close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2934.УМК по дисциплине БИОМЕХАНИКА

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Шуйский филиал ИвГУ
Кафедра теории и методики физической культуры и спорта
УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
по дисциплине
БИОМЕХАНИКА
для направления подготовки
034400.62 Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья
(адаптивная физическая культура)
Профиль подготовки
«Физическая реабилитация»
Шуя,2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
2
Учебно-методический комплекс представляет собой набор средств обучения,
составляющих методическую базу обучения по направлению подготовки 034400.62
Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (адаптивная физическая
культура), профиль подготовки «Физическая реабилитация».
Цель УМК – методическое обеспечение учебного процесса по программе учебной
дисциплины федерального компонента для направлению подготовки 034400.62 Физическая
культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (адаптивная физическая культура),
профиль подготовки «Физическая реабилитация» в соответствии с едиными требованиями
Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования (ФГОС ВПО).
Задачи УМК:
1.
Методическое сопровождение и консультативная поддержка учебной
деятельности студентов по практическим, лекционным и самостоятельным занятиям.
2.
Обеспечение целостности учебного процесса по курсу «биомеханика» и его
организации при реализации федерального государственного образовательного стандарта
высшего профессионального образования по направлению подготовки 034400.62 Физическая
культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (адаптивная физическая культура),
профиль подготовки «Физическая реабилитация».
3.
Стандартизация требований к методическому обеспечению учебного процесса.
4.
Унификация контроля за методическим обеспечением учебного процесса по
курсу «Биомеханика»
Средства обучения, входящие в УМК взаимосвязаны, подчинены общей цели и
методической идее. Методические материалы данного комплекта позволят существенно
повысить качество подготовки студентов к занятиям.
Учебно-методический комплекс составлен с учетом требований внутривузовского
положения об учебно-методическом комплексе по отдельной дисциплине основной
образовательной программы специальности (протокол № 7 заседания Ученого совета от 21
декабря 2010 г.) и рабочего учебного плана направления подготовки 034400.62 Физическая
культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (адаптивная физическая культура)
профиля «Физическая реабилитация», утвержденного Ученым советом 28.06.2011 г.,
протокол №6).
Практическое использование студентами и преподавателями учебно-методического
комплекса по дисциплине Биомеханика заключается:
- в возможности самостоятельного изучения дисциплины благодаря наличию
конспектов лекций, практических рекомендаций по выполнению практических и
лабораторных занятий, лекционный курс дополнен видеоматериалами.
- возможности самостоятельной проверке степени освоения содержания дисциплины
по фонду оценочных средств.
2. ПЕРЕЧЕНЬ МАТЕРИАЛОВ, ВХОДЯЩИХ В УМК
1. Пояснительная записка.
2. Перечень материалов, входящих в УМК
3. Содержание дисциплины по ООП направления подготовки 034400.62 Физическая
культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (адаптивная физическая
культура), профиль подготовки «Физическая реабилитация»
4. Выписка из рабочего учебного плана
5. Программа учебной дисциплины
6. Уточненный тематический план на текущий учебный год
7. Критерии оценки разных видов учебной деятельности
8. Уточненный раздел программы «Учебно-методическое и информационное
обеспечение».
9. Методические указания к лабораторным занятиям.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
Методические указания для проведения самостоятельной работы по дисциплине.
Материалы для текущего и промежуточного контроля
Методические рекомендации по написанию рефератов с примерной их тематикой
Электронные версии учебно-методических материалов, контрольных и обучающих
работ.
14. Вариативная часть УМК.
10.
11.
12.
13.
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «БИОМЕХАНИКА» ПО ОСНОВНОЙ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ
направления подготовки 034400.62 Физическая культура для лиц с отклонениями в
состоянии здоровья (адаптивная физическая культура)
профиля «Физическая реабилитация»
1. Цели дисциплины: показать строения и функции двигательной системы человека при
организации рациональной деятельности в разных сферах адаптивной физической культуры
и адаптивного спорта.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Биомеханика относится к профессиональному
циклу вариативной части (Б3.В.ОД.4).
Для освоения дисциплины «Биомеханика» студенты используют знания, умения, навыки,
сформированные в ходе изучения дисциплин: «Математика», «Анатомия человека».
Изучение данной дисциплины служит основой для освоения таких дисциплин как, «Теория и
организация адаптивной физической культуры», «Базовые виды двигательной
деятельности».
Содержание тем: Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных
движений. Биомеханические аспекты строения и функций двигательного аппарата человека.
Основы управления двигательными действиями человека. Биомеханика силы, быстроты,
выносливости и гибкости. Оздоровительная направленность физических упражнений и
биомеханические требования к их выполнению. Циклические и ациклические локомоторные
действия, основные механизмы перемещающих действий, сохранение положения тела и
действия на месте. Биомеханические аспекты природы возникновения и профилактики
травм. Индивидуальные и групповые особенности моторики человека. Спортивнотехническое мастерство.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
 использованием
основные
законы
естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-14);
 способностью обеспечивать условия для наиболее полного устранения ограничений
жизнедеятельности, вызванных нарушением или временной утратой функций
организма человека (ПК-26);
 знанием актуальных проблем в сфере адаптивной физической культуры (ПК-35);
 способностью проводить научные исследования по определению эффективности
различных сторон деятельности в сфере адаптивной физической культуры с
использованием современных методов исследования (ПК-36);
 способностью проводить обработку результатов исследований с использованием
методов математической статистики, информационных технологий, формулировать и
представлять обобщения и выводы (ПК-37);
 способностью проводить научный анализ результатов исследований и использовать
их в практической деятельности (ПК-38);
В результате изучения базовой части цикла обучающийся должен:
знать:
основы
теории
образовательной,
воспитательной,
развивающей
(тренировочной) деятельностей, их особенности в процессе реализации реабилитационн ых,
компенсаторных, профилактических мероприятий в различных видах адаптивной
физической культуры;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
возможности приспособления внешней среды для реализации основных видов
жизнедеятельности человека с отклонениями в состоянии здоровья, закономерности
развития различных видов заболеваний и поражений организма человека, вторичных
отклонений, обусловленных основным заболеванием, сопутствующих основному дефекту
заболеваний и поражений; актуальные проблемы в сфере адаптивной физической культуры;
уметь: обучить лиц с отклонениями в состоянии здоровья знаниями и способами
воздействия на физические характеристики в соответствии с выделяемыми видами
адаптивной физической культуры;
способствовать развитию психических и физических качеств занимающихся с учетом
сенситивных периодов развития их функций, этиологии и патогенеза заболеваний,
воплощать в жизнь задачи развивающего обучения, осуществлять простейшие приемы
психотерапии по профилактике и (или) устранению психологических комплексов болезни и
инвалидности;
проводить научные исследования, обработку результатов, анализ полученных данных.
владеть: средствами, методами, приемами, техническими средствами и тренажерами
для осуществления когнитивного и двигательного (моторного) бучения, воспитания и
развития (тренировки) лиц с ограниченными возможностями здоровья;
методами измерения и оценки физического развития, функциональной
подготовленности, психического состояния лиц с ограниченными возможностями здоровья,
воздействия на занимающихся;
способами обеспечения условий для наиболее полного устранения ограничений
жизнедеятельности, вызванных нарушением или временной утратой функций организма
человека.
4. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.
Отчетность: зачет – 3 курс обучения.
Наименование
дисциплины, курс на
котором она изучается
Проверяемые
компетенции
Способствует вместе с
другими дисциплинами
формированию и
развитию компетенций
Биомеханика
3 курс,5семестр
ПК – 26, 35, 36, 37, 38
ОК – 14
4. ВЫПИСКА ИЗ РАБОЧЕГО УЧЕБНОГО ПЛАНА
4
4
Лабораторные
62
Лекции
Сам.работа
Аудиторные
108 108 6
КСР
5
Всего по по 3ЕТ с Эк
Биомеханик
а
Всего
Б3.В.О
Д.4
Экзамены
Зачеты
Курсовые работы
Выписка из рабочего учебного плана направления подготовки 034400.62 Физическая
культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья (Адаптивная физическая культура)
профиля «Физическая реабилитация»
(ЗФО)
По
Название
семест
Часов
5 семестр Перечень
дисциплины
компетенций
рам
2
(ОК-14) (ПК-26,
35, 36, 37, 38)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
5
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Шуйский филиал ИвГУ
Кафедра теории и методики физической культуры и спорта
УТВЕРЖДЕНА
постановлением ученого совета филиала
протокол № 3 от 18.06.2013 г.
Председатель совета, директор
________________А.А. Михайлов
Рабочая программа учебной дисциплины
БИОМЕХАНИКА
Направление подготовки
034400.62 Физическая культура для лиц с отклонениями в состоянии здоровья
(адаптивная физическая культура)
Профиль подготовки
«Физическая реабилитация»
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
заочная
Составитель:
Правдов М.А., доктор педагогических
наук, профессор
Правдов
Д.М.,
кандидат
педагогических наук, доцент
Рецензент:
Перевозчикова
Е.В.
кандидат
педагогических наук, доцент
Шуя 2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Целями дисциплины «Биомеханика» являются показать строения и функции двигательной
системы человека при организации рациональной деятельности в разных сферах адаптивной
физической культуры и адаптивного спорта.
Задачи дисциплины:
 Изучить биомеханические характеристики двигательной деятельности лиц с
отклонениями в состоянии здоровья на основе использования основных законов
естественнонаучных дисциплин, в том числе биомеханики;
 Познакомить с актуальными проблемами биомеханики в сфере адаптивной
физической культуры;
 Научить проведению контроля за динамическими и кинематическими параметрами
физических упражнений у лиц, имеющих отклонения в состоянии здоровья по
определению эффективности различных сторон деятельности в сфере адаптивной
физической культуры с использованием современных методов исследования;
 ознакомить с биомеханическими основами техники двигательных действий ;
 способностью проводить научный анализ результатов исследований и использовать
их в практической деятельности.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Биомеханика относится к профессиональному циклу вариативной части (Б3.В.4).
Для освоения дисциплины «Биомеханика» студенты используют знания, умения, навыки,
сформированные в ходе изучения дисциплин: «Математика», «Анатомия человека».
Изучение данной дисциплины служит основой для освоения таких дисциплин как, «Теория и
организация адаптивной физической культуры», «Базовые виды двигательной
деятельности».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
«Биомеханика»
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
 использованием
основные
законы
естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-14);
 способностью обеспечивать условия для наиболее полного устранения ограничений
жизнедеятельности, вызванных нарушением или временной утратой функций
организма человека (ПК-26);
 знанием актуальных проблем в сфере адаптивной физической культуры (ПК-35);
 способностью проводить научные исследования по определению эффективности
различных сторон деятельности в сфере адаптивной физической культуры с
использованием современных методов исследования (ПК-36);
 способностью проводить обработку результатов исследований с использованием
методов математической статистики, информационных технологий, формулировать и
представлять обобщения и выводы (ПК-37);
 способностью проводить научный анализ результатов исследований и использовать
их в практической деятельности (ПК-38);
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
основы
теории
образовательной,
воспитательной,
развивающей
(тренировочной) деятельностей, их особенности в процессе реализации реабилитационных,
компенсаторных, профилактических мероприятий в различных видах адаптивной
физической культуры;
возможности приспособления внешней среды для реализации основных видов
жизнедеятельности человека с отклонениями в состоянии здоровья, закономерности
развития различных видов заболеваний и поражений организма человека, вторичных
отклонений, обусловленных основным заболеванием, сопутствующих основному дефекту
заболеваний и поражений; актуальные проблемы в сфере адаптивной физической культуры;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
уметь: обучить лиц с отклонениями в состоянии здоровья знаниями и способами
воздействия на физические характеристики в соответствии с выделяемыми видами
адаптивной физической культуры;
способствовать развитию психических и физических качеств занимающихся с учетом
сенситивных периодов развития их функций, этиологии и патогенеза заболеваний,
воплощать в жизнь задачи развивающего обучения, осуществлять простейшие приемы
психотерапии по профилактике и (или) устранению психологических комплексов болезни и
инвалидности;
проводить научные исследования, обработку результатов, анализ полученных данных.
владеть: средствами, методами, приемами, техническими средствами и тренажерами
для осуществления когнитивного и двигательного (моторного) бучения, воспитания и
развития (тренировки) лиц с ограниченными возможностями здоровья;
методами измерения и оценки физического развития, функциональной
подготовленности, психического состояния лиц с ограниченными возможностями здоровья,
воздействия на занимающихся;
способами обеспечения условий для наиболее полного устранения ограничений
жизнедеятельности, вызванных нарушением или временной утратой функций организма
человека.
Наименование
дисциплины, курс на
котором она изучается
Проверяемые
компетенции
Способствует вместе с
другими дисциплинами
формированию и
развитию компетенций
Биомеханика
3 курс,5семестр
ПК – 26, 35, 36, 37, 38
ОК – 14
1
2
3
Биомеханика двигательных
действий как систем
целенаправленных движений
Биомеханические аспекты
строения и функций
двигательного аппарата человека
Основы управления
двигательными действиями
человека, в том числе лиц с
отклонениями в состоянии
здоровья
Сам. работа
Лабораторные
Сем. и практ
Виды учебной
работы и
трудоёмкость в
часах
Лекции
Раздел дисциплины, тема
Неделя семестра
№
п/п
Семестр
4. Структура и содержание дисциплины «Биомеханика»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачётных единицы, 108 часов
Примерный тематический план (ЗФО 3,5 года обучения)
Формы
текущего
контроля
успеваемости
Форма
промежуточной
аттестации
5
1
-
-
-
6
Опрос,
контрольная
работа
5
2,3
2
-
2
10
Опрос
5
4,5
-
-
-
12
Опрос,
контрольная
работа
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
4
5
6
Биомеханика силы, быстроты,
выносливости и гибкости
Оздоровительная направленность
физических упражнений и
биомеханические требования к
их выполнению
Циклические и ациклические
локомоторные действия,
основные механизмы
перемещающих действий,
сохранение положения тела и
действия на месте у лиц с
отклонениями в состоянии
здоровья
5
6,8
2
-
-
10
Опрос,
тестирование.
5
9,10
-
-
-
12
Опрос,
контрольная
работа.
5
11,1
2
-
-
2
12
Опрос,
тестирование
7
Биомеханические аспекты
природы возникновения и
профилактики травм
5
13,1
4
-
-
-
12
Опрос,
контрольная
работа.
8
Индивидуальные и групповые
особенности моторики человека
5
15,1
6
-
-
-
12
Опрос,
тестирование.
5
17,1
8
-
-
-
12
Опрос,
тестирование
4
-
2
98
Зачет- 4ч.
9
Спортивно-техническое
мастерство
Итого : 108часов
При реализации ООП ВПО в сокращенные сроки количество часов, подлежащих
переаттестации на основе имеющихся знаний, умений и навыков студента, полученных на
предшествующем этапе обучения, определяется индивидуальным учебным планом
Содержание дисциплины
Модуль 1. Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных
движений.
Биомеханика как предмет и учебная дисциплина. Механические явления в живых
системах. Понятие о формах движения материи. Особенности механического движения
человека. Задачи и направления развития общей биомеханики движений человека. Цель
задачи биомеханики двигательных действий у ли, имеющих отклонения в состоянии
здоровья. Развитие биомеханики. Возникновение биомеханики как науки – Джовани
Альфонсо Борелли, Е. Майбридж, Э. Марей, В. Брауне, О.Фишер. Возникновение и развитие
отечественной биомеханики – П.Ф. Лестгафт, И.М. Сеченов, А.А. Ухтомский, Н.А.
Бернштейн и др. Современное состояние биомеханики. Направления развития биомеханики.
Связи биомеханики с другими науками.
Модуль 2. Биомеханические аспекты строения и функций двигательного
аппарата человека. Строение пассивной части двигательного аппарата человека. Тело
человека как многозвенная система. Кинематические пары и движения в суставах (понятие о
степенях свободы). Механические свойства связок и сухожилий. Трибология суставов.
Движения в кинематических цепях. Открытые и замкнутые кинематические цепи.
Биомеханика мышц. Механические свойства и механическая модель мышцы. Режимы и
механика мышечного сокращения. Работа, мощность и энергия мышечного сокращения.
Особенности действия мышц на костные рычаги (золотое правило механики). Биомеханика
двусуставных мышц.
Модуль 3. Основы управления двигательными действиями человека, в том
числе лиц с отклонениями в состоянии здоровья.
Основные понятия теории управления. Аппарат управления и аппарат исполнения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
Состояния аппарата исполнения - начальное, промежуточное и конечное. Цели управления,
программа поведения, конечный результат. Воздействие управляющие и сбивающие.
Способы организации управления в самоуправляемых системах. Программный способ
управления. Каналы прямой и обратной связи. Незамкнутые и замкнутые контуры
управления. Циклы взаимодействия. Движение информации по каналам связи.
Биомеханические аспекты управления мышечной активностью. Проблемы избыточности в
управлении мышечной активностью. Принцип неоднозначности нервного импульса,
мышечной силы, заданного движения. Модель потребного будущего. Управление и
регуляция. Произвольный контроль и сенсорные коррекции. Функциональные системы
двигательного действия.
Модуль 4. Биомеханика силы, быстроты, выносливости и гибкости. Понятие о
моторике человека как совокупности его двигательных возможностей. Двигательные
качества - качественно различные стороны моторики. Явные, видимые, доступные
непосредственному измерению и латентные, скрытые, недоступные непосредственному
измерению показатели двигательных качеств. Биомеханическая характеристика силовых
качеств. Сила действия человека. Понятие о силовых качествах. Топография силы.
Биомеханические особенности тренировки силы отдельных мышечных групп.
Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям. Метод сопряженного
воздействия. Биомеханическая характеристика скоростных качеств. Понятие о скоростных
качествах. Биомеханическая характеристика выносливости. Основы эргометрии. Правило
обратимости двигательных заданий. Утомление и его биомеханические проявления.
Выносливость и способы ее измерения. Биомеханические требования к построению и
использованию тренажеров для воспитания двигательных качеств. Биомеханические
характеристики гибкости. Активная и пассивная гибкость.
Модуль 5. Оздоровительная направленность физических упражнений и
биомеханические требования к их выполнению. Влияние занятий физическими
упражнениями на деятельность внутренних органов. Биомеханика дыхания, сердца и
сосудов, пищеварительной системы, опорно-двигательного аппарата, глаза, органов слуха и
равновесия.
Модуль 6. Циклические и ациклические локомоторные действия, основные
механизмы перемещающих действий, сохранение положения тела и действия на месте у
лиц с отклонениями в состоянии здоровья. Биомеханика ходьбы и бега: фазовый состав,
силы, энергетика. Передвижение с опорой на воду. Передвижение со скольжением.
Передвижение с механическими преобразованиями движений. Равновесие тела человека.
Основные способы сообщения скорости снаряду (предмету): с разгоном перемещаемых
предметов и с ударным взаимодействием. Передача энергии в многозвенных
биомеханических системах. Биомеханика ударных действий.
Модуль 7. Биомеханические аспекты природы возникновения и профилактики
травм. Невнимательность и неосторожность, незнание техники безопасности,
некачественный инвентарь и покрытия зала, плохая форма и обувь, несоблюден ие правил
личной гигиены, недостаточная разминка и разогрев мышц, слабые и малоподвижные
суставы, неправильное выполнение движений и приемов, перерасчет своих сил и
возможностей организма, а также несоблюдение режима дня, недолеченные старые травмы,
некомпетентность тренерского состава, неправильная техника и методика тренировок.
Нерационально составленная программа тренировок, нарушение методики тренировок,
нарушение правил врачебного контроля, отсутствие баланса между силой и гибкостью,
перерастягивание. Виды травм: тендиниты, растяжения, бурситы, переломы, ушибы.
Профилактика травматизма.
Модуль 8. Индивидуальные и групповые особенности моторики человека.
Телосложение и моторика человека. Онтогенез моторики. Двигательные предпочтения, в
частности, двигательная асимметрия и ее значение в спорте.
Модуль 9. Спортивно-техническое мастерство. Биомеханические основы
координации движений. Биомеханические характеристики спортивной техники.
Биомеханические
черты
спортивного
мастерства.
Биомеханика
упражнений
прогрессирующей сложности. Биомеханические аспекты спортивной тактики.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
Содержание лекционного курса
1.
Биомеханические аспекты строения и функций двигательного аппарата
человека. Строение пассивной части двигательного аппарата человека. Тело человека как
многозвенная система. Кинематические пары и движения в суставах (понятие о степенях
свободы). Механические свойства связок и сухожилий. Режимы и механика мышечного
сокращения. Работа, мощность и энергия мышечного сокращения.
2.
Биомеханика силы, быстроты, выносливости и гибкости. Двигательные
качества - качественно различные стороны моторики. Биомеханическая характеристика
силовых качеств. Биомеханическая характеристика скоростных качеств. Понятие о
скоростных качествах. Биомеханическая характеристика выносливости. Утомление и его
биомеханические проявления. Биомеханические характеристики гибкости. Активная и
пассивная гибкость.
3.
Спортивно-техническое мастерство. Биомеханические характеристики
спортивной техники. Биомеханические черты спортивного мастерства.
Содержание лабораторного курса
1. Биомеханические аспекты строения и функций двигательного аппарата
человека. Строение пассивной части двигательного аппарата человека. Тело человека как
многозвенная система. Кинематические пары и движения в суставах (понятие о степенях
свободы). Определение положения общего центра тяжести тела графическим способом
2. Циклические и ациклические локомоторные действия, основные механизмы
перемещающих действий, сохранение положения тела и действия на месте у лиц с
отклонениями в состоянии здоровья. Биомеханика ходьбы и бега: фазовый состав, силы,
энергетика. Определение биомеханической рациональности выполнения физических
упражнений и биомеханические требования к их выполнению.
5. Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки реализация
компетентностного подхода предусматривает широкое использование в учебном процессе
активных и интерактивных форм проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой с
целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.
 Лекция-беседа, лекция-дискуссия, лекция с применением элементов «мозгового
штурма», лекция с разбором микроситуаций, лекция-пресс-конференция;
 Эвристическая беседа;
 Дискуссия;
 Тренинг;
 Конкурс практических работ с их обсуждением;
 Коллективное решение творческих задач.
 Моделирование процессов и ситуаций, требующих использования статистических
методов для их анализа
Удельный вес занятий, проводимой в интерактивной форме составляет 36 часов,
(66%) аудиторных занятий.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации
по итогам освоения дисциплины
6.1. СРС проводится как в аудиторных; так и во внеаудиторных формах.
Аудиторная СРС осуществляется во всех видах занятий особенно, в ходе практических
занятий и семинаров. Элементы СРС целесообразно вводить в лекции. Осуществление СРС в
ходе учебных занятий наиболее эффективно при использовании активных методов обучения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
За период обучения студент должен овладеть методами биомеханики. СРС должна быть
тесно связана УИРС и НИРС.
Внеаудиторная СРС осуществляется преимущественно на основе серий заданий
студентам по проработке содержания прослушанных лекций, подготовке к семинарским и
лабораторным занятиям, самостоятельному изучению отдельных тем и разделов, написанию
докладов. Эти задания могут носить общий для всех студентов характер, а могут быть и
индивидуальными. Целесообразно их давать в вариантах «минимум» и «максимум»,
дифференцируя, таким образом, СРС по уровню сложности. При планировании СРС
необходим строгий учет реального времени студентов.
Контроль за выполнением заданий должен носить систематический характер,
регулироваться графиком отчетности. Контроль за выполнением самостоятельной работы
осуществляется согласно графика утвержденного кафедрой в виде индивидуальных бесед с
преподавателем. График контроля доводится до студентов в начале семестра.
Организация внеаудиторной работы СРС и контроль за ее результатом осуществляется
преподавателем в рамках его учебной деятельности.
Аудиторная СРС.
Основной формой обучения является лекция; организация СРС в ходе ее чтения может
осуществляться фрагментарно (работа с раздаточным материалом, получение обратной связи
через срезовые работы и т.д.), исходя из этого, методика построения и чтения лекции должна
быть направлена на развитие познавательной самостоятельности студентов, их
мыслительной активности. Для решения этих задач используется создание проблемных
ситуаций, элементы дискуссий, использование средств наглядности в качестве источника
знаний и т.д.
На семинарских занятиях организуется дискуссия по теоретическим вопросам,
рассмотрение альтернативных путей и методов решения задач, применяемых решений.
По итогам семинара составляются таблицы, графики, диаграммы обобщающего
характера. На семинарских, практических занятиях целесообразно использовать методику
«мозговой атаки», коллективных творческих дел (КТД).
Лабораторные занятия должны полностью строиться на педагогически организованной
самостоятельной работе студентов, которая по содержанию и организации носит самый
разнообразный характер: анализ конкретных ситуаций и выработка плана их разрешения и
т.д.
Внеаудиторная СРС.
Внеаудиторная СРС осуществляется в ходе изучения курса путем проработки
прослушанных лекций,
изучения теоретического
материала,
вынесенного
на
самостоятельную работу, подготовку к семинарским и лабораторным занятиям.
После каждого раздела курса студентам предлагаются комплекты заданий, задач для
самопроверки и проверки усвоения.
Внеаудиторная СРС осуществляется в ходе УИРС и НИРС (написание докладов,
проведение экспериментов, подготовка курсовых и выпускных квалификационных работ).
Методические указания для написания контрольных работ.
Цель контрольной работы - привить студентам элементарные навыки научноисследовательской работы, научить пользоваться научной и методической литературой,
самостоятельно и творчески анализировать ее, излагать полученные данные в письменном
виде.
Выполнение контрольной работы способствует углублению, закреплению и проверке
знаний по одной из тем разделов.
Темы контрольных работ устанавливаются кафедрой теории и методики физической
культуры и спорта соответственно учебному плану и программе учебной дисциплины.
Основные требования и рекомендации при выполнении контрольной работы
Контрольная работа должна отражать современное состояние вопроса биомеханики в
теории и практике физической культуры.
Тема контрольной работы выбирается из предлагаемого кафедрой списка каждым
студентом самостоятельно с учетом своих возможностей, интересов, профиля работы и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
педагогического опыта. Работы, выполненные не по предлагаемой тематике, к
рецензированию кафедрой не принимаются.
После выбора темы необходимо приступить к подбору литературных источников и
ознакомлению с их содержанием.
Работа с литературой требует конспектирования. Существует несколько способов
конспектирования: изложение мысли автора собственными словами, выборочное
цитирование необходимых мест подлинника и совмещение того и другого. Целесообразнее
использовать третий способ. После ознакомления с литературой составляется содержание
контрольной работы.
В содержание должны быть три основные раздела:

введение, в котором излагается обоснование темы (1- 2стр.);

основная часть содержит несколько пунктов, раскрывающих содержание
контрольной работы. В ней студент показывает умение самостоятельно работать с
литературными источниками, творчески мыслить, сочетать методические и научные
знания с требованиями практики (6-8 стр.);

заключение, в котором даются обобщающие тему выводы (1-2стр.).
Введение и заключение тесно связываются с основным разделом контрольной работы.
Хорошо продуманное содержание облегчает дальнейшую работу над темой, делает ее
стройной и. конкретной.
5. В содержании указываются страницы, на которых раскрываются те или иные
вопросы темы. Материал по теме излагается строго по указанному плану. Каждый ответ на
вопрос должен иметь заголовок в тексте работы.
6. Работа строится на основе анализа 4-6 источников литературы (статей, методических
пособий и пр.). Важно общетеоретические положения проиллюстрировать примерами из
практики. Содержание контрольной работы должно быть обоснованным и убедительным,
текст - написанным литературным языком, грамотно.
7. Содержание следует раскрывать в собственном изложении. Прямое заимствование из
текста источника (переписывание) недопустимо. Контрольная работа, выполненная на
основе материала учебника без привлечения дополнительной литературы не зачитывается.
8. В тексте обязательно должны быть ссылки на изученные работы. Переложение
мысли автора или дословное цитирование сопровождается ссылкой с указанием инициалов,
фамилии автора, а затем, через запятую - года издания упомянутого источника или в
квадратных скобках указывается номер источника в соответствии с со списком литературы.
Например: (В. М. Зациорский, 1970) или [2]. Цитаты заключаются в кавычки.
9. Если в тексте контрольной работы есть рисунки, графики, таблицы, заимствованные
из литературных источников, то в подписях к ним даются ссылки на авторов. Например, (п о
Филину В. П.,1979).
10. В конце контрольной работы помещается список литературы, он нумеруется, а
авторы перечисляются в алфавитном порядке. Запись источника осуществляется
в.соответствии с требованиями библиографического описания.
Каждая ссылка в тексте должна иметь соответствующий источник в списке
использованной литературы.
6.2. Примерные вопросы к самостоятельной работе
1.В каких случаях используются те или иные способы описания движений
(кинематический, динамический, энергетический)?
2.Какие технические средства используются для измерения и расчета указанных
параметров?
3.Что такое масс инерционные характеристики тела человека?
4.Какие параметры двигательных действий человека используются при моделировании
двигательных действий человека?
5.К какому виду движений можно отнести движения в выбранном вами виде спорта?
6.Какова роль опорных взаимодействий при выполнении различных видов дв ижений?
7.В чем состоят характерные особенности вращательных, локомоторных и
перемещающих движений?
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
8.Что вы знаете о волновой передаче энергии в процессе движения?
9.Каковы биомеханические проявления различных физических качеств?
10.Как взаимосвязаны скоростные и силовые качества?
11.Какие условия обеспечивают устойчивость тела?
12.Какими способами можно повысить экономичность движений?
13.Какими способами можно повысить механическую эффективность движений?
14.Какие внешние силы влияют на величину энергетических затрат при циклических
локомоциях? Способы их снижения.
15.Что такое координация движения и способы ее контроля?
16.Как изменяются биомеханические параметры двигательных действий с ростом
спортивного мастерства?
17.Что такое прогрессирующая сложность в сложно-координационных упражнениях?
18.Приведите примеры биомеханических тренировочных средств, предназначенных
для совершенствования спортивного мастерства в различных видах спорта.
19.Что вы знаете об уровнях управления движениями человека и какими органами и
системами они реализуются в человеке?
20.Какова роль обратных связей в организме человека в процессе управления
движениями?
21.Что такое межмышечная и внутримышечная координация?
22.Какими способами можно оценить величины планируемых биомеханических
показателей, при достижении которых происходит рост спортивного мастерства и
спортивной результативности?
23.Какие биомеханические средства коррекции двигательных действий спортсменов
используются в спортивной практике?
24.Какие датчики биомеханических характеристик используются при биомеханических
измерениях?
25.Какие основные биомеханические методики измерения вы знаете?
26.Что вам известно о погрешностях измерения, погрешностях расчета? Оцените,
используя литературные данные и технические паспорта аппаратуры, точность измерения и
расчета биомеханических параметров в каком-либо виде спорта.
27.Что такое искусственная управляющая и предметная среды?
28.В чем состоят основные противоречия процесса формирования и совершенствования
движений?
29.Что такое тренажеры, их функциональное назначение и классификация?
30.Какие методы и технические средства формирования ритмо-скоростной основы
двигательного навыка вы знаете?
31.Какие технические средства используются для повышения силовых и скоростносиловых возможностей спортсменов?
32.Какова роль спортивного инвентаря в повышении спортивных результатов?
6.3. Примерные вопросы для проведения промежуточной аттестации по итогам
освоения дисциплины
1.Биологические и механические явления в живых системах.
2.Предмет биомеханики, связь ее с другими науками.
3.Основные понятия. Описание движений человека в пространстве и во времени.
4.Основные понятия и законы динамики движения человека.
5.Геометрия масс тела человека и способы ее определения.
6.Взаимодействия человека с внешней средой. Основные силовые взаимодействия.
7.Биомеханические свойства мышечной и скелетной систем.
8.Вращательные движения человека, их основные понятия и определения.
9.Способы управления движением вокруг осей.
10.Расчет механической работы, совершаемой при движении человеком.
11.Внешняя и внутренняя работа. Вертикальная и продольная работа.
12.Рекуперация энергии при локомоциях. Способы рекуперации энергии в теле
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
человека.
13.Методы измерения работы и энергии при движениях человека.
14.Этапы преобразования энергии при движении.
15.Механические колебания мышц.
16.Распространение ударных волн в теле человека.
17.Волновые процессы в движениях человека.
18.Биомеханика ходьбы и бега.
19.Перемещающие движения.
20.Локомоторные движения.
21.Биомеханика ударных действий.
22.Индивидуальные и групповые особенности моторики.
23.Биомеханика двигательных качеств.
24.Строение двигательных действий.
25.Биомеханика и спортивная техника.
26.Биомеханические черты спортивного мастерства.
27.Биомеханический контроль в спорте.
28.Онтогенез моторики.
29.Противоречия совершенствования в движениях и их разрешение средствами
биомеханики.
30.Противоречия обучения движениям и их разрешение средствами биомеханики.
31.Методология искусственной управляющей и предметной сред.
32.Основные понятия теории управлении.
33.Способы организации управления в само организуемых биомеханических системах.
34.Биологические обратные связи в практике физкультурно-спортивной работы.
35.Способы и средства коррекции двигательных действий человека.
36.Математическое моделирование движений.
37.Прямая и обратная задачи механики в приложении к движениям человека.
38.Способы оценки планируемых показателей двигательных действий спортсменов.
39.Уровни управления движениями в организме человека.
40.Упругие рекуператоры энергии, их разновидности.
41.Способы и биомеханические технические средства формирования ритмо скоростной основы двигательного навыка.
42.Способы и биомеханические технические средства формирования силовых и
скоростно-силовых качеств.
43.Биомеханические средства и методы выведения спортсменов на рекордную
результативность.
6.4. Примерная тематика контрольных работ
1. Кинематические, динамические и энергетические параметры двигательных действий
человека, их расчет.
2. Виды движений.
3. Спортивно-техническое мастерство.
4. Управление движениями.
5. Основы биомеханического контроля.
6. Биомеханические технологии повышения спортивной результативности.
7. Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных движений
8. Биомеханические аспекты строения и функций двигательного аппарата человека
9. Основы управления двигательными действиями человека.
10. Биомеханика силы, быстроты, выносливости и гибкости.
11. Оздоровительная направленность физических упражнений и биомеханические
требования к их выполнению.
12. Циклические локомоторные действия.
13. Ациклические локомоторные действия,
14. Основные механизмы перемещающих действий,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15. Сохранение положения тела и действия на месте.
16. Биомеханические аспекты природы возникновения и профилактики травм.
17. Индивидуальные и групповые особенности моторики человека.
18. Спортивно-техническое мастерство.
15
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение
а) основная литература:
1. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для сред. и высш. учеб. завед.
– 2-е изд. – М.: Владос-Пресс, 2008. – 672 с.
2. Коренберг В.Б. Лекции по спортивной биомеханике с элементами кинезиологии
[Электронный ресурс]: учебное пособие/ Коренберг В.Б.— Электрон. текстовые
данные.— М.: Советский спорт, 2011.— 206 c.— Режим доступа:
http://www.iprbookshop.ru/9869.— ЭБС «IPRbooks»
3. Попов, Г. И. Биомеханика: учебник / Г. И. Попов. - 2-е изд.; испр. и доп. - Москва :
Академия, 2007. - 256 с.
б) дополнительная литература:
1.
Навойчик А.И. Общая биомеханика: Тексты лекций. – Гр.: ГрГУ, 2000. – 61 с.
2.
Донской Д.Д. Биомеханика: Уч. пособие для студентов ФФК пед. ВУЗов. – М.:
Просвещение, 1975. – 259 с.
3.
Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для ИФК. – М.: ФиС,
1979. – 268 с.
4.
Донской Д.Д. Биомеханика с основами спортивной техники: Учебник для
ИФК. – М.: ФиС, 1971 – 287 с.
5.
Донской Д.Д. Законы движений в спорте: Очерки по теории структурности
движений. – М.: ФиС, 1968. – 175 с.
6.
Кичайкина Н.Б., Козлов И.М., Самсонова А.В. Биомеханика: учеб.-метод.
пособие. – СПб., 2008.
7.
Методические рекомендации для самостоятельной работы студентов по курсу
“Биомеханика”// сост. Навойчик А.И. – ГрГУ, 1992 – 21 с.
8.
Сотский Н.Б. Биомеханика: учебник для ст-в специальности “Спорт.-пед.
деятельность”; 2-е изд., испр. и доп. – Мн.: БГУФК, 2005. – 192 с.
9.
Стародубцев Г. В. Биомеханика [Электронный ресурс]/ Г. В. Стародубцев .—
Оренбург : ОГПУ, 2010 .— 3-е издание, дополненное Режим доступа:
http://www.rucont.ru/efd/232956?cldren=0
10.
Эйдер Е. Обучение движению: Монография/ Е. Эйдер, С.Д. Бойченко, В.В.
Руденик. – Барановичи, 2003. – 291 с.
11.
Зациороский В.М. и др. Биомеханика двигательного аппарата/ Наука – спорту.
- М.: ФиС, 1981. – 143 с
12.
Уткин В.Л. Биомеханические аспекты спортивной тактики/ Наука – спотру. –
М.: ФиС, 1984. – 128 с.
13.
Ивойлов А.В. Волейбол: очерки по биомеханике и методике тренировки. – М.:
ФиС, 1981. – 152 с.
14.
Курс лабораторных работ по биомеханике/ Н.Б. Сотский и др. – Мн.: БГУФК,
2006. – 49 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Проведение дисциплины «Биомеханика» обеспечено наличием учебно-методической
литературы, видео и фото - материалами.
Инструментами ИТ выступают различные виды программных продуктов: текстовые
процессоры, издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами
данных, электронные календари, информационные системы функционального назначения,
компьютерные
учебники
(уроки),
программы-тренажеры,
тестовые
оболочки,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
информационно-справочные (энциклопедии), демонстрационные (слайд - или
видеофильмы) и (Microsoft Word для просмотра, чтения и редактирования ученой
литературы и документов, Браузер Internet Explorer для доступа в интернет, WinDjView для
просмотра и чтения документов и учебной литературы, Adobe Reader X для п росмотра и
чтения документов и учебной литературы, Excel, Adobe Reader).
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО, с учетом
рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки 034400.62 Физическая культура
для лиц с отклонениями в состоянии здоровья, профиль «Физическая реабилитация»
6УТОЧНЕННЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН НА ТЕКУЩИЙ УЧЕБНЫЙ ГОД
Уточнений нет
7. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ РАЗНЫХ ВИДОВ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Оценка
Зачтено
Не зачтено
Контрольные работы,
рефераты
Тема
полностью
раскрыта,
отличное
владение
методикой
социологических
исследований.
Возможны небольшие
ошибки в изложении
материала.
Тема не раскрыта. Не
владение
методикой
социологического
исследования.
Не соответствие темы
содержанию.
Полное
отсутствие
логики
изложения материала.
Работа не грамотная и
не аккуратная.
Работа на
лабораторных занятиях.
Самостоятельная
работа
Наличие
конспектов
заданий
для
самостоятельной
работы.
Активная
работа
на
всех
семинарах.
Умение работать с
литературными
источниками.
Пассивность,
не
желание отвечать на
вопросы.
Отсутствие
конспектов.
Теоретическая
промежуточная
аттестация
Полный,
логический
ответ
на
все
поставленные вопросы.
Отличное
владение
методикой
социологических
исследований.
Не
ответил
на
поставленные вопросы.
Плохо
владеет
методикой
социологических
исследований. Плохо
знает определения и
терминологию.
Не
умеет анализировать и
обрабатывать
материалы
социологических
исследований в области
физической культуры
8. УТОЧНЕННЫЙ РАЗДЕЛ ПРОГРАММЫ «УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ»
Раздел «Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины»
соответствует представленному разделу в рабочей программе дисциплины, утвержденной
ученым советом вуза.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ .
17
Лабораторные занятия
Лабораторная работа 1. Определение положения общего центра тяжести тела
графическим способом (сложением сил тяжести)
Основные задачи: I) научиться определять положение центров тяжести звеньев (ЦТ); 2)
научаться определять положение общего центра тяжести тела (ОЦТ).
Пояснения.
I. Центр тяжести звена – воображаемая точка, неизменно связанная со звеном, к которой
приложена равнодействующая всех сил тяжести звена в любом его положении. Иначе
говоря, моменты всех сил тяжести звена относительно его ЦТ взаимно уравновешиваются,
их сумма равна нулю. Отсюда вытекают два способа определения положения ОЦТ двух и
более звеньев: а) графический – сложением сил тяжести и б) аналитический – сложением
моментов аил тяжести. Опытным путем (О. Фишер, Н.А. Бернштейн) были определены
средние данные о весе звеньев тела и положений их ЦТ (табл. 6). Если принять вес тела за
100%, то вес каждого звена может быть выражен в относительных единицах (в процентах);
при выполнении расчетов не обязательно знать абсолютный вес (в кг) ни всего тела, ни
каждого звена. ЦТ звеньев определены по анатомическим ориентирам (голова, кисть и т.д.)
или по относительному расстоянию ЦТ от проксимального сустава (радиус центра тяжести –
часть всей длина звена конечности), или по пропорции туловища, стопы и др.
Таблица
Относительный вес и расположение центров тяжести звеньев тела
Название звена
Относите Расположение ЦТ звена
льный
вес Р
(в %)
Голова
7
Над верхним краем наружного слухового отверстия
Туловище
43
На линии между осями плечевых и тазобедренных суставов
на расстоянии (от плечевой оси) 0,44
Плечо
3
0,47
Предплечье
2
0,42
Кисть
1
Пястно-фаланговый сустав третьего пальца
Бедро
12
0,44
Голень
5
0,42
Стопа
2
На линии между пяточным бугром и вторым пальцем на
расстоянии 0,44 от пятки
Рис. 1 Определение положения ЦТ двух звеньев руки сложением сил тяжести
2. Для определения равнодействующей двух параллельных сил соединяют прямой линией
точки их приложения. При сложении сил тяжести двух звеньев эта линия соединяет их ЦТ.
На этой линии располагается точка приложения суммы двух сил – равнодействующей, т.е.
общий центр тяжести двух звеньев. Например, ЦТ плеча и предплечья расположен на линии,
соединяющей ЦТ каждого (рис. 8). Так как плечо весит 3%, а предплечье 2% от веса тела
(табл. 6), то эту линию следует разделить на 2+3=5 частей. ЦТ двух звеньев расположен
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
ближе к более тяжелому (соотношение отрезков линии 2:3, считая от плеча). Таким
способом можно определить общий центр тяжести тела, последовательно складывая силы
тяжести, приложенные к каждому звену тела.
3. Положение ОЦТ и ЦТ звеньев важно определять при разборе условий равновесия в
статическом положении. Изменения траектории движения ОЦТ тела могут происходить в
результате действия внешних сил, приложенных к телу в целом, или внешних относительно
соответствующего эвена, так как без действия внешней силы положение и движение ЦТ
измениться не может.
Следует заметить, что сложение параллельных сил допустимо только в абсолютно твердом
теле. Дело в том, что для деформируемого тела и материальной системы теорема о сложении
параллельных сил неверна.
Две силы, приложенные к разным точкам, в этих случаях нельзя заменить одной силой.
Поэтому, строго говоря, и общего центра тяжести и центра инерции (точка приложения
равнодействующей параллельных сил инерции) в теле человека нет. Но есть совпадающая с
ними точка – центр масс (точка, находящаяся внутри или вне тела, в которой пересекаются
линии действия сил, приводящих данное тело или материальную систему в поступательное
движение). Предполагая, что система мгновенно "отвердела", можно найти ее центр масс
способами определения общего центра тяжести и рассматривать центр масс как центр
тяжести.
Задания.
1. Определить положение ЦТ звеньев тела. На фотографии позы человека, пользуясь
анатомическими данными, проставить положение проекции осей, суставов. Измерив длину
каждого звена, помножить ее на соответствующее значение радиуса ЦТ. Пользуясь этими
данными и анатомическими ориентирами, проставить ЦТ всех звеньев.
2. Найти равнодействующую всех сил тяжести. Удобно найти сначала ЦТ сил тяжести плеча
и предплечья (векторы сил тяжести рисовать не нужно, следует только помнить
относительный вес звеньев); далее, прибавив вес кисти, найти ОЦТ всей руки. Так же
последовательно суммировать вес звеньев ноги. В нашем примере (рис. 9) положение
симметричное; значит, ЦТ обеих рук расположены одинаково, так же, как и обеих ног.
Определяя только ОЦТ всех конечностей, этого можно еще не учитывать, но, прибавляя к их
весу вес туловища или головы, об этом нельзя забывать (удвоить вес конечности). Определяя
положение ЦТ туловища, если оно согнуто или разогнуто, правильнее его положение
наносить не на изогнутой продольной оси, а на прямой линии, соединяющей плечевой и
тазобедренный суставы. Однако и здесь будет допущена погрешность, поэтому для точных
научных исследований расчетные способы определения положения ОЦТ дают больший
процент ошибок, чем экспериментальные (уравновешиванием).
Рис.2. Определение положения ОЦТ тела графическим способом
Определив положение ОЦТ головы и туловища (50% веса тела), а также всех конечностей
(другая половина веса), расстояние между ними делят пополам. В этой точке и расположен
ОЦТ тела.
Контрольные вопросы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Что такое центр тяжести эвена и общий центр тяжести тела?
2. Зачем нужно определение ЦТ и ОЦТ?
3. Какие основания имеет графический способ определения положения ОЦТ?
4. Какие данные необходимы для определения положения ОЦТ графическим способом?
5. Что такое центр инерции и центр масс тела, их отношение к положению ОЦТ?
19
Лабораторная работа 2. Построение линейной хронограммы
Основные задачи: I) научиться определять моменты изменения движения, фазы и периода;
2) научиться чертить линейные хронограммы.
Пояснения.
1. Хронограмма – диаграмма (чертеж) временных соотношений. На оси времени
откладываются отрезки, соответствующие длительности частей (фаз) движения. Фаза
начинается в момент изменения движения (например, окончание скольжения и начало
стояния лыжи). Момент изменения движения служит границей между двумя соседними
фазами. В.момент изменения движения изменяется и ведущая задача движений в этой фазе.
Поза в этот момент является своего рода "стартовым положением" для движений в течение
последующей фазы. Следующий граничный момент также служит таким "стартовым
положением" уже для очередной фазы. Поэтому в течение движений в каждой фазе следует
обеспечить переход в очередную граничную позу, важную для последующих движений.
Отсюда, так важна роль граничных поз в контроле и самоконтроле движений.
2. Фазы движений выделяются для углубленного изучения их механизма, как правило, по
всем движениям в целом, а не отдельно для движений рук и ног. В названии фазы
отражаются наиболее характерные для нее движения (в ней выполняемые). Например, в
лыжном ходе: I фаза – свободное скольжение, II – скольжение с выпрямлением опорной
ноги, III – скольжение с подседанием, IV – выпад о подседанием, V – отталкивание с
выпрямлением ноги. Для определения граничных моментов, разделяющих фазы в
скользящем шаге на лыжах, рассматривают графика: I) угла коленного сустава (  S)
опорной ноги; 2) скорости скользящей лыжи и 3) усилия на палке (рис. 2). На этих графиках
определяют граничные моменты (табл. 2) и по ним длительность фаз.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
t (кадры)
= 0,03 с
Рис. 2 Графики угла коленного сустава опорной ноги, скорости скользящей лыжи и усилия
на палке
Таблица 2
Таблица для записи моментов и фаз
Моменты
Фазы
№ Наименование
№
№
Наименование
№
Длите
кадр
кадр льнос
ов
ов
ть
1
Начало одноопорного
–
–
–
–
скольжения
I
Свободное скольжение
2
3
4
5
6
Начало опоры на палку
Начало подседания на
опорной ноге
Остановка скользящей
лыжи
Начало выпрямления
Толчковой ноги
II
Скольжение с выпрямлением
опорной ноги
III
Скольжение с подседанием
IV
Выпад с подседанием
V
Отталкивание ногой
Отрыв толчковой
ноги от опоры
3. Фазовый состав формируется в действии при согласовании элементарных действий
(отталкивание лыжей, включающее подседание и толчок, отталкивание палкой, скольжение
по лыжне на лыже). Эти элементарные действия как бы накладываются одно на другое во
времени. Объединяясь в целый цикл (скользящей шаг), они образуют 5 фаз, из которых
состоят два периода: скольжения (фазы I-III) и стояния лыжи (фазы IV и V).
Фазы следуют одна за другой и сменяются по ходу действия, когда и зменяются условия
движений.
Задания
I. Составить таблицу записи моментов и фаз движений скользящего шага на лыжах. Записать
в табл. 4 данные рассмотрения графиков характеристик шага.
2. Определить содержание и длительность фаз. По записанным в таблицу моментам
определить содержание фаз, ограниченных этими моментами, и внести в таблицу; отметить,
какие номера кадров ограничивают каждую фазу. Заметить, как построена таблица
(смещение строчек фаз относительно строчек моментов), что облегчает определение границ
фаз. В последнюю графу вписать длительность фаз – по количеству интервалов между
кадрами. Частота съемки – 32 кадра в секунду.
Рис. 5 Хронограмма скользящего шага
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
3. Начертить линейную хронограмму. Провести ось времени, установить масштаб
изображения
и
нанести
его
(в
виде
номеров
кадров) на ось времени. Провести ось хронограммы (рис. 5). Отложить на ней моменты
изменения движений (по таблице) и надписать (сверху) названия моментов. Отложить фазы:
скольжения лыжи – выше оси хронограммы, стояния лыжи – ниже оси. Подписать (снизу)
названия фаз. Изобразить ниже хронограммы схему деления шага на периоды. Обратить
внимание на соотношение длительностей фаз (ритм шага) – длительности скольжения лыжи
к длительности ее стояния. Записать под хронограммой ритм в форме соотношения
длительностей.
Контрольные вопросы.
1. Что называется хронограммой и какие характеристики можно по ней установить?
2. Что служит границами фаз?
3. Почему сменяются фазы по ходу действия?
4. ,Что происходит при смене фаз?
5. Каковы соотношения между элементарными действиями и фазами?
10. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.
Самостоятельная работа студентов (СРС) является основой их профессионального
становления, одной из ведущих форм организации учебного процесса. Основными задачами
СРС являются:
глубокое самостоятельное овладение теоретическим материалом основных учебных
курсов;
развитие профессионально значимых мотивов, умений и навыков;
применение усвоенных знаний в практической деятельности;
развитие творческого потенциала личности каждого студента и таких важных
качеств личности учителя, как трудолюбие, настойчивость в постановке и решении
педагогических задач.
Общие положения
СРС проводится как в аудиторных; так и во внеаудиторных формах.
Аудиторная СРС осуществляется во всех видах занятий особенно, в ходе
практических занятий, семинаров, лабораторных практикумов и т.д. Элементы СРС
целесообразно вводить в лекции. Осуществление СРС в ходе учебных занятий наиболее
эффективно при использовании активных методов обучения. За период обучения в вузе
студент должен овладеть ведущими способами деятельности, используемыми современной
школой. По мере формирования у студентов системы общеучебных умений происходит
постоянное усложнение СРС, от овладения элементами культуры умственного труда на
первых курсах до УИРС и НИРС на старших, приобретая характер профессиональной
работы по специальности.
Внеаудиторная СРС осуществляется преимущественно на основе серий заданий
студентам по проработке содержания прослушанных лекций, подготовке к семинарским и
практическим занятиям, самостоятельному изучению отдельных тем и разделов, написанию
рефератов, курсовых работ и т.д. Эти задания могут носить общий для всех студентов
характер, а могут быть и индивидуальными. Целесообразно их давать в вариантах
«минимум» и «максимум», дифференцируя, таким образом, СРС по уровню сложности. При
планировании СРС необходим строгий учет реального времени студентов. Одной из
основных задач преподавателей является создание методического обеспечения СРС. Успех
всей этой работы будет, в конечном счете, полностью зависеть от умения студента работать с
книгой, конспектом, методическими рекомендациями.
Контроль за выполнением заданий должен носить систематический характер,
регулироваться графиком отчетности. О сроках, формах контроля по учебному курсу
студенты должны быть извещены в начале учебного семестра.
Результаты контроля должны быть гласными и служить основой для стимулирования
деятельности студентов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
Организация внеаудиторной работы СРС и контроль за ее результатом
осуществляется преподавателем в рамках его учебной деятельности.
Организация СРС
Аудиторная СРС
Основной формой обучения является лекция; организация СРС в ходе ее чтения может
осуществляться лишь фрагментарно (работа с раздаточным материалом, получение обратной
связи через срезовые работы и т.д.). исходя из этого, методика построения я чтения лекции
должна быть направлена на развитие познавательной самостоятельности студентов, их
мыслительной активности. Для решения этих задач целесообразно широко использовать
создание проблемных ситуаций, элементы дискуссий, использование средств наглядности в
качестве источника знаний и т.д.
Лабораторные занятия должны полностью строиться на педагогически организованной
самостоятельной работе студентов, которая по содержанию и организации может носить
самый разнообразный характер: анализ конкретных ситуаций и выработка плана их
разрешения и т.д.
СРС и ходе лабораторных занятий должна быть направлена активное овладение всеми
сторонами экспериментальных исследований; теоретическим обоснованием эксперимента;
техникой его выполнения и обработкой результатов. Другой 'важной задачей лабораторных
циклов является практическое овладение студентами навыками работы с техническими
средствами; в том числе компьютерной техникой. Желательно, чтобы сами лабораторные
работы строились как небольшие самостоятельные исследования и выполнялись
индивидуально.
Внеаудиторная СРС
Внеаудиторная СРС осуществляется в ходе изучения учебных курсов путем проработки
прослушанных лекций,
изучения теоретического
материала,
вынесенного
на
самостоятельную работу, подготовку к семинарским, лабораторным и практическим
занятиям.
Для каждого логически законченного раздела курса целесообразно иметь небольшие
комплекты заданий, задач для самопроверки и проверки усвоения. О ни преимущественно
должны носить синтезированный характер.
Внеаудиторная СРС с широких масштабах осуществляется в ходе УИРС и НИРС
(написание рефератов, докладов, проведение экспериментов, подготовка курсовых и
выпускных квалификационных работ).
Методическое обеспечение и контроль за
организацией и результатами СРС
Организация и методическое обеспечение СРС является одной из основных задач
служебной обязанности преподавателей. Руководство СРС - одна из основных форм учебной
работы преподавателей.
Методическое обеспечение СРС разрабатывается и создается преподавателем. В него
входят списки доступной студентам литературы, учебные пособия по курсам, раздаточный
материал, ТСО с дидактическим оснащением (магнитофонные записи, обучающие и
контролирующие программы, видеофильмы). Учебные кабинеты должны стать центрами
накопления этих методических материалов. Накопление этих методических материалов
должно осуществляться методическим кабинетом кафедры.
Все виды СРС должны быть обеспечены групповыми и индивидуальными
консультациями, регулярно проводимыми преподавателем.
Сроки и формы контроля за СРС определяются преподавателем и регулируются
графиком кафедры. В течение учебной недели не может ставиться более 2-3 контрольных
зачетных форм, равномерно распределенных по дням недели.
Аудиторная СРС контролируется непосредственно на учебных занятиях и на зачетные.
Формы проверки результатов СРС, как правило, не выносится.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
Внеаудиторная работа контролируется при помощи традиционных форм:
коллоквиумов, индивидуальных и групповых собеседований, контрольных работ, проверки
индивиду заданий, собеседований по письменным работам, рефератов.
Контроль, особенно на младших курсах, должен быть организован так, чтобы
проверялись не только результаты СРС, но и ее процесс. Именно в этом случае студентам
можно оказать своевременную методическую помощь.
По результатам текущего контроля студенту могут выставляться зачеты, имеющиеся в
учебном плане. В отдельных случаях, возможно зачесть часть материала. Правила учета и
освобождения от тех или иных форм контроля должны быть утверждены кафедрой и
объявлены студентам в начале семестра.
Система контроля должна быть поставлена так, чтобы обеспечить регулярность СРС,
постоянную информативность студентов об уровне усвоения учебного материала.
Перечень вопросов для самостоятельной работы
1.В каких случаях используются те или иные способы описания движений
(кинематический, динамический, энергетический)?
2.Какие технические средства используются для измерения и расчета указанных
параметров?
3.Что такое масс инерционные характеристики тела человека?
4.Какие параметры двигательных действий человека используются при моделировании
двигательных действий человека?
5.К какому виду движений можно отнести движения в выбранном вами виде спорта?
6.Какова роль опорных взаимодействий при выполнении различных видов движений?
7.В чем состоят характерные особенности вращательных, локомоторных и
перемещающих движений?
8.Что вы знаете о волновой передаче энергии в процессе движения?
9.Каковы биомеханические проявления различных физических качеств?
10.Как взаимосвязаны скоростные и силовые качества?
11.Какие условия обеспечивают устойчивость тела?
12.Какими способами можно повысить экономичность движений?
13.Какими способами можно повысить механическую эффективность движений?
14.Какие внешние силы влияют на величину энергетических затрат при циклических
локомоциях? Способы их снижения.
15.Что такое координация движения и способы ее контроля?
16.Как изменяются биомеханические параметры двигательных действий с ростом
спортивного мастерства?
17.Что такое прогрессирующая сложность в сложно-координационных упражнениях?
18.Приведите примеры биомеханических тренировочных средств, предназначенных
для совершенствования спортивного мастерства в различных видах спорта.
19.Что вы знаете об уровнях управления движениями человека и какими органами и
системами они реализуются в человеке?
20.Какова роль обратных связей в организме человека в процессе управления
движениями?
21.Что такое межмышечная и внутримышечная координация?
22.Какими способами можно оценить величины планируемых биомеханических
показателей, при достижении которых происходит рост спортивного мастерства и
спортивной результативности?
23.Какие биомеханические средства коррекции двигательных действий спортсменов
используются в спортивной практике?
24.Какие датчики биомеханических характеристик используются при биомеханических
измерениях?
25.Какие основные биомеханические методики измерения вы знаете?
26.Что вам известно о погрешностях измерения, погрешностях расчета? Оцените,
используя литературные данные и технические паспорта аппаратуры, точность измерения и
расчета биомеханических параметров в каком-либо виде спорта.
27.Что такое искусственная управляющая и предметная среды?
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
28.В чем состоят основные противоречия процесса формирования и
совершенствования движений?
29.Что такое тренажеры, их функциональное назначение и классификация?
30.Какие методы и технические средства формирования ритмо-скоростной основы
двигательного навыка вы знаете?
31.Какие технические средства используются для повышения силовых и скоростносиловых возможностей спортсменов?
32.Какова роль спортивного инвентаря в повышении спортивных результатов?
11.МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ
Перечень вопросов к зачету
1.
Биомеханика как учебная и научная дисциплина.
2.
Связь биомеханики с другими науками.
3.
Направления развития биомеханики как науки.
4.
История развития биомеханики.
5.
Кинематические характеристики.
6.
Динамические характеристики.
7.
Звенья тела как рычаги и маятники.
8.
Соединение звеньев тела.
9.
Степени свободы в биокинематических цепях.
10.
Механические свойства костей и суставов.
11.
Биомеханические свойства мышц.
12.
Тесты в биомеханике.
13.
Методы обследования в биомеханике.
14.
Биомеханика силовых качеств.
15.
Биомеханика скоростных качеств.
16.
Биомеханика выносливости.
17.
Биомеханика гибкости
18.
Телосложение и моторика человека.
19.
Центр тяжести тела человека.
20.
Онтогенез моторики.
21.
Двигательный возраст.
22.
Прогноз развития моторики.
23.
Состав системы движений.
24.
Структура системы движений.
25.
Самоуправляемые системы.
26.
Биодинамика гимнастических упражнений: стойки, упоры, висы,
вращательные упражнения.
27.
Биодинамика легкоатлетических упражнений: шагательные действия,
механизм отталкивания от опоры.
28.
Биодинамика передвижений на лыжах: условия скольжения, механизм
отталкивания лыжами и палками.
29.
Биодинамика спортивных игр: перемещение внешних тел, броски и удары.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25
Аттестационные педагогические измерительные материалы
Структура АПИМ
Структура АПИМ, последовательность предъявления заданий и критерии «зачета» для освоения ДЕ
для 4 –х вариантов тест-билетов АПИМ дисциплины «Биомеханика».
Структура АПИМ, последовательность предъявления заданий и
критерии «зачета» освоения ДЕ тест-билета АПИМ
дисциплины «Биомеханика»
№
п/п
Наименование
дидактической единицы
дисциплины
1.
Биомеханика
двигательных действий
как
систем
целенаправленных
движений
Наименование темы задания
1.1
1.2
1.3.
1.4
2.
Биомеханические
аспекты
строения и
функций двигательного
аппарата человека
2.1
2.2
2.3
2.4
3.
Основы
управления
двигательными
действиями человека.
3.1
3.2
3.3
3.4
4.
Биомеханика
силы,
быстроты, выносливости
и гибкости
4.1
4.2
4.3
4.4
Биомеханика как предмет и
учебная дисциплина.
Механические явления в
живых системах
Направления
развития
биомеханики.
Связи
биомеханики
с
другими науками
Строение пассивной части
двигательного
аппарата
человека.
Тело
человека
как
многозвенная система.
Кинематические пары и
движения
в
суставах
(понятие
о
степенях
свободы).
Режимы
и
механика
мышечного сокращения.
Основные понятия теории
управления. Управление и
регуляция.
Аппарат
управления и
аппарат исполнения.
Цели
управления,
программа
поведения,
конечный результат.
Произвольный контроль и
сенсорные коррекции.
Биомеханические
характеристики гибкости.
Биомеханическая
характеристика
силовых
качеств.
Биомеханическая
характеристика скоростных
качеств.
Биомеханическая
характеристика
выносливости.
Критер
ий
зачета
2
№
задания
1
13
25
37
2
2
14
26
3
3
15
27
38
44
3
4
16
28
39
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
5.
Оздоровительная
направленность
физических упражнений
и
биомеханические
требования
к
их
выполнению
5.1
5.2
5.3
5.4
6.
7.
Циклические
и
ациклические
локомоторные действия,
основные
механизмы
перемещающих
действий,
сохранение
положения
тела
и
действия на месте.
Биомеханические
аспекты
природы
возникновения
и
профилактики травм
6.1
6.2
6.3
6.4
7.1
7.2
7.3
7.4.
8.
Индивидуальные и
групповые особенности
моторики человека.
8.1
8.2
8.3
8.4
9.
Спортивно-техническое
мастерство.
9.1
9.2
9.3
9.4
Влияние
занятий
физическими
упражнениями
на
деятельность внутренних
органов.
Биомеханика дыхания,
Биомеханика
сердца и
сосудов
Биомеханика глаза, органов
слуха и равновесия.
Биомеханика ходьбы и
бега: фазовый состав, силы,
энергетика.
Передвижение с опорой на
воду.
Передвижение
со
скольжением.
Равновесие тела человека.
Виды травм: тендиниты,
растяжения,
бурситы,
переломы, ушибы.
Профилактика
травматизма.
Нерационально
составленная
программа
тренировок,
нарушение
методики
тренировок,
нарушение
правил
врачебного контроля,
отсутствие баланса между
силой
и
гибкостью,
перерастягивание.
Телосложение и моторика
человека.
Онтогенез моторики.
Двигательные
предпочтения
Двигательная асимметрия и
ее значение в спорте.
Биомеханические
характеристики спортивной
техники.
Биомеханические
черты
спортивного мастерства.
Рациональность техники
2
5
17
29
2
6
18
30
2
7
19
31
4
8
20
32
40
3
9
21
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ
27
ВАРИАНТ 1
1. Из каких слов составлен термин биомеханика
1. Жизнь и орудие
2. Мышцы и кости
3. Жизнь и мышцы
4. Кости и суставы
2. Автор первых научных трудов о закономерностях движений наземных животных и человека
1. Сеченов И. М.
2. Аристотель
3. Ухтомский А. А.
4. Лесгафт П. Ф.
3. Двигательная деятельность – это:
1. Движение
2. Локомоции
3. Система двигательных действий
4. Совокупность физических качеств
4. Путь это:
1. Длина траектории
2. Среднее расстояние
3. Ось вращения
4. Радиус инерции
5. Траектория это:
1. Линия движения точки в пространстве
2. Расстояние
3. Путь
4. Радиус инерции
6. Перемещение (линейное) это:
1. Время пути
2. Ритм движения
3. Расстояние по прямой между конечным и начальным положением
4. Количество движения
7. Динамика – это раздел механики, в котором изучается:
1. Движение тела с учетом его взаимодействий с другими телами
2. Часть кинематики
3. Часть статики
4. Скорость движения
8. Масса – это:
1.Вес тела
1. Количество веществ в теле или отдельном звене
2. Инертность
3. Сложение сил
9. Сила равна произведению:
1. Скорости и ускорения
2. Весу и массы
3. Массы и ускорения
4. Массы и расстояния
10.Объектом биомеханического контроля служат
1. Человек
2. Системы отсчета
3. Моторка человека
4. Силы
11. С какого времени человек становится объектом изучения
1. С раннего детства
2. С первой тренировки
3. С совершеннолетия
4. Со школой
12. Напишите схему биомеханического контроля
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
1. контроль = тестирования +оценивания результатов
2. Контроль = тестирования + повторное тестирования
3. Контроль = оценка результатов + погрешность
4. Контроль = оценка результатов – погрешность
13.Определение силы
1.Способность человека преодолевать внешнее сопротивление
2.Скорость сокращения мышц
3.Это толщина мышечного поперечника
4.Определяется дальностью прыжка
14.Определение выносливости
1.Способность человека быстро выполнять движение
2.Способность человека выполнять работу длительное время без снижения интенсивности
3. способность человека выполнять длительную работу на задержке дыхания
4.Способность человека выполнять движения с большой амплитудой
15.Определение быстроты
1.Двигательные действия, выполняемые в минимальный отрезок времени
2.Сильное движение
3.Сила сокращения мышц
4.Длительное выполнение упражнения
16.Двигательные возможности зависят, в частности:
1. От длины и массы тела
2.От социального статуса
3.От степени тренированности
4.От вида спорта
17.Влияют ли анатомо – физиологические особенности на кинематику движений
1.Не влияют
2.Влияют
3.Влияют, но не всегда
4.Влияют на динамику
18.Влияют ли анатомо – физиологические особенности на тактику двигательной деятельности
1.Влияют
2.Не влияют
3. Иногда
4.Только в детском возрасте
ВАРИАНТ 2
1. Центральным разделом биомеханики является:
1. Биомеханика физических упражнений
2. Статическое положение
3. Динамика
4. Кинематика
2. Основоположником отечественной биомеханики является:
1. П. П. Лесгафт
2. Н.Д. Бернштейн
3. А.А. Ухтомский
4. Архимед
3. Система двигательных действий это:
1. Движение
2. Локомоции
3. Двигательная деятельность
5. Двигательные качества
4. длина траектории это:
1. Среднее расстояние
2. Путь
3. Торможение
4. Половина пути
5. Линия движения точки это:
1. Траектория
2. Расстояние
3. Ось вращение
4. Путь
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
6. Расстояние по прямой между конечным и начальным положением тела это:
1. Ритм движения
2. Линейное перемещение
3. Количество движения
4. Время пути
7.В каком из разделов изучается движение тела во взаимодействии с другими телами
1. Статика
2. Кинематика
3. Динамика
4. Химия
8.Количество вещества в теле или отдельном звене это:
1. Вес тела
2. Инертность
3. Масса тела
4. Сложение сил
9. Произведение массы и ускорения равно:
1. Силе
2. Весу
3. Ритму
4. Скорости
10.Моторика человека служат
1. Объектом биомеханического контроля
2. Системой отсчета
3. Системой сил
4. Шкалой измерений
11. С раннего детства человек становится
1. Объектом измерения
2. Спортсменом
3. Взрослым человеком
4. Учеником
12. Тестирование плюс оценивания результатов это –
1. Определения оптимальных двигательных режимов
2. Определение энергозатрат
3. Схема биомеханического контроля
4. Определение топографии работающих мышц
13. Способность человека преодолевать внешне е сопротивление – это…
1.Сила
2.Скорость
3.Релаксация
4.Ускорение
14. Способность человека выполнять работу длительное время без снижения интенсивности –
это…
1.Быстрота
2.Ловкость
3.Выносливость
4.Гибкость
15.Способность выполнять двигательные действия в минимальный отрезок времени – это…
1.Быстрота
2.Ритм
3.Ловкость
4.Сила
16.Что зависит от длины и массы тела?
