- •1. Основы эргометрии
- •2. Утомление и его биомеханические проявления
- •3. Выносливость и способы ее измерения
- •4. Проблема экономизации спортивной техники
- •1.Приятие о скоростных качествах
- •3. Скорость изменения силы (градиент силы)
- •4. Параметрические и непараметрические зависимости между силовыми и скоростными качествами
- •5. Биомеханические аспекты двигательных реакций
- •Средства воспитания выносливости.
Биомеханика — наука о законах механического движения, в живых системах.
В самом широком смысле к живым системам (биосистемам) относят: а) целостные организмы (например, человек); б) их органы и ткани, а также жидкости и газы в них (внутриорганизменные системы) и даже в) объединения организмов (например, совместно действующая пара акробатов, противодействующие борцы).
Биомеханика спорта как учебная дисциплина изучает движения человека в процессе физических упражнений- Она рассматривает двигательные действия спортсмена как системы взаимно связанных активных движений (объект познания). При этом исследуют механические и биологические причины движений и зависящие от них (особенности двигательных действий в различных условиях).
Для лучшего понимания сути и роди механического движения человека рассмотрим основные понятия о движении вообще и о движениях организмов (например, человека) в частности.
Механическое движение в живых системах проявляется как а) передвижение всей биосистемы относительно ее окружения (среды, опоры, физических тел) и б) деформация самой биосистемы — передвижение одних ее частей относительно других. Основные законы механики Ньютона описывают движение абстрактных абсолютно твердых тел, которые не деформируются. Таких (тел в природе не существует). Но в так называемых твердых телах Деформации бывают столь малы, что их нередко можно и не учитывать. В живых же системах существенно изменяется относительное расположение их частей. Эти изменения и есть движения человека. Сами части живых систем (например, позвоночный столб, грудная клетка) также подчас существенно деформируются. Поэтому, изучая движение живой системы, имеют в виду, что работа сил тратится и на передвижение тела в целом, и на деформации. При этом всегда имеются потери энергии, ее рассеяние. Чисто механического движения вообще в природе не существует. Оно всегда сопровождается превращениями механической энергии в другие виды (например, в тепловую) и ее потерями.
Механическое движение человека, изучаемое в биомеханике спорта, Происходит под воздействием внешних механических сил (тяжести, трения и многих других) и сил тяги мышц. Последние же управляются центральной нервной системой и, следовательно, обусловлены физиологическими процессами. Поэтому для достаточно полного понимания природы живого движения необходимо не только изучение собственно механики движений, но и рассмотрение их биологической стороны. Именно она определяет причины организации механических сил.
Надо знать, что не существует особых законов механики для живого мира. Но насколько живые системы отличаются от абстрактных абсолютно твердых тел, настолько же механическое движение живого сложнее движения абсолютно твердого тела. Следовательно, применяя общие законы механики к живым объектам, необходимо учитывать не только их механические особенности, но и биологические (например, причины приспособления движений человека к условиям, пути совершенствования движений, влияние утомления).
Особенности механического движения человека
Двигательная деятельность человека осуществляется в виде двигательных действий, которые организованы из многих взаимосвязанных движений (системы движений).
Двигательная деятельность человека — одно из сложнейших явлений в мире. Она сложна не только потому, что очень непросты функции органов движения, а еще и потому, что в ней участвует сознание как продукт наиболее высокоорганизованной материи — мозга. Поэтому двигательная деятельность человека существенно отличается от деятельности животных. В первую очередь речь идет об осознанной целенаправленной активности человека, о понимании смысла ее, о возможности контролировать и планомерно совершенствовать свои движения. Сходство между движениями животных и человека имеется только на чисто биологическом уровне. При помощи двигательной деятельности человек в процессе физического воспитания активно преобразует свою собственную природу, физически совершенствуется. Он преобразует мир, используя возможности научно-технического прогресса, в конечном счете также посредством двигательной деятельности (действия, речь, письмо и т. п.). Двигательная деятельность человека складывается из его действий.
Двигательные действия осуществляются при помощи произвольных активных движений, вызванных и управляемых работой мышц. Человек произвольно, по собственной воле, начинает движения, изменяет их и прекращает, когда цель достигнута (И. М. Сеченов). В норме человек производит не просто движения, а всегда действия — утверждал создатель отечественной школы биомеханики Н, А. Берн-штейн. Действия человека всегда имеют цель, определенный смысл. Еще Ньютон поставил вопрос «каким образом движения тел следуют воле?», т. е. достигают поставленной цели. Но только в наше время начинают разрабатывать механику целенаправленных (произвольных) движений человека, исходя из цели движений.
Движения отдельных частей тела объединены в управляемые системы движений, целостные двигательные акты (например, гимнастические упражнения, способы передвижения на лыжах, приемы игры в баскетбол). В системы движений входит также и активное сохранение положений отдельных частей тела (в суставах), а иногда и всего тела. Каждое движение выполняет свою роль в целостном действии, так или иначе соответствует цели действия. Если спортсмен будет находить и осуществлять цель в каждом движении, то и действия будут лучше
Хотя причины движений в биомеханике и рассматриваются с точки фения механики и биологии, их закономерности надо брать во взаимосвязи, учитывая роль человеческого сознания в целенаправленном управлении движениями. Именно взаимосвязь механических и биологических закономерностей позволяет раскрыть специфику биомеханики. Сознательное управление движениями с использованием этой специфики обеспечивает их высокую эффективность в различных условиях исполнения.
