История развития биомеханики реферат

Обновлено: 30.06.2024

Любая отрасль человеческих знаний, в том числе такая дисциплина как биомеханика, оперирует некоторым набором исходных определений, понятий и гипотез. С одной стороны, используются фундаментальные определения из математики, физики, общей механики. С другой — биомеханика базируется на данных экспериментальных исследований, важнейшими из которых являются оценка различных видов двигательной деятельности человека, управления ими; определение свойств биомеханических систем при различных способах деформирования; результаты, полученные при решении медико-биологических задач.

Биомеханика находится на стыке разных наук: медицины, физики, математики, физиологии, биофизики, вовлекая в свою сферу различных специалистов, таких как инженеры, конструкторы, технологи, программисты и др.

Биомеханика спорта как учебная дисциплина изучает как движения человека в процессе выполнения физических упражнений, во время соревнований, так и движения отдельных спортивных снарядов.

Существенное значение в современном спорте и физической культуре придается механической прочности, устойчивости тканей опорно-двигательного аппарата, органов, тканей к многократным физическим нагрузкам, особенно при тренировках в экстремальных условиях (среднегорье, высокая влажность, низкая и высокая температура, гипотермия, изменение биоритмов) с учетом телосложения, возраста, пола, функционального состояния человека. Все эти данные могут быть использованы в совершенствовании методики и техники выполнения тех или иных упражнений и тренировочных систем, а также в совершенствовании инвентаря, экипировки и других факторов.

Физическая культура и спорт в нашей стране в последнее десятилетие утратили свое влияние. Это никак не способствует укреплению здоровья человека. Это также сказывается в виде снижения способности противостоять негативным факторам окружающей среды.

Значение спорта во все времена было существенным в предупреждении преждевременного старения, в восстановлении функциональных возможностей организма после болезней и травм.

С развитием науки медицина активно внедряет ее достижения, разрабатывая новые методы лечения, оценки их эффективности, новые методики диагностики. Это, в свою очередь, обогащает спортивную медицину и физическую культуру. В данном учебнике предложены знания физических основ многих вопросов спортивной медицины, которые необходимы преподавателю физкультуры, тренеру, спортивному врачу, массажисту. Эти знания не менее важны, чем знания основ тренировочного процесса. В зависимости от того, как понимается физическая сущность того или иного направления спортивной медицины, в совокупности с медицинскими аспектами можно прогнозировать, дозировать оздоровительный (лечебный) эффект, а также уровень спортивных достижений.

В лечебной физической культуре применяются различные физические упражнения, реализуемые в том или ином виде спорта.

В данном учебнике, по сравнению с ранее вышедшими, впервые для биомеханики спорта изложен материал, показывающий применение законов фундаментальной физики ко многим конкретным направлениям этой дисциплины. Рассмотрены вопросы: кинематика, динамика материальной точки, динамика поступательного движения, виды сил в природе, динамика вращательного движения, неинерциальные системы отсчета, законы сохранения, механические колебания, механические свойства. Представлен большой раздел, показывающий физические основы воздействия различных факторов (механических, звуковых, электромагнитных, радиационных, тепловых), понимание физической сущности которых совершенно необходимо для рационального решения многих задач спортивной медицины.

Профессор В.И. Дубровский и профессор В.Н. Федорова помимо биомеханических методов контроля лиц, занимающихся физкультурой и спортом, представили биомеханические показатели в норме и при патологии (травмы и заболевания опорно-двигательного

аппарата, при утомлении и др.), а также при тренировке в экстремальных условиях, у инвалидов-спортсменов и др.

Многие вопросы освещены авторами с учетом развития спорта высших достижений, инвалидного спорта, биомеханики спортивной травмы, различных возрастных периодов развития, с учетом телосложения и техники выполнения тех или иных упражнений в различных видах спорта.

В книге показаны основные направления в развитии биомеханики с использованием современных методов контроля: стационарный и дистанционный контроль за локомоциями; разработка современных технологий инвентаря, экипировки; техники выполнения физических упражнений в различных видах спорта; контроль за выполнением упражнений инвалидами-спортсменами; биомеханический контроль при травмах и заболеваниях опорно-двигательного аппарата и др.

По существу, в каждой главе учебника авторы подчеркивают, что, чтобы успешно выступать на соревнованиях, спортсмен должен владеть рациональной техникой выполнения упражнения, понимая его медико-физическую сущность, должен быть оснащен современной экипировкой, спортинвентарем, должен быть хорошо подготовлен функционально и здоров.

Особое место в учебнике отведено влиянию интенсивных физических нагрузок на структурные (морфологические) изменения в тканях опорно-двигательного аппарата, особенно если несовершенна техника выполнения физических упражнений и методы ее коррекции. Отмечено, что реакция тканей ОДА на физические нагрузки во многом зависит от техники выполнения упражнений, телосложения, возраста, функционального состояния, климато-географических факторов и т. п.