1.Двигательные возможности
2.Возраст паспортный
3.Возраст биологический
4. Ювенильные показатели
17. Что влияет на кинематику движений?
1.Возраст
2.Поза
3.Анатомо – физиологические особенности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.Динамика движений
18. Что влияет на тактику двигательной деятельности
1.Анатомо – физиологические особенности
2.Вид спорта
3.Поза
4.Динамика движений.
ВАРИАНТ 3
1. Биомеханика это раздел
1. Биохимии
2. Биофизики
3. Математики
4. Анатомии
2. Автор первых научных трудов о закономерности движений в воде
1. Аристотель
2. Борелли
3. Архимед
4. П.П. Лесгафт
3. Частная биомеханика это:
1. Раздел биомеханики
2. Вид биомеханики
3. Отдельная дисциплина
5. Раздел медицины
4. Механическое движение это:
1. Изменения положения тела в пространстве относительно других тел
2. Изменения скорости тела
3. Изменения массы тела
4. Беспорядочное движения отдельно взятого тела
5. Перемещение это:
1. вектор, соединяющий начальную точку траектории с конечной
2. Траектория
3. Время пути
4. Любое действие
6. Если на всех участках средняя скорость одинакова, то это движение называется
1. Мгновенным
2. Плавным
3. Равномерным
4. С ускорением
7. Единица измерения массы
1. Ньютон
2. Килограмм
3. Джоуль
4. Ватт
8. Инертность это:
1. Свойство тела оказывать сопротивление изменению скорости его движения
2. Масса тела
3. Химическое свойство тела
4. Изменение массы тела
9. Ускорение равно:
1. Массе умноженной на силу
2. Силе деленной на массу
3. Скорости
4. Сумме скоростей
10.Какая из шкал является шкалой измерения в биомеханике
1. Отношений
2. Температур
3. Скоростная
4. Градуированная
11. На какой из вопросов дает ответ биомеханический контроль
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.
2.
3.
4.
31
Что делает человек
Почему человек растет
Как человек изменяется
Кто сильнее
12. Тестирования есть
1.Двигательное действие
2. двигательная деятельность
3. Измерения
4. Оценивания результатов
13.Выносливость зависит, в частности, от:
1.Энергитического потенциала
2.Скорости
3.Ловкости
4.Гибкости
14.Явная механическая работа состоит из:
1.Энергии
2.Внутренней и внешней работы
3.Движений
4.двигательных качеств
15.В основе устойчивости лежит:
1.Принцип обратной связи
2.Тренировка
3.Координированность
4.Ловкость
16.Научение – это…
1.Результат педагогического воздействия
2.Созревание
3.Сензитивный период
4.Тренировка
17.Созревание – это…
1.Научение
2.Биологический возраст
3.Генетически обусловленное совершенствование систем организма
4.Паспортный возраст
18.Пропорции тела – это…
1.Соотношение размеров отдельных частей тела
2.Масса тела
3.Вес тела
4.Геометрия масс
ВАРИАНТ 4
1. Раздел биофизики это:
1. Биомеханика
2. Биохимия
3. Математика
4. Анатомия
2. Архимед автор первых трудов о
1. Движениях механизмов
2. Человеке
3. Движениях в воде
4. О животных
3. Общая биомеханика это:
1. Раздел биомеханики
2. Вид биомеханики
3. Отдельный учебный предмет
4. Раздел медицины
4. Изменения положения тела в пространстве это:
1. Механическое движение
2. Траектория
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Масса
4. Движение с сопротивлением
5. Вектор, соединяющий начальную точку траектории с конечной это:
1. Траектория
2. Перемещение
3. Время пути
4. Механическое движение
6. Движение равномерное если:
1. На всех участках средняя скорость одинакова
2. Движение плавное
3. Движение с изменением скорости
4. Движение с изменением массы
7. В килограммах измеряется
1. Масса
2. Вес
3. Сила
4. Объем
8. Свойство тела оказывать сопротивление изменению скорости его движения это:
1. Сила
2. Скорость
3. Инертность
4. Энергия
9. Сила деленная на массу равна:
1. Ускорению
2. Скорости
3. Весу
4. Сумме скоростей
10. Какая из шкал является шкалой измерения в биомеханике
1. Скоростная
2. Градуированная
3. Порядка
4. Температурная
11. На какой из вопросов дает ответ биомеханический контроль
1. Почему человек растет
2. Как человек изменяется
3. Кто сильнее
4. Благодаря чему он это делает
12. Благодаря чему он это делает
1. Двигательное действие
2. Двигательная деятельность
3. Оценивания результатов
4. Тестирование
13. От энергетического потенциала зависит
1.Скорость
2.Гибкость
3.Ловкость
4.Выносливость
14. Из внутренней и внешней работы состоит
1.Явная механическая работа
2.Энергия
3.Мощность
4.Быстрота
15.Принцип обратной связи лежит в основе
1.Гибкости
2.Ловкости
3.Устойчивости
4.Выносливости
16. Результат педагогического воздействия – это…
1.Научение
2.Созревание
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.Кинестезия
4.Кинезиология
17.Генетически обусловленное совершенствование систем организма – это…
1.Созревание
2.Научение
3.Кинестезия
4.Кинезиология
18.Соотношение размеров отдельных частей тела – это…
1.Пропорции тела
2.Масса тела
3.Вес тела
4.Геометрия масс
Ключ к расшифровке выполненных заданий
1 вариант
1.1
2.2
3.3
4.1
5.1
6.3
7.1
8.2
9.3
10.3
11.1
12.1
13.1
14.2
15.1
16.1
17.2
18.1
2 вариант
1.1
2.2
3.3
4.2
5.1
6.2
7.3
8.3
9.1
10.1
11.1
12.3
13.1
14.3
15.1
16.1
17.3
18.1
3 вариант
1.2
2.3
3.1
4.1
5.1
6.3
7.2
8.1
9.2
10.1
11.1
12.3
13.1
14.2
15.1
16.1
17.3
18.1
4 вариант
1.1
2.3
3.1
4.1
5.2
6.1
7.1
8.3
9.1
10.3
11.4
12.4
13.4
14.1
15.3
16.1
17.1
18.1
Проверочный тест № 1. Введение в биомеханику
1. Основу рефлекторной теории создал:
а) Леонардо да Винчи
б) Р. Декарт
в) Д. Борелли
г) Л. Фишер
2. Начало биомеханики как отрасли науки, заложил:
а) Р. Декарт
б) К. Кекчеев
в) В.С. Гурфинкель
г) Д. Борелли
3. Биомеханика физических упражнений разработана:
а) Р. Декартом
б) Л. Фишером
в) П.Ф. Лесгафтом
г) К. Кекчеевым
4. Теоретическое обоснование процессов управления движениями дал:
а) К. Кекчеев
б) П.Ф. Лесгафт
в) Н.А. Бернштейн
г) Л. Браун
5. Выявили принцип синергии в организации работы скелетной мускулатуры:
а) Н.А. Бернштейн
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) В.С. Гурфинкель
в) Т. Шванн
г) Р. Броун
6. Работы о физиологической лабильности живых тканей и возбудимых систем принадлежат:
а) Н.Е. Введенскому
б) Н.А. Бернштейну
в) В.С. Гурфинкелю
г) А. А. Ухтомскому
7. Доминанту в деятельности нервных центров открыл:
а) А.Н. Крестовиков
б) А. А. Ухтомский
в) Н.Е. Введенский
г) Р. Гук
8. Координации движений, формирования двигательных условных рефлексов подробно изучал:
а) А. А. Ухтомский
б) К. Кекчеев
в) Н.Е. Введенский
г) А.Н. Крестовиков
9. Функциональную (динамическую) анатомию применительно к задачам физкультуры и спорта
разработал:
а) К. Кекчеев
б) Л.В. Чхаидзе
в) М.Ф. Иваницкий
г) Н.М. Сеченов
10. Разделом биомеханики не является:
а) динамическая биомеханика
б) общая биомеханика
в) дифференциальная биомеханика
г) частная биомеханика
11. В биомеханике выделяют уровней:
а) 6
б) 4
в) 3
г) 8
12. Совершенную методику регистрации движений разработал:
а) Д.Д. Донской
б) Л. Фишер
в) Ф.А. Северин
г) Р. Гранит
Ответьте на вопросы:
1) В каких областях науки возможно применение знаний по биомеханике?
2) Опишите уровни биомеханики, предмет их изучения.
3) Перечислите основные достижения отечественных ученых в области биомеханики.
Оценка результатов:
1. от 0 до 5 баллов – удовлетворительно;
2. от 6 до 9 баллов – хорошо;
3. от 10 до 14 баллов - отлично
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
Проверочный тест № 2. Кинематика
1. Линия, которую описывает движущаяся точка по отношению к данной системе отсчета - это:
а) путь
б) траектория
в) точка отсчета
г) материальная точка
2. Способность ориентироваться в пространстве у человека определяется наличием:
а) среднего уха
б) больших полушарий головного мозга
в) мозжечка
г) вестибулярного аппарата
3. Если на всех участках траектории средняя скорость одинакова, то движение называется:
а) равноудаленным
б) удлиненным
в) равномерным
г) динамичным
4. Предел, к которому стремится отношение перемещения тела в окрестности этой точки ко времени
при неограниченном уменьшении интервала - это:
а) мгновенная скорость
б) равномерная скорость
в) скачкообразная скорость
г) динамика
5. Временная мера повторности движений - это:
а) ритм движений
б) быстрота движений
в) равномерность движений
г) темп движений
6. Равномерность ускорения в СИ измеряется в:
а) м/с2
б) м/с
в) Вт
г) км/м
7. Если тело брошено вертикально вниз, то траектория - вертикальный отрезок, а движение является:
а) равнозамедленным
б) равнопеременным
в) равноускоренным
г) равномерным
8. Отношение угла поворота его радиус-вектора ко времени, за которое совершен поворот - это:
а) частота вращения
б) период вращения
в) угловая скорость
г) векторная скорость
9. Отношение изменения угловой скорости ко времени этого изменения, вычисленное в очень
маленьком интервале данной точки траектории - это:
а) линейное ускорение
б) векторное ускорение
в) свободное ускорение
г) угловое ускорение
10. В разделе «кинематика» изучается:
а) механическое движение, без выяснения причин этого движения
б) механические свойства тканей
в) двигательную деятельность живых существ
г) механические явления, сопровождающие процессы жизнедеятельности
11. Длительность движения выражается формулой:
а) N = 1/ Δt.
б) Δt 2-1 : Δt 2-3 : Δt 4-3 …
в) Δt = t кон- tнач
г) V = dx / dt.
12. Величина центростремительного ускорения определяется формулами:
а) ν = N/t
б) Т = t / N
в) Ε = d ω / d t
г) ац = V2 / R = ω2. R
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
Ответьте на вопросы:
1. Опишите примеры мгновенной скорости в спорте.
2. Перечислите виды ускорения, приведите примеры их осуществления в спорте.
Оценка результатов:
4. от 0 до 5 баллов – удовлетворительно;
5. от 6 до 9 баллов – хорошо;
6. от 10 до 14 баллов - отлично
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проверочный тест № 3. Динамика движения. Законы сохранения
1. Количественная мера инертности тела - это:
а) инерциальная система
б) сила
в) масса
г) объем
2. Массу тела вычисляют по формуле:
а) F= m х a
б) m = (аэ /ат) х mэ
в) F0 = F1 + F 2 + …
г) т х а =F
3. Единица измерения силы в СИ - это:
а) а Т
б) Н = кг.м/с2
в) а э
г) mэ = 1
4. Проекция равнодействующей силы на тот радиус окружности, на котором в данный момент
находится тело - это:
а) центростремительная сила
б) тангенциальная сила
в) сила
г) динамическая сила
5. Произведение величины силы на ее плечо называется:
а) инерцией
б) моментом инерции
в) моментом силы
г) силой
6. Момент инерции определяется по формуле:
а) М=±.F h
б) Ј = m R2
в) έ = М/ Ј
г) Fц= m х.a ц
7. Работа, совершаемая мышцами при выполнении активных движений, называется:
а) неизменной
б) силовой
в) динамической
г) энергозатратной
8. Моментом силы (М) относительно оси вращения называется:
а) произведение величины силы на ее плечо
б) кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы
в) сумма моментов инерции всех его точек
г) величина, равная произведению момента инерции относительно данной оси на угловую
скорость вращения
9. Точка, относительно которой сумма моментов сил тяжести, действующих на все частицы тела,
равна нулю - это:
а) правилом моментов
б) безразличным ускорением
в) равновесным положением тела
г) центром тяжести тела
10. Твердое тело, чаще в виде стержня, которое может вращаться (поворачиваться) вокруг
неподвижной оси - это:
а) балансир
б) блок
в) рычаг
г) неподвижный блок
11. Рычаг, обеспечивающий перемещение или равновесие головы в саггитальной плоскости:
а) рычаг второго рода
б) рычаг первого рода
в) рычаг третьего рода
г) рычаг четвертого рода
12. Не дает выигрыша в силе, но позволяет изменять ее направление:
а) рычаг первого рода
б) неповижный блок
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в) рычаг второго рода
г) балансир
Оценка результатов:
7. от 0 до 5 баллов – удовлетворительно;
8. от 6 до 9 баллов – хорошо;
9. от 10 до 14 баллов - отлично
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39
Проверочный тест № 4. Биомеханика двигательного аппарата человека
1. По форме различают мышцы:
а) поверхностная
б) одноперистая
в) отводящая
г) веретенообразная
2. Отводящая мышца называется:
а) сфинктером
б) абдуктором
в) антагонистом
г) аддуктором
3. Оттягивает дистальный отдел конечности назад:
а) протрактор
б) ротатор
в) ретрактор
г) абдуктор
4. Мышцы, выполняющие однотипные движения - это:
а) синергисты
б) антагонисты
в) протракторы
г) аддукторы
5. Сокращение мышцы, при котором ее волокна укорачиваются, но напряжение остается постоянным,
называется:
а) инерционным
б) изометрическим
в) изотоническим
г) синергетическим
6. Для исследования вестибулярного аппарата используют пробу:
а) К. Коллена
б) Р.И. Айзмана
в) Л. Брауна
г) Д. Ромберга
7. Тест, позволяющий определить порог чувствительности вестибулярного анализатора, называется тестом:
а) Д. Ромберга
б) Л. Брауна
в) А. Яроцкого
г) А. Баранова
8. Совокупность согласованных движений человека (животных), вызывающих активное перемещение
в пространстве, называется:
а) двигательной реакцией
б) двигательной активностью
в) ходьбой
г) локомоцией
9. Сокращение, при котором мышца укоротиться не может (оба конца неподвижно закреплены), а
напряжение возрастает, называется:
а) изометрическим
б) изотоническим
в) статическим
г) инерционным
10. Естественные локомоции (ходьба, бег, лазание, прыжки) и их координация формируются в
возрасте:
а) до 2 лет
б) до 1,5 лет
в) от 2 до 5 лет
г) от 7 до 12 лет
11. Формирование координационных механизмов движений заканчивается:
а) в 7 лет
б) в 16-17 лет
в) в 5 лет
г) в 20-25 лет
12. Двигательные действия, выполняемые за минимальный отрезок времени - это:
а) ловкость
б) сила
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
в) выносливость
г) быстрота
Ответьте на вопросы:
1. Приведите примеры биомеханики в различных видах спорта
2. Какие необходимы условия для развития гибкости, быстроты, ловкости и выносливости?
3. Перечислите основные методы исследований в биомеханике.
Оценка результатов:
10. от 0 до 5 баллов – удовлетворительно;
11. от 6 до 9 баллов – хорошо;
12. от 10 до 14 баллов – отлично
Ответы:
Тест № 1
1
б
2
Г
3
В
4
В
5
Б
6
А
7
Б
8
Г
9
В
10
А
11
В
12
Б
Тест № 2
1
Б
2
Г
3
В
4
А
5
Г
6
А
7
Б
8
В
9
Г
10
А
11
В
12
г
Тест № 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
В
Б
Б
А
В
Б
В
а
г
в
б
б
Тест № 4
1
г
2
б
3
в
4
а
5
в
6
г
7
в
8
г
9
а
10
в
11
б
12
г
Проверочный тест № 1. Введение в биомеханику
1. *Основу рефлекторной теории создал:
а) Леонардо да Винчи
б) Р. Декарт
в) Д. Борелли
г) Л. Фишер
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. *Начало биомеханики как отрасли науки, заложил:
а) Р. Декарт
б) К. Кекчеев
в) В.С. Гурфинкель
г) Д. Борелли
3. * Биомеханика физических упражнений разработана:
а) Р. Декартом
б) Л. Фишером
в) П.Ф. Лесгафтом
г) К. Кекчеевым
4. * Теоретическое обоснование процессов управления движениями дал:
а) К. Кекчеев
б) П.Ф. Лесгафт
в) Н.А. Бернштейн
г) Л. Браун
5. * Выявили принцип синергии в организации работы скелетной мускулатуры:
а) Н.А. Бернштейн
б) В.С. Гурфинкель
в) Т. Шванн
г) Р. Броун
6. * Работы о физиологической лабильности живых тканей и возбудимых систем
принадлежат:
а) Н.Е. Введенскому
б) Н.А. Бернштейну
в) В.С. Гурфинкелю
г) А. А. Ухтомскому
7. * Доминанту в деятельности нервных центров открыл:
а) А.Н. Крестовиков
б) А. А. Ухтомский
в) Н.Е. Введенский
г) Р. Гук
8. * Координации движений, формирования двигательных условных рефлексов
подробно изучал:
а) А. А. Ухтомский
б) К. Кекчеев
в) Н.Е. Введенский
г) А.Н. Крестовиков
9. * Функциональную (динамическую) анатомию применительно к задачам
физкультуры и спорта разработал:
а) К. Кекчеев
б) Л.В. Чхаидзе
в) М.Ф. Иваницкий
г) Н.М. Сеченов
10. *Разделом биомеханики не является:
а) динамическая биомеханика
б) общая биомеханика
в) дифференциальная биомеханика
г) частная биомеханика
11. * В биомеханике выделяют уровней:
а) 6
б) 4
в) 3
г) 8
12. * Совершенную методику регистрации движений разработал:
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
а) Д.Д. Донской
б) Л. Фишер
в) Ф.А. Северин
г) Р. Гранит
Ответьте на вопросы:
1. *В каких областях науки возможно применение знаний по биомеханике?
2. *Опишите уровни биомеханики, предмет их изучения.
3. **Перечислите основные достижения отечественных ученых в области биомеханики.
Оценка результатов:
1. от 0 до 6 баллов – удовлетворительно;
2. от 6 до 11 баллов – хорошо;
3. от 10 до 16 баллов - отлично
Проверочный тест № 2. Кинематика
1. *Линия, которую описывает движущаяся точка по отношению к данной системе
отсчета - это:
а) путь
б) траектория
в) точка отсчета
г) материальная точка
2. *Способность ориентироваться в пространстве у человека определяется наличием:
а) среднего уха
б) больших полушарий головного мозга
в) мозжечка
г) вестибулярного аппарата
3. * Если на всех участках траектории средняя скорость одинакова, то движение
называется:
а) равноудаленным
б) удлиненным
в) равномерным
г) динамичным
4. * Предел, к которому стремится отношение перемещения тела в окрестности этой
точки ко времени при неограниченном уменьшении интервала - это:
а) мгновенная скорость
б) равномерная скорость
в) скачкообразная скорость
г) динамика
5. * Временная мера повторности движений - это:
а) ритм движений
б) быстрота движений
в) равномерность движений
г) темп движений
6. * Равномерность ускорения в СИ измеряется в:
а) м/с2
б) м/с
в) Вт
г) км/м
7. * Если тело брошено вертикально вниз, то траектория - вертикальный отрезок, а
движение является:
а) равнозамедленным
б) равнопеременным
в) равноускоренным
г) равномерным
8. * Отношение угла поворота его радиус-вектора ко времени, за которое совершен
поворот - это:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
43
а) частота вращения
б) период вращения
в) угловая скорость
г) векторная скорость
9. * Отношение изменения угловой скорости ко времени этого изменения, вычисленное
в очень маленьком интервале данной точки траектории - это:
а) линейное ускорение
б) векторное ускорение
в) свободное ускорение
г) угловое ускорение
10. *В разделе «кинематика» изучается:
а) механическое движение, без выяснения причин этого движения
б) механические свойства тканей
в) двигательную деятельность живых существ
г) механические явления, сопровождающие процессы жизнедеятельности
11. * Длительность движения выражается формулой:
а) N = 1/ Δt.
б) Δt 2-1 : Δt 2-3 : Δt 4-3 …
в) Δt = t кон- tнач
г) V = dx / dt.
12. * Величина центростремительного ускорения определяется формулами:
а) ν = N/t
б) Т = t / N
в) Ε = d ω / d t
г) ац = V2 / R = ω 2. R
Ответьте на вопросы:
1. **Опишите примеры мгновенной скорости в спорте.
2. **Перечислите виды ускорения, приведите примеры их осуществления в спорте.
Оценка результатов:
1. от 0 до 6 баллов – удовлетворительно;
2. от 6 до 11 баллов – хорошо;
3. от 10 до 16 баллов - отлично
Проверочный тест № 3. Динамика движения. Законы сохранения
1. *Количественная мера инертности тела - это:
а) инерциальная система
б) сила
в) масса
г) объем
2. *Массу тела вычисляют по формуле:
а) F= m х a
б) m = (аэ /ат) х mэ
в) F0 = F1 + F 2 + …
г) т х а =F
3. *Единица измерения силы в СИ - это:
а) аТ
б) Н = кг.м/с2
в) аэ
г) mэ = 1
4. *Проекция равнодействующей силы на тот радиус окружности, на котором в данный
момент находится тело - это:
а) центростремительная сила
б) тангенциальная сила
в) сила
г) динамическая сила
5. *Произведение величины силы на ее плечо называется:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
44
а) инерцией
б) моментом инерции
в) моментом силы
г) силой
6. * Момент инерции определяется по формуле:
а) М=±.F h
б) Ј = m R2
в) έ = М/ Ј
г) Fц= m х .aц
7. *Работа, совершаемая мышцами при выполнении активных движений, называется:
а) неизменной
б) силовой
в) динамической
г) энергозатратной
8. *Моментом силы (М) относительно оси вращения называется:
а) произведение величины силы на ее плечо
б) кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы
в) сумма моментов инерции всех его точек
г) величина, равная произведению момента инерции относительно данной оси на угловую
скорость вращения
9. *Точка, относительно которой сумма моментов сил тяжести, действующих на все
частицы тела, равна нулю - это:
а) правилом моментов
б) безразличным ускорением
в) равновесным положением тела
г) центром тяжести тела
10. *Твердое тело, чаще в виде стержня, которое может вращаться (поворачиваться)
вокруг неподвижной оси - это:
а) балансир
б) блок
в) рычаг
г) неподвижный блок
11. *Рычаг, обеспечивающий перемещение или равновесие головы в саггитальной
плоскости:
а) рычаг второго рода
б) рычаг первого рода
в) рычаг третьего рода
г) рычаг четвертого рода
12. *Не дает выигрыша в силе, но позволяет изменять ее направление:
а) рычаг первого рода
б) неподвижный блок
в) рычаг второго рода
г) балансир
13. * В балансирующем маятнике, использующемся в механотерапии применяется:
а) рычаг второго рода
б) рычаг первого рода
в) блок
г) балансир
14. *Предплечье человека работает по принципу:
а) рычага первого рода
б) подвижного блока
в) рычаг второго рода
г) балансира
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15. Сила, работа которой при перемещении тела по замкнутому контуру равняется
нулю, называется:
а) консервативной
б) константной
в) статической
г) динамической
16. * Скалярная величина, равная работе, совершаемой консервативной силой, при
переходе тела из данного положения на выбранный уровень отсчета, называется:
а) полной механической энергией
б) неполной механической энергией
в) потенциальной энергией тела
г) статической энергией тела
17. * Полная механическая энергия рассчитывается по формуле:
а) А 1-2 = - А 2-1
б) Е=ЕК + ЕП
в) Е=ЕК - ЕП
г) А 1-2 = + А 2-1
18. * Кинетическая энергия системы и ее импульс свободных тел сохраняется при:
а) абсолютно неупругом ударе
б) абсолютно упругом ударе
в) реальном ударе
г) векторном ударе
Оценка результатов:
1. от 0 до 8 баллов – удовлетворительно;
2. от 8 до 114 баллов – хорошо;
3) от 14 до 18 баллов - отлично
Проверочный тест № 4. Биомеханика двигательного аппарата человека
1. *По форме различают мышцы:
а) поверхностная
б) одноперистая
в) отводящая
г) веретенообразная
2. *Отводящая мышца называется:
а) сфинктером
б) абдуктором
в) антагонистом
г) аддуктором
3. * Оттягивает дистальный отдел конечности назад:
а) протрактор
б) ротатор
в) ретрактор
г) абдуктор
4. * Мышцы, выполняющие однотипные движения - это:
а) синергисты
б) антагонисты
в) протракторы
г) аддукторы
5. * Сокращение мышцы, при котором ее волокна укорачиваются, но напряжение
остается постоянным, называется:
а) инерционным
б) изометрическим
в) изотоническим
г) синергетическим
6. * Для исследования вестибулярного аппарата используют пробу:
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
46
а) К. Коллена
б) Р.И. Айзмана
в) Л. Брауна
г) Д. Ромберга
7. * Тест, позволяющий определить порог чувствительности вестибулярного
анализатора, называется тестом:
а) Д. Ромберга
б) Л. Брауна
в) А. Яроцкого
г) А. Баранова
8. * Совокупность согласованных движений человека (животных), вызывающих
активное перемещение в пространстве, называется:
а) двигательной реакцией
б) двигательной активностью
в) ходьбой
г) локомоцией
9. * Сокращение, при котором мышца укоротиться не может (оба конца неподвижно
закреплены), а напряжение возрастает, называется:
а) изометрическим
б) изотоническим
в) статическим
г) инерционным
10. * Естественные локомоции (ходьба, бег, лазание, прыжки) и их координация
формируются в возрасте:
а) до 2 лет
б) до 1,5 лет
в) от 2 до 5 лет
г) от 7 до 12 лет
11. * Формирование координационных механизмов движений заканчивается:
а) в 7 лет
б) в 16-17 лет
в) в 5 лет
г) в 20-25 лет
12. *Двигательные действия, выполняемые за минимальный отрезок времени - это:
а) ловкость
б) сила
в) выносливость
г) быстрота
13. * Наибольший эффект в развитии быстроты достигается в возрасте:
а) от 8 до 16 лет
б) от 3 до 5 лет
в) от 7 до 12 лет
г) от 12 до 20 лет
14. * Способность быстро овладевать новыми движениями и перестраивать двигательную
деятельность в соответствии с требованиями внезапно меняющейся обстановки - это:
а) быстрота
б) подвижность
в) выносливость
г) ловкость
Ответьте на вопросы:
1. **Приведите примеры биомеханики в различных видах спорта
2. **Какие необходимы условия для развития гибкости, быстроты, ловкости и
выносливости?
3. **Перечислите основные методы исследований в биомеханике.
Оценка результатов:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
47
1. от 0 до 10 баллов – удовлетворительно;
2. от 10 до 15 баллов – хорошо;
3) от 15 до 20 баллов - отлично
Ответы:
Тест № 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
б
г
в
в
б
а
б
г
в
а
в
б
Тест № 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
б
г
в
а
г
а
б
в
г
а
в
г
Тест № 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
в
б
б
а
в
б
в
а
г
в
б
б
г
в
а
в
б
б
Тест № 4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
г
б
в
а
в
г
в
г
а
в
б
г
а
г
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
48
12. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАПИСАНИЮ РЕФЕРАТОВ и
КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ С ПРИМЕРНОЙ ИХ ТЕМАТИКОЙ
Реферат - краткое изложение в письменном виде содержания научного труда. Это
самостоятельная научно-исследовательская работа студента, где автор раскрывает суть
исследуемой проблемы; приводит различные точки зрения, а также собственные взгляды на
нее. Содержание реферата должно быть логичным; изложение материала носит проблемнотематический характер. Тематика рефератов обычно определяется преподавателем, но в
определении темы инициативу может проявить и студент.
Прежде чем выбрать тему реферата, автору необходимо выяснить свой интерес,
определить, над какой проблемой он хотел бы поработать, более глубоко ее изучить.
Этапы работы над рефератом.
Формулирование темы (она должна быть не только актуальной по своему значению, но
и оригинальной и интересной по содержанию).
Подбор и изучение источников по теме (при разработке реферата используется не
менее 8-10 различных источников).
Составление библиографии.
Обработка и систематизация информации.
Разработка плана реферата
Написание реферата.
Выступление с результатами исследования.
Примерная структура реферата
Титульный лист.
Оглавление (в нем последовательно излагаются названия пунктов реферата,
указываются страницы, с которых начинается каждый пункт).
Введение (формулируется суть исследуемой проблемы, обосновывается выбор темы,
определяются ее значимость и актуальность, указываются цель и задачи реферата, дастся
характеристика используемой литературы).
Основная часть (каждый ее раздел, доказательно раскрывая отдельную проблему или
одну из ее сторон, логически является продолжением предыдущего; в основной части могут
быть представлены таблицы, графики, схемы).
Заключение (подводятся итоги или дается обобщенный вывод по теме реферата,
предлагаются рекомендации). Список литературы.
Требования к оформлению реферата
Объем реферата может колебаться в пределах 25-30 печатных страниц; все приложения
к работе не входят в ее объем.
Реферат должен быть выполнен грамотно, с соблюдением культуры изложения.
Обязательно должны иметься ссылки на используемую литературу. Должна быть соблюдена
последовательность написания библиографического аппарата.
Критерии оценки реферата Актуальность темы исследования. Соответствие
содержания теме. Глубина проработки материала. Правильность и полнота использования
источников. Соответствие оформления реферата стандартам.
По усмотрению преподавателя рефераты могут быть представлены на семинарах,
научно-практических конференциях, а также использованы как зачетные работы по
пройденным темам.
Тематика рефератов
1. Кинематические, динамические и энергетические параметры двигательных действий
человека, их расчет.
2. Виды движений.
3. Спортивно-техническое мастерство.
4. Управление движениями.
5. Основы биомеханического контроля.
6. Биомеханические технологии повышения спортивной результативности.
7. Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных движений
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
49
8. Биомеханические аспекты строения и функций двигательного аппарата человека
9. Основы управления двигательными действиями человека.
10. Биомеханика силы, быстроты, выносливости и гибкости.
11. Оздоровительная направленность физических упражнений и биомеханические
требования к их выполнению.
12. Циклические локомоторные действия.
13. Ациклические локомоторные действия,
14. Основные механизмы перемещающих действий,
15. Сохранение положения тела и действия на месте.
16. Биомеханические аспекты природы возникновения и профилактики травм.
17. Индивидуальные и групповые особенности моторики человека.
18. Спортивно-техническое мастерство.
Контрольная работа - одна из форм проверки и оценки усвоенных знаний, получения
информации о характере познавательной деятельности, уровня самостоятельности и
активности студентов в учебном процессе, эффективности методов, форм и способов
учебной деятельности. Различают контрольные, аудиторные и домашние; текущие и
экзаменационные; письменные,
графические и практические; фронтальные и
индивидуальные.
Отличительной чертой письменных контрольных работ является их большая
объективность по сравнению с устным опросом. Виды и характер письменных контрольных
работ, их разнообразие зависят от содержания и специфики учебного предмета.
Важно, чтобы система заданий выявляла как знания студентов по определенной теме
(разделу), так и понимание сущности изучаемых предметов, умения самостоятельно делать
выводы и обобщения, творчески использовать знания и навыки.
Из вышесказанного следует, что контрольная работа - это своеобразный письменный
экзамен, который требует серьезной подготовки.
Домашние контрольные работы используются часто на заочной форме обучения, где
учебным планом предусмотрено определенное их количество и сроки выполнения.
При подготовке этих контрольных работ необходимо руководствоваться примерной
тематикой, которую рекомендует преподаватель. Первым этапом подготовки данной
контрольной работы является выбор темы, составление плана и изучение подобранной
литературы. В процессе изучения литературы делаются краткие записи наиболее важных
положений. Затем весь подготовленный материал систематизируется согласно плану,
уточняются цитаты и выписки, составляется примерное содержание контрольной работы.
На последнем этапе контрольная работа доводится до «кондиции», при этом во
введении дается характеристика и показывается актуальность темы; в соответствии с
намеченными в плане вопросами раскрывается основное содержание, а в заключении
делаются выводы, к которым пришел автор работы.
Контрольная работа имеет титульный лист, план, перечень вопросов, заданий.
Объем ее не должен превышать 10 печатных страниц.
Контрольная работа не может быть оценена положительно, если в ней поверхностно
раскрыты вопросы, допущены принципиальные ошибки, а также при условии механического
переписанного материала из учебников или другой литературы.
Рекомендуем:
Работу пишите аккуратно, разборчивым почерком.
Отвечайте на вопросы конкретно, логично, по теме, с выводами и обобщениями,
проявляя собственное отношение к проблеме.
В конце контрольной работы укажите используемую литературу.
Приводимые в тексте цитаты и выписки обязательно документируйте со ссылками на
источник.
Тематика контрольных работ по биомеханике
1. Кинематические, динамические и энергетические параметры двигательных действий
человека, их расчет.
2. Виды движений.
3. Спортивно-техническое мастерство.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
4. Управление движениями.
5. Основы биомеханического контроля.
6. Биомеханические технологии повышения спортивной результативности.
7. Биомеханика двигательных действий как систем целенаправленных движений
8. Биомеханические аспекты строения и функций двигательного аппарата человека
9. Основы управления двигательными действиями человека.
10. Биомеханика силы, быстроты, выносливости и гибкости.
11. Оздоровительная направленность физических упражнений и биомеханические
требования к их выполнению.
12. Циклические локомоторные действия.
13. Ациклические локомоторные действия,
14. Основные механизмы перемещающих действий,
15. Сохранение положения тела и действия на месте.
16. Биомеханические аспекты природы возникновения и профилактики травм.
17. Индивидуальные и групповые особенности моторики человека.
18. Спортивно-техническое мастерство.
13. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЕРСИИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ,
КОНТРОЛЬНЫХ И ОБУЧАЮЩИХ РАБОТ
Учебно-методические материалы, контрольные и обучающие работы представлены на
электронном носителе (CD-R, DVD-R), а так же в свободном доступе локальной сети
библиотеки университета. Проведение дисциплины «Биомеханика» обеспечено наличием
учебно-методической литературы, видео и фото - материалами. В процессе организации
образовательного процесса используются: технические средства (компьютерная техника,
smart-доски и средства связи и др.)
Инструментами ИТ выступают различные виды программных продуктов: текстовые
процессоры, издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами
данных, электронные календари, информационные системы функционального назначения,
компьютерные
учебники
(уроки),
программы-тренажеры,
тестовые
оболочки,
информационно-справочные (энциклопедии), демонстрационные (слайд - или видеофильмы)
и (Microsoft Word для просмотра, чтения и редактирования ученой литературы
и
документов, Браузер Internet Explorer для доступа в интернет, WinDjView для просмотра и
чтения документов и учебной литературы, Adobe Reader X для просмотра и чтения
документов и учебной литературы, Excel, Adobe Reader).
14. ВАРИАТИВНАЯ ЧАСТЬ УМК (ПРОГРАММНЫЙ МАТЕРИАЛ)
Конспекты лекций
ЛЕКЦИЯ
.
1.
БИОМЕХАНИКА
ДВИГАТЕЛЬНЫХ
ДЕЙСТВИЙ
ЦЕЛЕНАПРАВЛ ЕННЫХ ДВИЖЕНИЙ.
План лекции
1. Предмет и метод биомеханики
2. Задачи биомеханики
3. Содержание биомеханики спорта и физических упражнений
4. Развитие биомеханики. Направления развития
5. Связь биомеханики спорта и физических упражнений с другими науками
Литература:
Д.Д. Донской, В.М. Зациорский Биомеханика. М., ФиС, 1979, с. 4-16
КАК
СИСТЕМ
Биомеханика - само слово состоит из двух слов, био, что означает в переводе с латинского жизнь и
механика - мы знаем - это раздел физики, изучающий простейшую форму движения тел - механическую. Из
этих рассуждений следует, что «Биомеханика- наука о законах механического движения биологических
объектов или сред».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
51
Биологический объект или, в широком смысле, живая система включает в себя целостные организмы,
обитающие в земных условиях в воде, в воздухе, на земле. Биологическая среда - это жидкости, газы
двигающиеся в сосудах (кровь, лимфа, воздух в легких, пища в желудке, кишечнике).
Если рассматривать спортивные виды то часто можно наблюдать объединение организмов, например:
пары, четверки акробатов, противодействующих борцов, боксеров, действия гребцов (пары, четверки,
восьмерки), спортивные танцы, фигурное катание и т.д.
Из приведенного определения биомеханики как науки следует, что эта наука чрезвычайно обширна,
поскольку мы знаем огромное количество движущихся биологических объектов. Их движение изучает общая
биомеханика (рис.1).
А – аэробиомеханика
Г - гидробиомеханика
Н - биомеханика наземных перемещений
1.
Предмет и метод биомеханики.Биомеханика человека — раздел общей биомеханики
значительно уже и включает в себя результаты изучения механических закономерностей движения человека. И,
хотя человек не птица, но есть виды спорта, где человек вынужден летать и испытывать при этом все законы
аэромеханики (например, прыжки на лыжах с трамплина).
Человек не рыба и не морское животное, однако, пловцы (в плавании, в подводном плавании) испытывают
на себе все законы гидродинамики.
Большинство же движений человек осуществляет в наземных условиях и подчиняется законам наземных
перемещений. Вот где-то в этой области и располагается специфичный и важный для нас раздел биомеханики
спорта и физических упражнений.
Биомеханика физических упражнений как учебная дисциплина изучает движение человека в ходе
выполнения классических спортивных движений и большого числа общих и специальных упражнений,
используемых в процессе обучения и совершенствования двигательных навыков.
Объект познания биомеханики спорта - двигательные действия, как система взаимосвязанных активных
движений.
Область изучения — механические и биомеханические причины движений и зависящие от них особенности
двигательных действий в различных условиях.
Действия человека, которые изучаются в биомеханике спорта, в первую очередь включают в себя
механическое движение, как цель действия (совершить прыжок, преодолеть препятствие, переместить снаряд). Но
механическое движение осуществляется при ведущей роли более высоких форм движений (биологической,
социальной ...) В этой связи биомеханика шире и намного сложнее, чем механика неживых тел.
Из механики известно, что причинами движения являются силы (тяжести, трения, сопротивления). Эти же
силы вызывают и движение человека. Однако основной главной силой приводящей человека и его звенья в
движение являются силы мышечной тяги, а работа мышц управляется центральной нервной системой, т.е.
обусловлена физиологическими процессами.
В этой связи, чтобы понять природу движения живого, необходимо изучать не только механику движений, но
и их биологическую сущность. Именно она лежит в основе организации механических сил (живые объекты, в том
числе и человек, обладают переменной жесткостью, движения в суставах сочетают вращательные и
поступательные движения, процессы утомления, изменение внешних условий определяют организацию
движений).
Таким образом, предмет биомеханики спорта определяется объектом познания (что изучается?),
которым являются двигательные действия спортсмена (механические, биомеханические причины движения), а
целью познания - совершенствование и рационализация системы движений, (повышение КПД системы).
Метод биомеханики как и любой науки, это тот основной способ изучения, путь познания закономерностей
действий (в нашем случае спортивных движений). В биомеханике спорта это системный анализ и системный
синтез действий с использованием количественных характеристик в процессе моделирования движений.
Выявление состава системы движений, определение его элементов - первый этап познания целостности
двигательного действия. Рассматривая характеристики мы мысленно делим целостное движение, выявляем роль
и значение каждого элемента- в этом заключается системный анализ действий. Но определить состав системы
движений для познания - этого мало. Необходимо определить, анализируя характеристики, выясняя как
элементы связаны друг с другом, как они влияют на результативность, т.е. опр еделить причины целостности. В
этом заключается системный синтез — неотъемлемая часть познания любой системы
Функциональный метод широко применяется в современных биомеханических исследованиях, при этом
изучается функциональная зависимость между свойствами и состоянием явлений.
2. Задачи биомеханики
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
52
Задачи биомеханики спорта и физических упражнений определяют содержание этой области
знаний и делятся на общую задачу и частные, определяющие изучение конкретных вопросов изучения
движений.
Общая задача изучения движений человека в биомеханике спорта - оценка эффективности приложения сил
для более совершенного достижения поставленной цели.
Это определение своего рода коэффициента полезного действия (КПД). Например: в метании копья усилие
прилагаемое вдоль оси вызывает ускорение, направленное под оптимальным углом вылета и определяет
начальную скорость — основной фактор, обеспечивающий дальность полета. Но приложить усилие точно вдоль
оси снаряда даже спортсменам экстра-класса не удается.
В эксперименте с Я. Лусисом (экс рекордсменом мира) было зарегистрировано усилие вдоль копья и
поперек его (рис. 1)
При этом усилие направлено на изгиб снаряда (не полезное) составляло по импульсу силы 20% от
импульса силы, направленного вдоль оси. Таким образом, эффективность приложения силы составила даже у
такого спортсмена 80%.
Частные задачи биомеханики спорта решают три основных вопроса:
а) Строение и свойства двигательной функции тела спортсмена;
б) Рационализация спортивной техники;
в) Техническое совершенствование спортсмена.
А) Эта задача включает в себя изучение самих спортсменов, их особенностей и возможностей.
Фактически многие особенности движений зависят от объекта движения тела человека, строения его опорно двигательного аппарата, механических свойств и функций с учетом возрастных, половых, квалификационных
особенностей.
Б) Поиск рациональной спортивной техники как способа решения двигательной задачи - проблема
биомеханическая и решением ее занимаются специалисты - биомеханики вместе со спортсменами и тренерами.
История развития любого вида спорта показывает, в каком направлении развивалась биомеханическая мысль
при решении этой задачи. Например: «рационализация техники прыжков в высоту - от перешагивания, волны,
переката, перекидного, до фосбери - флоп».
В) Техническое совершенствование спортсмена - задача индивидуализации спортивной техники. В этом
случае биомеханические подходы позволяют выявить особенности движений конкретного спортсмена, уровень
развития его двигательных качеств и на этом основании повысить эффективность освоения современной
рациональной техники. Например: для скоростного спортсмена в прыжках в высоту следует обратить вн имание
на использование ее скорости в разбеге и при отталкивании. Прыгун, обладающий мощным толчком, за счет
силового компонента должен использовать силу толчка. При высоком уровне гибкости — активно
использовать маховые движения при отталкивании и при переходе через планку.
3. Содержание биомеханики спорта и физических упражнений Биомеханика как наука и учебная
дисциплина представляет из себя совокупность накопленных теоретических и практических знаний. При
этом разрабатываются пути получения этих знаний - методы биомеханики.
Теория и методы биомеханики в виде соответствующих понятий, законов и подходов к исследованию
раскрывают содержание биомеханики.
3.1. Теория биомеханики спорта.
В основе теории биомеханики спорта лежит механическая обусловленность движений и их рефлекто рная
природа на основе принципа нервизма. Причиной всех движений являются действия механических сил
различного происхождения в полном соответствии с законами механики.
При этом в основу понимания двигательных действий заложен системно -структурный подход,
рассматривающий тело человека как движущуюся систему, а процессы движения - как развивающуюся
систему. Н.А. Бернштейн замечал: «Движение не есть цепочка деталей, а структура дифференцирующаяся на
детали, - структура целостная, при наличии в то же время высокой дифференциации элементов и разнообразно избирательных форм взаимоотношений между ними»
Теория структурности включает следующие основные принципы:
а) принцип структурности построения систем движения - все движения
в системе взаимосвязаны; эти структурные связи определяют целостность и
совершенство действия.
б) принцип целостности действия - все движения в двигательном действии единое целое, направленное
на достижение цели.
в) принцип сознательной целенаправленности - определяет цель и осуществляет управление движениями
для достижения цели.
Метод биомеханики- это системный анализ, включающий определение состава системы движений и
системный синтез — объединение, соединение элементов системы, связи, влияния, закономерности
объединения, т.е. выявление структуры системы.
Функциональный метод — выявляет зависимость между свойствами и состоянием явлений, в нашем случае
между характеристиками движений, состоянием спортсмена и результативностью.
4. Развитие биомеханики спорта. Направления развития.
Биомеханика - наука совсем еще молодая. 1 конференция по биомеханике спорта в СССР состоялась в 1974
году в г. Киеве, а по общей биомеханике в 1975 году в г. Риге. А с другой стороны, биомеханика как наука
возникла еще в древние времена, во времена римских гладиаторов, когда врач Гален проводил первые
анатомические опыты и пытался определить функциональные особенности в работе мышц.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
53
Возникновение и развитие биомеханики тесно связано с развитием механики. Еще Леонардо да Винчи
утверждал, что «наука механика потому столь благородна и полезна более всех прочих наук, что, как оказывается,
все живые тела, имеющие способность к движению действуют по ее законам».
Достижения теоретической механики, описывающей основные законы механического движения в водной
среде, в воздухе и при наземных перемещениях легли в основу изучения движения живых существ, в частности,
спортивных движений человека.
Математические науки находят все большее применение в биомеханических исследованиях и это не
только статистические методы обработки экспериментальных данных, но и методы математического
моделирования.
Из биологических наук в биомеханике человека в первую очередь использовались данные анатомии и
физиологии. В дальнейшем, особое влияние на развитие биомеханики оказали функциональная анатомия и идеи
нервизма в современной физиологии.
Таким образом складывались основные направления в развитии биомеханики: механическое,
функционально-анатомическое, физиологическое.
Эти направления существуют и в настоящее время и входят органично в современное направление,
определяемое как системно — структурный подход.
Таким образом, в биомеханике исторически сложилось три основных направления развития:
механическое, функционально-анатомическое, физиологическое. Современный подход объединяет все эти
направления, поскольку рассматривает движения человека (в спорте) с позиций системно-структурного
подхода, используя при анализе и синтезе движений механическую, анатомическую и физиологическую
информацию.
Механическое направление, его начало связывают с именем Д.Борелли, итальянским врачом и
математиком. В 1679 году им была опубликована книга «О движении животных», где использовались
механические законы движения рычага для определения центров тяжести тела человека. Там же была изложена
классификация локомоций человека и животных по способу взаимодействия с окружающей средой
(отталкивание и притягивание к опоре).
Но, ради справедливости, стоит отметить работы по биомеханике, сделанные ранее великим италья нским
художником, ученым, физиком, математиком, архитектором, инженером и анатомом Леонардо да Винчи (14521519г.) С полным правом можно назвать его одним из первых биомехаников. Он впервые высказал мысль о
подчинении движения тела человека законам механики. Им было математически описано более 50 видов
походок человека.
Немецкие ученые, братья В. и Э. Вебер в 1836 году опубликовали свой труд по биомеханике ходьбы,
используя в своих опытах объективные методики, позволяющие регистрировать ряд механических
характеристик (длительность шагов, двойной опоры, колебания туловища).
Дальнейшее развитие этого направления в биомеханике связано с появлением фотографии.
Последовательные снимки Майбриджа в 1877 году впервые дали возможность зарегистрировать движения
бегущей лошади.
Работы Марея и Демени привели к появлению киносъемки и метода хронографии, при котором
вращающийся перед объективом диск с отверстиями позволял запечатлеть на неподвижной пластинке ряд
последовательных положений (поз) движущегося объекта. Равные промежутки времени между экспозициями
давали возможность учесть этот фактор в движении.
Последующие опыты Марея по исследованию движений человека, используя блестящие полосы, а затем,
светящиеся лампочки, закрепленные на теле, позволили измерять пространственные координаты движ ущихся
точек, увеличивая частоту съемки.
В 90-х годах 19 столетия немецкие ученые В. Брауне и О. Фишер определяя относительные массы частей
тела, расположение их центров тяжести, а также скорости и ускорения осуществили расчет сил, вызывающих
эти ускорения. Этот метод получил название циклограмметрии. Впоследствии Н.А. Бернштейн
усовершенствовал этот метод и получил обширные материалы исследования трудовых
и
спортивных
движений, заложив основы теории управления движениями (координации движений)
В настоящее время этот подход кроме нашей страны успешно развивается в Германии, Польше, США.
Механический подход позволяет определить количественную меру движения человека и его
двигательных процессов. Это одна из главных основ биомеханики. Выявление особенностей строения и свойств
опорно-двигательного аппарата не мыслимо без использования механического направлен ия в биомеханике
человека. К недостаткам этого подхода можно отнести порой неоправданные упрощения, некоторую недооценку
специфики физики живого.
Функционально- анатомическое направление в развитии биомеханики. Одно из первых открытий в
области биомеханики принадлежит Клавдию Галену - врачу школы гладиаторов в Пергаме (131-201 г.г. до н. э.),
доказавшему, что от мозга по нервам к мышцам поступают двигательные импульсы, вызывающие сокращение
мышц и движение в суставах. В нашей стране это направление развивалось трудами П.Ф. Лесгафта, И.М.
Сеченова, М.Ф. Иваницкого.
Для этого направления характерным является описательный анализ движений в суставах, определение
участия мышц в сохранении положений тела и его движений.
Изучение биомеханики физических упражнений в тесной связи с анатомическими исследованиями было
введено П.Ф. Лесгафтом (1837-1909г.). Разрабатывая основы теоретической анатомии, П.Ф. Лесгафт стремился к
установлению связи между формой и функцией органов, изучая общие закономерности строения двигате льного
аппарата.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
54
В частности, он объединял в своем учении костную и мышечную системы, поскольку они связаны общей
функцией.
Существенный вклад в развитие функционально-анатомического направления внесли труды М.Ф.
Иваницкого «Записи по динамической анатомии» (1934г.), «Движение человеческого тела» (1938 г.),
«Анатомия человека» (1956 г.). Эти работы выходят за рамки обычного курса анатомии. Они в значительной
степени сближены с биомеханикой физических упражнений.
Однако, в этих трудах преобладает описательный характер, пока что здесь не могло быть речи о
количественном определении и анализе движений.
В настоящее время все шире используется регистрация электрической активности мышц
(электромиография), позволяющая определять время и степень участия мышц в движениях, согласованность в
работе отдельных мышц и мышечных групп. С появлением этого метода в функционально -анатомическом
направлении преодолевается его основной недостаток -описательный характер исследований.
Физиологическое направление в развитии биомеханики складывалось под влиянием идей нервизма, учения о
высшей нервной деятельности.
Физиологические основы движений человека были заложены в работах И.М. Сеченова, И.П. Павлова,
А.А. Ухтомского, П.И. Анохина, Н.А. Бернштейна, показавших рефлекторную природу двигательных действий,
роль механизмов нервной регуляции при взаимодействии организма и среды.
Фундаментальные труды этих ученых о регуляторных механизмах нервной системы и нервно мышечного аппарата, дают представление о чрезвычайной сложности и совершенстве процессов управления
движениями.
Для научного объяснения движений первостепенное значение имели идеи И.М. Сеченова (1829-1905г.г.),
раскрывшего рефлекторную природу всех произвольных и непроизвольных движений. В своей работе
«Рефлексы головного мозга», 1863г., он показал, что «все разнообразие внешних проявлений мозговой
деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движению»
Дальнейшее развитие физиологического обоснования движений связано с именем академика А.А.
Ухтомского (1875-1942г.). В «Очерках физиологии нервной системы» и «Физиологии двигательного аппарата»,
он исследовал вопросы управления работой мышц, энергетические процессы мышц и биологические
особенности их действий.
Это направление было продолжено в работах А.Н. Крестовников, который в «Очерках по физиологии
физических упражнений» (1951 г.) привел обширный материал по физиологической характеристике
физических упражнений и показал роль анализаторов в физических упражнениях.
Особенно следует отметить исследования Н.А. Бернштейна, признанного ныне основоположником
спортивной и общей биомеханики. Он основательно исследовал и обосновал основные представления об
управлении движениями человека, о координации движений, о проявлении ловкости - как психофизического
качества.
В ходе управления движениями осуществляется приспособление импульсов нервной системы (т.е.
команд) по ходу движения с учетом конкретных условий его выполнения (внешних и внутренних). При этом
осуществляются коррекции, устраняющие отклонения от задачи (модели) движения. Нейрофизиологические
концепции Н.А. Бернштейна послужили основой формирования современной теории биомеханики движений
человека.
Современный этап развития биомеханики спорта.
(Системно-структурный подход)
Современный этап развития биомеханики спор та и физических упражнений является продолжением
развития научных идей П.Ф. Лесгафта по теории телесных движений.
В 1877 году П.Ф. Лесгафт начал читать этот предмет на курсах по физическому воспитанию. В институте
физического образования им. Лесгафта в Ленинграде этот курс входил в предмет «Физическое образование», а
в 1927 г. он получил собственное название «Теория движений». В 1931 году был переименован в курс
«Биомеханика физических упражнений». С этого времени в институтах физической культуры стала
разворачиваться учебная и научная деятельность по биомеханике спорта. А с 1958 года этот предмет был
введен во всех институтах физической культуры - биомеханика стала обязательной учебной дисциплиной.
Создавались кафедры, готовились учебные программы, учебники, пособия, готовились кадры преподавателей,
защищались кандидатские и докторские диссертации.
Подготовка спортсменов высокой квалификации сейчас не мыслима без глубокого биомеханического
анализа и обоснования спортивной техники и методики ее совершенство вания. Вышли книги, монографии,
пособия по биомеханике видов спорта.
1.
Биомеханика лыжных ходов
Гросс, Донской Д.Д.
2.
Биомеханика тяжелой атлетики
Жеков
3.
Биомеханика фигурного катания
Мишин
4.
Биомеханика плавания
Зациорский В.М.
5.
Плавание
Платонов с соавт., 2002г.
6.
Законы движений в спорте
Донской Д.Д.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
7.
Совершенствование технического мастерства в спорте
Дьячков В.М., 1972г.
8.
Гребной спорт
Гагин Ю.Н.
9.
Проблемы, гипотезы, перспективы исследовательских направлений РатовИ.П., 1974г.
биомеханики спорта
10.
Онтокинезиология человека
11.
Двигательная координация человека в спортивных
баллистического типа
12.
Алгоритмизация скоро стно-силовой подготовки
Лысаковский И. Т., 1997г.
13.
Теория спортивных метаний
ТутевичВ.Н., 1969г.
Бальсевич В.К., 2002г.
упражнениях КарпеевА.Г., 1998г.
Сформировался целый ряд научных направлений в биомеханике спорта, объединенных общими
основами отечественной школы биомеханики, заложенной трудами Н.А. Бернштейна.
Значительно расширился объем биомеханических исследований, особенно в зарубежных странах в связи
с использованием высокоточных методик и компьютерных технологий.
6. Связь биомеханики с другими науками
Общая биомеханика рассматривается в теории как часть биофизики, занимающаяся изучением
внутриорганизменных биосистем. Эта наука возникла и развивается на стыке биологических и физико математических областей знания.
Биологические дисциплины, взаимосвязанные с биомеханикой:
-Анатомия;
-Физиология;
-Биохимия;
-Психология;
-Медицина;
-Ветеринария.
Физико-математические науки тесно связаны с биомеханикой. К ним относятся:
-Физика (механика, электроника);
-Приборостроение;
-Кибернетика;
-Моделирование (физико-математическое, статистическое и т.д.)
-ЭВМ (компьютерная техника);
-Реология
Общая биомеханика включает ряд разделов биомеханики:
1. Медицинская биомеханика тесно связана с:
-протезированием
-протезостроением;
-травматологией;
-ортопедией;
-лечебной физической культурой;
-космической медициной;
-криминалистикой
2. Инженерная биомеханика решает задачи:
-роботостроение;
-манипуляторы;
-эн до скелетоны связаны с бионикой;
-инженерной психологией.
3. Биомеханика спорта взаимодействует с:
-теорией и методикой физической культуры;
-психологией спорта;
-физиологией спорта; -врачебным контролем; -ЛФК;
-ауксотологией;
-биомеханикой видов спорта (рациональность и эффективность спортивной техники, развитие и
совершенствование двигательных качеств, возрастные и квалификационные стандарты спортивной техники,
особенности строения и функции тела спортсмена и т.д.)
При анализе спортивной техники движение рассматривается как система. С одной стороны система
вещественная, включающая опорно-двигательный аппарат, с другой, как система процессов выполнения
действия.
Под системой понимается единое целое закономерно объединяющее в определенном порядке
разнородные составные части (элементы), которые взаимодействуют друг с другом.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
Слово "система" - означает целое, составленное из частей. Однако необходимо уточнить; что
представляет собой это целое, какие части входят в его состав и каким образом из частей собрано это целое.
Представляет ли человек, его двигательный аппарат систему? Безусловно. В человеке функционируют
многие системы органов объединённые в единую систему - организм.
Вещественная система двигательного аппарата человека включает более 200 костей, более 600 мышц,
тысячи километров кровеносных сосудов и т.д.
Система процессов, происходящих в организме человека, определяет деятельность его. Процессы эти
тесно взаимосвязаны. Например, кровообращение, дыхание, движение, нервные процессы и т.д.
Система свойств, системы органов обладают различными свойствами как механическими (.упругость,
вязкость, ползучесть и т.д.), так и биологическими (.возбудимость, сократимость и др.). Все эти свойства
связаны между собой, зависимы друг от друга.
В процессе выполнения движений, в управлении ими выявляется многочисленные
отношения
(субординация
соподчинение,
координация
- взаимное согласование, корреляция - взаимосвязь,
автономия - относительна, независимость). Все эти отношения связаны между собой в единое целое -систему
отношений.
Движения человека представляет собой целостные,
динамические и сложные системы процессов.
Системы процессов, обеспечивавшие двигательную деятельность, являются целостными, т.к. все
процессы между собой тесно взаимосвязаны и представляет единое целое. Движения человека являются
динамической системой процессов, поскольку в каждый последующий момент времени любая из этих систем
изменяет свое состояние; меняется физиологические характеристики, изменяются и механические параметры
движения.
Движения, осуществляемые человеком представляет сложную систему, так как постоянно нуждаются в
управлении.
1. Состав системы движений
Состав системы движение ССД) - это элементы, части движения из которых состоит целостная система
движений.
ССД может быть постоянен, как, например, гимнастические упражнения (обязательная программа) или
легкоатлетические упражнения, состав которых определен рациональным вариантом спортивной техники. В
противоборствах состав технических действий изменчив. Он включает элементарные действия (броски, удары,
прыжки, перемещения) в оптимальном сочетании относительно окружающей игровой обстановки.
Все двигательные действия осуществляются в пространстве и во времени., Чтобы определить с остав
движения необходимо выделить по тому или иному признаку его элементы.
Пространственные элементы движений выделяют
по изменению взаимных положений звеньев тела в разных суставах (элементарные действия)
Элементарное
действие
рассматривается
как
наименьший
элемент системы
движений
(пространственный), имеющий относительно самостоятельное значение и определенный смысл.
Движения объединяются в одновременные группы (отталкивание во всех суставах) и последовательные
ряды (например, подседание отталкивание, перенос ноги). Это комплексы элементов в пространстве. Например,
движения ног, рук, туловища при метании копья.
Таким образом, пространственные элементы системы движении представляют собой группы
одновременных суставных движений, которые сменяясь, развёртываются во времени в последовательные ряды.
Группы и ряды суставных движений представляет собой комплексы движений.
1.2.
Временные
элементы
системы
движений
выделяются
между характерными
моментами времени и называются фазами.
Фаза - это наименьший элемент системы движений (временной), включающий движения от одного
момента до другого.
Фазы следуют во времени одна за другой. В момент времени, когда происходит существенное изменение
(например: заканчивается контакт с опорой в беге) заканчивается одна фаза и начинается другая. Момент
изменения движения служит границей двух смежных фаз, он не имеет длительности. Позы тела на границе
двух фаз в момент их смены называют граничными. Каждая такая поза служит конечным положением
предыдущей фазы и начальным для последующей. Поэтому движения в каждой фазе к моменту её смены
должны привести к граничной позе, наиболее благоприятной для реализации последующей фазы.
В теории колебаний фаза - величина, показывающая время от начала колебаний до данного момента. В
биомеханике и практике спорта фаза - часть системы движений, выделанная во времени.
В практике контроля за техникой движений граничные позы служат неплохим ориентиром.
Фазы, имеющие общие особенности объединяются в периоды (например, фаза амортизации и фаза
отталкивания в беге составляют период опоры). Из периодов состоят циклы движений (в повторяющихся видах
движений, таких как ходьба, бег, лыжные ходы и т.д.) или однократные акты (метания, прыжок).
И суставные движения, и фазы движения - это одни и те же движения, из которых состоит система;
только они рассматриваются, выделяются по разным признакам (в пространстве и во времени). Элементы
движения как составные части системы, - это движения, то более простые, чем целое, чем вся система.
При рассмотрении двигательного состава было отмечено, что элементы объединены в комплексы, а из
комплексов уже объединена целая система. Такой ступенчатый или иерархический порядок объединения
элементов характерен для всех сложных систем. Он типичен и для систем движений. Один и тот же элемент
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
57
входит в несколько объединений: более крупные включая в себя более мелкие. При анализе систем движения
осуществляется построение модели действия по следующим правилам, предложенным Х.Х.Гроссом:
1 .Устанавливаются строго определённые границы каждой подсистемы;
2.Выявляются конкретные задания данной подсистемы (подцель - как часть общей цели движения);
3.Рассматриваются взаимодействия всех движений в подсистеме.
Для выяснения состава системы движений проводится ее системный анализ, расчленение на подсистемы.
При этом уже учитывается взаимодействия и взаимосвязи, т.е. структурные особенности системы. Напр имер:
спринтерский бег (рис 1), бег на 100 м. Условно делится на 3 части - СТ АРТ ОВЫЙ разгон, бег по дистанции,
финиширование. Стартовый разгон включает движение со стартовых колодок и бег. Беговые шаги в этой части
имеют свои технические особенности и поэтому их следует рассматривать отдельно от беговых циклов,
демонстрируемых бегуном при беге по дистанции. Каждый беговой цикл, включает два пата, гаг состоит из
опорного и полётного периода, опорный период включает фазу амортизации и отталкивания и т.д. Этот анализ,
мы можем продолжать дальше, рассматривая движение на уровне звеньев тела, участвующих в движении групп
мышц и т.д.
Всё это будет представлять систему спринтерского бега. Определение состава этой системы и будет
представлять анализ. Однако этого для решения практических целей недостаточно. Необходимо определить
особенности взаимодействия этих элементов системы, т. е. выявить структуру.
Каждый элемент выделенный при анализе системы движений, представляет собой сложную подсистему. В
этом мысле можно рассматривать подсистемы как элементы системы.
Итак, мы дали понятия системы и состава системы, т.е. ответили на вопрос что? Настало время ответить на
вопрос как?
Структура системы движений
Структура
системы
это
наиболее
сложившиеся
и
определяющие закономерности
взаимодействия упорядоченных компонентов системы (подсистем и их элементов).
Структура системы определяет течение внутренних процессов, взаимодействие с внешним окружением,
появление новых свойств и возможности развития системы.
Структуру системы можно назвать законом интеграции системы.
Если, рассматривая состав системы мы определяем из каких элементов (подсистем) состоит система, то
выясняя структуру мы выясняем закономерности взаимодействия этих элементов. Элементы в системах, а
подсистемы в системе движений находится во взаимосвязях, обусловливающих структуру. В природе множество
взаимосвязей (между телами, явлениями, событиями, фактами и т.д.)
Наука, изучающая взаимосвязи называется диалектика.
В системе движений наблюдаются сложные закономерности взаимодействия и взаимосвязи. Связи
способствующие совершенствованию системы считаются системообразующие. Но кроме этих связей в системе
имеются и внутренние взаимные помехи.
В системе движений к помехам относятся рассогласования тяги мышц.
Иными словами, структура отражает законы интеграция - объединения в целое каких-либо частей.
Решение двигательной задачи возможно на разном качественном уровне и этот уровень с одной стороны
обеспечивается степенью согласованности начала и окончания мышечных усилий их величины, быстроты на
растания и спада, с другой же стороны при движении звеньев тела с ускорениями возникает множество
внутренних сил: инерционных, упругих, реактивных, эти силы взаимодействуют чрезвычайно сложно, возникают
помехи, предусмотреть которые нельзя. Все движения выполняются в соответствии с окружающими условиями.
Они складываются под влиянием внешних сил и сами в определенной мере изменяют окружающие условия.
Это внешнее взаимодействие.
Все эти связи и отношения закономерны. Это не значит, что они постоянны, - они изменчивы, но
изменчивость здесь не хаотическая, не случайная, а закономерная.
Объединенные в систему элементы получают новые свойства.
Например, в метании копья можно выполнить разбег и отдельно бросок. При этом акт метания с места и во
взаимосвязи с разбегом будет существенно отличаться. Во-первых, использование разбега позволяет в большом
мере, чем с места растянуть, рабочие группы мышц использовать их эластические свойства. Существенно
увеличивается и путь разгона снаряда, возникают новые скоростные возможности, проявляются
другие
закономерности ритма
движений.
По мере совершенствования системы движений все больше проявляются ее системные свойства , благодаря
взаимодействиям между ее элементами.
В зависимости от того, в каком направлении развиваются взаимодействия в системе, насколько они
прочны, насколько они могут приспосабливаться к условиям и т.п. происходит перестройка системы - развитие её.
Рассмотренные здесь особенности взаимодействия в системе и составляют ее структуру, у каждой
подсистемы имеется своя структура, входящая в общую структуру системы. В этом смысле структура движений
многоступенчатая .
Рассмотрим из каких ступеней или видов структур состоит структура системы движений. Двигательная
структура - это закономерности взаимосвязи движений в пространстве и во времени (кинематическая стру ктура), а
также силовых и энергетических взаимодействий (динамические структура) в системе движений.
Кинематические структуры. В первую очередь поддаются наблюдению форма и характер движений,
внешняя их картина. По кинематическим характеристикам (пространственным, временным, а также
пространственно-временным) устанавливают кинематическую структуру.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
58
Кинематическая структура - это закономерности взаимодействия движений (подсистем и их элементов) в
пространстве и во времени.
Кинематическая структура - не сами движения и не их кинематические характеристики. Это те взаимосвязи и
взаимоотношения, которые существуют между движениями в пространстве и во времени. Это те взаимные
зависимости, в которых находятся кинематические характеристики. Эти закономерности выявляют определяя
характеристики; они отражаются на траекториях, длительности, темпе, ритме, скоростях и ускорениях.
Соответственно различают: пространственные структуры, раскрывающие форму движений в пространстве,
их связи; временные структуры показывающие как организована во времени система движений: пространственновременные структуры - главные показатели быстро-ты изменения положения и движения. Каждая из этих структур
имеет своё значение; все вместе они образует во взаимосвязи общую кинематическую структуру. При высоком
совершенстве кинематической структуры наблюдается высокая пространственная и временная слаженность,
согласованность системы движений.
При обучении физическим упражнениям чаше всего стараются вначале установить кинематическую
структуру движений, их общую видимую организацию.
Но этот подход недостаточен. Движения человека непрерывно изменяются, изменяются скорости звеньев
тела, одни из них разгоняются, другие тормозятся. Изменяется и направление их движения. Однако
торможение, ускорение изменение направления частей тела человека, обладающих инертными свойствами
возможно только при приложении сил. Силы действия совместно могут способствовать решению двигательной
задачи или препятствовать её решению. От того насколько они согласованы (координирован ы) и зависит
совершенство движения.
Основные закономерности взаимодействия сил в движении и определяют его динамическую структуру.
Динамическая __________ структура - это закономерности энергетическо-го
взаимодействия частей тела человека друг с другом и внешними телами ( среда, опора, снаряды, партнёры,
противники).
Определяя массы тел и их распределение (инерционные характеристики), а также меры взаимодействия тел
(силы и моменты сил), можно исследовать силовые взаимодействия. Это значит, что можно определить
источники сил, их величину, направление, место расположения, меру их действия, импульс силы и работу результат их действия.
Когда рассматривают совместное приложение ряда сил, оцени-вают их взаимное влияние, эффект
совместного воздействия - опре-деляют силовую структуру. Если интерес обращен в сторону внутренних
мышечных сил, их совместного действия, сложных отношений, возникающих внутри групп мышц и между их
группами - определяют анатомическую структуру.
Высокое совершенство динамической структуры про является в своевременных и точных силовых
воздействиях, что чаше всего заметно по внешней картине движений.
Информационные структуры
В управлении движениями важнейшую роль играют процессы. В мозг поступают сигналы от органов
чувств, от мозга следуют команды к мышцам все это потоки информации. Они вызваны многими внешними и
внутренними раздражителями, в том числе обусловлены кинематическими и динамическими факторами. Все
потоки информации, взаимодействуя, сплетаются в сложнейшую информационную структуру движ ений.
Информационная структура – это складывающаяся известнаяпоследовательность упорядоченных во
времени и пространстве сообщений. Они несут как сведения о движениях и условиях действия, так и команды о
подготовке к деятельности и её проявлению.
Кинематические и динамические структуры сами имеют определенное информационное значение; они
связаны между собой соответствующими информационными структурами; они все совместно отражают ход
выполнения движений, то этим они влияют и на управление ими.
В информационной структуре выделяют сенсорные структуры синтезы чувствительных сигналов,
переработанные и обобщенные. Они отражают воздействия внешних факторов и внутреннего состояния
организм спортсменов.
Эти воздействия отражаются в сознании спортсмена, сочетаются со с ледами в его памяти и с
результатами его мышления и образуют психологическую структуру двигательного навыка. Это то, что знает и
понимает спортсмен в своей технике, технике других спортсменов, общих требованиях к технике.
Команды формирующиеся в мозгу и направленнве к мышцам и другим органам, обслуживающим
выполнение движений, составляет эффекторную структуру. Она зависит от соотношения произвольного и
автоматического в управлении системой движения.
2.3.Обобщённые структуры
Все перечисленные виды структур сливаются в единую общую структуру системы движений. Но при
анализе движений бывает полезно выделить ещё некоторые обобщённые структуры.
Ритмическая структура - это закономерная последовательность движений и соотношение их длительностей,
определяемые соотношением временных характеристик.
Ритмическая структура раскрывает порядок выполнения фаз; соотношения длительности фаз;
расположение же времени силовых акцентов; время длительности и направления сил; слияние ритмов подсистем
в единый ритм системы; устойчивость ритмических соотношений и др.
Ритмическая
структура
служит ориентиром
при построении системы движений. Для
высококвалифицированных спортсменов она играет роль показателя их технического мастерства.
Фазовая структура - закономерное разделение системы движений на подсистемы во времени и их
взаимодействие, определявшее целостность системы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
59
Для установления фазовой структуры могут быть использованы все характеристики, позволяющие
выделить фазы и установить их взаимное влияние
Координационная структура - включает в себя все перечисленные виды (сторона) внутренней структуры
системы, а также так называемую внешнюю структуру - закономерности взаимодействия спортсмена с его
окружением.
Совместное действие сил внешних и внутренних для человека лежит в основе организации
взаимодействия с окружением. Человек управляет этим взаимодействием, создаёт единство внутренней и
внешней структуры -координационное структуру.
Таким образом, под координационной структурой понимается вся совокупность закономерностей
взаимодействий как внутри системы, так и всей системы окружения.
О структурных взаимодействиях на любых уровнях судят на основе биомеханических характеристик, их
взаимосвязям и влияниям.
Информационные и обобщённые структуры, раскрывая особенности движения, также опираются на
биомеханические характеристики.
Направления развития систем движения
Уровень спортивно-технического мастерства зависит от степени совершенства систем движений, которые
в процессе тренировки непрерывно перестраиваются. Перестройка осуществляется под влиянием внешних
воздействий. При этом происходит изменение внутренней структуры систем и их элементов под влиянием
управления. Источником развития системы, её "самодвижения"
является
внутренние
противоречия.
Противоречивы и направления развития систем движения.
Что это за направления и в чём противоречия? Ответы на эти вопросы позволят совершенствовать
систему управления развитием двигательных действий.
Интеграция и дифференциация.
Интеграция представляет объединение множества движений в единое целое, имеющее единую цель
действия.
Интеграция проявляется во влиянии движений друг на друга. Как правило, ошибки в подготовительных
или предыдущих фазах движения оказывают существенное влияние на последующие основные части
движения. Например: Нарушение ритма бросковых шагов в метании копья (недостаточно активные движения
при "обгоне" копья) приводят к неудачному выполнению финального разгона копья (уменьшается путь разгона,
недостаточно подготовлены (растянуты) рабочие группы мышц).
Как подготовительные, так и основные движения при высоком уровне развития системы движений
подчинены единой цели, все они целесообразны.
Дифференциация проявляется как различение в целостной системе множества неоднородных соста вных
частей (деталей). Иначе говоря отдельные элементы, объединённые и взаимно связанные между собой имеют
свою специализацию. Тот спортсмен, который хорошо владеет техникой движений, более тонко может
различать (дифференцировать) детали движений, контролировать движение по элементам.
В каждый период подготовки существуют свои ведущие элементы и структуры, на которые спортсмену
и тренеру следует обращать особое внимание. При построении новых систем движений происходит интеграция
состава (объединение частей в целое) и дифференциация системы (расчленение целого на части).
В процессе тренировки по мере необходимости ведущим может быть то один, то другой путь (прыгуны в
длину совершенствуют систему движений в целом - интегрируя, объединяя отдельные части прыжка и в то же
время совершенствуют отдельные элементы - разбег, толчок, движения в полёте, приземление).
Стабилизация и вариативность
Стабилизация системы движения проявляется в её устойчивости стабильности спортивного результата
благодаря уменьшению влияния сбивающих факторов, различного рода помех.
Стабилизация структуры системы проявляется в устойчивости главных, решающих особенностей
движения, проявляющихся в характеристиках, колебание величии которых происходит в небольших пределах.
Например, в группе упражнений на заданную внешнюю картину (гимнас тика,
прыжки
в
воду)
решающим
является
кинематические характеристики. В группе упражнений на максимальный результат
(плавание, лёгкая атлетика) - динамические. В прыжках с трамплина важны как динамические, так и
кинематические характеристики, поскольку спортивный результат это симбиоз дальности полета и точности
форм движения.
В конечном итоге задача стабилизации движении означает стремление сохранить высокий результат, а
не все составлявшие его компоненты.
Вариативность рассматривается как неизбежные отклонения элементов и структур (или иначе,
характеристик движения), имеющих различное происхождение и значение.
Приспособительные изменения снижают возможность в будущем существенных отклонений.
Коррекционные - устраняют уже возникшие отклонения.
Возмущающими воздействиями могут быть: изменение погодных условий (сила и направление ветра,
дождь, состояние снега), действие противника, ошибки партнёра по команде и т.д. С ростом спортивного
мастерства характеристики движений рабочих точек уточняются, уменьшается их разброс. Эта тенденция
особенно проявляется в ответственные фазы движения. Приспособительные же изменения, проявляющиеся в
подготовительных фазах движения, расширяют свой диапазон.
Осваивая новое движение, у спортсмена величина отклонения вначале увеличивается (происходит поиск
решения), а потом сужается (вырабатывается оптимальная система, устраняются лишние движения). С ростом
мастерства приспособительная вариативность вновь расширяется. В наибольшей степени эта тенденция
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
60
проявляется в единоборствах, игровых видах. Таким образом, вариативность системы обеспечивает
снижение действия помех для стабилизации результата, повышая тем самым надёжность системы. В этом
случае вариативность стабилизирует систему.
Стандартизация и индивидуализация
Стандартизация движений направлена на обеспечение единых требований к современной наиболее
рациональной технике. В каждый период развития спорта существует современная техника - система
представлений о спортивном движении сформированная на основе тре бований правил соревнований, учёта
спортивного и педагогического опыта многих поколений, данных научных исследований.
Стандарт предусматривает определённые допуски - разницу между наибольшими и наименьшими
значениями предельного отклонения, т.е. означает признание факта вариативности техники.
Индивидуализация техники определяется индивидуальным профилем морфофункционального ко мплекса
спортсмена. Существуют типологические особенности сложения. В этой связи определяются и
соответствующие поправки в технике движений. Однако могут быть чисто личные особенности, требующие
индивидуализации (Коннолли- американский метатель молота имел левую рук; на 6 см короче правой, Бойд
Браун - американский копьеметатель не имел больного пальца на правой руке и использовал "клещеообразный"
способ захвата копья).
Индивидуализация рассматривается нами как приспособление техники к особенностям спортсмена и
развитие его морфофункциональных возможностей с учётом требований современной техники.
Соотношение произвольности и автоматизации. И.М.Сеченов произвольностью управлять движениями
называл способность человека по своей воле "вызывать, прекращать и ослаблять движение". Вся сознательная
деятельность спортсмена - произвольная. Процесс освоения и совершенствования движений подчинён
сознанию, волевым действиям. Однако совершенные движения это движения автоматизированные.
Автоматизация управления позволяет уменьшать произвольный контроль и переключать внимание на
другие объекты. Ошибки при освоении могут так же закрепляться, становиться автоматизированными.
Сочетание произвольности и автоматизма вырабатывается в процессе подготовки спортсмена. В ходе
совершенствования движений многие детали, элементы выходят из под произвольного контроля и управления,
и становятся автоматизированным. Быстрота формирования автоматизированного движения зависит от условий
выполнения, степени сложности движения, уровня координационных способностей спорт смена.
Фиксация и прогрессирование
Фиксация рассматривается как необходимое условие дальнейшего совершенствова ния освоенного
движения. Однако излишнее заучивание (фиксация) препятствует росту спортивного мастерства, создает
различные барьеры, потолки. Жёстко закреплённые скорости, ритм, размах движений, усилия и т.д.
представляют пороги, тормозят рост результативности движений.
Причины образования припятствий в прогрессировании технического мастерства это монотонность
условий, однообразие используемых средств и методов в подготовке.
Отмеченные
здесь
противоречивые
тенденции, проявляются во взаимодействии друг с другом, в
различных сочетаниях, отражая разные стороны одной и той же системы движений спортсменов.
ЛЕКЦИЯ
№
2
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ
СТРОЕНИЯ
И
ФУНКЦИЙ
ДВИГАТЕЛЬ НОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА
План
1. Биомеханические свойства скелета
1.1.Кинематика соединений скелета;
1.2.Азбука движений;
1.3.Трение в суставах;
1.4.Условие равновесия и ускорения костных рычагов.
2. Степени свободы движений.
3. Механические свойства скелетной мышцы. 3.1 .Эластичность мышц;
3.2.Режим работы мышц;
3.3.Механическое действие мышц;
3.4.Разновидности работы мышц
4. Использование упругих свойств опорно - двигательного аппарата
Литература
1. В. М. Зациорский; Д. Д. Донской Биомеханика, М., «ФиС», 1979, с.38-57
2. Глезер Р. Очерк основ биомеханики - М.: ФиС, 1988. - 150 с.
3. Зациорский В.М., Аруин А.С, Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. М.: ФиС, 1981. - 143 с.
4. Зациорский В.М., Алешинский С.Ю., Якунин Н.А. Биомеханические основы выносливости. - М.:
ФиС, 1982. - 207 с.
"Не забудь, что книга об "элементах машин" с её практическими сведениями должна предшествовать
доказательствам, относящимся к движениям и силе человека и других животных; тогда на основе их ты
сможешь проверить любое твоё положение".
Леонардо да Винчи, 1492 г. /По: Зубов, 1961, с. 228/
Исследуя механические движения и взаимодействия опорно-двигательного аппарата человека,
биомеханика опирается на данные теоретической механики, анатомии, физиологии и антропометрии. С точки
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
61
зрения механики человек представляет собой систему подвижно соединенных тел, облада ющих
определенными размерами, массой и моментами инерции и снабженных мышечными двигателями.
Анатомическими структурами, образующими эти тела и соединения тел, являются кости, сухожилия, мышцы и
фасции, фиброзные и синовиальные соединения костей, а также внутренние органы, кожа и т.д. /Котикова,
1939; Донской, 1960/. Сюда же необходимо отнести систему двигательных нервных клеток или мотоневронов,
тела которых находятся в сером веществе спинного мозга.
Характерным для опорно-двигательного аппарата /ОДА/ является то что эта система самоуправляемая,
самосовершенствующаяся. Управление этой системой происходит по принципу рефлекторного кольца и носит
уровневый характер /Н.А. Бернштейн, 1947/. Подробнее вопросы управления движениями мы рассмотрим с
вами в одной из последующих лекций, а сегодня остановимся на строении двигательного аппарата человека.
При описании механических свойств тела человека мы рассмотрим сначала свойства тканей, затем
свойства, образованных тканями анатомических структур и, наконец, свойс тва тела и его частей - более
крупных, чем отдельные анатомические структуры.
I. Биомеханические свойства скелета человека
1 Свойства биологических тканей в том числе и костной предопределены прежде всего их сложной
внутренней структурой. Так в костях сочетаются материалы двух видов, это хрупкие, высоко прочные
кристаллы гидроксиапатиты и способные к значительной деформации упругие, сравнительно непрочные
коллагеновые волокна. В этой связи кости обладают большей прочностью чем фибриллы и меньшей
хрупкостью, чем кристаллы. Определенное значение в увеличении прочности имеет слоистость структуры,
организованной костными пластинками, а также центральные каналы остеонов и гаверсовы канальцы. В
технике такие материалы называют композитными.
Чаще всего приходится иметь дело с двумя показателями прочности - с прочностью на растяжение и с
прочностью на сжатие.
Закон Гука справедлив только для предела пропорциональности.
Для кости лишь в первом приближении зависимость длина-напряжение может считаться линейной
/Стак,1955; Ямада,1970/, т.е. подчиняется закону Гука. Более поздние исследования /Кнетс,1971; Саулгозис,
1971/ показали, что этот закон является двучленным квадратическим.
Для других биологических тканей зависимость между удлинением и напряжением имеет явно
нелинейный характер.
Необходимо заметить и то, что реологические свойства костей и других биологических тканей зависят
также от направления, скорости и времени деформации /Меад, 1957; Воронкин,1967/; И наконец следует
подчеркнуть, что свойства биологических тканей претерпевают значительные возрастные изменения. До 20 лет
прочность растет, а затем начинает падать, кроме зубов, прочность которых растет до 50 лет /Ямада, 1970/.
Прочность костей. Скелет взрослого человека насчитывает -206 костей /85 парных и 36 непарных/,
подвижно или неподвижно соединенных между собой. Кости скелета составляют 18% веса тела у мужчин и
16% у женщин /Бунак,1941; Иваницкий,1965/. Остальная часть веса тела распределяется следующим образом:
мускулатура составляет 42%> у мужчин и 36% у женщин; внутренние органы и кровь соответственно, 22 и
24%, жировая клетчатка 12-18%; кожа - 6% /Бунак, 1941/.
Прочность костей на сжатие, т.е. в направлении обычной при их жизни нагрузки, достаточно велика: в
продольном направлении несущая способность диафиза бедренной кости более 4500 кг. у мужчин и 3900
кг. у женщин; большеберцовой кости соответственно, больше 3500 и 2800 кг. плечевой больше 2500 и 2100 кг.
и лучевой -900 и около 800 кг.
У большинства костей прочность по направлению к эпифизу уменьшена 10-40%. Прочность на изгиб
значительно меньше: так, бедренная кость в переднезаднем направлении выдерживает изгиб под нагрузкой 250
кг., а большеберцовая 260 кг., плечевая 130 кг. и лучевая 50 кг. Более мелкие кости обладают и меньшей
прочностью (Jamada, 1970).
Формообразование скелета человека, так же как и форма опорных структур у других земных организмов,
связана с их функциональным назначением /у человека в основном с прямохождением и приспособлением к
трудовой деятельности/, причем рост и качество костной ткани зависит от величины среднего напряжения в
кости - принцип Вольфа /1892/, а форма и размеры и местоположение костей в скелете таковы, что они
наиболее эффективно противодействуют нагрузкам /Frost, 1964,1967/
Черты целесообразности обнаруживаются так же и во внутренней структуре костей. Костные пластинки
в кости направлены по линиям действия главных нагрузок, а направления костных пластинок двух соседних
костей как бы продолжают друг друга через сустав /Полиевктов,1949, Бунак, 1956; Иваницкий, 1965/. Отмечено
и то, что при изменении механических условий /удаление одной из берцовых костей, неправильно сросшийся
сустав, перелом/ система костных пластинок ориентируется в новых направлениях в соответствии с
возникающим полем сил /Савин, 1970/. Аналогичное влияние оказывают на костную ткань и специфические
спортивные нагрузки возникающие в ходе подготовки и спортивных состязаний.
Силы, возникающие в теле при движениях, имеют преимущественно динамический характер, поэтому
многие образования опорного аппарата служат ослаблению толчков. Среди этих образований обращают на себя
внимание межпозвоночные диски, изогнутость позвоночного столба, сводчатость стопы и т.д. Имеются
исследования, указывающие, что динамическое нагружение костей имеет преимущественное влияние /по
сравнению со статическим/ на рост костной ткани /Chamay,Techantz, 1972/.
1.1. Кинематика соединений скелета
С позиции механики кости скелета человека чаще всего выступают в виде стержней, образующих
кинематические цепи и опорные конструкции. Кинематические цепи можно рассматривать как систему
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
62
рычагов. Каждый рычаг имеет точку опоры - ось рычага, плечи рычага - расстояние от оси рычага до места
приложения силы. Рычаги бывают одноплечие и /с точкой опоры на конце рычага/ двуплечие /с точкой опоры
между плечами рычага/.
Скелет человека включает в себя как одноплечие рычаги так и двуплечие. Для равновесия рычага
необходимо равенство моментов приложенных сил противоположного действия относительно оси рычага Mi =
М2.
Если М\*Mi Рычаг приходит в движение. В движениях человека проявляется "золотое правило" механики
/закон равенства работ/. Силы тяги мышцы приложенные на коротком плече рычага вызывает во столько раз
большее смещение точки на другом плече рычага, во сколько раз первое звено короче второго. Выигрыш в
скорости на более длинном конце рычага достигается за счет проигрыша в силе.
Анатомическими структурами, соединяющими скелет в опорный механизм являются фиброзные,
хрящевые, синовиальные соединении костей.
Фиброзные соединения включающие систему связок обычно укрепляют подвижные сочленения костей,
образованные хрящевыми и синовиальными соединениями; небольшая часть фиброзных образований является
прослойкой в неподвижных швах.
Хрящевые образования /соединения/ обеспечивают сравнительно небольшое взаимное перемещение
связанных костей, а в позвоночнике, например, большое количество таких соединений дает возможность
частям тела совершать заметные движения.
Синовиальные соединения скелета /суставы/ являются наиболее подвижными. Их общее количество
равно примерно половине из 150 соединений скелета /Mazecktetab, 1969,1971/.
Среди соединений можно найти много суставов с достаточно близкими конфигурациями поверхностей.
К таким соединениям относится, в частности локтевой сустав. Его поверхности на плечевой и локтевой костях
образуют простой блоковидный шарнир; взаимные движения костей соответствуют одноосному вращению.
Рычаг - твердое тело, которое может под действием приложенных сил вращаться вокруг опоры /оси/,
а также сохранять свое положение.
Существует множество суставов со сложной кинематикой взаимного движения костей. Наглядным
примером такого сочленения может служить коленный сустав. При сгибании колена бедренная кость
сдвигается кзади относительно большеберцовой кости с проскальзыванием, начина ющимся приблизительно с
15-20° поворота и заканчивающимся незадолго до конца сгибания; при разгибании бедренная кость смещается
кпереди. По этой причине нельзя указать определенную ось в суставе; для каждого положения костей имеется
своя мгновенная ось вращения. При этом положение бедра оси вращения значительно смещаются кверху
благодаря меньшей кривизне переднего края поверхности мыщелков.
В отличии от искусственных шарниров синовиальные суставы обладают заметными люфтами даже в
статическом положении. В локтевом и коленном суставах значение люфта колеблется в пределах от 3 до 15° /
Fzost,1967/. Другой особенностью соединений в живом организме является их способность смягчать удары и
сотрясения в костном скелете Деформация в гиалиновом хряще при изменении на грузки в суставе позволяет
передавать давление на достаточно большую контактную поверхность площадь которой к тому же возрастает с
увеличением нагрузки. При этом контактные поверхности приспосабливаются друг к другу /становятся
конгруэнтными/. Подвижность суставов и их амортизационные свойства улучшаются рядом добавочных
образований: складками и губами синовиальной оболочки, суставными дисками, менисками. Прочное
соединение скелета в суставах обеспечивается суставной сумкой и связочным аппаратом, гидростати ческим
разрежением в сумке сустава при его растяжении, силами молекулярного сцепления и особенно тягой мышц
/Иваницкий, 1965; Березкин и др., 1967/.
Для тренера, преподавателя по спорту кроме анатомической азбуки важно усвоить и азбуку движений,
характеризующую границы подвижности в суставах, обусловленную, естественно, анатомическим строением
скелета и устройством суставов.
1.2. АЗБУКА ДВИЖЕНИЙ
№ п/п
СУСТАВЫ
2.
3.
4.
5.
сгибание
отведение
поворот
вперед
назад
латер.
медиал.
наружи
внутр.
сгибан.
разгиб.
отвед.
привед.
супен.
пронац.
ПЛЕЧЕВОЙ
(лопаточно-лучевое
сочленение)
90
45
90
30
85
85
ЛОКТЕВОЙ
(плече -локтевое
сочл.)
ЛУЧЕЛОКТЕВОИ
140
ЛУЧЕЗАПЯСТНЫИ
Пястно-фаланговый
140-160
'
70
90
80
20
"20
L_^0_^
1
20 _^
70
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
63
6.
Межфаланговыйпроксимальный
ПО
7.
Межфаланговые
дистальный
80
8.
Тазобедренный
120
9.
Коленный
10.
Голеностопный
15
60
30
130
25
45
12
60
45
_30|
30
12
Необходимо подчеркнуть, что подвижность в суставах зависит от
следующих факторов:
1)От препятствий к движению, обусловленных границами сочлененных поверхностей /за краями суставных
поверхностей/;
2)От растяжимости связок;
3)От связности со стороны мышц.
Границы подвижности не зависят от формы поверхностей и количества степеней подвижности.
1.3. Трение в суставах
В суставах чрезвычайно низок коэффициент трения, составляющий приблизительно 0,01. По современным
представлениям, низкие коэффициенты трения в суставах объясняются двумя причинами. Первая сводится к
следующему. Микроскопические исследования показывают, что внешне гладкая поверхность гиалинового хряща
напоминает губку с очень тонкими порами, пропитанную синовиальной жидкостью, которую можно из неё выжать.
В месте контакта губчатых хрящей большую площадь заним ает не хрящ, а жидкость, заключенная в порах. Пока
жидкость не выдавилась из пор, трение контактируемых поверхностей невелико. Выдавливание происходит
значительно медленнее, чем всасывание после освобождения поверхностей. Это обусловлено тем, что жидкость на
участке контакта движется преимущественно вдоль
соприкасающихся
поверхностей,
тогда
как
в
освободившиеся поверхности она входит в перпендикулярном к ним направлении. Хотя со временем трение под
нагрузкой должно постепенно возрастать, однако отсутствие постоянных контактов сочлененных
поверхностей, из-за того что человек, как и другие животные не бывает в полном покое, предохраняет от этого
возрастания.
Вторая причина состоит в особенностях самой синовиальной жидкости. Синовия отли чается от плазмы
крови в основном тем, что в ней имеется "присадка" - гиалуроновая кислота /полисахарид с длинными цепями/
Этот разбавленный раствор обладает некоторыми упругими свойствами: при сжатии его между гла дкими
поверхностями он выдавливается в стороны лишь до некоторого минимального расстояния. Дальше
поверхности перестают сближаться, а при освобождении даже слегка отходят друг от друга. При сжатии
синовии между хрящевыми губками молекулы гиалуроновой кислоты проходят в поры много хуже, чем
растворяющаяся плазма. Концентрация полимеров в месте контакта возрастает и это ещё в большей степени
способствует удержанию поверхностей от непосредственного контакта.
И третье - синовия обладает еще одним интересным и полезным свойством. Выявлено, что с
увеличением скорости движения в суставе вязкость синовии снижается и трение в суставе уменьшается. Это
явление обусловлено дроблением содержащихся в синовии полимерных молекул. При уменьшении скорости
цепочки молекул вновь восстанавливаются
Перечисленные процессы создают так называемую эластогидро динамическую смазку суставов с низким
коэффициентом трения /около 0,01/ /Bazznet, 1961 Dentenfuss 1963 Swan Son, 1969/.
Расчеты показали, что при ходьбе работа против сил трения в тазобедренном суставе эквивалентна
работе по подъему тела человека на высоту равную 0,32 мм. Эта цифра показывает ,что величина энергии на
преодоление трения в соединениях опорного аппарата сравнительно невелика даже при значительных
нагрузках.
1.4. Условия равновесия и ускорения костных рычагов
Сохранение положения и движение звена как рычага зависит от соотношения противоположно
действующих моментов сил.
При равенстве моментов сил, определяемых как противоположные относительно оси сустава, звено либо
сохраняет своё положение, либо продолжает движение с прежней скоростью. В том случае, когда один их
моментов сил больше другого, звено получает ускорение в направлении его действия.
Момент движущих сил, преобладая над моментом тормозящих сил придает звену положительное
ускорение /в сторону движения/. Момент тормозящих сил, если он преобладает придает звену отрицательное
ускорение, вызывает торможение звена. В природе редко встречается равенство моментов сил при движении,
поэтому обычно движение либо ускоренное, либо замедленное.
Части тела, его звенья, продолжающие движение после разгона по инерции имеют сходство с
физическим маятником. Двигаясь в поле силы тяжести маятника, выведенный из равновесия, вначале под
действием силы тяжести качается вниз, в дальнейшем, затрачивая приобретенную кинетичес кую энергию,
поднимается по инерции вверх. Период качания маятника определяется следующим образом:
где г - момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку подвеса, m - его масса, ускорение свободно падающего тела Z - радиус ЦМ, т.е. расстояние между точкой подвеса ЦМ.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
Период качаний определяет собственную частоту качаний маятника, однако, приведенная формула
справедлива для малых колебаний, не более 5-7°. При более значительных отклонениях, например движения
ног при ходьбе и беге частота качаний зависит еще и от амплитуды движений.
Рассматривая движения человека как многозвенной системы, выделяют кинематические цепи и
кинематические пары*. Кинематической цепью называют совокупность звеньев, соединенных в
кинематические пары. Наименьшее число звеньев кинематической цепи может быть равно трем.
Кинематические цепи делятся на закрытые и открытые. Закрытой называется такая цепь, в которой
каждое звено входит с остальными звеньями не менее чем в две кинематические пары. Например, нижняя
конечность при приземлении. Открытой называется цепь, в которой имеются звенья, входящие только в одну
кинематическую пару /верхняя конечность при ударе/.
В закрытой /замкнутой/ кинематической цепи невозможно одиночное изолированное движение одного
звена. В открытой кинематической цепи такое движение возможно.
К опорным конструкциям скелета относят:
а/ конструкции балочного типа /упор лежа/;
б/ рамного типа /упор стоя согнувшись/;
в/ ломаные стойки /позвоночный столб/;
г/ арочного типа /стопа/;
д/ рычаги;
е/ составные рычаги.
2.степени свободы движений
Все возможные движения твердого тела могут быть описаны в декартовой системе координат.
Любое поступательное движение можно описать путем разложения его на составляющие, параллельные
этим трем осям, а любое вращательное
можно разложить на вращение вокруг этих же трех осей. Чтобы полностью описать движение тела
необходимо задать шесть величин.
Тело которое может перемещатьсяв любом направлении называется свободным и имеет шесть степеней
свободы, а) Наложение связей ограничивает степени свободы движения.
Если закрепить одну точку тела, в) то сразу же снимаются три степени свободы: тело не сможет двигаться
вдоль трех осей координат; у него только останутся возможности вращения вокруг этих осей, т.е. только три
степени свободы. Таковы трехосные /шаровидные/ суставы в теле человека.
Колическтво закрепленных Степени свободы тела
Степени свободы
Колическтво осей вращения
точек тела
точки тела
в суставе тела
0
1
2
3
6
3
1
0
3
2
1
0
трехосный одноосный
Закрепление двух точек в теле с) оставляет возможность вращения вокруг линии /оси/, проходящей через
обе точки. Это явно случай одноосного сустава с одной степенью свободы. Если же закрепить три точки не
лежащие на одной прямой, то никакие движения тела невозможны, d) Такое крепление неподвижно, это уже не
сустав.
На плоскости тело имеет две степени свободы, подвешенное тело обладает тремя степенями свободы.
Определяя степени свободы движения, мы интересуемся при анализе и степенями подвижности тела.
Понятия эти неоднозначные.
Понятие "степень подвижности" относится к связанному с другими телами, участвующему в данном
движении телу, а "степень свободы" к свободному телу или к телу, связанному с другими, но неподвижными
телами.
Примерами тел, имеющих различные степени подвижности являются:
Сокращенная /Редуцированная/схема скелета человека включает 14 звеньев, обладает 33 степенями
подвижности и 36 степенями свободы. При решении конкретных задач эту схему сокращают или расширяют.
3. Механические свойства скелетных мышц
Мышца один из самых замечательных "механизмов", созданных природой. Прежде всего это очень
экономичная машина с КПД около 40%. Для сравнения, самая лучшая паровая машина использует не более
10% затраченной на её запуск энергии. Заслуживает уважения и сила, развиваемая мышцей Так при прыжках в
длину в момент отталкивания у лучших спортсменов величина динамической силы достигает 700 кг. И эта
нагрузка приходится на одну ногу. Если ещё и учесть, что стопа, являющаяся контактирующим звеном,
представляет собой рычаг, а икроножная мышца прикреплена к короткому плечу этого рычага то усилие
развиваемое мышцей значительно больше и будет составлять около тонны. При этом напряжение мышцы не
будет предельным. Если не снять ограничения, накладываемые на работу м ышц нервной системой, и она
разовьет максимальную силу, то в этом случае мышца способна оторвать часть костной ткани в месте, где она
прикреплена.
Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно механических свойств мышц, рассмотрим кра тко
её структурные особенности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
65
Мышца состоит из большого числа специализированных клеток - волокон и соединительной ткани. С
помощью сухожилий мышца соединяется с костями скелета. Волокна образуют сократительный аппарат
мышцы. В веретенообразных мышцах волокно окружено клеточной оболочкой /сарколеммой/ и содержит
тонкие нити - миофибриллы. Поперечные Z — мембраны делят каждую миофибриллу примерно на 20000
участков -саркомеров. Саркомер представляет собой наименьшее образование, которое обладает свойством
сократимости. В саркомере различают участки /А -диск, J -диск, Н - зона, Z -мембрана/, которые при
рассмотрении тонкого среза волокна под электронным микроскопом видны как темные и светлые полосы,
идущие, чередуясь, поперек миофибрилл /рис./. Миофибриллы группируются в колонки по 4-20 в каждой.
Колонки миофибрилл, окружены саркоплазматической сетью /ретикуломом/ Её трубочки, тянущиеся
вдоль миофибрилл, образуют, так называемую L— систему /продольную систему/ ретикулума и, обычно
вблизи от Z—мембраны, дают расширения - латеральные цисцерны. К элементам L- системы подходят
трубочки Т- системы /поперечной системы/, которые представляют собой выпячивания поверхностной
мембраны мышечного волокна.
При возбуждении поверхностной мембраны мышечного волокна потенциал действия распростра няется
по Т- и затем по L- системе. Вследствии этого из латеральных цистерн саркоплазматического ретикулума
освобождаются ионы кальция, которые переводят сократительный аппарат мышцы в активное состояние.
Происходит сокращение миофибрилл.
При рассмотрении механических свойств мышц чаще всего пользуются упрощенной моделью её
строения, представляющей комбинацию упругих и сократительных компонентов /рис. /
Упругие компоненты по механическим свойствам аналогичны пружинам. Чтобы их растянуть нужно
приложить силу. Работа силы равна энергии упругой деформации, которая может в следующей фазе движения
перейти в механическую работу.
На модели строения мышцы различают: а/параллельные упругие компоненты /Парк/. Это
соединительные образования, составляющие оболочку мышечных волокон и их пучков, б/ последовательные
упругие компоненты /Поск/ сухожилия мышцы, места перехода миофибрилл в соединительную ткань, а также
отдельные участки саркомеров.
Сократительные /контрактильные/ компоненты соответствуют тем участкам саркомеров мышцы, где
актиновые и миозиновые миофиламенты перекрывают друг друга. В этих участках при возбуждении мышцы
происходит механическое взаимодействие между актиновыми и миозиновыми филаментами, приводящее к
изменению напряжения и длины мышцы.
Мышца, находящаяся в состоянии покоя обладает упругими свойствами.
Если к её концу приложена внешняя сила, длина мышцы увеличивается, мышца растягивается. После
снятия нагрузки мышца восстанавливается /по длине/. Зависимость между величиной нагрузки и растяжением
носит нелинейный характер. По мере растягивания одинаковые приращения длины мышцы дают всё большие
приращения напряжения./ Если вначале мышца растягивается легко, то в дальнейшем даже для небольшого её
удлинения надо прикладывать всё большую силу. /Рис./.
Повторные растягивания мышц через небольшие интервалы времени дают возможность увеличить её
длину больше, чем при однократном воздействии. Это свойство мышц используется на практике при выполнении
упражнений на гибкость.
Длина которую принимает мышца после освобождения от нагрузки называется равновесной или
свободной. В живом организме длина мышцы всегда больше равновесной, поэтому даже расслабленные мышцы
сохраняют некоторое натяжение.
Если при длине, превышающей равновесную длину мышца сокращается, то сила которую проявляют
контрактильные элементы, складывается с силой упругой деформации парк, и суммарная сила тяги мышцы
увеличивается. Таковы основные особенности упругих свойств мышцы. Вязкость мышцы рассматривается как
причина запаздывания деформации. Рассматривая график /рис. / деформации "Живой" мышцы и график зависимости
"длина - напряжение" невозбужденной мышцы, можем заметить, что при небольшой вязкости /линия Б/
изменение длины остается изменения напряжения как при растягивании мышцы /Б1, так и при ее сокр ащении.
В этом случае мышца хотя и с некоторым замедлением, но возвращаете к исходному уровню /точка А1/.
При большей вязкости /линия В /замедление выражено еще больше и мышца по своей длине не возвратилась к
прежнему состоянию /т. А2/ - обнаружилась остаточная деформация /раст. А - А2/
Полученные кривые образуют"петли гистерезиса", характеризующие запаздывание процесса деформации
из-за тормозящего действия вязкости. При этом неизбежна потеря энергии. Она пропорциональна площади
ограниченной петлей гистерезиса. Площадь, определяемая произведением силы /напряжение/ и пути
/изменение длины/, равна работе, затраченной на преодоление вязкости.
К факторам определяющим степень вязкости мышцы относятся следующие
Температура мышцы. Мышца имеющая более высокую темпер атуру обладает меньшей вязкостью. В этой
связи становится ясной роль разминки.
Повышение температуры тела способствует снижению вязкости и увеличению скорости сокращения
мышц.
2. Содержание воды в мышцах. Более "сухие" мышцы обладают меньшей вязкостью, т.к. межмолекулярное
трение в мышце содержащей меньше воды снижено. Поэтому в видах спорта где результативность определяется
скоростью движений спортсмены не должны иметь излишки влаги в мышцах.
Может показаться, что свойство вязкости играет только отрицательную роль, поскольку тормозит
сокращение и удлинение мышцы. Однако с биологической точки зрения наличие этого механического свойства
мышцы обосновано. Замедление деформации обеспечивает в нашей двигательной многозвенной системе плавную
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66
передачу усилий от одного звена двигательной цепи к другому и таким образом, предохраняет сочленения от
быстрого механического износа и травм.
Ползучесть - механическое свойство мышцы, проявляющееся в изменении длины мышцы с течением
времени при стандартной нагрузке. При этом напряжение мышцы не меняется, а длина увеличивается.
Для мышц характерно также и такое свойство как релаксация / расслабление/, проявляющаяся в
снижении силы упругой деформации с течением времени.
Например, фиксация штанги после подъёма /2сек./ не всегда спортсменам удается, т.к. проявляется это
свойство мышц. Или вис на перекладине можно удерживать лишь ограниченное время.
Совокупность этих механических свойств /упругость, вязкость, ползучесть и релаксация/ во всевозмо жных
сочетаниях в различных условиях и есть то свойство, которое называют эластичностью мышцы.
Высокоэластичной мышце свойственны значительная растяжимость, большая жесткость, при большом
растягивании /нелинейная упругость/ и малые потери энергии /небольшая вязкость/ при деформациях.
3.2. Режим работы мышц определяется изменением её длины напряжения или того и другого вместе.
Изотонический режим характеризуется изменением длины о без изменения напряжения. В реальных
движениях в живом организме такой режим практически не встречается
В изометрическом режиме длина мышцы не изменяется, а напряжение ее вследствии возбуждения
увеличивается. Это случай статической работы мышц при сохранении положения тела. Ауксотонический режим
связан с изменением и длины и напряжения мышцы. Это обычный для работы мышц режим.
3.3. Механическое действие мышц проявляется как тяга, приложенная к местам ее прикрепления.
К механическим условиям, определяющим тягу мышц относятся следующие: 1 .нагрузка;
2.закрепление звеньев;
3.соотношение сил, вызывающих движение и сил сопротивления; 4.начальные условия движения.
Анатомические условия, проявления тяги мышц сводятся к строению мышц и ее расположения /в данный
момент движения/ Физиологические условия проявления тяги сводятся к ее возбуждению и утомлению. Эти два
фактора влияют на возможности мышцы и определяют уровень ее силы тяги. С увеличением скорости
сокращения мышцы при преодолевающей работе увеличение скорости растягивания мышцы увеличивает ее силу
тяги.
3.4. Разновидности работы мышц определяются сочета нием изменения их силы и длины.
Мышцы могут укорачиваться, удлиняться и сохранять свою длину при выполнении работы. При этом для
каждого из этих трех случаев возможны три варианта изменения силы тяги: увеличение, уменьшение и
сохранение ее постоянной. Следовательно, можно выделить девять разновидностей работы мышц /таблица/.
Типичные разновидности работы мышц
Сила тяги мышц
Длина мыщц
уменьшается
постоянная
Увеличивается
Увеличивается
1. Движение до отказа
4. Усиление фиксации
7.Торможение до остановки
Постоянная
2. Изотонич. преодоление 5. Постоянная фиксация
8. Изотоническое уступление
Уменьшается
3.
Разгон
скорости
9. Притормажив. с уступ.
Вид работы
Преодолевающая
до
макс, 6. Ослабление фиксации
Статическая
Уступающая
4 Использование упругих свойств опорно-двигательного аппарата
Предварительное растягивание, накопление энергии упругой деформации мышц, связок и суставов
способствует не только повышению качества движений, но и открывает новые пути развития гибкости, силы и
быстроты в их сочетании.
Для раскрытия этого механизма, особое внимание уделено анализу резервов физической подготовки
спортсменов, основанное на работах по биомеханике спортивных движений.
Известно, что биомеханическая система, состоит из совокупности элементов, входящих в нее. Каждый
элемент обладает определенными свойствами, которые могут по -разному проявляться в движениях человека.
Так, мышцу можно рассматривать как:
преобразователь химической энергии в механическую;
упругий элемент, способный накапливать и отдавать энергию;
вязкий элемент, способный демпфировать внешние нагрузки;
передатчик энергии (мощности) от других источников энергии
Кость может использоваться как:
рычаг для передачи силы и энергии;
маятник для преобразования энергии;
стержень для опоры и противодействия внешним нагрузкам;
Сустав может быть представлен как:
шарнир, соединяющий кости в кинематической цепи;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
67
шарнир, ограничивающий подвижность костей относительно друг друга;
Управляющее устройство как:
«черный ящик», имеющий один вход и один выход. На вход поступает информация об интенсивности и
начале выполнения упражнения, на выходе -изменение относительной активности мышц во времени.
Мышцы, кости, суставы, блок управления - представляет опорно-двигательный механизм, с помощью
которых достигается заранее поставленная цель движения.
Сила, скорость и экономичность спортивных движений зависят от того, в какой степени спортсмену
удается использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения
могут быть повышены за счет использования упругих сил, а экономичность - за счет рекуперации
механической энергии.
Упругие свойства большинства биологических материалов напоминают свойства резины. Это
обусловлено наличием специальных структурных белков (эластин), которые определяют упругость сухожилий
и связок.
У насекомых аналогичную функцию выполняет резилин. Оба материала имеют модуль упругости,
сравнимый с модулем резины. Важную роль эти материалы играют в процессе запасания упругой энергии. В
прыжках, взмахах крыльев у насекомых, а также при других быстрых движениях, когда необходима мо щность
(работа в единицу времени), которую не может обеспечить активно сокращающаяся мышца.
Сила в уступающих движениях при насильственном увеличении длины мышц может значительно, до
50%-100% превосходить максимальную изометрическую силу человека. Как видно из этих высказываний
упругость мышц, сухожилий и связок может обеспечить силу и мощность, превышающую энергетические
возможности мышечного сокращения.
Работа мышц может обеспечиваться неметаболической э нергией, а именно потенциальной энергией
упругой деформации, накопленной в упругих элементах мышц, сухожилий и связок.
Использование неметаболической энергии при сокращении мышц выражается в том, что в движениях,
следующих непосредственно за предварительным растягиванием мышц, во первых, увеличивается сила,
скорость и мощность сокращения а во вторых, снижаются величины энергозатрат при той же механической
работе, то есть повышается экономичность.
Экономичность движений спортсменов может быть повышена за сче т умелого использования
неметаболической энергии, то есть энергии упругой деформации мышц и сухожилий, накопленной при
уступающей работе.
Движение, когда основное рабочее усилие развивается сразу же после предварительного растяжения
мышц, по Ю. Верхошанскому называется взрывным реактивно-баллистическим. Многолетние поиски в этом
направлении привели к разработке ударного метода развития взрывной силы, используя кинетическую
энергию, накопленную отягощением при свободном падении с определенной высоты.
Тренирующий эффект прыжков в глубину для развития взрывной силы исключительно высок и не имеет
себе равного среди других средств силовой подготовки. Ударный характер развития усилия можно нередко
встретить в условиях спортивной деятельности: повторные прыжки легкоатлета с ноги на ногу, акробатическая
комбинация рондат-фляк-сальто, наскок волейболиста перед атакующим ударом у сетки и т. п. Однако по
мнению Ю. Верхошанского сделаны лишь первые шаги в изучении этого метода развития взрывной силы.
Реактивно-баллистические движения в большей степени исследованы в прыжках и метаниях. В метаниях
накопление энергии упругой деформации при обгоне снаряда и замахе описывается как постепенное
нарастание реактивно-баллистической волны импульса силы которая от ног достигает центра масс тела, далее к
центрам масс плеча, предплечья и кисти, хлестообразным механизмом передачи силовой волны переливается
по всем звеньям метающей руки.
Тренировка гибкости пружинистыми подпрыгивающими, маховыми и ритмичными движениями
называется баллистическим растягиванием, растягиванием баллистического типа или баллистическим методом
растягивания.
Величина рекуперированной энергии возрастает при увеличении размаха движения в суставах и вне шней
нагрузки.
Следующим способом рекуперации энергии является переход энергии между звеньями тела за счет
использования суставной силы.
В процессе двигательной активности человека происходит постоянное перераспределение энергии
между сегментами тела. Например, при хлестовом движении голени ее ускорение происходит без участия
мышц, управляющих движением коленного сустава, а лишь за счет торможения бедра (Н.А. Бернштейн, 1935).
В данном случае энергия передается голени со стопой за счет суставной силы. Линия действия которой
проходит через ось коленного сустава. Источником энергии является работа управления в тазобедренном и
дистальных суставах.
Хорошо координированными движениями, как считают некоторые авторы, считаются как раз те, при
выполнении которых используется механизм обмена энергией между частями тела с минималь но необходимым
использованием работы активных мышц.
Заслуженный тренер Российской федерации Н.И. Сусоколов требует от своих воспитанников
маневрировать в схватках только на полусогнутых ногах, чтобы быть заряженным - готовым к молниеносному
использованию «эффекта пружины».
Руководитель КНГ сборной России профессор кафедры борьбы РГАФК Подливаев Б.А. ввел термин тренировка «механизма пружины в нижних конечностях», чем перенес акцент в методике тренировки ног с
сократительного элемента мышц на упругие элементы: суставы, связки и сухожилия.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
68
Таким образом, можно сказать, что рекуперация или накопление энергии упругой деформации мышц,
сухожилий и связок может обеспечить значительное повышение силы, скорости, выносливости и улучшение
координации, тем самым способствуя росту результативности спортивных действий.
ЛЕКЦИЯ № 3 ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬ НЫМИ ДЕЙСТВ ИЯМИ ЧЕЛОВЕКА.
План лекции
1. Общие вопросы управления
2. Биомеханические аспекты управления движениями
3. Основные схемы управления движениями
4.
Об использовании принципа «срочной» или объективной дополнительной информации в процессе
управления спортивными движениями.
Литература
1. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика. Физкультура и спорт, М., 1979с. 128-138
2.
Чхаидзе В.М. Об управлении движениями человека. Физкультура и спорт. М., 1970 (Обзор
литературы)
3. Фарфель B.C. Значение различных каналов информации в управлении движениями человека.
Материалы X Всесоюзной конференции по физиологии, морфологии, биомеханике мышечной системы.
Тбилиси, 1968,с.124-127
1. Общие вопросы управления
В мире, окружающем нас существуют две мощные тенденции. Одна связана с разрушением, другая - с
созиданием. Рушатся мосты, мир сотрясают различные катастрофы, гибнут растения и живые существа. В
современной науке эта сторона явлений связана со вторым законом термодинамики, который может быть
назван законом хаоса.
Он был сформулирован французом - Сади Карно в 1829 году; и гласит о следующем:
Каждая замкнутая система, т.е. полностью изолированная и не связанная с другими системами,
стремится к своему наиболее вероятному состоянию. Таким состоянием является полный хаос.
В соответствии с эти законом все замкнутые системы со временем разрушаются, дезорганизуются,
умирают.
В технике это - амортизация,
в биологии - старение,
в химии - деструкция,
в социологии - разложение,
в истории - распад.
В качестве меры хаоса (неупорядоченности) системы вводится понятие энтропии, которое показывает
степень хаотичности системы, степень ее распада.
Однако если осмотреться, то окружающий нас мир вовсе не является хаосом и как видно к нему не
стремится, как приписывает второй закон термодинамики.
Так,
например,
живые
существа
являются высокоорганизованными системами с крайне низким уровнем энтропии. А современный прогресс
жизни направлен на её организацию против хаоса.
Противоречия здесь нет, и абсолютный характер второго начала пока еше никем серьёзно не
оспаривается.
Понятие «абсолютно замкнутая система», для которого высказан этот закон, является сильной
абстракцией. В нашем реальном мире замкнутых систем попросту нет; все реальные системы взаимосвязаны и
взаимообусловлены. Эти связи могут быть слабее или сильнее, но они всегда есть. Последнее обстоятельство
придает второму началу несколько академический характер.
В соответствии со вторым законом термодинамики повышение энтропии замкнутой системы приводят к
выравниванию температур во всех точках этой системы. Жизнь в подобной "теплой" вселенной невозможна.
Ведь всякая машина (в широком смысле) может функционировать лишь при наличии перепада температур.
Живые существа не являются исключением. Они сложнейшие машины, для работы которых необходим
перепад температур с окружающей средой. При отсутствии такого перепада жизнь прекращается. Это и есть
"тепловая смерть".
Однако второе начало не исключает даже в замкнутой системе местного понижения энтропии, т.е.
возможна местная организация, но за счёт более интенсивного разрушения остального.
Местное упорядочение некоторой части замкнутой системы возможно только при условии
дезорганизации оставшейся части.
Учитывая всё вышеизложенное, мы с вами можем сказать, что управление это целенаправленное
воздействие, которое переводит объект из более вероятного
состояния
(хаоса) в
требуемое менее
вероятное состояние.
Задача синтеза управления анализа его работы есть информационная задача, и составляет основу
современной науки об управлении - кибернетики. Основоположником её считается Норберт Винер. Н.Винер
родился в 1894 году в США, в штате Колумбия. Отец его доктор философских наук. Мальчиком Винер был
обыкновенным "вундеркиндом"
В 4 года читал, до школы знал уже 4 языка. В 1909 году окончил колледж. В 18 лет защитил диссертацию
по философии (философия в математике). Учился в Англии, в Германии, служил в армии, затем преподавал в
Массачусетском университете. В 1929 году стал доцентам, в 1932 г. профессором этого университета. В
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
69
военные годы, будучи призванный в армию, Н.Винер систематизировал разработки об управлении огнем
зенитной артиллерии. Эта работа положила начало его работам по кибернетике.
Что же изучает кибернетика?
И первую очередь " процессы управления и контроля в машинах и живых организмах". Необходимо
заметить, что еще задолго до Н. Винера многие ученые отмечали общность управления в технических и
биологических системах. Так, И.М.Сеченов в первой лекции прочитанной в Московском университете в 1889
году обращал внимание на принципиальное сходство некоторых рефлекторных актов с действием регулятора
Уатта. В 1938 г. Ухтомский указывал на значение обратной связи в мышечной деятельности. А ранее
Н.А.Бернштейн (1927) и Анохиным (1935) были сформулированы принципы функционирования и
саморегуляции сложных систем.
Каковы же основные положения кибернетики?
1 .Процессы управления и связи в машинах, живых организмах, обществе -сходны.
Эти процессы суть прежде всего передачи, хранения и переработки информации, т.е. различных
сигналов, сообщений, сведений.
2.Количество информации - количество выбора - отождествляется с отрицательной энтропией и является
подобно количеству вещества, энергии, одной из фундаментальных характеристик явлений природы.
Отсюда кибернетика рассматривается как теория организации, как теория борьбы с миром хаоса, с
роковым возрастанием энтропии. Действующий объект поглощает информацию из внешней среды и
использует её для выбора правильного поведения. Информация никогда не создаётся, она только передаётся и
принимается, но при этом может утрачиваться и исчезать. Она искажается помехами, "шумом" на пути к
объекту и внутри него и теряется для него.
Борьба с энтропией - борьба с шумом искажающим информацию.
3. Отличительной особенностью любого управляющего устройства заключается в целесообразном
поведении, направленном на достижение конкретной и вполне определённой цели.
Однако знать цель ещё недостаточно, нужно уметь достигать её. А это часто бывает сделать труднее, чем
поставить цель. Здесь мы подходим к одному из фундаментальных понятий кибернетики - к понятию алгоритма
управления.
Алгоритм управления есть правило (способ) достижения поставленной цели.
На представленной схеме стрелками А и Б показано взаимодействие управляющего устройства с
объектом управления. По каналу А управляющее устройство воздействует на объект, по каналу Б получает
сведения от объекта о его состоянии (обратная связь). Однако для управления необходимо знать, как управлять
объектами и к чему стремиться. Для этого управляющему устройству сообщаются цель управления (В) и
алгоритм управления (Г). Прогресс и улучшение объектов связано, прежде всего, с определенными
алгоритмами управления.
Алгоритмы управления передаются не только путем наследственной передачи, но и путём
самоорганизации, самовозникновения.
Информация и информативность.
Информация в системе движений - это сообщения о состоянии и изменениях среды и организма, а также
команды к объекту управления.
Информация вносит определенность и упорядоченность, она воспринимается системой и используется
для управления.
Информацию следует рассматривать как свойство материи. Она всегда имеет материального носителя,
изменение которого и представляет сигнал, который несет информацию.
Носители сообщений об изменении состояния организма, в частности человека, и окружающей среды
очень разнообразны. В каналах связи носитель информации меняется многократно (звуковое колебание, нервный
импульс, физико-химические изменения в мышце и т.д.).
У каждого носителя свои специфические сигналы, а превращение од-ного рода сигнала в другой обычно
происходит при смене его носителя и называется кодированием сигнала *.
Говоря об управлении, прежде всего как об информационном процессе рассмотрим движение информации,
в самоуправляемой системе используя схему (рис. 1)
Информация поступает на вход системы, осуществляется её приём. Эта означает, что в результате поиска,
сбора и отбора нужных сигналов получена необходимая информация. В дальнейшем происходит переработка
полученных сигналов (кодирование, перекодирование, декодирование) в результате сложных процессов синтеза,
обобщения потоков сведений и преобразования их в сигналы команды, попадающие на объект управления (его
вход) и выдачей на выходе всей системы действий спортсмена, направленных на внешнее окружение и
изменение самого спортсмена.
Одновременно информация направляется на хранение в запоминающее устройство (память системы). Без
хранения информации невозможно обучение, невозможно совершенствование системы. Извлечение из памяти
необходимо при любом акте управления движением, оно помогает учитывать опыт и найти лучшее решение
задачи.
2.Биомеханические акспекты управления
Вся деятельность механизмов управления подчинена, в сущности, одному -физической (биомеханической)
стороне движений, т.е. взаимодействию человека с внешним силовым полем.
Из этого положения приходится исходить исследователям, решающим проблемы управления движени ями
человека в различных проявлениях, в том числе и в спортивной деятельности.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
70
В этой связи физиология двигательной активности теснейшим образом связана с биомеханикой
движений.
Разным аспектам, связанным с исследованием двигательной активности, нервно- мышечной организации и
разделов мозга, участвующих в управлении моторикой, посвящено много сотен работ. Мы же несколько
подробнее рассмотрим работы, посвященные изучению биомеханических основ управления движениями.
Первые труды в этой области относятся еще ко времени Э. Марея (1894,1901), В.Брауне и О.Фишера (18951901). Эти исследования были связаны с разделением целостного движения на отдельные фазы (сгибаниеразгибание, взаимодействие с опорой - касание, отталкивание и т.д.) и с изучением закономерностей взаимосвязи
между этими отдельными фазами и движением в целом.
Изучение биомеханических основ управления движениями было продолжено и развито в трудах ряда
исследователей: П.Ф.Лесгафтом и его школой, Н.П.Тихоновым (1923,), А А.Яловым (1924) и особенно,
Н.А.Бернштейном и его школой (1926,1935.1947,1966).
Эти исследования явились важным этапом в изучении двигательной активности, так как позволили
детально описать поведение объектов управление - человеческого тела и отдельных его суставов.
Еще в начале своей работы Н.А.Бернштейн задумывался над тем, что наиболее интересные факты,
связанные с изучением вопроса об управлении движениями человека, можно получить лишь тогда, когда эти
движения выполняются в условиях максимальных нервно-мышечных напряжений, а таковые чаще бывают в
спорте.
Нужно отметить, что Н.А.Бернштейн в своем анализе движений не ограничивается простым построением
суммарных векторов усилий и моментов мышечных напряжений, как это сделали В.Брауне и О.Фи -шер. Это он
считает недостаточным и буквально изобретает так называемый анализ "по параметрическим графикам". Когда
ведётся подсчёт координат отдельных положений центров тяжести звеньев тела то естественно определяются
предельные и вертикальные координаты для каждого положения в отдельности. Затем берётся разность в значении
координат и, отнеся ее ко времени, отдельно вычисляют предельные и вертикальные составляющие скорости
перемещения этих точек, а разница в значении скоростей даёт соответственно предельную и вертикальную
составляющую ускорения центра тяжести звена. Умноженные на массу звена, они определяют уже слагающие
усилий, приложенных к этому центру тяжести.
Н.А.Бернштейн начал анализ с того, что стал вычерчивать эти слагающие в отдельности за весь цикл
ходьбы человека, для всех центров тяжести звена конечности, и выяснил, что полученные при этом кривые никогда
не бывают гладкими или примитивными, а насыщены многими, очень закономерными изломами, которыми
пренебрегли В.Брауне и О.Фишер. Строго логично он обосновал, что все эти изломы (как он их назвал - "волны")
бывают трёх типов: спонтанно-нннервационные, т.е. отражающие непосредственные инициативные Импульсы
ЦНС, реактивные - являющиеся отражением механических сил, развивающихся на периферии и, реактивноиннервационные, которые суть проявление центральных ответов на всё, что происходит на периферии. Но ведь
таким центральным ответом должна быть сенсорная коррекция, идею о которой высказал еще в прошлом столетии
И.М.Сеченов, и вот почему.
Вся деятельность центральных аппаратов, управляющих движениями, должно сводиться к тому, чтобы
создавать на периферии то или иное протекание физических усилий, которые прокладываются к центрам тяжести
отдельных звеньев конечностей.
Если «волны» усилий, отнесённые Н.А.Бернштейном к первой группе,возникли при таком положении
звеньев, когда только и могли иметь
инициативные силовые импульсы (например, в фазах отталкивания ноги от опоры), а вторые лишь
разыгрываться на периферии (что было очень тонко и остроумно им доказано), то третьи, наиболее интересные,
возникали в такие моменты, когда движение более всего нуждалось в коррекции (например, в фазах начала
переноса ноги и т.д.). Впоследствии это было подтверждено В.С.Гурфинкелем (1965) с помощью
непосредственного анализа деятельности мышечных групп, приводящих в движение звенья конечности. Таким
образом, уже в начале ЗО-х годов Н.А.Бернштейн вплотную подходит к фундаменту теории цикличности
управления движениями.
Следующим важным вопросом, который решил Н А.Бернштейн (1935), была связь между мышечными
напряжениями и результирующим движением. О том, что между мышечным напряжением и резуль тирующим
движением нет прямой связи, а существует какая-то иная, мог догадаться еще О.Фишер. Но Н.А.Бернштейн
пошел дальше. Он сделал попытку разработать дифференциальное уравнение хотя бы примитивного движения.
Выяснилась, что не только нельзя говорить о прямой зависимости, но бо-лее того, мышечное напряжение и
результирующие движение оказались взаимосвязанными, т.е. воздействующими друг на друга. Это было
математическое доказательство цикличности управлении движениями.
Помимо чисто научного интереса, работы Н.А.Бернштейна имели большие прикладные значения,
поскольку они позволяли ставить и решать практические задачи о наиболее рациональных (энергетически
экономных) формах движения, что немедленно нашло применение в физиологии труда и спорта (Л.В.Чхаидзе,
1958, 1059, 1960).
Непосредственно к работам по биомеханике произвольных движений примыкают исследования по
биодинамике непроизвольных движений, в частности, суставного тремора или движений, связанных с
поддержанием вертикальной позы (В.С.Гурфинкель, Я.М.Ко ц, М.Л.Шик1955). Результаты этих исследований
нашли практическое применение в клинике при диагностике некоторых расстройств ЦНС. Одним из
направлений биомеханических исследований является познание управления суставным углом. Как известно,
всякое движение тела есть совокупность движений многих суставов.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
71
Поэтому процесс управления суставным углом представляет интерес сам по себе и изучение этого
вопроса с разных точек зрения посвящено множество работ.
Важную роль в попытках понять процесс управления суставным углом сыграли представления о так
называемом стреч-рефлексе, одним из хорошо изученных рефлексов спинного мозга. Стреч -рефлекс (рефлекс
на растяжение) состоит в усилении активности мышцы в ответ на попытку из - вне растянуть её, т.е. в
"сопротивлении" мышцы растяжению (П.Меттьюс, 1970). Рассматривая стреч-рефлекс, как результат действия
механизма обратной связи, многие исследователи объясняли и объясняют процесс поддержания постоянного
суставного угла работой сервосистемы, в основе которой лежит эта обратная связь. При этом нормальный
физиологический тремор трактуется как результат автоколебательной
сервосистемы,
обусловленный
задержкой в замкнутом контуре регулирования (П.Меттьюс, 1970).
Первые концепции об общих принципах построения движения были основаны на указанных нами выше
представлениях о безусловных рефлексах, в частности, о рефректорной дуге как основном элементе сколь угодно
сложного физиологического процесса. При этом любое движение мыслилось как последовательность более
простых двигательных рефлексов: вестибулярных, статокинетических и т.д. (И.П.Беритев,1916; И.М.Сеченов, 1891;
Я.0пире,1876).
Важным разделом явились работы посвященные безусловно рефлекторным взаимодействиям между
мышцами, прежде всего, между мышцами-антагонистами. Одно из ведущих представлений этого раздела,
представление о реципрокном характере взаимодействий между мышцами-антагонистами -восходит ещё к
работам Ч.Шеррингтона и его школы (Ч.Шеррингтон, 1948; Д.Денни-Браун, И.Икклс, ЕЛиддел, Ч.Шеррингтон.
1935).
Долгое время после открытия реципрокного взаимодействия считалось, что оно является доминирующим и
достаточно однозначным и обусловлено специфическими взаимодействиями специального уровня.
Уже на ранних этапах исследований, однако, были выявлены динамичность этих взаимосвязей и зависимость
их от влияния супраспинальных структур (И. Е. Введенский, А.Д.Ухтомския,1852). Безусловно рефлекторная
теория, однако, не могла объяснить целенаправленных двигательных актов и открытие условных рефлексов
немедленно нашло свое отражение во взглядах на общие принципы построения движений, в частности
двигательных навыков. Так, ещё И.М.Сеченов (1952) считал, что в основе всякого произвольного движения
лежит условный рефлекс.
Согласно взглядам приверженцев условно-рефлекторной теории, основная роль в управлении движениями
принадлежит условным рефлексам, формируемым на корковом уровне, а активность коры управляет
непосредственно потоком эфферентных сигналов, направляемых к мышцам.
Так, например представления одной из групп современных стор онников этих взглядов (М.А.Алексеев и
др., 1970; М.А.Алексеев, Н.В.Крылова, М.Н. Лившиц, А.В.Найдель,1965; М.А. Алексеев, А.А.Аскназий,1970)
базируется на учении И.П.Павлова (1951) об условном рефлексе на время. Согласно этим представлениям, ЦНС
присуще так называемое "чувство времени", и благодаря этому в высших отделах ЦНС человека в процессе
обучения произвольному движению вырабатывается внутренний ритм, который служит "эталоном" для
выполняемого движения. В случае отклонения реального движения от эталона осуществляется его коррекция.
Однако с открытием роли эфферентных сигналов в функционировании целостного организма (П.К.Анохин.
1935) рефлекторные представления о принципах организации движений оказывались всё более и более
недостаточными.
На смену этим представлениям, в основе которых, по существу лежит концепция незамкнутой
рефлекторной дуги (условной или безусловной), приходят представления об управлении по замкнутому циклу с
эфферентной обратной связью. Хотя некоторые авторы давно обращали внимание на возможную роль
эфферентных сигналов в формировании движений, достаточно полно и обоснованно эти взгляды были развиты
лишь в работах Н.А.Бернштейна (1947,1966). Н.А.Бернштейн впервые обратил внимание на то обстоятельство, что
вследствие сложности объекта управления, обладающего большим числом степеней свободы, наличия большого
количества противодействующих неучитываемых сил и т.д. точный результат эфферентного воздействия
непредсказуем. Поэтому в формировании движения афферентные проприоцептивные сигналы им еют не менее
важное, значение, чем эфферентные сигнал.
Это принципиальное для теории управления движениями понимание важной роли обратной связи было
систематически изложено Н.А. Бернштейном в теории "сенсорных коррекций" (Н.А. Бернштейн, 1947,1966).
"Коррекция" означает внесение поправок, уточнение. Под сенсорными коррекциями в учении об управлении
движениями понимается деятельность всех чувствительных систем организма при выполнении движений,
состоящих в уточнении эффекторных импульсов, внесении в них попр авок, приспосабливании их к условиям
внешней среды, т.е. обеспечивающая координационную управляемость движений.
В живом организме результат того или иного включения эффекторных импульсов предопределяется тем,
какова исходная поза, скорость, нагрузка звена и т.д. а также тем, каковы позы и скорость смежных звеньев, т.е.
каковы те реактивные силы, которые неминуемо должны возникнуть от включения данной мышцы при данном
общем положении. Поэтому слепые или предусмотренные наперёд эффекторные импульсы немыслимы. Каждому
координированному импульсу предшествует исчерпываемая сен-сорная сигнализация с периферии тела о том, с
чем там столкнётся этот импульс, на какие внешние силы, скорости и реактивные силы он там набежит
(Н.А.Берншейн, 1947,1966). В невропатологии известно заболевание, названное сухоткой спинного мозга, при
котором перерождаются и теряют проводимость спинномозговые проводящие пути проприоцептивной
чувствительности. При этом заболевании выключается сенсорная сигнализация. Если такому больному при
закрытых глазах поднять или отвести в сторону руку, он не сможет сказать, какую позу мы придали его руке, а
если дать ему взглянуть на свою поднятую руку и велеть удерживать далее эту позу с закрытыми глазами, то
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
72
через минуту - две рука его непроизвольно опустится, тогда как он будет уверен, что она попрежнему
поднята. Вот у таких больных, несмотря на то, что их эффекторика сама по себе свободна от органических
поражений, наблюдается резкие расстройства координации (так называемая атаксия). Она обусловлена у них
именно тем, что начиная движение и посылая эффекторный импульс в мышцу, они не могут приноровить этот
импульс к исходному состоянию звена, так как лишены сенсорной сигнализации с него. У них резко
расстраивается походка, разрушается почерк, руки перестают их слушаться. Больные компенсируют кое как свою
потерю, контролируя свои движения, вместо утраченной проприоцепторики, с помощью зрения, но зато при
закрытых глазах их движения совершенно распадаются. Движение нуждается в сенсорной коррекции не только
в начальный момент. Не говоря уже о непредвиденных внешних силах толчках, неровностях почвы, застреваниях и
т.д. даже те силы -упругие, реактивные, инерционные и т.д., которые в теории можно было бы рассчитать наперёд
для каждого данного случая, - и они настолько сложны и разнообразны, что организму не хватит всей его жизни,
что бы приобрести опыт по всему их не исчерпаемому множеству. Поэтому движение нуждается в непрерывной
коррекции со стороны сенсорных систем. В частности, проприоцепторика непрерывно сигнализирует в ЦНС о
всех изменениях в напряжении мышц, позах и суставных углах звеньев и вызывает рефлекторным путем
соответственные поправки и добавки к эффекторному процессу.
Правильные коррекции для произвольных движений не врождённы; они приобретаются на опыте при
жизни. У человека в первые недели жизни трудно отметить
какие-либо
попытки
координированной
деятельности
(за исключением элементарных рефлексов: сосания, глотания и т.п.). Затем постепенно
начинают возникать координации поворачивания на живот и на спину (2/2 мес), хватания видимых предметов
(4,6 мес), стояния и ходьбы (10-15 мес.) и т.д.
Движение звена, а тем более сложную цепочку звеньев с ее реактивными силами невозможно направить
сразу и накрепко по правильному пути. Накопление неизбежных, хотя и микроскопических, ошибок в дозировке
силы импульсов, мелкие непредвиденные внешние силы и т.д. неизбежно приведет к тому, что через пару
сантиметров движение перестанет точно отвечать своей задаче. Так как каждый орган чувств имеет СВОИ пороги
чувствительности, то ни один из них не может уловить отклонений от того что требуется по смыслу двигательной
задачи, прежде чем эти отклонения не станут надпороговыми. А так как отклонения накапливаются постепенно, то
необходимо, чтобы после очередной коррекции прошло некоторое время, пока отклонение накопится до ощутимой
величины. Очевидно, что чем грубее чувствительность, тем выше ее пороги, тем дольше будут копиться
отклонения, и тем большей величины они достигнут, прежде чем рефлекторно включатся координационные
импульсы. При развитии навыка происходит постепенное обострение восприимчивости рецепторов, занятых
выполнением сенсорных коррекций, и ускорением их действия. Н.А.Бернштейн (1966) делает также вывод о
том, что чем меньше число степеней свободы работающего органа, тем с боль-шей лёгкостью система
управляема.
"Если иметь в - виду, что в обшем случае число степеней свободы тела человека превышает две сотни, то
можно увидеть всю сложность жизненных задач управления движениями" (С.А. Косилов 1969). Поэтому вполне
понятно, что сталкиваясь впервые с незнакомой двигательной задачей, организм инстинктивно стремится
уменьшить число степеней свободы в работающем органе, чтобы парализовать этим реактивные силы. Для
этого он прочно фиксирует суставы органа, одновременно напрягая все мышцы этих суставов, т.е. запирая все
присущие им степени свободы подвижности. На этом спастическом фо-не ему уже нетрудно освобождать по
одной одновременно те степени свободы, которые нужны в данный момент для движения; и в этом жёстком
панцире движение действительно повинуется кое-как, как у новичка. Но не трудно понять как не экономна
подобная борьба с избыточными степенями свободы и реактивными силами. Наблюдая движения новичка, мы
легко замечаем в них большую скованность, развитое напряжение во всей мускулатуре работающего органа
(стиснутые зубы, напряжённая мимика), Начинающий не предвидит, в какой момент и в какую сторону (по
линии которой степени свободы) толкнёт его очередная реактивная сила, и он заранее и с запасом страхуется
против всех возможностей сразу. По мере того, как организм ознакомится с новыми движением, он постепенно
находит способы высвободить одну за другой закрепленные до этого степени свободы и устранить
возникающие реактивные осложнения не заблаговременной фиксацией, а своевременными короткими
активными (физическими) импульсами, направленными против действия сбивающих реактивностей и гасящими
это действие.
Происходит высвобождение одной за другой закреплённых до этого степеней свободы. Движение
становится свободнее, точнее и потребляет значительно меньше мышечной энергии. В развитии ходьбы и бега у
ребёнка такая фаза точно изучена Т.С.Поповой; она имеет место в возрасте 5-7 лет. Описанное развязывание
происходи потому, что во-первых, организм находит формы движения, при которых реактивные силы приобретают
известную упорядоченность и ритм и перестают быть совершенно непредвиденными, во -вторых, по-тому, что в
организме вырабатывается способность включать в координационный процесс высокочувствительные и быстро
работающие сенсорные коррекции, которые успевают вовремя отражать удары реактивных сил. Так или иначе,
организм сменяет оборону от реактивных помех посредством фиксационной «брони» на оборону посредством
"фехтования".
Третья фаза выработки движения, которая во всеобщих по распространённости актах, вроде ходьбы,
наступает у всех взрослых, а в специальных навыках профессиональных и спортивных движений является
уделом мастеров, представляет собой еще один шаг в сторону освобождения и экономичности движений.
Когда найдена форма движения, удовлетворяющая требованиям динамической устойчивости, то вообще
очень большая часть реактивных сил из помех, требующих гашения, превращается в полезные двигатели,
помогающие движению и сохраняющие его от отклонений. Число активных импульсов, направляющихся на
преодоление сил, все уменьшается, движущие активные импульсы становятся слабее и проще по своей
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
73
структуре, так как посредством умелого использования реактивных и внешних сил тот же результат
достигается с гораздо меньшими активными затратами. Движение делается плавным, округлённым, легким как
по виду так и по субъективным ощущениям исполнителя. Разгружаются и сенсорные коррекции, так как
динамически устойчивое движение (динамически устойчивым мы называем движение, постро енное так, что
всякое небольшое отклонение органа от траектории этого движения сейчас же вызывает силы, которые
стремятся вернуть его обратно на эту траекторию) на довольно длинных отрезках автоматически течет сам без
надобности вмешательства. Спортсменам известна эта фаза, как очень высоко ценимое ими «расслабление».
Разумеется, здесь нет и речи о какой-либо слабости, астении и т.д., а подразумевается именно это
освобождение, которое мастера ощущают субъективно, хотя и не умеют верно проанализировать его. Помимо
утверждений важной роли афферентных сигналов в формировании двигательных актов Н.А.Бернштейн
(1947,1966) развил стройную систему взглядов на нервно-мышечную систему как многоуровневую систему,
каждый уровень которой ответственен за целый класс движений, причём сложность организуемых движений
возрастает с повышением уровня.
По Н.А.Бернштейну можно различать, по крайней мере, пять, помещающихся друг над другом
"уровней", на которые при регулировании движения выпадает та или иная двигательная задача. Пр и этом в
зависимости от степени освоения навыка высшие уровни выполняют роль ведущих, низшие -фоновых. Каждый
из них имеет свою функцию, локализацию и афферентацию. Филогенетически они также взаимно связаны,
причём низшие, естественно, более древнего происхождения, а высшие появляются при дальнейшей эволюции
животного мира.
Деятельность уровней строится с учетом выполнения сложного движения (например, письма,
содержащего символические координации, связанные с перемещением звеньев тела в пространстве).
Высший кортикальный уровень (Е), управляющий высшими символическими координациями (речь,
письмо и пр.), относится к отделу высшего мышления. Это видно из того, что его афферентация не связана с
внутренним кольцом обратной связи и целиком зависит от внешнего, ко торый; естественно всегда играет роль
ведущего уровня. По мнению Л.В.Чхаидзе (1970) этот уровень свойственен только человеку.
Ближайший к нему уровень Д-теменнопремоторный - решает смысловую задачу данного движения,
составляет связанные цепочки движений. А фферентация этого уровня состоит из обобщенного синтеза
"качественного" характера, слагающегося из внешних и внутренних данных, т.е. идет по обоим кольцам. Роль как
фонового - очень незначительная, а как ведущего - довольно обширная, захватывающая почти все
автоматизированные смысловые движения.
Третий уровень С - пирамидно-стриальный. На этот уровень падает задача произвести некоторую
дифференциацию движения и раз-делить его на элементы, причем выявление их связано с определёнными,
наиболее часто встречающимися в жизни движениями, играющими в некоторых случаях самостоятельную роль. К
таким движениям можно отнести, например, простейшие локомоции и т.д. Этот уровень также может играть и
ведущую роль и фоновую. Это может произойти в том случае, если, например, сама выполняемая локомоция
(ходьба, бег), которой он управляет, имеет подчинённое значение. Поэтому данный уровень имеет сложную
переработанную афферентацию, связанную как внешним, так и внутренним кольцом. В некоторых движениях
можно проследить, что этот уровень распадается на два подуровня С1 и С2
На уровень В (таламо-паллидарный) выпадает задача управления синергиями. Поскольку это больше
связано непосредственно с мышечным аппаратом, то и афферентация этого уровня зависит от проприоцепции.
Наиболее низким уровнем в регулировании движений Н.А. Бернштейн считает уровень А, управляющий
такими характеристиками движений, как мышечный тонус и хронаксия. Этот уровень, как и предыдущий, может
быть только фоновый и в соответствии в этом иметь только внутреннее аффарентацию. Следует однако
оговорить что в зависимости от сложности движения роль описываемых уровней как фоновых или ведущих
может меняться. Это связано с задачей движения и степенью его освоения исполнителем, а также с
филогенетическим развитием центральной нервной системы. У низших животных ведущим уровнем может
оказаться С или даже В.
Это относится и к онтогенезу.
Взаимоотношение между уровнями в случае регулирования отработанного движения протекает в условиях
субординации, т.е. высший руководит деятельностью низшего. Такая субординация имеет целью правильно
распределять роли между уровнями с тем, чтобы каждый из них выполнил задачу, наиболее отвечающую его
афферентным возможностям.
Как показал Л.В.Чхаидзе (1970), высшие уровни не имеют полноценной обратной связи с мышечной
периферии и, следовательно не могут осуществить соответствующий контроль за конкретными деталями
движения. Низшие уровни, не решающие смысловой части движения, не могут включаться в него самостоятельно для этого требуется деятельность высших уровней. Поэтому, если выполняется незнакомое движение, то
вследствие неподготовленности низших уровней управление им приходится почти целиком полагаться на
высшие уровни (большей
частью самые высокие), которые, естественно, вынуждены осуществлять
контроль за конкретными деталями движения только в весьма примитивной форме. "Отработка" движения в этом
случае сводится к установлению субординации, и, следовательно, освоение нового двигательного навыка требует
создания соответствующих связей между отделами ЦНС. Когда движение будет достаточно освоено на низкие
уровни переложатся все свойственные им задачи, а высшие освободятся от несвойственных, и движение будет
протекать более правильно.
Необходимо отметить, что изложенное описание управления движением основывается на ряде
доказательств, сущность которых вводится к анализу тех или иных выпадений двигательных функций при
различных поражениях ЦНС (Н.А.Бернштейн, 1947).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
По мнению Н.А.Бернштейна (1947), "наращивание моторных функций по мере усложнения животного
организма и обогащение ЦНС происходит одновременно: более высокие уровни появляются в "животной
лестнице" в прямой связи с возрастающим осложнением двигательных задач. Вместе с тем отделы головного мозга
не заменяются новыми, а только обрастают ими. Ход эволюции регуляции двигательных актов не трудно проследить
по остаткам управления в функциях нижележащих отделов мозга, по мере перехода от низших животных к
высшим. Действительно, общеизвестно, что у хордах животных, до амфибий включительно, нет тех образований
нервной системы, которое у млекопитающих называются корой головного мозга, но их движения не лишены от
этого ни динамической устойчивости, ни лабильности, указывающей на возможность образования новых
центральных связей (Л.В.Чхаидзе, 1970). Более того известно, что у низших животных, например, у рыб,
наблюдаются случаи, когда можно предполагать, что в основе ритма локомоции (плавание) лежит способность
спинного мозга автоматически образовывать нужные для этого импульсы (Л.П. Дзенит, 1936).
Следовательно, никак нельзя отрицать наличия у низших животных способности подкорковых центров,
самостоятельно управлять движениями, а в нужных случаях и обладать викарными свойствами. Процесс
обрастания головного мозга, более высшими образованиями в ходе эволюции животных происходит следующим
образом:
По мере совершенствования организма старые образования мозга не исчезают, а только обрастают
новым. Но одновременно увеличивается и моторный запас животного: чем оно выше на эволюционной
лестнице, тем большее количество "новых" отделов появляется в ЦНС.
Спинальный уровень соответствует самым низким животным, имеющим только сенсоневрон и мотоневрон.
Двигательное разнообразие этих животных минимально.
Таламо-полидарный уровень характерен для первичных хордовых (рыбы), у них уже появляется зрительный
бугор, паллидум и кора мозжечка. Моторный запас несравненно выше, чем в первом случае.
Наконец, у млекопитающих; резко возрастают и моторные ресурсы, развития у человеческого организма
эти уровни вступают в строй тоже постепенно: уровень В с 2-3 месячного возраста, (способ-ность к синергиям),
уровень С - к первому году (решение задач, связанных с перемещением в пространстве); уровень Д - На 2 году
(способность к связыванию движений в последовательные цепочки) и, наконец, уровень Е - к концу 2 года,
началу 3 года (способность к решению смысловых задач, свойственных человеку, и,главное - речь).
Этот вопрос очень подробно изучен Т.Е.Поповой (1940), показавшей, через какие фазы проходит
моторика движения ребёнка при освоении им такой двигательной функции, как простейшие локомоции.
Т.С.Попова установила, что в ходе освоения навыков ходьбы обогащаются динамические составляющие
движения, начинается более глубокое использование реактивных сил, усложняется само движение. Это
развитие моторики идёт в прогрессии, которая свидетельствует о вступлении в строй всё более высоких
уровней.
Взгляды Н.А.Бернштейна нашли дальнейшее развитие в работах многих его последователей
(В.С.Гурфинкель; Н.М.Коц; М.Л. Шик,1965; В.С.Гурфинкель с со авт.,1966; Я.К.Коц с со авт..1966;
И.М.Гельфанд с со авт..1966; В.К.Бальсевич, 1970 и др.)
3. Основные схемы управления
В лекции мы рассмотрели о вами простейшую схему управления, существующую как при управлении
механизмами, так и при управлении процессами в живых организмах. Близкую по структуре простейшую схему
управления предлагает Д.Д. Донской
Предлагается простейшая схема, включающая аппарат управления, объект управления и среду. Эти
компоненты связаны прямой связью. Но такая модель управления малоэ ффективна, так как в ней отсутствует
обратная связь - сигнализация об эффективности управляющего воздействия и состоянии объекта управления и
окружающей его среды или поля действия. На рис. 3 Б эти элементы представлены. Схема, в принципе,
соответствует системе управления в живых объектах.
Оригинальную блок-схему управления движениями, основанную на взглядах Н.А.Бернштейна и общих
положениях кибернетики предлагает А.В.Чхаидзе (1970). С этих позиций рассматриваются вопросы становления
структуры сложных двигательных навыков, связанных со спортивной тренировкой
Л.В.Чхаидзе пытается представить ход центральной регуляции произвольных движений с учётом не
только узкофизиологических, но и физических (биомеханических) факторов. Он подчеркивает, что все
сказанное выше по этому поводу, относится только к общей функциональной стороне вопроса, так как
морфологических и физиологических доказательств еще недостаточно.
Первой, наиболее фундаментальной закономерностью в координации движений является наличие
"кольца управления" - зависимость не только управляемого звена от управляющего (прямая связь), но и
наоборот (обратная связь).
Следует считать, что осуществление координации движений не-возможно без того, чтобы центральная
нервная система не имела необходимой информации о том, что происходит на периферии. Современные
физиологи называют подобный процесс проприоцептивной афферентацией, или по П.К.Анохину (1957),
обратной афферентацией.
Известно также, что при одновременных нарушениях экстеро и проприоцептивной сигнализации
невозможно рациональное выполнение достаточно сложного произвольного движения. Остаётся предположить,
что управление такими движениями осуществляется по замкнутому циклу: мозг -центробежные нервы - мышца проприоцепторы
- центростремительные нервы - мозг. В этом цикле участком прямой связи будет мозг - мышцы, а обратной
связи - мышцы - мозг.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
75
При более детальном рассмотрении возникает первое разделение этого кольца на внешнее и
внутреннее. Внешнее кольцо включает прямую связь и внешнюю дугу обратной связи по зрительным, слуховым,
обонятельным и тактильным рецепторам, имеющим смысловую афферентацию (Н.А.Бернштейн, 1947) и
непосредственно связанным с восприятием внешнего мира.
Внутреннее кольцо включает прямую связь и внутреннюю дугу обратной связи по проприорецепторам,
непосредственно не связанным с нашим сознанием.
Таким образом, общей частью является прямая связь (мозг-мышцы). Это разделение колец весьма
принципиально и вместе с тем относительно: они играют различную роль в управлении произвольными
движениями. Следует полагать, что внешнее кольцо осуществляет контроль за смысловой стороной движения, а
внутреннее - за синергетическими автоматизмами. Однако их функции могут в известной мере и определённых
случаях изменяться, частично взаимно переключаться.
4. Построения принципа «срочной» или «объективной дополнительной информации
Прогрессивные концепции физиологов Р.Вагнера, Н.А. Бернштейна, П.К.Анохина и др. явились
качественным скачком в анализе механизма управления произвольными двигательными актами и послужила
теоретической предпосылкой к решению практических задач и в области спорта.
Так В.С.Фарфель (1955) исходя из постоянно повышающихся требований практики подготовки
спортсменов, утверждал не только чрезвычайно важное значение кинестезии для качества управления движениями,
но одновременно указывал на необходимость использовать эти основные способности более целенаправленно в
процессе обучения двигательными навыками тренируя "двигательное чувство более систематически и более
интенсивно. Эти указания были вызваны стремлением обеспечить влияние сознания в системе внутреннего
кольца управления, проводящего сигналы о поведении системы на периферии.
Для человека однако свойственно, что он кроме субъективной афферентации имеет способность
воспринимать и объективную информацию о параметрах пространства, времени и о динамическом компоненте
его двигательного аппарата путём внешней обратной связи действующей на основе второй сигнальной
системы. Таким образом, человек имеет способность дополнить своё знание о положении в окружающем его
мире. Сущность этих явлений заключается в активной адаптации по обработке распределений доступных
сигналов. Эта обработка представляет собой статистическое соединение субъективной (внутренней) и
объективной (внешней) части информации в кратковременной (оперативной) памяти занимающихся.
Экспериментально эти положения были подтверждены работами в области исследования спорта
(В.С.Фарфель,1960, 1962),Пьянов 1960; Ревзон, 1961; Подарь.1968, Чебураев, 1968 и др.
Было показано, что в процессе тренировки мышечного чувства возможно сознательное и успешное
влияние на построение внешней обратной связи.
Это позволило В.С.Ферфелю в 1962 г. сформулировать принцип срочной и синхронной информации или
принцип "объективной дополнительной информации; если учесть, что информация от органов чувств человека
является основной.
Принципом объективной дополнительной срочной информации является такой процесс внешней
объективной обратной связи, который происходит после окончания движения, т.е. через такое время, когда
возможно сличение объективной ИНФОРМАЦИИ с субъективными двигательными ощущениями.
Это
требование
соответствует
физиологическим
явлениям
феномена
"свежих
следов'
(Н.А.Бернштейн,1957, Геллерштейн,1958). Эта информация всегда адресуется тренеру и спортсмену и я вляется
второсигнальной, адресованной сознанию обучающихсяся.
Срочная информация, получаемая тренером, делает его указания объективными. Но эта информация
только опосредовано управляет "срочным эффектом" (Зациорский, 1965) поведения спортсмена, так как поток
обратной информации не достигает самой управляющей системы.
Этот недостаток ликвидируется, если тренер и спортсмен одновременно получают объективную
информацию о параметрах движения.
Чтобы определить значение объективной информации для интересующих нас двигательных фаз,
необходимо знание биомеханических структур движения в его важнейших частях.
Приемниками объективной дополнительной информации является преимущественно ухо и глаз.
Глаз - шрифт, число, черта, кривая и т.п. световые сигналы.
Слух - слово, речь и звуковые сигналы.
Речевые сигналы - под этой системой нужно понимать тренера.
Последовательная передача кодированных управляющих (эфферентных) импульсов к органам дейс твия
и объективная регистрация интересующих параметров замыкает круг действия в п роцессе управления и
регуляции произвольными движениями человека.
На необходимость обеспечения дополнительной и объективной информации получаемой спортсменом и
тренером в процессе измерения каких-либо двигательных данных при исследовании в области спорта
обращают внимание В.Гутеворт,1968; И.П.Ратов,1968.
Многочисленными исследованиями доказано значение этого принципа для совершенствования
различных двигательных задач в области спорта (В.С.Фарфель, 1962а, 19626,1965, 1968; И.П.Ратов,1968;
Гутеворт,1968).
Волков (1962) Г.В.Индлер (1963) сообщил временные параметры в цифровом коде при
обучении гимнастике оценивая пространственные движения на кольцах в коне.
B.C. Чебураев (1965) использовал МСИ в процессе управления движениями в пространстве.
А Л.Пасиров (1966) использовал звуковую информацию при совершенствовании маховых упражнений
на брусьях, достиг уменьшения сроков обучения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
76
М. Л. Укран, Ю.А. Ряузов (1965), используя методы срочной информации в процессе полготовки
гимнасток.
В лёгкой атлетике Лебедев В.М., Смусь В.С.(1961), Кучин (1962). В.К.Бальсевич (1963), В.П.Кузнецов
(1966), В.И.Бутенко В.В.Белоковский ( 1967), Мохендр Санду (1968) показали значение МСИ для
интенсификации тренировочного процесса.
В конькобежном спорте Г. К. Подарь (1966), А.Н.Орлова (1967) указали новые пути при подготовке
спортсменов применяя звуковые и световые сигналы. Л.В. Чхаидзе (1964) использовал сверхсрочную
информацию в велосипедном спорте, что позволило контролировать ход выработки навыка правильного
педалирования.
И.П.Ратов и М.Л.Мирский (1961) предложили метод регистрации динамического
компонента
различных спортивных упражнений вектординамографию, позволяющую получать срочную информацию.
B.C. Фарфель и Р.Л. Боуш (1968) исследовали значение различ-ных каналов информации для управления
напряжением мышц и показали, что дополнительная информация в качестве речевых количественных
характеристик даёт эффект в обучении управления напряжением мышц.
Применение методов объективной дополнительной информации в процессе подготовки с портсменов
значительно дополняет и обогащает тренировочный процесс и приводит к росту спортивной
работоспособности.
ЛЕКЦИЯ №4 БИОМЕХАНИКА СИЛЫ, БЫСТРОТЫ, ВЫНОСЛИВОСТИ И ГИБКОСТИ
План лекции
1.
Введение. Понятие о двигательных качествах
2. Биомеханическая характеристика силовых качеств
2.1 Классификация силовых качеств
2.2 Зависимость силы действия от параметров двигательных заданий
2.3 Выбор положения тела при тренировке силы
2.4 Топография силы
2.5 Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям
2.6 Метод сопряженного воздействия
3. Биомеханическая характеристика скоростных качеств
3.1 Динамика скорости
3.2 Скорость изменения силы (градиент силы)
3.3 Параметрические и непараметрические зависимости между силовыми и скоростными качествами
4. Биомеханическая характеристика выносливости
4.1
Утомление
и
его
биомеханические
проявления
4.2. Выносливость и способы ее измерения
5. Биомеханические характеристики гибкости
Введение. Понятие о двигательных качествах
Человек обладает определенными двигательными возможностями. Совокупность двигательных
возможностей принято называть моторикой. Двигательные возможности людей различны (бег, плавание,
метание) и обеспечиваются разными двигательными качествами.
Двигательными (или физическими) качествами принято называть отдельные качественно различные
стороны моторики человека
Понятие "двигательное качество" объединяет те стороны моторики, которые проявляются в одинаковых
характеристиках движения и име-ют один и тот же измеритель (например макс.скорость);
мышечная сила - V F (Н).
скорость - V м/сек.
длительность - f c;
2) имеют аналогичные физиологические и биохимические механизмы вследствие чего методики
совершенствования определённого двигательного
качества имеют общие черты, независимо от конкретного вида движения
выносливость в плавании и в коньках и т.п.
Соотношение F,V,t различно в разных двигательных
заданиях.
Двигательное задание - это движение со строго оговорёнными условиями
б) амортизационная сила, проявляемая в уступающих движениях
2.2.Зависимость силы действия от параметров двигательных заданий
а)
зависимость силы действия от скорости движущего звена тела
б) зависимость силы действия от направления движения.
Сила действия в уступающих движениях может значительного (до 50-100%) превосходить Fmax
изометрическую силу. Например, сила действия, проявляемая при приземлении с большой высоты, больше той,
которую спортсмен может проявить в отталкивании.
2.3.Выбор положения тела при тренировке силы.
При выборе силовых упражнений, прежде всего, необходимо убедиться в том, что в них активны будут
именно те мышцы, силу которых нужно увеличивать. Здесь необходимо иметь в виду, что даже небольшие
изменения положения тела могут привести к тому, что активными станут совершенно иные мышечные группы
(ссылка на миографию, эксперименты Райцина),
2 .4.Топография силы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
77
Соотношение максимальной силы действия разных мышечных груш получило название топографии
(рассказать в методике Коробкова, Черняева, модифицированной - Рыбалко)
2.5.Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям. Метод сопряжённого
воздействия
С биомеханической точки зрения специальные упражнения должны удовлетворять так называемому
принципу динамического соответствия (Ю.В.Верхошанский), т.е. соответствовать соревновательному по
следующим критериям:
а) амплитуде и направлению движения
б) акцентируемому участку рабочей амплитуды
в) величине силы действия
г) быстроте развития максимума сил в действие
д) режиму работы мышц
2.6. Метод сопряженного воздействия
В качестве специальных силовых упражнений в современном спорте часто используют основные
соревновательные движения с искусственно увеличенным (только?) сопротивлением. Поскольку при этом
одновременно совершенствуются
двигательные
качества и техника движений, данное методическое
направление получило название метода сопряжённого воздействия (В.М.Дьячков).
3. Биомеханическая характеристика скоростных качеств
Понятие о скоростных качествах
Скоростные качества характеризуются способностью человека совершать двигательные действия в
минимальный для данных условий отрезок времени.
Выделяют три основные разновидности проявления скоростных качеств :
1) скорость одиночного движения (малое внешнее сопротивление)
2) частота движения
3) латентное время реакции
Корреляция между, этими разновидностями быстроты весьма мала поэтому утверждается (Годик,
Зациорский), что элементарные разновидности скоростных качеств относительно независимы.
Скорость целостного сложнокоординированного движения зависит не только от скоростных качеств
спортсмена, но и от антропометрических показателей, силы, техники движения.
Например, скорость бега зависит от длины шагов, а длина
шагов от длины ног, силы и техники отталкивания.
3.1 .Динамика скорости
Динамикой скорости называется изменение скорости движу щегося
тела т.е.
V = S(t) где t- время, S - путь
В спорте существуют два типа заданий, требующих проявления максимальной скорости
а) требуется показать max мгновенную скорость (в метании
- к моменту выпуска снаряда, в прыжках - к моменту окончании отталкивания)
3.3.параметрические и непараметрические зависимости между силовыми и скоростными
качествами
Если спортсмен несколько раз выполняет одно и то же ДВИЖЕНИЕ (например, толкание ядра с места),
стремясь показать в каждой попытке max результат, а параметры двигательного задания (веса ядра) при этом
меняются, то величина силы действия, приложенной к ядру и скорость вылета ядра будут связаны друг с
другом параметрической зависимостью. Под влиянием тренир овки параметрическая зависимость "силаскорость" может изменяться по-разному. Это определяется тем, какие тренировочные средства и методы
использовались спортсменом.
Различают простые и сложные двигательные "реакции. Простая реакция - ответ заранее известным
движением на заранее известный (внезапно появляющийся) сигнал старт в беге. В сложной - заранее не
известны ни то, ни другое. В двигательных реакциях различают а) сенсорную (фазу - от момента, появления
сигнала до первых признаков мышечной активности (по ЗМР)
б) премоторную фазу (ЗМИ -электромеханический интервал) от появления электрической активности
мышц до начала движения
в)
моторную фазу - от начала движения до его завершения (сенсорный и премоторный компоненты
образуют латентное время реагирования).
С ростом мастерства длительность как сенсорного, так и моторного компонента в сложных реакциях
сокращается.
Большое значение в сложных реакциях приобретает умение предугадывать действие противника
(например, направление и характер удара или броска мяча или шайбы). Подобное умение называют
антиципацией, а соответствующие реакции антиципирующими.
Расстояния, с которых шайба уже не может быть поймана или отражена без антиципации, иногда
называют "мёртвой зоной"
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
Рис. 7. Поражаемые участки ворот в хоккее с шайбой и расстояния, с которых шайба не может быть
отражена вратарем
4. Биомеханическая характеристика выносливости
А. Основы эргометрии
Эргометрией называется совокупность количественных методов измерения работоспособности человека.
При выполнении длительного двигательного задания (бег, плавание, удержание груза и т.п.) мы всегда
имеем дело с тремя основными переменными:
1) интенсивность выполняемого двигательного задания отражаемая либо скоростью движения (м/с),
либо его мощностью (ватты) либо силой - при статическом удержании груза (Ньютоны).
2) объём выполненного двигательного задания отражаемый в пройденном расстоянии, выполненной
работе (джоули), либо импульсом силы - при удержании груза (ньютон - сек).
3) время выполнения (сек)
Показатели интенсивности, объёма и времени выполнения двигательного задания называются
эргометрическими показателями. Один, всегда задаётся как параметр двигательного задания, а два других измеряются.
Например, при беге на 5000 м дистанция задаётся заранее, а время бега и средняя скорость измеряются;
при часовом беге задаётся время, а измеряются дистанция и скорость; при беге с заданной скоростью "до
отказа" измеряются дистанция и время, скорость же определяется заранее и т.д.
Если величины времени, интенсивности и объёма двигательных заданий соответствуют друг другу, то
при разных вариантах заданий получаются аналогичные результаты. Например, если спортсмены пробегают
дистанцию 3 км за 12 мин (при средней скорости ~ 4,1 м/с) то при задании пробегать наибольшую дистан цию
за 12 мин (так называемый тест Купера), она так же 3 км, а если им предложить бежать с постоянной с коростью
4,1 м/с, то они будут в состоянии поддерживать её в среднем лишь 12 мин (это для них предельная
длительность данного двигательного задания - tm) и пробегут за это время те же 3 км.
Таким образом, конкретный вариант задания (что именно дистанция, скорость или время задаётся, 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 определённую дистанцию), если только задаваемые или регистрируемые значения времени,
интенсивности и объёма двигательных заданий совпадают. Это так называемое правило обратимости
двигательных заданий.
Двигательные задания могут отличаться по задаваемым (параметрам) выполнения. В видах спорта
циклического характера параметром является длина дистанции, гораздо реже задаётся время работы (часовой
бег, например). В результате мы имеем три зависимости: дистанция-время, скорость-время и дистанцияскорость. Наиболее интересны две первое из них. Их можно проанализировать на примере мировых рекордов.
Во всех видах спорта циклического характера в широком диапазоне дистанций связь между длиной
дистанции и рекордным временем (tm) прямолинейна.
В соответствии с законом сохранения энергии любая работа может быть выполнена лишь при обязательном
условии затрат энергии. Чем большую работу выполнил спортсмен (т.е. чем большую дистанцию преодолел),
тем больше энергии он затратил.
С точки зрения биомеханики, коэффициенты "А " и " в " в приведённом уравнении имеют чёткий смысл:
" А " - величина дистанции, пройденная за счёт запасов энергии не восстанавливаемых по ходу выполнения
двигательного задания
"в"- максимальная скорость передвижения, которая может быть достигнута за счёт энергии из источников,
восстанавливаемых по ходу выполнения задания.
Нам известно, что в организме человека есть два источника энергопродукции: анаэробный и аэробный.
Наибольшая
величина энергии, освобождаемой при мышечной работе, определяется величинами: а)
максимального кислородного долга,
б) кислородной ёмкостью, т.е. произведением времени работы
(tm) на скорость потребления кислорода (л /мин).
4.1. Утомление и его биомеханические проявления
Утомление - это вызванное работой временное снижение работоспособности.
Из всех видов утомления - умственного, сенсорного, эмоционального и физического,
биомеханики
рассматривает только физическое утомление.
Напомним, что утомление при мышечной работе проходит через две фазы.
1) фазу компенсированного утопления - в ней, несмотря на затруднения, спортсмен способен сохранять
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
79
интенсивность выполняемого упражнения на прежнем уровне;
2) фазу декомпенсированного утомления - в ней спортсмен уже не может при всём своем желании,
сохранять уровень интенсивности выполняемого задания.
Как же проявляется утомление в биомеханических показателях (вспомните в физиологическом и
биохимическом плане, например, уменьшается систолический выброс, сдвигается рН в кислую сторону).
В фазе компенсированного утомления интенсивность не снижается, но происходит изменение в технике
движений. Снижение одних показателей компенсируется ростом других. Например, уменьшается длина шагов в
беге, но возрастает их частота; снижаются скоростно-силовые показатели, но это обстоятельство может
компенсироваться сознательным или бессознательным изменением техники движений. Наблюдаемые в состоянии
утомления изменения в технике движений имеют двоякую природу: изменения, вызванные утомлением, и
приспособительные реакции, которые должны компенсировать эти изменения, а также снижение
функциональных (в частности, скоростно-силовых) возможностей спортсмена.
В результате не всегда ясно, полезным или вредным является то или иное изменение в технике движений
при утомлении. Это решается в каждом конкретном случае на основе практического опыта и специальных
биомеханических исследований.
Повышение устойчивости спортивной техники по отношению к утомлению — одна и из важнейших задач
во многих видах спорта. Это достигается длительной специальной тренировкой в том числе и в состоянии
утомления). Например, у сильнейших велосипедистов - шоссейников техника в состоянии утомления практически
не меняется. Интересен в этом плане показатель суммарного количества оборотов педалей за год - 5 миллионов.
Если знать, что все время обучения в школе ученик пишет лишь около миллиона букв, то ясно значение количества
проделанной работы, которое в данном случае приводит к стабилизации техники.
4.2. Выносливость и способы ее измерения.
Мерой выносливости по B.C. Фарфелю (1937) принято считать время, в течение которого человек
способен поддерживать заданную интенсивность двигательного задания. Однако, согласно правилу
обратимости двигательных заданий, для измерения выносливости можно использовать и другие
энергометрические показатели (объем и интенсивность задания). Представляет интерес, однако уточнить,
каким образом определять интенсивность задания: одинаково для всех занимающихся или в индивидуальном
порядке. К примеру, если 2 спортсмена выжимают штангу 50 кг, то более вынослив тот, кто выжмет ее большее
количество раз. Однако, максимальная сила у спортсменов может быть разной поэтому ясно, что на результат
выносливости это обстоятельство окажет существенное влияние. Нивелировать это обстоятельство можно
следующим образом: предложить выжимать всем штангу, вес которой равен определённому проценту от их
максимальной силы. Таким образом интенсивность выравнивается не в абсолютных единицах а в
относительных.
Учитывая изложенное, различают два типа показателей - явные и латентные (абсолютные и
относительные).
Примеры латентных показателей :
I. Коэффициент выносливости - отношение времени преодоления всей дистанции ко времени
преодоления какого-либо короткого отрезка
KB = tq: tam где tq
- время на дистанции (например, 400 м - 48,0с)
tsm - лучшее время на коротком "этапном" отрезке
(100 м-11,0 Ос)
KB = 48,0: 11,0 = 4.3636
2.Запас скорости (по Н.Г.Озолину) - ЗС - разность между средним временем преодоления эталонного
отрезка при прохождении всей дистанции и лучшим временем на этом отрезке
ЗС = tq:n-t3w
где /7 - число, показывающее, во сколько раз эталонный
отрезок меньше всей
дистанции
Для вышеприведённого примера:
ЗС = 48.0:4- 11,0 =1с
Чем меньше запас скорости, тем выше выносливость. С увеличением дистанции запас скорости
увеличивается. С ростом спортивной квалификации запас скорости, как правило, уменьшается. У сильнейших
бегунов мира на 400 м он равен 0, 9-1, Ос, у новичков - 2-2,5 с.
Располагая латентными показателями выносливости, можно выявить слабые стороны специальной
подготовки спортсменов.
5.биомеханическая характеристика гибкости
Гибкостью называется способность выполнять движение с боль амплитудой. Для суставов целесообразнее
пользоваться термином подвижность.
Для измерения гибкости (подвижности в суставах) необходимо измерить угол в соответствующем
сочленении в крайне возможном положении между сочленявшимися звеньями. Показатели гибкости называют
гониометрическими ("гони" - угол, греч.). Гибкость можно измерить также в линейной системе отсчёта (по
Н.Г.Озолину) максимальной возможный наклон вперёд, стоя на возвышении), а также в пространстве
(глобографический способ).
Выделяют активную и пассивную гибкость. Активная гибкость определяется в суставном движении за
счёт активности мышечных групп. Пассивная гибкость определяется амплитудой рабочих точек достигаемой за
счёт действия внешних сил. Показатели пассивной гибкости естественно, выше соответствующих показателей
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
активной гибкости. Разность между ними принято называть дефицитом активной гибкости. Гибкость зависит
от ряда условий:
окружающей среды, разминки, времени суток, силы тяги мышц, участвующих в движении.
В спорте не следует добиваться предельного развития гибкости. Говорят о необходимой гибкости - при этом
её величина должна несколько превосходить ту максимальную амплитуду, с которой выполняется движение
("запас гибкости").
Показано, что спортсмены с большими показателями гибкости имеют преимущество в спортивной технике,
выполняя движение с большей амплитудой.
ЛЕКЦИЯ №5. ОЗДОРОВИТЕЛЬНАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ И
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
План
Биомеханика дыхания, сердца и сосудов, пищеварительной системы, опорно -двигательного аппарата,
Биомеханика глаза, органов слуха и равновесия.
Дыхание Обмен кислорода (02) и углекислоты (С02) между организмом и средой называется дыханием.
Человеческий организм в процессе жизнедеятельности потреб ляет кислород (02) и выделяет углекислоту (С02).
Здоровый мужчина среднего возраста и нормального сложения с массой те ла 70 кг в условиях основного
обмена потребляет за 1 мин. 250 мл 02 и выделяет около 200 мл углекислоты. При физической нагрузке
потребление 02 и, соответственно, выделение С02 увеличивается в несколько раз. При этом повышение
тканевого обмена обеспечивается не только пропорциональным увеличением потребления 02, возра стает также
утилизация 02, в результате чего происходит более полное восстановление оксигемоглобина в тканях.
Обеспечение организма нужным количеством 02 и выведением С02 возможно лишь при условии нормального
течения и координированного изменения ряда последовательных актов. У человека дыхание осуществляется
благодаря ряду последовательных процессов: 1) обмен газов между средой и легкими, что обычно обозначают
как «легочную вентиляцию»; 2) обмен газов между альвеолами легких и кровью (легочное дыхание); 3) обмен
газов между кровью и тканями. Наконец, газы переходят внутри ткани к местам потребления (для 02) и от мест
образования (для С02) (клеточное дыхание). Движение газов в дыхательной системе и между средой и тка нями
происходит в результате разницы давлений. Пониженное давление 02 в ткани заставляет газ двигаться к ней.
Для С02 градиент давления направлен в обратную сторону, и С02 переходит в окружающую среду. Известно,
что давление водяных паров в организме выше, чем в окружающей среде, и, таким образом, при дыхании
организм теряет воду.
Дыхательная система состоит из тканей и органов, обеспечивающих легочную вентиляцию и лего чное
дыхание (воздушные пути, легкие и элементы костно-мышечной системы). К воздухоносным путям относятся:
нос, полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и бронхиолы. Легкие состоят из бронхиол и
альвеолярных мешочков, а также из артерий, капилляров и вен легочного круга кровообращения. К элементам
костно-мышечной системы, связанным с дыханием, относятся ребра, межреберные мышцы, диафрагма и
вспомогательные дыхательные мышцы.
Легкие Легкие представляют собой важнейшую структуру, осуществляющую физио логическую связь
организма с окружающей средой:
общая площадь их поверхности примерно в 30
раз больше, чем площадь кожи. В целом легкие имеют вид губчатых, пористых конусовидных образов аний,
лежащих в обеих половинах грудной полости. Наименьший структурный элемент легкого — долька состоит из
конечной бронхиолы, ведущей в легочную бронхиолу и альвеолярный мешок. Стенки легочной бро нхиолы и
альвеолярного мешка образуют углубления — альвеолы. Стенки альвеол состоят из одного слоя эпителиальных
клеток типа I и окружены легочными капиллярами. Принято считать, что общая поверхность альвеол, через
которую осуществляется газообмен, экспоненциально зависит от веса тела. С возрастом отмечается
уменьшение площади поверхности альвеол.
Плевра Каждое легкое окружено мешком, образованным серозной оболочкой — плеврой. Наружный
(париентальный)
листок
плевры
примыкает
к
внутренней
поверхности
грудной
стенки
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
81
и диафрагме, внутренний (висцеральный) покрывает легкое. Щель между листками называется плевральной
полостью. При движении грудной клетки внутренний листок обычно легко скользит по наружному. Давление в
плевральной полости всегда меньше атмосферного (отрицательное). В условиях покоя внутриплевраль -ное
давление у человека в среднем на 4,5 торр ниже атмосферного (—4,5 торр). Грудная полость. Грудная полость
ограничена сзади первыми десятью грудными позвонками (см. рис. 17.13), последние два грудных позвонка
функционально относятся к брюшной полости и не принимают активно го участия в дыхании. Переднюю
стенку грудной клетки образует грудина. Боковая стенка грудной клетки образована ребрами и ре берными
хрящами. Ребра лежат парами по обе стороны позвоноч ника. Каждое ребро наклонено вниз от уровня своего
сочленения с позвонком и прикреплено к грудине ниже (см. рис. 17.16). Пространства между ребрами
называется межреберным.
Дыхательные мышцы. Дыхательные мышцы — это те мышцы, сокращения которых изменяют объем
грудной клетки. Мышцы, направляющиеся от головы, шеи, рук и некоторых верхних грудных и нижних
шейных позвонков, а также наружные межреберные мышцы, соединяющие ребро с ребром, приподнимают
ребра и увеличивают объем грудной клетки. Диафрагма — мышечно-сухожильная пластина, прикрепленная к
позвонкам, ребрам и грудине, — отделяет грудную полость от брюшной (рис. 17.15). Это главная мышца,
участвующая в нормальном вдохе. При усиленном вдохе сокращаются дополнительные группы мышц. При
усиленном выдохе действуют мышцы, прикрепленные между ребрами (внутренние межребер ные мышцы) к
ребрам и нижним грудным и верхним по ясничным позвонкам, а также мышцы брюшной полости; они
опускают ребра и прижимают брюшные органы к расслабившейся диафрагме, уменьшая таким образом
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82
емкость грудной клетки.
Дыхательные движения осуществляются за счет
дыхательной мускулатуры. Расслабление всех связанных с дыханием мышц придает грудной клетке положение
пассивного выдоха. Соответствующая мышечная активность может перевести это положение во вдох или же
усилить выдох.
Механизм
вдоха
Акт вдоха (инспирация) совершается вследствие увеличения объема грудной полости в трех направлениях —
вертикальном, сагиттальном и фронтальном. Это происходит вследствие поднятия ребер и опускания
диафрагмы.В состоянии выдоха ребра опущены вниз; а в состоянии вдоха — принимают более горизонтальное
положение, поднимаясь кверху; при этом нижний конец грудины отходит вперед. Благодаря движению ребер
при вдохе сечение грудной клетки становится больше и в поперечном, и в продольном направлениях. Ребра
представляют собой рычаги второго рода с точкой вращения в их сочленениях с позвоночником. Наружные
межреберные мышцы при сокращении должны были бы сближать ребра, но так как момент силы у нижнего
прикрепления мышц (g) больше, чем у верхнего (Ь) вследствие большой длины рычага (с —g), то при
сокращении мышц ребра поднимаются.
Во время вдоха
диафрагма сокращается, в результате чего ее купол становится более плоским и опускается. В зависимости от
возраста, пола, вида деятельности дыхание совершается преимущественно или за счет межреберных мышц —
реберный, или грудной тип дыхания, или за счет диафрагмы — диа-фрагмальный, или брюшной тип дыхания.
Есть и смешанный тип, при котором в дыхании участвуют нижние отделы грудной клетки и верхняя часть
живота, он встречается у пожилых людей, а также при ригидности грудной клетки и снижении эластичности
легочной ткани (эмфизема легких, пневмосклероз и др.). Тип дыхания не является строго постоянным и может
меняться в зависимости от исходного положения, телосложения, пола, вида деятельности и состояния пациента.
Так, при переносе на спине тяжелого груза грудная клетка фиксируется мышцами туловища и межреберий
неподвижно вместе с позвоночником; дыхание же совершается исключительно за счет движений диафрагмы. У
беременных женщин смещение диафрагмы вниз затруднено и поэтому преобладает реберный тип дыхания. При
усиленном дыхании, например, у спортсменов, в акте вдо ха участвует ряд дополнительных, или
вспомогательных дыхательных мышц. При вдохе объем грудной клетки и находящихся в ней легких
увеличивается; при этом давление в них понижается и воздух через воздухоносные пути входит в легочные
альвеолы.
Механизм выдоха Во время вдоха дыхательные мышцы человека преодолевают ряд сил: 1) тяжесть
приподнимаемых кверху ребер; 2) эластическое сопротивление реберных хрящей; 3) сопротивление стенок
живота и брюшных внутренностей, отдавливаемых книзу опускающим ся куполом диафрагмы. Когда вдох
окончен и дыхательные мышцы расслабляются, под влиянием указанных сил ребра опускаются и купол
диафрагмы приподнимается. Объем грудной клетки вследствие этого уменьшается. Таким образом, акт выдоха
(экспирация) происходит обычно пассивно, без участия мышц. При форсированном выдохе к перечисленным
силам, уменьшающим объем грудной клетки, присоединяется сокращение внутренних меж реберных мышц,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83
задних нижних зубчатых мышц и мышц живота. При сокращении внутренних межреберных мышц, ребра
опускаются. Мышцы живота при их сокращении оттесняют органы брюшной полости и купол диафрагмы
кверху. При выдохе объем грудной клетки, а, следовательно, и легких, уменьшается, давление в альвеолах
повышается и воздух выходит из легких наружу. У здорового человека дыхание в спокойном состоянии
ритмичное, и число дыхательных движений составляет 14—18 в мин., а у спортсменов — 8—12. Дыхание
может быть учащенным и редким. Учащение дыхания наблюдается после физической нагрузки (в процессе
тренировки), при нервном возбуждении и др.
Урежение дыхательных движений наблюдается при заболеваниях, которые угнетают функции
дыхательного центра или при анатомических изменениях в бронхах (сужение, сдавливание и т. п.). У здорового
человека дыхание ритмичное, глубокое. Но встречается и нарушение ритмичности дыхания, которое, как
правило, является результатом нарушения координационной спо собности дыхательного центра,
характеризующееся тем, что нарушается гармоническая, слаженная работа отдельных групп дыхательных
мышц. В этой связи наступает более быстрая утомляемость дыхательной мускулатуры, что приводит к
нарушению снабжения мышц кислородом и утомляемости пациента. Ритм дыхания может нарушаться при беге
по пересеченной местности (кросс), у лыжников-гонщиков и в других видах спорта, а также при тестировании
спортсменов с явлениями перетренированности (например, при выполнении пробы «степ-тест», или «бег на
месте»).
Механика дыхательных движений Перемещение воздуха в легкие и из них требует совершения
работы. Для того, чтобы воздух вошел в легкие, должны быть преодолены силы трех типов, а именно: 1)
эластическое сопротивление; 2) сопротивление воздушного потока в трахео-бронхиальном дереве и 3)
сопротивление неэластичных тканей, например, ребер. Расширение легких обусловлено увеличением объема
грудной кетки. Если давление снаружи становится выше атмосферного, из легких выходит лишь небольшое
количество
воздуха,
так
как
мелкие
воздухоносные
пути
спадаются, задерживая его в альвеолах. С возрастом, а также при некоторых легочных заболеваниях такое
закрытие дыхательных путей происходит при большем объеме легких. Крутизна кривой «давление —объем», т.
е. изменение объема на единицу изменения давления, называется растяжимостью. В физиологических условиях
(если растягивающее давление составляет от —2 до —10 см вод. ст.) легкие обладают удивительной
растяжимостью. У человека она достигает примерно 200 мл/см вод. ст., однако при более высоких давления х
уменьшается. Этому соответствует более пологий участок кривой «давление —объем». Растяжимость легких
несколько снижается при повышенном давлении в лего чных венах и переполнении легких кровью. При
альвеолярном отеке она уменьшается в результате неспособности некоторых альвеол раздуваться. Заболевания,
сопровождающиеся фиброзом легких, воспалительными процессами, также приво дят к уменьшению их
растяжимости. Это связано с изменениями эластических тканей.
В стенках альвеол, а также вокруг сосудов и бронхов проходят волокна эластина и коллагена. По
определению, растяжимость легких равна изменению их объема на единицу изменения давления. Для ее оценки
необходимо измерить внутриплевральное давление. При этом регистрируют да вление в пищеводе:
обследуемый заглатывает катетер с маленьким баллончиком на конце. Растяжимость легких можно измерить
очень просто: обследуемого просят сделать максимально глубокий вдох, а затем выдыхать воздух в спирометр
порциями, скажем, по 500 мл. При этом определяют давление в пищеводе. Затем строят график «давление—
объем», сходный с кривой. Этот метод позволяет получить наибольшую информацию об упругости легких.
Растяжимость легких можно также изм ерить при спокойном дыхании. Этот способ основан на том, что в
отсутствие потока воздуха (в конце вдоха и выдоха) внутриплевральное давление отражает только
эластическую тягу легких и не зависит от сил, возникающих при движении воздушной струи. Таким образом,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
растяжимость будет равна отношению разности легочных объемов в конце вдоха и выдо ха к разности
внутриплевральных давлений в эти же моменты. На вентиляцию легких влияют: частичное перекрытие
(закупорка) воздухоносных путей (мокрота, слизь и др.) и тогда заполнение воздухоносных путей (участков
легких) будет происходить медленнее. С увеличением частоты дыхания объем воздуха, поступающего на такой
участок, становится все меньше и меньше. Упругостью обладают не только легкие, но и грудная клетка. В
норме грудная клетка стянута, а легкие растянуты и действующие в них упругие силы уравновешивают друг
друга. В эксперименте показано, что при объеме, равном функциональной остаточной емкости (ФОБ), давление
релаксации отрицательно. Это означает, что грудная клетка стремится расшириться. Лишь в том случае,
когда'объем достигает примерно 75% жизненной емкости легких (ЖЕЛ), давление релаксации становится
равным атмосферному, т. е. грудная клетка приходит в состояние равно весия. При любом объеме давление
релаксации легких и грудной клетки равно сумме их давлений релаксации, измеренных по отдельности.
Поскольку давление (при данном объеме) обратно пропорционально растяжимости, общую растяжимость
легких и грудной клетки можно вычислить по формуле
Еще один
важнейший фактор, во многом обусловливающий осо бенности кривых «давление—объем» для легких, — это
поверхностное натяжение жидкости, выстилающей стенки альвеол. Поверхностным натяжением называется
сила (измеряемая обычно в динах), действующая в поперечном направлении на воображае мый отрезок длиной
1 см на поверхности жидкости. Известно, что клетки, выстилающие стенки альвеол, вырабатывают секрет,
значительно снижающий поверхностное натяжение альвеолярной жидкости.
Влияние секрета (сурфактанта) на поверхностное натяжение, объясняется его низким поверхностным
натяжением в альвеолах и отсюда увеличивается растяжимость легких и тем самым уменьшается совершаемая
при вдохе работа; а также обеспечивается стабильность альвеол, их в легких около 300 млн, и все они имеют
тенденцию к спадению (ателектазу), очаги которого часто образу ются в легких при заболеваниях. При
недостатке сурфактанта легкие становятся более «жесткими» (т. е. менее растяжимыми). Известно, что нижние
отделы легких вентилируются лучше, чем верхние. Это, по-видимому, связано с тем, что в области оснований
легких внутриплевральное давление менее отрицательно, чем в области верхушек.
Сопротивление воздухоносных путей Воздух проходит через трубку, если между ее кон цами
существует перепад давлений. От его величины зависят скорость и особенности воздушного потока. При
низких скоростях линии течения могут быть параллельны стенкам трубки {А). Это так называ емый
ламинарный режим. По мере возрастания скорости потока он становится все менее однородным, особенно в
местах ветвления трубки, где разделение воздушных струй может проис ходить с образованием местных
завихрений (Б). Наконец, при очень высоких скоростях линии течения полн остью теряют упоря-дочность, и
поток называется в этом случае турбулентным (В). Уравнение, связывающее давление и расход (т. е. объемную
скорость)
при
ламинарном
потоке
было
впервые
выведено
французским
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
85
оно
записывается
врачом Пуазейлем. Для прямых трубок с круглым сечением
следующим
образом:
где V — расход флюида, Р — давление, создающее поток (АР см. на рис. 17.20), г — радиус
трубки, ц — вязкость флюида, / — длина трубки. Из уравнения видно, что давление пропорционально расходу
(Я = KV). Поскольку сопротивления потоку R равно давлению, деленному на расход, можно
записать:
Как видно, большую роль играет радиус трубки; когда он уменьшается вдвое,
сопротивление потоку увеличивается в 16 раз. Важно также, что на взаимоотношение между давлением и рас ходом влияет вязкость, а не плотность флюида. Одна из особенностей полностью развитого ламинарного пото ка заключается в том, что частицы газа в центре трубки передвигаются со скоростью, в два раза превышающей
среднюю. Особенности турбулентного потока совершенно иные. Давление в этом случае пропорционально уже
не расходу флюида, а примерно квадрату расхода (Р = KV2). Вязкость при таком режиме не играет
существенной роли, а увеличение плотности флюида при данном расходе повышает перепад давлений. Будет
поток ламинарным или турбулентным, в значительной степени зависит от так называемого числа Рейнольдса
(Re), получаемого по уравнению:
где d — плотность флюида, v — средняя линейная
скорость, г — радиус трубки, г] — вязкость флюида. В прямых гладких трубках турбулентность возможна при
числе Рейнольдса больше 2000.
Сопротивление воздухоносных путей можно рассчитать, разделив разность
давления в ротовой полости и альвеолах на расход. Применить все эти закономерности к такой сложной
системе трубок, как бронхиальное дерево — со всеми его разветвлениями, изменениями диаметра и неровными
стенками —трудно. Практически особенности потока очень сильно зависят от «входных» характеристик
трубки. Если у какой-либо развилки возникает завихрение, воздушная струя как бы «тянет» его за собой, и оно
исчезает лишь на определенном расстоянии от места заро ждения. Поскольку же бронхиальное дерево
постоянно ветвится, можно полагать, что истинный ламинарный поток (см. рис. 17.20) возникает лишь в самых
мелких воздухоносных путях, где число Рейнольдса очень мало (в конечных бронхиолах оно может составлять
около 1). На остальных участках течение носит переходный характер (Б). Турбулентный поток может
наблюдаться в трахее, особенно при физической нагрузке, когда скорость воздуха возрас тает. В целом для
ра'счета «перепада» давления в бронхиальном дереве следует использовать как первую, так и вторую степень
расхода
воздуха:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
воздуха. В ротовой полости давление легко измеряется
с помощью манометра, а в альвеолах его можно оценить с помощью общего плетизмографа. Сопротивление
воздухоносных путей равно отношению разности давлений между альвеолами и ротовой полостью к расходу
воздуха. Его можно измерить методом общей плетизмографии (рис. 17.21). Перед тем, как обследуемый делает
вдох (А), давление в плетизмографической камере равно атмосферному. Во время вдоха давление в альвеолах
снижается, а объем альвеолярного воздуха увеличивается на величину AV. При этом воздух в камере снижается
и по изменению его давления можно рассчитать AV
где Я, и Р2 — давление в камере
соответственно до попытки вдохнуть и во время нее, V{ — объем камеры до этой попытки, a AV— изменение
объема камеры (или легких). Отсюда можно рассчитать AV. Если объем легких известен, можно перейти от
Д1/к внут-риальвеолярному давлению, используя закон Бойля-Мариотта (P3V2 = P4(V2 + AV), где Р3 и Р4 —
давление в полости рта соответственно до попытки вдохнуть и во время нее, a V2 — ФОЕ, которая и
рассчитывается по этой формуле). Одновременно измеряется расход воздуха, что дает возмож ность
рассчитывать сопротивление воздухоносных путей. Такие же измерения проводятся при выдохе.
Сопротивление воздухоносных путей можно рассчитать и при спокойном дыхании, измерив
внутриплевральное давление с помощью введенного в пищевод катетера. Однако при этом результаты будут
включать также сопротивление тканей. Внутриплевральное давление определяется с одной стороны силами,
противодействующими эластической тяге легких, а с другой — силами, преодолевающими сопротивление
воздухоносных путей и тканей.
При движении легких и
грудной клетки необходимо прикладывать некоторое давление для преодоления вязких сил, действующих в
тканях при их деформации. Именно наличием таких сил частично объясняется заштрихованная область кривой.
Однако у молодых здоровых людей сопротивление тканей составляет лишь около 20% общего (т. е. суммы
сопротивления тканей и воздухоносных путей), хотя при некоторых заболеваниях оно может увеличиваться.
Для того, чтобы при дыхании происходили движения легких и грудной клетки, необходимо затрачивать работу.
В данном случае ее удобнее всего измерять произведением давления на объем.
Работу, затрачиваемую на движение легких можно оценить по кривой «давление—объем». При вдохе
внутриплев-ральное давление изменяется в соответствии с кривой АБВ и на движение легких затрачивается
работа, соответствующая площади ОАБВГО. Трапеция ОАДВГО отражает работу, необходимую для
преодоления упругих сил, а заштрихованный участок АБВДА — работу, затраченную на преодоление вязкого
сопротивления воздухоносных путей и тканей. Чем выше сопротивление воздухоносных путей или расход
воздуха при вдохе, тем более отрицательным будет внутриплевральное давление, тем больше сместится вправо
(в сторону отрицательных величин) точка Б по сравнению с точкой Д и тем больше будет площадь
заштрихованного участка. Работе, необходимой для преодоления сопротивления воздухо носных путей (и
тканей) при выдохе, соответствует участок АДВЕА. В нормальных условиях он «вписан» в трапецию ОАДВГО,
т. е. работа по преодолению вязких сил может быть совершена за счет энергии, запасенной в упругих
структурах и высвобождающейся при пассивном выдохе. Разница между площадями АДВЕА и ОА ДВГО
соответствует энергии, рассеивающейся в виде тепла. Чем выше частота дыхания и расход воздуха, тем больше
площадь участка АБВДА (т. е. работа по преодолению вязких сил). С другой стороны, чем больше
дыхательный объем (ДО), тем больше площадь трапеции ОАДВГО (т. е. работа по преодолению упругих сил).
Больные со сниженной растяжимостью легких (пневмосклероз, эмфизема и др.) как пр авило, дышат чаще и
дыхание поверхностное; а при обструкции дыхательных путей — дыхание медленное. В обоих случаях это
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
87
способствует уменьшению затрачиваемой работы. При выполнении тяжелой физической работы, при
занятиях спортом, особенно циклическими видами спорта (академическая гребля, плавание, лыжные гонки,
стайерский бег и др.) происходит увеличение затрачиваемой работы, и затраты увеличиваются, если спортсмен
тренируется в неблагоприятных климатических условиях (среднегорье, зоны с жарким и влажным климатом и
т. п.). Общую работу, затрачиваемую на движение легких и грудной клетки, измерить трудно, хотя некоторые
ее оценки были получены при искусственной вентиляции в респираторе типа «искусственные легкие». Такую
работу можно рассчитать так же, измеряя затраты кислорода на дыхание и учитывая коэффициент полезного
действия (КПД):
Полагают, что этот
коэффициент составляет около 5—10%. Затраты кислорода на спокойное дыхание исключительно малы —
менее 5% от общего потребления 02. При произвольной гипервентиляции они могут увеличиваться до 30%. У
спортсменов во время физической работы (тренировки или соревнования) поглоще ние кислорода
дыхательными мышцами увеличивается и тем самым дыхательная мускулатура является лимитирующим
фактором в выполнении физической работы (нагрузки).
Работа, необходимая для преодоления эластического сопротивления легких и грудной стенки, как полагают, не
зависит от времени. Максимум работы производится тогда, когда дыхательный объем также максимален. Эту
форму сопротивления можно вычислить, определив давление, необходимое для измерения объема легких и
грудной клетки. Эта величина называется растяжимостью (С).
где А V— изменение объема, а
АР — изменение давления. Общую растяжимость легкого и грудной стенки можно опреде лить, составив
график, выражающий внутрилегочное давление, необходимое для поддержания в легком известного объема
газа. Экспериментально это производится путем наполнения легких неким объемом, расслабления всех
дыхательных мышц и измерения давления во рту (при закрытых ноздрях). Растяжимость легкого равна
величине внутриплеврального давления и может быть определена таким же образом. Установлено, что от 3/4 до
7/8 общего эластического сопротивления создается поверхностным натяжением пленки жидкости,
выстилающий внутреннюю поверхность альвеолы, а остальная часть — эластическими свойствами ткани. Чем
выше поверхностное натяжение, тем больше нужно энергии для преодоления его сопротивления.
Поверхностное натяжение снижается за счет сур-фактанта. Как полагают, сурфактант стабилизирует легочные
альвеолы, так что они не спадаются при выдохе. Показано, что сопротивление воздушному п отоку создается
главным образом в бронхах среднего размера. На основании уравнения Пуазейля следовало бы ожидать, что
местом
наибольшего сопротивления
будут самые мелкие бронхиолы, но на самом деле это не так. Воздушные пути с диаметром меньше 2 мм
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
создают менее 20% измеренного сопротивления воздушному по току. Обилие мелких воздушных путей
создает большое суммарное поперечное сечение для воздушного потока. Для очень малого объема легких
описано явление «закрытого воздухоносного пути», т. е. обратимого спадения мелких бронхиол. В таких
условиях некоторое количество энергии затрачивается при вдохе на открывание
спавшихся
бронхиол. Сопротивление воздушному потоку зависит от времени; оно наибольшее при частом дыхании и
достигает максимума, даже если объем вдоха не максимален. Работа по перемещению грудной клетки и
легкого против сопротивления неэластичных тканей тоже зависит от времени. У взрослых мужчин она
составляет около 20% общего расхода энергии при дыхании. Общую работу, затрачиваемую на пер емещение
воздуха в легкое и из него, включая движение грудной клетки, можно вычислить по графику «давление—
объем»: Эта работа складывается из работы против эластических сил и против неэластических. Для данного
минутного объема существует интенсивность работы, при которой сумма эластического и зависимого от
времени неэластического компонентов минимальна. При нормальном дыхании для перемещения воздуха в
легкие
и
из
них
требуется
менее
5%
общего
потребления
кислорода.
Чем интенсивнее физическая работа, тем выше
потребление кислорода дыхательной мускулатурой. J.M. Petit и др. (1962) установили зависимость между КПД
и частотой дыхания у человека. Авторы регистрировали ЭМГ диафрагмы и прямой мышцы живота и сделали
вывод, что при медленном и глубоком дыхании возникает дискоординация мышц-антагонистов, а при
учащенном дыхании их функционирование было более согласованным. Именно этим фактором они объясняют
увеличение КПД по мере учащения дыхания. А.В. Otis (1950) предложил определить механическую мощность
дыхания при помощи следующего уравнения:
где W — механическая мощность
внешнего дыхания (Вт); V — минутный объем дыхания; К{\\ К2 — константы. Первая часть уравнения
характеризует мощность, необходимую для преодоления эластического сопротивления легких и гру дной клетки
плюс ламинарного сопротивления воздушного потока в дыхательных путях; вторая часть — мощность,
необходимую для преодоления турбулентного сопротивления потока воздуха в дыхательных путях. У человека
в покое и при легкой физической работе с величинами МОД, не превышающими 30 л, механическая мощность
внешнего дыхания составляет 0,04—0,31 Вт, однако при величине МОД 120—125 л эта мощность достигает
6,97—8,37 Вт. При увеличении МОД на 25 л по отношению к состоянию покоя (8— 12л) кислородная
стоимость дыхания увеличивается и на каждый литр вентиляции затрачивается дополнительно 1 мл кислорода
(02), а при возрастании МОД на 50—80 л — соответственно 2,0— 3,2 мл 02. Если величина МОД превышает
100 мл, на работу дыхательной мускулатуры затрачивается более 1 л 02. Если МОД превышает 150 л, то
кислородная стоимость дыхания составляет около 4,5 л. R. J. Shepard (1966) считает, что ур овень МОД в 120 л
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
89
— это критическая граница, выше которой энергетическая стоимость ра боты аппарата внешнего дыхания
становится особенно высокой.
Изменения объема легких. Объем легкого меняется при вдохе не всюду одинаково. Для это го имеются
три главные причины. Во-первых, грудная полость во всех направлениях увеличивается неравномерно. Вовторых, не все
части легкого одинаково растяжимы. В-третьих, предполагается существование
гравитационного эффекта, который способствует смещению легкого книзу. Объем воздуха, вдыхаемый при
обычном (неусиленном) вдохе и выдыхаемый при обычном (неусиленном) выдохе, называется дыхательным
воздухом. Объем максимального выдоха после предшествовавшего максимального вдоха называется
жизненной емкостью легких (ЖЕЛ). Она не равна всему объему воздуха в легком (общему объему легкого),
поскольку легкие полностью не спадаются. Объем воздуха, который остается в неспавшихся легких, называется
остаточным воздухом. Имеется дополнительный объем, который можно вдохнуть при максимальном усилии
после нормального вдоха. А тот воздух, который выдыхается максимальным усилием после нормального
выдоха, это резервный объем выдоха. Функциональная остаточная емкость состоит из резервного объема
выдоха и остаточного объема. Это тот находящийся в легких воздух, в котором разбавляется нормальный
дыхательный воздух. Вследствие этого состав газа в легких после одного дыхательного движения обычно резко
не меняется.
Минутный объем (V) — это воздух, вдыхаемый за
одну минуту. Его можно вычислить, умножив средний дыхательный объем (Vt) на число дыханий в минуту (/),
или V = fVt. Часть Vt, например, воздух в трахее и бронхах до конечных бронхиол и в неперфу-зируемых
альвеолах, не участвует в газообмене, так как не приходит в соприкосновение с активным легочным
кровотоком — это так называемое мертвое пространство (Vd). Часть Vt которая участвует в газообмене с
легочной кровью, называется альвеолярным объемом (V ). С физиологической точки зрения альвеолярная вен тиляция (VJ — наиболее существенная часть наружного дыхания Va = f(Vt — Vd), так как она является тем
объемом вдыхаемого за минуту воздуха, который обменивается газами с кровью легочных капилляров.
Вентиляция легких. Вентиляция легких зависит от дыхательного объема (ДО) и час тоты дыхания.
Объем воздуха, который могут вместить легкие при максимально глубоком вдохе, называется общей емкостью
легких (ОЕЛ). Тот объем, который человек может выдохнуть после максимального вдоха, составляет
жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Нормальная глубина дыхания, свойственная отдельному человеку в
состоянии покоя, называется дыхательным объемом (ДО) и составляет около 10% ОЕЛ или 15—18% ЖЕЛ.
Произведение дыхательного объема на число дыханий составляет минутный объем дыхания (МОД). Эта
величина зависит прежде всего от уровня метаболизма, массы тела (веса), возраста, и в условиях покоя у взрослого человека может колебаться в широких пределах от 3 до 10 л.
Схематично представлены легочные объемы человека. Вверху большая диаграмма показывает четыре
первичных легочных объема и их примерную величину. Внешний круг ука зывает наибольший объем, до
которого могут быть растянуты легкие; внутренний круг (остаточный объем) ограничивает объем, оставшийся
после того, как весь воздух изгнан из легких (при самостоятельном дыхании). Вокруг центральной диаграммы
расположены более мелкие; затушеванные области на них означают четыре емкости легких. Об ъем газа
мертвого пространства включен в остаточный объем, функциональную остаточную емкость и об щую емкость
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
90
легких, как это имеет место при измерении обычными
методами. Внизу представлены легочные объемы так, как они по лучаются на спирограмме; затушеванные
участки соответствуют центральной диаграмме в верхней части рисунка. Из общего количества воздуха,
вдыхаемого в нормальных условиях человеком, около 150 мл не попадает в альвеолы и распределяется в
верхних дыхательных путях — глотке, гортани, трахее и бронхах — в так называемом мертвом пространстве
(МП) и, следовательно, не участвует в газообмене. Различают анатомическое и физиологическое мертвое про странство.
Объем
анатомического
мертвого
пространства
можно
вычислить
по
формуле:
В обычных условиях величина анатомического МП
довольно постоянна. В процессе дыхания не весь вдыхаемый воздух достигает альве ол и участвует в
газообмене; поэтому возникает необходимость введения еще одного понятия — минутной альвеолярной
вентиляции (МАВ). У взрослого человека МАВ составляет в среднем 2,5— 5 л/мин. Зависимость между
минутным объемом дыхания (МОД) и минутной альвеолярной вентиляцией может быть выражена фор мулами:
Поскольку МАВ определяет газообмен,
уменьшение доли ее в МОД будет приводить к ухудшению газообмена и наоборот. При одном и том же МОД
увеличение частоты дыхания (ЧД) приводит к снижению МАВ и, следовательно, к ухудшению газообмена.
Показано, что один и тот же МОД (8000 мл) может быть получен при разной частоте дыхания (и, конечно, при
разном ДО). Но если при нормальной ЧД и нормальном ДО доля альвеолярной вентиляции в МОД достаточно
высока и составляет 5600 мл, то при тахипноэ МАВ снижается до 3200 мл, а доля объема, не участвующего в
газообмене, увеличивается (см. 17.31, а). Это влечет за собо й ухудшение газообмена и увеличение цены
дыхания. Важным элементом адекватной спонтанной вентиляции легких здо рового и больного организмов
является
синхронная
деятельность
межреберных
дыхательных мышц и диафрагмы в активной фазе дыхательного цикла, т. е. в период вдоха, обеспечивающая
максимальное увеличение емкости грудной полости в этот период. В ряде случаев наблюдается ра сстройство
такой синхронизации в результате действия различных факторов. Такая синхронизированная деятельность
дыхательных мышц и диафрагмы называется «наружным парадоксальным дыханием». Во всех случаях при
парадоксальном дыхании возникают существенные нарушения газообмена, приводящие к гипоксии и
гиперкапнии. Представлены возможные варианты такого нарушения вентиляции легких.
Вентиляционно-перфузионные отношения. Легочный кровоток. Эффективность газообмена в легких
зависит от того, как распределяется объем вдыхаемого воздуха в альвеолах и кровоток в легочных сосудах. В
идеальном случае на каждый метр протекающей по легочным сосудам крови в минуту должно приходиться 0,8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
91
л альвеолярного воздуха, т. е. так называемый вентиляционно -перфузионный коэффициент равен 0,8.
Если проанализировать газообмен здорового человека, то почти во всех случаях будет обнаружена большая или
меньшая неравномерность распределения воздуха в легких. У здорового человека в состоянии покоя в дыхании
участвуют не все альвеолы, а в кровообращении — не все легочные капилляры. Однако равномерность
распределения воздуха в легких возрастает с увеличением МОД, например, при физической
нагрузке.
Неравномерное распределение кровотока по легочным сосудам также
приводит к нарушению вентиляционно-перфузионных отношений. Даже у здорового человека почти никогда
не бывает идеально равномерного распределения кровотока, так же как и вентиляция. При изменениях
положения тела возникают изменения распределения кровотока в связи с гравитацией. Возникновение у
неподвижных больных (особенно у больных в послеоперационном периоде при длительном пребывании в одном положении и др.) влажных, так называемых застойных хрипов в нижних задних отделах легких (при
отсутствии их в верхних отделах) связано именно с неравномерным распределением кровотока и вентиляции.
Тот факт, что насыщение артериальной крови 02 никогда не достигает 100% и в норме составляет 96%, объяс-
няется неравномерностью вентиляции и кровотока, в результате
которого в крови легочных вен всегда имеется небольшое количество восстановленного гемоглобина. Таким
образом, в норме вентиляционно-перфузионные отношения каждого легкого в отдельности поддерживаются
автономными механизмами в зависимости от ряда внешних и внутренних причин.
Регуляция дыхания. Известно, что главная функция легких состоит в обмене кисло рода (02) и
углекислого газа (С02) между воздухом и кровью, т. е. в поддержании нормальных уровней PQ и Рсо в
артериальной крови. Уровни С02 (Н+) и 02 в артериальной крови, как правило, регу лируются в узких пределах
через легочную вентиляцию. Несмотря на широкую изменчивость поглощения кислорода (02) в организме и
выделения из него углекислоты (С02), Р0 и Рсо в артериальной крови в норме сохраняются достаточно по стоянными. Эта удивительная регуляция осуществляется благодаря тонкому управлению легочной
вентиляцией. В ЦНС имеются специальные области, которые участвуют в создании каждого вентиляционного
усилия дыхательных мышц, а также регулируют общую деятельность дыхательной системы. Участие ЦНС
складывается из двух функционально раздельных элементов: 1) автоматическое дыхание, связанное, главным
образом, со структурами ствола мозга, и 2) произвольное дыхание, связанное со структурами высших уровней
мозга, главным образом, с корой больших полушарий. Выяснено, что высший отдел ЦНС, кора больших
полушарий, оказывает влияние на глубину и частоту дыхания. При стим уляции особых областей коры
головного мозга дыхание или усиливается, или ослабляется. Эти области находятся под произвольным
контролем и проявляют себя, когда мы едим или говорим. Система регуляции дыхания включает три основных
элемента: рецепторы, воспринимающие информацию и передающие ее в центральный регулятор,
расположенный в головном мозге. Здесь информация обр абатывается и отсюда же посылаются команды на
эффекторы (дыхательные мышцы), непосредственно осуществляющие вентиляцию легких. Кроме того,
существует ряд механорецепторов, возбуждение которых влияет на характер дыхания. Среди них — рецепторы
давления. При их возбуждении возникают реакции, варьиру ющие от временного апноэ до значительного
учащения дыхания. Движение суставов и растягивание мышц конечностей повышают как частоту дыхания, так
и дыхательный объем. Боль тоже действует на дыхание.
Реакция легких на физические нагрузки. Пока внутриплевральное давление остается ниже а тмосферного, размеры легких точно следуют за размерами грудной полости. Движения легких совершаются в
результате сокращения дыхательных мышц в сочетании с движением частей грудной стенки и диафрагмы.
Вентиляция и легочный кровоток, перенос 02 и С02 и диффузная способность при физической нагрузке могут
возрастать в несколько раз. При физической нагрузке вентиляция легких резко возрастает и при интенсивной
физической работе может становиться очень сильной. У здоровых молодых мужчин максимальное потребление
кислорода (МПК) иногда достигает 4 л/мин, а легочная вентиляция — 120 л/мин, т. е. в 15 раз превышает
уровень покоя. Усиление вентиляции тесно связано с увеличением потребления 02 и выделения С02.
Интересно, что причины такого усиления при физической нагрузке еще во многом неясны (J.B. West, 1988).
При нагрузке Рсо в артериальной крови не увеличивается; напротив, при тяжелой физической работе оно
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
92
обычно слегка снижается. При умеренной нагрузке рН артериальной крови остается почти постоянным, а при
тяжелой физической работе — снижается в связи с выделением молочной кислоты (лактата) в процесс
анаэробного гликолиза. Ясно, что ни один из перечисленных факторов не должен вызывать резкого усиления
вентиляции при легкой или умеренной физической нагрузке. Исследования показывают, что если сове ршать
пассивные движения конечностями, то вентиляция легких усиливается. Это, по -видимому, связано с
рефлекторной реакцией рецепторов, расположенных в суставах или мышцах. Предполагается, что увеличение
вентиляции легких при физической нагрузке может быть частично обусловлено повышением температуры тела
и импульсами, поступающими от двигательной коры головного мозга. Исследования показывают, что
тренировки (и, особенно, соревнования) в среднегорье и зонах жаркого и влажного климата, вызывают сильную
реакцию организма спортсмена на внешние факторы.
Биомеханика сердца и сосудов. Гемодинамика К системе кровообращения относятся: сердце,
выполняющее функцию насоса, и периферические кровеносные сосуды — артерии, вены и капилляры (рис.
17.1). Выбрасываемая сердцем кровь разносится к тканям через артерии, артериолы (мелкие артерии) и
капилляры, и затем возвращается к сердцу по венулам (мелким венам) и крупным венам. На рис. 17.2 приведена
схема кровообращения в важнейших органах и системах. На рис. представлено строение сосудов. Стенки
артерии состоят из нескольких слоев. Гладкие мышцы обладают способно стью к расширению и сужению
сосудов. Под мышечными слоями проходят сосуды и нервы. Раздражение симпатических нервов при водит к
сокращению гладких мышц и сужению сосудов. Коллагено -вые волокна не обладают упругостью, они
способны
растягиваться.
Диаметр кровеносных сосудов и тканевой состав их
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
93
стенок различны в зависимости от типа сосуда. Как правило, в стенках артерий больше эластич еской ткани и
меньше коллагеновых волокон, чем в стенках вен; вены же, напротив, более богаты коллагеновыми волокнами,
нежели эластическими. Капилляры имеют эндотелиальный слой, но их стенки лишены мышечной и
соединительной ткани. Они относительно пассивны, и их поведение определяется преимущественно
процессами, происходящими в примыкающих артериолах и венулах. Лимфатические сосуды, выполняющие
особую функцию, по строению сходны с венами, отличаясь от них меньшей то лщиной и большей
проницаемостью.
3.
Напряжение (7) прямо пропорционально радиусу (г) (7 = Р- г): чем больше радиус, тем больше напряжение, и
наоборот. В соответствии с законом Лапласа мелкие сосуды, а также сосу ды сердца небольших размеров
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94
способны выдержать большее давление, чем более крупные сосуды и вероятность их разрыва меньше.В
законе Лапласа речь идет о пассивном напряжении, т. е. напряжении, зависящем от структурных особенностей
самого сосуда, таких, как количество эластических и коллагеновых волокон. Активное напряжение связано с
сокращением гладких мышц сосуда, приводящим к его сужению и уменьшению кровотока в нем. Если нервы,
оканчивающиеся на этих мышцах, раздражать с возрастающей частотой, давление в сосудах будет
увеличиваться,
а
кровоток
падать
(рис.).
Трансмуральное давление
равно разнице между давлением, действующим на сосуд извне, а именно со стороны окружающих тканей и
тканевой жидкости, и изнутри (кровяным давлением). Так, при сокращении мы шцы кровоток в ее сосудах
может временно прекратиться в связи с тем, что действующая извне сдавливающая сосуд сила б удет больше
давления внутри сосуда. Например, при судорогах мышц у спортсмена во время выполнения инте нсивных упражнений.
В
этой
связи
исключаются
упражнения
с
натуживанием,
задержкой дыхания, поднятие тяжестей, прыжковые
упражнения для людей пожилого и старческого возраста, а также упражнения на тренажерах, подводное
плавание, прыжки в воду из-за возможности возникновения спазма мышц.
Биомеханика пищеварительной системы Пищеварительный аппарат своим назначением имеет
принятие пищи извне, механическую и химическую ее обрабо тку и выведение во внешнюю среду
неиспользованных пищевых остатков. Конечным результатом этого процесса является перевод п ищевых
веществ в растворимое состояние и всасывание их в кровь, посредством которой они доставляются живым
тканям. Пищеварительный аппарат можно рассматривать как своего рода трубку (о бщей длиной 10—14 м),
начинающуюся краниаль-но — ротовой щелью и заканчивающуюся каудально — задним проходом. У человека
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
95
различают: полость рта, глотку, пищевод, желудок, тонкую и толстую кишку. Последние четыре отдела входят в понятие пищевого канала. Стенки пищевого канала на всем протяжении состоят из трех оболочек:
слизистой, обращенной в просвет канала; серозной, покрывающей органы снаружи; и мышечной. Мускулатура
пищеварительного аппарата служит передвижению принятой пищи в кранио-каудальном направлении, обеспечивает перемешивание ее для возможно большего контакта с пищеварительными соками и регулирует переход
пищевых масс из одного отдела в другой. Основными функциями пищеварительного аппарата являются
секреторная, моторная и всасывательная. Секреторная функция заключается в выработке железистыми
клетками пищеварительных соков: слюны, желудочного, поджелудочного и кишечного соков и желчи.
Моторная, или двигательная, функция осуществляется мускулатурой пищеварительного аппарата и
обеспечивает жевание, глотание и передвижение пищи вдоль пищеварительного тракта, а также выбрасыв ание
непереваренных остатков. Всасывание осуществляется слизистой оболочкой желудка, тонких и толстых кишок.
Сокращение гладких мышечных волокон стенки желудка обеспечивает моторную, иначе говоря, двигательную
функцию желудка. Значение ее состоит в перем ешивании содержимого желудка и передвижении пищи из
желудка в кишку. Перистальтика осуществляется непрерывно с определенным ритмом и скоростью. Так,
перистальтика желудка составляет 3 м (3 волны в минуту), а кишечника — 6 м/с, но изменяется при некоторых
заболеваниях. Перистальтика обеспечивает перемешивание, растирание и продвижение химуса. Она
обусловлена последовательно смещающимися сокращениями и расслаблениями гладкомышечной мускулатуры
(циркуляторной и продольной). При физиологическом исследовании кишечника можно выявить две формы
бегущих волн деформации: стоячие волны, наблюдаемые в эксперименте на изолированной кишке (или ее
сегменте), и волны, распространяющиеся в продольном направлении, которые вызывают изменения
внутриполостного давления и объема кишки. Наряду с секреторной, органы пищевар ительного тракта осуществляют также экскретную функцию, состоящую в выделении из организма некоторых продуктов обмена
(например, желчных пигментов) и солей тяжелых металлов.
Все
функции органов пищеварения подчинены сложным нервным и гуморальным механизмам регуляции. Схема
расположения внутренних органов представлена на рис. 17.35, а, а на рис. 17.35, б представлено моделирование
механических связей. Продвижение и переваривание пищи в желудо чно-кишечном тракте происходит в
результате перистальтики желудка и кишок. Перистальтические движения наступают в результате сокращ ения
мускулатуры, происходит как бы волнообразное движение. Эва-куаторная функция желудка связана с
перистальтическими сокращениями мускулатуры и поступлением пищи в двенадцатиперстную кишку. При
нарушении перистальтики возникает метеоризм, колиты и дру гие нарушения; замедление эвакуации
желудочного содержимого наблюдается при хронических гастритах. В норме пу стой желудок находится в
спавшемся состоянии, а при поступлении пищи — начинается перистальтическая функция. Перистальтика
желудка обусловлена тонусом желудочной мускулатуры. О перистальтике желудка, т. е. о состоянии тонуса
мускулатуры, можно судить по данным рентгенологического исследования, по электрогастрографии или по
радиотелеметрии и др. Желудочно-кишечный тракт, как полый орган с гладкой мускулатурой, функционирует
в результате сокращения кишечной мускулатуры. Главные функции кишечника — секреторная, двигательная и
всасывательная — осуществляются неодинаково в разных отделах. Секреторная, или пищеварительная,
функция в основном осуществляется в верхнем отделе тонкого кишечника. Главную роль в выполнении этой
функции играют выделяющиеся здесь ферменты поджелудочной железы, желчь и др. Некоторую роль в
кишечном пищеварении играют ферменты, выделяемые бактериями, населяющими кише чник. Тонкокишечное
пищеварение касается всех групп пищевых веществ — жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот.
Двигательная функция кишечника. В тонких кишках наблюдается два вида движений: перемешивающие,
способствующие смешиванию кишечного содержимого с пищеварительными соками, и перистальтические, при
которых происходит сокращение как круговой, так и продольной мускулатуры кишок. Сокращ ения
круговой мускулатуры совершаются таким образом, что выше пищевого комка она сокращается, а ниже него
расслабляется. Это способствует продвижению пищевой массы вперед. Сокращение пр одольных мышечных
волокон вызывает укорочение соответствующего участка кишки и как бы надвигание его на пищевую массу,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
96
благодаря чему последняя опять-таки оказывается в более дисталь-ном, т. е. расположенном ближе к толстой
кишке участке. В верхней части тонкой кишки продвижение пищевых масс про исходит быстро, в нижней —
замедляется. Все движения в тонких кишках происходят под влиянием импульсов, возникающих в ауэр баховском и мейснеровском сплетениях. Двигательная функция толстой кишки сводится в основном к
проталкиванию каловых масс по направлению к заднему прохо ду. В толстом кишечнике происходит три вида
движений: малые и большие маятникообразные движения, при которых происхо дят перемешивание
содержимого и уплотнение его благодаря всасыванию жидких частей, перистальтические движения,
способствующие продвижению каловых масс по направлению к прямой кишке. Все движения в толстых
кишках происходят медленнее и реже, чем в тонких. Поступление каловых масс в прямую кишку влечет за
собой дефекацию. Дефекация является рефлекторным актом, вызываемым раздражением каловыми массами
нервных окончаний в слизистой оболочке прямой кишки. Это раздражение проводится к центру,
расположенному в поясничной части спинного мозга. При этом возникают непроизвольные сокращения прямой
кишки при одновременном открытии ее сфинктера. К ним присоединяется натужива -ние, заключающееся в
произвольном сокращении мышц брюшного пресса. Эти сокращения повышают внутр ибрюшное давление и
тем самым способствуют лучшему извержению кала. Рефлекс дефе кации может быть временно подавлен
волевым усилием под влиянием импульса из коры головного мозга. Расстройства секреторной функции
кишечника могут выразиться в уменьшении или в увеличении выделения кишечного сока. Расстройства
двигательной функции кишечника выражаются в ускор ении или замедлении продвижения содержимого по
кишечному тракту. Вследствие ускоренного продвижения кишечного со держимого жидкие части его не
успевают всосаться. В результате этого наступает диарея. При медленном продвижении и длительном
пребывании в кишечнике каловые массы сильно уплотняются, в результате чего наступает запор. Расстройство
всасывательной функции кишечника выражается в недостаточном всасывании пищевых веществ в кишках. Эти
расстройства зависят либо от слишком быстрого прохождения с одержимого по кишечнику вследствие
усиления перистальтики, либо от патологических изменений в кишечной стенке, или наруше ния
кровообращения в ней вследствие сердечной недостаточности, или застоя в системе воротной вены, либо,
наконец, от недостаточности переваривания пищи в кишечнике, что препятствует переходу ее во всасываемую
форму.
Биомеханика опорно-двигательного аппарата (ОДА) Опорно-двигательный аппарат подразделяют на
пассивный (скелет и его соединения) и активный (мышцы) компоненты. Под скелетом вообще понимают
комплекс более или менее плотных образований, имеющих в жизни организма пр еимущественно механическое
значение. Вокруг частей скелета человека группируются мягкие ткани и органы; этим объясняется соответствие
между формой скелета и формой всего тела. Скелет человека выполняет локомоторную функцию. Пассив ная
часть аппарата движения включает в себя кости и их соединения. Механические функции скелета способны
обеспечивать опору, защиту и движение. Опорная функция заключается в при крепления к скелету мышц,
связок и сухожилий. Под защитой понимают ограждения внутренних органов от механических по вреждений.
Движение осуществляется благодаря наличию костных рычагов, приводимых в действие мышцами. Скелет
взрослого человека состоит более чем из 200 отдельных костей, преобладающая часть их— парные. Скелет
человека (рис. 17.36) подразделяют на основные части: череп, позвоночник, грудную клетку, ве рхние (включая
плечевой пояс) и нижние (включая тазовый пояс) конечности. Череп состоит из неподвижно сочлененных
костей (исключение составляет височно-нижнечелюстной сустав). Череп служит опорой и защитой многим
важнейшим органам. Череп образует полость, которая представляет как бы конечное расширение по звоночного
канала и заключает в себе головной мозг с его оболочками и сосудами. Позвоночный столб составляется из
всех истинных позвонков, крестца, копчика и межпозвоночных хрящей со связочным и сус тавным аппаратом
(рис.).
Движения
между
отдельными позвонками малы, но, суммируясь, они сообщают позвоночному столбу значительные переме щения. Причем позвоночный столб может совершать движения вокруг всех осей: фронтальной, сагиттальной,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
97
вертикальной. Возможны следующие движения позвоночного столба: 1) вокруг фронтальной оси —
сгибание и разгибание (первое — гораздо значительнее), наиболее свободные из всех движений позвоночника;
2) вокруг сагиттальной оси — сгибание в сторону (иначе — отведение позвоночника от срединной плоскости);
вокруг вертикальной оси — повороты (скручивание); 4) пружинное движение, при котором измеряют величину
кривизны позвоночника (например, при
прыжках). Большей
подвижностью отличаются верхний поясничный и шейный отделы. Межпозвоночные хрящи уменьшают
толчки и сотрясения, образуют соединения прочные, но вместе с тем достаточно эластичные, допускающие
движения во все стороны. Величина движений значительнее в том отделе позвоночника, где хрящи толще.
Каждому грудному позвонку соответствует пара ребер, из них 7 верхних соединяются своими передними
концами с грудной костью. Позвоночник подразделяют на пять отделов: шейный (С, — С7), грудной (Г, —
Г12), поясничный (L, — L5), крестцовый (S, — S5), копчиковый (4—5). Длина позвоночника мужчины
равняется в среднем 73 см, причем на шейный отдел приходится 13 см, на грудной — 30 см, на поясничный —
18 см и на крестцово-копчико-вый — 12 см. Позвоночник женщины имеет длину в среднем 69 см. В старческом
возрасте наблюдается укорочение позвоночника на 5—7 см. В общем длина позвоночного столба составляет
около 2/3 всей длины тела. Функциональное значение позвоночника чрезвычайно велико: он поддерживает
голову, служит гибкой осью туловища, принимает участие в образовании стенок грудной и брюшной полостей
и таза. В позвоночном канале помещается спинной мозг, его обо лочки и сосуды. Опорно-двигательная
функция позвоночника во многом определяется структурными и механическими свойствами межпозво ночных
дисков, соединяющих тела соседних позвонков, а также связок, соединяющих тела, дуги и отростки позвонков.
Между отдельными позвонками имеются соединения, которые связывают: 1) их тела; 2) дуги и 3) отростки.
Поверхности тел двух смежных позвонков, обращенные друг к другу, соединяются межпозвоночными
хрящами, который отсутствует только м ежду I и II шейным позвонками. Число этих хрящей в позвоночнике
взрослого равняется 23, толщина хряща от 2 мм (в средней грудной области) до 10 мм у нижних поясничных
позвонков. Кроме того, толщина неодинакова и в различных пунктах одного и того же хрящевого диска. Общая
высота всех хрящей составляет приблизительно четверть длины всего позвоночного столба (не считая
крестцовой кости и копчика). Межпозвоночные хрящи прочно соединяют тела позвонков между собой , вместе
с тем они допускают известную подвижность и играют роль эластических подушек. Межпозвоночные хрящи
выдерживают вес вышерасположенных отделов тела, а также демпфируют в силу своего строения удар ные
нагрузки, возникающие при ходьбе и беге, при постановке ноги на землю, при приземлении и др. На среднем
распиле позвоночника видно, что размеры тел позвонков увеличиваются в направлении сверху вниз; и можно
выделить кривизны позвоночника в передне-заднем направлении — физиологический лордоз — изгиб,
обращенный выпуклостью кпереди; физиологический кифоз — изгиб выпуклости кзади и незначительное
искривление позвоночника вбок — физиологический сколиоз. Различают: лордозы — шейный и поясничный,
кифоз — грудной и крестцовый. Кривизны позвоночника возникают у человека в связи с вертикальным
положением его тела. Кости соединяются между собой с помощью: 1) непрерывных со единений (при помощи
соединительной ткани (синдесмозы) и посредством хряща (синхондрозы); 2) полусуставов (где соединение
осуществляется посредством хряща); 3) прерывных соединений (суставов, обеспечивающих высокую
подвижность всего тела). Суставы различаются по форме суставных поверхностей и степени подвижности
сочленяющихся костей.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
98
Сустав называется простым, если в его образовании уч аствуют две кости, и сложным, если его
образуют три кости и более. Сустав включает основные структурные элементы (хрящи, капсулу, сустав ную
полость) и вспомогательные образования (синовиальные складки, внутрисуставные связки, внутрисуставные
хрящи, суставные губы, сесамовидные кости). К простым суставам относятся блоковидный сустав. К суставам
со сложной кинематикой движения относят коленный сустав. Наличие синовиальной жидкости в суставе, ее
физико-механические свойства и свойства хряща обеспечивают ф ункциональную конгруэнтность суставных
поверхностей при локомоциях (движениях). Питание внутрисуставного хряща происходит за счет интер стициальной и синовиальной жидкостей. Синовиальная жидкость обладает важными свойствами для
функционирования сустава (суставов), например, высокой упругостью. Удельный вес синовии равен 1,07-104
Н/м3, а относительная вязкость (по отношению к вязкости воды, которая составляет 1,002) колеблется от 5,7 до
1160. От наличия синовиальной жидкости в суставе и ее свойств зависит функция сустава. С точки зрения
кинематики, соединения (суставы) между отдельными звеньями (костями) представляют собой кинематич еские
пары, идеализированные схемы которых представлены в таблице. Подвижность кинематич еских цепей
обеспечивается работой мышц. Равнодействующая мышечных сил действует на кости, вращающиеся вокруг
осей суставов. Движение в суставах обеспечивается парой функциональных рабочих групп мышц: одноостные
суставы обслуживает одна пара (две функциональные группы мышц); двухостные — две пары (четыре группы
мышц); трехостные — три пары (шесть групп мышц). Локомоторные движения осуществляет нервно мышечный аппарат (НМА). Для анализа движений и исследования их динамики необходимо знать размеры
тела человека и отдельных его частей. Они измеряются в зависимости от пола, возраста, вида деятельно сти и
др. В анатомо-физиологической практике принята классификация движений в суставах, связанных с осями
плоскостей. Различают движения: 1) вокруг фронтальной оси (сгибание, разгибание); 2) вокру г сагиттальной
оси (отведение, приведение); 3) вокруг продольной оси (вращение внутрь и вперед, вращение наружу).
Круговое движение совершается при переходе движения с одной оси на другую. При анализе движений в
суставе, необходимо учитывать ограничения на эти движения.
Грудная клетка Грудную клетку образуют 12 грудных позвонков, 12 пар ребер с их хрящами, грудная
кость и сложный связочный аппарат. Форму грудной клетки сравнивают с усеченным конусом, основание
которого обращено книзу. Через верхнее отверстие грудной полости проходят: дыхательное горло, пищевод,
кровеносные сосуды и нервы. Нижнее отверстие закрыто грудобрюшной прегра дой — диафрагмой — тонкой
мускульно-сухожильной пластинкой, отделяющей грудную полость от брюшной. Полость грудной клетки
содержит сердце и легкие с их серозными оболочками. форма и особенно размеры грудной клетки подвержены
значительным индивидуальным колебаниям, крайние степени ко торых граничат с патологическими
состояниями. С пятнадцатилетнего возраста начинают обрисовываться половые различия. У мужчины все
размеры грудной клетки значительнее и она имеет более близкое сходство с конусом, у женщин разница в
диаметре верхней и нижней частей не так велика, грудная клетка короче и закругленнее. Упругость грудной
клетки в пожилом возрасте уменьшается (реберные хрящи омелевают, подвижность ослабевает, грудная клетка
становится более длинной и плоской).
Скелет конечностей человека Скелет каждой конечности разделяется на пояс и свободный отдел (см.
рис. 2.14). Пояс расположен в пределах туловища, является для конечностей опорой и соединяет их свободный
отдел со скелетом туловища. Пояс верхней конечности состоит из двух отдельных парных костей — ключицы и
лопатки.
Свободный отдел состоит из трех частей: проксимальный (пле чо), средний (предплечье) и
дистальный (кисть). Пояс нижней конечности образован с каждой стороны одной тазовой костью. Тазовая
кость сочленяется с крестцом и с ближайшей костью свободного отдела конечности (бедренной костью).
Свободный отдел состоит из трех частей: проксимальной (бедро), средней (голень) и дистальной (стопа). Кости
человеческого тела соединяются между собой посредством плотной волокнистой соединительной ткани,
эластической ткани и хряща. Все соединения костей можно разделить на две группы: в первой связующая ткань
представляет сплошную прослойку между костями; это непрерывные соединения — синартрозы, большей
частью малоподвижные или неподвижные. Подвижность их определяется растяжимостью той ткани, которая
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
99
соединяет кости. Вторую группу составляют прерывные соединения более или менее подвижные, иначе
сочленения, или суставы; здесь в ткани, соединяющей кости, имеется полость, непрерывность связи меж ду
костями нарушается. Некоторые кости, например, позвонки, связаны между собой различными видами
соединений, среди которых имеются суставы, синхондрозы, синдесмозы.
Следует отметить, что суставы верхней конечности отличаются большей свободой и разнообразием
движений, суставы нижней конечности также весьма подвижны при меньших степенях свобо ды в некоторых из
них (например, в тазобедренном по сравнению с плечевым, или в голеностопном по сравнению с
лучезапястным и т. д.). Нижние конечности человека служат исключительно для опо ры и передвижения тела, а
верхние, свободные от этой работы, развились в орган трудовой деятельности. Кроме скелета, система органов
движения включает мускулатуру. Мышца соединяется с костью сухожилием посредством врастания
коллагеновых волокон в надкостницу или надхрящницу, либо непосредственно в кость или хрящ. Сухожи лия
обеспечивают крепление мышц к костям, а также передачу мышечных усилий. Прочность сухожилия при
растяжении достигает от 44 до 67 МПа, хотя для дельтовидного сухожилия было получено значение раз рушающего напряжения порядка 0,6 МПа. Поперечнополосатые мышцы теснейшим образом (анатомически и
физиологически) связаны со скелетом, образуя вместе с ним систему органов опоры и движения. Общее число
скелетных мышц в теле человека — более 600. Масса их составляет у женщин до 28—35% от массы тела, у
мужчин — до 40—45%, у спортсменов — 55—65%. Приблизительно 50% общей массы скелетных мышц
приходится на нижние конечности, 30% — на верхние конечности и 20% — на мышцы головы и туловища.
Скелетные мускулы, которые начинаются от костей (иногда от фасций и их производных), к костям и
прикрепляются.
Важным в механике является вспомогательный аппарат мышц, включающий фасции,
синовиальные сумки, влагалища сухожилий, блоки мышц, сесамовидные кости. Фасции — фиброзные
оболочки, покрывающие мышцы и отдельные группы мышц. Фасции выполняют опорную функцию, крепятся к
кости образуя фасциальные футляры. Синовиальные сумки — тонкостенные изолированные мешочки, не
связанные с полостью сустава и содержащие синовиальную жидкость. Влагалища сухожилий — защитные
приспособления сухожилий мышц в местах их наиболее тесного прилегания к кости (в об ласти кисти и стопы).
Они уменьшают трение, облегчая работу мышц. Обычно мышцы действуют на кости, соединенные между сус тавами, так что получается тот или иной род рычага. Особенно ясно выражено это на конечностях: здесь
длинные кости образуют систему легких и прочных рычагов, и в то же время представляют об ширную
поверхность, где прикрепляется высокодифференцирован-ная мускулатура. Примером рычага первого рода
может служить работа мышц при удержании головы или тела в тазобедренном суставе. При удержании груза в
руке, согнутой в локтевом суставе, образуется рычаг второго рода .
В
механике подвижное соединение двух звеньев, находящихся в непосредственном соприкосновении, называют
кинематической парой. Кинематические пары м огут быть вращательными и поступательными. В зависимости
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100
от числа ограничений, накладываемых на движение, звенья могут совершать от одного до пяти движений. В
человеческом организме число независимых движений костей в суставах может составлять от одного до трех.
На рис. 17.42 показана кинематическая схема ОДА человека, на которой кости представлены в виде звеньев
кинематической цепи, а суставы — кинематических пар. При исследовании движений человека шир око
применяют кинематические модели на основе уравнений движения системы твердых тел, которые
соответствуют отдельным сегментам тела по геометрическим и масс-инерционным характеристикам; элементы
модели соединяются вращательными шарнирами, диапазоны по воротов которых соответствуют амплитудам
угловых движений суставов; механические связи модели с о кружающей средой часто заменяют действием сил
реакции, что позволяет сохранять структуру модели при различных движениях. Важной особенностью таких
биомеханических моделей является их ветвящаяся структура типа «дерево». Отсчет координат может
начинаться от различных элементов в зависимости от того, какие из них находятся в контакте с опорой. В
зависимости от целей исследования можно условно разделить модели такого типа на две группы:
кинематические и динамические (И.Ф. Образцов и др., 1983). Кинематическими называют модели,
предназначенные для описания движений тела человека и дающие зависимости угловых и линейных
перемещений (скоростей, ускорений) отдельных его точек в функции времени. Динамические модели
позволяют оценивать распределение сил, напряжений и деформаций в различных сегментах, структурах и
тканях тела человека, в частности, для модельной оценки переносимости различных динамических
воздействий.
Кинематика опорно-двигательного аппарата (ОДА) Рассмотрим кинематику руки человека. С точки
зрения биомеханики, верхняя конечность может быть смоделирована многозвенным пространстввенным
механизмом. Эта
система имеет семь степеней свободы. Плечевой сустав
является шаровидным, т. е. имеет три степени свободы. На рис. 17.43, г он представлен эквивален тной схемой
одноосных шарниров, оси вращения которых пересекаются в одной точке, а звенья 1, 2 имеют нулевую длину.
Значит, положение седьмой системы координат в абсолютной, нулевой системе координат определяет формула:
где — fe — радиус-вектор точки С в абсолютной системе координатных осей; г7 — радиусвектор точки С в седьмой системе координат. Анализируя угловые перемещения, скорости и ускорения звеньев
руки при исполнении различных целенаправленных движений типа «возьми —поставь» можно оценивать
качественно и количественно процесс реабилитации пациента или использование про теза. Естественно, что при
построении кинематической схемы и анализа движений нужно учитывать антропометрические данные (табл.
17.8) и ограничения, налагаемые на движения в суставах (табл. 17.9). На рис. 17.44 приведена схема
двухзвенного механизма, которым моделируется движение нижней конечности в фазе опоры. Та кая схема
позволяет определить перемещение мгновенного центра вращения бедра. Считается, что плоское движение
нижней б — скелет руки: 1 — ключица, 2 — клювовидный отросток лопатки, 3 — плечевая кость, 4 — лучевая
кость, 5 — локтевая кость, 6 — трапециевидная кость, 7 — проксимальная фаланга большого пальца, 8 — кости
запястья, 9 — пястные кости, 10 — фаланги пальцев, д — система координат звеньев; а — кинематическая схема: 1 — «плечевой» пояс, 2 — плечевая сферическая кинематическая пара, 3 — плечо, 4 — локтевая
цилиндрическая пара, 5 — предплечье, 6— кистевая сферическая пара, 7 — кисть, в — мышцы верхней
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
101
конечности: 1 — трапециевидная, 2 — дельтовидная, 3 — трехглавая мышца плеча, 4 — клювоплечевая, 5
— двуглавая мышца плеча, 6 — плечевая, 7 — плечелучевая, 8 — длинный лучевой разгибатель запястья, 9 —
короткий лучевой разгибатель запястья, 10 — разгибатель пальцев, ' 1 — длинная отводящая мышца большого
пальца, 12 — короткий разгибатель большого пальца, 13 — длинный разгибатель большого пальца, 14 —
межкостная мышца, 15 — передняя зубчатая мышца, 16 — наружная косая мышца живота, 17 — круглый
пронатор, 18 — лучевой сгибатель запястья, 19 — длинная ладонная мышца, г — динамическая модель: 7 —
туловище, 2 — плечевой шарнир, 3 — плечо, 4 — локтевой шарнир, 5 — предплечье, 6 — шарнир кисти, 7—
кисть. Стрелки — компоненты мышечных моментов в суставах
конечности
происходит
в
сагиттальной плоскости вокруг оси голеностопного сустава, остающейся неподвижной. За обобщенные
координаты принимаются углы ф,(/) и <р2(0. На рис. 17.44 показаны абсолютная и локальные оси координат.
Положение точки С в абсолютной системе координатных осей находят по формуле:
Здесь г2 =
(0,0, 0, 1 )т; В2 = Л Д, где Л. — матрица положения. Обобщенные координаты задают как функцию времени по
результатам экспериментальных наблюдений. Решение обратной задачи кинематики представляют интерес для
медицины и спорта. Формальная постановка обратной задачи кинематики требует решения уравнения:
По заданной матрице В. необходимо найти обобщенные коор динаты g.. Матричное уравнение (17.1) эквивалентно шести скалярным уравнениям. При этом важно число
степеней свободы механизма со, который модулирует органы человека.
Если со > 6, то число неизвестных обобщенных координат превышает число уравнений и м ножество
решений оказывается бесконечным.
Если со < 6, то число неизвестных меньше числа уравнений. Задача будет иметь решение лишь при
некоторых специальных положениях механизма.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
102
Если со = 6, то, приравняв наддиагональные элементы матриц 4-4, стоящих слева и справа в
уравнении (17.1), можно получить систему из шести трансцендентных уравнений относительно обоб щенных
координат g Если это решение дает законы изменения обобщенных координат во времени g.(t), то,
дифференцируя g.(t), можно найти обобщенные скорости g.(t) и обобщенные ускорения g.(t). Однако при этом
погрешности расчета велики из-за необходимости использования методов численного дифференцирования.
Антропометрические и масс-инерционные характеристики тела человека. Динамика опо рнодвигательного аппарата (ОДА) Тело человека представляет собой сложную биомеханическую систему, которая
в повседневной жизни может испытывать значительные ускорения, а в спорте вы сших достижений особенно.
При этом возникают усилия, приводящие к нарушению коор динации движений, травмам и прочим изменениям
в тканях ОДА. Исследования движений человека (спортсмена) аналитическими методами механики проводятся
с помощью моделей различной сложности, заменяющих ОДА и воспроизводящих действительную картину
движений со степенью точности, достаточной для поставленных в процессе исследований задач. Все
сочленения звеньев тела можно моделировать геометрически идеальными вращательными шарнирами. Чтобы
воспроизвести движения тела человека, в моделях из максимально возможных шести измеряемых движений
для каждого твердого звена, когда оно не присоединено к соседним звеньям (трех по ступательных и трех
вращательных относительно трех координатных осей, фиксированных на соседнем звене), при наложении
кинематических связей исключаются все поступательные и остаются лишь вращательные движения, причем
нередко допускаются только некоторые вращательные движения из трех возможных. Все о ставшиеся
вращательные движения составляют степени свободы звеньев. Формула для определения числа степене й
свободы ОДА в целом:
где и — число степеней свободы; N —
число подвижных звеньев в модели тела; / — число ограничений степеней свободы в соединениях-суставах; Р.
— число соединений с ( ограничениями. При этом ЕР. = N — /. Общее число степеней свободы тела человека
составляет около 6 • 144 — 5 • 81 — 4 • 33 — 3 • 29 = 240 (A. Morecki et al., 1969), но с полной достоверностью
точное число неизвестно в связи с приближенным характером модели.
По кинематической схеме модели (см. рис. 17.43), подобно упрощенному скелету руки (см. рис. 17.43,
г), легко подсчитать, что в этом примере подвижность руки относительно плечевого пояса оценивается 7-ю
степенями свободы.
Положение о преодолении избыточных степеней свободы при работе наглядно
изображается на кинематической схеме (см. рис. 17.43, а), если момент мышечных сил в каждом суставе
разложить на его составляющие по степени свободы (см. 17.43, г). Очевидно, что число этих компонент
момента будет равно числу степеней свободы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
103
Различают две задачи динамики. При решении первой задачи считается, что известны законы
движения всех звеньев (обобщенные координаты) и определяются суставные моменты и дина мические
нагрузки в суставах. Этот расчет позволяет оценить прочность, жесткость и надежность исследуемой систем ы.
Вторая задача динамики заключается в определении динамических ошибок — отклонений законов движения от
заданных. Известными считаются внешние силы и находятся законы движения.
При решении задач динамики необходимо выбрать и обосновать динамическую рас четную схему.
Важную роль при их построении играет моделирование воздействий внешних факторов, в том чис ле трения,
материала и др. Затем строят математическую модель, соответствующую динамич еской расчетной схеме.
При построении динамических расчетных схем тела человека актуальным является определение массинерционных характеристик (МИХ) сегментов тела: масс, моментов инерции, координат центров масс
отдельных сегментов (частей) тела. Границы сегментов набирают таким образом, чтобы внутри сегмента
отсутствовала деформация или непроизвольное изменение геометрии масс сегмента. Обычно выделяют
следующие сегменты: стопу, голень, бедро, кисть, предплечье, плечо, голову, верхний, средний и ниж ней
отделы
туловища.
На
рис.
17.45
указаны
значения
моментов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
104
инерции основных сегментов (оси обозначены в
соответствии с рис. 2.1); на рис. 17.45 — антропометрические точки, определяющие границы сегментов и
координаты центров масс сегментов на их продольных осях, в табл. 17.12 — относительные массы сегментов
(за 100% принята масса тела). Оценку масс-инерционных параметров выполняют как прямыми методами
(погружение в воду, внезапное освобождение, сечение трупов, компьютерная томография и др.), так и с
использованием методов математического и физического моделирования. В последние годы наиболее удобным
методом является метод геометрического моделирования. Метод прост, для его выполнения необходимы
антропометрические измерения (10 обхватов и 10 длин). Минимум ошибок прогнозируется для МИХ
отдельных сегментов за счет введения индивидуальных коэффициентов квазиплотности. Кроме этих методов,
используют метод определения МИХ по уравнению регрессии, с использованием массы (Xt) и длины тела (X,):
Y = В0 + ВХХХ + BJCr Параметры регрессии представлены в табл. 17.11.
Антропометрические характеристики определяют геометрические размеры тела человека и отдельных
его сегментов: это величины, случайным образом измеряющиеся в зависимости от возраста, пола,
национальности, рода занятий и т. д.
Основные статические, т. е. измерения при фиксированной позе, размеры тела приведены на рис. 17.46,
а, и в табл. 17.8.
Динамические антропометрические характеристики используют для оценки объема рабочих движений,
зон досягаемости и в других биомеханических и эргономических задачах, в частности при создании
антропометрических манекенов. Некоторые динамические параметры приведены в табл. 17.11; 17.12; 17.13 и на
рис. 17.46,6.
Антропометрическая и инерционная норма Антропометрическая норма определяет связи между
линейными размерами любого сегмента тела человека и его ростом. Для этой цели введена величина,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
105
называемая парсом (П), равная 1/56 роста человека. В парсах выражены длины поперечника всех сегментов
тела.
На рис. 17.47 показаны основные антропометрические характеристики. Ими пользуются, например, для
определения длин сегментов после двусторонней ампутации конечностей.
На рис. 17.48 буквами обозначены центры суставов, а цифрами — центры масс соответствующих
сегментов тела человека (табл. 17.12).
При ампутации происходит потеря массы тела, а при параличе — изменение положения центра масс
тела. Чем выше уровень ампутации, тем более выражены изменения. Это важно для расчета схем построения
протезов и аппаратов для инвалидов.
Биомеханика глаза.Орган зрения человека состоит из глазного яблока, зрительного нерва и
вспомогательных аппаратов (мышцы, глазницы, фасции, веки с ресницами, слезный аппарат, сосуды и нервы).
Все это располагается в глазнице (рис. 17.49).
То, что
воспринимается зрением, есть результат взаимодействия сенсорных и двигательных механизмов глаза и ЦНС,
поскольку как произвольные, так и непроизвольные движения глаз, головы и тела заставляют изображение
окружающего мира на сетчатке смещаться каждые'200—600 мс. Наш мозг создает целостную и непрерывную
картину окружающего из последовательности дискретных изображений на сетчатке, которые слегка различны в
левом и правом глазах (по законам геометрической оптики) и измеряются от одного момента фиксации взгляда
к другому. Несмотря на смещение этих изображений, мы видим неподвижные предметы именно
неподвижными, расположенными под одними и теми же углами к нам, т. е. в устойчивой системе координат.
Оптическая система глаза представляет собой неточно центрированную сложную систему линз, формирующую
на сетчатке перевернутое и уменьшенное изображение внешнего мира. Диоптрический аппарат состоит из
прозрачной роговицы, передней и задней камер, заполненных водянистой жидкостью, радужной оболочки,
окружающей зрачок, хрусталика, окруженного прозрачной с умкой и стекловидного тела, занимающего
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
106
большую часть глазного яблока (см. рис. 17.49). Стекловидное тело — это прозрачный гель, состоящий из
внеклеточной жидкости с коллагеном и гиалуроновой кислотой в коллоидном растворе. В задней части глаза
его внутренняя поверхность выстлана сетчаткой. Промежуток между сетчаткой и плотной склерой,
окружающей глазное яблоко, заполнен сетью кровеносных сосудов — сосудистой оболочкой.
Глазное яблоко. В нем выделяют передний и задний полюсы. Передний полюс — это наиболее
выступающая точка роговицы, задний расположен латерально от места выхода зрительного не рва. Глазное
яблоко состоит из ядра, покрытого тремя оболочками: фиб розной, сосудистой и внутренней, или сетчаткой (см.
рис. 17.49). Масса глазного яблока составляет в среднем 2,2 г, его объем 3,25 см3, продольный диаметр 17,3 мм,
поперечный— 16,7 мм. До двухлетнего возраста глазное яблоко увеличивается на 40% по сравнению с пер воначальной величиной у новорожденного, в 5 лет — на 70%, у взрослого — в 3 раза. Снаружи глазное яблоко
покрыто фиброзной оболочкой, которая подразделяется на задний отдел — склеру и прозрачный передний —
роговицу. Склера — плотная соединительно-тканная оболочка толщиной 03—0,4 мм в задней части, 0,6 мм
вблизи роговицы. Сзади на склере находится решетчатая пластинка, участок, через который проходят волокна
зрительного нерва. Роговица — прозрачная выпуклая пластинка блюдцеобразной формы. Толщина роговицы в
центре около 1 —1,1 мм, по периферии 0,8—0,9 мм. Роговица состоит из пяти слоев: передний эпителий, затем
передняя пограничная пластинка, собственное вещество (роговицы), задняя пограничная пластинка, задний
эпителий (эндотелий роговицы). Диапазон напряжений в роговице при внутр иглазном давления 2,72-103 Па
находится в пределах 1 —1,2-105 Па, в склере — 1,6— 1,7-Ю5 Па. Соответственно этим значениям напряжений
модуль нормальной упругости для радиального направления роговицы будет равен 3,8—4,5106 Па, для
окружного направления — 2,8— 3,4-106 Па, для склеры — 5,1— 5,4-106 Па. Определение в процессе
исследования значения коэффициента Пуассона при внутриглазном давлении 2,72 кПа составило для склеры
0,33—0,35. Сосудистая оболочка глазного яблока (хориоидеа) расположена под склерой, толщина ее 0,1—0,22
мм, она богата кровеносными сосудами, состоит из трех частей: собственно сосудистой обо лочки, ресничного
тела и радужки. Внутренняя (светочувствительная) оболочка глазного яблока — сетчатка, на всем протяжении
прилежит изнутри к сосудистой оболочке. Она состоит из двух листков: внутреннего — светочувствительного
(нервная часть) и наружного — пигментного. Сетчатка делится на две части — заднюю зрительную и
переднюю (ресничную и радужную). Последняя не содержит светочувствительных клеток (фо торецепторов).
Хрусталик — прозрачная двояковыпуклая линза диаметром около 9 мм, имеющая переднюю и заднюю
поверхности, которые переходят одна в другую в области экватора. Линия, соединяющая наиболее выпуклые
точки обеих поверхностей (полюсы), называется осью хрусталика, ее размеры колеблются в пределах 3,7—4,4
мм в зависимости от степени аккомодации. Коэффициент прелом ления хрусталика в поверхностных слоях
равен 1,32, в центральных— 1,42. Хрусталик как бы подвешен на ресничном пояске (цинновой связке) между
волокнами которого расположены пространства пояска (петинов канал), сообщающийся с камерами глаза. При
натяжении связки (расслабление ресничной мышцы) хрусталик упло щается (установка на дальнее видение),
при расслаблении связки (сокращение ресничной мышцы) выпуклость хрусталика увеличивается (установка на
ближнее видение).
Стекловидное тело заполняет пространство между сетчаткой сзади, хрусталиком и задней строкой
ресничного пояска спереди. Оно представляет собой аморфное межклеточное вещество желе образной
консистенции, его индекс светопреломления — 1,334. На передней поверхности стекловидного тела имеется
ямка, в которой располагается хрусталик.
Камеры глаза. Радужка разделяет пространство между роговицей, с одной стороны, и хрусталиком с
цинновой
связкой
и
ресничным
телом
с
другой,
на
две
камеры
—
переднюю и
заднюю,
которые играют важную роль в циркуляции
водянистой жидкости внутри глаза. Водянистая жидкость имеет очень низкую вязкость, она содержит около
0,02% белка. Благодаря отсутствию фибриногена она не свертывается. Обе камеры сообщаются между собой
через зрачок. Благодаря циркуляции водянистой жидкости сохраняется равновесие между ее секрецией и
всасыванием, что является фактором стабилизации внутриглазного давления. Как было описано ранее, глазное
яблоко снаружи покрыто плотной фиброзной оболочкой, которая создает внутриглазное давление в пределах
20—25 мм рт. ст. (2666—3333 Па). Итак, световые лучи проходят через роговицу, водянистую жидкость
передней камеры, зрачок, который в зависимости от интенсивности света то расширяется, то сужается,
водянистую жидкость задней камеры, хрусталик, стекловидное тело и, наконец, попадает на сетчатку. При этом
пучок света направляется благодаря светопреломляющим средам (и в первую очередь — аккомодации хрусталика) на желтое пятно сетчатки, являющееся зоной наилучшего видения.
Вспомогательные органы глаза. Глазное яблоко у человека может вращаться так, чтобы на
рассматриваемом предмете сходились зрительные оси обоих глазных яблок. Различают шесть
глазодвигательных мышц: четыре прямые (верхняя, нижняя, медиальная, латеральная) и две косые (верхняя и
нижняя) поперечнополосатые мышцы составляют двигательный аппарат глаза.
Зрачковые р еакции
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
107
осуществляются с помощью двух систем гладких мышц в радужной оболочке. При сокращении кольцевой
мышцы-сфинктера зрачок сужается (миоз); при сокращении мыш-цы-дилататора, волокна которой проходят в
радужной оболочке дидиально, он расширяется (мидриаз). Сфинктер иннервируется парасимпатическими
нервными волокнами, а дилататор, напротив, иннервируется симпатиче скими нервными волокнами. Зрачковые
реакции — важные диагностические признаки, по которым можно выявить поражения сетчатки, зрительного
нерва, ствола мозга (глазодвигательные зоны), шейного отдела спинного мозга, а также областей, через которые
проходят пре- и постганглионарные зрачководвигательные волокна (глубинных слоев шеи и др.).
Веки защищают глазное яблоко спереди. Они представляют со бой кожные складки, ограничивающие
глазную щель и закрывающие ее при смыкании век.
Слезный аппарат включает слезную железу и систему слезных путей. Проводящий путь зрительного
анализатора. При попадании света на палочки и колбочки — отростки первых нейронов — генерируется
нервный импульс, который передается биполярным нейроцитам (И нейроны), от них оптикокоганглио зным
нейроцитам (III нейроны). Аксоны последних формируют зрительный нерв, который выходит из глазницы
через канал зрительного нерва. Таким образом, в ответ на попадание световых волн в глаз зрачок сужается, а
глазные
яблоки
поворачиваются
в
направлении
пучка
света.
Под
действием
света
в
высокосветочувствительных клетках1 происходят сложные физико-химические процессы, в результате
которых в клетке генерируется нервный импульс, который через зрительный нерв передается в мозг.
Совместное действие палочек и колбочек осуществляет процесс зрения.
Для создания на сетчатке четкого изображения предметов, удаленных от глаза на различные
расстояния, фокусное расстояние оптической системы в глазу должно изменяться. Это достигается изменением
радиусов кривизны поверхностей хрусталика. Свойство глаза приспосабливаться к расстоянию, на котором
находятся рассматриваемые предметы, называется аккомодацией. Акко модация происходит непроизвольно с
помощью сокращения или растяжения циллиарной мышцы (рис. 17.50).
Расстоянием
наилучшего зрения Д называется такое расстояние от предмета до глаза, при котором ф оказывается
максимальным при условии, что напряжение аккомодации невелико и глаз не устает. Для нормального глаза Д
= 25 см. Нормальным считается глаз с хорошо сохранившейся способностью к аккомодации. С возрастом
способность к аккомодации постепенно уменьшается.
Оптические недостатки глаза и аномалии рефракции У многих людей изображение на сетчатке вс егда
получается нечетким. Это бывает связано либо с необычной формо й глазного яблока, либо с неправильной
кривизной роговицы или хрусталика.
Близорукость, или миопия — осевая длина глазного яблока больше, удаленные объекты невозможно
точно сфокусировать, поскольку фокальная плоскость находится перед центральной ямкой. Чтобы хорошо
видеть вдали, близоруким людям нужны очки с вогнутыми линзами (рис. 17.52).
Дальнозоркость (гиперопия, или гиперметропия) — при обычной преломляющей силе диоптрического
аппарата глаза его осевая длина слишком мала. У него недостаточен диапазон аккомодации для точной
фокусировки на сетчатке изображения близко расположенных объектов. Чтобы компенсировать этот
недостаток, требуются очки с выпуклыми линзами (рис. 17.53).
Астигматизм — кривизна роговицы в вертикальной плоскости несколько больше, чем в горизонтальной; это
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
108
приводит к зависимости преломляющей силы от угла падения лучей. Если разница не превышает 0,5 дп,
такой астигматизм называют «физиологическим».
Катаракта — частичное или полное затемнение хрусталика.
Биомеханика органов слуха и равновесия (преддверно-улитковый орган) Органы слуха и равновесия
(статического чувства) у человека объединены между собой в сложную систему, морфологически разделенную
на три отдела (рис. 17.54): 1) наружное ухо (наружные слуховой проход и ушная рако вина с мышцами и
связками); 2) среднее ухо (барабанная полость, сосцевидные придатки, слуховая труба); 3) внутреннее ухо
(перепончатый лабиринт, располагающийся в костном лабиринте внутри пирамиды височной кости). Наружное
ухо. Ушная раковина — эластический хрящ сложной формы, покрытый кожей. Наружный слуховой проход
состоит из хрящевого и костного отделов, длина его у взрослого человека около 33—35 мм, диаметр просвета
колеблется на разных участках от 0,6 до 0,9 см. Среднее ухо. Барабанная полость во здухоносная, объемом около 1 см3, расположена в основании пирамиды височной кости, слизистая оболочка выстлана однослойным
плоским эпителием, который переходит в кубический или цилиндрический. В полости находятся три слуховые
косточки, сухожилия, натягивающие барабанную перепонку и стремя (обе мышцы поперечно -полосатые).
Здесь же проходит барабанная струна — ветвь промежуточного нерва (VII). Барабанная полость продолжается
в слуховую трубу, которая открывается в носовой части глотки глоточным отверсти ем слуховой трубы.
Слуховые косточки — стремя, наковальня, молоточек, названы так благодаря своей форме. Косточки передают
звуковые колебания от барабанной перепонки окну преддверия. Сосцевидные ячейки через сосцевидную
пещеру сообщаются с барабанной полостью. Слуховая труба (Евстахиева) длиной около 3,5 см, диаметр
просвета около 1 —2 мм, выполняет очень важную функцию — способствует выравниванию давления воздуха
внутри барабанной полости по отношению к наружной среде. Щелевидное глоточное отверстие слуховой
трубы, расположенное на боковой стенке носовой части глотки, открывается при акте глотания. Звуковые
волны направляются в слуховую систему через наружное ухо, наружный слуховой проход — к барабанной
перепонке. Эта тонкая, с перламутровым блеском мембрана отделяет слуховой проход от среднего уха, в
котором также находится воз-Дух(рис. 17.55). Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от среднего. Она
представляет собой пластинку, состоящую из двух слоев коллагено -вых волокон, наружные волокна
расположены радиально, а внутренние — циркулярно. Толщина перепонки около 0,1 мм, форма — эллипса,
размеры — 9x11 мм, в центре ее — вдавление — место
прикрепления к перепонке одной из слуховых косточек — молоточка. Внутреннее ухо. В костном лабиринте,
изнутри выстланном надкостницей, залегает перепончатый лабиринт, повторяющий формы костного. Между
лабиринтами имеется щель, заполненная перилимфой. Костный лабиринт расположен между барабанной
полостью и внутренним слуховым проходом и состоит из преддверия, трех полукружных каналов и улитки.
Три костных полукружных канала лежат в трех взаим оперпендикулярных плоскостях: сагиттальной —
передний канал, горизонтальной — латеральный, фронтальной — задний. Каждый полукружный канал имеет
по две ножки, одна из которых (ампулярная костная ножка) перед впадением в преддверие расширяется, об разуя ампулу. Соседние ножки переднего и заднего каналов соединяются, образуя общую костную ножку,
поэтому три канала открываются в преддверие пятью о тверстиями. Вестибулярный (преддверный) лабиринт —
периферический отдел стато-кинетического анализатора (органа равновесия) — состоит из расположенных в
костном преддверии эллиптического (маточка) и сфер ического мешочков, которые сообщаются между собой
через тонкий каналец. При изменении силы тяжести, положения головы, тела, при ускорениях отолитовая
мембрана и купол смещаются. Это приводит к напряжению волосков, что вызывает изменение активности различных ферментов волосковых клеток. Возбуждение через синапсы передается к клеткам преддверного узла.
Аксоны образуют пред-дверную часть преддверно-улиткового нерва (VIII пара черепных нервов), который
выходит вместе с улитковой частью через внутреннее слуховое отверстие в полость черепа. В
мостмозжечковом углу волокна нерва входят в вещество мозга и подходят к вестибулярным ядрам,
расположенным в области вестибулярного поля на дне ромбовидной ямки (II нейроны), а акс оны клеток
данных ядер идут к ядрам шатра мозжечка через его нижнюю ножку (III нейро ны) к спинному мозгу и в составе
дорсального продольного пучка ствола головного мозга. От клеток вестибулярных ядер часть во локон,
перекрещиваясь, идет в таламус, где расположены III нейроны, откуда импульсы направляются к коре теменной
и височной долей (корковые центры статокинетического анализатора).
Улитковый лабиринт —
периферический отдел слухового анализатора. Он заполнен эндолимфой и представляет собой соединительнотканный мешок длиной около 3,5 см. Тела афферентных нейронов (первые нейр оны) залегают в спиральном ганглии. Наружные волосковые клетки значительно чувствительнее к звукам большой интенсивности,
чем внутренние. Высокие звуки раздражают только волосковые клетки, расположенные на нижних завитках
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
109
улитки, а низкие звуки — волосковые клетки вершины улитки и часть клеток на нижних завитках. Функция
слухового анализатора. Звуковые волны передаются через наружный слуховой проход и достигают бар абанной
перепонки. Ее колебания передаются через цепь слуховых косточек на окно преддверия (см. рис. 17.55).
Движения стремени в окне преддверия вызывают колебания перилимфы лестницы преддверия, которые через
отверстия в области верхушки улитки передаются перилимфе барабанной лестницы и по ней к окну улитки.
Колебания перилимфы воспринимаются эндолимфой, происходит волнообразное движение базилярной
мембраны, которая в зависимости от частоты и интенсивности звука имеет соответствую щую амплитуду
колебаний по всей своей длине. Благодаря этим колебаниям и взаимодействиям волосковых клеток с
покровной мембраной в рецепторных клетках возникают нервные импульсы. Слух анализирует звуки,
определяя их источник, громкость, тон и тембр. Громкость (сила) звука зависит от амплитуды колебаний.
Громкость любого звука выражают в фонах — УЗД тона с частотой 1 кГц с равной громкостью.
Тон — это звук определенной высоты, которая характеризуется частотой колебаний. Основной тон —
наименьшая частота сложного акустического сигнала. Чистый тон — синусоидальный акустический сигнал
данной частоты. Тембр — субъективная характеристика качества звука, зависящая в основном от его спектра,
от числа и интенсивности составляющих гармоник. В спектре низких звуков до 20 гармоник, средних — до 10,
высоких — 2—3. Наименее чувствительно ухо к низким частотам. Например, его чувствительность к тону 100
Гц в 1000 раз меньше, чем к тону 1000 Гц. С возрастом острота слуха постепенно падает. Старение уха можно
объяснить уменьшением эластичности тканей его структур.
ЛЕКЦИЯ
№6.
ЦИКЛИЧЕСКИЕ
И
АЦИКЛИЧЕСКИЕ ЛОКОМОТОРНЫЕ ДЕЙСТВИЯ,
ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ, СОХРАНЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕЛА
И ДЕЙСТВ ИЯ НА МЕСТЕ.
План
1 .Виды локомоторных движений.
2. Наземные локомоции:
а) Механизм отталкивания от опоры;
б) Роль маховых движений при отталкивании;
в) Характеристики отталкивания.
3. Шагательные движения:
а) Фазы шагательных движений;
б) Биодинамика прыжка
в) Биодинамика ходьбы
г) Биодинамика бега
д) Биодинамика перемещений со скольжением
4.
Биодинамика перемещений с механическими преобразователями движений.
5. Водные локомоции:
а) Понятие гидромеханики
б) Биодинамика водных локомоции
Литература:
1. Д.Д. Донской, В.Н. Зациорский, Биомеханика, ФиС, 1979г., с. 173-197.
По снегу и по льдам идут рабочие тысячи. Идут, размерно дыша, стройно и ровно, телам таким не труден
шаг-работой тренированы. (В. Маяковский.)
Виды локомоторных движений
Хорошо знакомого человека можно узнать по походке, не зная номера' участника и его формы специ алист
по манере бега легко определит кто ведет группу бегунов на дистанции, по тех-нике, говорят, можно определить
принадлежность гонщика лыжника, или велосипедиста к целой стране. Действительно, движения
разнообразны, например, насчитывают до 60 обозначений походки.
Но все перемещения объединяет одно общее название локомоторные движения.
Локомоторные движения обеспечивают активное перемещение человека с места на место, с использованием опоры или среды (вода, воздух).
В некоторых видах спорта локомоторные движения являются основными (бег, плавание, лыжный спорт),
в других вспомогательными, там они обеспечивают передвижение спортсмена к месту. Выполнения основного
движения (спортивные игры, гимнастика), встречаются локомоции с использованием различных технич еских
средств (велосипедный спорт).
Активные перемещения в пространстве возможны только по способу притягивания или по способу
отталкивания.
Все локомоторные движения делят на ациклические (однократные) и циклические (повторяющиеся).
Среди локомоции наибольшее распростроение имеют наземные перемещения.
Н.А.Бернштейн, в своей работе значительное место уделил изучению локомоции и указал, что
локомоторные движения, в частности, ходьба, относятся к числу наиболее высоко автоматизированных
движений. Локомоторное движения представляет собой очень обширные синергии, охватывающие всю
мускулатуру и весь двигательный скелет сверху; донизу и вовлекающие в работу бо льшое количество отделов
и проводящих путей центральной нервной системы.
Локомоторные движения обладают всеобщностью. Возникновение и развитие локомоции у нормальных
субъектов совершается
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
110
с определений регулярностью и правильностью и влияет морфологическое развитие и
конструирование тканей и органов.
Локомоции относятся к числу чрезвычайно древних движений. Они старше, чем кора мозговых
полушарий, и несомненно оказывали влияние на развитие центральной нервной системы.
Наконец локомоции представляют собой необычайно стойкую и типичную структуру (всё выше из
книги, Н.А.Бернштейна «исследования по биодинамике ходьбы, бега, прыжка». ФиС, 1940).
К циклическим локомоциям, выполняемым по способу отталкивания от грунта относится большая
группа видов спорта (ходьба, бег, ходьба на лыжах, бег на коньках и т.д.).
Общим признаком таких локомоции является поочередное взаимодействие ноги с грунтом.
К циклическим локомоциям можно отнести прыжковые упражнения (длина, высота, тройной и т.д.)
При рассмотрении локомоторного движения решающим оказывается механизм взаимодействия с опорой
или средой.
Механизм отталкивания от опоры
Отталкивание от опоры выполняется посредством отталкивания и маховых движений свободных
звеньев.
При отталкивании опорные (контактные) звенья неподвижны относительно опоры, а подвижные
перемещаются в направлении отталкивания. На стопу, как на опорное звено, действует давление ускоряемых
звеньев, направленное назад-вниз.
В механизме отталкивания от опоры большую роль играет опорная реакция, но она не является
движущей силой, а лишь уравновешивает действие внутренних сил системы (сил мышц). Благодаря работе
мышц по перемещению ОЦТ расходуется энергетический запас системы (человека) и эта энергия идет на
деформацию опоры. Ре-акция опоры направлена в сторону движения, однако это не оз-начает, что причиной
движения является реакция опоры. Кинетическую энергию, системы спортсмен - опора при отталкивании
обеспечивая работы мышц.
Роль маховых движений при отталкивании
Маховые движения при отталкивании (быстрое перемещение свободных звеньев тела в направлении
отталкивания, составляют часть механизма отталкивания).
В маховых движениях различают две фазы: фазу разгона (увелиличения скорости звена) и фазу
торможения (уменьшение скорости звена).
К моменту отрыва от опоры центры тяжести маховых звеньев отдалены от опоры, что ведет к удалению
и ОЦТ тела по ходу движения.
В течение фазы разгона махового звена увеличение скорости его ЦТ влечет за собой нарастание скорости
ОЦТ.
В фазе торможения, через мышцы антагонисты, маховые звенья передают свой импульс (Ft) всей
системе, т.е. происходит перераспределение скоростей.
В момент разгона маховые звенья увеличивают свой импульс не только за счет других звеньев, но и за
счет взаимодействия . через них с опорой. Немалую роль в механизме отталкивания играют силы инерции
маховых звеньев. Во время разгона звена сил инерции увеличивают нагрузку на опорные звенья, что повышает
требования к нему с увеличением скорости выполнения маха.
Во время торможения силы инерции меняя
направление уменьшают нагрузку на опорное звено, что создает предпосылки к более быстрому отталкиванию
(более быстрому сокращению мышц в облегченном режиме работы).
Направление отталкивания
На направление отталкивания влияет "угол отталкивания ; как угол наклона динамической составляющей
опорной реакции в данный момент времени.
Однако, неоднозначность движущейся системы не позволяет дать точное определение угла отталкивания.
Рассмотрим различные способы определения угла отталкивания;
1) угол наклона продольной оси толчковой ноги не может полностью характеризовать направление
отталкивания, т.к.
в одной и той же позе силы, действующие на тело через опорное звено, могут иметь различное
направление.
Шагательные движения
Несмотря на разнообразие шагательных движений в наземных локомоциях (ходьба, бег, ходьба на лыжах,
бег на коньках), в их кинематике и динамике можно обнаружить общие основы.
В шагательном движении выделяют два периода: опоры и пере-носа. Когда перенос менее длителен, чем
опора, периоды опоры обеих ног частично совпадают (период двойной опоры).
В цикле бега имеется два периода опоры и два полета.
Период опоры состоит из фазы амортизации и отталкивания.
Фаза амортизации начинается с момента постановки ноги на грунт до максимума динамической
составляющей опорной реакции (нижняя точка положения ОЦТ, визуально). Начало фавы отталкивания
совпадает с началом спада динамической составляющей опорной реакции (начало выпрямления ноги в коленном
суставе) и заканчивается в момент снятия ноги с опоры. Период переноса можно разделить на четыре фазы подъем, разгон, торможение, опускание.
Фаза
подъема - начинается с момента снятия ноги с опоры и
заканчивается в момент максимального подъема ОЦТ ноги, относительно таза (задняя критическая точка).
Фаза разгона- начинается с момента наивысшего положения ОЦТ ноги относительно таза и заканчивается в
момент
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
111
наибольшей линейной скорости ОЦТ ноги относительно таза. С этого момента начинается фаза
торможения, а заканчивается эта фаза в момент наиболее высокого положения ОЦТ ноги впереди таза (передняя
критическая точка).
На границе фаз разгона и торможения линейная скорость ОЦТ ноги максимальна и ускорение меняет
знак. Конец фазы торможения является началом заключительной фазы периода переноса, фазы опускания.
Заканчивается эта фаза постановкой ноги на грунт.
Итак, мы рассмотрели весь цикл шагательного движения.
Необходимо отметить высокую экономичность шагательных движений с точки зрения расхода
энергетических ресурсов организма.
Шагательные движения носят колебательный характер, т.е. в процессе колебаний относительно таза
происходит непрерывная смена одного вида энергии (потенциальной) на другой (кинетический). И максимум
подкачки энергии в эту своеобразную колебательную систему приходится вполне определенные зоны цикла.
Скорость шагательных движений можно определить, зная длину шага и темп.
Таким образом, увеличение длины и частота шагов приводит к увеличению скорости. Существуют
оптимальные значения длины и частоты шагов для каждого спортсмена в зависимости от его физической
подготовленности и поставленной двигательной задачи.
Например, существуют оптимальные значения длины и частоты шагов для армейского строя, причем эти
параметры различны для походного и парадного марша.
Большое значение в локомоциях имеет их ритмическая структура (соотношение длительностей
различных фаз). Ритм можно считать важным показателем совершенства локомоций.
Биодинамика прыжка
Различные вида спорта предъявляют различные требования к выполнению прыжка. В прыжках в длину
требуется преодолеть максимальное расстояние, в высоту - максимальную высоту планки и т.д. Траектория
ОЦМ тела спортсмена в полете определяется формулами:
В разбеге стоит задача достижения той скорости, при которой создадутся оптимальные условие для
взаимодействия с опорой. Высокие скорости разбега предъявляют высокие требования к опорным звеньям в
фазе амортизации. Отталкивание от опоры осуществляется за счет работы опорной ноги и ТАКЖЕ за счет
маховых движений свободных звеньев в направлении отталкивания
Водные локомоции
«... море это состояние между небом и землей...»
Человек не рыба и не морское существо, он обязан уметь перемещаться в водной среде (поверхность воды
в 5 раз больше поверхности суши). Умение плавать необходимый атрибут жизнеобеспечения, можно сказать,
безопасности жизнедеятельности.
Спортивное плавание - Олимпийский вид, включает 4 способа (кроль на груди, кроль на спине,
баттерфляй (дельфин)брасс). 5 способ- комплексное плавание, включающее все виды (классические дистанции
200, 400 м). Прежде, чем перейти к рассмотрению биомеханических особенностей некоторых стилей плавания,
поговорим о гидромеханике.
1. Общие основы
Вода- жидкость, агрегатное состояние вещества промежуточное между
твердым и газообразным состоянием.
Жидкость сохраняет некоторые свойства твердых тел и свойства газа. Но есть ряд присущих только ей
особенностей. Подобно твердому телу вода имеет свой объем, свободную поверхность, обладает прочностью на
разрыв. Жидкость принимает форму сосуда. Жидкость отличается сильным межмолекулярным взаимодействием и
вследствие этого малой сжимаемостью. Это свойство объясняется тем, что небольшое уменьшение расстояния
между молекулами приводит к появлению больших сил межмолекулярного отталкивания.
Все эти вопросы изучаются в разделе механики и - гидромеханики -науки, изучающей равновесие жидких
сред и их взаимодействия с газообразными средами и твердыми телами. Первые гидромеханические устройства
(весло, руль, насос) относятся к далекому прошлому.
Главная задача гидромеханики- определение закономерностей взаимодействия между жидкой средой и
движущимися или покоящимися в ней телами.
Архимед (3 век до н.э.) - открыл основной закон гидростатики и создал теорию равновесия жидкостей. В
эпоху возрождения свой вклад внесли Леонардо да Винчи и Паскаль. Леонардо да Винчи открыл существование
сопротивления воды и подъемной силы при движении тел.
Теоретическое определение закона сопротивления принадлежит Н. Ньютону (сопротивление
пропорционально квадрату скорости тела). Он доказал, что сопротивление связано с трением жидкости о
поверхность тела, им было определено, что сила трения между двумя слоями жидкости пропорциональна
скорости этих слоев относительно друг друга. Теоретические основы гидродинамики были заложены Л. Эйлером
и Бернулли. Определены два вида- ламинарное и турбулентное течение жидкостей, в тех случаях, когда жидкость
разделяется на слои, скользящие относительно друг друга не перемешиваясь, такое течение называется
ламинарным (слоистым). При увеличении скорости, поперечных размеров потока, характер течения меняется.
Возникает энергичное перемешивание жидкости. Такое течение называется турбулентным. При
турбулентном течении скорость частиц в каждом месте изменяется беспорядочным образом.
Английский ученый Рейнольде рассчитал коэффициент (число Рейнольдса), зависящий от:
-плотности жидкости;
-средней скорости потока;
-коэффициента вязкости;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
112
-площади (размера) поперечного сечения.
При малых значениях этого коэффициента наблюдается ламинарное течение. Начиная с некоторого
определенного значения - оно называется критическим, течение приобретает турбулентный характер.
Движение тел в жидкости
При движении тела в жидкости на него действуют силы, равнодействующую которых мы обозначим
буквой Р. Силу Р можно разложить
на две составляющие - Pi , направленную в сторону, противоположную
движению (сила лобового сопротивления) и Рг, , перпендикулярную направлению движения, (подъемная
сила).
При движении тела в жидкости, обладающей вязкостью (например, в воде), тонкий слой жидкости
прилипает к поверхности тела и движется с ним как единое целое, увлекая с собой из-за трения последующие
слои. По мере удаления от поверхности тела скорость слоев падает и на некотором расстоянии оказывается
практически невозмущенной движением тела.
Таким образом, тело оказывается окруженным слоем жидкости, в котором имеется градиент скорости.
Этот слой называется пограничным. В нем действуют силы трения, которые тормозят движение, т.е. пр иводят к
возникновению лобового сопротивления. Но дело не исчерпывается только этим. Наличие пограничн ого слоя
препятствует полному обтеканию тела. Действие сил трения в поверхностном слое приводит к тому, что поток
отрывается от поверхности тела, в результате этого позади тела возникают вихри. Давление, образуемое в
вихревом потоке за, телом, оказывается пониженным, что приводит к увеличению сил лобового сопротивления.
Лобовое сопротивление, таким образом, складывается из сопротивления трения и сопротивления
давления.
Последнее сильно зависит от формы тела.
Соотношение между сопротивлением трения и сопро тивлением давления определяется значением
числа Рейнольдса.
Центр плавучести
Вес тела как отражение действия силы тяжести, прилагается к центру тяжести. Точно также подъемная
сила, обусловлена весом выталкиваемой жидкости, прилагается к точке, называемой центром плавучести. Если
тело полностью погружено в воду, то центр плавучести находится тамже, где и центр тяжести, при условии, что
тело имеет равномерную плотность. Когда центр тяжести и центр плавучести не совпадают, образуется п ара
сил, разворачивающая тело таким образом, чтобы центр плавучести лежал под центром тяжести. У человека в
воде центр объема (плавучести) и центр тяжести не совпадают. Центр объема на несколько сантиметров ближе
к голове, поэтому у большинства людей ноги из горизонтального поло жения начинают опускаться вниз, пока
тело не примет вертикальное положение.
2. Ударные взаимодействия. Основы теории удара
Ударные взаимодействия в спорте встречаются довольно час-то, примерами могут являться удары по
мячу в спортивных играх, по шайбе в хоккее, удар боксера, приземление после прыжков, вылет стрелы из лука,
акробата с подкидной доски и т.д. Ударом называется явление конечного изменения скоростей твердых тел за
весьма малый промежуток времени t, происходящее при их столкновении. В процессе деформации тел при
ударе возникают значительные мгновенные (ударные) силы. Определение этих сил дело весьма сложное, но
общий импульс легко определить, наблюдая изменения количества движения mV. Для системы двух
соударяющихся тел мгновенные силы являются внутренними силами. Их импульсы FAt включают время удара,
называются мгновенными импульсами. В момент удара они значительно больше, чем импульсы всех внешних
сил, приложенных к системе.
Поэтому в процессе удара влияние внешних сил можно пренебречь и считать, что система является
замкнутой, т.е. в ней выполняется закон сохранения количества движения. Рассматривая соударяющиеся
тела как
где vi и ui скорости материальной точки с массой m до и после удара. Общая
нормаль
к
поверхности
соударяющихся
тел
в
точке
их соприкосновения называется линией удара. Удар
называется прямым, если скорости центров тяжести соударяющихся тел перед ударом параллельны линии
начала и конца удара, F(t) - зависимость ударной силы F от времени t . За время удара скорость тела, например
мяча, изменяется на определенную величину. Это изменение пропорционально ударному импульсу и
обратнопропорционально массе тела, т.е. ударный импульс равен изменению количества движения тела.
Последовательность механических ЯВЛЕНИЙ при ударе следующая:
сначала происходит деформация тел, при этом кинетическая энергия движения переходит в
потенциальную энергию упругой деформации, за-тем потенциальная энергия переходит в кинетическую.
2.2. Биомеханика ударных движений
Биомеханика ударных движений изучает особенности управления движениями человека
осуществляющего удар непосредственно частью тела (биомеханической цепью) или используя специальный
предмет (клюшку, ракетку и т.п.) (Агашин Ф.К.,1977). Объектом для нанесения удар а может служить мяч,
покрытие, шар, волан, шайба и т.д. В целостном ударном действии выделяют несколько частей:
I. 3 а м а х - подготовительное движение, перед ударом, направленное на увеличение расстояния между
звеном тела и пред-метом по которому наносится удар. Эта фаза наиболее вариативна. Например, в видах спорта
связанных с игрой, часто приходится подготовительные движения сокращать до минимума с учетом сложившейся
игровой ситуации.
2. Ударное движение от момента окончания замаха до начала удара. Эта часть движения в значительной
степени определяет качество выполнения задачи.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
113
3. Ударное
взаимодействие
столкновение
ударяющихся
тел.
Кратковременный процесс позволяющий изменять скорость тела на конечную величину.
4. Послеударное движение - движение ударного звена тела после окончания контакта с предметом, по
которому наносился удар.
Из механики известно, что скорость тела после удара выше в том случае, когда больше скорость
ударяющегося предмета непосредственно перед ударом.Однако этот закон не всегда соблюдается, когда удар
наносится человеком, спортсменом. Так, при подаче в теннисе увеличение скорости движения ракетки может
привести к СНИЖЕНИЮ скорости вылета мяча. Это объясняется непостоянством ударной массы спортсм ена и
зависит от степени координации движений. Удар может быть нанесен ракеткой с использованием сгибания
только кисти руки, при этом с мячом будет взаимодействовать ракетка и кисть. Если же в момент удара звено
закреплено напряженными мышцами (антагонистами) то в ударном взаимодействии будет п ринимать участие
все звено.
По этой причине два удара, наносимы с одной и той же скоростью по мячу вызывают различную
начальную скорость его вылета, и сила удара при этом оказывается разной. Поэтому величина ударной массы
может быть использована как критерий эффективности техники удара. В практике это называется "вложить
массу в удар". Ясно, что величина удара будет зависеть от массы спортсмена. Не случайно, поэтому в боксе
введены веоловые категории. Однако и в боксе и в футболе мы можем назвать спортсмено в, обладающих очень
сильными ударами не имея большой собственной массы и не отличающихся мышечной силой. Эти спортсмены
умеют сообщать большую скорость ударяющему сегменту и в момент удара взаимодействовать с ударяемым
телом большой массы.
Если в механике рассматривается "чистый" удар, теоретические основы которого сводятся к
предположению, что удар происходит настолько быстро и ударные силы настолько велики, что всеми
остальными силами можно пренебречь. То во многих ударных действиях, используемых в спорте эти
допущения невозможны. Время удара в них хотя и мало, (табл. 1) но пренебрегать им нельзя.
Вид удара
время мсек
1. Удар в гольфе
1-2
2. Удар в теннисе
5-10
3. Удар в настольном теннисе
5-10
4. Нападающий удар в волейболе
12-20
5. Нижняя передача в волейболе
26-30
6. Удар в хоккее на льду
40-60
7. Отталкивание в спринтерском беге
80-120
Известно, что путь ударного взаимодействия, по которому движутся соударяющиеся тела, может быть 20-30
см. И поэтому имеется возможность изменить количество движения во время соударения за счет сил не связанных
с самим ударом.
Во всяком случае, возможны три ситуации, когда, например, футболист в момент удара развивает скорость
15 м/с.
Первый вариант, когда стопа по время удара дополнительно ускоряется за счет активности мышц, ударный
импульс при этом и скорость вылета увеличиваются. Второй вариант, когда стопа во время удара прои звольно
тормозится (например, срабатывает охранительный механизм) импульс силы уменьшается, начальная скорость
вылета снижается. Такие удары выполняются и при необходимости более точного посыла, передачи мяча
партнеру и т.п. Третий вариант, когда в момент удара звено не ускоряется и не тормозится, тог-да действуют
только ударные силы. Встречаются ударные движения, когда дополнительный прирост количества движения во
время соударения очень велик и движение является чем-то средним между ударом и броском (метанием).
Например, иногда бывают такие передачи в волейболе.
- Исследования координационной структуры ударных движений направленных, на проявления
максимальной силы, проведенные впервые Л.В. Чхаидзе (1939) выявили следующие положения:
1. Д л я достижения максимально сильных ударов необходимо сообщить наибольшую скорость ударяющему
звену (стопе в футбольном ударе, кисти в тенисе, в боксе) к моменту соприкосновения с ударяемым телом.
В случае удара рукой или ногой' конечность представляет собой ударный рычаг. У длинного рычага
окружная скорость рабочей точки больше, чем у короткого. При большем размахе ударного ДВИЖЕНИЯ путь
приложения ускоряющих усилий больше, что позволяет развить к концу движения более высокую скорость.
2. Удар становится сильнее с увеличением ударной массы
в момент взаимодействия ударных тел.
Биомеханический механизм увеличения ударной массы проявляется в "закреплении" отдель ное звеньев
ударяющего сегмента путем одновременного включения мышц антагонистов и увеличения радиуса вращения.
Кроме увеличения массы при соударении тел механизм "закрепления" звена мышцами антагонистами имеет и
биологическое значение предупреждения травм суставов. Л.В Чхаидзе было замечено отрицательное
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
114
ускорение, вызываемое мышцами антагонистами, еще до явления удара. Таким образом предупреждается
излишняя амортизация в сочленениях ударяющего звана.
Увеличение радиуса вращения ударяющего звена играет существенную роль в силе удара. Так,
например, в боксе, карате си-ла удара правой рукой увеличивается вдвое, если ось вращения проходит вблизи
левого плечевого сустава, по сравнению с ударами, при которых ось вращения совпадает с центральной
продольной осью тела.
Во время удара, поскольку оно чрезвычайно кратко исправить допущенные ошибки уже не
представляется возможным. В этой, связи точность ударов в основном обеспечивается правильными
действиями в замахе и ударном движении. Исследования показали, что точнос ть ударов (при трудовых
действиях) связана со скоростью ударного действия. При этом медленные удары менее точные, чем удары,
наносимые с высокой скоростью. Эти выводы представляют практические интерес для спорта. Однако при
значительном увеличении скорости точность падает. Роль подготовительных действий при ударах в футболе
были исследована Г.А. Смирновым, показавшим, что место постановки опорной ноги определяет у
начинающих игроков целевую точность примерно на 60-80 %.
Тактика спортивных игр и единоборств (бокс) требует неожиданных, «скрытых» ударов. Решение этой
задачи осуществляется выполнением ударов без подготовки, без замаха, после обманных движений (фи нтов).
Биомеханические характеристики таких ударов количественно ниже, т.к. в этих случаях удары осущ ествляются
за счет дистальных сегментов, обладающих меньшими силовыми возможностями.
ЛЕКЦИЯ
№7.
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ
ПРИРОДЫ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ
И
ПРОФИЛАКТИКИ ТРАВМ.
В современном спорте, в спортивной травматологии для изучения биомеханических особенностей ОДА
широко используются законы биомеханики. Биомеханика изучает законы положения тела человека в норме и
патологии при стоянии, сидении, беге, ходьбе (осанку, расположе ние центра тяжести, определение площади
опоры, способы замыкания суставов и характер приспособительных процессов для удержания центра тяжести в
пределах площади опоры при различной патологии костей и суставов); принципы выбора лечебных
(профилактических) мероприятий с учетом биомеханического единства ОДА. Одним из факторов, приводящих
к заболеваниям тканей опорно-двигательного аппарата (ОДА), являются интенсивные, длительные физические
нагрузки, выполняемые человеком (спортсменом) в неправильном исходном положении, т. е. с нарушениями
биомеханики движений. Эти нарушения ведут к изменению м етаболизма мышц, локальному утомлению,
возникновению мышечного дисбаланса с последующим возникновением заболеваний и травм ОДА Особенно
это важно знать тренеру, инструктору (методисту) лечебной физкультуры и реабилитационного це нтра, когда
упражнения выполняются с нагрузками на позвоночник и суставы. Такие нагрузки в дальнейшем приводят к
возникновению остеохондроза позвоночника, артрозу суставов и другим заболеваниям тканей ОДА.
Биомеханика травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата (ОДА) Важными факторами в
возникновении травм и заболеваний ОДА являются изменение расположения центра тяжести (ЦТ)
человеческого тела, его проекция на площадь опоры, а также про странственное
соотношение между вектором ЦТ и различными суставами, степень подвижности ОДА (см. рис. 2.6; 2.7; 2.9).
Исследования показывают, например, что сила продольного удара, при которой разрушается бедренная кость,
находится в пределах от 10,6 ± 2,7 кН (жесткий удар) до 18,3 ± 6,9 кН (удар через амортизирующую подкладку
(И.Ф. Образцов и др., 1988). На рис. 18.2, а, приведены данные измерений при жестком ударе по коленному
суставу в направлении тазобедренного сустава (без амортизирующей прокладки) в положении сидя. В течение
первой миллисекунды (МС), т. е. пока удар сместится не более чем на 1 %, сжатия кости еще нет (кривая 2),
однако возникает значительный изгиб — около 30% от .разрушающего. Прогибу вперед (в сагиттальной
плоскости), видимо, способствует первоначальный анатомический изгиб кости (рис. 18.3). Далее изгиб вперед
нарастает до 0,6—0,65% — до момента разрушения. Так же быстро нарастают продольные деформации
бедренной кости и в течение неполных 3 мс достигают предельного значения — около 1,2—1,25% с очень
быстрым разрушением (0,2 мс). Обычно разрушение наблюдается в пределах диафиза (см. рис. 18.3) (И.Ф.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
115
Образцов и др., 1988).
Трещины
разрушения возникают на передней поверхности кости; часть приложенной энергии передается еще до
разрушения на шейку, головку бедренной кости и на тазобедренный сустав. При наличии амортизирующей
прокладки (см. рис. 18.2, б) сила удара достигает 14—15 кН, ее наибольшее значение возникает
только через 5 мс, скорость нарастания ударной силы в
течение первых 1,5 мс будет в 10 раз меньше, чем при ударе без прокладки. Кроме того, значительная часть
энергии удара гасится боковыми колебаниями бедренной кости в сагиттальной и фронтальной плоскостях (см.
кривые 3 и 4) с собственной частотой около 140— 150 Гц. Разрушения кости не происходит. Предел прочности
кости на изгиб для первой группы равен 384 кг/см, для второй — 106 кг/см, т. е. он уменьшился более чем в 3
раза. Создаваемые работой мышц силы передаются на кости посредством сухожилий, которые обладают
значительной прочностью главным образом на разрыв. Так, например, ахиллово (пяточно е) сухожилие
взрослого человека выдерживает нагрузку от 270 до 500 кг. Повреждение сухожилий может быть открытым и
закрытым. Закрытые повреждения, т. е. без повреждения кожи, называют подкожными. Эти разрывы
характерны для сухожилий разгибателей. Подкожный разрыв сухожилия может наступить в результате резкого
мышечного сокращения и от удара тупым предметом. Разрыв сухожилия может наступить вследствие
дегенеративных изменений после относительной или абсолютной перегрузки тканей; хронических воспалений
и переохлаждения (R. Suckert, 1967; К. Vittel, 1974), а также если механич еская нагрузка превышает
выносливость на разрыв; при максимальном напряжении мышцы (толчок, бросок и др.), неожиданная
остановка активного движения (ручной мяч, футбол и др.); пассивное растяжение работающей мышцы при
одновременном напряжении антагонистов (маневренные движения при падении или столкновении, движения
при страховке); прямая тупая травма максимально напряженного при беге или в прыжке сухожилия (толчок,
удар, столкновения и пр.). Наиболее часто в спорте высших достижений повреждается ахиллово (пяточное)
сухожилие. Повреждения мышц могут быть как открытыми, так и закрытыми (рис. 18.4). На верхней
конечности чаще всего повреждаются двуглавая, надостная, дельтовидная, большая грудная, трехглавая мышца
плеча и мышцы предплечья. Непрямой механизм травмы характеризуется внезапным резким сокращением
напряженной мышцы. Под воздействием растягивающей нагрузки сократившаяся мышца, потеряв
эластичность, разрывается. На рис. 18.5 и рис. 18.6 показаны относительно частые (типичные) спортивные
травмы (и заболевания) плечевого пояса и верхней конечности и их причинная зависимость от видов спорта.
При оценке возникшей травмы или заболевания ОДА у спортсм енов, необходимо принимать во внимание
функциональные моменты. Все мышцы верхней конечности проходят по меньшей мере через один сустав,
который они приводят в движение, и нарушения трофики, инне рвации, а вследствие этого и функции в
дальнейшем по своим проявлениям выходят далеко за пределы, обусловленные собственно травмой. Вывихи в
плечевом суставе являются типичной травмой в таких видах спорта как борьба дзюдо, самбо, вольная, грекоримская, прыжки в воду, прыжки на лыжах с трамплина и др. Вывих плеча составляет 50—60% всех вывихов.
Такая частота их объясняется анатомо-физиологическими особенностями плечевого сустава: суставная впадина
лопатки в 3—4 раза меньше головки, имеющей шаровидную форму, суставная сумка обширна и тонка.
Травматические вывихи в плечевом суставе возникают чаще при прямой травме, например при падении (рис.
18.7,
а
и
б)
или
ударе.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
116
Чаще
встречаются передние вывихи и очень редко — задние (рис. 18.8). Вывихи в локтевом суставе составляют 18—
27% всех вывихов. Чаще всего вывихи предплечья возникают во время падения на вытянутую руку при
переразгибании
в
локтевом
суставе
(рис.
18.9).
Наиболее часто встречаются задние вывихи обеих костей предплечья и вывих одной лучевой кости
кпереди. Остальные виды вывихов предплечья наблюдаются редко. Cамым частым из вывихов в пястнофаланговых суставах является вывих первого пальца. Вывих происходит в результате переразгибания первого
пальца при падении на руку, во время игры в волейбол,гандбол и др. Вывихи ключицы составляют от 3 до 15%
всех вывихов. Преимущественно встречается у мужчин. Вывихи ключицы делятся на два вида: вывих
наружного, или акромиального конца ключицы и внутреннего, или грудинного конца ее. Вывихи в одном или
обоих суставах ключицы возникает при сильных падениях (авто - и мотоспорт, велоспорт, горнолыжный спорт,
прыжки на лыжах с трамплина и др.) или непрямых повреждениях при рычаговом движении рукой в борьбе
самбо, дзюдо. Переломы трубчатых костей возникают при прямом ударе по наружной поверхности плечевого
сустава либо при падении на локоть или кисть. Переломы бугров плечевой кости чаще являются отрывными, т.
е. возникают при чрезмерном мышечном сокращении. Переломы хирургической шейки обычно бывают
результатом падения на локоть. Переломы плечевой кости. Типичными спортивными травмами являются
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
117
спиральные переломы плеча вследствие мышечной тяги при метании снарядов (копья, диска, гранаты и др.)
и в играх (гандбол и др.) и надмыщелковые переломы плечевой кости у юниоров. Механизм травмы у
спортсменов — прямые и непрямые силовые воздействия. Примерами повреждений от прямого силового
воздействия являются: — перелом локтевого отростка при падении на находящийся в положении сгибания
сустав; — перелом после удара или толчка в травмированную область. Большинство повреждений области
локтевого сустава является следствием непрямого силового воздействия. При падении на вытянутую руку
могут
сработать
механизмы
сгибания
и
компрессии
(рис.
18.10).
Силы,
действующие
при
рывке,
приводят
к
надмыщелковым переломам при разгибании или вывихам, если произошло падение вперед, когда сустав
находился
в
положении
сгибания
(рис.
18.11).
Падение назад на
сустав, находящийся в положении сгибания, мо жет также под влиянием сил, действующих при толчке,
привести
к
надмыщелковому
перелому
(рис.
18.12).
Повреждения в области предплечья встречаются на обоих
костях в отдельности, вместе или в сочетании с повреждением в проксимальном, а также дистальном отделах
лучелоктевого сустава (см. рис. 18.5, 18.6). В механизме повреждения преобладает непрямая травма при падении на вытянутую вперед руку (см. рис. 18.7, 18.10). Это случается в основном на уроках физкультуры и в
любительском спорте при падениях с гимнастических снарядов, катании на роликах, коньках или в играх, а
также в мото- и велоспорте у взрослых.
Переломы
локтевого отростка возникают, как правило, в результате прямого удара локтевой областью о твердый предмет
(рис. 18.13). Перелом головки и шейки лучевой кости возникают при падении на вытянутую руку, в результате
чего происходит вклинивание головки луча в головчатое возвышение плеча. Повреждение дистального
эпифиза лучевой кости представляет собой наиболее частое повреждение костей предплечья в типичном месте.
Перелом нижнего эпифиза чаще всего возникает при падении на вытянутую руку, кисть которой находится в
положении тыльного или ладонного сгибания (рис. 18.14). Переломы костей кисти (рис. 18.15) и пальцев
составляют до 1 /8 переломов всех костей. Повреждения кисти могут относиться не только к кожным покровам,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
118
но
и
костям,
мышцам,
сухожилиям,
а
также
нервам
и
сосудам.
4% повреждений и последствий неправильной нагрузки в
спорте приходится на область кисти (J. Williams, 1973), хотя и здесь наблюдаются типичные повреждения и
зависимость частоты травм от специфики отдельных видов спорта. В механизме повреждения преобладают
прямые травмы, например, при подхвате резко брошенного мяча, при ударе или толчке в борьбе и под
действием непрямой силы при падении на вытяну тую руку.
Наиболее часто встречаются переломы
проксимального ряда костей запястья. Чаще других повреждается ладьевидная кость, реже — полулунная и еще
реже — остальные кости запястья.
Перелом ладьевидной кости может произойти при падении на
выпрямленную кисть (рис. 18.16), при прямом ударе по ладони. Иногда перелом м ожет наступить при ударе
кулаком о твердый предмет (см. рис. 18.16, б).
Переломы
костей пястья типичны при столкновении сжатой в кулак кисти (головок пястных костей) с препя тствием,
например, в скоростном спуске на лыжах, при игре в гандбол, в мото -и велоспорте, боксе и др. Особой формой
повреждения пястных костей является часто наблюдаемый у боксеров переломовывих в 1-ом пястно-запястном
суставе(перелом Беннета). Различают два типа переломов: внутрисуставные и внесустав-ные (рис. 18.17). Чаще
всего возникает перелом основания 1 -ой пястной кости. При внутрисуставных переломах 1-ой пястной кости
небольшой треугольный осколок ульно-волярной поверхности основания 1-ой пястной кости остается на месте.
Первая пястная кость под влиянием сгибателей и разгибателей вывихивается в за -пястно-пястном суставе в
тыльно-радиальную сторону. Переломы фаланг пальцев чаще возникает вследствие прямой или, реже,
непрямой травмы. В результате перелома под влиянием межкостных и червеобразных мышц отломки фаланг
пальцев смещаются под углом, открытым в тыльную сторону. Чаще встречается в играх(волейбол,гандбол,
баскетбол и др.). Прямые травмы — такие, как падение или удар — приводят к переломам лопатки, ключицы
или вызывают разрывы сочленений. Чаще всего повреждения в области плечевого пояса в спорте возникают
при падении на вытянутую для амортизации руку (см. рис. 18.11, 18.8). Перелом ключицы является наиболее
частой травмой в спорте (прыжки на лыжах с трамплина, мото - и велоспорт, борьба и др.), при падении и
прямой травме (удары и пр.), преимущественно в детском и подростковом возрасте. Они составляют от 3 до
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
119
16% переломов всех костей скелета.
По механизму травмы переломы
ключицы можно разделить на две группы. Это переломы, возникающие в р езультате прямого механизма
травмы (удар по плечу, непосредственно по ключице). Вторую группу составляют переломы, возникающие от
непрямого механизма травмы — удар или падение на область наружной поверхности плечевого сустава (рис.
18.18), падение на локоть, вытянутую руку, сдавление плечевых суставов с боков. Перелом лопатки возникает
преимущественно в результате значительного силового воздействия: вело - и мотоспорт, скоростной спуск на
лыжах, прыжки на лыжах с трамплина и др. (рис. 18.19).
Типичные
последствия неправильной нагрузки. В области кисти следующие (рис. 18.20): периостоз шиловидного отростка
локтевой кости (фехтование, прыжки в воду и др.); крепитирующий паратенонит (в большинстве случаев разгибателей) в спортивной гимнастике, в тяжелой атлетике, гребле и других видах спорта; тендопатия в месте
прикрепления сухожилия локтевого сгибателя кисти в области гороховидной кости (прыжки в воду, спор тивной
гимнастике
и
др.);
—
артрозы
в
области запястья и в первом пястно-запястном сусаве (бокс, тяжелая атлетика, фехтование и др.). В области
позвоночника могут быть повреждения как самих позвонков, так и спинного мозга и его корешков. Из общего
количества всех несчастных случаев в спорте на позвоночник приходится 3—4% (D.L. Mac-Intosh, et al., 1972;
G. Gelehrter, 1966), причем последствия неправильной нагру зки составляют 16,5% (J. Williams, 1973).
Повреждения позвоночника являются следствием прямого силового воздействия (удар, толчок) и значительно
чаще — результатом непрямого силового воздействия. При этом типичными ме ханизмами травм являются
следующие:
компрессия по продольной оси, например, при падении на ягодицы; гиперэкстензия или гиперфлексия,
что обычно имеет место при прыжке вниз головой и ударе о грунт (рис. 18.21). ротационные травмы в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
120
сочетании с гиперэкстензией или гиперфлексией, что имеет место при повреждениях, имеющих механизм
хлыстового удара. Во всех случаях последствия травмы проявляются во всем двигательном сегменте, под
которым Н. Junghanns (1971) понимает тело позвонка с его суставными отростками, поперечными и остистыми
отростками, а также соответствующие межпозвоночные диски. Механическая выносливость тела позвонка на
разных участках различна, и в шейном отделе она составляет лишь 25% от прочности на сжатие в 730 кгс,
которой обладает поясничный отдел позвоночника. Межпозвоно чные диски еще устойчивее и выносят сжатие
по оси в 1500 кгс. Прочность при сгибании, напротив, значительно ниже. При медленной гиперфлексии
дорсальные продольные связки разрываются с одновременными микроразрывами межпозвоночных дисков при
500 кгс, а в условиях гиперэкстензии уже при 100 кгс образуются грыжи дисков L5—S, (С. Tuisch, S. Ulrich,
1973). Торсионная прочность тел позвонков составляет 255 кгс, а межпозвоночных дисков — 460 кгс (С.
Tuisch, S. Ulrich, 1973). Относительно распределения функциональной нагрузки на позвоночник можно сказать,
что на человека массой 70 кг при прыжке на твердый грунт с высоты 50 см с ускорением в 6—8 gдействует
сила в 240—320 кгс, при падении на ягодицы с ускорением в 10— 20 g действует сила в 400—800 кгс, а при
поднятии тяжести массой 50 кг в положении наклона вперед — 700 кгс (Н. Krayenbuhl et al., 1967). Чем сильнее
сжатие межпозвоночного диска во время функциональной нагрузки, тем легче он подвергается воздействию даже незначительной травмы. Повреждения тел позвонков чаще возникают при непрямом механизме травмы:
осевая нагрузка на позвоночник, резкое или чрезмерное сгибание его или (реже) разгибание. Иногда могут
сочетаться два или даже три типа нагрузки. Например, при так на зываемом хлыстовом механизме травмы
сочетаются резкое сгибание и разгибание шейного отдела позвоночника при наезде на машину, резком
торможении,
падениях
велосипедистов-шоссей-ников,
горнолыжников
и
т.
д.
(рис.
18.22).
У взрослых чаще повреждаются позвонки в зоне перехода
одной физиологической кривизны в другую, т. е. нижние шейные и верхние грудные, нижние грудные и
верхние поясничные позвонки (см. рис. 18.22).
Повреждения тел позвонков делятся на две большие группы: стабильные (рис. 18.23) и нестабильные
повреждения
(рис.
18.24).
Вывихи
чаще встречаются в шейном отделе, в то время как в грудном и поясничном преобладают переломы и
переломовывихи. Переломы тел позвонков возникают при компрессионной травме и травме со сгибанием
позвоночника, они наблюдаются во всех видах спорта, так же как случайные повреждения после падений.
Спонгиозный слой позвонка ступенеобразно сжимается, гася дей-ствуюущую силу. Это приводит к плоской
или клиновидной деформации с краевым переломом или без него, а также к взрыво -образному прорыву
пульпозного ядра в покровную или основную пластинку тела позвонка. Вывихи и переломовывихи тел
позвонков в 2/3 случаев встречаются в шейном отделе позвоночника, так как этот отдел из-за большой
мобильности менее устойчив к травмам от чрезмерного сгибания, разгибания и то рсии. Меньшая устойчивость
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
121
тел позвонков к компрессии также играет патогенетическую роль. Межпо звоночные диски при всех
подобных повреждениях разрываются и их осколки также могут стать причиной компрессии спинного мозга
или корешков, как и костные отломки. Травматические повреждения межпозвоночных дисков.
Межпозвоночный диск представляет собой хрящевое соединение тел смежных позвонков. Он отсутствует
между первым и вторым шейным позвонками. Каждый диск состоит из двух частей, посте пенно переходящих
друг в друга — волокнистого (фиброзного) кольца и студенистого ядра. Межпозвоночный диск следует
рассматривать как полусустав, в котором пульпозное ядро, содержащее жи дкость типа синовиальной,
сравнивают с полостью сустава, гиалиновые пластинки тел позвонков — с суставными поверхностями, а
фиброзное кольцо рассматривают как капсулу сустава; имеется и связочный аппарат (рис. 18.25). Для
фиброзного кольца диска модуль упругости зависит от нагрузки. В продольном направлении при изменении Р
от 350 до 1500 Н модуль упругости изменяется от 57-106 Па до 105 106 Па, а в поперечном направлении — от
14,5-16 Па до 26,2-106 Па.При наклонах и поворотах туловища происходит смещение сту денистого ядра диска
в сторону, противоположную наклону, и фиброзное кольцо выпячивается. Часть диска будет сжата, а часть —
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
122
растянута. При поворотах позвоночного столба под углом больше 20°, диск может разрушиться.
Внутридисковое давление зависит от позы. В положении лежа на боку оно составляет (3,3 ± 0,2)107 Па, в
положении сидя (8,6 ± 0,4)-107 Па, в положении стоя оно повышается на 20—40%.
При нагружении диска разрушается его гиалиновая пластинка (см. рис. 18.25), а с ростом нагрузки
происходит разрыв фиброзного кольца.
При функциональной недостаточности позвоночника, которая появляется чаще все го при дегенерации
диска, когда его амортизационная способность значительно понижена, в момент разгиба ния тело
вышележащего позвонка смещается назад (чего в норме не наблюдается). Из-за патологической подвижности и
постоянноймикротравматизации тел смежных позвонков (отсутствие амортизации) развивается склероз
замыкательных пластинок, предотвращающих повреждение костных балок (рис. 18.26).
Повреждения спинного мозга в спорте составляет 2,5%, а в быту — 20—30%. Они сопровождаются
характерными рефлекторными нарушениями, расстройствами двигательных функций и потере чувствительности, на основании чего можно определить уровень верхнего травмированного сегмента (рис. 18.27 и
18.28). Особенно часто наблюдается повреждение в области С5, Д4, Д10иЦ.
Травматические вывихи в тазобедренном суставе составляют около 2% всех вывихов (рис. 18.29).
Механизм возникновения вывиха — чаще всего непрямое значительное усилие, при условии, когда бедро
внезапно резко ротируется внутрь и приводится, а также при значительном прямо м силовом воздействии
(падения у альпинистов, горнолыжников, мото- и автоспортсменов и др.).
Травматический вывих надколенника возникает чаще всего вследствие падения на коленный сустав, при
ударе твердым предметом по коленному суставу или при изменении тяги мышц-разгибателей голени. Большое
значение для вывиха имеет ряд предрасполагающих моментов: отношение голени кнаружи, более развитый
внутренний мыщелок бедра и неправильное направление четырехглавого разгибателя голени по отношению к
связке надколенника. Вывихи надколенника происходят чаще у женщин. Отмечается латеральное смещение,
что связано с Х-образным положением нижних конечностей (см. рис. 16.2) и тягой четырехглавой мышцы
бедра в соответствии с параллелограммом сил.
Подтаранный вывих стопы. Вывих происходит в таранно-пя-точном и таранно-ладьевидном сочленениях
в случаях непрямого механизма травмы. При подтаранном вывихе стопа чаще всего смещается внутрь или
назад и внутрь — внутренний и зад-не-внутренний вывих (рис. 18.30).
Перелом шейки бедра чаще встречается у пожилых людей. Это связано с уменьшением шеечно диафизарного угла, плохим кровоснабжением (артерия круглой связки, как правило, облитери-рована).
Шеечно-диафизарный угол у пожилых людей с годами уменьшается, в связи с этим большая нагрузка
приходится на шейку бедра, поэтому легко возникает ее перелом.
Переломы диафиза бедра. Также как и при других диафизарных переломах, переломы бедра возможны
при различных вариантах
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
123
прямого и, непрямого механизмов травмы. Направлением и точкой приложения травмирующего
действия определяются характер и уровень перелома.
Соответственно уровню перелома различают переломы бедра в верхней, средней и нижней третях (рис.
18.31).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
124
Частота переломов голени в среднем колеблется в пределах 30%. Наиболее часты переломы голени в
нижней трети. Переломы могут быть открытыми и закрытыми, в зависимости от механизма травмы (рис. 18.32).
Чаще встречается перелом обеих костей. На характер перелома, его конфигурацию и наличие смещения
в той или иной степени влияет не только механизм травмы, но и мышечная тракция.
Механизм травмы может быть прямым и непрямым (рис. 18.33). Выделяют три подгруппы переломов:
супинационные, пронацион-ные и сгибательно-разгибательные переломы (рис. 18.34).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
125
При супинационных переломах стопа, поворачиваясь внутрь, натягивает связки, соединяющие
латеральную лодыжку с костями стопы, что влечет за собой отрыв наружной лодыжки. Если травмирующая
сила продолжает действовать, внутренняя боковая поверхность таранной кости упирается во внутреннюю лодыжку, отламывая ее под углом снизу вверх.
Переломы лодыжек довольно частая травма в спорте. В зависимости от механизма и длительности
травмирующей силы переломы этого вида могут быть в самых различных сочетан иях: изолированные
переломы одной или двух лодыжек, двух лодыжек с отрывом заднего или переломом пере днего краев
большеберцовой кости, с подвывихом или вывихом стопы в различных направлениях, ко торые могут
сопровождаться разрывом синдесмоза.
Пронационные переломы возникают в результате пронации стопы. При этом связки, идущие от
медиальной лодыжки к костям стопы, натягиваются и отрывают внутреннюю лодыжку (иногда разрываются и
сами связки).
Пронационные переломы часто сопровождаются повреждением межберцового сочленения.
Влияние физических нагрузок на суставы.
За время жизни человек делает (0,5—0,7)-109 движений в крупных суставах рук, 6-109 движений
пальцами рук (к примеру, шины современного автомобиля изнашиваются после 25—30 млн оборотов). При
ходьбе, беге, рабочих движениях кости, хрящи суставов, мышцы, сухожилия подвергаются нагрузке, однако
напряжения в кости редко превышают 50 МПа. Нагрузка на суставы зависит от общей массы тела. К примеру,
при ожирении суставы человека подвергаются большим воздействиям.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
126
При обычной ходьбе в фазе 15% от начала опорного цикла возникает изгибающий момент на голень
человека величиной около 50—60 Н-м, в фазе 45% от начала опорного цикла значение изгибающего момента
возрастает до 90—130 Нм (A. Capazzo et al., 1984). Изгибные деформации голени разнообразны (рис. 18.35).
Они могут возникать от вибраций на частотах собственных колебаний костей, вызванных, например, ударом,
при соприкосновении пятки с землей (особенно без обуви). В начале опорной фазы удар ная волна проходит
через кость, причем линейное ускорение достигает 20—80 м/с2 длительностью 15—25 мс (L. Light et. al. 1980).
При скорости ходьбы 1м/с нагрузка в тазобедренном суставе может достигать 6 кН, что на порядок выше веса
тела (D. Gebauer, Н. Orley, 1978).
В спорте высших достижений ускорения намного выше, что ведет к значительным, хотя и
кратковременным, нагрузкам на биомеханические системы. Например, во время бега отрицательное ускорение
голени достигает 500 м/с2, а в конце удара при исполнении приемов карате — даже 4000 м/с2 (S. Wilket et. al.,
1983).
При спринтерском беге, прыжках в длину, тройным и в высоту вертикальная составляющая силы
опорных реакций достигает 5— 7 кН, а горизонтальная — до 3—4 кН. Соответственно резко возрастают
нагрузки на все суставы и сухожилия (табл. 18.1).
Например, сила на поверхности голеностопного сустава может достигать 9000 Н. Это значит, что
ахиллово сухожилие создает противодействующий момент в сагиттальной плоскости до 300 Нм и тягу до 6000
Н. Напряжение растяжения достигает 60 МПа — около 60% предельно допустимого. Во время прыжков в
длину напряжение в сухожилии может достигать 73—75 МПа, что еще ближе к предельным значениям.
Особенности механизма повреждения коленного сустава обусловлены анатомическими и
функциональными его особенностями, а также видом и тяжестью травмы. Выделяют острые и хронические
травмы (подвывихи, микротравмы), прямое и непрямое силовое воздействие. Наиболее частой причиной
повреждений коленного сустава в спорте являются падения с поворотом при фиксированной стопе и слегка
согнутом суставом (рис. 18.36).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
127
Такой механизм травмы типичен для футбола (рис. 18.37), дзюдо, самбо, горнолыжного спорта,
баскетбола, гандбола и др. Действие сил в зонах, расположенных ниже границы разрыва суставной сумки и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
128
связок, гиалинового суставного хряща и волокнистого хряща менисков при повторных микротравмах может
привести к дегенеративным тканевым изменениям.
Дегенеративные изменения в мениске вследствие хронической перегрузки, например, у футболистов,
могут привести к разрывам мениска от подчас миним альной травмы.
На рис. 18.38 и рис 18.39 представлены типичные виды травм.
На рис. 18.40, сравнивая взаимное положение отметок на суставных поверхностях, можно видеть
результат влияния связок на движения костей: взаимное движение поверхностей гиалинового хряща состоит из
обкатывания со скольжением. При сгибании колена бедренная кость сдвигается назад относительно большеберцовой кости с проскальзыванием, начинающимся пр иблизительно с 15—20° поворота и заканчивающимся
незадолго до конца сгибания; при разгибании бедренная кость смещается вперед. Вследствие этого нельзя
указать определенную ось вращения в суставе: для каждого положения костей имеется своя мгновенная ось
вращения. При этом в переднем положении бедра оси вращения значительно смещаются кверху благодаря
меньшей кривизне переднего края поверхности мыщелков. Это способствует наряду с действием связочного
аппарата «запиранию» колена в выпрям ленном положении, что важно для противодействия нагрузки при
локомоциях (движениях) (R. Fick, 1911). Так как сочленованные поверхности не соответствуют друг другу по
форме, то в каждый момент соприкасаются только небольшие участки поверхностей. Площадь контакта
несколько увеличивается за счет двух менисков
полулунной формы, лежащих по наружным краям мыщелко в. Движение участков контакта при
перекатывании и скольжении способствует лучшей смазке (С.Н. Barnett et al.,
Повреждения менисков (рис. 18.41) — наиболее частый вид травмы коленного сустава. В 80% случаев
повреждается внутренний мениск и в 20% — наружный. Чаще всего мениски повреждаются вследствие
ротационных напряжений при нагрузке согну того колена (см. рис. 18.36, 18.42). Отсутствие кровоснабжения
полулунных хрящей является причиной их плохого срастания.
Биомеханика повреждения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
129
Существенными функционально-анатомическими особенностями менисков, которые определяют
относительно частое их повреждение являются следующие:
воздействие «клещей мыщелков» на передний рог при выпрямлении из положения на носках;
прочное волокнистое сплетение медиального мениска с медиальной боковой связкой;
патологические образования — такие, как дискоидный мениск и ганглии;
относительно хорошее состояние кровоснабжения околокап-сульной зоны, в то время как свободный
край мениска, впадающий в сустав, не имеет кровеносных сосудов.
Повреждения боковых связок коленного сустава. Чаще всего встречаются растяжение, частичный или
полный разрыв боковых связок коленного сустава. Повреждения боковых связок могут про изойти вследствие
торсии в сторону или насильственном движении в сторону голени.
Полный разрыв боковых связок происходит от сочетания движений отведения или приведения голени в
разогнутом положении коленного сустава с элементами наружной ротации голени (рис. 18.42).
Механика повреждения крестообразных связок — силовое воздействие на мыщелки большеберцовой
кости либо мыщелки бедра и торсии (мотоспорт, хоккей с шайбой, футбол, горнолыж ный спорт и др.).
Передняя крестообразная связка, повреждается в 30 раз чаще, чем задняя.
На рис. 18.43 показан механизм повреждения крестообразных связок.
При любом переломе сустава происходит также повреждение суставного хряща. Кроме того, он страдает
при травмах со встречным и компрессионным действием.
При
неправильной нагрузке на хрящевые поверхности коленного
сустава, вследствие
посттравматического нарушения механики сустава, или при вторичных структурных нарушениях, также
травмируется суставной хрящ (рис. 18.44).
Перелом надколенника происходит чаще всего в результате прямой травмы — падения на колено или
удара по надколеннику, реже — вследствие чрезмерного напряжения четырехглавой мышцы. Переломы
надколенника могут носить различный характер: чаще поперечные, реже оскольчатые, звездчатые и т. д. (рис.
18.45).
Переломы таранной кости (рис. 18.46). Механизм перелома, как правило, не прямой — падение с высоты
на ноги, резкое торможение автомашины при упоре ступнями в ее пол или рычаги управления и т. д.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
130
Перелом пяточной кости. Механизм, как правило, прямой. Чаще всего перелом наступает при
падении с высоты на область пяток (рис. 18.47). В этом случае возможен перелом обеих пяточных костей.
Однако наиболее часты компрессионные переломы пяточной кости (рис. 18.48).
При компрессионном переломе пяточной кости со смещением уплощается свод стопы, нарушаются
взаимоотношения суставных поверхностей в таранно-пяточном и пяточно-кубовидном сочленениях. 18.2.
Биомеханика инвалидов-спортсменов При патологии ЦНС и ОДА главными симптомами являются нарушения
координации движений, мышечный дисбаланс и др.
Движение — одно из основных проявлений
жизнедеятельности. Все важнейшие функции организма — дыхание, кровообращение, глотание,
мочеиспускание, дефекация, перемещение тела в пространстве — реализуются в конечном счете сокращением
мускулатуры. Движение всегда имеет рефлекторную природу.
Обеспечение координации движений требует четкой и непрерывной обратной афферентации,
информирующей о взаимоположении мышц, суставов, о нагрузке на них, о ходе выполнения траектории
движения. Центром координации движений является мозжечок. Естественно, однако, что координация
движений обеспечивается также деятельностью корковых центров, экстрапирамидной системы, афферентных и
эфферентных путей.
Импульсы от проприорецепторов, сигнализирующие о положении тела в пространстве, идут к
межпозвоночным ганглиям, где лежат первые нейроны, аксоны которых поступают через задние корешки в
спинной мозг. Обратные эфферентные сигналы от стриопаллидар -ной системы проходят к мускулатуре через
рубро-спинальные, вес-тибуло-спинальные, текто-спинальные, ретикуло-спинальные пути, а также через
задний продольный пучок к мышцам глаза.
Произвольное сокращение той или иной мышцы обеспечивает кортико -мускулярный путь. Однако для
выполнения законченного двигательного акта требуется согласованное участие многих мышц. Простейшее
движение — поднимание руки — обеспечивается сокращением мышц плечевого пояса, но одновременно и
мышц туловища, и нижних конечностей, восстанавливающих правильное положение центра тяжести (ЦТ) тела.
При проведении тренировок или лечебной гимнастики, необхо димо учитывать состояние мышечного
тонуса занимающегося.
Мышечный тонус — рефлекс, имеющий свою рефлекторную дугу (гамма-нейрон переднего рога —>
проприоцептор — чувствительная биполярная клетка спинального ганглия -» альфа-малый нейрон переднего
рога, отдающий импульс мышце и вновь гамманейрону —» проприоцептор —> чувствительная клетка —»
альфа-малый нейрон и т. д. по обратной'связи, создающей систему сегментарной саморегуляции). Мышечный
тонус можно условно назвать «рефлексом на проприоцепцию», «ответом мышц на сам оощущение».
Относительное постоянство мышечного тонуса обеспечивается согласованной работой трех основных
звеньев рефлекторной дуги: альфа-нейрона, гамма-нейрона и проприоцептора (мышечного веретена).
Функциональная перегрузка альфа-малого нейрона, сопровождающаяся повышением мышечного тонуса,
влияет на состояние гамма-нейрона, который повышает порог восприятия проприоцеп-тора и таким образом
снижает приток афферентных импульсов к альфа-малому нейрону. Альфа-малый нейрон «разгружается» и
нормализует мышечный тонус, гамма-нейрон активизируется и усиливает афферентную «нагрузку» на альфа малый нейрон.
Состояние мышечной системы существенно влияет на тренировочный процесс, особенно при тренировке
инвалидов-спортсменов. Мускулатура может находиться в различном функциональном состоянии. Так, при
мышечной гипотонии (снижении мышечного тонуса) непроизвольное напряжение мышц уменьшается или не
ощущается совсем, мышцы становятся дряблыми, наблюдается «разболтанность» суставов с увеличением
объема движений в них за счет переразгибаний.
Снижение мышечного тонуса свидетельствует о поражении сегментарного аппарата, рефлекторной дуги,
периферического двигательного нейрона.
Мышечная гипертония проявляется в виде спастического по вышения тонуса при центральном параличе
в виде пластической гипертонии (ригидности) при поражении паллидарной системы.
При многих заболеваниях большое значение имеет оценка (определение) функциональных способностей.
Она определяется путем наблюдения за тем, как больной выполняе т привычные функции (ходьба, сидение,
одевание и раздевание, надевание обуви и т. д.). Важнейшую роль в определении функции играет походка
человека, по которой иногда можно поставить диагноз (например, походка при параличе, сколиозе, привычном
вывихе бедра и др.).
Длительное напряжение мышцы приводит к ее утомлению и неспособности совершать работу.
Поступление нервных импульсов к мышце может быть нормальным, однако механическое сокращение мышцы
в ответ на эту импульсацию угнетено вследствие истощения основного источника энергии — АТФ.
Например, гемипарез, паралич (полиомиелит, инсульт и др.) приводят к утрате мышцей способности к
сокращению и к атрофии мышц. Многие заболевания ЦНС (болезнь Паркинсона, ДЦП и др.) сопровождаются
тяжелыми нарушениями мышечной деятельности — судорожным сокращением, тремором и тетанусом, хотя
сами мышцы при этом не изменены.
Судороги мышц у инвалидов-спортсменов довольно частое явление, они возникают из-за ухудшения
питания (метаболизма), нарушения микроциркуляции, гипоксии, накопления продуктов метаболизма (лактат,
мочевина, пируват и др.), накопления гис-тамина и как результат — спазм, нередко с болевым симптомом (с
болью), с нарушением координации.
Расстройство движений следует отличать от нарушений подвижности, которые вызываются
повреждениями или заболеваниями ОДА и обусловлены механическими препятствиями, не позволяющими
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
131
выполнять определенные движения (например, перелом, вывих, рубцовая или другая контра ктура), а часто
просто резкой болезненностью при попытке произвести движения.
Расстройство движений возникает при поражении (травме, воспалительном процессе, кровоизлиянии,
опухоли) различных структур нервной системы, участвующих в управлении, регулировании или формировании
произвольных двигательных реакций. Харакер и степень расстройства движений определяются локализацией
повреждений (см. рис. 18.27; 18.28). При поражении центров головного мозга, управляющих произвольными
движениями, двигательных клеток спинного мозга или периферических нервов, соответствующие движения
утрачиваются полностью или частично (см. рис. 2.15). При всех этих нарушениях уменьшается мышечная сила,
ограничивается объем движений. Другой тип расстройства характеризуется избыточными непроизвольными
движениями — гиперкинезом. Чаще всего это дрожание. У одних оно появляется только в покое и тогда бывает
мелкоразмашистым и ритмичным, например, при паркинсонизме. У других — крупноразмашистым,
возникающим при сознательных целенаправленных движениях рук и ног: больной не может взять предмет в
руки, ему трудно пользоваться столовыми приборами, писать и выполнять какую-либо работу. Такое бывает
при поражении мозжечка. Дрожание может быть только в одной руке или охватывает все тело.
Дрожание не всегда признак заболевания нервной системы. Так, например, мелкое дрожание пальцев
вытянутых рук наступает при тиреотоксикозе. Дрожание рук бывает при хроническом отравлении ртутью,
свинцом, наркотиками, при хроническом алкоголизме.
К гиперкинезам относятся также непроизвольные движения при хорее. Особым типом двигательных
расстройств является нарушение координации движений (атаксия). Больной, страдающий атаксией, не может
писать, играть на музыкальных инструментах, выполнять мелкую, требующую большой точности работу, а по
мере прогрессирования заболевания полностью утрачивает трудо способность, даже возможность
самообслуживания. Координация
движений страдает и при нарушении чувствительности. Дело в том, что для организации движений
необходима постоянная информация о положении частей тела, непрерывно поступающая от мышц, связок и
суставов в центры мозга. При расстройствах чувствительности информация прекращается и правильная
организация движений становится невозможной.
Нарушения движений врач лечит в зависимости от вызвавшего их заболевания. Но в любом случае
включаются специальные комплексы лечебной гимнастики, элементы спорта, тренажеры, гидро -кинезотерапия
с целью увеличить силу мышц, объем движений, сделать движения более точными, координированн ыми.
Полиомиелит
Сущность заболевания — поражение спинного мозга, преимущественно его передних рогов.
Параличи имеют вялый характер, тонус мышц понижен или отсутствует, сухожильные и надкостничные
рефлексы не вызываются или снижены; мышцы подвергаются атрофии.
Помимо вялых параличей при полиомиелите могут наблюдаться пирамидные симптомы, обусловленные
локализацией процесса в двигательной коре или связанные с экссудативно-геморрагическими явлениями по
ходу кортико-нуклеарных и кортико-спинальных путей.
Полного восстановления при реабилитации может не наступить. Выраженные двигательные нарушения
часто остаются у людей, заболевших в раннем детстве, так как паретическая конечность значительно отстает в
росте даже после достаточного восстановления силы и объема активных движений (рис. 18.49).
При поражении поясничного отдела спинного мозга наблюдатся паралич мышц нижних конечностей:
четырехглавой мышцы (рис. 18.50), аддукторов, ягодичных мышц, а также мышц голени, обеспечивающих
различные движения стопы, благодаря чему развивается ее деформация.
Обычно на нижней конечности наступают сгибательные, отводящие и ротационные контрактуры
(кнаружи) в тазобедренном суставе, сгибательные — в коленном суставе; стопа чаще всего находится в
положении отвисания под тяжестью одеяла, кроме того ее деформация зависит от выпадения функции
отдельных мышц: при параличе разгибателей стопы возникает конская стопа, паралич малоберцовых мышц
ведет к варусной стопе, паралич больше-берцовой — к вальгусной или плоско-вальгус-ной, паралич трехглавой
— к пяточной стопе. При слишком ранней нагрузке на парализоанную ногу легко наступает растяжение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
132
связочного аппарата и сумки коленного сустава, развитие рекурвации его. Для нормализации походки
используют протезирование.
Протезирование: туторы, аппараты, ортопедическая обувь, корсеты;при полном параличе нижних
конечностей — коляски.
Механика движений при параличе нижней конечности. У больных изменена походка в связи с
укорочением конечности и атрофией мышц парализованной ноги. При использова нии биомеханических
методов исследования за эффективностью тренировок у инвалидов-спортсменов используют подографию,
ангуло-графию, электромиографию и другие методы.
Подография — коэффициент ритмичности ходьбы (т. е. отношение времени переноса здоровой
конечности ко времени переноса больной ноги при одностороннем параличе) приближается к единице;
увеличивается длина шага, возрастает степень опоры на пораженную конечность и др.
Ангулография — углы сгибания и разгибания в суставах нижней конечности начинают приближаться к
норме. Но изменения имеются — парализованная нога как бы немного приволакивается, т. е. медленнее
выносится вперед, и опора на нее кратковременна. Если инвалид-спортсмен тренируется в беззамковых
аппаратах,, то определяется нормализация рисунка ходьбы и времени на пре одоление того же самого отрезка
пути.
Тренировки в аппаратах дают возм ожность избежать осложнений — таких как рекурвация коленного
сустава, ротация голени кнаружи и др. В последующем тренировки необходимо проводить в ортопедической
обуви, или при тейпировании, так как обувь и тейпы компенсируют укорочение и нефиксированные паралитические установки стопы (варус, вальгус, пяточное положение, отвисание стопы и т. п.).
Если во время тренировки (за исключением плавания) не пользоваться аппаратами, ортопедической
обувью, тейпами, то могут развиваться вредные приемы компенсации, вследствие чего состояние мышц
ухудшается и могут развиться и закрепиться различные деформации.
Детский церебральный (центральный) паралич (ДЦП)
Характерен спазм мышц конечностей, нарушение двигательной и чувствительной функций, появление
контрактур (обычно сгиба-тельно-приводящего типа) и др. Отмечается также повышение сухожильных
рефлексов, появление патологических рефлексов, повышение мышечного тонуса (гипертонус отдельных
мышц), понижение мышечной силы и работоспособности, нарушение координации движений, акта стояния и
ходьбы, наличие непроизвольных движений, синкинезий и т. п.
В зависимости от распространенности патологического процесса различают: монопарез — поражение
одной конечности, гемипарез — нарушение функции одноименных верхней и нижней конечностей, парапарез
— нарушение функции нижних конечностей, трипарез —■ поражение 3-х конечностей, тетрапарез —
нарушение двигательных функций всех 4-х конечностей. Обычно у больных обе нижние конеч ности
ротированы внутрь и приведены, в коленных суставах сгибательные контрактуры, стопы эквино-варусные или
плоско-вальгусные и т. п.
Биомеханические нарушения локомоций связаны с гипертонусом мышц, нарушениями координации
движений, контрактурами в суставах нижних конечностей и др. У больных изменена биомеханиче ская
структура ходьбы — генез этих нарушений связан с поражением центральной нервной системы (ЦНС).
При исследовании механики ходьбы выявлены существенные нарушения, и в основном во временных
показателях (сокращение периода переноса, увеличение фазы опоры на носок и уменьшение фаз опоры на всю
стопу), редукция угловых перемещений, скоростей и ускорений, уменьшение, а иногда и стертость максимумов
на динамограммах.
Особенностями ходьбы являются также наличие постоянного начального угла в суставах (из -за
гипертонуса мышц, контрактур), выраженные колебания туловища относительно разных плоскостей.
При спастическом гемипарезе выявлена асимметрия стояния и ходьбы. Наличие укорочения нижних
конечностей за счет контрактур и спастики мышц ведет к перекосу таза и развитию сколиоза (см. рис. 16.1;
18.56).
У больных с ДЦП нарушены позы стояния, это связано с изменением общего центра тяжести (ОЦТ). В
связи с изменением проекции ОЦТ нагрузка на каждую ногу при удобной стойке несимметрична. Особенно
ОЦТ меняется при ходьбе, беге и других локомоциях. Неустойчивость походки связаны с выходом (изме нением) за пределы границы нормы ОЦТ.
В пробе Ромберга выявляется устойчивость больного, она, как правило, низкая, а после физических
нагрузок (после тренировок) она снижается еще в большей степени по сравнению со здоровыми людьми.
Сохранение вертикального положения связано с проприо -рецепцией, которая у больных с ДЦП нарушена.
У больных с ДЦП выявлены нарушения биомеханической структуры ходьбы и особенно бега, где имеет
место спазм мускулатуры и падения больного.
*По данным ЭМГ мышц нижних конечностей, активность мышц у больных с ДЦП значительно
превышает активность мышц у здоровых людей. В большей степени повышение тонуса мышц наблюдается У
больных с ДЦП в игровых видах спорта (футбол, баскетбол, ручной мяч и др.), в легкой атлетике (бег, прыжки
и др.), и в меньшей степени — в плавании.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
133
Сирингомиелия
В основе заболевания лежит дефект развития центрального канала спинного мозга, глиоз серого
вещества с образованием полостей, которые могут распространяться как по поперечнику, так и по всей длине
спинного мозга (рис. 18.51). Преимущественная локализация процесса — шейный и грудной отделы спинного
мозга. Симптоматика: боли, парестезии в руках, в грудной области; в дальнейшем появляется выпадение
болевой и температурной чувствительности при сохранении глубокой и тактильной (поражение задних рогов и
передней спайки); цианоз, сухость кожи, деформация суставов и другие симптомы.
Важным симптомом являются атрофические параличи мышц дистальных отделов руки (поражение
передних рогов).
Отмечено нарушение движений верхней (пораженной) конечно сти. Снижается мышечная сила, тонус
мышц, амплитуда движений, координация движений во время ходьбы и др. В связи с этим наблюда ется
нарушение осанки (смещение надплечья). Смещение надплечья особенно выражено при выполнении
физических упражнений, а при возникновении утомления (переутомления) это выражено в большей степени.
В связи с вялым параличом верхней конечности нарушается структура ходьбы, координация дв ижений,
особенно в плавании, играх (волейбол и др.).
При занятиях физкультурой, лечебной гимнастикой и спортом, необходимо учитывать кинематику
локомоций у больного.
Наиболее часто для тренировки используют симметричные упражнения для верхних конечностей
(упражнения с гимнастической палкой, у гимнастической стенки и др.), а также тренировки на третбане, ве лоэргометре, в бассейне и др.
Ампутация конечности (конечностей)
Ампутацией называют усечение конечности на протяжении кости (костей). При ампутации (особенно
нижней) конечности для восстановления функции опоры и движения осуществляется протезирование.
Параметры протеза (аппарата) должны отвечать биомеханическим характеристикам. Восстановление функции
опоры и движения предполагает ходьбу.
С позиции биомеханики существуют общие закономерности, отичающие норму ОДА от патологии. Так,
при ампутации конечности (конечностей) перемещается (смещается) общий центр масс (ОЦМ) человека (см.
рис. 5.5, рис. 17.48).
Знание основ биомеханики необходимо тренеру (методисту ЛФК) при проведении тренировок с
инвалидами-ампутантами, занятиях ЛФК, обучении ходьбе.
Протезирование конечностей
Ходьба на протезе отличается заметной асимметрией изменения межзвенных углов сохранившейся и
протезированной конечностей. При ходьбе у человека возникают силовые факторы, называемые главным
вектором и главным моментом сил реакции опоры. Типичные графики вертикальной и продольной
составляющих главного вектора опорной реакции при ходьбе в произвольном темпе в норме представлены на
рис. 15.18. Для графика вертикальной составляющей главного вектора опорной реакции характерно наличие
вершин, соответствующих переднему (опора на пятку) и заднему (отталкивание передним отделом стопы)
толчкам. Амплитуда этих вершин превышает массу человека и достигает 1,1 — 1,25Я (Р — масса человека).
Продольная составляющая тоже имеет две вершины разных знаков: первая, соответствующая переднему
толчку, направлена вперед; вторая, соответствующая заднему толчку, направлена назад. Максимум продольной
составляющей главного вектора опорной реакции достигает 0,25Р.
Еще одна составляющая главного вектора опорной реакции — поперечная. Она возникает при
переступании с одной ноги на другую, и ее максимум достигает 8—10% массы человека. При ходьбе на протезе
также характерна заметная асимметрия между опорными реакциями сохранившейся и протезированной
конечностей.
Так, при односторонней ампутации голени на 20—25% увеличивается амплитуда угла в ТБС
сохранившейся и протезированной конечностей, а при односторонней ампутации бедра возрастает амплитуда
этого угла только на протезированной конечности. Меж-звенный угол в коленном шарнире (КШ)
протезированной конечности в интервале опоры равен нулю, так как отсутствует характер ное для нормы
подгибание в коленном суставе в начальный момент переднего толчка (рис. 18.52).
Асимметрия ходьбы на протезе проявляется в аритмии шагов: опорный период на протез меньше
опорного периода на здоровую ногу. Для количественной оценки этой аритмии вводится коэффициент
ритмичности, равный отношению продолжительности опорных периодов протезированной и здоровой
конечностей.
Энерготраты при ходьбе в норме и на протезах. Ампутация части нижней конечности резко меняет
распределение энерготрат на мышцы здоровой и протезированной конечностей. Усечение одной кон ечности на
уровне голени приводит к потере ее мышечных энергоресурсов на 60—66%, а на уровне бедра — на 70—85%.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
134
В связи с этим оставшиеся мышцы сохранившейся конечности и культи работают в режиме
компенсаторных перегрузок. Расчеты показывают что инвалид, преодолевающий в день расстояние в 5 км, изза перегрузок нуждается в восполнении энергии, равной 18—20 МДж (при ходьбе в норме в тех же условиях —
5 МДж). Таким образом, одна лишь ходьба переводит инвалидов в категорию лиц, занятых тяжелым
физическим трудом.
На рис. 18.53 показана траектория перемещения ОЦМ тела человека при ходьбе в норме и на протезе
бедра в проекции на фронтальную плоскость.
При опоре на сохранившуюся конечность почти вдвое увеличивается вертикальная компонента —
подъем ОЦМ вверх, а при опоре на протезированную конечность более чем вдвое увеличивается поперечное
перемещение ОЦМ, появляется хромота.
Слепые (незрячие) и слабовидящие
В развитии двигательных функций, координации движений и фор мировании активной реакции большое
значение имеет мышечно-суставное чувство. У незрячих и слабовидящих оно нарушено из-за того, что страдает
зрительный анализатор. У них изменена походка в связи с отсутствием зрительного анализатора. Так, при
тестировании незрячих спортсменов выявляется нарушение координации движений, существенные нарушения
выявляются и во время ходьбы: уменьшается длина шага, отсутствует ритмичность движений нижних
конечностей, возрастает степень (фаза) опоры на всю ступню и др.
Тренировки незрячих спортсменов направлены на развитие различных видов чувствительности:
мышечно-суставной, тактильной, температурной и др.
Для повышения функционального состояния незрячих спортсменов используются тренировки на
велоэргометре, третбане (с фиксирующим поясом), в бассейне (с резиновыми поясами-амортизаторами со
звуковым сигналом), тренажерах и т. п. с учетом биомеханики.
Сколиоз с позиции биомеханики
Воздействие физических нагрузок на позвоночник приводит к повышению давления на вогнутой стороне
позвоночника, которое вначале амортизируется эластичностью межпозвонковых дисков. По мере развития
сколиоза, желатиновое ядро диска перемещается в выпуклую сторону, а фиброзное кольцо выпячивается в
вогнутую сторону и способствует образованию клювовидных выростов на теле позвонков.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
135
Межпозвонковый диск подвергается дистрофическим изменениям, теряются его амортизирующие
свойства. Длительная (усиленная) физическая нагрузка ведет к компрессии позвонков на вогнутой стороне с
задержкой их роста, а менее нагруженные отделы диафизарного хряща позвонков на выпуклой стороне
продолжают свой рост. Благодаря этому формируются клиновидная форма позвонков с вершиной на вогнутой
стороне деформации позвоночника, боковое искривление его и торсия. В связи с торсией позвоночника вокруг
вертикальной оси вершина клина расположена по диагонали позвонка, несколько кзади. Деформируются также
дужки, остистые, поперечные и суставные отростки позвонков; связочный и мышечный аппарат на выпуклой
стороне растягивается, на вогнутой контрагируется, образуются мышечные валики. Эти измен ения формы
позвонков сопровождаются смещением их в выпуклую сторону, что является также элементом торсии.
Ребра на выпуклой стороне искривления позвоночника в результате торсии деформируются с
образованием так называемого заднего реберного горба с расширенными межреберными промежутками.
Таким образом, сколиоз представляет собой сложную дефор мацию позвоночника в трех плоскостях:
фронтальной, сагиттальной и горизонтальной (см. рис. 16.1; 16.24).
Изменения во фронтальной плоскости характеризуется боко выми искривлениями позвоночника, в
сагиттальной плоскости — развитием усиленного поясничного лордоза и грудного кифоза, а в горизонтальной
плоскости — торсией позвоночника.
По форме сколиоз может быть с одной дугой искривления влево или вправо, S-образный — с двумя,
реже — с тремя дугами и тотальный S-образный (см. рис. 16.24).
Для учета течения сколиоза и результатов лечения необходимо клиническое обследование больного; при
этом определяются разная высота надплечий, асим метрия расположения лопаток, отклонение остистых
отростков от средней линии, наличие торсии по реберному горбу и мышечному валику; важна проверка
подвижности позвоночника, стабильность деформации при потягивании за голову. В положении больного стоя
выясняют косое стояние таза, наличие лордоза поясничного отдела позвоночника; в положении больного лежа
на спине исследуют состояние мышц живота, лежа на животе — состояние мышц спины. Важно определить
возможность коррекции деформации позвоночника.
Ротация позвонков определяется по отклонению остистых отростков, асимметрия дужек — на
рентгенограммах в фас. Величину реберного горба измеряют при наклоне туловища вперед и вниз прибором
Шультеса (рис. 18.54).
С помощью прибора гониометра Гамбурцева (в модификации Г.Л. Бесядовской) исследуют дефо рмацию
позвоночника в трех плоскостях: фронтальной, сагиттальной и горизонтальной.
При этом определяется: 1 — положение надплечий во фронтальной плоскости; 2 — положение таза во
фронтальной плоскости; 3 — глубина дуги сколиоза; 4 — величина девиации (угловое смещение С7 от базовой
линии во фронтальной плоскости); 5 — величина ротации (угол между линиями надплечий и таза в проекции
на горизонтальную плоскость); 6 — вершина угла ротации (точка пересечения линий надплечий и таза) и
проекции на горизонтальную плоскость; 7 — положение Т, и отклонение его от базовой (вертикальной) линии в
сагиттальной плоскости; 8 — глубина дуги кифоза в сагиттальной плоскости; 9 — глубина дуги лордоза в
сагиттальной плоскости (см. рис. 16.29).
Кроме того, искривление позвоночника м ожно определить с помощью отвеса (см. рис. 16.24),
опущенного от остистого отростка VII шейного позвонка.
Общая подвижность позвоночника при ротации составляет 120°, в том числе 5° — в поясничном отделе,
40° — в грудном и 75° — в шейном.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
136
В отличие от нормы (рис. 18.55) при сколиозе любой наклон позвоночника — боковой, переднезадний
или «косой», т. е. в произвольном направлении) — вызывает ротацию позвонка.
Принцип коррекции позвоночника и ее биомеханические особенности
С учетом механогенеза
деформаций позвоночника можно сформулировать основные принципы коррекции позвоночника при сколиозе.
Создание мышечного «корсета» путем тренировки в положении лежа и в висах, а также применение
электростимуляции, тренировок на спецтренажерах в бассейне.
Средства коррекции должны быть выбраны с учетом этиологии, топографии, возраста, степени
деформации и других факторов.
Различают следующие формы сколиоза в зависимости от его этиологии и патогенеза: врожденный,
диспластический, невроген-ный, статический и идиопатический.
Врожденный сколиоз развивается на почве изменений в костном скелете позвоночника.
Неврогенные сколиозы в основном возникают в результате перенесенного полиомиелита и причиной их
является нарушение мышечного равновесия со стороны как мышц спины, так и косых мышц живота. К группе
неврогенных относятся также сколиозы на почве миопатии, сирингомиелии, нейрофиброза, спастических
параличей и т. д.
Статические сколиозы возникают вследствие поражения какого-нибудь сустава нижней конечности,
чаще всего при анкилозе, коксартозе, врожденном вывихе бедра и т. д., т. е. поражении, способном давать
укорочение конечности с последующим стойким изменением позвоночника (рис. 18.56).
Идиопатическая форма возникает при нейродистрофических процессах, возникающих в мышечно й ткани
и по другим причинам.
Наиболее рациональной классификацией является деление всех больных сколиозом на две группы: с
врожденным заболеванием и с приобретенным. К врожденным сколиозам относятся: врожден ная аномалия
развития позвоночника, дисплазия позвоночно-крест-цового отдела, семейные сколиозы и другие, а к
приобретенным — рахитические, паралитические, статические и идиопатические.
Тяжесть сколиоза характеризуется степенью искривления, величиной угла основного искривления,
ориентируясь по рентгенограммам. В.Д. Чаклин выделяет четыре степени искривления: I —угол искривления
180—175°, II—175—155МИ—155—100е и IV — меньше 100°.
В зависимости от возраста, степени искривления, а также этио логии, назначают ЛФК (лежа, в висах,
тракция с применением упражнений в бассейне — специальные упражнения и плавание способом брасс), а из
видов спорта — плавание (способом брасс), тренировки в колясках и др. Чаще занимаются спортом при ско лиозе, возникающем при перенесенном полиомиелите.
Учет биомеханики является определяющим при проведении лечебной гимнастики, плавания и других
функциональных методах коррекции осанки. В случае несоблюдения законов биомеханики больному можно
нанести огромный вред.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
137
ЛЕКЦИЯ
№
8.
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ
И
ГРУППОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ
МОТОРИКИ
ЧЕЛОВЕКА.(Дифференциальная биомеханика)
В дифференциальной биомеханике рассматриваются в общем смысле либо индивидуальные, либо
групповые особенности моторики людей, отличающихся разным телосложением, разного возраста, разного
пола и, которые предпочитают различные варианты выполнения движения.
План лекции
1. Телосложение и моторика
2. Онтогенез моторики
3. Особенности моторики женщин
4. Двигательные предпочтения
Литература
1. В. М. Зациорский; Д. Д. Донской. Биомеханика, Физкультура и спорт, М., 1979, с. 214-235
2. В. К. Бальсевич. Онтогенез локомоторной функции человека. В сб. «Вопросы биомеханики
физических упражнений», Омск, 1974, с.7-19
1. Телосложение и моторика
Естественно этот вопрос можно рассматривать с разных точек зрения, в частности, с точки зрения
морфолога и с точки зрения биомеханика. Если морфолога, скажем, больше интересуют детали телосложения,
то биомеханика больше будет интересовать взаимосвязь между особенностями телосложения и особенностями
выполнения движений. Простой жизненный опыт показывает, что двигательные возможности людей в
значительной степени определяется особенностями их телосложения. Достаточно сравнивать двигательные
возможности бас-кетболистов с их гигантским ростом и штангистов низших весовых ка -тегории и сразу
становится ясным, что дальше доказательства не нужны. Можно напомнить, что к основным особенностям
телосложения относятся три группы признаков:
1 группа признаков, которая отличает особенности телосложения, это тотальные размеры тела или
общие размеры тела.
2 группа особенностей телосложения, это пропорция тела.
3 группа особенностей, это конституциональная конституция тела. Спортивной морфологией
накоплен в настоящее время уже большой фактический материал, и оно прекрасно изложено в книге
Э.Г.Мартиросова и Г.И.Туманяна
«Телосложение
и
спорт».
Материал
касается, особенностей
телосложения по всем трём группам признаков у спортсменов разной квалификация, возраста, вида спорта и
т.п. Ими рассмотрены только биомеханические аспекты этой проблемы, именно вопрос о влиянии этих групп
признаков на двигательные возможности людей. Но, прежде всего, следует напомнить, что мы сейчас приступаем
к рассмотрению вопроса о влияния тотальных размеров на моторику. Тотальные размеры тела определяются
следующими основными признаками: длиной тела, весо м и окружностью грудной клетки. Все остальные
признаки, характеризующие общие размеры тела, такие признаки как, например поверхность тела считаются
производными, дополнительными признаками. Таким образом, тотальные размеры тела, это как бы общая величина
тела (большой это человек или маленький). Но обратите внимание, что в спорте нам приходится иметь дело с
людьми, тотальные размеры, тела которых резко различны, это особенно касается таких видов спорта, где
существует деление на весовые категории. В одной команде по борьбе могут встретиться спортсмены весом
50кг и 150кг. То же самое мы можем встретить и в тяжелой атлетике. Это трехкратное различие размеров
накладывает соответствующий отпечаток на двигательные возможности человека. Например, если
рассматривать такие двигательные возможности, как мышечную силу, то известно, что с ростом весовых
категорий абсолютные сило-вые возможности человека растут, а относительные падают
Рост абсолютной силы с увеличением веса спортсменов послужил основой для делений их на весовые
категории в таких видах спорта, как бокс, борьба, тяжёлая атлетика, т.е. в тех видах спорта, где показатели силы
ИМЕЮТ существенное значение. Относительной силой называется величина силы, приходящаяся на 1кг веса тела.
абсолютная - сила
Относительная сила = ---------------------------------- : --------- г,
собственный - вес
С увеличением тотальных размеров, растёт абсолютная сила. Абсолютной силой называется сила,
показанная без учёта веса. Если относительная сила будет превышать 1 кг на I кг веса, то человек может себя
поднять. Если при подтягивании спортсмен весит 60кг, то он сможет подтянуть себя к перекладине только в том
случае, если проявит в этом движении силу большую на I кг веса. Можно привести пример о том, какова
относительная сила, проявляемая спортсменами в том или ином случае. В сборной СССР по гимнастике (во
времена выступления Азаряна) у Титова 0,94, а у Азаряна 1,3. Это приводило к тому, что Азарян выполнял до 5
крестов в комбинациях, 2 из них с дожиманием в упор. Чтобы удержать крест, можно иметь и несколько меньшую
силу на кг. веса, чем это наблюдалось у Азаряна. На графике мы видим, что с ростом веса спортсмена падает
относительная сила. В лёгком весе (60 кг) рекорд - 163; Вес Алексеева (2 тяжелый) - 150кг, рекорд 255кг. Если бы
у Алексеева была бы такая же относительная сила, как и в лёгкой весовой категории, то он должен был бы
толкать штангу около 400кг.
Каковы же биомеханические причины такой зависимости? Предположим, что мы имеем два человека,
один маленький, а другой большую (140см и 210 см). Они во всех отношениях равны, одинаково тренированы,
имеют одинаковое физическое развитие, их единственное различие состоит в том, что один из них в 1,5 раза
больше другого. Давайте, сравним теперь размеры этих людей (таблица 1).
Таблица
Линейные размеры
1,5 - длина тела, ширина, костные диаметры и.т. д.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
138
Поверхностные размеры
(1,5) =2,25 - поверхность тела, величина поперечников, диаметры аорты
и.т.д.
Объемные размеры
(1,5) = 3,375 -объем сердца, тела, желудка и.т.д.
Линейные размеры
1,5 - длина тела, ширина, костные диаметры и т.д.,
поверхностные размеры
(1.5)
-2,25' - поверхность тела, величина
некоторых
морфофункциональных показателей человека при увеличении тотальных размеров тела (Н).Показатель
Пропорционален
1. Абсолютная сила
Н2
2. Относительная сила
Н" 1
3. Механическая мощность
н2
4. Частота движений
н-'
5. Высота прыжка
н°
6. Скорость бега
н°
7. Стартовое ускорение
Н" 1
8. Жизненная емкость легких
н3
9. Максимальная легочная вентиляция
н2
10 . Максимальное потребление кислорода
н2
11 . Систолический объем крови
н3
В частности по силовым показателям Мартиросова и Туманяна. В работе Михайлова к Зациорского
исследована МПК у 60 борцов - членов сборной команды СССР и действительно МПК было пропорциально
квадрату линейных размеров тела. Ученики профессора Туманяна проверяли эту зависимость по данным мировых
рекордов почти за 50 лет и вывод этот подтвердили. И вот, несмотря, на примитивность анализа и предельное
упрощение, тем не менее эта зависимость достаточно хорошо подтверждается. Независимость скорости бега от
размеров тела также подтверждается в повседневной практике. Были спринтеры по 190см и были по 150.
Мерчесон, например. Действительно, маленькие люди, быстрее ускоряются, бегут с большей частотой шагов и т.п.
Но вот каковы биомеханические зависимости между размерами тела и двигательными возможностями людей?
Что касается зависимости между пропорциями тела, конституцией и двигательными возможностями людей, то
здесь с точки зрения учёного картина ясна, а с точки зрения педагога здесь положение очень сложное, ибо
отдельные факты с большим трудом укладываются. Основные положения, которые можно было бы быстро
рассказать, понятно, коротко и по существу. Можно привести много примеров этой зависимости, не выразить это
в каком-то концентрированием виде одновременно для многих видов спорта это было бы трудно. Например, у
пловцов-спринтеров рост свыше 190 см, у сильнейших стайеров мир а значительно меньше, рост около 170 см.
Это люди совершенно иного типа телосложения. Кроме того во многих видах спорта имеется зависимость
выполнения техники движения и телосложения. Ну, скажем, штангисты с разным типом телосложения.
Например, длиннее туловище короткие неги или наоборот, пользуются совершенно разными вариантами при
подъёме штанги. В борьбе люди, используя технические приёмы, учитывают собственные размеры и размеры
тела противника. Ну, скажем, борец низкого роста, борясь против борца высокого роста никогда не будет
использовать броски прогибом, они у него просто не получатся. Он будет использовать броски через спину или
броски, которые наиболее удобные для этого случая. Бывают ситуации, когда мельчайшие детали телосложения
имеют значение, если речь идёт о спортсменах высокого класса. Например, все рекордсмены в рывке имеют очень
длинную кисть. Связано это со следующим. Посмотрите хваты у штангистов с короткой и длинной кистью.
Спортсмен с длинной кистью захватывает гриф 5-ю пальцами, а с короткой кистью поддерживает 3-мя пальцами.
Последний проигрывает в силе захвата снаряда.
2. Онтогенез моторики
2.1.Роль созревания и научения в онтогенезе моторики
Под онтогенезом моторики понимается изменение движений и двигательных возможностей человека в
процессе его жизни.
Двигательная возможность человека, как мы все прекрасно понимаем, в процессе жизни изменяются.
Новорождённый - это беспомощное существо, не владеющее самыми элементарными двигательными актами. Затем
под влиянием разных факторов двигательные возможности человека претерпевают существенные изменения.
Вопрос о роли созревания в процессе развитии моторики это вопрос о том, под действием каких факторов
изменяются двигательные возможности человека. Но прежде надо пояснить, что понимается под тер мином
созревание и термином научение.
Термином созревание,
обозначается наследственно обусловленные
изменения форм и функций тела происходящих в ходе жизни человека. Например, рост тела. В понятие
созревание входит перестройки связанные с половым созреванием, сюда входят старческие эволюционные
изменения, происходящие в ходе жизни и т.д. В зарубежной литературе эквивалентом термина созревания
является термин мехиор-созревания. Некоторые явления связанные с созреванием имеет очень большое значение в
развитии движений человека. Например, созревание нервной системы у ребенке. Мы все знаем, что
новорожденный имеет не развитую кору больших полушарий. Дозревание нервной системы в первые годы
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
139
жизни происходит к 2,5 годам жизни ребенка. Это имеет существенное значение для развития двигательной
системы.
Научением
называется освоение новых движений под влиянием
специальной практики обучения или специальной тренировки. Так вот, созревание и научение, т.е.
естественное анатомо-физиологическое развитие организма и приобретение новых форм движения
в результате практики обучения, взаимодействия между собой определяют развитие двигательных
возможностей. Причём, далеко не всегда
можно легко определить под влиянием чего ребенок приобретает формы двигательного поведения. Что
играет главную роль, созревание или научение. Это в особенности касается младенческого, преддошкольного и
дошкольного возраста. В самом деле, почему ребёнок начинает хватать игрушку лажа в колыбели? Потому, что
он научился хватать игрушку или потому, что созрела нервная система и он начинает хватать игрушку. Почему
ребёнок садится, он научился садиться или просто созрел для этого акта и сел, почему ребёнок начинает
ходить, является ли ходьба врожденным актом, который запёчатлён в памяти, в центральной нервной системе и
достаточно человеку созреть до такого уровня и он пойдёт или же речь о том, что он просто научился ходить,
ну примерно так, как учатся взрослые люди. Ответы на эти вопросы получить, в общем не просто,
подавляющее большинство исследований которые проведены здесь, они проведены на близнецах. Принцип
этих исследований состоит в следующем. Близнецы бывают 2-х видов монозиготные - которые развивались из
одной оплодотворённой яйцеклетки. Эти близнецы называются идентичным и, потому, что они генетически
тождественны совершенно. Но бывает еще дизиготные близнецы. В раннем детстве обучению не поддаются, во
всяком случае, получается вот такой вывод из работы Томсона. Он отмечает исключительный фактор
созревания. Интересно, что Иван Михайлович Сеченов в книге "Рефлексы головного мозга" придерживался
этих же взглядов. "Ходьбе не обучаются» а ходьбу ждут, когда она сформируется". Но в то же время хотя эти
данные и выглядят очень убедительно, они всё-таки не является вполне правильными. В действительности
картина сложнее, хотя сами по себе эксперименты бесспорны.
Дело в том, что, оказывается какое-то минимальное обучение даже при, вот таких, основных
движениях»,как стояние, сидение и другие формы человеческих движений должно присутствовать, хотя бы в
виде демонстрации. Об этом свидетельствуют очень эффектные данные, полученные при изучении детей,
которые ВОСПИТЫВАЛИСЬ в отрыве от человеческого общества по каким -либо причинам. Так, ребёнок
проживший до 14 лет в яме не умел ходить. Здесь нужна основа для подражания.
Реально, научение лишь тогда эффективно, когда достигнуты необходимая степень анатомо физиологической зрелости организма, и без обучения (самого примитивного) овладение новыми движениями
невозможно.
Таким образом, онтогенез моторики определяется взаимодействием созревания и научения.
Так, езде на роликовых коньках можно научить одновременно с ходьбой. А плавать раньше, чем ходить.
Однако чрезмерно раннее обучение не гарантирует успеха в будущем. Детям прививаются неправильные
навыки, и они часто теряют интерес к этим движениям в более старшем возрасте. Хочется обратить внимание
на одно обстоятельство, которое часто забывает, когда изучает развитие моторики у детей. В процессе развития
ребёнка происходит его рост, т.е. увеличение размеров тела, а увеличение размеров тела влияет на
двигательные возможности.
Когда ребёнок растёт и, если его размеры линейные увеличиваются в 1,5 раза, то абсолютная сила будет
увеличиваться пропорционально квадрату размеров тела, относительная сила до лжна, в принципе, падать, а
остальные показатели должны изменяться, так как мы рассмотрели с вами ранее.
С одной стороны увеличение размеров тела приводит к снижению некоторых функциональных
возможностей. Точно так же, как снижается функциональная возможно сть у больших людей по отношению к
маленьким. Скажем, относительная сила должна, в принципе, падать, частота движений должна снижаться,
просто за счёт увеличения размеров тела. Но с другой стороны в процессе роста происходит созревание
человека, созревание нервной системы, двигательного аппарата и т.п., что повышает функциональные
возможности двигательного аппарата. В этом случае действуют взаимно исключающие тенденции. С одной
стороны увеличение размеров тела приводят к падение относительной силы, с другой стороны, скажем, за счёт
факторов связанных с половым созреванием увеличение размеров тела должно приводить к увеличение
мышечной силы, не потому, что человек становится больше, а потому, что он становится взрослее. В процессе
развития ребенка при оценке его двигательных возможностей наблюдается довольно сложное соотношение
между двигательными показателями и ростом. Давайте рассмотрим, что происходит, в частности, в некоторых
случаях.
(В возрасте от 7 до 20 лет резко увеличивается абсолютное потребление кислорода и практически не
изменяется относительное. После 30 лет постепенно снижаться аэробные возможности)
На рис.3, показано, как изменяется МПК в зависимости от возраста, а я напоминаю, что МПК изменяется
пропорционально квадрату линейных размеров тела. Мы видим, что МПК растет до 20-25 лет, а потом начинает
снижаться, если выражать это в абсолютных единицах. Если брать относительные величины в пересчете на кг,
то получается следующее. МПК в 10-летнем возрасте на кг. веса такой же как и у взрослого, потом у, что
увеличение размеров тела приводит к снижению относительных величин МПК. Поэтому по показателю МПК
дети могут ничем не отличаться от взрослых. Это определяет, почему самые лучшие результаты в плавании на
стайерских дистанциях показывают дети в 15-16 лет, а не взрослые люди в 25-30 лет. Совершенно аналогичное
в показателях относительной силы. У детей они могут быть такие же, как и у взрослых людей, это не выглядит
парадоксально» но только в тех случаях, когда не проводится длительная, специальная трени ровка. Это одна из
причин, почему столь ранних успехов могут достигать в гимнастике в настоящее время. Ограничивает здесь не
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
140
возраст, а стаж занятий и, в принципе, показатели относительной силы могут быть большими у детей,
особенно у девочек. Довольно интересные выводы получаются, если сравнить результаты людей разных
возрастов и разных размеров тела в двигательных тестах, например, в беге (рис.4)
Здесь приведена зависимость между длиной тела 130-190 см и скоростью бега у мальчиков. Если вы
берёте мальчиков одного возраста 12,14,18 лет, но разной длины тела, то в соответствии с той зависимостью,
которая приведена скорость бега, не зависит от длины тела. Длина тела увеличивается, а скорость бега остается на
том же уровне, исключением является 14-летний возраст. В 14 лет есть зависимость. Почему она возникает, да
потому, что здесь происходит скачок длины тела, связанный с половым созреванием (пубертатном созреванием)
и те, кто уже прошел этот скачок длины тела, т.е. фазу полового созревания и связанную с этим м орфологическую
перестройку организма, бегут быстрее, имея более высокий рост. А, в принципе, это основная биомеханическая
зависимость, говорящая о том, что между длиной тела и скоростью бега нет зависимости. Когда проводятся вот
такого типа исследования по онтогенезу моторики, то надо учитывать этот фактор.
Двигательный возраст.
Обследование больной группы детей одного возраста по какимлибо двигательным проявлениям (тестам)
позволит определить средний результат конкретного ребёнка можно определить какому во зрасту соответствует
этот результат, т.е. выяснить двигательный возраст этого ребёнка. Например, в прыжке в длину с места у
мальчиков средний результат 170 см показан в 12. лет 5 месяцев.
180 см показывают в 13 лет 4 месяца
190 см показывает в 14 лет 2 месяца
200 см покапывают в 14 лет 10 месяцев
Двигательный возраст опережают акселераты, а те дети двигательный возраст которых отстает от их
хронологического возраста называются ретардантами.
Наблюдая за ребёнком длительное время, отмечаем его возраст и результат. Предположим, что с этим
ребёнком что-то произошло, он заболел, травмировался. В этом случае его двигательные возможности отстают,
но, если эти сдвиги были не чрезвычайно длительными, происходит следующее: После травмы ребёнок начинает
быстро компенсировать это отставание и входит в свой канал развития, это касается и антропометрических, и
физических показателей. Это явление называется канализированием или - поддержание постоянства,
стабильности в системах.
Прогноз развития моторики.
Можно ли используя информацию о двигательных возможностях ребёнка и о его родителях, об условиях в
которых он живёт и наблюдая ребёнка сейчас, прогнозировать его двигательные возможности. Вопрос о прогнозе
развития моторики решается на основе исследований, выполняемых в дву х основных направлениях. Первое - это
исследование стабильности, группа которая позволяет решить вопрос о направленности прогноза - это изучение
наследственных влияний.
Суть проблемы прогнозирования в этой области заключается в следующем: предположим, мы пришли в
первый класс и обследовали 100 человек в беге на 30 м и зарегистрировали другие показатели, Кто-то занял I
место, 2, и т.д. до 100 мест. Пришли в эту школу через 10 лет, в 10 класс и зарегистрировали эти же тесты. Вопрос
о стабильности показателей формулируется так: дети которые были первыми в первом классе, будут ли они
первыми в 10 классе, сохраняется ли порядок распределения? Если это так, то это говорит о том, что показатель
будет стабильным. В этом случае мы может сказать, какое место займёт уч еник через 10 лет. Но с течением времени
он перемещается. Тот, кто раньше выучил таблицу умножения, будет ли в 10 раз лучше знать алгебру? Построив по
росту детей, будет ли первый в первом классе, самым высоким в 10 классе? Все пойдёт по каким-то другим
законам. Чтобы ответить на эти вопросы надо, чтобы такие исследования продолжались 10,20,30 лет. Однако
двигательные тесты в этом плане почти не исследовались.
Необходимо ввести термины. Исходные показатели назовём ювенальные (Результат в 7-летнем возрасте на
30 м). Результаты обследования у взрослых называются дефинитивными признаками. Коэффициент вариации
между ювенальными и дефинитивными признаками называется коэффициентом стабильности. Очевидно, если он
равен единице, то признак стабилен, а если нулю, то нестабилен. Исследования этого вопроса в плавании
показали, что коэффициент стабильности на дистанциях следующий:
50 м- 0,444
100 м-0,542
200 м - 0,622
400 м - 0,663
800 м-0,851
Чем длиннее дистанция, тем больше коэффициент. Поэтому выносливость более стаб ильный показатель.
Изучение наследственных влияний проводят разными методами, но основной из них - это изучение близнецов.
Сравнивая результаты идентичных и неидентичных близнецов можно определить, в какой степени тот или
иной признак находится под генетическим контролем.
2. Онтогенез моторики в отдельные периоды.
Первый период до рождения. На восьмой неделе развития начинается движения плода, идёт развитие от
головы, рук, туловища инижних конечностей. Чем большей активностью обладает плод, тем после рождения
более подвижен. До одного года наблюдается два типа двигательных актов. Хаотические движения Н. А.
Бернштейн назвал синкенезией.
Вторая группа, безусловные двигательные акты дети уже обладают двигательной координацией
(сосательный, хватательный и т.д.) Если положить в воду младенца, то он сам может плыть. Плавательный
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
141
рефлекс наблюдается до 40 дней, а затем этот рефлекс угасает. Дети в этом нежном возрасте могут
держаться на воде до 15 минут.
Младенческий возраст (до 1 года).
У детей, воспитывающихся в обычных условиях, существует следующая последовательность овладения
основными движениями:
1 месяц - поднимает подбородок, 2 месяца - поднимает грудь. 3 месяца -пытается брать предметы, 4
месяца - сидит в поддержке, 5 месяцев - сидит, играет с предметами, 6 - сидит, играя подвешенными предметами,
7 месяцев -сидит один, 8 месяцев - стоит с помощью, 9 месяцев - стоит, держась за мебель, 10 месяцев — ползает,
11 месяцев - ходит с помощью, 12 месяцев - встаёт сам держась за мебель, 13 месяцев - ползает по ступенькам, 14
месяцев - стоит самостоятельно. 15 месяцев - ходит самостоятельно (средние данные по СИТДЖ).
Преддошкольный возраст (до 3-х лет).
С момента хождения начинается новый этап развития ребенка. И.М. Сеченов называет этот период
"вступлением в эпоху белее свободного и самостоятельного общения с внешним миром". В этот период ребёнок
должен владеть человеческими движениями и формами поведения (еда из посуды, опрятность) умение
пользоваться столовыми приборами.
Совершенствуется ходьба. Если в начале ходьба неуклюжа, то 2 годам развитие акта ходьбы в общих
чертах заканчивается. Бег еще не отличается от ходьбы.
Подражание - основной способ обучения.
Дошкольный возраст (. 3- 7 лет).
В этом возрасте дети овладевают большим количеством движений. Происходит овладение орудиями
труда (пишущий инструмент, ножницы молоток и т.п.). В 3 - 4 года формируется навык бега, появляется фаза
полёта, согласованные движения рук и ног. В 7 - летнем возраста эти движения сформированы у 95% детей.
Происходит овладение прыжками, катаниями и действиями с мячом.
После 4-х лет активно используется туловище и ноги. Дети этого возраста хорошо обучаются и к 7 годам
умеют кататься на коньках, лыжах, двухколесном велосипеде, держаться на воде, бегать прыгать, бросать и ловить
мяч.
Школьный возраст (7-17 лет).
К 12-13 годам завершается анатомо-физиологическое созревание двигательного анализатора. С этого
возраста дети могут выполнять движения с той же ловкостью, координацией и точностью, как и взрослые. Велика в
этом возрасте и относительная сила. Поэтому практически самые сложные технические движения доступны для
освоения. Достаточно вспомнить, выступления юных гимнасток, фигуристок сборной команды СССР, России.
Двигательные качества и результаты различного рода двигатательных заданий у детей школьного
возраста продолжают расти. Эти изменения происходят неравномерно и для разных качеств поразному.
Основные естественные изменения в моторике связаны с периодом полового созревания (пубертатным
периодом). У девочек он обычно происходит в 11-13 лет, у мальчиков в 13-15. В этот период отмечается резкий
скачок роста. При этом развитие отдельных органов и систем происходит неравномерно и гетерохронно.
Возникающая дисгармония в этот период требует внимательного отношения к подростку.
Возраст 18-30 лет - возраст расцвета моторики человека. Это возраст участников Олимпийских игр.
Наибольший успех приходится в среднем на возраст 26 лет, хотя для каждого вида спорта есть свой наиболее
благоприятный возраст. Однако в любом виде спорта бывают и свои исключения. Победителями становились и в 18
лет и в 36. В видах, где требуется проявление скоростных качеств успехов добиваются раньше, чем в тех видах, где
требуется проявление выносливости.
100 м-22,2 года
1500 и-26,1 года
марафонский бег - 31,0 год.
Возраст старше 30 лет
По данным исследований примерно с этого возраста начинает снижаться двигательные возможности.
Однако тренировки, особенно в видах спорта со сложной тактикой компенсируют его снижение. Рациональные
занятия физической культурой могут затормозить процесс старения на 10-15 лет.
Влияние возраста на эффект обучения и тренировки
Исследования, проведённые В.К. Бальсевичем (1974) и др. показали, что развитие двигательных функций, в
частности локомоторной, характеризуется ярко выраженной цикличностью, имеется биологический ритм
возрастной эволюции, который заключается в последовательней смене периодов ускоренного
развития
отдельных элементов системы периодами её консолидации. В этой связи в процессе управления развитием
отдельной двигательной функции необходимо осуществлять возрастную дифференцировку средств и методов при
обучении спортивным движениям. Предполагается, что эффективность управления процессом совершенствования
будет значительно белее высокой, если акценты обучающих воздействий будут соответствовать ускорениям в
развитии отдельных элементов и структур моторики. Такие периоды ускоренного развития можно считать
благоприятными для обучения и овладения движениями, двигательными качествами. Эти периоды жизни
называются сенситивными.
Необходимо отметить, что в настоящее время мало известно о том, в каком возрасте целесообразнее всего
осваивать те или иные движения.
3.особенности моторики женщин
Двигательные проявления мужчин и женщин качественно различны. Уже в 3-летнем возрасте мальчики
превосходят своих ровестниц в упражнениях, требующих проявления силы, скорости (бег, прыжки). У них
раньше формируется двигательные навыки, связанные с метаниями. Однако на этом этапе развития различия в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
142
большей мере объясняются социально-психологическими причинами, а не биологическим Мальчики
тяготеют к "мужским" играм (хоккей, борьба), девочки к "женским" (танцы, прыжки со скакалкой). В период
полового созревания, наступающий у девочек раньше, происходят практически уравнивание в проявлении
скоростно-силовых качеств и выносливости. Относительно мальчиков после полового созревания качественные
проявления у юношей продолжают расти еще несколько лет даже без специальной тренировки. У девушек же рост
результатов без специальной тренировки прекращается.
20-летние юноши в среднем бегут 100 метров быстрее, чем 15-летние. Девушки же в 20 лет показывают
результаты ниже, чем в 15 лет. Девушки во все возрастные периоды превосходят юношей по гибкости, не уступают
по координационным возможностям. Как правило, девушки луч ше выполняют движения выразительного
характера. При занятиях прирост результатов в силовых упражнениях и на выносливость у женщин происходит
медленнее, чем у мужчин. Однако необходимо отметить, что целенаправленные спортивные занятия позволяют
женщинам развивать качества (в том числе силовые и выносливость) и показывать высокие результаты. Уровень
мировых рекордов может быть свидетельством тому (толкание ядра 22,48, прыжки в высоту 2,09, прыжки с шестом
491).
4 .двигательные предпочтения
Этот вопрос связан с наличием двигательной ассиметрии, свойственной практически всем людям.
Существуют определённые двигательные предпочтения, выражающиеся в выполнении движения определённой
рукой или ногой, в одну или другую сторону. Прыгун различает маховую и толчковую ногу, в зависимости от
этого разбег осуществляется с правой или с левой стороны. При упражнениях на снарядах, гимнасты повороты в
одну сторону делают легче, чем в другую. Борцы осуществляют броски с поворотом в одну из сторон, существует
правосторонний и левосторонний способ хвата клюшки, правосторонняя или левосторонняя стойка боксера.
Человек, никогда не учась, предпочитает делать движения, действовать правой рукой. Таких людей в
СССР около 95%. Такое предпочтение называется латеральным доминированием. Но вс тречаются люди, у которых
нет такого предпочтения или латерального доминирования. Их называет амбидекстриками. В спортивных
единоборствах, играх такие спортсмены представляют ценность (советский волейболист К.Рева, бразильский
футболист Пеле, боксёр В.Баранников - серебрянный призер Олимпийских игр).
Исследователи обнаружили, что у аборигенов Австралии, папуа-сов Новой Гвинеи, а также у людей
каменного века (при изучении орудий их труда) было примерно равное количество правшей и левшей. На
основании этих фактов и некоторых других существует гипотеза, что примерно 25% рождается праворукими, 25
леворукими, а 50% амбидекстриками. Затем же под влиянием семейного воспитания все амбидекстрики и
большинство левшей становятся праворукими. Необходимо заметить, что в единоборствах и играх левши и
особенно амбидекстрики имеют некоторое преимущество. Это связано с непривычностью ведения борьбы с ними.
Поэтому среди сильнейших боксеров и фехтовальщиков доля левшей иногда достигает 30%.
Способность выполнять технические действия в обе стороны, признак большого мастерства. Но
спортсмены обладающие такой способностью встречаются не часто. 95% футболистов, баскетболистов,
волейболистов выполняют основные технические действия лишь одной рукой. Как показывает опыт
подготовки высококвалифицированных спортсменов и результаты исследований, основы двигательной "двухсторонности" необходимо закладывать на ранних этапах обучения спортивной технике.
Другие двигательные предпочтения проявляются в выборе индивидуально удобного темпа, трае ктории
движения, скорости, пространственной протяженности.
ЛЕКЦИЯ №9. СПОРТИВ НО-ТЕХНИЧ ЕСКОЕ МАСТЕРСТВО.
План лекции
1. Показатели технического мастерства.
1.1 Объем технической подготовки.
1.2 Разносторонность т.п.
1.3 Рациональность т.п.
2. Эффективность владения спортивной техникой.
2.1 Абсолютная эффективность
2.2 Сравнительная эффективность
2.3 Реализационная эффективность
3. Освоенность техники
3.1 Стабильность техники
3.2 Устойчивость техники
3.3 Сохранение двигательного умения при перерывах в тренировке
4. Пути и противоречия повышения спортивно-технического мастерства
Литература:
1. Д.Д.Донской, В.М.Зациорский, Биомеханика, ФиС.,М. ,1979,
с.235-253 2..
Д.Д.Донской,
Биомеханика с основами спортивной техники. ФиС, М., 1971, с. 258-275.
3. И.П.Ратов. Биомеханические черты спортивного мастерства. М., 1971,
с.52-75.
Показатели технического мастерства
Техническая подготовленность или техническое мастерство является одной из важнейших сторон
спортивного мастерства. Поэтому общие и частные вопросы проблемы спортивной техники нахо дят широкое
освещение в специальной литературе.
С позицией биомеханики спортивная
техника рассматривается как
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
143
специализированная система одновременных и последовательных движений, направленных на
рациональную органи-зацию взаимодействия- внутренних и внешних сил, действующих на спортсмена с целью
наиболее полного и эффективного использова-ния их для достижения возможно более высоких спортивных
резуль-татов (В.М.Дьячков, 1967)
Техническая подготовленность оценивается в первую очередь, что умеет делать спортсмен и как он
владеет освоенными действиями (рис. I).
Техническая подготовленность
Что?
Объем
Разносторонность
Как?
Рациональность
эффективность
освоенность
Для того чтобы ответить на вопрос что умеет делать спортсмен, необходимо определить объем,
рациональность, разносторонность, его технической подготовленности.
ОБЪЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОСТИ (О.Т.П.)
ОТП характеризуется числом технических действий, которыми владеет спортсмен. Выделяют общий
объем технической подготовленности, который определяется суммарным числом, освоенных спортсменом
технических действий (приемов) и с о р е в н о в а т е л ь н ы й
объем, определяемый числом
технических действий, используемых в условиях спортивных соревнований. У гимнастов международного
класса общий объем 750 - 1000 различных элементов. Соревновательный же объем значительно меньше
общего. У борцов примерно такая же картина. Так в вольной борьбе насчитывается 1000 приемов. Однако
большинство приемов в соревновательной обстановке конкретным спортсменом не используется. Даже
спортсмены международного класса владеют в совершенстве лишь несколькими приемами.
1.2. Разносторонность технической подготовлвшости
Разносторонность характеризуется разнообразием двигательных действий присущих спортсмену и
используемых в соревновательной обстановке. Например: Дискобол владеет несколькими вариантами техники
поворота и выполнения финальных действий и в зависимости от внешних условий (дождливая погода,
направление ветра, состояние круга) избирает наиболее приемлемый вариант.
Такой спортсмен, владеющий разносторонней техникой, безусловно имеет больше шансов на успех.
Объем и разносторонность технической подготовленности, важнейшие показатели спортивного
мастерства особенно в единоборствах, спортивных играх, гимнастике, фигурном касании на конька х и т.д.
1.3. Рациональность техники
На каждом этапе развития спорта существуют рациональные варианты спортивной техники,
позволяющие добиться наивысших результатов.
Это своеобразный, сформировавшийся на основе предшествующего спортивного, педагогического и
научного опыта вариант двигательных действий. Таких вариантов, достаточно рациональных может быть
несколько. Так в прыжках в высоту существовало и существует довольно большое число способов прыжка.
Однако рациональным в настоящее время считаются два "перекидной" и "фосбери-флоп. Последний назван по
имени американского прыгуна Дика Фосбери впервые применившего дугообразный разбег и способ перехода
через планку спиной к ней. Использовав этот рациональный вариант прыжка Д. Фосбери стал Олимпийским
чемпионом.
С течением времени многие, считавшиеся ранее рациональными варианты техники движений устар евают
и не используются. Таких примеров множество (прыжок в длину способом согнув ноги, рывок штанги в
"ножницы", поворот "плугом" в горнолыжном спорте, четырехшажный попеременный ход в лыжных гонках и
т.д.).
В каждом конкретном виде спорта разработанный свои критерии оценки степени рациональности
техники. Так в метаниях общим показателем рациональности техники является разница между бросками с
места и с разгона. Но возможна выработка более детальных показателей рациональности спортивной техники.
В частности в прыжках в высоту ее оценивают следующим образом.
Результат (Н) зависит от /2,BbIC0Ta центра тяжести (цт) тела в момент отрыва от земли,/22 -высота подъема
центра тяжести тела в прыжке, /23 расстояние от ЦТ до верхнего края планки планки в момент перехода через
нее.
H = k+h2-h3
При использовании "фосбери" fa меньше, чем в других способах прыжка, но fa больше из-за выгодных
УСЛОВИЙ отталкивания. В результате высота подъема ЦТ тела в прыжке (fa + fa) примерно одинакова при
использовании различных вариантов прыжка (включая и "древний" способ "перешагивание"). Но fa в
перекидном и "фосбери" мало и имеет практически одно значение
(6-8 см), а в прыжке "ножницы"
недопустимо велико (25-30 см). В Гаврилов прыгал на первенстве Москвы перешагиванием 205см. (личный
рекорд перекидным 230 см).
По этой причине "перешагиванием" невозможно показать высокий результат, а "перекидной" и
"фосбери" примерно одинаково рациональны.
Аналогично и в толкании ядра существуют сейчас два способа. Первый с линейным MfxoM ноги (без
поворота), второй - с круговым махом ноги (с поворотом). Судить о предпочтении вариантов пока сложно.
2. Эффективность владения спортивной техникой
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
144
Эффективность спортивной техники определяется степенью близости ее к наиболее рациональному
варианту (на данном этапе раз-вития конкретного вида спорта). Эффективность характеризует к а ч е с т в о
владения техникой.
В зависимости от способа определения рациональности техники (ее образца, стандарта) различают три
группы показателей ее эффективности.
2.1. Абсолютная эффективность
характеризуется близостью к образцу - варианту рациональной спортивной техники определенной на основе
биомеханических, физиологических, психологических, эстетических соображений.
Например, в баскетболе эффективность техники при выполнении штрафных бросков определяется по
проценту попаданий. Это наиболее простой способ оценки по спортивной результативности. Но в большинстве
случаев спортивный результат не является убедительным показателем эффективности техники, т.к. кроме техники
он существенно зависит от других факторов (от развития двигательных качеств, - внешних условий
соревнований и т.п.). Например, результат у толкателя может быть выше не потому, что он превосходит
соперника в техническом мастерстве, а потому что обладает лучшими скоростно -силовыми кондициями.
В поединках один фехтовальщик может превосходить другого в атаке прыжком не из-за преимущества в
технике, а из-за большей прыгучести. Наиболее оправданным является другой способ оценки эффективности это способ, основанный на сопоставлении характеристик выполнения движения с некоторым эталоном.
Определение эта-лона техники чаще всего осуществляется путем исследования техники движения
высококвалифицированных ведущих спортсменов (определяются характеристики их движений на основе
обобщения данных или статистической обработки предлагается некая биомеханическая модель техники
движений). Однако такой способ имеет свои погрешности, т.к. даже у самого луч шего спортсмена имеются резервы
в "технике движений, определенные недостатки при выполнении отдельных элементов движений.
Другой способ определения эталона спортивной техники базируется на знаниях биомеханики
конкретного движения.
Например, в прыжках в высоту одним из показателей эффективности техники является расстояние от ЦТ
тела до планки в момент
перехода через нее, в гребле, плавании, велогонках - степень отклонения от равномерной скорости
передвижения, при скоростном спуске на лыжах - умение гасить огромные ускорения, возникающие на опоре (до
100 д), не передовая их туловищу и голове.
В основе критериев рациональности движении могут лежать также физиологические, психологические,
эстетические показатели, например, при нерациональной технике отталкивания в прыжках в высоту часто
возникают болезненные ощущения в передней большеберцовой мышце и в коленном суставе, т.к. при
неправильной "стопорящей" постановке толчковой ноги возникают значительные перегрузки, вызывающие
неблагоприятный
физиологический сдвиг.
В основе рациональной техники, так называемых "финтов", используемых в спортивных играх лежат
психологические критерии, т.е. основная задача этих действий переиграть соперника, несмотря на потерю
эффективности движения с точки зрения биомеханики.
Эстетические критерии лежат в основе видов спорта, где красота движений - основа мастерства
(гимнастика, фигурное катание, прыжки в воду и т.п.).
2.2. Сравнительная эффектиность
Оценка сравнительной эффективности спортивной техники основывается на со поставлении движений
спортсмена, техника которого изучается и данными высококвалифицированных спортсменов. Для этого
необходимо разработать и обосновать критерии оценки техники. В этой связи изучаются квалификационные
особенности проявления биомеханических характеристик, например, метания копья у спортсменов различной
квалификации.
Так у копьеметателей обнаружилась корреляция результативности с характером перехода от
предварительной части разбега к «бросковым шагам», выражающимся в более плавном переходе (и зменении)
временных характеристик первого шага заключительной части разбега по отношению к предбросковому шагу.
Тесная корреляция выявилась со скоростью выполнения «бросковых» шагов, при этом значения
коэффициентов корреляции повышаются по мере приближения к основной части метания - финальному
усилию.
Изучение ритмики заключительных движений броска показало, что с ростом мастерства копьеметателей
сокращается относительная продолжительность отталкивания правой ногой до начала финального усилия. При
выполнении «тяги» у более подготовленных метателей увеличивается доля участия правой ноги в период
отталкивания и сокращается время отталкивания левой.
С ростом мастерства метателей повышается степень согласованности отталкивания левой ногой и
выполнение «рывка» (относительная продолжительность отталкивания левой ногой до начала «рывка»
сокращается).
Изучение особенностей распределение силы, прикладываемой к копью, показало, что
квалифицированные метатели в период «тяги» более плавно и с меньшей относительной силой воздействуют на
снаряд, чем спортсмены низкой квалификации. Продолжительность усилия «тяги» у лучших спортсменов
значительно больше, а усилие «рывка» концентрированнее по времени, чем у метателей средней и низкой
квалификации.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
145
С ростом мастерства у копьеметателей во время выполнения броска сокращается двухопорный
период, а при разбеге со скоростью 7,5-8,5 м/сек появляется безопорная фаза. Однако длительность ее составляет
всего 0,01-0,03 сек.
Как показала практика подготовки копьеметателей, учет выявленных дискриминативных признаков техники
метания копья позволил оценивать эффективность выполнения отдельных элементов целостного движения и на
этом основании конкретизировать процесс технической подготовки спортсменов.
2.3 реализационная эффективность (эффективность реализации).
Смысл этого критерия состоит в сопоставлении результата спортсмена, показанного в соревнованиях с тем
достижением , которое он по уровню своих качеств потенциально может показать, либо с затратами энергии при
выполнении оцениваемого спортивного движения.
Например, прыгун в высоту доставая рукой подвешенный предмет осуществляет подъем ОЦТТ на высоту
120 см, преодолевая планку в прыжках в высоту этот показатель равен 112 см. Разница составила 8 см., а
реализационная эффективность равна 93,35%. Чем выше квалификация спортсмена, тем выше реализационная
эффективность, тем меньше разность в результате прыжков.
В приведенном примере видна основная идея реализационных критериев: эффективность техники можно
оценить, сравнивая действительный результат спортсмена с тем достижением, на которое он может расчитывать
исходя из своей физической подготовленности (так называемого "должного" результата).
Должный результат определяется с помощью уравнений регрессии. Показателем эффективности техники
в этом случае является регрессионный остаток, т.е. разность между действительным и должным результатом. Так,
В.И. Матвеев (1967) определил у копьеметателей разной квалификации результаты в тренировочном упражнении метании ядра весом Зкг. с места. В этом упражнении в большей мере результат связан с развитием специальных
скоростно-силовых качеств, чем с уровнем технической подготовленности. Регистрировались и результаты в метании
копья с разбега.
Из-за низкой эффективности техники он не добирает до своего должного результата в метании копья около
10 м.
Эффективность техники может быть определена на основе функциональной экономизации. В этой случае
необходимо оценить энерготраты или проявляемую в движении силу при выполнении одного и того же задания.
Например, если регистрировать силу отталкивания в беге с заданной скоростью, то спортсмены низкой
квалификации часть усилий непроизвольно тратят на излишний подъем ЦТТ и торможение его движения в фазе
амортизации. Поэтому при одинаковой скорости бега (со спортсменами более высокой квалификации) импульс
силы опорной реакции может оказаться больше.
3. Освоенность техники
Освоенность движения - относительная самостоятельная характеристика, не зависящая от эффективности
техники. Спортсмен может хорошо освоить движение, но с ошибками в технике - техника его будет не эффективна.
Может быть и обратное явление.
Движение уже с первых попыток эффективно, правильно исполняется, хотя освоено недостаточно. По этой
причине возможна утрата этих движений, забывание уже на следующем занятии.
В связи с разной степенью владения движениями были введены понятия о двигательных умениях и
двигательных навыках.
Двигательное умение
- это приобретенная способность выполнять
движение.
Двигательный навык - это достаточно хорошо освоенное умение.
Мы дадим лишь биомеханическую характеристику освоенности движений, тех ее сторон, которые важны
для спортивно-технического мастерства.
Для хорошо освоенных движений характерно следующее:
1.
Стабильность спортивного результата и ряда биомеханических характеристик движения
выполнений его в стандартных условиях;
2.
У с т о й ч и в о с т ь
(сравнительно малая изменчивость) результата при выполнение
движения в изменяющихся усложненных условиях;
3. Сохранение двигательного умения при перерывах в тренировке;
4. Автоматизированность выполнения.
3.1. Стабильность техники
С ростом спортивного мастерства наблюдается повышение стабильности спортивного результата и ряда
биомеханических характе-ристик движения. Практически отмечается в решающие моменты движения
уменьшение вариативности наиболее существенных характеристик.
Регистрируемые нами и другими исследователями (Ю.Т, Шапков, 1965: М.Л. Мирский, 1968; И.П. Ратов
с соавт.1971; А.Г. Карпеев, 1981 и др.), уменьшение диапазонов вариативности в решающие или в наиболее
ответственные моменты движения является лишь следствием. Следствием является и уменьшение степеней
свободы, отмечаемое опять таки в ответственные моменты движения (Н.А. Бернштейн, 1974). Причиной же
этих явлений следует считать увеличение интенсивности взаимодействий с внешним силовым полем. Это
явление определяется как «феномен минимизации» (И.П. Ратов, 1971). По сути дела возрастание кинетической
энергии движения уменьшает число возможных вариантов его выполнения, проявляясь в стабилизации
динамических и кинематических характеристик движений, в более узком диапозоне отклонений.
Высокие результаты не могут быть достигнуты многими путями, и выше будет прогресс спортивного
мастерства в видах спорта, где результаты измеряются в мерах длины, времени и веса, тем меньше будут
встречаться отклонения от идеальных условий выполнения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
146
В видах спорта, где результат зависит от экономичности движений и выносливости спортсмена (бег
на длинные дистанции, спортивная ходьба и др.), большая вариантность основных параметров движения
неизбежно сказывается на спортивном результате и практически не может быть компенсирована
последующими действиями. Последующие действия сводятся к исправлению какого - либо элемента системы
двигательных действий ценор снижения конечного результата.
С ростом спортивного мастерства в видах спорта, где результативность зависит от преодоления ряда
трудноучитываемых факторов игровой ситуации, действия противников, вариантность параметров движения
проявляется по особому. Вариантность исходных положений для выполнения разн ых приемов, бросков,
толчков, ударов увеличивается, а выполнение самого основного движения с повышением квалификации
происходит все более стабильно («воронка» По А.А. Новикову, 1964).
Необходимо отметить, что стабильность техники в видах спорта, где требуе тся показать максимальный
результат (легкая атлетика, тяжелая атлетика) может быть достигнута раньше, чем ее высокая эффекти вность. В
этом случае хорошая освоенность движения может стать препятствием к дальнейшему совершенств ованию.
3.2. Устойчивость техники
Устойчивость техники характеризуется степенью изменения ее эффективности. Основные факторы,
влияющие на изменение эффективности считаются следующие:
Изменение состояния спортсмена;
Действия противника;
Изменение внешних условий
Изменение состояния спортсмена может быть связано эмоциональным возбуждением (ответственность
состязания, присутствие зрителей, чувство страха). В частности, эмоциональное возбуждение снижает
эффективность технических действий в видах спорта, связанных с точностью движений (гимнас тика, фигурное
катание, различные виды стрельбы).
В то же время эмоциональное возбуждение может вызвать положительные сдвиги.в проявлении таких
качеств так сила, быстрота, выносливость, гибкость.
2.
Действие противника оказывает существенное влияние на эффективность техники. Однако у
спортсменов высокой квалификации и в условиях действия, противника сохраняется достаточно высокая
эффективность
действий.
Например, Пеле (Бразилия) в чемпионате мира в чемпионате мира в 1970 г. в матче с Чехословакией
совершил 78 действий о мячом, успешных (элективных), действий было 84%, в чемпионата мира в 1974 г.
Беккенбауэр (ФРГ) в матче с Югославией выполнил 116 действий с мячом, 94 % их были успешными.
3. Внешние
условия могут естественно влиять на эффективность техники, снижая ее
устойчивость. Например, эффективность техники барьерного бега, разбега и отталкивания в прыжках заметно
снижается с изменением состояния покрытия стадиона (после дождя). Или смена шеста для прыгуна в ходе
соревнований, как правило, приводит к снижению эффективности техники.
Сохранение двигательного умения при перерывах в тренировке
Перерыв в тренировке закономерно приводит и некоторому " "распаду" движения. Однако, чем лучше
ранее было освоено движение, тем прочнее сохраняется двигательное умение.
Существует два способа оценки сохранения двигательного умения:
1. По качеству исполнения. Если раньше движения выполнялись правильно во всех случаях, а после
перерыва только в 50% попыток, то двигательное умение следовательно сохранилось на 50%.
2.
По СКОРОСТИ (по времени) восстановления
прежнего
уровня
двигатального умения.
Например, для восстановления двигательного умения в толкании ядра спортсмену потребовалось 1000
попыток, а другому 500.
Движения по своей природе разнообразны, и степени их восстановления и сохранения различны. Люди,
научившиеся плавать, ездить на велосипеде, кататься на коньках даже после большого перерыва могут
выполнять эти движения.
В то же время метатели копья тратят очень много времени на восстановление техники движений,
утраченной за период зимней подготовки.
Необходимо заметить, что основа, "костяк" двигательного навыка сохраняется на всю жизнь, однако
эффективность техники движений и качественный ее уровень снижается.
Для длительного сохранения движения необходимо его "сверхзаучивание" -многократное повторение.
3.4. Автоматизированностъ двигательного навыка
характеризуется степенью участия сознания в ходе выполнения Для оценки степени автоматизиронности
движения используют метод дополнительных занятий, который дает возможность установить, насколько
внимание спортсмена концентрируется на выполнении движения. Например, решение задач в ходе движения на
ровней поверхности по лестнице, на велосипеде, в гребле и т.д.). Следовательно, техническое мастерство не
может быть оценено каким-либо одним показателем. Его характеристика требует комплексного подхода.
Необходимо оценивать объем, разносторонность, рациональность технических действий. Важно иметь
представление и об эффективности техники и степени ее освоенности.
4. Пути и противоричия повышения спортивного мастерства
Изучение вопросов спортивного совершенствования показывает, что основными путями подготовки
являются повышение объема и интенсивности тренировочной нагрузки. Однако, очевидно, что это повышение
далеко не беспредельно, поэтому оба эти пути являются тупиковыми. Из этого следует, что дальнейший
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
147
прогресс в спорте должен быть связан с выявлением скрытых резервов на традиционных путях спортивной
подготовки, а также с поиском принципиально новых путей к решению проблемы.
Основной причиной многих тренерских неудач, пожалуй, является недостаточное гибкое использ ование
средств тренировки.
Любое тренировочное средство по мере использования становится менее эффективно, возможны и
отрицательные последствия его применения.
В этой связи необходим творческий подход к научным и практическим материалам, основанный на
поиске граничных условий действия различных факторов, раскрытия противоречий.
Процесс спортивного совершенствования, так же как и все процессы, происходящие в природе и
обществе, может быть понят только через раскрытие противоречий.
Если рассматривать возможности эволюции самого процесса спортивного совершенствования, то в нем
самом назревает очень серезьное противоречие. Логический анализ
путей спортивного совершенствования приводит к выводам, что где-то в отдаленном будущем темпы
прироста рекордных показателей должны замедлиться. А рассуждения о беспредельных возможностях
совершенствования человека неминуемо прекратятся, когда спортивные результаты будут ограничены
прочностью тканей и надежностью функций обеспечения.
Несмотря на неминуемую конечность прогресса в спорте, до пределов еще далеко и длительное время
мы еще будем свидетелями удивительных достижений.
К числу обстоятельств, обусловливающих возможности еще долгого прогресса можно отнести то,
что
из всех
живущих
на
земле высокоорганизованных существ человек является наименее
специализированный.
Это проявляется в исключительно больших возможностях приспособления к различным условиям. В
тоже время морфологическая структура человека обеспечивает очень широкие возможности, к выполнению
практически любых видов перемещений.
Перейдем к обсуждению некоторых условий обеспечения результативности в спортивных движениях.
Перед специалистами постоянно стоит вопрос: что же определяет успешность реализаций возможностей
спортсмена?
Двигательные возможности
спортсмена определяются с одной стороны уровнем его физического
развития, а с другой какими-то малозначительными факторами, которые в просторечии называют "слабым
звеном".
4.1. Противоречие укрепления слабого звена
"Крепость цепи определяется ее слабейшим звеном" - эта житейская мудрость приложим и к пониманию
случаев ухудшения или распада структуры движений. В любом спортивном упражнении существует слабое звено
лимитирующее дальнейшее повышение результативности, (Недостаточно высокое функциональное состояние
мышц, технический элемент...). Так, например, в прыжках в высоту (по материалам В.М.Дьячкова, 1967)
мышечные группы голени представляют собой наиболее потенциально слабое звено в цепи движений, но именно
это звено, его активность определяет всю последовательность развертывания системы движений в дальнейшем.
Это слабое звено, более крепкое у сильнейших спортсменов, связывает воедино две группы действий
спортсменов.
Из сказанного очевидна необходимость первостепенного внимания к этим слабейшим звеньям и к
возможным путям их укрепления. Однако необходимо очень внимательно подходить к дозировке объема
укрепляющих упражнений с тем, чтобы положительная, в целом, попытка укрепить слабое звено не привела бы со
временем к ухудшению результата. Здесь мы встречаемся с одним из существенных противоречий спортивной
тренировки. Заключается оно в том, что имеется определенная опасность - укрепить сверх меры те слабые звенья
движений, которые включают в себя так называемые "быстрые мышцы".
Основная идея (причина) этого противоречия в том, что укрепление этих "быстрых", легко управляемых
мышц, увеличивает вероятность технических срывов.
Примером может явиться исследование, проведенное со штангистами Ф.Я. Верховским.
Вывод из этого противоречия заключается в следующем:
1.
Необходимо разработать и использовать приемы, предотвращающие несвоевременное включение в
работу быстрых мышц. ( Поворот дискобола с копьем, выбегание со старта под наклонную планку, метание
утяжеленных снарядов);
2.
Следует дозировать тренировочные средства так, чтобы предотвратить диспропорцию в развитии,
совершающих основную работу мощных и "быстрых" мышц. Иначе говоря, необходим оптимум условий
выполнения упражнений и оптимум тренировочных средств и их соотношений.
4.2. Противоречие максимумов и оптимумов активности в системе мышц.
Можно предположить, что если повысить величины усилий в каждой фазе движения, то конечный
эффект работы будет большим. Однако материалы исследований условий работы системы мышц, показывают,
что такой путь повышения имеет свои границы. Повышение "вклада" каждой из участвующих в движении
мышц в итоговый результат движения и рост этого результата может продолжаться лишь до тех пор, пока
возрастание активности одних мышц не станет причиной снижения активности других. Возникает новое
противоречие.
4.3 противоречие между необходимостью увеличения "вклада" каждой из мышц в двигательное
действие и повышением вероятности отрицательного действия эффекта, который может произойти
при выходе активности какой-либо из мышц за рамки оптимума.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
148
Следовательно, для системы, состоящей из многих мышц, достижение максимума эффекта
обеспечивается лишь при условии оптимальных уровней активности мышц.
Если рассматривать сложные движения, где каждая последующая фаза зависит от условий,
складывающихся в предыдущих фазах, то излишняя активность какой-либо мышцы обязательно исказит, а
максимальная может прекратить развертывание движений, т.к. будет задержан переход к следующей фазе.
(Например, максимально активный первый прыжок при выполнении тройного прыжка с места или с разбега
может привести к срыву всего упражнения). Поэтому понятия "максимума полезного эффекта" и "максимума
силы" необходимо рассматривать с позиций системы эффектов, обеспечиваемых слаженнейшей деятельностью
многих мышц.
Так как излишние мышечные напряжения как минимум удлиняют время выполнения фаз движения, то
последовательность действий должна исходить из подбора условий сочетания частных оптимумов .
Учитывая сказанное, необходимо отметить, что при обучении нужно найти такие приемы, которые бы
давали возможность формировать нужное распределение активности различных мышц. В этой связи
целесообразно программирование обучения, использование для этих целей специализированных тренажеров.
В качестве примера организации нужной - структуры мышечной активности можно привести случай
освоения женщиной трудного гимнастического упражнения - упора руки в стороны на кольцах - "креста", когда
обучение этому упражнению шло в бассейне с водой, (дмн Э.М. Атаев).
4.4. Противоречие между биомеханической рационализацией и вероятностью уменьшения
физиологического влияния упражнения
Возрастающее мастерство в выполнении основных и тренировочных упражнениях является фактором,
уменьшающим возможность получения от этих упражнения тренировочного эффекта.
Достигая все более и более целесообразной в биомеханическом отношении техники выполнения
упражнений, спортсмен в какой-то мере уменьшает вероятность физиологического влияния упражнения.
Уменьшает тем, что во всех более совершенных движениях все большая доля работы обеспечивается четко
координированными вспышками активности мышц, т.е. весьма экономично.
Противоречие между биомеханической рационализацией и вероятностью уменьшения физи ологического
влияния упражнения особенно четко выступает в видах спорта, характерных длительной циклической работой.
Тренируясь,спортсмен от цикла к циклу уменьшает число помех, достигая чрезвычайно экономичного и
равномерного режима работы.
Биомеханическая рационализация движения, уменьшение энергетических затрат на единицу
преодолеваемого пространства приводит к снижению уровня необходимых следовых реакций.
Например, метатели используя упражнения со штангой порой усваивают технические приемы
штангистов и способны показывать высокие достижения в подъеме штанги. Однако освоение технических
приемов снижает интенсивность взаимодействия с внешними силами. Следовательно, выполняя упражения со
штангой спортсмены других специализаций не всегда должны стремиться вы полнить движения самым
техничным рациональным образом.
Возможные пути выхода из этого противоречия, связанного с уменьшением тренировочного эффекта в
ациклических видах видятся в разделении упражнений на "качество" и "умение", а также в синтезе их на основ е
использования широкого набора тренировочных средств. В циклических видах преодоление этого
противоречия заключается в широком использовании переключений режимов работы.
4.5. Противоречие стабилизации двигательного навыка и спортивного результата
Последовательное повторение попыток при выполнении спортивного движения неминуемо стабилизирует
двигательный навык. Стабилизация же двигательного навыка приводит к стабилизации спортивного результата.
С одной стороны это обстоятельство гарантирует успех в выступлениях, а с другой может рассматриваться как
препятствие дальнейшего спортивного роста. Закреплению навыка способствуют попытки спортсмена показать
более высокий результат. Это стремление может расцениваться как более трудное двигательное задание или как
работа в более тяжелых условиях. Сложность разрешения этого противоречия заключается в основном в том, что
минимизация тактик выполнения движений в более тяжелых условиях практически не создает возможн остей
для тренировочных вариаций. Выполнение же задач на изменение некоторых особенностей движения, т.е.
искусственные вариации, препятствуют движению максимально высокой результативности попытки.
Пути преодоления этого противоречия видятся в комплексном применении специальных; упражнений и
режимов максимально интенсивной работы с использованием тренажеров. Такой подход должен предотвратить
излишнюю стабилизацию и закрепление навыка и тем самым обеспечить возможность дальнейшего роста
результатов.
ЛЕКЦИЯ БИОМЕХАНИЧ ЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА И ЕГО ДВИЖЕНИЙ
План
1. Кинематические характеристики
а) система отсчета
б) пространственные характеристики
в) временные характеристики
г) пространственно-временные характеристики
2. Динамические характеристики
а) инерционные характеристики
б) силовые характеристики
в) энергетические характеристики
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
В. М. Зациорский; Д. Д. Донской. Биомеханика, Физкультура и спорт, М., 1979,с.16-37
В. Петров, Ю. Гагин. Механика спортивных движений. Физкультура и Спорт, 1974.
149
В самом названии предмета БИОМЕХАНИКА виден смысл науки, как науки о движениях. Многие из
частей человеческого тела можно представить в виде механических элементов и язык биомеханики тот же, что
и язык теоретической механики - науки о движении материальных тел.
Познакомимся с некоторыми определениями и понятиями теоретической механики, встреча с которыми
нам предстоит при биомеханическом анализе движений.
Механика разделяется на три раздела:
1. Кинематика,
2. Статика,
3. Динамика
КИНЕМАТИКА изучает движение тел вне зависимости от тех причин, которые обусловливают это
движение.
СТАТИКА изучает условия равновесия тел.
ДИНАМИКА изучает движение тел в связи с теми причинами /взаимодействиями между телами/,
которые обусловливают тот или иной характер движения.
В зависимости от свойства тел, движение которых изучается, характера изучаемых движений и
содержания вопросов, на которые должен быть получен ответ, механика делится на механику точки, механику
твердых тел и механику упругих тел.
Задача механики состоит в экспериментальном исследовании различных движений и обобщений ,
полученных экспериментальных данных в виде законов движения, на основании которых далее, в каждом
случае может быть предсказан характер возникающего движения. Для этого необходимо знать не только
свойства тел, движение которых рассматривается, но и характер тех сил, которые действуют в том или ином
конкретном случае.
Вопросы о природе сил, вызывающих механическое движение, выходит за рамки механики. Исследуя
движения человека, измеряют механические показатели его движений.
Биомеханические характеристики - это меры механического состояния биосистемы. Одно из основных
достоинств биомеханических характеристик, их количественная мера /метр, секунда и т.д./ в отличие от
качественных /легко, тяжело, свободно и т.д./
1. Кинематические характеристики
Кинематические характеристики движения, описывают его отве-чая на вопрос - как движется тело, куда,
сколько времени идет движение, но не дают ответа на вопрос, почему оно движется. Кинематические
характеристики движения делятся на:
1. пространственные;
2. временные;
3. пространственно-временные
Движением тела называется изменение его положения со временем. Положение тела может быть
определено только относительно каких либо других тел. Поэтому и о движении тела, т.е. изменении его
положения, можно говорить только постольку, поскольку выбраны другие тела, которые служат для определения
положения данного тела.
Тела которые служат для определения положения движущихся тел, называют ТЕЛАМИ ОТСЧЕТА.
Пример: телом отсчёта в плавании являются стойки бассейна, а тело отсчета в прыжках в длину - брусок
пластилина и т.д.
В зависимости от условий задачи выбирается та или иная СИСТЕМА ОТСЧЕТА. После того как выбраны
тела, которые должны служить телами отсчета, можно связать с ними какую -либо систему координат,
например, прямоугольную /Декартову/ и определить положение каждой точки движущегося тела тремя
координатами в выбранной системе координат. При отсчете расстояния надо установить:
а) начало,
б) направление,
в) единицы отсчета
Физические тела, в том числе и тело человека, в некоторых случаях можно рассматривать как
материальную точку. Это допустимо, если расстояние, на которое передвигается тело значительно больше
собственных размеров тела.
Итак, либо все тело рассматривают как материальную точку, либо на теле выбирается пункт отсчета
/грудь спортсмена бегуна, начало лезвия конька, переднее колесо велосипеда, крепления на лыжах, кисть
пловца и т.д./. Условно приняв за тело материальную точку установим способы описания движений точек, т.е.
установим основные положения кинематики точки.
Траекторией точки называется линия, которую описывает точка при движении. Траектория может быть
прямолинейной и криволинейной. Для описания движения применяют естественный, координатный и
векторный способы.
Естественный способ заключается в том, что движение точки задается ее траекторией и законом
движения по этой траектории
S=f(P)
где S - положение точки на заданной траектории.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
150
Р - параметр, от которого зависит положение точки /время, высота, расстояние и т.д./.
Векторный способ сводится к построению радиус-вектора /вектор проведенный из начала координат в
данную точку/.
Радиус-вектор однозначно определяет положение точки в пространстве. Квадрат модуля вектора равен
сумме квадратов координат.
2
2
2
2
г = х +У +z
Координатный способ заключается в том, что движение точки задается движением ее проекций вдоль
осей координат.
Положение точки в Декартовой системе координат определяют три координаты /расстояние от начала
координат 0 до проектной точки А на оси абсцисс ординат и аппликат.
Эти три линейные координаты Sx, Sy, Sz полностью определяют положение точки в пространстве.
В зависимости от выбранного способа отсчета устанавливаются единицы отсчеты - линейные и угловые.
Линейные единицы -1 метр
1км= 1000 м
I дюйм = 2,54 см
I фут - 30,48 см
I ярд = 91,44 см
Угловые единицы - окружность 360°
I град. = 60 минут
I мин = 60 сек
I оборота 360°
I радиан 57° 1744,8"
В систему отсчета времени входят начало и единицы отсчета. За начало отсчета в биомеханике
применяется или начало движения, или его составной части. За единицу отсчета времени принята I секунда, а
также ее доли, десятая - 0,1, сотая 0,01, тысячная 0,001 /миллисекунда/.
Пространственные характеристики движения Пространственные характеристики позволяют определить
положение и перемещение тела в пространстве. В зависимости от поставленных задач движения человека
можно изучать, рассматривая его тело как материальную точку, как твердое тело или как систему точек и тел.
Координата - пространственная мера местоположения точки относительно системы отсчета.
Координаты показывают, где находится данная точка /объект/ в данный момент времени, его ориентацию.
Положение точки на линии определяет одна, на плоскости две и в пространстве три координаты. Для
определения ориентации тела в пространстве иногда бывает удобнее использовать угловые координаты.
Положение системы тел определяют по положению каждого звена в пространстве.
Для определения движения необходимо определить:
1. исходные положение,
2. конечное положение,
3. промежуточное положение, которое принимает тело при движении. Кадры циклограммы дают
представление об этих параметрах движения. Траектория точки
Траекторией называется линия, описываемая при движении, материальной точкой.
По виду, траектории движения разделяются на прямолинейные /траектория прямая/ и криволинейные
/траектория кривая/.
Траектория - это непрерывная линия, воображаемый или видимый след движущейся точки,
При прямолинейной траектории длину траектории характеризует модель вектора перемещения.
При криволинейном движении длина траектории это - сумма модулей элементарных перемещений точки.
Форму траектории характеризует кривизна траектории
где R - радиус элементарной дуги окружности.
В практике спорта мы часто встречаемся с понятиями амплитуды движения и размах движения. Разберем
эти понятия на примере раскачивания гимнаста на перекладине:
Линейное ускорение любой точки вращающегося тела
а=Ег
где г радиус вращения этой точки.
Резюме: кинематические характеристика делятся на пространственные, временные и пространственно временные.
Пространственные; положение тела, направление движения, траектория движения,
Временные: длительность движения, момент времени, темп, ритм.
Пространственно - временные: скорость, ускорение, угловая скорость, угловое ускорение.
2. Динамические характеристики
Спринтер в считанные секунда пробегает свою дистанцию, копье парит в воздухе пролетая громадные
расстояния, мяч пробитый футболистом с угловой отметки описывает неожиданную дугу и влетает в ворота.
Движения гимнаста в воздухе вызывают восторг и изумление. Что приводит каждый из этих объектов в движение?
Что поддерживает это движение? Есть ли единая причина для всех видов движений?
На предыдущей лекции мы ввели понятие кинематики, носящие описательный характер, но не
рассматривали вопроса о причинах движения. Динамика, раздел механики позволяющий вскрыть причины
движения или причины изменения движений, контролировать движения. Определение основных законов
динамики было начато итальянским ученым Галилеем и завершено Ньютоном.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
151
Галилей опроверг неверное воззрение, существовавшее в науке со времени Аристотеля о том, что из
двух тел, падающих на землю, более тяжелое тело движется быстрее. Галилей установил, что сила - есть
причина изменения скорости, т.е. причина возникновения ускорения.
Динамика, в том виде как мы собираемся ее использовать, основана на известных законах Ньютона, на
могиле которого высечены слова: Здесь покоится сэр Исаак Ньютон который почти божественной силой своего
ума впервые объяснил
с помощью своего математического метода движение и формы планет, пути комет, приливы и отливы
океана. Пусть смертные радуются, что в их среде было такое украшение человеческого рода. Родился 25
декабря 1642 г. Умер 20 марта 1727 г. Центральная идея законов движения Ньютона такова: Изменение
состояния движения
/т.е. скорости/ тел вызывается действием их друг на друга. Самое замечательное в
законах движения Ньютона - это их точная количественная форма.
Инерционные характеристики
Свойство тела, определяющее быстроту изменения его скорости под действием силы, наз ывается
в механике массой /или инертной массой/.
Согласно второму закону Ньютона ускорение /т.е. изменение скорости за единицу времени /тела
пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его массе:F = —.та
Из второго закона Ньютона
вытекает его первый закон:
Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или
прямолинейного и равномерного движения, пока и поскольку оно не
принуждается приложенными силами изменить свое состояние.
Этот закон называют законом инерции, а свойство тел, проявляющееся в
сохранении движения, а также в изменении его под действием сил - инертностью.
Расположение инертной массы в теле вращающемся вокруг оси также влияет на его момент и нерции.
Следует отметить, что природа обеспечила рациональное строение звеньев опорно -двигательного аппарата с
учетом момента инерции. Так, например, обратим внимание на наши ноги и руки, которые вращаются в
суставах. Массы их распределены неравномерно /большее количество массы звена расположено ближе к оси
вращения/.
Силовые характеристики
Механика - единственная наука, в которой действительно знают, что означает слово сила. Ф. Энгельс
Сила - это слово встречается нам на каждом шагу /сила разума, сила тяжести, сила воли, сила любви, сила тока
и т.д. и т.п./ В механике сила - это мера механического воздействия одного тела на другое. Из второго закона
Ньютона F = та;
Единицей силы в системе СИ служит Ньютон /Н/.
Все силы, с которыми имеет дело механика можно разделить на два основных класса: силы возникающие
только при непосредственном соприкосновении тел /контактные силы/, и силы, которые могут действовать в
отсутствие непосредственного контакта между телами.
К первому классу относятся упругие силы и силы тр ения, ко второму - силы всемирного тяготения, или
гравитационные силы и электромагнитные силы, или силы взаимодействия между электрическими зарядами.
Упругие силы возникают при непосредственном соприкосновении тел в результате их деформации,
например, растяжение или изгиб пружин. Абсолютно жесткая /не деформирующаяся/ в природе не существует.
Все тела в той или иной степени подобны пружинам - всякое тело может деформироваться и в
деформированном состоянии действовать с какой-то силой на другие тела, с которыми оно соприкасается;
величина этой силы определяется свойствами тела и характером и величиной, возникающей деформации.
Силы трения, действующие между соприкасающимися телами вдоль поверхности соприкосновения,
зависят не от характера деформации, а от других факторов /скорости относительного движения
соприкасающихся тел, состояния их поверхности/.
Силы второго класса обусловлены наличием полей, которые создаются действующими телами.
Интересны гравитационные силы. Одно из самых замечательных свойств сил всем ирного тяготения - их
универсальность. Все, что имеет массу, - а масса присуща любой форме, любому виду материи, -должно
использовать гравитационные воздействия. Гравитационные силы вездесущи, Почему же мы, не ощущаем
притяжения большинства тел. Сила взаимного притяжения двух людей среднего веса на расстоянии один метр
не превышает трех сотых долей миллиграмма. Так слабы гравитационные силы.
Но эти же силы становятся грандиозными, когда на сцену выступают огромные массы космических тел,
планет. Так, Земля и Луна притягиваются друг к другу силой примерно 20* 10 " тонн.
Другое замечательное свойство гравитационных сил - гравитационная сила пропорциональна массе.
Закон всемирного тяготения выглядит так
где с = 6,68-10" 8 см "/сек" - гравитационная постоянная. Можно говорить и о влиянии сил гравитации на
спортивные результаты, если принять m - масса снаряда, М - масса Земли, - расстояние, между их центрами, в
которых сосредоточены массы.
ЛЕКЦИЯ. ПЕРЕМЕЩАЮЩИЕ ДВИЖЕНИЯ
План лекции
Введение
1. Биомеханические основы метаний
1.1. Факторы, определяющие дальность полета снаряда
1.2. Механизм хлестообразного движения (на примере метания копья)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152
1.3. Баллистическая работа мышц
1.4. Аэродинамические свойства спортивных снарядов
2.
Ударные взаимодействия
2.1. Основы теории удара
2.2. Биомеханика ударных действий
3.
Точность в перемещающих движениях
Литература
1.
В. М. Зациорский; Д. Д. Донской. Биомеханика, Изд. ФиС, 1979, с. 198-214.
2. Тутевич В.Н. Теория спортивных метаний. Изд. ФиС, 1969.
3. Матвеев Е.Н. Метание легких и утяжеленных снарядов. Легкая атлетика. 1970, №11, с. 20-21.
4. Тутевич В.Н. О взаимосвязи скоростей в метаниях. Легкая атлетика,1968, №5, с. 9-10
Агашин Ф.К. Биомеханика ударных движений. М., ФиС, 1977.
Сулиев Л.Г. Метание копья. ФиС, 1961.
7.
Донской Д.Д. Биомеханика с основами спортивной техники, М., ФиС, 1971,0.253-257.
8.
Догерти Д.К. Современная легкая атлетика. Метание копья. ФиС, М., 1958, с.318-344.
Введение
Перемещающие движения служат для перемещения внешних физических тел (снаряд, противник,
партнер), с требуемой скоростью в необходимом направлении.
В большой группе видов спорта (спортигры, тяжелая атлетика, метания, борьба, акробатика, и др.)
перемещающие движения являются основными или решающими для достижения высокого спортивно -го
результата. Различная форма, масса перемещаемых тел, а также разнообразие двигательных задач -определяют
различия перемещающих движений.
По способу выполнения, их можно разделить на:
а) движения с разгоном перемещаемых объектов (метания, броски в борьбе, броски мяча в спортивных
играх),
Б) движения с ударными взаимодействиями (удары по мячу, бокс, удары по шайбе и т.д.).
В контакте с внешним телом при перемещении его обычно находится небольшое число звеньев тела
спортсмена (стопа футболиста бьющего по мячу, кисть штангиста
удерживающая
штангу
и
т.д.).
Однако
в
решении двигательной задачи принемают участие многие звенья биокинематических цепей,
происходит "суммирование" движений. Биокинематические цепи обеспечивают траектории движения рабочей
точки и создают условия для работы мышц по созданию ускоряющих усилий. Следует отметить, что во многих
спортивных движениях скорость полета перемещаемого тела не всегда должна быть максимальной, часто
направление скорости и ее оптимальная величина имеет решающее значение для точности выполнения
движения (бросок мяча в корзину, передача мяча партнеру). Перемещающие движения могут носить локальное,
местное значение. В таком случае они выполняются с использованием ограниченного числа звеньев. Локальные
движения применяются либо когда не нужна большая ускоряющая сила, либо в отдельных: задачах (игры) для
маскировки двигательного действия.
Если нужно достигнуть максимально возможной начальной скорости, вылета перемещаемого снаряда,
например, в легкоатлетических метаниях, система движений должна отличаться тонкой согласованностью. В
наращивание скорости включается большое количество звеньев те-ла. В глобальных (общих) перемещающих
движениях вначале более крупные и медленные группы мышц развивают большие усилия, приложенные к
более инертным звеньям; далее включаются в работу более быстрые, но менее сильные мышцы, успевающие
придать ускорение менее инертным звеньям, уже имеющим большую скорость.
Биомеханические основы метаний .
1.1. Факторы, определяющие дальностью полета снаряда
Исходя, из законов баллистики дальность полета снаряда (L) зависит от трех факторов:
1. Начальной скорости вылета снаряда;
2. Угла вылета снаряда;
3. Ускорения свободного падения и может быть выражена следующим образом:
где V; - начальная скорость вылета снаряда (скорость в момент вы-пуска снаряда). Она направлена по
касательной к траектории снаряда. В полете скорость снаряда непрерывно изменяется - сначала уменьшается, а
затем увеличивается;
а- угол вылета снаряда (в градусах) определяется углом между вектором скорости и линией горизонта. В
ходе полета этот угол изменяется от положительных величин до отрицательных;
q- ускорение свободного падения (силы тяжести)
Однако для расчетов дальности в спортивных метаниях формула (I) не может быть использована в таком
виде по ряду причин (В.Н. Тутевич, 1969), Во - первых, она не учитывает высоту (Н) , на которой снаряд
покидает руку спортсмена. Пренебречь этой величиной нельзя, т.к. она соизмерима (особенно при толкании ядра) с
дальностью полета снаряда. Во-вторых, она не учитывает влияния атмосферной среды. В баллистике при скоростях
меньше 50м/сек. сопротивлением воздуха рекомендуется пренебрегать. Однако исследования (Л.Г. Сулиева,
1961; Ф. Хелд, 1960; В.Н. Тутевич, 1969 и др.). аэродинамических свойств легкоатлетических снарядов показало,
что влияние внешней среды на полет этих снарядов существенно, несмотря на то, что скорость их вылета
колеблется примерно от 10 до 35 м/сек. Этот факт объясняется тем, что артиллерийские снаряды, ракеты
обладают обтекаемыми профилями, коэффициент сопротивления которы х в десятки раз меньше, чем у таких
спортивных снарядов как ядро или молот. Продувка копий и дисков в аэродинамической трубе показала, что
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
153
при полете этих снарядов, кроме любового сопротивления, возникает подъемная сила, увеличивающая
время полета и тем самым способствующая повышению результативности бросков. В - третьих из за
ограниченности силовых возможностей спортсмена вес снаряда (например ядра) оказывается соизмеримым с
силой воздействия спортсмена на снаряд, что изменяет оптимальный угол вылета снаряда. В баллистике же сила
действия на снаряд значительно больше его веса поэтому учетом его пренебрегают, чего нельзя делать при
толкании ядра. В - четвертых из-за наличия скорости разбега, соизмеримой со скоростью сообщаемой в период
броска, но направленной к ней под другим углом. Пятое - в выражения (I) не учитываются биомеханические
условия работы мышц метателя, которые обеспечиваются лучше при некотором уменьшении угла вылета, а
следовательно, и угла приложения сил. Объясняется это анатомическим строением мышц наиболее важной для
проведения броска - большой грудной (направление равнодействующей всех волокон ее меньше теоретически
выгодного угла 45°) (Л.Г.Суляев, 1961).
Резюмируя сказанное, мы можем отметить, что основная формула баллистики справедлива для метаний,
выполняемых спортсменом, но при учете ряда механических и биомеханических особенностей связанных с
конструкцией снарядов, условиями разгона и полета снаряда и использованием свойств тела человека как
биомеханической системы.
Рассмотрим несколько подробнее эти факторы.
Скорость в перемещаемых движениях (метания).
Скорость вылета перемещаемого снаряда является результатом сложения скоростей в стартовом и
финальном разгонах. Однако сложение это не простое. В конечном итоге оказывается, что во всех ме таниях,
скорость стартового разгона, во-первых увеличивает общую скорость вылета снаряда, во-вторых, изменяет ее
направление и, в третьих, приводит к уменьшению скорости, сообщаемой снаряду в финальном разгоне (кроме
метания копья). Основная причина потери скорости заключается в полном использовании силы наиболее
мощных мышц в финальном разгоне, в неизбежном укорочении пути воздействия силы метателя на снаряд в
финальном разгоне (В.Н.. Тутевич, 1969).
Например: Скорость ядра V= 13м/сек. обеспечивает дальность толчка около
19,2 м. Финальная скорость V = 11,15м/сек. позволяет ядру пролететь 14,65 м. Однако в толчке с места,
толкатель такого класса достигает Vo = 12м/сек. и
результата около 17 м. После скачка у толкателя Vc= 1,95 м/сек. И если бы спортсмен после скачка мог
сообщить в финальном разгоне скорость 12 м/сек, то ядро обладая суммарной скоростью вылета около 14 м/
сек. приземлилось бы на 22 метровой черте. Аналогичные данные и в других видах метаний (диск, молот).
Исключение представляет лишь метание копья. Исследования, проведеные В.Н. Тутевич (1969) , показали, что
в метании копья потери скорости в финальном разгоне не происходит и финальная часть, выполняется после
разбега более эффективно, чем в бросках с места.
Так Я.Лусис с места показывал результат 58,5 м (скорость 22,5 м/сек) в броске с разбега со скоростью 7
м/сек результат его был 83,3 м скорость 31,6 м/сек). Мы видим, что скорость стартового и финального разгона,
только сложилась, но и возникла дополнительная прибавка. Еще больше способствовал разбег увеличению
скорости финального разгона у М.Паамы, который в бросках с места не достигал 50 м, а с разбега метал дальше
80 м.
Этот парадокс существенно выделяющий метание копья из других видов метаний, не означает, что В
метании копья отсутствуют потери скорости в финале скорости старта. Имеется ряд факторов, которые
существенно выделяют его из других видов метаний, позволяя восполнить потери скорости за счет указанных
причин, но и увеличить прирост скорости в финале после разгона по сравнению с брос ком без разбега.
К этим факторам относится следующие:
1. Малый вес снаряда позволяет сообщать скорость в финале главным образом за счет силы плечевого
пояса и руки (метатель разбегается ногами и метает рукой).
2.
Эффективное растягивание мышц плечевого пояса перед началом финального усилия (за счет
"обгона" ногами), и использование их эластических свойств. Этот фактор почти наполовину увеличивает
среднюю силу воздействия на копье в финале.
3. Хорошая передача, количества движения, накопленного телом в разб еге, от нижних частей тела к
верхним и к снаряду. Такая "хлыстообразная" передача скорости возможна, если метатель резко и
своевременно тормозит движение ног, туловища, локтя и не проваливается вперед при выполнении броска.
1.2. Механизм хлестообразного движения
Еще Д.К. Догерти (1958) описывая механизм эффективного использования скорости разбега при метании
копья проводил аналогию с ударом кнута. Отмечая, что скорость его конца пропорциональна не только
скорости движения рукоятки вперед, но также и внезапности, с которой это движение останавливается и даже
пере-водится в обратную сторону.
Экспериментально суть "хлестообразного" движения показал Е.П.Матвеев (1967,1970). Отмечая, что
начальная скорость вылета копья (30-35 м/сек) в 1,8-2 раза больше скорости, которая может быть получена
расчетным путем как сумма максимальных скоростей одиночных движений в плечевом, локтевом и
лучезапястном суставах. Этот феномен объясняется "хлестообразностью' выполнения движения. Смысл его
заключается в следующем: в начале броска те-лу и руке, как многозвенным, рычажным системам, сообщается
некоторое количество движения (K=mv), дальше происходит последовательное торможение в суставах снизу
вверх, начиная с тазобедренного. Так как общее количество движения в системе должно оста ться неизменным,
а движущаяся масса уменьшается, то происходит значительное увеличение скорости дистальных сегментов
руки. А так как масса туловища и проксимальных сегментов руки намного превышает массу дистальных
звеньев, это перераспределение скорости весьма значительно. Установлено, что характеристики "хлёста"
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
154
проявляются более отчетливо с ростом квалификации метателей копья. Необходимо отметить, что
описанный механизм "хлёста" в значительной степени проявляется и в других видах метаний (метание диска,
толкание ядра). Однако этот механизм при метании более тяжелых снарядов, чем копье не в состоянии
компенсировать потерь скорости, зависящей от других, ранее перечисленных факторов.
1.3. Баллистическая работа мышц в метаниях
Ещё И.М.Сеченовым было замечено, что высокая скорость движения достигается тогда, когда мышцы,
посредством которых оно выполняется, сокращаются, находясь перед этим в сильно растянутом состоянии. Это
явление получило в дальнейшем название баллистической работы.
По мнению специалистов чрезвычайно важно растянуть мышцу и использовать ее упругие элементы, что
является решающим условием достижения высокой скорости движения. Растягивать мышцу должна сила
внешняя для данного сочления. Например, сила инерции звена возникающая в результате движени й в других
сочлениях или последовательного ускорения и торможения звеньев тела в предыдущих фазах движения.
Усилия мышц при баллистической роботе в кратчайшее время нарастают до своего максимума. Напряжение,
возникающее при упругой деформации, тормозит растягивание мышц. Когда мышца значительно растянута,
даже небольшое дополнительное увеличение длины вследствие высоконелинейной упругости приводит к тому,
что напряжение мышцы резко нарастает. Большое напряжение мышцы вызывает соответствующее ускорение
звеньев.
Движения метателей направлены на предварительный разгон системы метатель -снаряд и приведение
звеньев тела во взаимное положение, обеспечивающее наиболее выгодную динамическую позу для выполнения
финального разгона с тем, чтобы развить наибольшее напряжение мышц, обеспечить ускорение тела. В
легкоатлетических метаниях время воздействия на снаряд увеличивается за счет последовательного включения
движений в суставах. При решении задачи достижения максимальной начальной скорости вылета снаряда в
системе движений метателя проявляется тонкая согласованность (координация движений). При этом в начале
крупные и относительно медленные группы мышц развивают значительные усилия, приложенные к наиболее
инертным (массивным) звеньям тела, далее включаются в работу быстрые, но менее сильные группы мышц,
успевающие дополнительно придать ускорение менее инертным звеньям. Во всех видах метаний условно
различают предварительный разгон снаряда и финальный разгон.
В предварительной части разбега решается задача наращивания ско рости всей системы метателъ-снаряд.
В толкании ядра это, так называемый, «скачок», выполняемый в виде скользящего шага левой и быстрой
подстановки правой ноги, в метании диска это поворот, в метаний молота это несколько поворотов (3-4), в
метании копья задача разгона решается в разбеге.
Кроме этой задачи в предварительной части осуществляется "обгон снаряда", проявляющийся в
ускорении нижних звеньев тела относительно верхних и руки со снарядом. Эти движения позволяют
спортсмену занять перед началом финально го разгона наиболее выгодную динамическую позу, дающую
возможность использовать баллистические свойства мышц и увеличить путь разгона спортивного снаряда.
В заключительной части метания - финальном разгоне за короткое время на ограниченном пути сообщается
дополнительное ускорение спортивному снаряду и к моменту вылета развивается максимальная скорость.
Величина скорости один из решающих факторов, определяющих дальность полета снаряда.
1.4. Аэродинамические свойства спортивных снарядов
Рассматривая факторы, определяющие дальность полета спортивных снарядов и его точность
необходимо подробнее остановиться на аэродинамических свойствах спортивных снарядов. В таких видах
метаний как метание копья, метание диска поведение снаряда в полете существенно влияет на результативность.
Наилучшими аэродинамическими качествами обладает диск, имеющий чечевицеобразную форму,
напоминающую форму крыла. Устойчивость в полете обеспечивается вращением снаряда вокруг своей оси
наподобие волчка. Из теории гироскопов известно, что если толкнуть вращающийся на своем кончике волчок, то он
не упадет, а начнет вращаться вокруг наклонной оси, которая сама будет двигаться по конусу (конус прецессии). Тот
же эффект наблюдается и при полете снаряда, которому для устойчивости в полете придается значительная
собственная угловая скорость. Расчеты В.Н.Тутевича (1969) показали, что для устойчивого полета диск должен
обладать скоростью не менее 2 оборотов в секунду. В действительности же, как показали материалы киносъемки,
диск в полёте делает 5-8 оборотов в секунду и зависит от скорости метания. Кроме стабилизации снаряда в полете
быстрое вращение вызывает искривление траектории полета (так называемый эффект Магнуса). Если мяч
вращается, то скорость воздушного потока на разных его сторонах будет разной. При вращении мяч увлекает
прилегающие слои воздуха, которые начинают вокруг него циркулировать. В тех местах, где скорости
поступательного и вращательного движения складываются, скорость воздушного потока становится больше, а с
другой стороны мяча эти скорости вычитаются и результирующая становится меньше.
По этой причине и давление с разных сторон будет разным; больше с той стороны, где скорость потока
будет меньше.
Благодаря эффекту Магуса возможно с углового удара послать мяч в ворота,
Влияние вращения мяча тем выше на траекторию полета, чем больше поступательная скорость. Так,
например, теннисные мячи при квалифицированных ударах вращаются со скоростью 100 об/сек. Если
направление вращения мяча совпадает с направлением полета такой мяч называется кр ученым, если не
совпадает резанным.
Воздушный поток обтекая снаряд (например, диск) создает аэродинамическую
силу, которую при
анализе раскладывают на две составляющие с и.л а лобового с о п р о т и в л е н и я (0), направленная
против скорости движения тела. Эта составляющая аэродинамической силы уменьшает скорость движения тела
и подъемную силу, перпендикулярную направлению скорости движения тела (V). Сила лобового
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
155
сопротивления существу-ет всегда, а для возникновения подъемной силы необходимы условия. Ес ли поток
воздуха ДВИЖЕТСЯ вдоль диска, то он обтекает диск симметрично и скорость его над диском и под ним будет
одинакова. В этом случае подъемной силы создаваться не будет. Будет лишь си-ла лобового сопротивления. С
таким положением снаряда мы сталкиваемся при выпуске снаряда из руки спортсмена, в дальнейшем же
направление плоскости диска (его ребра) не совпадает с направлением вектора его скорости. Поток воздуха
обтекает диск так, что по закону Бернулли: давление над диском меньше чем снизу.
Но воздух не только поднимает диск, но и тормозит его скорость движения, создавая лобовое
сопротивление, направленное против скорости движения.
Таким образом, если ребро диска направлено точно против ветра, то подъемная сила отсутствует, если
же между направлением ребра и потоком воздуха имеется угол L , то возникает подъемная сила. Угол L ,
называемый углом атаки изменяет свою величину. При увеличении угла атаки увеличивается что момент очень
сильно зависит (квадратичная зависимость) от скорости вылета копья. Чем выше скорость, тем сильнее
пикирующий момент. Чтобы это пикирование не было преждевременным и не нарушался планирующий полет
копье выпускается с различными расстояниями между ЦТ, регулируемыми за счет перераспределения массы
копья и изменения формы (копья рассчитанные на дальние броски имеют тонкую хвостовую часть, за счет
этого ЦТ смещается вперед, расстояние от ЦТ до ЦД уменьшается). Копья, рассчитанные на полет 70-90 м
имеют это расстояние 1-2 см. Поэтому копьеметатели, например, второго разряда, начинающие метать копья,
рассчитанные на полет 80 м (Хелд-80) терпят неудачу. Из-за малой величины начальной скорости пикирующий
момент оказывается настолько незначительном, что копье приземляется либо хвостом, либо плашмя и бросок
согласно правилам соревнований засчитан не будет. Бросок мастера при использовании копья
предназначенного метателям низших разрядов будет неудачен, так как копье приземлится преждевременно изза сильного пикирования.
Точность в перемещающих движениях
Эффективность метаний и ударов в значительной мере зависит от точности движений, направленных на
разгон спортивного снаряда.
В широком смысле под точностью движения понимают степень его близости требованиям двигательного
задания.
В баллистических же движениях говоря о точности, мы будем иметь ввиду точность движения рабочего
звена, тела или управляемого этим звеном снаряда (клюшки, рапиры, мяча). Различают два вида заданий на
точность. В первом требуется обеспечить точность по всей траектории движения (например, обязательные
фигуры на коньках, где след конька должен описать идеальную геометрическую фигуру. Подобные задачи
называются задачами слежения. Во в т о р о м виде заданий необходимо лишь попасть в намеченную цель не
заботясь о траектории рабочей точки тела или снаряда (броски в кольцо, удары по воротам и т.д.). Эти
двигательные задачи называют задачами попадания, а точность целевой точностью.
Целевая
точность
оценивается величиной
отклонения от цепи. Например, стоит задача бросить копье (гранату) на определенное расстояние и
ошибки могут выражаться в перелете и недолете, то при большом числе бросков снаряд будет приземляться в
различные точки. При этом средняя точка по-падания будет иметь отклонения от цепи. Это отклонение называется
систематической ошибкой попадания. Кроме того, места приземления снаряда будут как-то рассеяны
относительно средней точки попадания. В соответствии с законами баллистики рассеивание будет носить
нормальное распределение. Нормальное распределение характеризуется средней величиной и стандартным
(средне квадратическим) отклонением. Стандартное отклонение указывает величину случайной ошибки
попадания. Величина, обратная стандартному отклонению, называется кучностью. Систематическая ошибка и
кучность характеризуют целевую точность. Если систематическая ошибка равна нулю, т.е. наблюдается
попадание в цель мишени, целевая точность характеризуется только кучностью. Когда при оценке точности имеют
отклонения от центра мишени не только вперед назад, но и вправо влево (в пулевой стрельбе, при ударах по
воротам), то различают вертикальную и горизонтальную точность. Для оценки определяется систематическая и
случайная ошибка, т.о. всего четыре показателя.
Иногда удобно оценивать точность по числу удачных попыток - попаданий в цель. Если систематическая
ошибка известна (в частности если она равна нулю), то, пользуясь статистическими таблицами нормального
распределения по проценту попаданий легко вычислить величину стандартной ошибки.
Точность попадания в цель строго зависит от сочетания угла места, азимута и скорости вылета. Изменение
одной из этих характеристик при постоянном значении других приводит к промаху. Высокая точность попадания в
цель обеспечивается в первую очередь правильным сочетанием угла и скорости вылета ударного предм ета.
Существенную роль для достижения высокой точности играет техника выполнения движений. Особенно
важна организация движений таким образом, чтобы имелась возможность исправления ошибок, допущенных по
ходу попытки. Такая коррекция осуществляемая еще до того как становится ясен итоговый результат называется
предварительной или прелиминарной
коррекцией. Так, например, в игровых видах, где требуется осуществляв броски с высокой точностью
(например, в баскетболе), предварительная скорость вылета мяча задается движением ног, руки же
увеличивая ее, осуществляют тонкие корректирующие добавки.
Особенно сложно добиться точности в ударных движениях. Так, в футбольном ударе достаточно
ошибиться в точке приложения всего на один см и мяч отклонится от цели почти на 2 м. Поэтому более точны те
удары, которые выполняется при относительно большой площади соприкосновения с мячом. Удар внутренней
стороной стопы более точен. Удар новичка носком по точности оставляет желать лучшего. Наиболее трудно
добиться необходимой точности при ударах по движущемуся мячу (в одно касание). Сложность здесь
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
156
объясняется следующим. Мячь ударяясь о плоскость, отскакивает от нее примерно под тем же углом. И если
подставить ракетку вертикально на разных участках траектории мяча, то он отразится по разному.
Для того, чтобы послать мяч в нужном направлении, не ударяя по нему, нужно подставить плоскость
ракетки или ноги перпендикулярно к линии делящей угол между направлениями полена мяча до и после отскока
примерно пополам.
Нанося ударное действие, спортсмен к первоначальной скорости мяча добавляет скорость, возникающую в
результате удара. Они складываются геометрически, и мяч после удара движется не по направлению действия силы
удара и попадает в цель лишь в том случае, если направление и сила удара будут строго соответствовать
первоначальному направлению и скорости летящего мяча.
• Целевая точность снижается при значительном увеличении скорости движений, она существенно
зависит от расстояния и направления до цели.
ЛЕКЦИЯ СОХРАНЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЙ ТЕЛА
1. Понятие о позе и положении тела
2. Виды равновесия
3. Характеристики устойчивости и равновесия
4. Стартовые положения
ТЕМА 2. ДВИЖЕНИЯ ВОКРУГ ОСИ
1. Силы, действующие на тело при движении вокруг оси
2. Характеристики движений вокруг оси
3. Виды вращательных движений
Понятие о позе и положении тела
Движения, составляющие действия человека при занятиях физическими упражнениями, с точки зрения
биомеханики, можно разделить на 5 групп: сохранение положения, движения на месте, движения вокруг оси,
переместительные и перемещающие движения.
Положение тела человека определяется его позой, его ориентацией и положением в пространстве.
Сохраняя положение тела человек, фиксирует позу, имеет постоянную связь с опорой и расположение в
пространстве. Тело, сохраняющее свое положение, находится в равновесии.
Раздел механики, изучающий условия равновесия точек тел под действием различных сил, называется
статикой.
Основные понятия статики
Материальная точка. Тело можно рассматривать как материальную точку, в которой сосредоточена вся
масса тела, в том случае, когда размеры тела не имеют значения в решаемой задаче.
Любое физическое тело можно рассматривать как систему материальных точек. При изучении
равновесия тел считают ИХ абсолютно твёрдыми (или абсолютно жидкими), это понятие является абстракцией
и вводится с целью, упрощения исследования законов равновесия и движения.
1 .Совокупность нескольких сил, приложенных к телу, точке или системе .£ точек и тел, называется
системой сил.
2.Две системы сил называют эквивалентными, если взятые порознь они оказывают одинаковое
механическое действие на тело.
З.Одну силу, эквивалентную данной системе сил, называют равнодействующей этой системы.
4.Силу равную по величине равнодействующей, и направленную по той же линии действия, но в
противоположную сторону называют уравновешивающей.
Аксиомы статики
1.Система сил, приложенная к материальной, также является уравновешенной, если под её воздействием
точка находится в состоянии относительного покоя или движется равномерно и прямолинейно (закон инерции).
Расстояние между рёбрами тела,
относительно которых происходит опрокидывание, называется
базой устойчивости.
Из чертежа видно, что угол устойчивости двух тел одинакового веса зависит от база устойчивости и
положения центра тяжести тела.
Момент прохождения линии тяжести через границу площади опоры над потенциальным барьером,
действительно, в этот момент потенциальная энергия тела максимальна.
Сумма двух углов устойчивости в одной плоскости рассматривается как угол равновесия в этой
плоскости. Он определяет допускаемый размах перемещения ЦТ до возможного опрокидывания.
Кинематические показатели устойчивости твёрдого тела требуют существенных поправок для человека.
Во-первых, площадь опора человека не всегда совпадает с поверхностью опоры, как и у твёрдого тела, она не
более чем площадь, ограниченная линиями, соединявшими точки опоры (или внешние края площадей опоры, рис).
Но часто у человека граница площади опоры внутри контура опоры, так как мягкие ткани (стопа босиком) или
слабые звенья (концевые фаланги пальцев в стойке на руках на полу) не могут принять на себя нагрузку;
поэтому грань опрокидывания смещается внутрь от края опорной поверхности (площадь эффективной опоры
меньше последней).
Во-вторых, при приближении к граничному положению нередко становится трудно сохранить позу и
наступает не
опрокидывание "отвердевшего тела", а изменение позы с падением.
В-третьих, почти никогда человек не отклоняется всем телом вокруг грани опрокидывания (как кубик), а
перемещается в каких-либо суставах (например, при положении стоя в голеностопных).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
157
Динамический показатель устойчивости твёрдого тела - коэффициент устойчивости. Он равен
отношению момента устойчивости к моменту опрокидывания:
Движения на месте
Движения на месте характеризуется неизменной опорой и соблюдением условий равновесия - О ЦТ не
выходит, как правило, за пределы зоны сохранения положения. Эта группа движений тесно связана с
сохранением положения тела; звенья, находящиеся в контакте с опорой, не изменяют своего положения; В то
же время в группе движений на месте проявляются многие основные закономерности, свойственные всем
движениям человека. Поэтому значение этой группы движений для биомеханического изучения большее, чем
оно обусловлено их распространение в физических упражнениях.
Вида движений на месте
Движения на месте можно различать по отношению тела к опоре (верхняя и нижняя опора), по
направлению движения (вверх или вниз) и по характеру движений (преодолевающие и уступающие).
Возможны различные сочетания этих признаков и направление движения не только по вертикали. Движения на
месте, как самостоятельные упражнения, применяются не очень часто. Но движения на месте как фазы в
сложных действиях встречается нередко.
При верхней опоре человек обычно имеет удерживающую связь с закреплённым -физическим телом
(подвес). Звенья, соединённые с подвесом (гимнастическим снарядом, уступом скалы в альпинизме) - опорные,
при движениях на месте, чаще всего остаются неподвижными. Остальные звенья тела - подвижные,
перемещаются относительно опорных,- Опорными звеньями служат обычно кисти рук (при захвате пальцами);
но, например, в спортивной гимнастике опорными звеньями могут служить почти все части тела.
При нижней опоре обычно связь опорных звеньев с нею бывает неудерживающая, стопу например,
прижимает к опоре только вес верхних звеньев тела:
4.
Стартовые
положения характеризуются
определенной
позой, обеспечивающей лучшие
условия для последующего передвижения (стартового разгона в беге, ходьбе, беге на лыжах, на коньках, в
плавании). Стартовое положение, как правило, оговаривается в правилах соревнований и соответствует
биомеханическим требованиям, обеспечивающим решение задач старта.
Суставные углы в стартовом положении должны отвечать индивидуальным особенностям (длине рычагов,
силовой подготовленности спортсмена и условиям стартового действия). Чаще всего спортсмен и тренер опытным
путем подбирают наиболее соответствующее стартовое положение, но есть и научные рекомендации оптимального
выбора стартовой позы (канд. дисс. Олимпийского чемпиона В. Борзова «Оптимизация стартового положения в
спринтерском беге»)
Стартовое положение обеспечивает ускорение ОЦМ тела в заданном направлении (по сигналу стартера).
При этом еще до сигнала проекция ОЦТТ приближена к передней границе площади опоры. Более низкое положение
ОЦТ тела увеличивает горизонтальную составляющую начальной скорости.
П. Движения вокруг оси.
В движениях человека большинство действий связано с вращениями. Шаровидная, блоковидная форма
суставов верхних и нижних конечностей обеспечивает вращательные движения звеньев тела в естественных
локомоциях и в других видах движений, связанных с перемещением внешних тел и различных предметов в
быту, снарядов в спорте и т.д. Если говорить о спортивных упражнениях, то движения вокруг оси, пожалуй
представлены в большинстве видов спорта (гимнастика, акробатика, легкая атлетика, прыжки в воду, фигурное
катание, плавание, спортивные игры).
1. Силы, действующие на тело при движении вокруг оси.
В процессе движения звеньев тела вокруг оси возникает нормальное (радиальное) у скорение,
направленное к центру вращения (центростремительное ускорение). Это ускорение вызвано действием силы,
направленной также к центру вращения и названной центростремительной силой.
Источником этой силы является другое тело, которое удерживает точки вращающегося тела на дугах
окружностей. Оно ограничивает движение и не дает продолжаться инерционному движению по касательной к дуге
окружности, поэтому оно называется удерживающим телом.
Центростремительной силой служит реакция связи со стороны соседнего звена на тягу мышц и суставносвязочного аппарата. Вращающееся звено противодействует реакции удерживающего действия в виде
центробежной силы. Она направлена противоположно центростремительной, равна ей по
Уменьшая радиус вращения (инерции), приближая части тела к оси вращения, мы уменьшаем момент
инерции (1), а кинетический момент сохраняется (действие внешних Сил отсутствует).
В этом случае во сколько раз уменьшается момент инерции (1), во столько раз увеличивается угловая
скорость (W)
3. Виды вращательных движений.
Вращательные движения делятся на две группы:
а) с изменением кинетического момента системы;
б) с сохранением кинетического момента системы,
• Если сумма моментов внешних сил приложенных к телу, равна нулю, то кинетический момент тела
сохраняется неизменным.
а)
Движения вокруг осей с изменением кинетического момента осуществляется благодаря действиям
моментов внешних сил. А эти моменты сил возникают в результате действия физических тел. (Раскачивание
тела
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
158
гимнаста на перекладине или при страховке в конце сальто, увеличивает скорость вращения ног, используя
легкий толчок рукой). Если точнее, то ускорение или замедление вращающегося тела при сохранении позы
достигается в результате:
1. приложения внешних сил (импульса момента силы);
2. изменения условий действия внешней силы (приближая или отдаляя это действие относительно оси
вращения)
3. активным созданием момента внешней силы (отталкиванием или притягиванием при изменении
позы)
б) Вращательные движения с сохранением кинетического момента осуществляются внутренними
силами посредством встречных движений. Этот механизм используется при управлении вращательными
движениями в безопорном положении (в полете), при этом используются следующие варианты:
1. Скручивание и раскручивание тела вокруг продольной оси -изменяется ориентация частей тела
относительно друг друга;
2. группировка и разгруппировка (приближение или удаление Ц.Т. звеньев к оси вращения) ускорение и замедление вращения всего тела;
3.
изгибы туловища и круговые движения конечностями – сложный поворот вокруг нескольких осей.
ЛЕКЦИЯ . БИОМЕХАНИЧ ЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВ АНИЯ
1.
Цели задачи и методики исследования.
2.
Регистрация характеристик движения.
3.
Особенности биомеханического анализа движений.
Применение биомеханических методов исследования в спортивной практике
Цели задачи и методики исследования.
Биомеханические исследования осуществляются с помощью биомеханических методов с привлеч ением
методов, применяемых в других областях человеческих знаний (механики, математики, физиологии, м едицины
и т.д. и т.п.). Дело в том, что для решения главной задачи биомеханики недостаточно изучения самого
движения (хотя это тоже сложная проблема), а необходимо знания многих и многих факторов, влияющих на
эффективность решения двигательной задачи. Применение методов решающих задачи биомеханических
исследований требуют от исследователей высокой эрудиции в различных областях человеческих знаний.
Подчас для решения задач биомеханики требуется настолько большое количество знаний, что решение их
одним человеком просто невозможно. Поэтому в нашей науке в почете коллективный труд ученых биологов и
математиков, механиков и врачей, специалистов радиоэлектроники и космонавтов - их совместный труд
помогает нам постигать тайны движений живого мира.
Немалая доля труда в исследованиях движений человека принадлежит специалистам биомеханики
спорта.
Методы и методики исследования, применяемые для исследования в спортивной практике использ уются
в медицине, космонавтике, эргономике и других отраслях человеческого знания.
Как и для всякого научного исследования перед проведением исследования необходимо уточнить
цельисследования, поставить задачу исследования, выбрать метод исследования, подготовить аппаратуру и
испытуемых.
Цель исследования движений человека состоит в выявлении закономерностей в движениях,
в оценке
эффективности использования двигательного аппарата для решения двигательной задачи.
Задач биомеханического исследования много. Необходимо отметить, что постановка и уточнение задач
очень важный этап в исследовании.
От правильно поставленной задачи зависит многое во всем исследовании. Постановкой задач
исследования занимаются наиболее опытные и квалифицированные специалисты.
Методику исследования выбирают исходя из задач исследования. Методики могут быть использованы
из других отраслей знаний, если они там применялись, однако для решения некоторых задач м ожет не
быть аналогов, в этом случае требуется время для разработки методики.
Для разработки методик исследования необходимо привлечение специалистов той отрасли техники,
которая решает задачу разработки, конструирования, настройки и эксплуатации комплексов. Это значительно
ускоряет процесс подготовки и проведения эксперимента.
Описание некоторых методик, требования предъявляемые к ним, виды экспериментов, принцип де йствия
приборов, способы оформления обработки материалов исследования изучается в дисциплине «Методы научных
исследований».
Условно процесс исследования можно разделить на 3 этапа: 1 .Регистрация данных 2.Обработка да нных
3. Анализ.
6.2, РЕГИСТРАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИЖЕНИЯ
Регистрация характеристик завершает путь сигнала с объекта до устройства записи информации
(механический, звуковой, радио, проводной, лазерный)
датчик преобразователь Канал связи дешифратор индикатор
Пространственные характеристики движения (координаты, перемещения траектории) измеряются и
регистрируются как непрерывно, так и дискретно. Измерение расстояний и угловых перемещений, может
проводиться как непосредственно (натуральную величину, так и с использованием соответствующего
масштабного коэффициента. Измерения расстояний в спортивных упражнениях применяется в подготовке мест
соревнований (проверка на соответствие размеров сооружения правилам соревнований), так и в измерениях
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
159
результата выступления (высота, длина в прыжках, дальность в метаниях и т.д.). Приборы, предназначенные
для измерения расстояний могут быть как простые (рулетка, циркуль-измеритель, оптический визир), и
сложные (лазерный измеритель дальности длины метаний, гидролокатор аквалангиста).
При измерении угловых перемещений в суставах используются гониометры. Наиболее современна и
перспективна электрогониография, позволяющая непрерывно регистрировать суставные углы.
При сближении или отдалении двух ветвей гониографа изменяется электрическое сопротивление, и
изменения тока фиксируются на ленте (пленке) осциллографа. При использовании системы
электрогониографов можно получить записи одновременных изменений ряда суставных углов в разных
плоскостях.
Однако, в некоторых случаях целесообразнее применить для измерения угловых перемещений
фотограмометрические методы (хронофотография, циклография, стробофотография). Способы фоторегистрации
применяются с экспозицией однократной и многократной.
При однократной экспозиции (фото - или киноаппаратом) получается одиночный фотоснимок
(фотография), на которой
запечатлен человек в данный момент времени (положение и поза тела). Если прикрепить к телу на
уровне суставов или в рабочей точке; светящиеся лампочки накаливания и держать затвор аппарата открытым в
течение всего движения, то на негативе получатся непрерывные траектории точек. В затененном помещении
фотограмма получается более ясной. Фотограмма позволяет получить проекции траекторий точек на плоскость,
перпендикулярную оптической оси объектива аппарата. Но определить в какой момент времени, движущаяся
точка была в каком-либо пункте траектории нельзя.
При повторной (многократной экспозиции) можно получит на одном негативе двойной, тройной и т.д.
фотоснимок (несколько положений). Используя «обтюратор» получают хронофотограмму - ряд изображений через
одинаковые промежутки времени на одной и той же пленке (или пластинке). Если с применением обтюратора
фотографировать человека, оснащенного светящимися лампочками - на негативе будет циклограмма, ряд
точечных траекторий с расстояниями между точками одной траектории через равные промежутки времени.
Наконец, прерывая луч света, падающий на объект съемки, также получают на одном негативе ряд поз
освещенного человека - стробофотограмму. Последний способ позволяет получать позы на фотограмме с большой
частотой (сотни и тысячи герц) при значительной точности временных промежутков.
Циклография нередко применяются двусторонняя (с двумя аппаратами); зеркальная циклосъёмка дает
прямые и отраженные траектории (как съемка из двух пунктов).
В
практике
исследователей
большое распространение
получила кинорегистрация, причем наибольшей точностью обладает рапидная съёмка (ускоренная).
Кинорегистрация (киносъемка) производится, как известно, путем экспозиции на последовательные
участки перемещающейся кинопленки (кинокадры). При всех видах киносъемки первичный материал
регистрации -кинопленка (негативная или позитивная); в дальнейшем она может быть использована для
демонстрации на экране (нормальная проекция, замедленное изображение кинокадров ускоренной съемки), а
также для получения ряда характеристик путем измерений и расчетов.
На каждой кадре фиксируются лишь одно положение, по которому можно определить позу и координаты
точек тела в соответствующий момент времени.
Временные
характеристики
движения
регистрируется
с
помощью различных устройств, хранения информации и фиксации времени (часы, хронометр,
электросекундомер, хронограф).
Пространственно-временные характеристики (скорость, ускорение) измеряются с помощью датчиков
ускорений и скорости. Вообще говоря, зная закон изменения пути, и применение дифференцирующие
устройства можно получить значения скоростей и ускорений движущего объекта.
Регистрация динамических характеристик осуществляется как довольно простыми методами
(взвешивание, динамометрия, так и современными (тензометрия вектординамография).
Метод электрической тензометрии основан на изменении электрических свойств датчиков
(тензодатчики), наклеенных на деформируемые спортсменами снаряды (гриф -штанги перекладина, рукоять
весла, ручка теннисной ракетки и т.п.) или платформу. Тензометрические платформы получили широкое
распространение для регистрации силы отталкивания в прыжках, ходьбе, беге, метаниях, борьбе и мн. др. видах
спорта.
Метод
вектординамографии
основан
на
электротензометрической
регистрации
деформаций платформы (или другого объекта) в вертикальном
и горизонтальном направлении.
Популярной среди исследователей в последнее время стала электромиография, регистрация
электрической активности возбужденных мышц. По электромиограмме можно определить момент включения и
момент выключения мышцы из активного состояния, т.е. длительность активности. Кроме того, информация
содержится в амплитуде и частоте сигнала эл ектроми ограммы.
Применение портативных биоточных усилителей позволяет записывать активность многих мышц в
сложных условиях выполнения упражнений (прыжки с шестом лыжные ходы барьерный бег, плавание и др.)
при высоких спортивных результатах. Методы регистрации движений непрерывно совершенствуются.
Обработка
данных
регистрации
характеристик
движения
проводится расчетным и графическим путями. При расчетном пути обработки данных по формулам,
имея исходные величины, получают расчетно. При графическом пути обработки по исходным данным
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
160
получают на чертеже новые величины и представляют один и тот же момент движения -сравнительная
контурограмма.
Однако все контурограммы непригодны для измерений; на них должны быть нанесены опознавательные
точки (пункты отсчета). Лучше всего, чтобы эти точки были нанесены на поверхность тела (или костюм)
спортсмена еще до съемки. При такой же проекции как в накладной контурограмме прорисовывают только эти
точки; получается то же, что и на циклограмме - траектория
точек
(киноциклограмма).
Если
соединить
линиями соответствующие опознавательные точки (проекции осей суставов в данный момент), то
получатся схематические позы тела. Все эти графические материалы - контурограммы с точками, траектории
точек и схематические позы уже пригодны для измерения координат и углов; поэтому они называются
промерами. К промерам относится также кинограмма ряд отпечатков на фото бумаге с негативной киноплёнки если на последней имеются опознавательные точки (промерная кинограмма). Изготавливается
последовательная кинограмма как ряд одиночных отпечатков с каждого кадра в отдельности а накладная
кинограммав - это отпечатки с последовательных кадров на одном листе бумаги, с соблюдением правильной
ориентации поз в пространстве.
Таким
образом,
задача
определения пространственныххарактеристик по
материалам фото-, кино, - цикло - или стробофотосъёмки сводится к изготовлению промеров и определению на
них координат точек относительно избранной системе отсчета. Координаты точек могут быть считаны не
только на промере, но и на каждом кадре пром ерной кинограммы. Тогда по этим координатам впоследствии
строят промер - схематические позы.
Любым путем - проекцией схематических поз и последующим считыванием координат на промере, либо
считыванием координат на каждом кадре и построением по ним схематиче ских поз, - получают промер и
таблицу координат.
Это
результат
первого
этапа
обработки, который
даст пространственные
координаты (в определенные моменты времени) как исходный материал для последующего расчёта скоростей и
ускорений.
По промеру можно определить и углы в некоторых суставах (таблица суставных углов).
6.3. Биомеханический анализ положений и движений
Биомеханический анализ направлен на решение конкретных задач данного исследования путём
выявления биомеханических закономерностей. В основу анализа положено представление о структурности
движений в двигательном действии спортсмена.
Исходя, из принципа структурности намечается определенная последовательность описания и
объяснения движений. При этом аналитическое выявление состава системы движений сочетается с
синтетическим воссозданием её структуры. Единая последовательность вряд ли может быть применена при
различных задачах исследования. Однако, излагаемая ниже общий логический ход исследования и дальнейшее
использование его результатов могут служить основой анализа в каждом конкретном случае.
Последовательность анализа положений и движений
1. Определение характеристик. По характеристикам движений судят о выполнении последних,
характеристики регистрируют, данные регистрации обрабатываю т, сопоставляют, анализируют. Поэтому
крайне важно правильно выбрать необходимые характеристики для изучения. Здесь учитывают и особенности
движений, и реальные возможности их регистрации (наличие аппаратуры и её соответствие задачам).
Далее следует регистрация характеристик, их обработка и приведение в удобный для анализа вид.
Графический материал, как правило, более нагляден, чем табличный.
Учитывая результаты первичной обработки нужно составить план дальнейшего анализа.
2.
Установление двигательного состава.
Основываясь
на
изученных характеристиках, определяют элементы движений: а) суставные движения звеньев и систем
звеньев и б) фазы движений.
Нужно установить, из каких положений в каких суставах выполняются движения, в каких направлениях,
с каким размахом; какова их согласованность во времени и пространстве и последовательность. Иначе говоря,
какова внешняя картина движений в целом.
Вслед за этим (а часто и одновременно) выделяют, вычленяют составные части движений звеньев, фазы
подготовительные, рабочие, заключительные. Аналитическая детализация движений по характеристикам
позволяет установить, из каких движений состоит целостная система движений.
3. Анализ структуры движений. Еще при установлении состава движений (из
каких
элементов
состоит
система)
начинают
замечать,
улавливать
взаимные связи и зависимости элементов друг от друга. После более или менее обстоятельного установления
состава основное внимание переключается на структуру.
Рассматривают, как форма и характер движений, их кинематическая структура, связана с динамикой, с
механизмом движений. Динамическая структура выясняется, начиная с определения механических условий
сохранения положений и выполнения движений. Рассматривается внешнее силовое поле, внешние силы,
приложенные к телу спортсмена; его собственные усилия, проявляющиеся как его воздействие на собственные
части тела и внешние тела.
Выявление внешней и внутренней динамики столь важная задача в исследовании движений, что ее
нередко выделяют как биодинамический анализ. Конечно, без кинематических данных и без изучения
изменения движений под действием сил невозможно изучать биодинамику. Но в этом случае ведущим является
рассмотрение взаимосвязей силовых и инерционных характеристик и особенно сопоставление действия сил с
изменением движений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
161
Задача исследования структуры системы движений направлена на воссоздание целостного процесса
двигательного действия, выявление объединяющей роли структурных связей.
4.0ценка эффективности движений.
Чтобы оценить эффективность
движений, следует установить как успешность решения двигательной задачи, так и «стоимость» её
решения; насколько рационально, с использованием закономерностей биомеханики достигнута цель.
Для этого изучаются и результаты движения, и условия выполнения движений, и соответствие движений
достижению цели и конкретным возможностям. На этом этапе исследования необходимо широкое
сопоставление возможностей и их осуществление.
6,4. Применение биомеханического анализа в спортивной практике
1.
Оценка подготовленности занимающихся. Для выбора спортивной специализации вообще, для
установления пути дальнейшей подготовки и оценки результатов предыдущей подготовки определяют уровень
физической подготовленности занимающихся и их физического развития (телосложение и состояниеопорнодвигательного аппарата).
Особенности телосложения размеры тела и его частей, их соотношения, форма и масса во многих
спортивных упражнениях существенно влияют на результат. В зависимости от них находится ряд особенностей
техники наиболее целесообразной для спортсменов. Такое же значение имеет уровень развития двигательных
качеств (сила, быстрота, выносливость). Биомеханическое исследование позволяет установить уровень
физической и технической подготовленности и дать ему оценку.
2. Определение рациональной техники. Исходя из общих особенностей физического упражнения и
конкретных особенностей спортсмена, необходимо установить, какие требования являются основными вообще для
всех, а какие целесообразны только для данного спортсмена.
Во многих спортивных упражнениях, а в особенности в связи с их непрерывным совершенствованием,
все еще не установлено, находятся в стадии разработки основные требования к технике. Рост уровня
тренированности спортсменов, совершенствование методики спортивной подготовки всегда будут
способствовать эволюции техники.
3 .Оценка качества выполнения действи