Анатомо-биомеханические предпосылки организации двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики

Аиед Берхаием

Анатомо-биомеханические предпосылки организации двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.08 ВАК РФ

Аиед Берхаием АВТОР

доктора педагогических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

1996 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.08 КОД ВАК РФ

Автореферат по механике на тему «Анатомо-биомеханические предпосылки организации двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики»

Автореферат диссертации на тему "Анатомо-биомеханические предпосылки организации двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики"

РГ6 од

- 8 ОКТ 1996

На правах рукописи

АИЕД БЕРХАИЕМ

АНАТОМО-БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ В СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ ВИДАХ ЛЕГКОЙ АТЛЕТИКИ

01.02.08 - Биомеханика

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

МОСКВА - 1996

Работа выполнена в РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АКАДЕМИИ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ

Консультант - профессор, д.м.н. БА.Никитюк

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор педагогических наук, профессор Г.ИПопов доктор педагогических наук, профессор Л.З.Гороховский доктор педагогических наук, профессор Н.Г.Сучилип

Ведущая организация - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА

Защита диссертации состоится "........1996 г.

на заседании специализированного совета Д 046.01.01 РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АКАДЕМИИ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ по адресу: Москва, Сиреневый бульвар, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГАФК. Автореферат разослан " ..............1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета

профессор М.Е.КУТЕПОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Среди учебных дисциплин, изучающихся в институтах физической культуры, особое место занимает анатомия. Одним из наиболее важных разделов ее является динамическая анатомия или, как теперь ее называют, динамическая морфология (по решению предметной комиссии Комитета по физической культуре).

Динамическая морфология (ДМ) - наука, изучающая анатомическую основу движений и положений тела человека. Она находится в неразрывной связи с биомеханикой. Различают общую и частную динамическую морфологию. Общая ДМ изучает влияние строения органов на организацию двигательных действий, частная изучает конкретные движения, имеющие прямую практическую значимость.

Исторически ДМ связана с именами выдающихся исследователей: К.Галеном (130-201), Авиценной (980-1037), Борелли (1608-1779), И.М.Сеченовым, Н.А.Бернштейном, П.Ф.Лесгафтом. Наиболее крупный вклад в создание ДМ внес М.Ф.Иваницкий, который в 1928 г. опубликовал "Записки по динамической анатомии" и таким образом положил начало для систематического развития новой научной дисциплины.

Биомеханика движений человека (спорта) интенсивно развивалась в 70-80 годы. Связано это было с внедрением в научные исследования вычислительной техники, математического моделирования, точной аппаратуры для измерения кинематических и динамических характеристик, электромиографии и др. В 90-е годы наметилось экстенсивное развитие биомеханики, проводится множество экспериментальных исследований, однако, нет сколько-нибудь крупных теоретических работ. Видимо поэтому в Jornal of Sports Sciences были опубликованы две статьи, посвященные прогнозу развития биомеханики в XXI веке.

В.М.Зациорский с соав.(1994) видит будущее развитие биомеханики в совершенствовании известных методов регистрации движений человека и математического аппарата. Предполагается, что фундаментальные направления исследования будут связаны с решением следующих проблем:

- измерение, описание и объяснение движений;

- изучение работы мышц в движении;

- исследование строения опорно-двигательного аппарата;

- междисциплинарные исследования (механика, энергетика, метаболизм, кровоток и пр.).

Из поля зрения В.М.Зациорского полностью выпали проблемы теории биомеханики и содержания образования - предмета биомеханики спорта.

МД.Уеас1оп и .Ш.СЬаШз (1994), в отличие от В.М.Зациорского с соав., четко разделяют биомеханику на эмпирическую и теоретическую. Эмпирическая биомеханика отвечает на вопросы ЧТО? и КАК? движется. В развитии эмпирической биомеханики между мнениями авторов статей нет принципиального различия. Новым является анализ развития теоретической биомеханики, которая должна отвечать на вопрос ПОЧЕМУ?. М.11.Уеас1оп е.а. в соответствии с философскими работами БЮ-Веск (1960), О.У.в.НеаШ (1970), ,1Т.Вачлез (1973) считают, что цикл развития теории следующий: "теория - прогноз - эксперимент модификация теории". Более подробно о циклах-моделях развития науки изложено у С.С.Ладенко (1989-1992). В биомеханике авторы предлагают рассматривать в качестве теоретических исследований изучение движений человека с помощью моделей, построенных в Ньютоновской механике, в частности, решение прямой и обратной задач динамики. Причем, авторы часто не замечают, что решение прямой и обратной задач есть лишь продолжение эмпирических исследований, получение из определенных экспериментальных данных производных величин. В последнее время теоретические исследования ведутся с помощью скелетно-мышечных моделей разной степени сложности (например, Б.И.Прилуцкий с соав.,1990). Для решения систем дифференциальных уравнений используются методы оптимизации, однако почти все разумные критерии дают примерно одинаковые и адекватные оценки необходимой мышечной активности. Следовательно, возникает неопределенность, задача не получает однозначного решения.

Основным недостатком работы М.11.Уеас1оп и .1Н.С11аШз является смешение исследовательских подходов эмпирической и теоретической биомеханики. М.В.Мостепаненко еще в 1972 г. четко разделил эмпирические и теоретические методы исследования. На теоретической стадии развития науки (исследования) новые знания приобретаются на основе построения идеальных объектов (моделей) с последующим имитационным моделированием (игры) в условиях существования реального объекта.

Таким образом, в настоящее время существуют проблемы в развитии динамической морфологии и биомеханики, поэтому необходимо: показать различие между эмпирической и теоретической биомеханикой движения человека (спорта), определить их объект и предмет исследования, разработать метод теоретического исследования двигательных действий человека,

показать единство биомеханики и динамической морфологии в теоретических исследованиях и доказать их корректность в эксперименте.

Методологической основой исследования явились труды специалистов по теории научного познания, теоретические исследования в области динамической морфологии Иваницкого М.Ф., Никитюка Б.А. и биомеханики - Д.Д.Донского, В.М.Зациорского, Н.Г.Коренева, ХНау, М.Уеас1оп.

Предметом исследования настоящей работы являются анатомо-биомеханические особенности организации двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики. Следовательно, будут рассматриваться двигательные действия, в которых лимитирующим механизмом энергообеспечения является алактатный, а также максимальные силовые, скоростные способности мышц, подвижность в суставах.

С точки зрения анатомо-биомеханических особенностей строения тела человека можно выделить следующие параметры и характеристики.

Анатомические и антропометрические:

- масса тела,

- обхватные, длиннотные и широтные признаки тела,

- толщина кожно-жировых складок,

- размеры костей,

- места крепления мышц,

- ход линии действия мышц.

Биомеханические:

- масса звеньев,

- положение центров масс звеньев,

- моменты инерции относительно сагиттальной, фронтальной и вертикальной (продольной) осей, проходящих через центр масс сегментов тела,

- общий центр масс тела (ОЦМТ).

Под скоростно-силовыми видами легкой атлетики будем рассматривать прыжки и спринтерский бег; метания и другие виды в этой работе не изучаются.

Организация двигательного действия (ДД) возможна при наличии ЦНС, мышцы, костей, объединенных в суставы. В ЦНС формируется программа ДД, которая передается по пирамидальной и экстрапирамидальной системам к мышцам. По мнению Н.В.Зимкина (1972), эффекторный компонент программируемого движения требует соответствия программы выполнения двигательного акта функциональным возможностям мышц и обеспечивающих их работу вегетативных органов. Рассогласование между необходимой программой и фактическим выполнением

движения особенно усиливается при изменении периферического исполнительного органа. Функциональные возможности периферических органов постоянно изменяются, например, происходит увеличение или уменьшение силы мышц под влиянием тренировки или утомления, изменениям подвержены параметры телосложения и масс-инерционные характеристики (МИХ). Следовательно, при изменении размеров тела у детей, при изменении МИХ с ростом силы мышц или при уменьшении жирового компонента тела спортивная техника должна подстраиваться под новые условия. Отсюда вытекает гипотеза и цель нашего исследования.

ГИПОТЕЗА - целостное двигательное действие можно представить как взаимодействие относительно самостоятельных биомеханизмов человеческого тела, каждый из которых двигается произвольно и решает определенные задачи целостного двигательного действия; различие в технике выполнения скоростно-силовых упражнений у лиц с разным телосложением обусловлено влиянием МИХ различных частей тела

(биомеханизмов) и функциональным состоянием мышц.

ЦЕЛЬ - разработать методику теоретического исследования целостных двигательных действий и изучить влияние телосложения и массинерционных характеристик отдельных биомеханизмов на организацию двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики.

