Предмет биомеханики связь с другими науками реферат

Обновлено: 07.07.2024

  • Для учеников 1-11 классов и дошкольников
  • Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Реферат на тему:

Методы исследования в биомеханике

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕХАНИКЕ. 4

1.1. Понятие метода исследования. 4

1.2. Этапы измерений. 4

1.3. Состав измерительной системы. 5

ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. 7

2.1. Киносъемка. 7

2.2. Видеосъемка. 7

2.3. Оптоэлектронная циклография. 8

2.4. Динамометрия. 8

2.5. Акселерометрия. 10

2.6. Электромиография. 11

ГЛАВА 3.МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕХАНИКЕ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА. 14

СПИСОК использованных источников. 17

Биомеханика является сложной дисциплиной, она объединяет знания из разных областей науки. Поэтому методы биомеханики можно рассматривать с разных позиций: медицинской и механической. Исходя из медицинской точки зрения, методы биомеханики - это, в первую очередь, методы диагностики, которые включают в себя клинические тесты, нахождение механических свойств изучаемого объекта, визуализацию внутренних органов, инвазивные процедуры. Клинические тесты применяются медицинскими сотрудниками при первичном осмотре. К методам визуализации относятся магнитно-резонансная томография, рентгенография, видеорентгенография и т.д. Инвазивный метод диагностики - это процедура, при которой происходит проникновение через кожный покров с целью поставить диагноз. Наиболее часто этот метод применяют для электрофизиологического исследования сердца, двигательной функции позвоночника и генетической проверки эмбриона.

А с позиции механики - это моделирование и численные методы. Моделирование - это процесс создания модели для конкретной задачи. Он включает в себя выявление качественных особенностей изучаемого объекта, а также количественные характеристики, полученные из экспериментов.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕХАНИКЕ

1.1. Понятие метода исследованиЯ

Метод (греч. methodos – путь к чему-либо) – в самом общем значении – способ достижения цели, определенным образом упорядоченная деятельность.

Метод исследования выбирают исходя из условий проведения и задач исследования. К методу исследования и обеспечивающей его аппаратуре предъявляют следующие требования:

Метод и аппаратура должны обеспечивать получение достоверного результата, то есть степень точности измерений должна соответствовать цели исследования;

Метод и аппаратура не должны влиять на исследуемый процесс, то есть искажать результаты и мешать испытуемому;

Метод и аппаратура должны обеспечивать оперативность получения результата.

Пример. Тренер и спортсмен поставили цель улучшить результат в беге на 100 м на 0,1 с. Спринтер пробегает дистанцию 100 м за 50 шагов, следовательно, время каждого шага должно в среднем быть уменьшено на 0,002 с. Очевидно, для получения достоверного результата, погрешность измерения длительности шага не должна превышать 0.0001 с.

1.2. Этапы измерений

В исследовании какого-либо явления существуют три этапа:

Измерение механических характеристик.

Измерение механических характеристик осуществляется на основе описываемых в этой лекции методов.

Обработка результатов исследования.

В настоящее время для обработки результатов используют специальные компьютерные программы. Так. Например, компьютерная программа Video Motion, предназначенная для атлетизма, позволяет на основе данных видеосъемки рассчитать траекторию, скорость и ускорение движения любой точки тела спортсмена, в том числе и грифа штанги.

Биомеханический анализ и синтез.

На заключительном этапе измерений на основе полученных механических характеристик оценивается техника двигательных действий спортсмена и даются рекомендации по ее совершенствованию.

1.3. Состав измерительной системы

Измерительная система включает в себя:

Устройство для вывода данных.

Датчик – элемент измерительной системы, который непосредственно измеряет (воспринимает) определенную биомеханическую характеристику движения спортсмена. Датчики могут крепиться на спортсмене, спортивном инвентаре и оборудовании, а также опорных поверхностях.

Линия связи служит для передачи информации от датчика к регистрирующему устройству. Линия связи может быть проводной и телеметрической. Проводная связь представляет собой передачу информации через многожильный кабель. Ее достоинством является простота и надежность, недостатком – помехи движениям спортсмена. Телеметрическая связь – передача данных через радиоканал. В этом случае на спортсмене чаще всего расположена передающая антенна, а у регистрирующего устройства есть приемная антенна, посредством которой сигнал воспринимается.

Регистрирующее устройство – прибор, в котором происходит процесс регистрации биомеханических характеристик движений спортсмена.

