Биомеханика ходьбы и бега кратко

Обновлено: 04.07.2024

История и современные направления биомеханики как науки.
Основы биомеханического контроля.
Измерения в биомеханике. Шкалы измерений и единицы измерений.
Классификация биомеханических характеристик и их единицы измерения.

Работа содержит 1 файл

Эргономическая_Биомеханика.doc

Методы педагогической кинезиологии полезны при освоении упражнений первой группы и совершенно необходимы при обучении сложным двигательным действиям.

И еще одно замечание. Объединяя смысловой образ оптимальной техники со зрительным и кинестетическим, необходимо контролировать не только правильность выполнения двигательных действий, но и знания по технике. При этом выявляются пробелы в знаниях и становится явной следующая иерархия уровней подготовленности ученика: не знаю — не делаю, знаю — не делаю, не знаю — делаю, знаю — делаю. Эти ступени, подобно лестнице, ведут к вершине технико-тактического мастерства.

Понятие о суггестивных методах обучения в эргономической биомеханике.

Суггестология (от suggest — намекать, наводить на мысль) — наука о внушении. В соединении с педагогикой суггестология образует суггестопедию — новый раздел педагогики, разрабатывающий приемы ускоренного обучения (Г. Лозанов, 1970 г.). В отличие от других, суггестивные методы достигают цели в обход логики, во многом напоминают игру и потому не требуют от ученика значительных волевых усилий. Как известно, именно так обучаются маленькие дети.

Той же цели могут служить и другие тренажеры для физической и технико-тактической подготовки спортсменов, а также людей, занимающихся физкультурой.

Кинематика ходьбы и бега. Топография работающих мышц

Ходьба и бег относятся к самым древним способам передвижения.

За 70 лет жизни человек совершает в среднем 500 миллионов шагов и преодолевает путь, приблизительно равный расстоянию от Земли до Луны (384 тыс. км.).

Мы привыкли, что идти пешком — это значит идти медленно. Но в наш век больших скоростей и ходьба стала стремительной. Победитель Кубка мира в спортивной ходьбе в 1983 г. прошел 20 км со средней скоростью 15,9 км/ч.

Результаты в беге также не стоят на месте. Мужчины в 100-метровом спринте перешагнули десятисекундный барьер, а женщины освоили марафон.

Как и во всех циклических локомоциях, при ходьбе и беге скорость передвижения прямо пропорциональна длине шага и темпу (рис. 69):

Рис. 69. Скорость как произведение длины и частоты шагов; пунктир — изоспида
(все точки изоспиды соответствуют одной и той же скорости)

где v — скорость передвижения (м/с); l — длина шага (м); п — частота шагов (1/мин). Чтобы определить темп ходьбы или бега, обычно регистрируют число шагов в минуту, или частоту шагов (Так же поступают и в конькобежном спорте. Но в плавании, гребле и велоспорте определяют темп как число циклов в минуту, а длиной шага считают расстояние, преодолеваемое за один цикл. В велоспорте это расстояние называется укладкой).

Одна и та же скорость может быть достигнута при разных сочетаниях длины и частоты шагов. Кривая, все точки которой соответствуют одной и той же скорости, называется изоспидой. На рис. 69 изображены две изоспиды. Видно, что увеличить скорость можно тремя способами: повысив длину шага, подняв темп и увеличив одновременно и длину, и частоту шагов.

На рис. 71 показано, что каждый полуцикл обычной ходьбы состоит из пяти фаз (римские цифры). Фазы отделены друг от друга пятью граничными позами (арабские цифры). Шагающий человек на рисунке изображен в граничных позах. Назовем эти позы и фазы между ними для одного полуцикла:

1 — отрыв стопы правой ноги от опоры;

I — подседание на левой (опорной) ноге, ее сгибание в коленном суставе;

2 — начало разгибания левой ноги;

II — выпрямление левой ноги, ее разгибание в коленном суставе;

3 — момент, когда правая нога в процессе переноса начала опережать левую;

III — вынос правой ноги с опорой на всю стопу левой ноги;

4 — отрыв пятки левой ноги от опоры;

IV — вынос правой ноги с опорой на носок левой ноги;

5 — постановка правой ноги на опору;

V — двойная опора, переход опоры с левой ноги на правую.

Во втором полуцикле фазы и граничные позы те же, только в их названиях правую ногу нужно заменить левой, а левую — правой.

Рис. 71. Фазы ходьбы, граничные позы и элементарные действия
(по Д. Д. Донскому, переработано)

Рис. 73. Фазы и граничные позы бега
(по Д. Д. Донскому, переработано)

Когда говорят о фазовом составе двигательного действия, имеют в виду движения всего тела (в данном случае обеих ног). Но для понимания механизмов ходьбы нужно знать, какие элементарные действия выполняются каждой ногой. По времени они не всегда совпадают с фазами ходьбы (см. рис. 71). В периоде опоры выполняются: амортизация, перекат с пятки на всю ступню, отталкивание и перекат со всей ступни на носок. В периоде переноса нога сначала сгибается, а затем разгибается в коленном суставе. Из элементарных действий формируются фазы.

Фазовый состав бега показан на рис. 73. Каждая половина цикла состоит из четырех фаз (римские цифры), отделенных друг от друга граничными позами (арабские цифры). В том числе:

1 — отрыв левой стопы от опоры;

I — разведение стоп;

2 — начало выноса левой ноги вперед;

II — сведение стоп с выносом левой ноги вперед;

3 — постановка правой стопы на опору;

III — амортизация, или подседание со сгибанием правой (опорной) ноги;

4 — начало разгибания правой ноги;

IV — отталкивание с выпрямлением правой ноги до отрыва от опоры.

Вторая половина цикла симметрична первой. В названиях фаз и граничных поз правая нога заменяется левой и наоборот.

Динамика ходьбы и бега.

Сила инерции (F_ин) равна произведению массы всего тела или отдельного звена на его ускорение и направлена в сторону, противоположную ускорению. Поэтому сила инерции замедляет и разгон, и торможение.

Наряду с внутренними на человека действуют внешние силы. При ходьбе и беге к ним относятся: сила тяжести, сила реакции опоры, сила сопротивления воздуха (см. рис. 74).

Рис. 74. Силы, действующие на человека во время ходьбы и бега: G — сила тяжести, F_ин — сила инерции, Р — вес тела, R_ст и R_дин — статический и динамический компоненты реакции опоры, F_B — сила сопротивления воздуха; обратите внимание: 1) F — сила действия ноги на опору (как и сила реакции опоры) содержит две составляющие: вертикальную и горизонтальную; 2) если линия действия опорной реакции не проходит через общий центр масс тела, то возникает опрокидывающий момент (показано круговой стрелкой)

Сила тяжести (гравитационная сила) приложена к центру масс и равна произведению массы тела на ускорение земного тяготения:

Например, при массе тела 50 кг сила тяжести близка к 500 Н.

Сила лобового сопротивления воздуха приложена к центру поверхности тела. Она увеличивается пропорционально квадрату скорости. Например, при скорости 9 м/с сила лобового сопротивления воздуха в 4 раза больше, чем при скорости 4,5 м/с, и в 9 раз больше, чем при скорости 3 м/с. Расчеты показывают, что при скорости бега 8 м/с ее величина достигает 20 Н.

Сила реакции опоры не является движущей силой. Но ее измеряют и изображают графически (см. рис. 74), для того чтобы определить результат совместного действия всех сил (и внутренних, и внешних). Как же формируется опорная реакция?

Отталкиваясь от опоры, человек воздействует на нее с силой отталкивания, которая состоит из двух компонентов: статического — веса (постоянного и равного силе тяжести) и динамического компонента. Динамический компонент может иметь место только при движениях, выполняемых с ускорением, когда все тело или отдельные звенья разгоняются или тормозятся. Наиболее отчетливо это видно на динамограммах подтягивания, приседания и т. п.

Энергетика ходьбы и бега.

При ходьбе и беге механическая энергия определяется скоростями движения тела и его звеньев и их расположением, т. е. кинетической и потенциальной энергией. При ходьбе и беге человек затрачивает энергию не только на горизонтальные, но и на вертикальные и поперечные перемещения общего центра масс.

В зависимости от фазы цикла величина кинетической и потенциальной энергии тела изменяется. Характер этих изменений в ходьбе и беге принципиально различен. Кинетическая и потенциальная энергия в ходьбе изменяется в противофазе; например, в момент постановки ноги на опору максимум кинетической энергии совпадает с минимумом потенциальной, а в беге — синфазно (например, в высшей точке полета максимум кинетической энергии совпадает с максимумом потенциальной). Следовательно, при ходьбе происходит рекуперация энергии, т. е. ее сохранение путем перехода кинетической энергии в потенциальную энергию гравитации и обратно, а при беге этот вид рекуперации практически отсутствует. Зато при беге значительно более выражен другой вид рекуперации, когда кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию сокращающихся мышц, действующих подобно пружине.

Энергозатраты на 1 м пути при ходьбе меньше, чем при беге, но только при низких скоростях передвижения. При высоких скоростях бег, наоборот, экономичнее ходьбы. Зона, где более выгоден бег, отделена от зоны, где более выгодна ходьба, граничной скоростью. Граничная скорость определяется числом Фруда (Ф), которое вычисляется по формуле

где g — ускорение земного тяготения (м/с 2 ); v —скорость передвижения человека (м/с); L_o —высота общего центра масс тела в основной стойке (м).

Рис. 77. Энергетическая стоимость метра пути при различных сочетаниях длины и частоты шагов: пунктир — изоспиды; сплошные линии— линии одинаковых величин частоты пульса; стрелками указаны оптимальные по экономичности сочетания длины и частоты шагов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Структура движений в ходьбе и беге (цикличность, периоды, фазы, моменты).

Механизм отталкивания в ходьбе, беге, стартовая сила.

Скорость передвижения, взаимосвязь длины и частоты шагов.

Сходства и различия движений в ходьбе и беге.

Особенности ходьбы и бега на различные дистанции и по различному покрытию.

Многие виды легкой атлетики (бег, прыжки в высоту и длину, метание гранаты и др.) настолько естественны, что выполнять их в элементарном виде не трудно даже начинающим спортсменам. Но достигнуть успеха в любом виде легкой атлетики могут только спортсмены, овладевшие совершенной техникой. Под совершенной техникой обычно понимают наиболее рациональный и эффективный способ выполнения спортивного упражнения, позволяющий достигнуть наилучшего результата.

Спортивную технику нередко характеризуют только внешней картиной (формой) движений. Но выполнение легкоатлетического упражнения всегда связано с сознанием спортсмена, с проявлением им волевых и физических качеств, с определенными навыками, с уровнем функциональной подготовленности органов и систем, с двигательной деятельностью в определенных условиях внешней среды.

Техника бега, прыжков и метаний должна быть рациональной с позиции биомеханики (направление, амплитуда, скорость, ускорение и замедление отдельных звеньев, инерция, темп, ритм, напряжение и сокращение мышц, усилия и др.), наиболее целесообразной по проявлению легкоатлетом силы мышц, быстроты движений, выносливости, подвижности в суставах, оптимальной по функциям психической сферы.

Целостное действие – бег, прыжок, метание – можно разделить на части (например, разбег – часть прыжка), на составляющие их элементы (например, шаг разбега), на моменты, определяющие отдельные положения тела спортсмена (например, заключительный момент отталкивания в беге). Выделяются также фазы, показывающие переход из одного положения конечности или тела в другое (например, опорные и безопорные фазы в беге, в прыжках).

Такое несколько условное деление используется с целью более удобного описания и анализа техники легкоатлетических упражнений.

Ходьба – основной способ передвижения человека, естественная его локомоция.

Ходьба относится к циклическим движениям , потому что состоит из повторения одних и тех же движений отдельных частей тела в определенной последовательности.

Цикл в ходьбе – двойной шаг (шаг с левой ноги и с правой ноги). Начало двойного шага можно рассматривать от любой позы идущего, но он, сделав цикл движений, должен занять точно такую же позу, которая была в самом начале движения.

Во всех видах ходьбы (обычная, спортивная) имеется одна и та же особенность – постоянная опора . Эта особенность отличает ходьбу от бега, где чередуются опорные и полетные периоды. В ходьбе постоянная опора о грунт осуществляется то одной, то одновременно обеими ногами. Каждая нога в ходьбе бывает опорной и переносной (маховой) ногой.

Время, в течение которого нога является опорой тела ( опорное время ), больше времени переноса ноги. Эта особенность и определяет двухопорный период в ходьбе. Время двухопорного периода всегда короче времени опорного.

С увеличением скорости ходьбы увеличивается частота и длина шага, а время двухопорного периода уменьшается. Установлено, что с увеличением темпа до 190 – 200 шаг/мин время двухопорного периода в обычной ходьбе сокращается до нуля, появляется период полета, а это значит, что ходьба переходит на бег.

Движения рук и ног в ходьбе строго перекрестны. Плечевой пояс и таз совершают сложные встречные движения. При ходьбе таз движется по трем осям: поперечной, сагиттальной, вертикальной .

Другими словами, в процессе ходьбы наклон таза вперед то увеличивается, то уменьшается (середина одиночной опоры).

Для анализа весь цикл можно разделить на периоды и фазы движения. В биомеханике принято деление на фазы всего действия, а не на фазы только каждой ноги.

В одном цикле имеются два периода одиночной опоры и два периода двойной опоры.

Период одиночной опоры включает две фазы – задний шаг и передний шаг. Первая фаза – задний шаг – начинается с момента снятия ноги с опоры и заканчивается моментом вертикали, когда ОЦМТ человека находится точно под центром давления на площадь опоры или условно принята поза идущего, когда носок переносной ноги поравняется с носком опорной ноги.

Вторая фаза – передний шаг – начинается от момента вертикали и заканчивается моментом постановки ноги на опору.

Третья фаза – переход опоры (соответствует двухопорному периоду). Следовательно, один цикл движений в ходьбе содержит шесть фаз.

Только в результате взаимодействия внутренних сил (сокращение мышц) и внешних сил (сила реакция опоры, сила тяжести и сила сопротивления среды) возможно перемещение в пространстве. Для передвижения по горизонтали и ввиду малых скоростей при ходьбе эти силы практически можно в расчет не принимать, хотя они в определенных условиях влияют на продвижение ОЦМТ.

Таким образом, рассматривается сила реакции опоры, которая возникает в ответ на действие человека на опору. Она равна по величине силе действия на грунт (мышечной силе) и противоположна по направлению. Эта сила проявляется только в опорном периоде. В зависимости от соотношения направления движения тела и направления действия силы последняя может способствовать движению (если их направления совпадают) или тормозить (если их направления противоположны). При отталкивании, фазе переднего шага , сила реакции опоры направлена вперед – вверх. Эту силу можно представить как равнодействующую двух составляющих – вертикальной и горизонтальной. Горизонтальная составляющая обуславливает движение тела вперед, следовательно, при отталкивании сила реакции опоры будет способствовать продвижению ОЦМТ вперед. Источником этого продвижения служат два активных мышечных действия – перенос маховой ноги вперед (движение происходит ускоренно) и отталкивание ноги от опоры.

Чтобы увеличить горизонтальную составляющую в фазе переднего шага, нужно увеличить силу отталкивания и выполнить отталкивание под более острым углом, не поднимая высоко маховую ногу при переносе.

Наиболее экономным, требующим меньших энергетических затрат, будет движение прямолинейное и равномерное. Однако в ходьбе движение ОЦМТ происходит по кривой – то несколько поднимаясь, то, наоборот, опускаясь.

В обычной ходьбе высокое положение ОЦМТ занимает в момент вертикали, а самое низкое – в период двойной опоры. Размах вертикальных колебаний в спортивной ходьбе достигает 4 – 6 см.

Уменьшение вертикальных и боковых колебаний ОЦМТ или, в лучшем случае, сведение их к минимуму есть одна из главных задач технической подготовки скорохода.

Движения рук при ходьбе способствуют сохранению равновесия. Вместе с движениями рук происходят повороты верхней части туловища, что уравновешивает поворот таза вокруг вертикальной оси. Угол плечо – предплечье не остается постоянным. В момент вертикали руки более всего разогнуты. При некоторых условиях руки могут способствовать увеличению частоты движений. При большей частоте шагов руки сгибаются больше.

