Биомеханическая характеристика силовых качеств

Биомеханическая характеристика силовых качеств

Сила действия человека

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

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

Момент силы — это мера вращающего действия силы на тело; от определяется произведением модуля силы на ее плечо

Сила действия человека (СДЧ), как и всякая другая сила, может быть представлена в виде вектора и определена указанием: 1) направ­ления, 2) величины (скалярной) и 3) точки приложения (рис. 44).

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

Понятие о силовых качествах

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

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

Силовые  качества                                  Условия  проявления

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

2.  Скоростно-силовые:

а)  динамическая сила                                         Быстрые движения

б)  амортизационная сила                                 Уступающие движения

Сила действия человека и сила мышц

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

. Зависимость силы действия от параметров двигательных зада­ний

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

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

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

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

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

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

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

5. Положение тела и сила действия человека

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

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

Суставной угол (угловые

градусы)                                         180           160           140           120           100           80            60

Плечо силы тяги мышцы

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

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

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

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

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

6. Выбор положения тела при тренировке силы

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

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

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

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

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

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

 Топография силы

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

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

У спортсменов топография силы

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

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

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

Биомеханические    требования     к    специальным     силовым упражнениям. Метод сопряженного воздействия

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

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

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

Еще статьи в этом разделе