Авторы большое внимание уделяют возможностям использования математических и физических моделей как для различных упражнений, так и для отдельных участков и систем организма человека, в частности, спортсмена, а также тела в целом, для прогнозирования реакций организма на физические нагрузки и различные неблагоприятные факторы воздействия внешней среды. Телосложение, возраст важны для расчетной и модельной оценки пределов переносимости этих воздействий с учетом разнообразных дополнительных факторов.

У нас в стране и за рубежом до сих пор нет учебника, где были бы систематизированы материалы как по теоретическим физико-

-| О Предисловие

ВВЕДЕНИЕ

математическим основам биомеханики спорта, так и по биомеханике в норме и при патологии, с учетом возраста, пола, телосложения и функционального состояния лиц, занимающихся физкультурой и спортом. Особенно это важно при занятии спортом высших достижений, где требования к технике выполнения упражнений исключительные, и малейшие отклонения ведут к травматизму, иногда к инвалидности, снижению спортивных результатов.

Авторы показали, что при современном развитии спорта, особенно спорта высших достижений, биомеханика играет огромную роль для повышения спортивных результатов.

Большое количество информационных таблиц, рисунков, схем, однотипное и четкое разделение материала по структуре в каждой главе, выделенные лаконичные определения делают излагаемый материал очень наглядным, интересным, легко воспринимаемым и запоминаемым.

Этот учебник позволит студентам, тренерам, врачам, методистам ЛФК, преподавателям физкультуры лучше познать основы спортивной биомеханики, спортивной медицины, лечебной физкультуры, а следовательно, успешно и активно использовать их в своей работе. Этот учебник может быть рекомендован знатокам прикладной механики, специализирующимся по биомеханике.

Заведующий кафедрой теоретической механики Пермского государственного технического университета,

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации

Введение

свойства многих тканей тела: экспоненциальную нелинейность связи между напряжениями и деформациями, существенную зависимость от времени и т. д. Полученные знания о деформационных свойствах тканей помогают решению некоторых практических задач, в частности, они используются при создании внутренних протезов (клапаны, искусственное сердце, сосуды и пр.). Особенно плодотворно применяется классическая механика твердого тела в изучении движений человека. Часто под биомеханикой понимают именно это ее приложение. При изучении движений биомеханика использует данные антропометрии, анатомии, физиологии нервной и мышечной систем и других биологических дисциплин. Поэтому часто, может быть, в учебных целях, в биомеханику ОДА включают его функциональную анатомию, а иногда и физиологию нервно-мышечной системы, называя это объединение кинезиологией.

Количество управляющих воздействий в нервно-мышечной системе огромно. Тем не менее, нервно-мышечная система обладает удивительной надежностью и широкими компенсаторными возможностями, способностью не только многократно повторять одни и те же стандартные комплексы движений (синергии), но и выполнять стандартные произвольные движения, направленные на достижение определенных целей. Помимо способности организовать и активно заучивать необходимые движения, нервно-мышечная система обеспечивает приспособляемость к быстро меняющимся условиям окружающей и внутренней среды организма, изменяя применительно к этим условиям привычные действия. Эта вариативность имеет не только пассивный характер, но обладает чертами активного поиска, осуществляемого нервной системой, когда она добивается наилучшего решения поставленных задач. Перечисленные способности нервной системы обеспечиваются переработкой в ней информации о движениях, которая поступает по обратным связям, образованным сенсорной афферентацией. Деятельность нервно-мышечной системы отражается во временной, кинематической и динамической структурах движения. Благодаря этому отражению становится возможным, наблюдая механику, получить информацию о регуляции движений и ее нарушениях. Такой возможностью широко пользуются при диагностике заболеваний, в нейрофизиологических исследованиях с помощью специальных тестов при контроле двигательных навыков и обученности инвалидов, спортсменов, космонавтов и в ряде других случаев.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОМЕХАНИКИ

Биомеханика — одна из самых старых ветвей биологии. Ее истоками были работы Аристотеля и Галена, посвященные анализу движений животных и человека. Но только благодаря работам одного из самых блистательных людей эпохи Возрождения — Леонардо да Винчи (1452—1519) — биомеханика сделала свой следующий шаг. Леонардо особенно интересовался строением человеческого тела (анатомией) в связи с движением. Он описал механику тела при переходе из положения сидя к положению стоя, при ходьбе вверх и вниз, при прыжках и, по-видимому, впервые дал описание походок.

Р. Декарт (1596—1650) создал основу рефлекторной теории, показав, что причиной движений может быть конкретный фактор внешней среды, воздействующий на органы чувств. Этим объяснялось происхождение непроизвольных движений.

Биологическая механика как наука о механическом движении в биологических системах использует в качестве методического аппарата принципы механики.

Механика человека есть новый раздел механики, изучающий целенаправленные движения человека.

Биомеханика — это раздел биологии, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления (при движении, дыхании и т. д.).

Первые шаги в подробном изучении биомеханики движений были сделаны лишь в конце XIX столетия немецкими учеными Брауном и Фишером (V. Braune, О. Fischer), которые разработали совершенную методику регистрации движений, детально изучили динамическую сторону перемещений конечностей и общего центра тяжести (ОЦТ) человека при нормальной ходьбе.

К.Х. Кекчеев (1923) изучал биомеханику патологических походок, используя методику Брауна и Фишера.