С увеличением скорости ходьбы увеличиваются длина и частота шагов. Их соотношение должно быть целесообразным. Нужно учитывать, что чрезмерное учащение шагов уменьшает их длину и ведет к снижению скорости. В то же время очень длинный шаг (что зависит от силы отталкивания и выноса ноги вперед) может привести к потере контакта.

Умение идти свободно, без лишнего напряжения, оптимально сочетая длину и частоту шагов – наиболее важное условие совершенной техники ходьбы.

ОСНОВЫ ТЕХНИКИ БЕГА

Бег – циклическое локомоторное движение. Основой бегового движения является шаг. Оттолкнувшись от грунта одной ногой, бегун некоторое время и расстояние преодолевает по воздуху до момента постановки другой ноги на грунт. Эти периодически повторяющиеся опорные и безопорные положения дали основание называть бег циклическим упражнением.

Под циклом в беге следует понимать всю совокупность движений звеньев тела и тела в целом, начиная с любого положения (выбранного произвольно) и заканчивая возвращением их в исходное положение.

При анализе беговых движений достаточно рассмотреть один цикл бегового движения (характер и последовательность движений отдельных звеньев и всего тела), включающий в себя двойной шаг (шаг с правой и с левой ноги).

В двойном шаге содержатся два периода опоры и два периода полета. В каждом периоде различают две фазы. Период опоры включает в себя фазы торможения и отталкивания. А в периоде полета – фазы подъема и снижения ОЦМТ. Каждый период и каждая фаза имеют условные границы, которыми служат моменты движения.

Таким образом, последовательность фаз в цикле движений ноги следующая:

Период опоры – момент постановки ноги

момент вертикали (наинизшая точка траектории ОЦМТ)

момент отрыва ноги

Период полета – фаза подъема ОЦМТ

момент наивысшей точки траектории ОЦМТ

фаза снижения ОЦМТ

Согласно первому закону динамики, движение тела происходит в результате взаимодействия сил. Источником движущих сил в беге является работа мышц. Но одной мышечной силы для передвижения недостаточно. Для движения требуются внешние силы, которые взаимодействуя с внутренними силами (силы, возникающие при работе мышц) создают возможность передвижения. Внешними силами при движении человека являются: сила тяжести ( Р ), сила сопротивления среды ( Q ), сила реакции опоры ( R ).

Сила тяжести действует постоянно вниз и играет различную роль: при движении тела вниз она является движущей силой, а при движении вверх – тормозящей. Сила тяжести не может увеличить или уменьшить горизонтальную скорость движения. Она только изменяет его направление.

Сопротивление среды является тормозной силой, которая всегда противоположна направлению движения тела по горизонтали, и возрастает пропорционально квадрату скорости бегуна. Она весьма существенна в беге с максимальной скоростью. Так, в марафонском беге V = 5 м/с (сила сопротивления среды равна около 8,8 Н), а в спринте – 10 м/с (сила сопротивления колеблется в пределах 21 – 41 Н и зависит от размеров тела бегуна).

Сила реакции опоры в беге является переменной и по величине и по направлению. Она равна по величине и направлена противоположно силе отталкивания от грунта. Сила эта зависит от массы тела бегуна, от скорости бега и от мышечных усилий, развиваемых спортсменом. Направление силы реакции опоры в беге непрерывно изменяется в различные моменты и фазы опорного периода.

Когда тело бегуна находится прямо над центром давления на площадь опоры, то реакция опоры под действием массы тела бегуна направлена вертикально вверх (вертикальная составляющая реакции опоры). Но ОЦМТ не всегда находится над центром давления на опору. В этом случае опорная реакция будет направлена под острым углом. Поэтому силу давления ( F ) и силу реакции опоры ( R ) можно разложить на две составляющие: вертикальную ( Fy , Ry ) и горизонтальную ( Fx , Rx ). Равнодействующая этих величин и будет определять движение бегуна. Вертикальная составляющая реакции опоры противодействует силе тяжести. В том случае, когда Fy больше веса тела бегуна, движение ОЦМТ направлено вверх, и наоборот. Горизонтальная составляющая реакции опоры зависит от общей силы давления на грунт ( F общ) и от угла, под которым производится давление и играет первостепенное значение в поступательном движении. Угол этот называют углом отталкивания. Он определяет направление равнодействующей. В спринтерском беге величина ( F общ) намного больше, чем в беге на средние и длинные дистанции, и направлено под более острым углом.

Опорная реакция в момент постановки ноги на грунт направлена назад – вверх, этим создается торможение или замедление скорости бега в фазе передней опоры.

Уменьшение этой величины обеспечивается за счет амортизации ноги и постановки ее ближе к проекции ОЦМТ на дорожку. Однако полностью исключить действие тормозящих сил невозможно, и поэтому ставится задача сделать ее минимальной.

Рассмотрим некоторые особенности беговых движений относительно тех условных обозначений (периоды, фазы и т.д.).

Период опоры для поступательного движения является основным и длится от момента постановки ноги на грунт до момента отрыва. Нога в этот период принимает на себя тяжесть падающего тела, амортизирует и затем производит отталкивание от грунта, создавая этим поступательное давление вперед (фаза отталкивания).

Кривая вертикальных усилий может иметь различную конфигурацию (однопиковую, двухпиковую). Ее величина и продолжительность зависят от: скорости бега, массы тела спортсмена, степени согласованности движений отдельных звеньев тела, напряжения мышц опорной ноги, расстояния между проекцией ОЦМТ и стопой ноги в момент постановки ее на опору.

Горизонтальные усилия бегуна с момента постановки ноги и до начала фазы отталкивания направлены вперед и создают торможение (отрицательное ускорение). Затем в фазе отталкивания давление на опору направлено назад, при этом создается положительное ускорение большинству звеньев тела и ОЦМТ.

Отрицательное ускорение длится с момента постановки ноги и постепенно уменьшается до нуля к моменту наименьшей траектории ОЦМТ. Опорная нога в этой фазе, амортизируя, замедляет и приостанавливает опускание тела бегуна вниз. После того, как отрицательное ускорение достигло нуля, наступает фаза отталкивания, которая заканчивается к моменту отрыва ноги от опоры. Положительное ускорение в фазе отталкивания достигается преимущественно за счет энергичного выпрямления опорной ноги.

Период полета характеризуется движением тела по инерции, а траектория ОЦМТ имеет форму параболы. Сила тяжести тела бегуна изменяет направление движения книзу, а сопротивление воздуха снижает скорость движения.

Движения ОЦМТ. Внешние силы, действуя на тело спортсмена, препятствуют прямолинейности и равномерности поступательного движения ОЦМТ. Кроме продвижения вперед ОЦМТ совершает вертикальные и боковые колебания. Боковые перемещения в основном происходят за счет переноса тяжести тела с одной ноги на другую. В сравнении с вертикальными колебаниями они незначительны. Размах вертикальных колебаний ОЦМТ в опорном периоде достигает 6,6 см, причем величина его снижения в фазе торможения равна 1,8 см, а подъем в фазе отталкивания (до момента вылета) составляет 3,9 см при скорости 8,31 м/с.

Траекторию движения ОЦМТ можно представить в виде синусоидальной кривой с одновременным перемещением в боковой плоскости. Путь ОЦМТ бегуна в отдельные фазы движения неодинаков. Отмечается тенденция к сокращению пути торможения и увеличение перемещения ОЦМТ в фазе отталкивания (табл. 1).

Скорость поступательного движения ОЦМТ в отдельных фазах движения различна. Наибольшая скорость наблюдается в момент отрыва ноги от грунта, а самая низкая – к моменту вертикали в опорном периоде.

Движения ног. Постановка ноги на грунт происходит несколько впереди проекции ОЦМТ на опору (в зависимости от скорости бега и индивидуальных особенностей техники бегуна). Последующая фаза торможения происходит за счет сгибания ноги в тазобедренном, коленном и разгибания в голеностопном суставе. Так, в спринте в момент вертикали угол в коленном суставе опорной ноги составляет 130 – 140 гр, в тазобедренном – 63 – 67 гр.

В фазе отталкивания происходит резкое разгибание ноги в тазобедренном и коленном суставах и активное сгибание голеностопного сустава, что обеспечивает положительное ускорение и продвижение тела вперед.

После отрыва ноги от опоры начинается перенос ноги из крайнезаднего положения вперед. Движение ноги последовательно характеризуется подъемом, разгоном, торможением и опусканием ее на опору.

Оторвавшись от грунта, нога резко движется вперед – вверх, сгибаясь при этом в коленном и тазобедренном суставах. Это движение вызывает резкое укорочение рычага ноги и уменьшение ее момента инерции, что позволяет ей намного быстрее продвинуться вперед – вверх. Это создает возможность повысить частоту шагов в беге. Скорость дистальных частей ног в период переноса в беге с максимальной скоростью достигает 25 м/с.

В период полета происходит разведение и сведение ног. Разведение ног продолжается и после отрыва опорной ноги от грунта. Сведение ног в полетном периоде начинается в момент наивысшей точки траектории ОЦМТ. Это движение не изменяет скорости в полете, но создает благоприятные предпосылки для увеличение частоты шагов в беге.

Движения таза, рук и туловища в беге. Движение таза характеризуется не только поступательным, но и вращательным движением. Наиболее выраженное вращение таза вокруг продольной оси – повороты в сторону опорной ноги. К моменту отрыва ноги от грунта угол поворота достигает максимума - до 45 гр. В момент вертикали угол поворота равен нулю. Кроме этого, в беге происходит вращение вокруг сагиттальной оси (наклон в сторону). Наибольший наклон таза в сторону маховой ноги наблюдается в момент вертикали. Вследствие этого колено маховой ноги оказывается несколько ниже колена опорной ноги. В фазе заднего отталкивания происходит наклон таза в сторону толчковой ноги. Движения таза в сагиттальной плоскости больше выражены в медленном беге, чем в спринте. Все эти вращательные движения таза увеличивают поступательное движение тела спортсмена. Поворот таза вокруг продольной оси ведет к увеличению длины шагов, помогает отталкиванию и выносу маховой ноги вперед, т.к. при этом включаются в работу дополнительные группы мышц.

Движения рук в беге с максимальной скоростью происходят в переднезаднем направлении с большой амплитудой в плечевых суставах и изменением угла в локтевом суставе. При движении руки вперед угол в локтевом суставе уменьшается, а при движении руки назад увеличивается.

В беге на средние и длинные дистанции амплитуда движения рук намного меньше и направление их несколько изменено. При выносе руки вперед она несколько приводится вовнутрь, а с движением назад – отводится наружу.

В беге положение туловища также непостоянно. В фазе отталкивания туловище несколько наклонено вперед, а в полетной фазе стремится к вертикальному положению. В беге на длинные дистанции колебание туловища меньше, чем в спринте.

В беге на разные дистанции сохраняется общая структура бегового шага (периоды, фазы, моменты). Но в зависимости от скорости движения изменяются кинематические и динамические характеристики бегового шага. В спринте они достигают максимальных величин. С увеличением длины дистанции уменьшаются основные слагающие скорости – длина и частота шагов, изменяется длительность опорных и полетных периодов, их соотношение.

Таблица 1. Кинематические характеристики движения ОЦМТ в горизонтальном направлении за время одного бегового шага ( n = 65)

Таблица 2. Кинематические характеристики бега на различные дистанции

Ходьба по ровной поверхности требует относительно малой работы всех групп мышц у здорового человека и происходит практически автоматически, без особого участия сознания. Группы мышц, выполняющие основную работу, включают:

1) подошвенные сгибатели стопы в момент отталкивания,

2) сгибатели бедра в момент отрыва от поверхности,

3) разгибатели бедра в ранней фазе опоры, когда бедро разгибается, чтобы переместить массу тела над опорной стопой, функционируя по принципу маятника (Olney, 2005).

К биомеханическим критериям ходьбы можно отнести:

– поддержание вертикального положения и равновесия в момент перемещения тела вперёд над ступнями;

– контроль за постановкой стоп с пятки;

– отработка ритма движений во взаимосвязи всех звеньев тела;

– координационная взаимосвязь звеньев тела при передвижении;

– гибкость формирования двигательного навыка ходьбы при применении в различных условиях и соответствие поставленным задачам (условия местности, характер грунта, препятствия и др.).

Анализ шагательных движений характеризуется попеременной активностью ног, чередованием отталкивания и переноса каждой ноги. Эти движения отличаются строгой слаженностью и соответствием строению тела. Как указывает Д.Д. Донской (1975), в шагательных движениях каждая нога поочерёдно бывает опорной и переносной. В опорном периоде имеются фазы амортизации и отталкивания, в переносной – период подъёма и торможения ноги.

Основа шагательных движений – фаза отталкивания – неразрывно связана с подготовкой к ней – с фазой амортизации. Вместе они составляют период опоры, когда нога имеет контакт с опорой и находится под действием веса и силы инерции тела (рис. 11).

Рис. 11. Биомеханика ходьбы

Фаза амортизации начинается с постановки ноги с пятки на опору. Амортизация заключается в торможении движения тела по направлению к опоре. Происходит уступающее движение, мышцы растягиваются, совершая отрицательную работу и уменьшая скорость движения тела. К концу амортизации вертикальная составляющая скорости тела падает до нуля, опускание вниз прекращается. Горизонтальная же составляющая скорости за это время уменьшается, но не до нуля, тело не останавливается, а продолжает движение вперёд. Фаза амортизации заканчивается в момент прекращения движения тела вниз.

Окончанием фазы амортизации условно считают наибольшее сгибание опорной ноги в коленном суставе. Амортизация выполняется не только движением в коленном суставе, но и имеет место растягивание мышц в голеностопном суставе (перекат с пятки на носок), оно заканчивается несколько позже амортизации в коленном суставе.

Фаза отталкивания начинается с разгибания опорной ноги в коленном суставе. К этому движению отталкивания несколько позже присоединяется подошвенное сгибание стопы в голеностопном суставе. Условность начала фазы отталкивания определяется движением разгибания бедра опорной ноги в тазобедренном суставе, которое может начинаться в момент опоры. Окончанием фазы отталкивания считают момент отрыва стопы от опоры.

После опорного периода ноги наступает период её переноса. Фаза подъёма ноги начинается с момента отрыва от опоры и заканчивается началом её движения вперёд (относительно таза). В это время происходит опора тела только на одной опорной ноге и длится она до опускания ноги на опору.

Фаза опускания ноги на опору начинается с момента крайнего положения бедра вперёд и кверху и заканчивается в момент постановки стопы на опору. В циклических перемещениях движениям ног соответствуют маховые движения рук, согласованные перекрёстной координацией движений всех четырёх конечностей. Так, соответственно выносу левой ноги вперёд определяется движение правой руки вперёд-книзу. Руки двигаются свободно и ритмично, создавая определённое балансирование и хорошие условия для сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

В зависимости от способа шагательного перемещения и темпа шагов, осуществляются движения туловища и таза относительно всех трёх осей: наклоны вперёд и назад, в боковых направлениях, поворот вокруг вертикальной оси. Всё это происходит в большей или меньшей степени, в связи с движениями туловища и таза, которые динамически связаны с движением ног и рук.

Для увеличения скорости шагательных движений нужно увеличить их длину и частоту. Изменяя величину и длительность усилий, перестраивают ритм шагательных движений: изменяется длина, частота шагов и скорость передвижения. Изменение двигательной задачи и условий её выполнения требует качественной перестройки всей системы движений (Д.Д. Донской, 1975).

Указанные особенности биодинамической структуры движений необходимо учитывать в методике обучения шаговым движениям лиц, перенёсших инсульт и имеющих отклонения в опорно-двигательном аппарате и осваивающих ходьбу.

Мир вокруг нас постоянно движется, и это движение составляет основу жизни любого существа на планете. Человек не исключение, однако некоторые из нас предпочитают спокойно ходить, другие выбирают бег.

В этой статье мы разберёмся подробнее, какой тип передвижения для человека более естественен, в чём принципиальные отличия бега от ходьбы, и какие плюсы и минусы они могут принести.

Что естественнее: бег или ходьба

Ходить могут многие, но бегают из них далеко не все. Кто-то считает бег слишком энергозатратным, неестественным состоянием, а кто-то и вовсе вредным. На вопрос, насколько свойственен для человека бег, отвечает сама природа.

Ходьба и медленный бег – самые древние и самые распространённые способы передвижения. Высокие скорости в животном мире всегда были вынужденной мерой, чтобы спастись от врага или поймать добычу. Среди животных, как и среди людей, есть марафонцы и спринтеры. К первым относятся копытные млекопитающие, хорошо приспособленные к бегу на дальние расстояния. Ко вторым – пальцеходящие, например, гепарды, обладающие высокой манёвренностью, прыгучестью и скоростью.

Человек по своей природе – животное стопоходящее. Стопы обеспечивают устойчивость и манёвренность, но не могут показывать высокую скорость. А передвижение на двух ногах делает человека ещё более медлительным, так как тело испытывает на себе силу тяжести.

По словам Майкла Гюнтера, биомеханика из Штутгартского университета, Калифорния, в процессе эволюции у двуногих существ позвоночник стал гораздо менее подвижным, потому что для них равновесие и устойчивость были приоритетнее скорости. Поэтому людям никогда не сравниться с животными по скорости.

Отличия бега от ходьбы

Эти два вида активности отличаются между собой не только наличием в беге фазы полёта. Можно выделить целых 11 критериев, по которым бег и ходьба принципиально различны.

Скачайте тренировочные планы к марафону и полумарафону и начните подготовку уже сегодня!

1.Техника

Техника бега более многоступенчатая и сложная. Беговой шаг условно можно разбить на 5 частей:

отталкивание – толчковая нога отталкивается от поверхности;
полёт – обе стопы отрываются от поверхности;
приземление (амортизация) – вторая нога соприкасается с поверхностью;
перекат – происходит с передней части стопы на пятку или наоборот, в зависимости от техники бега;
смена маховой ноги.

При ходьбе фаза полёта отсутствует, а перекат осуществляется с пятки на носок по наружному краю стопы с подъёмом её свода. Да и колени сгибаются гораздо меньше, а руки практически не участвуют в процессе.

2. Ударная нагрузка на опорно-двигательный аппарат

Из-за отсутствия фазы полёта при ходьбе нет той ударной беговой нагрузки, которая возникает во время резкого отталкивания стопы от поверхности и её приземлении. Такие толчки принимают на себя позвоночник и суставы (особенно коленные), выполняющие функцию природных амортизаторов.

При беге сила реакции от соприкосновения с землёй примерно в 2,5 раза превышает вес тела, а при ходьбе – в 1,2 раза

3. Травмоопасность

Бег травмоопаснее ходьбы, и это связано с многочисленными факторами: начиная от неправильной техники выполнения и заканчивая пренебрежением разминкой и ОФП. Но главная причина заключается в большой нагрузке на мышцы и суставы. Кроме того, риск падения, особенно на высоких скоростях, гораздо выше.

У молодых мужчин, занимающихся бегом трусцой, риск травм на 25% выше, чем у ходоков, а у ультрамарафонцев этот риск ещё выше. Основные травмы, связанные с бегом, включают синдром напряжения голени, травмы ахиллова сухожилия и плантарный фасциит.

4. Скорость

5. Энергозатраты и скорость обмена веществ

У бегунов расход калорий в среднем в два раза выше, чем у ходоков. Ведь энергия используется не только для движения вперёд, но и для толчка. А более высокая скорость требует соответствующих энергетических затрат. Поэтому жир при беге сжигается быстрее.

Помимо энергозатрат, любой спорт усиливает обмен веществ. И здесь бег опять лидирует. Он ускоряет метаболизм на 400%, тогда как быстрая ходьба всего лишь на 80-100%.

6. Распределение мышечной нагрузки

При беге задействовано большее количество мышц, чем при ходьбе. И нагрузка на них значительнее. Поэтому усталость наступает быстрее, и процесс восстановления более длительный. Во время пеших прогулок в основном работают бёдра, икроножные и ягодичные мышцы, а при беге к ним добавляются квадрицепсы, сгибатели голени и межрёберные мышцы.

7. Потоотделение

Уровень потоотделения зависит от множества факторов, начиная от веса и заканчивая интенсивностью физической нагрузки. Но в связи с тем, что во время бега интенсивность движений выше, то и потоотделение выше. Это необходимо учитывать при подборе спортивной экипировки и соблюдении питьевого режима.

8. Выносливость

У бегунов выносливость, как правило, развита лучше, чем у ходоков, так как сердечно-сосудистая система и мышцы испытывают большие нагрузки из-за интенсивной и продолжительной активности. Ведь бегуны за аналогичный отрезок времени преодолевают большее расстояние, чем ходоки.

9. Контроль за общей нагрузкой

Занимаясь ходьбой, легче дозировать и контролировать общую нагрузку. Даже при большом километраже ходьба менее интенсивно нагружает организм.

10. Условия для тренировочного процесса

Для ходьбы не нужны какие-либо специальные условия, в отличие от бега. Так, для пеших прогулок не имеет значения покрытие, а для пробежек лучше выбирать более мягкий вариант в целях снижения ударной нагрузки на опорно-двигательный аппарат. Соответственно и беговая обувь должна отвечать более высоким требованиям по удобству и амортизации, чем обувь для ходьбы.

Также ходокам проще выбрать место для занятий, так как они меньше ощущают влияние окружающей среды. Например, пешеходам практически не создаёт неудобств большое скопление людей, тогда как бегунам оббегать прохожих, особенно на высокой скорости, довольно неудобно.

Бегуны, в зависимости от цели тренировки, занимаются в городе, на пересечённой местности, в манеже, на стадионе или в тренажёрном зале. Ходоки же, как правило, большую часть времени тренируются просто на улице.

11. Медицинские противопоказания

Обычная ходьба в спокойном темпе практически не имеет медицинских противопоказаний, за исключением тяжёлых случаев, когда человеку запрещена любая двигательная активность. В беге же список ограничений довольно внушительный, и его стоит рассмотреть подробнее.

Медицинские противопоказания для бега и ходьбы

Несмотря на явную пользу бега и ходьбы, есть случаи, когда любая нагрузка вообще запрещена или ограничена на определённый промежуток времени. Обычно это острые воспалительные процессы или послеоперационный период, тяжёлые нарушения ритма сердечной деятельности, высокая артериальная гипертензия III степени и ряд других заболеваний. Но это скорее исключительные случаи.

По общему правилу, даже при наличии многих заболеваний ходьба не только не противопоказана, но наоборот, рекомендована для скорейшего выздоровления. Бег, как более интенсивная физическая нагрузка, не может похвастаться той же степенью врачебной лояльности. Список болезней, препятствующих тренировкам, более внушительный.

Врождённые пороки сердца и митральный стеноз (сужение предсердно-желудочкового отверстия).
Перенесённый инсульт или инфаркт миокарда.
Резко выраженные нарушения сердечного ритма типа мерцательной аритмии.
Недостаточность кровообращения или лёгочная недостаточность любой этиологии.
Высокая артериальная гипертензия (артериальное давление 180 на 110 и выше), устойчивая к действию медикаментозной терапии.
Хронические заболевания почек, тиреотоксикоз и сахарный диабет, не контролируемый инсулином.
Глаукома и прогрессирующая близорукость, угрожающая отслойкой сетчатки.

Поэтому выбор физической нагрузки – вопрос строго индивидуальный, в котором нужно руководствоваться не личным желанием, а физическими возможностями на данный момент времени.

Что полезнее для здоровья: бег или ходьба

Для многих людей противопоказания к ходьбе и бегу кажутся реальным свидетельством вредности физических нагрузок. Однако это лишь повод задуматься о том, как правильно выстроить тренировочный процесс, чтобы он принёс организму только пользу. Попробуем в этом разобраться, а заодно сравним степень положительного влияния бега и ходьбы на здоровье.

1. Укрепление сердечно-сосудистой системы. Улучшается кровообращение и работа лёгких, усиливается обмен веществ, нормализуется артериальное давление и снижается частота сердечных сокращений, уменьшается риск атеросклероза сосудов.

Бег заставляет сердце и лёгкие работать интенсивнее, чем во время ходьбы. С одной стороны, это усиливает положительный эффект от нагрузок, с другой – может повлечь за собой негативные последствия в случае их несоответствия индивидуальным физическим возможностям. Возникает вопрос: может ли ходьба при определённых условиях сравниться с бегом по своему положительному влиянию на сердце и сосуды?

В 2013 г. в Национальной лаборатории имени Э. Беркли команда учёных во главе с Полом Т. Уильямсом и Полом Д. Томпсоном провела целое исследование, чтобы ответить на этот вопрос. Согласно сделанным выводам, бодрая ходьба при одинаковых энергозатратах так же эффективна, а в некоторых случаях даже более эффективна, чем бег, для снижения риска возникновения проблем с кровяным давлением и уровнем холестерина.

Так, бег снижает риск развития гипертонии и гиперхолестеринемии на 4,2%, ходьба – на 7 %, риск ишемической болезни сердца бег снижает на 4,5%, ходьба – на 9,3%. А вот показатели снижения риска сахарного диабета у бега и ходьбы были одинаковые – 12 %.

2. Укрепление опорно-двигательного аппарата. Повышается плотность костной ткани, улучшается подвижность суставов, увеличивается эластичность соединительных тканей (сухожилий, хрящей, фасций), мышцы обретают упругость и крепость.

Но при беге организм получает ударную нагрузку, которой нет при ходьбе. Вкупе с неправильной техникой это может повлечь за собой негативные последствия в виде разного рода травм.

3. Повышение выносливости организма, благодаря чему возрастает способность противостоять утомлению. Так как бег относится к более интенсивным физическим нагрузкам, он лучше тренирует общую выносливость, чем ходьба. Специалисты относят к недостаткам ходьбы малую интенсивность и невысокие энергозатраты, поэтому здоровому человеку потребуется много времени, чтобы получить необходимую нагрузку.

4. Улучшение работы пищеварительной системы. Физическая активность стимулирует работу кишечника, печени, желчного пузыря.

Поэтому несмотря на то, что бег позволяет сжечь больше калорий, неправильная система питания может свести положительный эффект от пробежек к минимуму и приравнять его к ходьбе.

6. Профилактика депрессии. В процессе бега и ходьбы в организме происходит выработка эндорфинов, серотонина, дофамина – гормонов, положительно влияющих на психическую деятельность и участвующих в регуляции сна, аппетита и пищеварения.

7. Укрепление иммунной системы и повышение её сопротивляемости к бактериям и вирусам. Согласно исследованиям, бегуны на 25-40% меньше рискуют умереть преждевременно от разных болезней, чем люди, не занимающиеся спортом. И в среднем бегуны живут на 3 года дольше своих небегающих ровесников.

Но необходимо помнить, что при беговых нагрузках большой длительности (марафон) и высокой интенсивности (интервальные тренировки) работа иммунной системы угнетается на срок от нескольких часов до нескольких дней. Об этом тоже говорят научные исследования. Поэтому с нагрузками, особенно беговыми, лучше не перебарщивать.

Вообще, если говорить о положительном влиянии ходьбы и бега в целом, то при правильно подобранной нагрузке улучшается работа всех систем организма. В целом, ходьба по степени воздействия на организм очень похожа на упрощённую форму бега. При этом, если мы говорим о быстрой или спортивной ходьбе, то различия с бегом становятся менее значительными.

Читайте также: