Часть 2. Основы биомеханики. Биомеханика силовых упражнений


Часть 2. Основы биомеханики

Рис. 10

Изменение силы тяги двуглавой мышцы плеча (F),

составляющих этой силы (Р и R), плеча силы тяги (d),

и угла тяги мышцы за предплечье в зависимости от угла в локтевом суставе

Из рисунка видно, что с увеличением угла в суставе длина мышцы увеличивается, а следовательно, увеличивается и сила ее тяги (F) за кость. Однако вращающая составляющая этой силы (R) и плечо силы тяги мышцы (d) изменяются не столь однонаправленно. Наибольшие величины этих показателей соответствуют позе № 3, и поэтому в ней проявляется наибольший момент силы в суставе. Несмотря на то, что в позе № 1 сила тяги мышцы наибольшая, значительная часть ее расходуется на укрепление сустава, а не на поворот звена. Это связано с тем, что мышца тянет под очень острым углом по направлению к предплечью, а значит, составляющая Р будет больше, чем R.

Рассмотренные закономерности действия мышц на костные рычаги характерны для большинства суставов тела человека.

Гораздо более сложные взаимоотношения в действии мышц на костные рычаги наблюдаются в кинематических цепях. Это связано не только с участием в движении большего числа звеньев тела и мышц, но и с тем, что в теле человека довольно много двусуставных мышц, которые, в отличие от односуставных мышц, обслуживают сразу два сустава. Так, например, прямая мышца бедра разгибает ногу в коленном суставе и сгибает в тазобедренном суставе. Наружная и внутренняя головки трехглавой мышцы голени разгибают стопу в голеностопном суставе и сгибают голень в коленном суставе. Двуглавая мышца плеча сгибает предплечье в локтевом суставе и плечо - в плечевом суставе.

40 60 80 100 120 140 160 180

угол (град.)

Рис.11

Зависимость силы давления стопы на опору от угла в коленном суставе

при разгибании ноги в статическом положении.

На рис. 11 показана зависимость силы давления стопы на опору от угла в коленном суставе при разгибании ноги в статическом положении. Видно, что с увеличением суставного угла сила нелинейно увеличивается и достигает очень больших величин. Показано, что при малых углах в коленном суставе основной вклад в силу давления на опору

25

Теория и методика фитнес-тренировки

осуществляют четырехглавые мышцы бедра и ягодичные мышцы. При больших углах вколенном суставе основную роль играют мышцы задней поверхности бедра.

В упражнениях динамического характера действие двусуставных мышц в кинематических цепях существенно отличается от односуставных мышц. Режим сокращения односуставных мышц жестко связан с изменением угла в суставе. Например, при разгибании в коленном суставе односуставные головки четырехглавой мышцы бедра сокращаются в преодолевающем режиме, при сгибании - в уступающем режиме, а при неизменном угле - в изометрическом режиме. Режим сокращения двусуставных мышц зависит от изменения углов в соседних суставах. Например, если одновременно разгибать ногу в тазобедренном и сгибать в коленном суставе, то прямая мышца бедра будет удлиняться и сокращаться в уступающем режиме. Если же в этих суставах происходит сгибание или разгибание, то режим сокращения прямой мышцы бедра будет зависеть от соотношения угловых скоростей в этих суставах.

Экспериментально показано, что действие двусуставных мышц сводится к следующему.

1. Мышцы могут передавать часть мощности и силы от одних звеньев тела к другим.

  1. Мышцы способны накапливать и затем частично отдавать энергию упругой деформации при изменении длины кинематической цепи за счет разнонаправленного изменения углов в соседних суставах.

  2. Мышцы способны рассеивать (демпфировать) механическую энергию, что особенно важно для уменьшения ударных нагрузок.

В заключение отметим, что знания изложенных выше закономерностей действия мышц необходимо для правильного применения физических упражнений в тренировочном процессе, и особенно, в развитии двигательных способностей человека.

studfiles.net

Биомеханика. Наука о движениях человека

Что такое биомеханика?

Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ. В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией. Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.

Биомеханическая мускульная работа

Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.

Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия. Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна. Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.

Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями. Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф. Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.

Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях. По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой. Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.

Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста. Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом. Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами. Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки. Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.

В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.

Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:

  • рычаг 1 рода, где точки приложения силы расположены с противоположных сторон от оси; 
  • рычаг 2 рода, где точки приложения силы располагаются по одну сторону от оси, но на разном от нее расстоянии, поэтому здесь применимы два вида рычага, условно называемые «рычаг силы» и «рычаг скорости».

Рассмотрим виды рычагов более подробно:

Рычаг 1 рода

В биомеханике он называется «рычагом равновесия». Поскольку точка опоры расположена между двумя точками приложения силы, рычаг еще называют «двуплечим». Такой рычаг нам демонстрирует соединения позвоночника и черепной коробки. Если вращающий момент силы, действующей на затылочную часть черепа равен вращающему моменту силы тяжести, действующему на переднюю часть черепа, и они имеют одинаковое плечо рычага, достигается равновесие. Нам удобно, мы не замечаем разнонаправленного действия, и мышцы не напряжены.

рычаг равновесия

равновесиеРычаг 2 рода

В биомеханике он подразделяется на два вида. Название и действие этого рычага зависят от места расположения приложения нагрузки, но у рычагов обоих видов точка приложения силы точка приложения сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, поэтому оба рычага являются «одноплечими». Рычаг силы образуется при условии, что длина плеча приложения силы мышц длиннее плеча приложения силы тяжести (сопротивления). В качестве наглядного примера можно продемонстрировать человеческую стопу. Осью вращения здесь являются головки плюсневых костей, пяточная кость служит точкой приложения силы, а тяжесть тела образует сопротивление в голеностопном суставе. Здесь имеет место выигрыш в силе, за счет боле длинного плеча приложения силы и проигрыш в скорости. Рычаг скорости имеет более короткое плечо приложения мышечной силы, чем плечо силы противодействия (силы тяжести). Примером может служить работа мышц сгибателей в локтевом суставе. Бицепс крепится вблизи точки вращения (локтевой сустав) и с таким коротким плечом необходима дополнительная сила мышце сгибателю. Здесь имеет место выигрыш в скорости и ходе движения, но проигрыш в силе. Можно заключить, что чем ближе от места опоры будет крепиться мышца, тем короче будет плечо рычага, и тем значительнее будет проигрыш в силе.

рычаг силы и скорости

рычаг силырычаг скорости При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.

золотое правило механики

Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов. Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища. В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса. В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.

Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии. Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз. Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.

Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях. В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.

Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.

Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).

Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения. В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося. Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.

В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться. Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения. В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.

Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.

Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе. Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей. В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.

Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.

Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.

Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.

Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.

www.skyrace.club

В.Л.Уткин "Биомеханика физических упражнений"

В.Л.Уткин "Биомеханика физических упражнений"

В.Л.Уткин "Биомеханика физических упражнений"

 

Часть первая

ОБЩАЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ БИОМЕХАНИКА

Изучение общей и дифференциальной биомеханики обеспечивает знание основных закономерностей строения двигательного аппарата, двигательных качеств и двигательной деятельности людей разного возраста. На этой основе базируется материал второго раздела, посвященного технике и тактике выполнения различных физических упражнений.

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОМЕХАНИКУ

Первая наша задача состоит в том, чтобы заняться той великолепной машиной, которая нам близка,— человеческим организмом. Эта машина обладает роскошью механики — автоматизмом и быстротой включения. Ее ли не изучать? В человеческом организме есть мотор, “передача”, амортизаторы, есть тончайшие регуляторы и даже манометры. Все это требует изучения и использования. Должна быть особая наука — биомеханика. Эта наука может и не быть узко “трудовой”, она должна граничить со спортом, где движения сильны, ловки и в то же время воздушно легки, артистичны.

А. К. Гастев

Биомеханика — учение о двигательных возможностях и двигательной деятельности человека и животных.

Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: bios — жизнь и mexane — орудие. Как известно, механика— это раздел физики, изучающий механическое движение и механическое взаимодействие материальных тел. Отсюда понятно, что биомеханика — это раздел науки, изучающий двигательные возможности и двигательную деятельность живых существ.

Наибольший практический интерес представляет изучение движений человека и высших животных. Первые научные труды здесь написаны Аристотелем (384—322 гг. до н. э.), которого интересовали закономерности движения наземных животных и человека. А основы наших знаний о движениях в воде заложены Архимедом (287—212 гг. до

н. э.).

На становление биомеханики оказали влияние выдающиеся мыслители прошлого: римский врач Гален (131 — 201 гг.), Леонардо да Винчи (1452—1519 гг.), Микеланд-жело (1475—1564 гг.), Галилео Галилей (1564—1642 гг.), Исаак Ньютон (1642—1727 гг.), ученик Галилея Джован-ни Альфонсо Борелли (1608—1679 гг.)—автор первой книги по биомеханике “О движениях животных”, вышедшей в свет в 1679 г.

И. М. Сеченов (1829—1905 гг.), П. Ф. Лесгафт (1837— 1930 гг.), А. А. Ухтомский (1875—1942 гг.) и основоположник отечественной биомеханической школы Н. А. Берн-штейн (1896—1966 гг.) много сделали для развития биомеханики труда и спорта. Кроме того, в последние десятилетия возникли и развиваются:

— инженерная биомеханика, основные достижения которой связаны с роботостроением;

— медицинская биомеханика, исследующая причины, последствия и способы профилактики травматизма, прочность опорно-двигательного аппарата, вопросы протезостроения;

— эргономическая биомеханика, изучающая взаимодействие человека с окружающими предметами с целью их оптимизации.

Но центральным разделом биомеханики остается биомеханика физических упражнений. Она изучает двигательную деятельность человека во время спортивных тренировок и соревнований и в процессе занятий массовыми и оздоровительными формами физической культуры, в том числе на уроках физкультуры в школе. Непрерывно совершенствуясь, биомеханика физических упражнений постепенно преобразуется в биомеханику двигательной активности, охватывающую все стороны двигательной деятельности человека'.

“Здание” современной биомеханики состоит как бы из трех “секций” и трех “этажей” (рис. 1).

1

В дальнейшем биомеханику физических упражнений будем называть просто биомеханикой.

Рис. 1. Архитектоника современной биомеханики

Биомеханика делится на общую, дифференциальную и частную.

Общая биомеханика решает теоретические проблемы и помогает узнать, как и почему человек двигается. Этот раздел биомеханики очень важен для практики физического воспитания и спорта, ибо “нет ничего практичнее хорошей теории”.

Дифференциальная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности. Изучаются особенности, зависящие от возраста, пола, состояния здоровья, уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т. п.

Частная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта и разновидностях массовой физкультуры. В том числе в оздоровительном беге и ходьбе, общеразвивающих гимнастических упражнениях, ритмической гимнастике на суше (аэробика) и в воде (акваробика) и т. п. Основной вопрос частной биомеханики — как научить человека правильно выполнять разнообразные движения или как самостоятельно освоить культуру движений.

На трех “этажах” (уровнях) биомеханики изучают: движения — двигательные действия — двигательную деятельность. На первом уровне фактические данные для исследования движений добываются чаще всего в экспериментах с изолированными мышцами и другими частями тела животных.

 

За редким исключением (например, движения новорожденного) здоровый человек выполняет целенаправленные и мотивированные движения, или двигательные действия. На этом уровне биомеханика изучает и совершенствует технику двигательных действий (например, технику прыжка, удара, шага и т. д.).

Третий уровень биомеханики посвящен тактике двигательной деятельности. При выполнении физических упражнений двигательная деятельность складывается из двигательных действий, как цепь из звеньев. Например, бег состоит из отдельных шагов; стрельба — из изготовки, прицеливания и выстрела; штрафной удар в футболе — из разбега и удара ногой по мячу. Двигательные действия в такой цепи взаимосвязаны и взаимообусловлены. Поэтому двигательная деятельность — это система двигательных действий.

Биомеханика занимает особое положение среди наук о физическом воспитании и спорте. Она базируется на анатомии, физиологии и фундаментальных научных дисциплинах— физике (механике), математике и теории управления. Взаимодействие биомеханики с биохимией, психологией и эстетикой дало жизнь новым научным направлениям, которые, едва родившись, уже приносят большую практическую пользу. В их числе “психобиомеханика”, энергетические и эстетические аспекты биомеханики.

Более других медико-биологических и педагогических дисциплин биомеханика использует достижения электронно-вычислительной техники.

Но главное — биомеханика служит связующим звеном между теорией и практикой физического воспитания, спорта и массовой физической культуры. Опираясь на знание биомеханики, педагогу легче учить своих воспитанников. Но для этого необходимо уметь анализировать двигательную деятельность, или, говоря на профессиональном языке, читать движения. Здесь можно провести аналогию с музыкой. Неспециалист воспринимает фонограмму музыкального произведения эмоционально. А профессионал-музыкант различает голоса разных инструментов, тонко оценивает согласованность их звучания, замечает ошибки и, кроме того, может “мысленно услышать” звуки, записанные на нотных линейках. Так и специалист по физическому воспитанию должен уметь “мысленно увидеть” движение, если зарегистрированы его характеристики (траектория, скорость, сила и т. д.).

Рис. 2. Фазовый состав ударного действия в теннисе (по Л. С. Зайцевой) :

А — хронограмма; Б — тензометрическая отметка удараг, I — фаза движения назад для замаха; II — фаза ускоренного движения ракетки вперед; III — фаза взаимодействия ракетки с мячом; IV — фаза замедленного движения ракетки вперед; V — фаза возвращения ракетки в исходное положение

Процедура анализа двигательной деятельности (биомеханического анализа) состоит из следующих этапов:

1. Изучение внешней картины двигательной деятельности. Прежде всего выясняют, из каких двигательных действий она состоит и в каком порядке действия следуют друг за другом. Например, школьный урок физической культуры состоит из ряда упражнений. Нужно учитывать, что характер, продолжительность и интенсивность предшествующих упражнений оказывают влияние на качество выполнения последующих.

Изучая внешнюю картину двигательной деятельности, регистрируют кинематические характеристики (см. в главе 3). Особенно важно знать продолжительность отдельных частей движения (фаз), графическим отображением чего является хронограмма. Хронограмма двигательного действия характеризует технику (рис. 2), а хронограмма двигательной деятельности — первое, на что обращают внимание при анализе спортивной тактики.

2. Выяснение причин, вызывающих и изменяющих движения. Они не доступны визуальному контролю, и для их анализа необходимо регистрировать динамические характеристики (см. в главе 3). Важнейшее

 

значение здесь имеют величины сил, действующих на человека извне и создаваемых его собственными мышцами.

3. Определение топографии работающих мышц. На этом этапе выявляется, какие мышцы и как участвуют в выполнении данного упражнения. Зная, какие мышцы преимущественно обеспечивают двигательную деятельность, к которой готовит себя человек, можно из множества физических упражнений отобрать способствующие развитию именно этих мышц и их координации.

, В зависимости от того, какая часть всей мышечной массы тела задействована, различают: глобальную мышечную работу (более

2/з), регионарную (от '/з до 2/з) и локальную (менее Vs). Так, бегуны, пловцы, лыжники выполняют глобальную мышечную работу. К регионарной относится, например, мышечная работа, выполняемая при некоторых общеразвивающих гимнастических упражнениях (подтягивании на перекладине, поднимании ног и верхней части туловища из положения лежа на спине и т. п.).

Представление о том, какие мышцы задействованы в каждом упражнении, можно получить, регистрируя их

Рис. 3. Схематическое изображение мышц тела человека и мест наложения электромиографических электродов (по Вгоег, Каунсилмену, Барчаи, переработано)

Рис. 4. Граничные позы при подтягивании в висе лежа на низкой перекладине (штриховкой обозначены наиболее активные мышцы):

/ — мышцы-сгибатели кисти; 2 — трехглавая м. плеча; 3 — двуглавая м. плеча; 4 — плечелучевая м.; 5 — большая грудная м.; 6 — широчайшая м. спины; 7 — четырехглавая м. бедра; 8 — мышцы-разгибатели стопы; 9 — прямая м. живота

электрическую активность. Чем интенсивнее работает мышца, тем выше ее электрическая активность и больше амплитуда электромиограммы.

На рис. 3 показаны места наложения электродов при записи электромиограммы, а на рис. 4 — пример графического изображения топографии работающих мышц.

Хорошо известно, что разные движения отличаются одно от другого по кинематике (внешней картине) и динамике (характеру силовых взаимодействий). Точно так же и электромиографический портрет движений неодинаков в разных упражнениях. Но, как пишет Р. С. Персон, “даже весьма сложные движения, если они достаточно автоматизированы (например, ходьба и другие локомоции, обычные бытовые, профессиональные и спортивные движения), имеют более или менее постоянный рисунок возбуждения мышц не только при повторении движения одним человеком, но и у разных людей”

(Персон Р. С. Электромиография в исследованиях человека.— М., 1969.—С. 137).

4. Определение энергетических затрат и того, сколь целесообразно расходуется энергия работающих мышц. Для ответа на эти вопросы регистрируют энергетические характеристики (см. в главе 3). Наряду с величинами энергозатрат важна экономичность, которая тем выше, чем больше доля полезных энергозатрат по отношению ко всей затраченной энергии. Подсчитано, например, что у стайеров высшей квалификации повышение экономичности бега на 20% перемещает бегуна в списке лучших с 10-го на 1-е место.

5. Выявление оптимальных двигательных режимов (наилучшей техники двигательных действий и наилучшей тактики двигательной деятельности) осуществляется на заключительном этапе биомеханического анализа. Здесь же оценивается степень соответствия реально имеющих место и оптимальных вариантов техники и тактики.

Оптимальным (от лат. optimus — наилучший) называется наилучший вариант из всех возможных. В спорте (а в последнее время и в оздоровительной физкультуре) постоянно идет поиск оптимальных вариантов техники и тактики и определение степени соответствия реально наблюдаемого двигательного режима оптимальному. Тем самым решается задача оптимизации двигательной деятельности или ее рационализации (если не удается достичь идеала, но можно к нему приблизиться).

Оптимизацией называют выбор наилучшего варианта из числа возможных. Но что такое наилучший вариант двигательной деятельности? Общего ответа на этот вопрос не существует, поскольку все зависит от конкретной ситуации и поставленной цели. Так, человек, спасаю-'-" щийся от преследователей, не думает о красоте и экономичности. Главное — бежать быстро. Другое дело, гимнастка, выполняющая вольные упражнения. Она стремится двигаться как можно красивее, в соответствии с эстетическими канонами своего вида спорта. В этих ситуациях различны цели людей. И потому неодинаковы критерии оптимальности, т. е. показатели, используемые для

оценки степени достижения поставленной цели (рис. 5).

Экономичность двигательной деятельности обратно пропорциональна энергии, затрачиваемой на единицу выполняемой работы или метр пройденного пути. Это важнейший критерий оптимальности, и мы еще не раз к нему вернемся.

Механическая производительность тем выше, чем больший объем работы выполняется за определенное время или чем быстрее выполняется данный объем работы. Например, в циклических видах спорта механическая производительность оценивается временем преодоления соревновательной дистанции, а в массовой физической культуре — расстоянием, которое человек может пройти, пробежать или проплыть за 12 мин.

Рис. 5. Критерии оптимальности двигательной деятельности

Точность двигательных действий имеет две разновидности: целевая точность и точность воспроизведения заданной внешней картины движений (например, при выполнении “школы” в фигурном катании). Целевая точность оценивается отклонением точки попадания от центра

мишени (например, в стрельбе) или отношением числа успешно выполненных двигательных действий к их общему числу (ударов в боксе и спортивных играх, бросков в борьбе, передач и приемов мяча и т. п.).

Эстетичность оценивается близостью кинематики (т. е. внешней картины движения) к эстетическому идеалу — общепринятому или принятому в данном виде спорта (фигурном катании, художественной гимнастике, синхронном плавании и т. п.).

Комфортабельными считаются плавные движения. Чем больше сотрясается тело при ходьбе, беге и т. п., тем ниже комфортабельность.

Безопасность тем выше, чем меньше вероятность травмы.

Трудоемкость биомеханического анализа и польза от него зависят от того, насколько педагог стремится разобраться в технике и тактике своих учеников. Различают системно-структурный и функциональный подходы к анализу двигательной деятельности.

Функциональный подход позволяет констатировать те или иные несовершенства техники и тактики. На-

пример, на уроке физкультуры можно увидеть, что техника подтягивания у многих отличается от эталонной, рекомендованной в комплексе ГТО. Но как ее исправить? Функциональный подход не дает ответа на этот вопрос. На его знамени написано: овладевать процессом управления без полного раскрытия его внутренней природы. Понятно, что такой путь ненадежен. Не имея ясных рекомендаций для устранения недочетов в технике и тактике, преподаватель вынужден действовать наугад.

Системно-структурный подход дает более конкретные рекомендации. Педагог, применяющий при обучении своих учеников системно-структурный подход, стремится к познанию состава и структуры двигательной деятельности, т. е. к ответу на вопросы, из каких элементов она состоит и как они связаны между собой. Кроме того, выясняют внутренние механизмы, т. е. стремятся ответить на вопрос, почему двигательные действия выполнены именно так, а не иначе. Наиболее широко распространенным приемом системно-структурного подхода является выполняемое по определенным правилам разделение двигательного действия на части (“фазы”) (см. рис. 2). В главе 6 рассказывается об этих правилах.

Функциональный и системно-структурный подходы к анализу и совершенствованию двигательной деятельности дополняют друг друга. Применяя системно-структурный подход, педагог ведет анализ от сложного к простому. Элементы двигательной деятельности, находящиеся на нижней ступени иерархической лестницы, остаются нераскрытыми, недетализированными и рассматриваются уже с позиций функционального подхода. Уровень, на котором системно-структурный подход переходит в функциональный, зависит от решаемых задач.

Например, при тактической подготовке двигательные действия (технические элементы) считаются “неделимыми кирпичиками”, из которых складывается двигательная деятельность. А при технической подготовке детально изучается взаимодействие мышц, костей, суставно-связочного аппарата. Но по отношению к отдельным элементам двигательного аппарата применяется функциональный подход: их строение и функционирование на молекулярном уровне обычно не рассматриваются.

В современной биомеханике гармонично переплетаются идеи и методы оптимизации двигательной деятельности, функционального и системно-структурного подходов, автоматизированного контроля за технико-тактическим мастерством, моделирования техники и тактики на электронно-вычислительных машинах. Но главным остается мысль и труд исследователя, постигающего закономерности движений, и педагога, который использует эти достижения в учебном и тренировочном процессах.

 

Рис. 6. Кроссворд.

По горизонтали: 1. Основоположник отечественной биомеханической школы. 2. Наука о двигательных возможностях и двигательной деятельности человека и животных. 3. Критерий оптимальности. 

4. Автор первой книги по биомеханике.

По вертикали: 1. Способ взаимосвязи между элементами системы. 2. Раздел биомеханики, изучающий внешнюю картину движений. 3. Критерий оптимальности.

Контрольные вопросы

1. Что изучает биомеханика?

2. Каковы основные разделы биомеханики?

3. В чем различия между такими понятиями, как “движение”, “двигательное действие” и “двигательная деятельность”?

4. Перечислите основные этапы биомеханического анализа.

5. Что такое оптимизация двигательной деятельности?

6. Какие критерии оптимальности двигательной деятельности вам известны?

7. В чем заключается главное отличие функционального подхода от системно-структурного?

8. Что такое топография работающих мышц?

9. Приведите примеры ситуаций из практики физического воспитания и спорта, когда необходимо биомеханическое обоснование:

а) техники двигательных действий;

б) тактики двигательной деятельности. 

10. Решите кроссворд (рис. 6).

 

Русский стиль - поддержка студии Black Ice (c) 1999-2002

Используются технологии uCoz

russtil1.narod.ru

Биомеханическая характеристика силовых качеств - Рукопашный бой и единоборства

кл слова: физ качества, сила, научные, биомеханика

Сила действия человекаПонятие о силовых качествахСила действия человека и сила мышцЗависимость силы действия от параметров двигательных заданийПоложение тела и сила действия человекаВыбор положения тела при тренировке силыТопография силыБиомеханические требования к специальным силовым упражнениям . Метод сопряженного воздействия

Сила действия человека

В биомеханике силой действия человека называется сила воздействия его на внешнее физическое окружение, передаваемая через рабочие точки своего тела. Примером могут быть сила давления на опору, сила тяги за рукоятку станового динамометра и т. п.

Сила — это мера механического действия одного тела на другое Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой:

Момент силы — это мера вращающего действия силы на тело; от определяется произведением модуля силы на ее плечо Сила действия человека (СДЧ), как и всякая другая сила, может быть представлена в виде вектора и определена указанием: 1) направ ления, 2) величины (скалярной) и 3) точки приложения (рис. 44).

Сила действия человека зависит от состояния данного человека и его волевых усилий, т. е. стремления проявить ту или иную величину силы, в частности максимальную силу, а также от внешних условий, в частности от параметров двигательных заданий.

Понятие о силовых качествах

Силовые качества характеризуются максимальными величинами силы действия ( F mm ), которую может проявить тот или иной человек. Вместо термина «силовые качества» используют также термины

«мышечная сила», «силовые возможности», «силовые способности». Наиболее распространенной является следующая классификация силовых качеств:

Силовые качества Условия проявления

1. Собственно-силовые Статический режим и медленные (статическая сила) движения

2. Скоростно-силовые:

а) динамическая сила Быстрые движения

б) амортизационная сила Уступающие движения

Сила действия человека и сила мышц

Сила действия человека непосредственно зависит от сил тяги мышц, т. е. сил, с которыми отдельные мышцы тянут за костные рычаги. Однако между натяжением той или иной мышцы и силой действия нет однозначного соответствия. Это объясняется, во-первых, тем, что почти любое движение происхо дит в результате сокращения большого числа мышечных групп; сила действия — итог их совмест ной активности; и, во-вторых, тем, что при изменении суставных углов меняются условия тяги мышц за кость, в частности пле чи сил мышечной тяги

Зависимость силы действия от параметров двигательных заданий

Рассмотрим зависимость силы действия от таких характеристик двигательных заданий, как: а) скорость движущегося звена тела, б) направление движения.

Связь «сила действия — скорость». Если толкать ядра различного веса, измеряя скорость вылета ядра и проявленную силу действия, то сила и скорость будут находиться в обратно пропорциональной зависимости: чем выше скорость, тем меньше проявленная сила, и наоборот. В крайнем случае, когда ядро будет

настолько тяжелым, что его уже нельзя сдвинуть с места, можно проявить наибольшую силу действия (статическое усилие, скорость равна нулю). Наоборот, при движении свободной руки (масса «ядра», а следовательно, и сила действия, приложенная к нему, равны нулю) скорость будет наибольшей. При толкании обычного ядра скорость и сила имеют какие-то средние величины.

Когда зависимость «сила — скорость» изучается в лабораторных условиях на изолированных мышцах, получаются весьма точные зависимости, характеризуемые уравнением Хилла (см. 14.3). «Кривая Хилла» сохраняет свою форму, если в эксперименте удается зарегис трировать силу и скорость сокращения отдельной мышцы у человека (это пока можно сделать только на больных после определенных ортопедических операций).

При регистрации же силы действия, обусловленной совокупной активностью многих мышц, картина несколько сложнее. Так, в односуставных движениях зависимость, как правило, полностью сохраняется. В многосуставных движениях «на краях» зависимости (т. е. в зонах очень больших сил или очень больших скоростей) характер зависимости подчас меняется. Например, при метании с места ядер разного веса оказывается, что ядро весом 150 г спортсмены высокой квалификации метают дальше (т. е. выбрасывают его с большей скоростью), чем более легкое ядро (шарик) — весом 80 г (рис. 45). Наиболее вероятная причина этого — стремление предохранить руку от травмы. Однако в принципе, в общих чертах обнаруженная на отдельных мышцах зависимость между силой и скоростью сокращения проявляется и в сложнокоординированных движениях человека.

Связь «сила действия — направление движе ния». Сила действия в уступающих движениях может значительно (до 50—100%) превосходить максимальную изометрическую силу че­ловека.

Например, сила действия, проявляемая при приземлении с большой высоты, больше той, которую спортсмен может проявить в отталкивании. Очень часто максимальные величины силы действия проявляются именно в уступающих фазах движения. Сила действия в уступающем режиме зависит от скорости. Чем быстрее происходит растягивание активных мышц, тем большую силу они проявляют (рис. 46).

Положение тела и сила действия человека

Сила действия человека зависит от положения его тела. Эту зависимость определяют следующие основные причины. Первая: с изменением положения сустава изменяется длина мышц. Сила же, проявляемая мышцей, зависит от ее длины (см. §14). Приближенно можно считать, что максимальная сила, проявляемая мышцей, падает пропорционально квадрату уменьшения ее длины. Наименьшие величины натяжения мышца проявляет при своем на­ибольшем укорочении.

Вторая: изменение плеча силы тяги мышцы относительно оси 1;вращения. Известно, что в механике плечом силы называется крат чайшее расстояние (перпендикуляр) от оси вращения до линии действия силы. Характерное для двигательного аппарата человека близкое прикрепление мышц к оси вращения приводит к тому, что в боль шинстве движений достигается выигрыш в скорости и расстоянии за счет проигрыша в силе. Так, при угле равном 90° в локтевом суставе сгибатели его (в частности, двуглавая мышца плеча) проиг­рывают в силе приблизительно в 10 раз; в области ахиллова сухожилия при отталкивании стопой наблюдается перегрузка примерно в 3 раза и т. п. При изменении суставного угла плечо тяги мышц меняется, в результате меняется и создаваемый ими вращательный момент силы. Например, плечо силы длинной головки двуглавой мышцы плеча зависит от суставного угла следующим образом:

Суставной угол (угловые

градусы) 180 160 140 120 100 80 60

Плечо силы тяги мышцы

(мм) 11,5 16,8 26,9 37,4 43,5 45,5 39,2

Как видно, плечо силы меняется примерно в 4 раза. Следовательно, если натяжение мышцы будет одним и тем же, то при изменении угла сила действия может увеличиться или уменьшиться в 4 раза.

Указанные причины — изменение длины мышц и плеч сил мышеч ного натяжения — обусловливают то, что для каждого односуставного движения существует определенная зависимость между суставным углом и максимальной силой действия. Когда в движении участвуют многосуставные мышцы (а в спорте так бывает в большинстве случаев), картина усложняется, поскольку длина этих мышц зависит от положения в соседних суставах. Например, максимальная сила

действия при сгибании в коленном суставе зависит от угла не только в этом суставе, но и в тазобедренном.

Тренеры должны хорошо знать, как изменяется сила действия спортсмена при разных положениях его тела в соревновательном движении, — без этого нельзя найти наилучший вариант техники.

Выбор положения тела при тренировке силы

При выборе силовых упражнений прежде всего необходимо убе диться в том, что в них будут активны именно те мышцы, силу которых надо увеличить. При этом следует иметь в виду, что подчас даже небольшие изменения положения тела могут привести к тому, что активными станут совершенно иные мышечные группы.

Если, например, спортсмен выполняет приседание со штангой 50 кг на плечах и нахо дится в одной из поз. показанных на рис. 47, то моменты силы, действующие в отдельных суставах, будут совершенно различны (табл. 4), хотя сила действия везде одинакова — 50 кг. Кроме величины силовых моментов меняется и направление их действия — сгибание вместо разгибания. Так, например, работают мышцы коленного сустава в позе Г: хотя в суставе происходит разгибание, активны в этот момент мышцы-сгибатели. Они препят ствуют излишне быстрому разгибанию. Если бы активность их внезапно прекратилась, то произошло бы резкое разгибание в коленных суставах, поскольку в этой позе совмест ное действие сил тяжести штанги и вышележащих сегментов тела (туловища с головой и руками, бедер), а также силовых моментов мышечной тяги в тазобедренных суставах создает в коленных суставах вращательный момент силы, действующий в направлении разгибания.

Наиболее точно определить, какая мышца и в какой степени принимает участие при выполнении того или иного упражнения, можно, зарегистрировав ее электрическую активность. В настоящее время во многих видах спорта составлены «электромиографические карты» активности мышц при выполнении как соревновательного, так и специальных упражнений.

Выбор разных положений тела при выполнении силовых упраж нений (например, подъемы прямых ног в висе или в положении лежа на спине, упражнения для разгибателей ног, выполняемые в глубоком приседе или полуприседе) приводит к тому, что наибольшее натяжение

активных мышц происходит при разной их длине. Экспериментально показано (Л. М. Райцин), что тренировка силовых качеств при рас тянутом положении активных мышечных групп вызывает меньший прирост силовых показателей, но более высокий их перенос на нетренируемые положения тела (по сравнению с тренировкой при укороченном положении тренируемых мышц). Наоборот, если мак симальное натяжение активных мышц имеет место при наибольшем их укорочении, силовые качества растут быстрее. Однако в этом случае перенос на нетренируемые положения тела существенно ниже, чём при тренировке в условиях удлиненного состояния активных мышц.

При одной и той же силе действия и разных позах величины сил и силовых моментов, действующих в отдельных суставах, могут быть совершенно различны. При неправильно выбранной позе силы могут стать настолько большими, что приведут к травме. Такие — опас­ные! — позы тела называют критическими. При правильной технике выполнения упражнения спортсмен избегает критических поз (т. е. не перегружает опасно мышцы и связки какого-либо сустава).

Топография силы

Соотношение максимальной силы действия разных мышечных групп получило название топографии силы. Чтобы получить относительно полное представление о топографии силы у какого-либо человека, надо измерить силу воз можно большего числа его мышеч ных групп.

У людей, не занимающихся спортом, обычно лучше всего раз виты мышцы, противодействую­щие силе тяжести (так называемые антигравитационные мышцы): раз гибатели спины и ног, сгибатели РУК.

У спортсменов топография силы

зависит от спортивной специализации. Во многих видах спорта обнару жена прямая зависимость между показателями топографии силы и спортивными результатами (табл. 5).

Из таблицы видно, что показатели силы кисти не связаны с успешностью выступления на брусьях; возможности же спортсменок в таких тестах, как подтягивание в висе и удержание угла, прямо влияют на спортивные результаты.

Неправильная топография силы может препятствовать овладению рациональной техникой даже в том случае, если сила отдельных мышечных групп сама по себе достаточна для успешного обучения. Скажем, начинающих толкателей ядра, у которых сила разгибателей рук относительно превосходит силу нижних конечностей, трудно обучить рациональной технике толкания. Они стремятся выполнить его в основном за счет движения толкающей руки и мало используют мощные мышцы ног и туловища.

Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям . Метод сопряженного воздействия

Специальными, как известно, называются упражнения, предназ начаемые для совершенствования техники и двигательных качеств, проявляемых при выполнении основ­ного соревновательного движения. Эти упражнения выполняют свое назначение, если они достаточно близки к соревновательному движе нию. С биомеханической точки зрения такие упражнения должны удовлет ворять так называемому принципу динамического соответст вия (по Ю. В. Верхошанскому), т. е. соответствовать соревновательному по следующим критериям: а) ампли туде и направлению движения, б) ак центируемому участку рабочей амплитуды движения, в) величине силы действия (или мышечной тяги), г) быстроте развития максимума силы действия, д) режиму работы мышц. Например, в легкой атлетике и сейчас еще нередко используют для развития силы мышц, сгибающих ногу в тазобедренном суставе, поднимание бедром диска от штанги (или другого отягощения) в положении стоя. Одна ко в этом упражнении ни амплитуда движения, ни, что еще более важно, акцентируемый участок движения не соответствуют таковым в беге и прыжках. Там акцентируемый участок

работы мышц-сгибателей бедра —в самом начале «выноса бедра» вперед при угле в тазобедренном суставе примерно 210°, а в поднимании бедром отягощения — при угле около 90°. Существует большое число специальных упражнений, где те же мышечные группы развиваются в условиях, гораздо более близких бегу и прыжкам

В качестве специальных силовых упражнений в современном спорте часто используют основные соревновательные движения с искусственно увеличенным сопротивлением: метание утяжеленных снарядов, прыж ки, бег, ходьбу с дополнительным отягощением (например, поясами или жилетами из просвинцованной резины), по песку или в гору и т. п. Поскольку при этом одновременно совершенствуются двигатель ные качества и техника движений, данное методическое направление получило название метода сопряженного воздей ствия (В. М. Дьячко )

ruk-boi.livejournal.com


Смотрите также