Биомеханика силовых и скоростных качеств

Даже при стремлении к наивысшей механической производительности (например, на спринтерских и средних дистанциях) не следует забывать об экономичности движений. Но в этом случае экономичность играет роль второго по значимости критерия оптимальности. Например, при любой, сколь угодно высокой скорости передвижения существует оптимальное по экономичности сочетание длины и частоты шагов, которое зависит от скорости. Оптимизируя технику двигательных действий в каждом шаге, можно сэкономить энергию и использовать ее для того, чтобы еще более повысить скорость.

В заключение рассказа о биомеханических основах выносливости два замечания.

Первое замечание. Все сказанное о способах повышения выносливости относится как к циклической, так и к ациклической двигательной деятельности. Примеры, относящиеся к бегу и другим циклическим локомоциям, приведены лишь потому, что они просты и понятны каждому.

Задание для самоконтроля и закрепления знаний

Сформулируйте практические советы человеку, занимающемуся вашим любимым видом спорта, в соответствии с приведенными выше пятью группами рекомендаций о том, как повысить выносливость.

Второе замечание. К биомеханическим способам повышения выносливости необходимо приобщать человека еще в школьном возрасте.

Ибо исправить технику двигательных действий гораздо труднее, чем сформировать ее с самого начала правильно. И не случайно столь распространены и живучи неправильная осанка, неестественно замедленная ходьба, а у спортсменов— непонимание необходимости оптимизировать энергозатраты, предрассудок о целесообразности равномерной раскладки скорости независимо от длины дистанции и т. п. Все эти несовершенства двигательной культуры могут быть исправлены только на основе знания и повседневного использования биомеханических закономерностей.

Вопрос для самоконтроля знаний

Существуют два представления о выносливости. Их суть ясна из рис. 27 и 50. В чем основное различие между ними?

Биомеханика силовых и скоростных качеств

Двигательные качества взаимосвязаны. В полной мере демонстрируя одно из них, мы, как правило, лишаемся возможности блеснуть в другом. Эта закономерность особенно ярко проявляется во взаимоотношениях между силой и быстротой. Например, при бросании снарядов разной массы (рис. 56) тяжелый снаряд невозможно разогнать до высокой скорости. А при метании легкого снаряда, наоборот, максимальная скорость велика, но зато проявляемая сила незначительна. Точки на корреляционных полях на рис. 56 получены в результате многочисленных измерений, в которых человек метал один и тот же снаряд с разной

Тяжелая атлетика

Борьба классическая

Скорость Вылета (Дальность полета)

Рис. 56. Зависимость между скоростью вылета и силой, прикладываемой к снаряду при разных величинах массы снаряда (пунктир — зависимость между максимальными величинами скорости вылета и силы, прикладываемой к снаряду)

Толкание ядра

Метание

Настольный теннис

Скорость

Рис. 57. Некоторые спортивные упражнения, относящиеся к силовым, скоростно-силовым и скоростным; мощность равна произведению силы на скорость; заштрихованная часть рисунка соответствует наибольшей мощности силой. Величины силы и скорости вылета (или дальности полета), соответствующие лучшему результату, соединены пунктирной линией. Важно уяснить, что полученная гиперболическая зависимость (пунктир на рис. 56) отображает взаимосвязь между наибольшими, рекордными величинами силы и скорости: чем выше максимальная сила, тем ниже максимальная скорость. В то же время при непредельных величинах силы и скорости имеет место иная зависимость между ними: чем больше сила, тем больше скорость вылета снаряда и дальность его полета.

Вопросы для самоконтроля знаний

1) Что такое корреляционное поле и как его построить?

2) Какие зависимости называются гиперболическими?

Примечание. Если затрудняетесь ответить на эти вопросы, обратитесь к учебной и справочной литературе по математической статистике или спортивной метрологии и элементарной математике.

3) В чем сходство и различие между графиками на рис. 56 и кривой Хилла (см. рис. 14).

Взаимосвязь между демонстрируемой силой и быстротой столь неразрывна, что порой трудно провести четкие границы между силовыми, скоростно-силовыми и скоростными качествами, а также и упражнениями, требующими проявления этих качеств. Однако с уверенностью можно сказать, что, например, жим штанги и подтягивание на перекладине — силовые упражнения; толкание ядра, метание диска, копья и мяча — скоростно-силовые, а удары в настольном теннисе — скоростные (рис. 57). Какие же закономерности характерны для упражнений этих трех типов?

Сила тяги мышцы зависит в основном от ее поперечника. Ведь количество мышечных волокон к концу первого года жизни достигает максимума и в дальнейшем почти не меняется. Взрослый спортсмен гораздо сильнее годовалого младенца из-за гипертрофии мышц. В результате физических тренировок поперечник мышечного волокна может увеличиться в несколько десятков раз.

Тренировки не только способствуют образованию рельефной мускулатуры, но и создают возможность более полной мобилизации двигательных единиц. Благодаря этому обычный человек, состязаясь в силе, проявляет не более 50% максимальной силы, а тренированный атлет — до 70%. Лишь в стрессовой ситуации, в состоянии аффекта люди выходят за свои пределы. И тогда совершают «чудеса»: в одиночку поднимают грузовик, придавивший ребенка, или спасают из огня кованый сундук с драгоценностями.

Для того чтобы в полной мере проявить силовые качества, нужна эффективная техника движений.

Эффективность техники выполнения силовых упражнений в значительной мере зависит от величины углов в суставах. При оптимальных суставных углах сила тяги мышц используется наиболее полно. Например, для удержания одного и того же груза при оптимальном угле в локтевом суставе мышца должна развить значительно меньшую силу, чем при других величинах суставного угла (см. рис. 28).

Задание

Докажите, что оптимальный угол в локтевом суставе при удержании груза согнутой рукой (см. рис. 28) близок к 80°.

Скоростные качества в чистом виде проявляются в том случае, когда даже очень высокие ускорения возникают без значительных мышечных усилий. Согласно второму закону Ньютона это возможно, когда перемещаемая масса незначительна.

Задание для самоконтроля и закрепления знаний

Докажите, что одна и та же сила вызывает тем большее ускорение, чем меньше перемещаемая масса. Для иллюстрации воспользуйтесь, например, сведениями о массе спортивных мячей. Вес мяча для настольного тенниса— 2,4 г, для тенниса — 57 г, для хоккея с мячом — 60 г, волейбольного — 270 г, футбольного — 450 г, баскетбольного — 650 г.

Увеличение внешних сил, которые приходится преодолевать за счет силы мышечной тяги, приводит к удлинению латентного периода двигательной реакции и к уменьшению скорости (как максимальной скорости одиночного движения, так и максимального темпа циклических движений).

Биомеханика устойчивости

Устойчивость иногда рассматривают как самостоятельное двигательное качество. Это имеет смысл, поскольку биомеханические механизмы устойчивости отличаются от тех, которые обеспечивают высокую выносливость, силу, быстроту, гибкость и ловкость.

В основе устойчивости, как и вообще в основе координации движений, лежит принцип обратной связи. Отклонение от устойчивого положения вызывает действия, направленные на ликвидацию отклонения.

Ортоградную (вертикальную) позу человека и устойчивость в других позах обеспечивают три цепи обратной связи:

1) замыкающаяся через центр равновесия во внутреннем ухе;

2) замыкающаяся через зрительный анализатор и связанная с внешними ориентирами;

3) кинестетическая (основанная на ощущениях положения своего тела в пространстве), она замыкается через проприорецепторы мышц.

Все три названные системы стабилизации позы действуют одновременно, и отклонения позы от избранной обнаруживаются и устраняются тем быстрее, чем лучше состояние нервной системы. Функционирование стабилизирующих систем проявляется в треморе (непроизвольных колебаниях) звеньев тела. Частота тремора тем выше и, следовательно, амплитуда тем меньше, чем лучше физическая, техническая, а также и психологическая подготовленность человека.

Вопрос

Почему снижение частоты тремора закономерно приводит к увеличению амплитуды и делает тремор видимым (как это имеет место при эмоционально-возбужденном состоянии и некоторых заболеваниях)?

Но устойчивость определяется и чисто механическими факторами. Так, выход вертикальной проекции общего центра масс тела за пределы площади опоры приводит к падению. Общее правило гласит: тело сохраняет устойчивое положение при условии, что сумма действующих на него сил равна нулю и сумма их моментов тоже равна нулю.

Вопросы

1) В каких видах спорта или разновидностях физических упражнений устойчивость особенно сильно влияет на результативность двигательной деятельности?

2) Как надо изменить позы спортсменов, изображенных на рис. 19, 21, 34, 36, чтобы вывести их из устойчивого положения?

Биомеханика не только контролирует двигательные качестна (см. в главе 3) и изучает их закономерности, но ищет пути их совершенствования. Важную роль здесь играют биомеханические тренажеры.

Биомеханические тренажеры

Тренажером называется техническое приспособление, позволяющее в искусственно созданных условиях совершенствовать технико-тактическое мастерство и развивать двигательные качества.

При конструировании и подборе тренажеров для развития двигательных качеств и технической подготовки нужно стремиться к тому, чтобы выполняемое на тренажере и основное соревновательное упражнение были одинаковыми по топографии работающих мышц, относительной мощности и характеру внешнего сопротивления. Внешнее сопротивление может задаваться силами неодинаковой фи-

таблица (находится в разделе приложений) 10

Применение тренажеров в зависимости от физической природы сил сопротивления движению

Физическое явление

Основной элемент тренажера

Зависимость силы сопротивления (/?) от удлинения пружины (д/), скорости (к), массы (т), ускорения (а), веса (т^)

Область практического применения

Упругость

Пружина

Скоростно-силовые виды спорта

Источник: mewo.ru