Долгое время существовала аналоговая форма записи сигнала. Например, аналоговая запись сигнала в видеокамерах на магнитную ленту. В настоящее время широко распространена цифровая форма записи сигнала (в виде последовательности цифр на определенный цифровой носитель, например, DVD-диск).

АЦП – аналого-цифровой преобразователь – устройство, преобразующее аналоговый сигнал в цифровую форму.

ПК – персональный компьютер, в котором происходит обработка поступающего сигнала посредством определенной компьютерной программы. После этого информация о биомеханических характеристиках спортсмена выводится на принтер или монитор.

В настоящее время в области атлетизма (тяжелая атлетика, пауэрлифтинг, бодибилдинг) нашли широкое применение следующие методики исследования:

Оптические методы (кино- и видеосъемка с последующим анализом, оптоэлектронная циклография);

Именно об этих методах мы поговорим подробнее.

ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Киносъемка – оптический метод исследования. Этот метод относится к бесконтактным средствам измерения. Это особенно важно, поскольку система не мешает спортсмену при выполнении двигательных действий. Основным техническим средством является кинокамера. Для проведения биомеханических исследований чаще всего применяется кинокамеры с высокой частотой съемки (от 100 кадров в секунду и выше). Недостаток киносъемки является необходимость специальной обработки кинопленки. Поэтому в настоящее время в биомеханических исследованиях чаще всего применяются два других оптических метода: видеосъемка и оптоэлектронная циклография.

Видеосъемка – оптический метод исследования, позволяющий фиксировать двигательное действие на видеопленке или электронной матрице видеокамеры. В настоящее время для биомеханических исследований применяют высокоскоростные видеокамеры, позволяющие выполнять съемку до 1000 кадров в секунду и выше.

Примером такой камеры может служить цифровая фотокамера CASIO EXILIM PRO EX-F1 (рис.4.1), позволяющая выполнять скоростную съемку с частотой до 1200 кадр/с. Разрешение матрицы фотокамеры составляет 6,6 Мегапикселов[1]. Для регистрации выполнения спортсменом силовых упражнений данной камерой может использоваться видеосъемка, которую нужно производить с разрешением 1920×1080 пикселей с частотой кадров 60 кадр/с.

2.3. Оптоэлектронная циклография

Оптоэлектронная циклография – оптический метод исследования, состоящий в том, что на суставах спортсмена крепятся активные маркеры – миниатюрные излучатели, работающие в инфракрасном диапазоне спектра электромагнитных волн. Инфракрасный сигнал от датчиков поступает в телевизионную камеру, матрица которой преобразует поступающие сигналы в цифровой вид и передает в компьютер. Посредством оптоэлектронной циклографии в настоящее время двигательные действия спортсменов изучаются не в плоскости, а в трехмерном пространстве. С этой целью вокруг спортсмена устанавливают несколько регистрирующих камер.

Динамометрия – метод, применяемый для оценки силовых способностей спортсмена. Информативным показателем силовых способностей является сила, развиваемая определенной мышечной группой. Для измерения силы мышц используются динамометры, которые делятся на механические и электронные.

Важнейшей деталью механических динамометров является пружина, которая должна работать в области линейной деформации. Это означает, что измеряемая сила прямо пропорциональна удлинению пружины. При измерениях в спорте очень часто применяются кистевые и становые (рис. 4.2) динамометры. Так, например, для измерения силы тяги в пауэрлифтинге используется становой динамометр. Диапазон измерений составляет от 100 Н до1800 Н с погрешностью +/-2 % по всей шкале. Вес 1.8 кг, размер 25,4х6,35 см. Ручка из прочного алюминия с удобным местом для захвата.

Недостатком механических динамометров является оценка одного, чаще всего максимального значения силы. В связи с этим, если необходимо изучить изменение усилия, развиваемого мышечной группой или спортсменом, применяются электронные динамометры. В этом случае датчиком является не пружина, а тензодатчик, а сама методика называется тензодинамометрия.

Метод тензодинамометрии позволяет зарегистрировать усилия, развиваемые спортсменом при выполнении различных физических упражнений.

В процессе выполнения спортивных движений спортсмен оказывает механическое воздействие на самые разнообразные предметы: спортивный снаряд, пол, дорожку, которые в результате этого деформируются. Для того, чтобы измерить значения развиваемых спортсменом усилий, используют специальные тензодатчики, преобразующие механическую деформацию в электрический сигнал. В основе работы тензодатчиков лежит тензоэффект. Суть тензоэффекта – изменение сопротивления проводника при его удлинении.

Тензодатчик представляет собой заклеенную между двумя полосками бумаги проволоку диаметром 0.02-0,05 мм. Он наклеивается на упругий элемент, воспринимающий усилие, задаваемое спортсменом.

В 1938 году были разработаны первые тензодатчики, которые работали на основе тензоэффекта. В 1947 году тензометрия впервые стала применяться в физических исследованиях

В спорте впервые в 1954 году М.П. Михайлюк закрепил тензодатчик на грифе штанги, П.И. Никифоров (1957) разработал тензоплатформу для записи усилий при отталкивании в прыжках в высоту. В 1963 году В.К. Бальсевич использовал тензодинамометрические стельки для анализа бега спринтеров различной квалификации. Им было установлено несколько типов отталкивания.

Методика тензодинамометрии активно применяется в тяжелой атлетике. Одна из ключевых задач тренера заключается в предоставлении информации об ошибках, то есть обратная связь от тренера к спортсмену. Обратная связь является важным элементом обучения. Спортсмен должен получать на регулярной основе информацию, которая позволяет сравнить собственную деятельность с идеалом или моделью. В результате такого сравнения, спортсмен получит знания о своей деятельности и имеет возможность работать на исправление своих ошибок.

Такая методика разработана А.Н. Фураевым (1988) и модернизирована И.П. Кожекиным (1998). Автоматизированный стенд включает в себя тензодинамометрическую платформу, АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и компьютер. В экспертной системе компьютера заложены образцы, характеризующие правильное и неправильное выполнение двигательного действия (рывка, прыжка вверх и прыжка в глубину. Сопоставляя полученные результаты, экспертная система, построенная на анализе тензодинамограммы, позволяет спортсмену в реальном масштабе времени получить информацию об ошибках в технике двигательного действия и ввести корректировки чтобы их устранить.

Акселерометрия – биомеханический метод регистрации ускорений движения тела спортсмена, или его отдельных частей, а также ускорений спортивных снарядов. Например, в тяжелой атлетике информативным показателем техники движений спортсмена является ускорение центра масс штанги.

В качестве датчиков используются специальные акселерометры. Принцип действия датчика-акселерометра следующий. К исследуемому объекту прикрепляется масса при помощи связи, обладающей определенной жесткостью. Затем на основе известной массы и жесткости связи определяется ускорение. Основными характеристиками акселерометров являются диапазон и предельная частота изменения измеряемых ускорений.

Если используется трехкомпонентный акселерометр, можно зарегистрировать три составляющих ускорения. Выполняя дифференцирование полученного сигнала, можно рассчитать скорость и перемещение спортивного снаряда, например, грифа штанги.

Электромиография – способ регистрации и анализа биоэлектрической активности мышц.

Суть явления заключается в регистрации электрических потенциалов мышц, которые появляются при возбуждении мышцы. Таким образом, электромиография, является надежным методом регистрации активности мышц.

Чаще всего регистрируются следующие параметры ЭМГ (электромиограммы); длительность электрической активности мышц, частота биопотенциалов, амплитуда биопотенциалов и суммарная электрическая активность мышц.

Длительность электрической активности мышц характеризует время, в течение которого мышца была возбуждена.

Частота и амплитуда биопотенциалов мышцы характеризует степень возбуждения мышцы и характер активности различных ДЕ. Суммарная электрическая активность дает представление об общем уровне напряжения и силы развиваемой мышцей. Чем больше суммарная электрическая активность, тем больше степень напряжения, развиваемая мышцей.

Датчиками, используемыми для регистрации электрической активности, служат серебряные электроды, выполненные в виде небольших кружков (чашечек). Их диаметр составляет не более 10 мм. Внутри этих чашечек для лучшей электропроводности помещается специальная электропроводящая паста. В настоящее время регистрирующим прибором является персональный компьютер.

Одной из первых работ, в которой электромиографическая методика применялась в исследовании двигательных действий штангиста, следует признать диссертационную работу А.С. Степанова (1957). В этом исследовании А.С. Степанов (1957) подверг детальному электромиографическому анализу основные соревновательные упражнения штангистов: толчок, рывок и жим.

В исследовании С.С. Лапенкова (1985) был проведен биомеханический анализ тяжелоатлетических и вспомогательных упражнений с использованием методики электромиографии. При сравнительном анализе движений использовались следующие характеристики ЭМГ: время электрической активности, которое характеризует длительность приложения усилий, развиваемых мышцами, средняя амплитуда ЭМГ, которая взаимосвязана с уровнем развития мышечных усилий. Использование ЭМГ методики и структурного метода распознавания образов позволило оценить эффективность вспомогательных упражнений.

За рубежом серьезные исследования силовых упражнений с применением электромиографической методики были предприняты R.F. Escamilla et al. (2001). Подробному электромиографическому и биомеханическому анализу были подвергнуты присед со штангой на плечах и жим ногами лежа.

Было установлено, что при выполнении приседания активность четырехглавой мышцы бедра и мышц задней поверхности бедра выше, чем при выполнении жима ногами. При этом присед, выполняемый с узкой расстановкой стоп, вызывает большую электрическую активность икроножной мышцы по сравнению с широкой расстановкой стоп.

Был проведен также анализ работы мышц при выполнении силовых упражнений: приседа со штангой на плечах (Н.Б. Кичайкина, А.В. Самсонова, Г.А. Самсонов, 2011). Установлено, что в нижней точке (НТ) электрическая активность большой ягодичной мышцы и мышц-разгибателей бедра (двуглавой бедра и полусухожильной) минимальна.

Положительной особенностью электромиографии являлось то, что она позволяла в разных движениях оценить степень активности скелетных мышц. С этой целью чаще всего применяется изучение суммарной электрической активности мышцы. Кроме того, появилась возможность оценить последовательность активности мышц при выполнении двигательного действия.

ГЛАВА 3.МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕХАНИКЕ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

В настоящее время биомеханика опорно-двигательного аппарата обладает значительным арсеналом методов исследования локомоторной функции, как в статике, так и в динамике, причем изучается не только внешняя картина движения, но и механизмы управления, жизнеобеспечение организма, что дает возможность выявить целый комплекс параметров, характеризующих опорно-двигательный образ. В это понятие включаются не только внешние (механические) проявления движения и реакций окружающей среды, но и условия организации управления движениями, согласованная деятельность всех органов и систем организма. Получаемая в результате биомеханических исследований информация служит основой для определения нормы, позволяет количественно определить степень нарушения локомоторной функции при различных патологических состояниях. Биомеханические исследования достаточно широко используются не только в клинической медицине (функциональная диагностика, ортопедия, травматология, протезирование), но и в спорте, и при разработке различных антропоморфных механизмов (роботы, манипуляторы), и при решении других прикладных задач. Методическая база биомеханических исследований постоянно совершенствуется, используя новейшие достижения науки.

Методы исследования, получившие наибольшее распространение в настоящее время, в клинической биомеханике могут быть классифицированы следующим образом:

I. Соматометричские: антропометрия, фотограмметрия, рентгенография.

II. Кинезиологические: оптические, потенциометрия, электроподография, тензометрия, ихнография.

III. Клинико-физиологические: калориметрия, электромиография, электроэнцефалография и другие методы функциональной диагностики.

Биомеханика — наука о законах механического движения в живых системах.

Биомеханика спорта как учебная дисциплина:

· изучает движения человека в процессе физических упражнений.

· рассматривает дви­гательные действия спортсмена как системы взаимно связанных ак­тивных движений (объект познания).

· исследует механические и биологические причины движений и зависящие от них особенности двигательных действий в различных условиях (область изучения).

Разделы биомеханики
↓ ↓ ↓
Общая Дифференциальная Частная
↓ ↓ ↓
решает теоретические проблемы и помогает узнать, как и почему человек двигается. Этот раздел биомеханики очень важен для практики физического воспитания и спорта. изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности. Изучаются особенности, зависящие от возраста, пола, состояния здоровья, уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т. п. рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта и разновидностях массовой физкультуры. В том числе в оздоровительном беге и ходьбе, общеразвивающих гимнастических упражнениях, ритмической гимнастике на суше (аэробика) и в воде (акваробика) и т. п. Основной вопрос частной биомеханики - как научить человека правильно выполнять разнообразные движения или как самостоятельно освоить культуру движений.

На трех уровнях биомеханики изучают: движения - двигательные действия - двигательную деятельность.

Задачи биомеханики спорта:

1. Общая задача изучения движений человека в биомеханике спор­та

2. Частные задачи биомеханики спорта состоят в изучении сле­дующих основных вопросов:

а) строение, свойства и двигательные функции тела спортсмена;

б) рациональная спортивная техника

в) техническое совершенствование спортсмена.

Связь биомеханики с другими науками.

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. Взаимодействие биомеханики с биохимией, психологией и эстетикой дало жизнь новым научным направлениям

Понятие о формах движения и особенности механического движения человека.

Движение − форма существования материи. Оно так же многооб­разно, как многообразен мир.

В развитии материи формировались все более высокие уровни ее организации (структурные уровни материи): от неживой материи — к живой, от живой — к мыслящей.

Для каждого из них характерны все более сложные свойства и закономерности существо­вания и развития.

1) простые формы движения материи (механическую, физическую и химическую (проявляются как

в неживой, так и в живой природе)

2) сложные, высшие — биологическую (все живое) и социальную (общественные отношения, мышление).

Каждая сложная форма движения всегда включает в себя более простые формы.

Механическое движение в живых системах проявляется как:

а) передвижение всей биосистемы относительно ее окружения (среды, опоры, физических тел)

б) деформация самой биосистемы — передвижение одних ее частей относительно других.

Основные законы механики Ньютона описывают движение абс­трактных абсолютно твердых тел, которые не деформируются. Таких телв природе не существует. Но в так называемых твердых телах деформации бывают столь малы, что их нередко можно и не учиты­вать.

Развитие теории биомеханики.

Биомеханика – одна из самых старых ветвей биологии. Ее истоками были работы Аристотеля и Галена, посвященные анализу движений животных и человека.

Леонардо да Винчи (1452 – 1519) –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.

Постепенно возникли 3 основных направления в развитии биомеханики: механическое, функционально-анатомическое, физиологическое.

Механическое направление(Д.Борелли, В.Брауне и О.Фишер) позволяет определить количественную меру двигательных процессов. С точки зрения физики раскрываются строение и свойства опорно-двигательного аппарата, а также движения человека. В этом отношении механическое направ­ление никогда не потеряет своего значения.

Функционально-анатомическое направление (П.Ф. Лесгафт, И.М. Сеченов, М.Ф. Иваницкий) характеризуется преимущественно описа­тельным анализом движений в суставах, определением участия мышц в сохранении положений тела и в его движениях.

Физиологическое направление (И.П. Павлов, А.А. Ухтом­ский, П.К. Анохин, Н.А. Бернштейн) раскрывает рефлектор­ную природу двигательных действий и роль механизмов нервной регуляции при взаимодействии организма и среды.

В основе современного понимания двигательных действий заложен системно-структрный подход, который позволяет рассматривать тело человека как движущуюся систему, а сами процессы движения – как развивающиеся системы движений.

Системно-структрный подход(Бернштейн, Чхаидзе, Донской) объединяет в себе 3 вышеуказанных направления и в нем заложены следующие принципы:

· принцип структурности – все движения в системе взаимосвязаны;

· принцип целостности – все движения в двигательном действии образуют единое целое и направлены на достижения цели;

· принцип сознательной целенаправленности – человек сознательно ставит цель, применяет целесообразные движения управляет ими для достижения цели.

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 как раздел биофизики зародилась в связи с развитием физических и биологических наук. В настоящее время успехи этих наук так или иначе сказываются на развитии биомеханики. В свою очередь, физические и биологические науки могут обогащаться данными биомеханики о физике живого. Изучение биомеханических систем открывает новые пути для понимания анатомического строения и физиологических функций двигательного аппарата. В биомеханиче­ских исследованиях могут применяться методы смежных наук; в то же время специальные исследования проблем этих наук могут проводиться с применением биомеханических методов. Здесь налицо дву­сторонняя связь, обеспечивающая взаимное обогащение теории и ме­тодов исследования.

Несколько иная взаимосвязь биомеханики с отраслями знания, в которых изучают конкретные области двигательной деятельности: с теорией физического воспитания, клинической медициной, косми­ческой и авиационной биологией, физиологией труда и др. В этих отраслях знания используются теоретические выводы и практические результаты биомеханических исследований. Кроме того, в ходе разви­тия этих отраслей выдвигаются проблемы, требующие исследований с применением биомеханических методов, с использованием понятий, законов биомеханики.

Тема 2.РАЗВИТИЕ БИОМЕХАНИКИ КАК НАУКИ

1.История развития биомеханики 2.Предпосылки возникновения биомеханики 3. Становление теории биомеханики 4. Современный этап развития биомеханики

1.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.

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.

В.С. 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. PIa-genhoef(1971); C.W. Buchan (1971); Dal Monte et. al. (1973); M. Saito et al. (1974) и многие другие.

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.

Большой вклад в изучение физиологии двигательного аппарата внес Н.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. 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.

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.

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.

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.

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.

Читайте также: