Механизм отталкивания от опоры биомеханика кратко
Обновлено: 02.07.2024
1. Введение. Понятие циклических и ациклических движений. Механизм отталкивания от опоры. Стартовые действия.
Локомоторные (поступательные) движения – это передвижение тела относительно опоры или среды при помощи усилий мышц. В локомоции состоят из основного движение (ходьба, бег) и вспомогательных движений (спортивные игры, единоборства, гимнастика и др.). Выделяют 3 вида локомоторных движений в зависимости от их структурности: циклические, ациклические и смешанные.
Циклические упражнения (бег, ходьба, гребля, велоспорт, плавание)
Многократность повторения одного и того же цикла, состоящего из нескольких фаз;
Фазы движения одного цикла последовательно повторяются в другом цикле;
Последняя фаза одного цикла является началом первой фазы движения последующего цикла
Механизм: ритмический (автоматический) двигательный рефлекс
Ациклические упражнения
Имеют выраженное начало и конец.
Повторение не связано неразрывно с окончанием предыдущего движения и не обуславливает последующее.
Не строятся на ритмическом двигательном рефлексе*
Связанны с максимальной мобилизацией силы и скорости сокращения.
Виды: однократные двигательные акты (прыжки, метания и поднимание тяжести) и их комбинации (гимнастика)
Смешанные движения
Состоят из циклических и ациклических движений. (прыжки в длину - ациклическому прыжку предшествует циклический разбег, метание)
Действующие силы при движении
Различают 2 вида сил: внутренние и внешние. Внешние силы приложены извне. Внутренние силы возникают при взаимодействии частей тела.
Рисунок 1. Краткая характеристика внешних сил.
Виды внутренних сил:
Пассивные: эластическая тяга мягких тканей; сила сопротивления костей. Молекулярная сила сцепления синовиальной жидкости в суставах.
Активные: сила сокращения мышц. Величина зависит от анатомического и физиологического поперечников мышцы, угла и рычага.
Каждая сила может быть – движущей или тормозящей. Пример: сила тяжести при падении движущая, при прыжке – тормозящая.
Отталкивание от опоры
Выполняется посредством 2х согласованных движений: собственно отталкивания ногами от опоры и маховых движений свободными конечностями и другими звеньями.
Механизм отталкивания.
При отталкивании опорные звенья неподвижны относительно опоры, а подвижные звенья под действием силы тяги мышц передвигаются в общем направлении отталкивания. Силы, действующие на звенья кинематической цепи при отталкивании суммированы на рис.2.
Рис.2. Характеристики сил, действующих на опорные и подвижные звенья при отталкивании от опоры.
Реакция опоры при отталкивании под углом, отличающегося от прямого (не перпендикулярно к опорной поверхности), наклонена к опорной поверхности и имеет вертикальные и горизонтальные составляющие. Вертикальные составляющие обусловлены динамическим весом, т.е. суммой веса и сил инерции подвижных звеньев, имеющих ускорение (или его составляющую), направленное вертикально вверх от опоры. Горизонтальные составляющие реакций опоры обусловлены горизонтальными составляющими сил инерции подвижных звеньев. Контакт опорных звеньев с опорой не точечный, поэтому могут появиться и вращательные усилия, что усложнит схему реакции опоры.
Стартовые действия
Стартовые действия включают стартовые положения, движения и разгон.
Стартовые положения – это исходные позы для последующего передвижения, которые обеспечивают лучшие условия развития стартового ускорения. Специфика стартового положения определяется правилами соревнований и соответствует биомеханическим требованиям, вытекающим из задач старта.
Рисунок 3 суммирует основные характеристики и функции стартового положения.
Рисунок 3. Характеристики стартового положения.
Стартовые движения – первые движения из стартового положения, которые обеспечивают прирост скорости и переход к последующему стартовому разгону. (рис.4).
Рисунок 4. Характеристики стартовых движений. Стартовая сила и момент – это условные меры воздействия, которое вызывает сложное движение всей биомеханической системы.
Стартовый разгон
Разгон обеспечивает увеличение скорости движений до такой, какая требуется для передвижения по дистанции. Кроме того, при разгоне происходит изменение системы движений от стартовых до оптимальных для заданной скорости (например, увеличении длины шагов и уменьшении общего наклона тела в беге).
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
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.
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
Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ. В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией. Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.
Биомеханическая мускульная работа
Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.
Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия. Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна. Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.
Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями. Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф. Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.
Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях. По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой. Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.
Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста. Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом. Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами. Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки. Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.
В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.
Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:
Рассмотрим виды рычагов более подробно:
Рычаг 1 рода
Рычаг 2 рода
При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.
Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов. Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища. В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса. В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.
Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии. Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз. Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.
Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях. В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.
Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.
Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).
Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения. В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося. Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.
В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться. Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения. В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.
Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.
Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе. Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей. В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.
Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.
Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.
Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.
Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.
Читайте также: