биомеханика. биомех 4. Сохранение и восстановление положения тела человека
 Скачать 18.33 Kb.
|
|
Содержание Сохранение и восстановление положения тела человека Пассивное и активное уравновешивание Равновесие колебательного типа Управление сохранением положения Сохранение и восстановление положения тела человека Человек может не только сохранять равновесие, но и восстанавливать его в случаях нарушения. Отличие равновесия биомеханических систем от равновесия твердых физических тел заключается не в наличии особых законов механики для живых систем, а в более сложном их использовании благодаря особенностям живых систем. Пассивное и активное уравновешивание Уравновешивание происходит в неживых системах только пассивно, а в живых организмах — главным образом активно. Уравновешивающие силы могут действовать как собственно уравновешивающие, а также как и останавливающие отклонение и восстанавливающие положение. В идеальных условиях в покое при равновесии физического тела все приложенные силы постоянны по величине, они уравновешены и тело сохраняет полный покой в инерциальной системе координат. При покое тела в неинерциальной системе отсчета анализ равновесия осложняется необходимостью учета фиктивных сил инерции. Но и в этом случае для неживых физических тел уравновешивание сил происходит чисто механически — пассивно. В реальных условиях внешние силы нередко изменяются, и даже такой объект, как Останкинская телевизионная башня, сохраняя равновесие, при сильном ветре (переменная сила) не остается полностью неподвижным. Возмущающие силы вызывают деформации. И если действие возмущающих сил изменяется, то и противоположное действие уравновешивающих сил может измениться. Ветер деформирует Останкинскую башню; возникают силы упругой деформации, останавливающие отклонения, а потом и восстанавливающие ее форму; башня при ветре раскачивается. Пассивное уравновешивание сил происходит не только при полном покое, но и при возможных отклонениях (колебаниях). Живые организмы, в том числе и человек, уравновешивают внешние силы не только пассивно, но и активно — силами мышечной тяги. На изменение возмущающих внешних сил они реагируют изменением напряжения мышц, направленным на сохранение и восстановление равновесия. Мышечные тяги не остаются неизменными, поэтому и уравновешивание ими возмущающих сил непостоянно. Мышечные тяги сами могут играть роль возмущающих сил, сами же выполняют функции останавливающих и восстанавливающих сил. Таким образом, в живых организмах уравновешивание сил происходит при активном управлении силами биологического происхождения — мышечными тягами. Равновесие колебательного типа Для тела человека характерно равновесие колебательного типа (имеют место макро- и микроколебания) с отклонениями от среднего равновесного положения и возвращением к нему. Тело человека при сохранении положения постоянно испытывает отклонения. Каждое дыхательное движение перемещает части тела. Каждое сокращение сердечной мышцы вызывает волну артериальной крови, которая сотрясает тело (на этом основан механический способ регистрации работы сердца). Постоянное рассогласование тяги мышечных групп вызывает медленные колебания (0,5—1 герц). Это относительно медленные движения в суставах; их можно записать на неподвижном листе бумаги при помощи карандаша, укрепленного острием вверх на голове (цефалография). Наконец, любые возмущающие силы могут вызвать отклонение с последующим восстановлением положения. Все это макроколебания, доступные зрительному наблюдению. Кроме них существуют незаметные глазу микроколебания — «физиологический тремор» — с частотой от 7 до 9 герц. Причина микроколебаний — непостоянство мышечной тяги и реакция мышц на отклонения. Раньше удерживание неподвижного положения тела силою мышц рассматривали как покой. С точки зрения механики, мышцы не совершали никакой работы (путь точек приложения сил мышц равен нулю). Физиологи, говоря о «статической работе» мышц, условно измеряли ее величиной силы, помноженной на время ее действия. Когда обнаружили колебательный режим сохранения положения неподвижного тела, стали полагать, что если имеется и сила тяги мышц и немалый путь точек их приложения при колебаниях, то совершается внешняя механическая работа по перемещению колеблющегося тела. Управление сохранением положения Сохранение положения тела человека достигается управлением уравновешивающими силами при компенсаторных, амортизирующих и восстанавливающих движениях. В результате ОЦТ тела человека при колебаниях остается в зоне сохранения положения или возвращается в нее из зоны восстановления положения. В сохранении положения для тела человека характерны колебания, в пределах которых действуют условия равновесия. Поэтому ОЦТ не занимает положения в одной единственной точке, а перемещается в определенных зонах. Оптимальная зона положения ОЦТ — наиболее соответствует задаче сохранения требуемого положения. Соответствующее положение не всегда наиболее удобное; нередко оно даже более трудное, чем при известных отклонениях от требуемого; это самая малая зона. Зона сохранения положения — перемещения ОЦТ в пределах этой зоны еще не приводят к полному нарушению положения (например, над «потенциальной ямой» в ограниченно-устойчивом равновесии). Но приближение ОЦТ к ее границам угрожает потерей равновесия; границы этой зоны определяются условиями равновесия системы тел и возможностями сохранения позы. Она больше, чем оптимальная зона, и включает ее в свои пределы. Зона восстановления положения — перемещение ОЦТ в эту зону для механической системы необратимо, так как в ней уже нарушаются условия равновесия. Неживое тело из этой зоны не может само вернуться в прежнее положение. А человек, использовав необходимые внешние силы, еще может восстановить положение. Эта зона окружает снаружи зону сохранения положения, но не включает ее в свои пределы. Для лиц разной физической подготовленности зоны неодинаковы. Для менее подготовленных зона сохранения положения уменьшена; у них меньше площадь эффективной опоры, и они при меньших отклонениях потеряют возможность удержать позу. Для них зона восстановления положения также сужена, так как у них меньше сил и ловкости, чтобы суметь восстановить полохение. В борьбе за сохранение положения используется как ослабление действия возмущающих сил, так и усиление действия уравновешивающих сил. Компенсаторные движения1 возникают в тот момент, когда возмущающие силы смещают часть звеньев тела. Компенсаторные движения предупреждают возможное выведение ОЦТ из зон сохранения положения или даже из оптимальной. Компенсаторные движения нейтрализуют эффект возмущающих сил. Они выполняются одновременно с движениями, грозящими потерей равновесия, и, как правило, автоматически. Амортизирующие2 движения позволяют ОЦТ перемещаться в зоне сохранения положения. Эти движения растягивают во времени действие возмущающих сил, уменьшают их эффект. Часто они увеличивают действие уравновешивающих сил. Они, как и компенсаторные движения, происходят одновременно с действием возмущающих сил. Восстанавливающие движения возвращают ОЦТ из зоны восстановления положения в зону сохранения положения. Они могут также перемещать ОЦТ и внутри последней (например, в оптимальную зону). Все три группы движений, которые сохраняют и восстанавливают положение, нередко сочетаются в комбинированные действия. Например, когда у гимнастки, выполняющей упражнение на бревне, часть звеньев под действием силы тяжести отклоняется в одну сторону, другие в то же время компенсаторно смещаются в другую сторону. Ускоренные же движения звеньев создают внутренние силы инерции этих звеньев; передаваясь по кинематическим цепям к опоре, они изменяют и внешнюю силу — реакцию опоры (появляется горизонтальная составляющая). В последнем случае используются восстанавливающие движения. Амортизирующие движения применяют при воздействии внешних сил: например, в борьбе — под воздействием противника. Они особенно важны при положении неподвижном относительно неинерциальной системы отсчета, например когда в скоростном спуске на лыжах спортсмен стоит «неподвижно» на лыжах. Лыжи в движении находятся под действием увеличивающихся и уменьшающихся реакций опоры (изменения рельефа трассы). Заранее перемещая ОЦТ навстречу возмущающей силе, спортсмен затем уступающей работой мышц «поддается тормозя», перемещая ОЦТ в пределах зоны сохранения положения. Он постепенно посредством амортизирующей работы рассеивает энергию возмущающей силы. В восстанавливающих, движениях используются внешние силы, без них ОЦТ не может вернуться в зону сохранения положения. Такие силы можно вызвать ускоренным движением звеньев: например, при ходьбе по натянутой проволоке резким нажимом рукой на шест, удерживаемый горизонтально,— сила инерции шеста служит «опорой» для восстановления нарушающегося положения. Восстанавливая положение, человек перемещает ОЦТ и опору: либо ОЦТ — над опорой, либо опору — под ОЦТ, либо и то и другое вместе. Восстанавливающие движения нередко не только устраняют отклонения от равновесного положения, но и вызывают противоположное отклонение (гиперкоррекция). Новое восстановление (вторичная коррекция) вновь переходит через среднее положение; происходит ряд затухающих колебаний (балансирование). Колебательные движения (микро- и макроколебания) в известном смысле также есть восстанавливающие движения, когда после отклонения звено возвращается к среднему положению. Таким образом, сохранение положения — не покой, а активный управляемый двигательный процесс. |