Большой вклад в познание взаимодействия уровней регуляции движений внес Н.А. Бернштейн (1880— 1968). Им дано теоретическое обоснование процессов управления движениями с позиций общей теории больших систем. Исследования Н.А. Бернштейна позволили установить чрезвычайно важный принцип управления движениями, общепризнанный в настоящее время. Нейрофизиологические концепции Н.А. Бернштейна послужили основой формирования современной'теории биомеханики движений человека.

Идеи Н.М. Сеченова о рефлекторной природе управления движениями путем использования чувствительных сигналов, получили развитие в теории Н.А. Бернштейна о кольцевом характере процессов управления.

B.C. Гурфинкель и др. (1965) клинически подтвердили это направление, выявили принцип синергии в организации работы скелетной мускулатуры при регуляции вертикальной позы, а Ф.А. Северин и др. (1967) получили данные о спинальных генераторах (мотонейронах) локомоторных движений. R. Granit (1955) с позиции нейрофизиологии дал анализ механизмов регуляции движений.

Большой вклад в биомеханику спорта внесли R.G. Osterhoud (1968); Т. Duck (1970), R.M. Brown; J.E. Counsilman (1971); S. Pla-genhoef (1971); CW.Buchan (1971); Dal Monte et.al. (1973); M.Saito et al. (1974) и многие другие.

Большой вклад в изучение физиологии двигательного аппарата внесН.Е. Введенский (1852—1922). Им выполнены исследования процессов возбуждения и торможения в нервной и мышечной тканях. Его работы о физиологической лабильности живых тканей и возбудимых систем, о парабиозе имеют огромное значение для современной физиологии спорта. Большую ценность представляют также его работы о координации движений.

Вопросы физиологии спорта разрабатывал А.Н. Крестовиков (1885—1955). Они были связаны с выяснением механизма мышечной деятельности, в частности, координации движений, формирования двигательных условных рефлексов, этиологии утомления при физической деятельности и другими физиологическими функциями при выполнении физических упражнений.

Успехи современной физиологии, и, в первую очередь, труды академика П.К. Анохина дали возможность с позиции функциональных систем по-новому взглянуть на биомеханику движений.

Все это дало возможность обобщить физиологические данные с биомеханическими исследованиями и подойти к решению важных вопросов биомеханики движений в современном спорте, спорте высших достижений.

В середине XX века ученые создали протез руки, управляемый электрическими сигналами, поступающими из нервной системы. В 1957 г. у нас в стране была сконструирована модель руки (кисти), которая выполняла биоэлектрические команды типа «сжать—

Американские специалисты (E.W. Schrader и др., 1964) создали протез ноги, ампутированной выше колена. Была изготовлена гидравлическая модель коленного сустава, позволяющая добиться естественной ходьбы. Конструкция предусматривает нормальную высоту подъема пятки и вытягивание ноги при ее отводе независимо от скорости ходьбы.

Как учебный предмет биомеханика выполняет несколько ролей. Во-первых, с ее помощью студент вводится в круг важнейших физико-математических понятий, которые необходимы для расчетов скорости, углов отталкивания, массы тела, расположения ОЦТ и его роли в технике выполнения спортивных движений. Во-вторых, эта дисциплина имеет самостоятельное применение в спортивной практике, потому что представленная в ней система двигательной деятельности с учетом возраста, пола, массы тела, телосложения позволяет выработать рекомендации для работы тренера, учителя физкультуры, методиста лечебной физкультуры и др.

Биомеханические исследования позволили создать новый тип обуви, спортивного инвентаря, оборудования и техники управления ими (велосипеды, горные и прыжковые лыжи, гоночные лыжи, лодки для гребли и многое другое).

Изучение гидродинамических характеристик рыб и дельфинов дало возможность создать специальные костюмы для пловцов, изменить технику плавания, что способствовало повышению скорости плавания.

Биомеханику преподают в высших физкультурных учебных заведениях во многих странах мира. Создано международное общество биомехаников, проводятся конференции, симпозиумы, конгрессы по биомеханике. При Президиуме Российской академии наук создан научный Совет по проблемам биомеханики с секциями, охватывающими проблемы инженерной, медицинской и спортивной биомеханики.

Биологическая механика как наука о механическом движении в биологических системах использует в качестве методического аппарата принципы механики.Механика человека есть новый раздел механики, изучающий целенаправленные движения человека.

Биомеханика — это раздел биологии, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления (при движении, дыхании и т. д.).

Большой вклад в познание взаимодействия уровней регуляции движений внес Н.А. Бернштейн (1880— 1968). Им дано теоретическое обоснование процессов управления движениями с позиций общей теории больших систем. Исследования Н.А. Бернштейна позволили установить чрезвычайно важный принцип управления движениями, общепризнанный в настоящее время. Нейрофизиологические концепции Н.А. Бернштейна послужили основой формирования современной’теории биомеханики движений человека.

М.Ф. Иваницкий (1895—1969) разработал функциональную (динамическую) анатомию применительно к задачам физкультуры и спорта, т. е. определил связь анатомии с физкультурой. Успехи современной физиологии, и, в первую очередь, труды академика П.К. Анохина дали возможность с позиции функциональных систем по-новому взглянуть на биомеханику движений. Все это дало возможность обобщить физиологические данные с биомеханическими исследованиями и подойти к решению важных вопросов биомеханики движений в современном спорте, спорте высших достижений.

Введение в биомеханику и биомеханические особенности строения тела человека

Основные понятия механики материальной точки

И твердого тела

Механика— это раздел физики, в котором изучают механическое движение материальных тел.

Механическое движение является простейшей формой движения материи, которое представляет собой изменение взаимного положения тел в пространстве и во времени.

Механика включает в себя три основных раздела: статику, кинематику и динамику.

В статике рассматривают условия равновесия материальных тел под действием приложенных сил.

Кинематика изучает внешнюю картину движений. В динамике рассматривают причины возникновения и изменения движений. Остановимся на кратком изложении основных понятий кинематики и динамики.

Основные понятия кинематики

Для описания внешней картины движений используют линейные и угловые кинематические характеристики.

Деление кинематических характеристик на линейные и угловые связано с тем, что любое сложное движение твердого тела можно представить как сумму двух простых движений — поступательного и вращательного.

Поступательным называют такое движение тела, при котором все его точки двигаются одинаково, т. е. имеют одинаковые траектории и скорости.

При вращательном движении различные точки тела двигаются по концентрическим окружностям, а точки, лежащие на оси вращения, остаются неподвижными.

В отличие от твердого тела материальная точка не имеет ни вращательного, ни поступательного движения, она может двигаться либо по прямолинейной, либо по криволинейной траектории.

Поскольку механическое движение — это изменение взаимного положения тел в пространстве и во времени, то для его количественного описания используют пространственные и временные системы отсчета.

Существуют различные системы отсчета (естественная, прямоугольная декартова, полярная, цилиндрическая и др.).

Напомним определения основных кинематических характеристик.

Координата — это мера положения точки или тела в выбранной системе отсчета.

Данная характеристика показывает лишь то, в каком месте находится точка или тело. Положение точки на плоскости определяется двумя координатами. При вращательном движении тела в одной плоскости его положение определяется одной угловой координатой.

Перемещение — это изменение положения точки или тела в выбранной системе отсчета. Эта характеристика отражает кратчайшее расстояние, пройденное точкой из начального в конечное положение, или угол поворота тела при его вращении относительно какой-либо оси.

Перемещение численно равно разности координат конечного и начального положения точки или тела. Наряду с перемещением используют еще одну характеристику -путь. В отличие от перемещения эта величина скалярная. Путь характеризует пройденное расстояние без учета направления движения точки вдоль траектории.

Скорость — это изменения положения точки или тела с течением времени. Различают среднюю и мгновенную скорости (линейную и угловую). Средняя скорость — это отношение

перемещения ко времени, за которое оно произошло.

Мгновенная скорость — это первая производная координат по времени.

Ускорение — это изменение скорости точки или тела с течением времени. Как и для скорости, различают среднее и мгновенное ускорение (линейное и угловое).

Перемещение, скорость и ускорение — величины векторные, т. е. они характеризуются абсолютным значением (модулем), направлением и точкой приложения.

Между угловыми и линейными кинематическими характеристиками движущего тела существуют вполне определенные соотношения.

Так, например, линейная скорость любой точки вращающегося твердого тела равна произведению угловой скорости на расстояние этой точки до оси вращения.

Основные понятия динамики

В отличие от кинематики динамика изучает причины возникновения и изменения движений, т. е. силы и моменты сил, действие которых либо сохраняет тела в неподвижном положении, либо изменяет их движение.

Кроме того, в динамике рассматривается связь между свойствами материальных тел и характеристиками их движения, выраженная в соответствующих законах динамики.

Основными понятиями динамики являются сила, момент силы, масса, момент инерции тела и т. п.

Сила — это мера механического взаимодействия тел в данный момент времени в поступательном движении. В механике, в отличие от физики и биомеханики, не рассматривают природу сил, действующих на то или иное тело.

Мерой механического взаимодействия тел во вращательном движении является не сила, а ее момент.

Момент сипы численно равен произведению силы на ее плечо. Плечосилы — это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии, вдоль которой действует сила.

Масса — это мера инертности тела в поступательном движении. Чем больше масса тела, тем труднее его заставить двигаться, а если оно двигалось, то его труднее остановить или изменить направление его движения.

Мерой инертности тела во вращательном движении является момент инерции.

Eго величина определяется произведением массы тела на радиус инерции в квадрате. Радиус инерции характеризует распределение масс в теле относительно оси вращения. Как и масса, момент инерции тела показывает, насколько трудно или легко изменить его движение, нотолько в данном случае речь идет о вращательном движении тела.

В основе динамики лежат три основных закона.

Первый закон — если на тело не действуют никакие силы, то оно будет сохранять покой или двигаться равномерно и прямолинейно.

В этом законе подчеркивается, что покой и равномерное прямолинейное движение — не различные состояния тела, свойство тел сохранять эти состояния определяется массой и моментом инерции.

Второй закон — сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на его ускорение.

Для вращательного движения в данной зависимости вместо силы нужно взять ее момент, вместо массы — момент инерции, а вместо линейного ускорения – угловое ускорение. Важно подчеркнуть, что второй закон динамики устанавливает связь между причиной изменения движения, свойством тела и его кинематикой.

Третий закон — всякому действию есть равное противодействие.

Не менее важными динамическими характеристиками являются: импульс силы и импульс тела, механическая работа, мощность, энергия (кинетическая и потенциальная) и т.п.

Связи между некоторыми из них настолько значимы, что получили статус самостоятельных законов. Среди них можно отметить закон сохранения импульса и кинетического момента, закон сохранения энергии и другие. Более подробные сведения об этих характеристиках можно получить в соответствующей литературе.

Однако для знакомства с основами некоторых разделов биомеханики рассмотренных выше характеристик будет вполне достаточно.

Введение в биомеханику и биомеханические особенности строения тела человека

Биомеханика— это наука, которая изучает механические явления в живых системах.

Живые системы и механические явления в них весьма многообразны.

К живым системам относят: различные ткани тела человека (костная, мышечная, соединительная и др.), органы и системы (сердечно-сосудистая, дыхательная, скелетно-мышечная и др.), человек или группа людей и т. п. Механические явления также многообразны. К ним относятся: механические свойства тканей тела человека, механика движения крови по сосудам, механика родового акта и другие. Но чаще всего основным предметом исследования биомеханики является механическое движение животных, в том числе и человека.

Биомеханика, как научная область знаний, развивается в разных направлениях.

Ее знания и методы широко используются в робототехнике, при изучении двигательных действий в условиях производства, в медицине, в космонавтике и т. п. Физическая культура и спорт также нуждаются в знаниях биомеханики.

Основными задачами спортивной биомеханики являются:

Изучение техники тренировочных и соревновательных спортивных упражнений.

2. Изучение строения и свойств двигательного аппарата человека.

Изучение двигательных способностей человека (силы, быстроты, выносливости и др.).

4. Биомеханическое обоснование конструкции тренажеров и требований по их
использованию в тренировочном процессе.

5. Биомеханические аспекты и профилактика спортивного травматизма.

6. Изучение индивидуальных и групповых особенностей движений и двигательных возможностей человека.

Биомеханика как наука о движениях человека

Предмет науки раскрывает, что именно и с какой целью изучается.

Биомеханика — наука о законах механического движения, в живых системах.

В самом широком смысле к живым системам (биосистемам) относят: а) целостные организмы (например, человек); б) их органы и ткани, а также жидкости и газы в них (внутриорганизменные системы) и даже в) объединения организмов (например, совместно действующая пара акробатов, противодействующие борцы).

Биомеханика спорта как учебная дисциплина изучает движения человека в процессе физических упражнений- Она рассматривает двигательные действия спортсмена как системы взаимно связанных активных движений (объект познания). При этом исследуют механические и биологические причины движений и зависящие 6т них (особенности двигательных действий в различных условиях.

Для лучшего понимания сути и роди механического движения человека рассмотрим основные понятия о движении вообще и о движениях организмов (например, человека) в частности.

Механическое движение в живых системах проявляется как а) передвижение всей биосистемы относительно ее окружения (среды, опоры, физических тел) и б) деформация самой биосистемы — передвижение одних ее частей относительно других. Основные законы механики Ньютона описывают движение абстрактных абсолютно твердых тел, которые не деформируются.

Таких (тел в природе не существует. Но в так называемых твердых телах Деформации бывают столь малы, что их нередко можно и не учитывать. В живых же системах существенно изменяется относительное расположение их частей.

Движение лежит в основе жизнедеятельности человека. Разнообразные химические и физические процессы в клетках тела, работа сердца и течение крови, дыхание, пищеварение и выделение; перемещение тела в пространстве и частей тела относительно друг друга; сложнейшая нервная деятельность, являющаяся физиологическим механизмом психики, восприятие и анализ внешнего и внутреннего мира - все это различные формы движения материи.

Основным условием жизни вообще является взаимодействие живого организма с окружающей средой. В этом взаимодействии существенную роль играет двигательная деятельность. Только передвигаясь, животное может находить себе пищу, защищать свою жизнь, производить потомство и обеспечивать его существование. Только при помощи разнообразных и сложных движений человек совершает трудовую деятельность, общается с другими людьми, говорит, пишет и пр. Определенным образом организованная двигательная деятельность является основой физического воспитания и основным содержанием спорта.

Наиболее элементарной формой движения материи является механическое движение, т.е. перемещение тела в пространстве. Закономерности механического движения изучаются механикой. Предметом механики как науки является изучение изменений пространственного расположения тел и тех причин, или сил, которые вызывают эти изменения.

Вскрывая и описывая условия, необходимые для осуществления того или иного механического движения, механика является важной теоретической основой техники, в особенности техники построения разнообразных механизмов. Механическая точка зрения может быть использована и при изучении механических движений человека.

Двигательная деятельность человека практически осуществляется при участии всех органов тела. Однако непосредственным исполнителем функции движения является двигательный аппарат, состоящий из костей, скелета, связок и мышц с их иннервацией и кровеносными сосудами. С механической точки зрения, двигательный аппарат совмещает в себе рабочую машину и машину-двигатель.

Устройство двигательного аппарата является предметом изучения анатомии. Изучение двигательного аппарата как машины-двигателя производится, главным образом, биохимией и физиологией. Изучение его как рабочей машины является задачей особой научной дисциплины - биомеханики.

1.Определение, предмет, задачи и основная теория биомеханики.

Биомеханика(bios – жизнь и mechanike – наука о машинах) – наука о законах механического движения в живых системах, к которым относятся целостные организмы, их отдельные части (органы и ткани), а также объединения организмов (например, в спорте взаимодействующие акробаты, борцы, гребцы).

В биомеханике сочетается применение принципов и методов теоретической механики к изучению строения и функций биологических систем. Как и все тела, живые системы подчинены всем законам, действующим на земле (Всемирного тяготения, законы Ньютона, волновые процессы). Перемещение тела и его отдельных звеньев в пространстве обеспечивается работой мышц, что уже является биологическим по природе.

Область исследований, связанная с приложением механических и биомеханических закономерностей применительно к спорту, стала называться биомеханика спорта.

Биомеханика спорта - изучает движения человека в процессе выполнения физических упражнений.

Биомеханика спорта подразделяется на:

- общую (изучает общие закономерности двигательной деятельности в процессе выполнения физических упражнений);

- частную, которая рассматривает конкретные вопросы выполнения технических действий в отдельных видах спорта;

- дифференциальную (в зависимости от возраста, пола, квалификации, состояния здоровья, уровня физической подготовленности).

Общая задача биомеханики изучить и оценить эффективность приложения сил для достижения поставленной цели. В спорте необходимо изучить, определить эффективность и найти эффективные способы выполнения физических упражнений.

Частные задачи биомеханики спорта состоят в изучении следующих вопросов:

1. Строение, свойства и двигательные функции тела спортсмена. Изучают с точки зрения механики строение и свойства опорно-двигательного аппарата.

2. Изучение, поиск, моделирование рациональных вариантов техники движений.

3. Прогнозирование тенденций изменения параметров техники выполнения спортивных упражнений с ростом мастерства и спортивной результативности, оценки этапных и конечных показателей на различных этапах подготовки.

4. Выявление биомеханических закономерностей выполнения спортивных движений.

5. Биомеханический контроль техники с целью исправления ошибок и повышения спортивно-технического мастерства.

6. Разработка и выбор наиболее эффективных специальных упражнений.

7. Разработка биомеханически целесообразных тренажеров и технических устройств.

8. Изучение и контроль физической и технической подготовленности спортсменов, соревновательной деятельности.

9. Совершенствование спортивного инвентаря, спортивных снарядов и оборудования.

10. Изучение причин и профилактика травм и заболеваний.

Знания по спортивной биомеханики важны не только людям, непосредственно выполняющих спортивные движения, но и тренерам, спортивным врачам, конструкторам спортивного инвентаря.

В ряде задач стоит вопрос об изучении и анализе двигательных действий. В основе, и как основная теория биомеханики, заложен системно-структурный подход, разработанный Д.Д.Донским. Заключается в том, что целостное действие состоит из отдельных движений (это структура), которые взаимодействуют между собой при целостном выполнении этого движения (образуют систему). В основе системно-структурного подхода лежат принципы структурности построения системы движений; целостности – все движения представляют собой единое целое, цельную систему движений, направленное на достижение цели; и принцип целенаправленности – сознательное достижение цели через выполнение двигательных действий.

2. Примеры биомеханики

Давайте рассмотрим простой пример первого случая. Предположим, что в качестве тренера вы наблюдаете, что ваша гимнастка испытывает трудности с выполнением двойного сальто в упражнении на полу. Вы могли бы предложить три гимнастки, чтобы помочь ей успешно завершить трюк: (1) прыгать выше, (2) сделать более плотный обхват и (3) более энергично размахивать руками перед взлетом. Эти предложения могут привести к повышению производительности и основаны на биомеханических принципах. Прыжок выше даст гимнастке больше времени пребывания в воздухе, чтобы завершить сальто. Более плотный обхват приведет к тому, что гимнастка будет вращаться быстрее из-за сохранения углового момента. Еще более энергично размахивая руками перед взлетом, он будет генерировать больше углового момента, что также приведет к тому, что гимнастка будет вращаться быстрее. В общем, это наиболее распространенный тип ситуации, когда биомеханика влияет на результат. Тренеры и учителя используют биомеханику, чтобы определить, какие действия могут улучшить результат.

Вторая общая ситуация, в которой биомеханика способствует повышению эффективности благодаря усовершенствованной технике, возникает, когда исследователи биомеханики разрабатывают новые и более эффективные методы. Несмотря на общее убеждение, что новые и революционные методы регулярно разрабатываются, такие разработки встречаются довольно редко. Возможно, причина в том, что биомеханика как дисциплина — относительно новая наука. Гораздо более общий результат исследований биомеханики — открытие небольших усовершенствований в технике.

Одним из примеров исследований биомеханики, которые значительно повлияли на технику в спорте, произошло в плавании в конце 60-х и начале 70-х годов. Исследование, проведенное Ronald Brown и James "Doc" Counsilman (1971), показало, что подъемные силы, действующие на руку, когда она проходит сквозь воду, имеют гораздо более важное значение для того, чтобы продвигать пловца, чем считалось ранее. Это исследование показало, что вместо того, чтобы тянуть руку по прямой линии назад через воду, пловец должен быстрыми действиями перемещать руку назад и чуть вперед, когда он оттягивается назад для создания тяговых сил подъема (см. фото ниже). Этот метод в настоящее время используется учителями и тренерами по плаванию по всему миру.

Биомеханика занимает особое положение среди наук в физическом воспитании и спорте. Она базируется на анатомии, физиологии и фундаментальных научных дисциплинах - физике (механике), математике, теории управления. Взаимодействие биомеханики с биохимией, психологией и эстетикой дало жизнь новым научным направлениям, которые, едва родившись, уже приносят большую практическую пользу. В их числе "психобиомеханика", энергостатические и эстетические аспекты биомеханики. Более других - медико - биологических и педагогических дисциплин биомеханика использует достижения электронно-вычислительной техники. Но главное, биомеханика служит связующим звеном между теорией и практикой физического воспитания, спорта и массовой физической культурой. Опираясь на знания биомеханики, педагогу лучше учить своих воспитанников различным движениям и анализировать их двигательную деятельность. В связи с тем, что в биомеханике тесто связаны другие науки, сложились различные направления развития биомеханики, т.е. комплексы изучения движений, определенных законов движения, причин и оценки движения как всей живой системы, так и отдельных ее частей.

Список использованной литературы:

1. Ашмарин Б.А., Виноградов Ю.А., Вяткина З.Н., и др. Теория и методика физического воспитания: учеб. Для студентов фак. культ. пед. Ин-тов по спец.03.03. – М.: просвещение, 1990. – 287с.

2. Н.А. Бернштейн Биомеханика и физиология движений. М.: МОДЭК, МПСИ. – 2004 г. . – 688 стр.

3. Основные направления научных исследований в области биомеханики спорта за рубежом (1980-1986): Обзор. информ. / ВНИИ физ. культуры; Подгот. М.П. Дементьевой 33 с.20 см М. Отд. исслед. и разраб. НТИ "Спорт" 1986 1987

Биомеханика – одна из самых старых ветвей биологии. Её истоками были работы Аристотеля и Галена, посвящённые анализу движений животных и человека. Но только благодаря работам одного из самых блистательных людей эпохи Возрождения – Леонардо да Винчи (1451 – 1519) – биомеханика сделала свой следующий шаг. Леонардо особенно интересовался строением человеческого тела (анатомией) в связи с движением. Он описал механику тела при переходе из положения сидя к положению стоя, при ходьбе вверх и вниз, при прыжках.

В X I X и начале X X века большой вклад в развитие биомеханики (прежде всего методов исследования) внесли американский учёный Е. Майбридж, французский исследователь Э. Марей. Немецкие биомеханики В. Брауне и О. Фишер, разработали совершенную методику регистрации движений, детально изучили динамическую сторону перемещений конечностей и общего центра тяжести (ОЦТ) человека при нормальной ходьбе.

П. Ф. Лесгафтом (1837 – 1909гг.) была создана биомеханика физических упражнений, разработанная на основе динамической анатомии. В 1877 г. П. Ф. Лесгафт начал читать лекции по этому предмету на курсах по физическому воспитанию.

Большой вклад в изучение физиологии двигательного аппарата внёс Н. Е. Введенский (1852 – 1922гг.). Им выполнены исследования процессов возбуждения и торможения в нервной и мышечной тканях. Его работы о физиологической лабильности живых тканей и возбудимости систем имеют огромное значение для современной физиологии спорта. Большую ценность представляют также его работы о координации движений.

Вопросы физиологии спорта разрабатывал А. Н. Крестовников (1885 – 1955). Они были связаны с выяснением механизма мышечной деятельности, в частности, координации движений, формирования двигательных условных рефлексов, этиологии утомления при физической деятельности и другими физиологическими функциями при выполнении физических упражнений.

Большой вклад в познание взаимодействия уровней регуляции движений внёс Н. А. Бернштейн (1899 – 1966гг.). Им дано теоретическое обоснование процессов управления движениями с позиций общей теории больших систем. Нейрофизиологические концепции Н. А. Бернштейна послужили основой формирования современной теории биомеханики движений человека.

М. Ф. Иваницкий (1895 – 1969) разработал функциональную (динамическую) анатомию применительно к задачам физической культуры и спорта.

Как учебный предмет биомеханика выполняет несколько ролей. Во-первых, с её помощью студент вводится в круг важнейших физико-математических понятий, которые необходимы для расчёта скорости, ускорений, углов отталкивания, расположении ОЦТ тела и его роли в технике выполнения спортивных движений. Во-вторых, эта дисциплина имеет самостоятельное применение в спортивной практике, потому что представленная в ней система двигательной деятельности с учётом возраста, пола, массы тела, длины тела, телосложения позволяет выработать рекомендации для работы тренера, учителя физической культуры.

Биомеханические исследования позволили создать новый тип спортивной обуви, спортивного инвентаря, оборудования и техники управления ими (велосипеды, коньки, горные и прыжковые лыжи, гоночные лыжи, лодки для гребли и многое другое).

1.Донской Д. Д., Зациорский В. М. Биомеханика: Учебник для ин-тов физич. культуры. – М., 1979.

2. Дубровский В. И., Фёдорова В. Н. Биомеханика: Учебник для средних и высших учебных заведений – М., 2004.

3. Донской Д. Д. Биомеханика с основами спортивной техники – М., 1971.

Истоками биомеханики были работы Аристотеля и Галена, посвященные анализу движений животных и человека. Но только благодаря работам одного из самых блистательных людей эпохи Возрождения — Леонардо да Винчи (1452—1519) — биомеханика сделала свой следующий шаг. Леонардо особенно интересовался строением человеческого тела (анатомией) в связи с движением. Он описал механику тела при переходе из положения сидя к положению стоя, при ходьбе вверх и вниз, при прыжках и впервые дал описание походок.

Механика человека есть новый раздел механики, изучающий целенаправленные движения человека.

Из биологических наук в биомеханике более других использовались научные данные по анатомии и физиологии. В последующие годы большое влияние на становление и развитие биомеханики как науки оказали динамическая анатомия, физика и физиология, особенно учение о нервизме И.П. Павлова и о функциональных системах П.К. Анохина. Также большой вклад в изучение развития двигательного аппарата внес Введенский. Им выполнены исследования процессов возбуждения и торможения в нервной и мышечной тканях. Его работы о физиологической лабильности живых тканей и возбудимых систем, о парабиозе имеют огромное значение для современной физиологии спорта. Большую ценность представляют также его работы о координации движений.

Бурное развитие спорта в СССР послужило основанием развития биомеханики спорта. С 1958 г. во всех институтах физической культуры биомеханика стала обязательной учебной дисциплиной, создавались кафедры биомеханики, разрабатывались программы, издавались учебные пособия, учебники, проводились научно-методические конференции, готовились специалисты. Как учебный предмет биомеханика выполняет несколько ролей. Во-первых, с ее помощью студент вводится в круг важнейших физико-математических понятий, которые необходимы для расчетов скорости, углов отталкивания, массы тела, расположения ОЦТ и его роли в технике выполнения спортивных движений. Во-вторых, эта дисциплина имеет самостоятельное применение в спортивной практике, потому что представленная в ней система двигательной деятельности с учетом возраста, пола, массы тела, телосложения позволяет выработать рекомендации для работы тренера, учителя физкультуры, методиста лечебной физкультуры и др.

Биомеханика— это раздел биофизики, в котором изучаются механические свойства тканей, органов и систем живого организма и механические явления, сопровождающие процессы жизнедеятельности. Пользуясь методами теоретической и прикладной механики, эта наука исследует деформацию структурных элементов тела, течение жидкостей и газов в живом организме, движение в пространстве частей тела, устойчивость и управляемость движений и другие вопросы, доступные указанным методам. На основе этих исследований могут быть составлены биомеханические характеристики органов и систем организма, знание которых является важнейшей предпосылкой для изучения процессов регуляции. Учет биомеханических характеристик дает возможность строить предположения о структуре систем, управляющих физиологическими функциями. До последнего времени основные исследования в области биомеханики были связаны с изучением движений человека и животных. Однако сфера приложения этой науки прогрессивно расширяется; сейчас она включает в себя также изучение дыхательной системы, системы кровообращения, специализированных рецепторов и т. д. Интересные данные получены при изучении эластичного и неэластичного сопротивления грудной клетки, движений газов через дыхательные пути. Предпринимаются попытки обобщенного подхода к анализу движения крови с позиций механики сплошных сред, в частности, изучаются упругие колебания сосудистой стенки. Доказано также, что с точки зрения механики структура сосудистой системы оптимальна для выполнения своих транспортных функций. Реологические исследования в биомеханике обнаружили специфические деформационные свойства многих тканей тела: экспоненциальную нелинейность связи между напряжениями и деформациями, существенную зависимость от времени и т. д. Полученные знания о деформационных свойствах тканей помогают решению некоторых практических задач, в частности, они используются при создании внутренних протезов (клапаны, искусственное сердце, сосуды и пр.). Особенно плодотворно применяется классическая механика твердого тела в изучении движений человека. Часто под биомеханикой понимают именно это ее приложение. При изучении движений биомеханика использует данные антропометрии, анатомии, физиологии нервной и мышечной систем и других биологических дисциплин. Поэтому часто, может быть, в учебных целях, в биомеханику ОДА включают его функциональную анатомию, а иногда и физиологию нервно-мышечной системы, называя это объединение кинезиологией.

Читайте также: