Биомеханическая характеристика выносливости

Тема: Биомеханическая характеристика выносливости.

План:

Введение.

Мастер спорта международного класса - это спортсмен, отвечающий самым высоким требованиям международной арены. Часто можно видеть на помосте новоиспеченных мастеров спорта совершенно неподготовленными в техническом и физическом плане.

К биомеханическим способам повышения выносливости необходимо приобщать человека еще в школьном возрасте. Ибо исправить технику двигательных действий гораздо труднее, чем сформировать ее с самого начала правильно. И не случайно столь распространены и живучи неправильная осанка, неестественно замедленная ходьба, а у спортсменов - непонимание необходимости оптимизировать энергозатраты, предрассудок о целесообразности равномерной раскладки скорости и т. п. Все эти несовершенства двигательной культуры могут быть исправлены только на основе знания и повседневного использования биомеханических закономерностей.

1. Основы эргометрии.

Предметом эргометрии является совокупность количественных методов измерения физической работоспособности человека. Эргометрические измерения позволяют охарактеризовать различные режимы выполнения двигательных заданий и  выработать правила сравнения этих заданий на количественном уровне.

Термин «физическая работоспособность» употребляется достаточно широко, однако ему не дано пока единого. теоретически и практически  обоснованного определения. По определению А.С. Солодкова и Е.Б.Сологуб под «физической работоспособностью» понимают способность человека выполнять в заданных параметрах и конкретных условиях профессиональную деятельность, сопровождающуюся обратимыми ( в сроки регламентированного отдыха) функциональными изменениями в организме.

Среди факторов, определяющих физическую работоспособность человека, есть такие, проявление которых наблюдается во всех видах двигательной активности человека (основные) или же только в конкретном виде деятельности. Среди основных факторов, имеющих всеобщее значение, обычно выделяются следующие:

1 - биоэнергетические (аэробные и анаэробные) возможности человека;

2 - нейромышечные (мышечная сила и техника выполнения упражнения);

3 - психологические (мотивация и тактика ведения спортивного состязания).

Мышечная сила и биоэнергетические возможности составляют группу факторов потенций; техника, тактика и психическая подготовка объединяются в группу факторов производительности, которые определяют степень реализации факторов потенций в конкретных условиях избранного вида деятельности. Рациональная техника выполнения упражнений позволяет в большей степени и более эффективно реализовывать силовые и биоэнергетические возможности в каждом цикле движения или в отдельных его элементах Совершенная тактика ведения соревновательной борьбы позволяет лучше реализовать силовые и биоэнергетические потенции в ходе спортиного соревнования или в отдельных его эпизодах

В практике спорта используются прямые и косвенные показатели (критерии ) работоспособности. Прямые показатели у спортсменов позволяют оценить их спортивную деятельность как с количественной  (метры, секунды, килограммы, очки т.д.), так и качественной (надежность и точность  выполнения  конкретных физических упражнений ) стороны. К косвенным критериям относят различные клинико-физиологические  показатели, биохимические и психо- физиологические показатели, характеризующие изменения функций организма в процессе работы.

Косвенные критерии работоспособности представляют собой реакции организма на определенную нагрузку и указывают на то, какой физиологической ценой для человека  обходится эта работа, Следует также учитывать, что косвенные показатели работоспособности в процессе  выполнения физических упражнений ухудшаются  значительно раньше, чем прямые критерии

Определение уровня физической работоспособности у человека осуществляется путем  применения тестов с максимальными и субмаксимальными мощностями физических нагрузок. Принципы исследования  общей физической работоспособности  подробно изложены в специальных руководствах по  спортивной медицине и спортивной физиологи.

Рассмотрим биомеханический поход в измерении физической работоспособности спортсмена.

Когда человек выполняет  достаточно длительное двигательное задание. всегда имеют дело  с тремя  основными  переменными: интенсивность, объем и время выполнения. двигательного задания. Показатели интенсивности, объема и времени выполнения двигательного задания называются  эргометрическими показателями. Один из них  всегда как параметр двигательного задания,; два других – измеряются задается  (таблица  1)

1. Интенсивность  выполняемого двигательного задания. Этим обозначается одна из трех механических величин: а) скорость движения спортсмена (например, в беге; единица измерения - м/с);

б)  мощность (например, при педалировании на велоэргометре; единица измерения - Вт); в) сила (например, при статическом удержании груза; единица измерения - Н).

2. Объем выполненного  двигательного задания. Этим обозначается  одна из следующих трех механических величин: а) пройденное расстояние (например, в ходьбе, беге, лыжных гонках; единица измерения - м); б) выполненная работа (в физическом смысле, например, при вращении педалей велоэргометра, подъеме штанги в тяжелоатлетических упражнениях; единица измерения - Дж);

Таблица  1.  Основные варианты  измерения физической работоспособности человека.

в)  импульс силы (при опорном взаимодействии по измерению площади под кривой силы по динамограмме; единица измерения - Н с.).

3. Время выполнения (единица измерения - с).

Например, при беге на фиксированную дистанцию (100, 200, 5000 м) ее длина является заданным параметром, а время бега и средняя скорость В тесте Купера время бега - 12 мин - задается, а измеряются дистанция и скорость; при беге с заданной скоростью «до отказа» измеряются дистанция и время. Не всегда берут все три показателя: например, в тесте Купера задается время, а измеряется только расстояние. Но при этом  нужно дать указание  бежать, например. с максимальной скоростью.

2.Правило обратимости двигательных заданий.

Когда человек выполняет какое-либо достаточно длительное двигательное задание, например, бег или плавание на заданную дистанцию, подъем и удержание какого-либо груза, мы всегда имеем дело с тремя основными переменными:

1. Интенсивность  выполняемого двигательного задания. Этими словами обозначается одна  из трех механических величин:

a) скорость  спортсмена, например, в беге; единицы  измерения - м/с

b) мощность, например, при педалировании на велоэргометре; единицы измерения - ватты (Вт)

c) сила, например, при статическом удержании груза; единицы измерения - Ньютоны (Н).

2. Объем выполняемого  двигательного задания. Этим обозначается  одна из следующих трех механических  величин:

a) пройденное  расстояние, например в беге; единицы  измерения - метры (м);

b) выполняемая  работа (в физическом смысле, например, при вращении педалей велоэргометра); единицы измерения - джоули (Дж);

c) импульс  силы (при статическом усилии); единицы  измерения - Ньютон * секунды (Н*с).

3. Время выполнения (единицы измерения - секунды (с)).

Показатели интенсивности, объема и времени выполнения двигательного задания называются эргометрическими показателями. Если вели-чина времени, объема и интенсивности двигательного задания соответствуют друг другу, то при разных вариантах задания получаются совпадающие результаты. Это так называемое правило обратимости двигательных (эргометрических) заданий.

3.Утомление и его биомеханические проявления.

Утомление -особый вид функционального состояния человека , временно возникающего под влиянием продолжительной или интенсивной работы и сигнализирующее о приближении неблагоприятных функциональных и биохимических сдвигов в организме , защитная предупреждающая реакция Утомление проявляется во временном снижении работоспособности , уменьшении силы , ухудшении координации движений ,.увеличении затрат энергии на одинаковый объем работы, замедлении реакций и скорости переработки информации и др. .

В комплексе причин, приводящих к развитию утомления ,.роль ведущего звена может принимать на себя любой орган или функция , возможности которых в определенный момент работы становятся неадекватными требованиям выполняемой нагрузки.

В зависимости от участвующих в работе количества мышц, выделяют следующие виды утомления :

• локальное (например, усталостные явления в биомеханиче­ском звене: кисти, стопе и т.д.);

• региональное (например, усталостные явления в биомеханической цепи: ногах, руках и т.д.);

• глобальное (усталостные явления во всей биомеханической системе тела человека при выполнении высокоинтенсивной работы, в которой принимают участие свыше 2/3 объема мышечной массы спортсмена - весь организм устает). При выполнении спортивных упражнений глобальное физическое утомление оказывает существенное влияние на пространственно-временные, силовые и ритмовые характеристики выполнения специфических для каждого вида спорта технических действий.

• Известны несколько типов утомления: умственное, сенсорное, эмоциональное, физическое. Основным фактором, вызывающим утомление, является физическая или умственная нагрузка.

• Утомление динамично по своей сущности и в своем развитии имеет несколько последовательно возникающих признаков. Первым признаком возникновения утомления при физической работе является нарушение автоматичности рабочих движений. Второй признак – это нарушение координации движений ; третий признак- значительное напряжение вегетативных функций при одновременном падении производительности , а затем и нарушение самого вегетативного компонента.

Утомление при мышечной работе проходит через две фазы:

1) фазу компенсированного  утомления — в ней, несмотря на возрастание затруднения, спортсмен сохраняет интенсивность выполнения двигательного задания например, сжиристь плавании; на прежнем уровне;

2) фазу декомпенсированного  утомления — в ней спортсмен, не смотря на все старания, не может сохранить необходимую  интенсивность выполнения задания.

Утомление проявляется в специфических субъективных ощущениях, объективных физиологических и биохимических сдвигах (например, в уменьшении систолического выброса, сдвиге рН крови в кислую сторону). Проявляется оно очень заметно и в биомеханических (двигательных) показателях.

В фазе компенсированного утомления скорость передвижения (или другой показатель интенсивности двигательного задания) не снижается, но происходят изменения в технике движений. Снижение одних показателей компенсируется ростом других. Наиболее часто уменьшается длина «шагов», что компенсируется возросшей их частотой. Особенно четко эта закономерность проявляется при задании удерживать как можно дольше постоянную скорость передвижения (например, при плавании за механическим лидером или светолидером).

Под влиянием утомления снижаются скоростно-силовые показатели утомленных мышц. Такое снижение может до известной степени компенсироваться сознательным или бессознательным изменением техники движения.

Наблюдаемые в состоянии утомления изменения в технике движений имеют двоякую природу: изменения, вызванные утомлением, и приспособительные реакции, которые должны компенсировать эти изменения, а также снижение функциональных (в частности, скоростно-силовых) возможностей спортсмена.

В результате далеко не всегда ясно, полезным или вредным

является то или иное изменение в технике движений при утомлении (например, меньшее сгибание ноги в коленном суставе при беге: надо ли с ним бороться или именно такой вариант исполнения в утомленном состоянии лучше других?). Это решается в каждом конкретном случае на основе практического опыта и специальных биомеханических исследований.

Повышение устойчивости спортивной техники по отношению к утомлению — одна из важных задач во многих видах спорта. Это достигается длительной специальной тренировкой (в том числе и в состоянии утомления)

4.Выносливость и способы ее измерения.

Выносливость — это способность длительно выполнять упражнения без снижения их эффективности. Это определение отражает проявление выносливости во всех видах спорта, кроме соревновательных циклических упражнений. Для этих упражнений выносливость — это способность выполнять задание с наибольшей скоростью в наименьшее время.

Упражнения в практике спорта разнохарактерны и их много. Поэтому говорят о различных видах выносливости: общей и специальной, анаэробной и аэробной, силовой, локальной и глобальной, статической и динамической.

Выносливость измеряется с помощью двух групп тестов: неспецифических и специфических.

По результатам неспецифических тестов оценивают потенциальные возможности спортсменов эффективно тренироваться и соревноваться в условиях нарастающего утомления. Результаты специфических тестов указывают на степень реализации этих потенциальных возможностей.

К неспецифическим тестам определения выносливости относят:

1) бег на  тредбане;

2) педалирование на велоэргометре;

3) степ-тест.

Схема выполнения неспецифических тестов стандартизирована: разминка — 7 мин; отдых 3– 5 мин, в течение которых контролируется работа датчиков измерительных систем; выполнение ступенчато возрастающей нагрузки: первая ступень — нагрузка 50 Вт. Затем каждые 2 минуты нагрузка возрастает. Спортсмен выполняет задание до полного утомления.

Специфическими считают тесты, структура выполнения которых близка к соревновательной (так, для велосипедистов тестирование на велоэргометре рассматривается как измерение выносливости в специфических заданиях) . Информативность специфических тестов выше, чем неспецифических.

Наиболее распространенными показателями выносливости являются три эргометрических критерия: время, объем и интенсивность выполнения заданий. В процессе контроля за этими показателями выносливости один из трех критериев задается в виде параметра (например, спортсмен должен бежать в течение 12 мин), второй непосредственно измеряется (регистрируется расстояние, которое пробежал спортсмен за эти 12 мин, например, 3500 м), третий рассчитывается (для данного случая рассчитывается скорость бега, которая составляет 4,86 м/с).

При измерении выносливости с помощью любого из этих трех показателей и соблюдении метрологических правил оценка ее уровня должна быть одинаковой: спортсмену предлагается бежать 12 мин, за это время он пробегает 3500 м, или предлагают пробежать 3500 м, и он должен затратить 12 мин (при учете погрешностей). Это так называемое правило обратимости двигательных заданий.

Выносливость характеризуется с помощью "предельных показателей" (например, пробежать наибольшее расстояние в заданное время, предельно долго поддерживая заданную скорость и т. д.). Величина этих показателей зависит от соотношения как минимум 2-х компонентов теста: длительности и интенсивности.

В циклических видах спорта специфическим критерием выносливости будет являться снижение скорости в конце дистанции.

Уровень выносливости у каждого спортсмена в циклическом виде спорта по отношению к его скоростным возможностям неодинаков. Различия можно определять количественно по так называемому запасу скорости или коэффициенту выносливости. Запас скорости (ЗС) определяется как разность между средним временем пробега эталонного отрезка и лучшим временем на этом отрезке. Коэффициент выносливости (КВ) — это отношение времени преодоления всей дистанции к времени преодоления эталонного отрезка:

КВ=Т * Ч Tэт,

где: Тg — время на дистанцию;

Tэт — время на эталонном отрезке.

Чем он меньше, тем выше уровень выносливости.

Например, время на дистанции 400 м — 48,0 с ( Tg) , а лучшее время на коротком ("эталонном") отрезке 100 м — 11,0 с (Tэт) , тогда:

КВ= 48,0 : 11,0 = 4,3636.

Выносливость измеряется с помощью гетерогенных тестов, результаты в которых зависит не только от уровня развития данного качества, но и от психологического умения противостоять утомлению

5.Проблема экономизации спортивной техники; брутто-, нетто- и дельта-коэффициенты экономичности.

Если у разных спортсменов при выполнении одного и того же двигательного задания измерить энергозапрос, то его величины могут оказаться резко различными: одна и та же работа будет для разных спортсменов связана с неодинаковым расходом энергии. Так, например, при плавании с одинаковой скоростью на дистанции 150 м (время плавания —146 с) величина кислородного запроса у пловцов-третьеразрядников составляла в среднем 5486 мл/мин, а у мастеров спорта лишь 2726 мл/мин, т. е. в 2 раза (!) меньше (Фам Чонг Тхань). При плавании с той же скоростью третьеразрядники затрачивают в 2 раза больше энергии, чем мастера.

Экономичность работы нередко оценивают с помощью коэффициентов, связывающих величины выполненной работы с величинами затраченной при этом энергии. Наиболее часто применяют три таких коэффициента.

1. Валовый  коэффициент (брутто-коэффициент) экономичности работы:

K1=A/E

где А — выполненная механическая работа (в джоулях), Е— затраченная энергия (в джоулях).

2. Нетто-коэффициент; в данном случае из величины  энерготрат при выполнении работы вычитают величину энерготрат в состоянии покоя (в условиях основного обмена или в рабочей позе):

K2=A/(E-En)

где А — величины работы (в джоулях), En —энерготраты (в джоулях).

3 Дельта  коэффициент сравнивают величины  выполненной работы в двух  двигательных заданиях разной интенсивности

K3=(A2-A1)/(E2-E2)

где A 1 и А 2 величины работы в джоулях, Е1 и Е2 энерготраты в джоулях

Например, определяются энерготраты при педалиро вании на велоэргометре с мощностью 50 и 250 вт в течение 100 с. Выполненная работа равна 5 тыс. джоулей (А 1 ) и 25 тыс. джоулей (А 2 ).

Все эти коэффициенты введены по аналогии с известным по школьному Курсу физики коэффициентом полезного действия (к.п.д.), a K t формально равен ему. Однако отношение к введенным коэффи циентам Ki , К 2 и К з, их использование и трактовка отличаются от того, что имеет место в физике и в технике.

Таким образом, использование указанных коэффициентов, во-первых, позволяет анализировать лишь внешние результаты двига тельных заданий (но не процессы, лежащие в их основе); во-вторых, приемлемо лишь при анализе двигательных заданий сходного типа. Можно, например, сравнивать величины этих коэффициентов в одном и том же движении (например, в беге), и нельзя — в движениях далеких друг от друга (например, в плавании и прыжках в воду).

В циклических локомоциях для характеристики экономичности техники обычно используют не указанные выше коэффициенты, а так называемую константу пути — величину энерготрат, приходящуюся на 1 метр пути.

При сравнении разных локомоций значения константы пути и коэффициентов экономичности работы могут не совпадать, поскольку в разных локомоциях для того, чтобы преодолеть одно и то же расстояние, надо выполнить разную механическую работу. Например, при ходьбе по сравнению с ездой на велосипеде коэффициенты К1 и К2 больше (т. е. работа экономичнее), но в то же время и сама механическая работа больше (главным образом из-за подъема общего центра тяжести в каждом шаге). При езде на велосипеде К х и К 2 меньше, но меньше и механическая работа. В результате затраты энергии на метр пути (константа пути) при езде на велосипеде гораздо меньше, чем при ходьбе.

Экономичность техники зависит от двух групп факторов: 1) физиологических и биохимических (в частности от того, аэробными или анаэробными процессами обеспечивается поставка энергии) и 2) био механических.

6.Биомеханические основы экономизации спортивной техники.

Особенности спортивной техники в упражнениях, требующих большой выносливости.

С биомеханической точки зрения есть два различных пути повышения экономичности движении:

1) снижение  величин энерготрат в каждом цикле (например, в каждом шаге);

2) рекуперация  энергии, т. е. преобразование кинетической  энергии в потенциальную и  ее обратный переход в кинетическую.

Что касается первого пути, то он реализуется несколькими основными способами:

а) устранением ненужных движений (например, в вертикальном направлении; ведь каждая работа по подъему тела требует затрат энергии и оправданна лишь постольку, поскольку она абсолютно необходима для продвижения вперед);

б) устранением ненужных сокращений мышц. У квалифицированных спортсменов суммарное время активности мышц меньше, время расслабленного состояния больше, чем у новичков. Это достигается за счет так называемой концентрации активности мышц. Внешне это выражается в легкости и свободе движений;

в) уменьшением внешнего сопротивления (например, уменьшением сопротивления воды в плавании за счет выбора более обтекаемого положения тела);

г) уменьшением внутрицикловых колебаний скорости. Повышение скорости (после ее падения) требует затрат энергии. По возможности такие колебания надо уменьшать, хотя в некоторых видах спорта (плавание брассом, академическая гребля) они поневоле остаются значительными;

д) выбором оптимального соотношения между силой действия и скоростью рабочих движений. В некоторых видах спорта (велосипед ном, гребле) можно сохранить одну и ту же скорость передвижения при разном соотношении силы действия и скорости отдельных движений (например, в гребле за счет изменения площади лопасти весла).

е) выбором оптимального соотношения между длиной и частотой шагов.

Подобного рода зависимости существуют и в других циклических локомоциях. Интересно, что в ходьбе оптимальная (по затратам энергии) длина и частота шагов подбирается человеком без специального обучения. В других циклических локомоциях нередко можно наблюдать довольно значительные отклонения от наиболее выгодного соотношения этих характеристик. Подобные отклонения должны устраняться тренером.

Рекуперация 4 энергии в движениях человека осуществляется двумя способами.

Во-первых, кинетическая энергия движения может переходить в потенциальную энергию гравитации (сил тяжести). Например, в обычной ходьбе наивысшему положению ЦМ тела (максимуму потенциальной энергии) соответствует минимум кинетической энергии, и наоборот, кинетическая энергия тела самая большая, когда его ОЦМ находится в самом низком положении. Образно можно себе представить, что ОЦМ движется как шарик, катящийся по неровной поверхности:, на подъемах кинетическая энергия переходит в потенциальную, а на спусках — наоборот. Благодаря этому полная механическая энергия тела (т. е. сумма его кинетической и потенциальной энергии) сохраняется. Разумеется, это сохранение не стопроцентное — значительная часть энергии рассеивается. Но все же благодаря описанному явлению экономичность ходьбы значительно повышается.

Во-вторых, кинетическая энергия движения превращается в потенциальную энергию упругой деформации мышц, а накопленная потенциальная энергия частично снова превращается в работу - идет на сообщение скорости телу и его подъем.

Повышение экономичности спортивной техники — основное направление ее совершенствования в видах спорта, требующих большой выносливости. Определенное значение имеют и другие факторы, в частности предупреждение локального утомления отдельных мышечных групп, что может наблюдаться, если нагрузка на какую-либо мышечную группу становится особенно велика

7.Особенности спортивной техники в упражнениях, требующих большой выносливости.

Список литературы.

Основная

1. Донской Д.Д., Зациорский В.М., Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: Физкультура и спорт, 1979. – 264 с.
2. ДубровскийВ.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учеб. для сред. и высших учебных заведений.-М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003, 672с. http://www.universalinternetlibrary.ru/book/16275/ogl.shtml
3. Попов, Г.И. Биомеханика двигательной деятельности: Учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования /Г.И. Попов, А.В. Самсонова.– М.: Издательский центр «Академия», 2011.– 320 с. –стр119
4. Солодков А.С., Сологуб Е.Б. Физиология человека - общая, спортивная, возрастная Учебник для высших учебных заведений физической культуры Издание 2-е, исправленное и дополненное Допущен Государственным комитетом РФ по физической культуре и спорту в качестве учебника для высших учебных заведений физической культуры Олимпия, Москва, 2005 -527 с.
5. Сотский Н.Б. Биомеханика: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений по специальности «Физическая культура и спорт». – Мн.: БГАФК, 2002. – 204 с.
6. Уткин В.А. Биомеханика физических упражнений: Учебное пособие для ф-тов физического воспитания. – М.: Просвещение, 1989. – 205 с.
7. .Шацкий Г.Б. Расчетные методы определения биомеханических характеристик тела человека и его движений: Лабораторный практикум. – Витебск: Изд-во УО «ВГУ им. П.М. Машерова», 2004. – 57 с.

Дополнительная

1. Годик М.А. Спортивная метрология: учебник для ИФК. – М.: Физкультура и спорт, 1988. С. 10-44.
2. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для средних. и высших учебных заведений по физической культуре. – М.: ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003. – 672 с.
3. Зациорский В. М., Аруин А. С, Селуянов В. Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. – М.: Физкультура и спорт, 1981. – 143 с.
4. Практикум по биомеханике: Пособие для институтов физической культуры /Под общ. ред. к.б.н. И.М. Козлова. – М.: Физкультура и спорт, 1980. – С. 65-75.
5. Санникова Н.И. Методика определения биомеханических показателей с использованием персонального компьютера // ТПФК. – 2001. - №4. – С. 58-
6. Селуянов В.Н., Чугунова Л.Г. Определение масс-инерционных характеристик тела спортсмена методом геометрического моделирования. // ТПФК. – 1989. - № 2. – С. 36-38.
7. Назаров В.Т. Движения спортсмена. – Мн.: Полымя, 1984. – 176 с.
8. Сучилин Н.Г. Анализ спортивной техники // ТПФК. - 1996.- № 12. - С.10-14.
9. Сучилин Н.Г., Аркаев Л.Я., Савельев В.С. Педагогико-биомеханический анализ техники спортивных движений на основе программно-аппаратного видеокомплекса // ТПФК.- 1996.- № 4.- С. 12-20.