Биомеханическая характеристика выносливости
1. Основы эргометрии
Эргометрией - называется совокупность количественных методов измерения физической работоспособности человека. Когда человек выполняет какое-либо достаточно длительное двигательное задание можно говорить о трех основными переменными:
1. Интенсивность выполняемого двигательного задания. Словами «интенсивность двигательного задания» обозначается одна из трех механических величин:
а) скорость спортсмена (например, в беге; единица измерения — м/с); б) мощность (например, при педалировании на велоэргометре; единица измерения — ватты); в) сила (например, при статическом удержании груза; единица измерения — ньютоны).
2. Объем выполненного двигательного задания. Этими словами обозначается одна из следующих трех механических величин:
а) пройденное расстояние (например, в беге; единица измерения—метры); б) выполненная работа (в физическом смысле, например, при вращении педалей велоэргометра; единица измерения — джоули); в) импульс силы(при статическом усилии; единица измерения—ньютон-секунды).
3. Время выполнения (единица измерения—секунды).
Показатели интенсивности, объема и времени выполнения двигательного задания называются эргометрическими показателями. Один из них всегда задается как параметр двигательного задания; два других — измеряются. Например, при беге на 5000 м дистанция задается заранее, а время бега и средняя скорость измеряются; при часовом беге задается время, а измеряются дистанция и скорость; при беге с заданной скоростью «до отказа» измеряются дистанция и время, скорость же определяется заранее и т. д.
В табл. 7 сведены воедино разные варианты измерения физической работоспособности человека.
Если величины времени, интенсивности и объема двигательных заданий соответствуют друг другу, то, как экспериментально показано, при разных вариантах заданий получаются совпадающие результаты. Например, если спортсмены пробегают дистанцию 3 км за 12,0 мин (средняя скорость ~ 4,1 м/с), то при задании пробежать наибольшую дистанцию за 12 мин (так называемый тест Купера) они пробегут тоже 3 км, а если им предложить бежать с постоянной скоростью 4,1 м/с, то они будут в состоянии поддерживать ее в среднем лишь 12 мин,(это для них предельная длительность данного двигательного задания — t m ; и пробегут за это время те же 3 км. Таким образом, конкретный вариант задания (что именно — дистанция, скорость или время — задается, а что измеряется) для эргометрических показателей не имеет значения. Поэтому результаты, полученные в заданиях одного типа (например, в беге с заданной скоростью), можно переносить на задания другого типа (например, бег на определенную дистанцию), если только задаваемые или регистрируемые значения времени, интенсивности и объема двигательных заданий совпадают. Это так называемое правило обратимости двигательных заданий.
Как уже говорилось, двигательные задания могут отличаться по задаваемым условиям (параметрам) выполнения. В видах спорта циклического характера параметром является длина дистанции (гораздо реже задается время работы — часовой бег, часовая езда на велосипеде и т. п.). В результате возникают три зависимости: дистанция — время, скорость — время и дистанция — скорость. Наиболее интересны две первые из них. Их можно проанализировать на примере мировых рекордов.
Во всех видах спорта циклического характера v широком диапазоне дистанций связь между длиной дистанции и рекордным временем ( fc ) прямолинейна (рис. 55). Как известно, уравнение прямой линии имеет вид:
D = а + b * t m (1),
где D — дистанция (м), t m — время, а и b — коэффициенты. На графике а равно величине отрезка, отсекаемого на оси ординат (т. е. величине дистанции при t m =0), a b — тангенсу угла наклона «линии рекордов» к оси абсцисс. Чем большую работу выполнил спортсмен (например, чем большую дистанцию он преодолел), тем больше энергии он затратил. С точки зрения биомеханики (в частности, анализа затрат энергии) коэффициенты а и б в приведенном уравнении имеют четкий смысл:
а — величина дистанции, пройденная за счет запасов энергии, не восстанавливаемых по ходу выполнения двигательного задания;
b — максимальная скорость передвижения, которая может быть достигнута за счет энергии из источников, восстанавливаемых по ходу выполнения задания.
Из курсов биохимии и физиологии известно, что в организме человека есть два источника энергопродукции: анаэробный и аэробный. Наибольшая величина энергии, освобождаемой при мышечной работе, определяяется величинами:
а) максимального кислородного долга,
б) кислородной емкости, т. е. произведения времени работы ( t m ) на скорость потребления кислорода (л/мин).
Поскольку величины кислородного долга и текущего потребления кислорода характеризуют величину освобожденной энергии, можно записать:
Е = a 1 + b 1 * t m (2),
где Е — суммарная величина энергии, t m — предельная продолжительность работы, а, — анаэробная энергопродукция (калории или джоули), b 1 —скорость аэробной энергопродукции (кал/мин или ватты).
Видно, что уравнение (2) совпадает с уравнением (1). На основе этого принято считать, что коэффициент а в уравнении (1) отражает «дистанцию анаэробных резервов», а коэффициент b — скорость, при которой имеет место максимальное потребление кислорода (критическую скорость).
Значения дистанции анаэробных резервов и критической скорости в некоторых видах спорта циклического характера приведены в табл. 8.
Работа со скоростью ниже критической может продолжаться очень долго — часами. Превышение же этой скорости быстро приводит к снижению работоспособности.
Поскольку средняя скорость на определенной дистанции равна частному от деления длины дистанции ( D ) на время ( tm ), можно на основе уравнения (1) записать:
V = D / t m = a / t m + b (3).
Из уравнения (3) видно, что увеличение t m приводит к снижению v (и наоборот, вспомните правило обратимости двигательных заданий). Анализ параметрической зависимости «скорость — время» подтверждает это (рис. 56).
Проведенный выше анализ и уравнения (1), (2) и (3) справедливы лишь в принципе, в своих основных чертах. В действительности эти зависимости усложняются рядом дополнительных факторов (например, возможностью локального утомления отдельных мышечных групп, замедленностью развертывания аэробных процессов в начале мышечной работы, неодинаковой экономичностью мышечной работы разной продолжительности).