Биомеханика спорта

1

План

1. Биомеханика спорта, ее разделы.

Биомеханика спорта (спортивная биомеханика) – раздел биомеханики, в котором изучают работу биомеханического аппарата спортсмена (БАС), взаимодействия БАС с окружающей средой, спортивным инвентарем, механизмами.

Целью спортивной биомеханики является повышение мастерства спортсменов, установление ими рекордов, а также предотвращение травматизма, создание более оптимального спортивного инвентаря, механизмов, тренажёров. Также биомеханика спорта непосредственно используется в практике физического воспитания.

Биомеханику спорта принято подразделять на общую, дифференциальную и частную.

        Общая (теоретическая) спортивная биомеханика решает общие проблемы спортивной биомеханики, взаимосвязь ее с другими науками.

        Дифференциальная спортивная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности, в том числе зависящие от возраста, пола, состояния здоровья, уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т. п.

        Частная спортивная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта. Кроме того к сфере частной биомеханики относятся вопросы взаимодействия БАС с различным спортивным инвентарем (ракетки, клюшки, биты, мячи, лыжи, весла, гимнастические снаряды и т.п.), а также с различными механизмами, например, велосипедом. В связи с чем при конструировании спортивного инвентаря, снарядов, механизмов и тренажёров используют т.н. биомеханический подход.

2. Режимы сокращения мышц.

Мышцы, прикрепленные сухожилиями к костям, функционируют в изометрическом и анизометрическом режимах.

При изометрическом (удерживающем) режиме длина мышцы не изменяется. Например, в режиме изометрического сокращения работают мышцы человека, который подтянулся и удерживает свое тело в этом положении. Аналогичные примеры: “крест Азаряна” на кольцах, удержание штанги и т. п.

Замечено, что статическая сила, проявляемая спортсменом в изометрическом режиме, зависит от режима предшествующей работы.

При анизометрическом сокращении мышца укорачивается или удлиняется. В анизометрическом режиме функционируют мышцы бегуна, пловца, велосипедиста и т. д.

У анизометрического режима две разновидности. В преодолевающем режиме мышца укорачивается в результате сокращения. А в уступающем режиме мышца растягивается внешней силой. Например, икроножная мышца спринтера функционирует в уступающем режиме при взаимодействии ноги с опорой в фазе амортизации, а в преодолевающем режиме — в фазе отталкивания.

В уступающем режиме наблюдается обратная картина: увеличение скорости растяжения мышцы сопровождается увеличением силы тяги. Это является причиной многочисленных травм у спортсменов (например, разрыва ахиллова сухожилия у спринтеров и прыгунов в длину).

3. Характеристика основных соматотипов

Соматотип (соматическая конституция) это, по сути, конституционный тип телосложения человека, но это не только собственно телосложение, но и программа его будущего физического развития. Телосложение человека изменяется на протяжении его жизни, тогда как соматотип обусловлен генетически и является постоянной его характеристикой от рождения и до смерти. Возрастные изменения, различные болезни, усиленная физическая нагрузка изменяют размеры, очертания тела, но не соматотип. Соматотип — тип телосложения — определяемый на основании антропометрических измерений (соматотипирования), генотипически обусловленный, конституционный тип, характеризующийся уровнем и особенностью обмена веществ (преимущественным развитием мышечной, жировой или костной ткани), склонностью к определенным заболеваниям, а также психофизиологическими отличиями.

На сегодняшний день, из всего многообразия классификаций соматотипов  наиболее распространенной является система У. Шелдона. Исследовав более 4000 снимков обнаженных студентов колледжа, он отобрал три варианта максимально отличающихся друг на друга сложения. В результате этого отбора возникли так называемые эндоморфный, мезоморфный и эктоморфный типы сложения.

4. Биомеханическая основы проявления мышечной силы.

В биомеханике силой действия человека называется сила воздействия его на внешнее физическое окружение, передаваемая через рабочие точки своего тела. Примером могут быть сила давления на опору, сила тяги за рукоятку станового динамометра и т.п.

Сила – это мера механического действия одного тела на другое. Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой:

Момент силы – это мера вращающего действия силы на тело.    

Сила действия человека (СДЧ), как и всякая другая сила, может быть представлена в виде вектора и определена указанием: 1) направления, 2) величины (скалярной) и 3) точки приложения.

Сила действия человека зависит от состояния данного человека и его волевых усилий, т.е. стремления проявить ту или иную величину силы, в частности максимальную силу, а также от внешних условий, в частности от параметров двигательных заданий.

Понятие о силовых качествах

Силовые качества характеризуются максимальными величинами силы действия, которую может проявить тот или иной человек. Вместо термина «силовые качества» используют также термины «мышечная сила», «силовые возможности», «силовые способности». Наиболее распространенной является следующая классификация силовых качеств:

Сила действия человека непосредственно зависит от сил тяги мышц, т.е. сил, с которыми отдельные мышцы тянут за костные рычаги. Однако между натяжением той или иной мышцы и силой действия нет однозначного соответствия. Это объясняется, во-первых, тем, что почти любое движение происходит в результате сокращения большого числа мышечных групп; сила действия – итог их совместной активности; и, во-вторых, тем, что при изменении суставных углов меняются условия тяги мышц за кость, в частности плечи сил мышечной тяги.

5. Фазы ходьбы и бега. Силы, действующие на спортсмена во время ходьбы и бега.

Обе локомоции, ходьба и бег обладают некоторыми общими особенностями, выражающимися в том, что каждая нога поочерёдно бывает опорной и переносной. Поэтому фазовый состав каждой их локомоций сходен по строению.

Разделение на фазы.

При ходьбе и беге важную роль играют цикл движений одной конечности и цикл шагов, выполняемых обеими конечностями одновременно. Цикл движений одной конечности имеет общие для обеих форм локомоций закономерности.

Цикл движений конечностей при беге и ходьбе можно разделить на две фазы: опоры и маха или переноса ноги. Если внутри выделенных фаз рассмотреть более подробно характер двигательных действий, то каждую из фаз можно разделить следующим образом:

· в фазе опоры есть подфаза амортизации и подфаза активного отталкивания ногой;
· в фазе переноса маховой ноги выделяются подфазы маха назад и маха вперёд.

Каждая конечность человека проходит через обозначенные фазы, то есть фазу опоры и фазу маха (фаза маха в беге называется фазой полёта). Положения конечностей, обозначающие границы фаз имеют следующее деление:

· в фазе опоры: постановка ноги на опору, опора на всю стопу, отталкивание носком опорной ноги;

· в фазе переноса маховой ноги: мах назад, прохождение вертикали, мах вперёд.
               Человек является самодвижущейся системой, поскольку первопричиной его движений служат внутренние силы, создаваемые мышцами и приложенные к подвижным звеньям тела. К  внутренним относятся и силы инерции, приложенные к центрам масс разгоняемых и тормозимых звеньев тела («фиктивные» силы инерции) или к другим звеньям тела либо к внешним предметам («реальные» силы инерции).

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

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

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

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

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

Еще одна сила сопротивления, возникающая уже не между газообразной или жид­кой средой и твердым телом, а между твердыми телами,- это сила трения. Вместе с тем, оба вида сил сопротивления имеют место в различных видах спорта. Так, например, велосипедисту приходится преодолевать не только сопротивление воздуха, препятствующее движению спортсмена и велосипеда, но и сопротивление сил трения между деталями самого велосипеда и между колесом и поверхностью дороги.

              Сила трения зависит, главным образом, от двух факторов. Одним из них является масса одного предмета, приложенного к поверхности другого. При этом, чем больше масса (а точнее физически – вес), тем выше сила трения.

Вторым фактором, влияющим на силу трения, является качество двух соприкасающихся поверхностей: чем грубее поверхности, тем сила трения больше.

В спорте трение несет двойную нагрузку. В одних случаях оно должно быть возможно большим, а в других, наоборот, - возможно меньшим. Так, например, для спринтера важно, чтобы между подошвой обуви и поверхностью беговой дорожки существовало определенное трение, позволяющее спортсмену эффективно перемещаться вперед. Если это трение очень низкое, например, из-за износа шипов или из-за покрытия дорожки песком или водой, то нога может проскальзывать, и эффективность продвижения вперед снижается. В то же время, если шипы кроссовок будут слишком длинными, то это приведет к значительному увеличению сил трения, что также отрицательно отразится на скорости бега.

Литература

1.       Е.К. Жуков, Е.Г Котельникова. Биомеханика физических упражнений. М,Фис,1963.

2.       В.Л.  Уткин. Биомеханика физических упражнений. М,1989.