, например, это будет движение вперед. Почувствовав сопротивление, снова поворачиваем на 90 градусов. Желательно, чтобы это воздействие направляло Вашего противника к земле, поэтому пусть третье воздействие будет вниз. Итак общее движение вправо-вперед-вниз. Если движение сделано верно и выбраны все степени свободы, то Ваш противник упадет. Поскольку должны быть просто выбраны все (три) степени свободы, то последовательность и направление воздействий не имеет значения. Т.е. Вы можете вывести противника из равновесия начав, например, с рывка на себя, или толчка от себя, или как угодно.(назад-влево-вниз; вперед-вправо-вниз; вниз-вправо-назад и т.д.). В качестве иллюстрации приведенных выше сведений обратимся к Чумаков Е. М. Тактика борца- самбиста. - - М.: ФиС, 1976. • Рассмотрим Анализ техники выполнения бросков задней подножкой . Бросок задней подножкой — действие, при котором атакую- щий подставляет свою ногу сзади к ногам противника и перебрасывает его через эту ногу. При выполнении броска задней подножкой следует выводить проекцию общего центра тяжести (ОЦТ) спортсменов за границу их общей площади опоры г АВСЭ (рис. 206, а, б). Притом нога атакующего мешает противнику переставить ноги и восстановить равновесие. При таком положении остановить падение самбистов можно, только переставляя ноги. Чтобы вывести проекцию ОЦТ за границу общей площади опоры, атакующий выносит далеко вперед проекцию своего центра тяжести (ЦТА). В результате проекция ОЦТ перемещается вперед и оказывается за границей площади опоры самбистов в направлении выполнения броска задней подножкой. 11 Заднюю подножку можно выполнить, не выводя проекцию ЦТА за границу площади опоры. Но для этого нужно усилием рук вынести за границу площади опоры противника его проекцию центра тяжести (ЦТП) (рис. 206, в). В этом случае противник начинает падать. Бросок может быть выполнен без падения атакующего, но только в том случае, если захват позволяет телу противника перемещаться относительно тела проводящего заднюю подножку. Если имеется плотное соединение (дистанция вплотную), то противник не падает (опирается на проводящего прием). В этом случае можно выполнить бросок только с падением атакующего. Заднюю подножку можно сделать, не перемещая проекцию ЦТА на площади опоры, а сокращая площадь опоры. Для этого атакующий, выпрямляя ногу, подбивает ногу (лишает опоры) противника. В результате площадь его опоры резко сокращается, проекция ЦТП неожиданно оказывается за площадью опоры, и противник падает (рис. 206, г). Бросок задней подножкой можно начинать с вывода проекции ОЦТ за границу общей площади опоры собственным падением. В этом случае начинается падение обоих спортсменов. Когда проекция ЦТП выйдет за границу площади опоры противника, можно восстановить свое равновесие и остаться в стойке. Для этого в направлении падения выставляют ногу (опору). • Рассмотрим анализ техники проведения передней поднож ки. Передняя подножка — действие, при котором самбист ставит ногу впереди ног противника, чтобы перебросить его через нее. Нога мешает противнику восстановить равновесие. После постановки ноги атакующий переносит свой вес вперед: выводит проек- цию ОЦТ (А) за площадь опоры. В этом случае сила тяжести атакующего начинает действовать в направлении рывка руками (вперед в сторону). Атакующий может не только приложить усилие своих мышц для рывка вперед-в сторону, но и, не перемещая центра тяжести, приподнять или согнуть свою опорную ногу и этим сократить свою площадь опоры. При этом спортсмены теряют равновесие и начинают падать. Атакующий, выставляя в направлении падения опорную ногу, восстанавливает равновесие и одновременно усилием рук ускоряет падение противника ( рис. 214 ). • Рассмотрим Анализ техники выполнения бросков подхватом Подхват — бросок, при выполнении которого атакующий подбивает спереди одноименную ногу противника задней поверхностью своей ноги. Его удобно выполнять, когда противник теряет устойчивость по направлению вперед. В этом направлении облегчается подбив ноги спереди. Подбив не позволяет противнику восстановить равновесие путем выставления ноги. При подбиве ног и рывке за руки или верхнюю часть туловища создается вращательное движение тела вокруг поперечной оси. Когда противник падает, необходимо потянуть его за руку и толчком другой руки создать вращение вокруг продольной оси. В результате противник падает на спину (рис. 224). Выведение из равновесия — одно из основных условий, обеспечивающих успешное проведение броска. Вывести из равновесия можно несколькими способами: 1) подшагивая снаружи к одноименной ноге (рис. 225); 2) отшагивая и увлекая противника за собой (рис. 226); 3) заведением (рис. 227). При выведении из равновесия атакующий обычно сам теряет равновесие и, падая, увлекает противника в нужном направленииПодхват изнутри — разновидность броска подхватом (подбивается спереди-изнутри разноименная нога противника). Бросок включает глубокое подшагивание и постановку одной ноги между ногами противника или подшагивание за подбиваемую ногу. При подшагивании нога перемещается под противника, а центр тяжести тела не приближается к нему. В результате после поворота спиной к противнику атакующий в момент подбива теряет равновесие в направлении броска и увлекает противника за собой (рис. 228). При выполнении подхвата изнутри зашагиванием вес тела противника переносится на его дальнюю ногу. Центр тяжести своего тела атакующий перед подбивом выводит несколько вперед. Концентрируя вес на дальней ноге и подбивая ближнюю, атакующий выполняет бросок, не позволяя противнику восстановить равновесие при помощи перемещения ног (рис. 229). |