Для решения проблемы необходимо изучать спортсменов с разным телосложением. Очевидно, что наиболее подходящий контингент - дети, занимающиеся спортом. Однако, более точно ответить на поставленный вопрос можно в специально организованном эксперименте, когда геометрия масс изменяется с помощью присоединения к звеньям тела опытных взрослых спортсменов дополнительных масс. Отсюда следует выбор объекта исследования.

ОБЪЕКТ - квалифицированные взрослые спортсмены и дети 12-19 лет, специализирующиеся в прыжках и спринтерском беге.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Разработать методику теоретического исследования движений человека с позиций динамической морфологии и биомеханики.

2. Разработать методику оценки массинерционных характеристик у детей по массе и длине тела.

3. Изучить особенности распределения геометрии масс в теле у детей, занимающихся скоростно-силовыми видами легкой атлетики (прыжки, спринт).

4. Исследовать взаимозависимости антропометрических показателей и массинерционных характеристик с данными результатов тестирования в прыжках и спринтерском беге.

5. Изучить организацию двигательных действий в прыжках и спринтерском беге на основе анализа функционирования биомеханизмов.

6. Исследовать влияние дополнительных масс на звеньях тела спортсменов на организацию двигательных действий.

Новизна исследования. В диссертации теоретически обоснован и экспериментально подтвержден новый методологический подход для изучения двигательных действий, в основе которого заложено понятие - "БИОМЕХАНИЗМ". Оно объединяет в себе знания динамической морфологии и биомеханики движений человека. На основе нового подхода при анализе скоростно-силовых легкоатлетических упражнений выявлены и описаны действия основных биомеханизмов. Теоретически и экспериментально показано влияние массинерционных характеристик на организацию двигательных действий.

Теоретическая значимость исследования. Разработка нового подхода изучения движений человека на основе биомеханизмов создает предпосылки для развития теоретической биомеханики и динамической морфологии. Доказательство влияния масс-инер-ционных характеристик тела человека на технику движений служит теоретической основой для индивидуализации технической подготовки спортсменов.

Практическая значимость исследования. В диссертационном исследовании выявлены основные биомеханизмы, которые используют спортсмены в прыжках и спринтерском беге. Знание их может использоваться при разработке планов технической подготовки спортсменов, при разработке учебных пособий по анатомии, биомеханике спорта, легкой атлетике, а также при чтении лекций для студентов и аспирантов.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1) Понятие БИОМЕХАНИЗМ создает основу для развития теоретической биомеханики и динамической морфологии.

2) Метод оценки массинерционных характеристик сегментов тела по длине и массе тела детей от 2 до 19 лет на основе

геометрического моделирования позволяет оценивать направление профессионального отбора в детско-юношеском спорте.

3) Основные биомеханизмы реализации двигательных действий в прыжках и спринтерском беге могут служить основой для разработки прикладной теории технической подготовки легкоатлетов.

4) Телосложение и массинерционные характеристики тела влияют на организацию двигательных действий спортсмена. Добавление массы к звеньям, движения которых согласуются с функционированием основных частей тела, позволяет повысить мощность работы неосновных мышц и в целом результат двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-силового характера. Добавление массы к звеньям, движение которых осуществляется мышцами с предельной мощностью, приводит к снижению результата двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-силового характера.

АПРОБАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные положения проведенного исследования докладывались на научных семинарах кафедр анатомии, биомеханики и Проблемной НМЛ РГАФК, научных конференциях 1994 и 1996 гг. Тунисского института физической культуры и РГАФК. Теоретико-практические материалы опубликованы в двух монографиях и статьях.

ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Исследования проводились на базе Института физической культуры Туниса, Спортивной школы Республики Тунис, кафедры анатомии и Проблемной научно-исследовательской лаборатории Российской государственной академии физической культуры.

Антропометрическое обследование и тестирование детей с применением видеосъемки выполнялось в 1988-1992 г в Тунисе.

Лабораторные исследования по изучению двигательных действий с дополнительной присоединенной массой проводились в группе биомеханики ПНИЛ РГАФК (руководитель профессор

A.А.Шалманов) в 1992 г.

Консультации и обработка экспериментальных данных проводились на базе кафедры анатомии и ПНИЛ РГАФК.

Программное обеспечение для биомеханических расчетов видеосъемки разработали сотрудники ПНИЛ РГАФК

B.Н.Селуянов, Е.Г.Антохина и В.Т.Тураев, для работы с Селспотом и тензоплатформой - К.В.Анненков и А.В.Григоренко.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и библиографии, включающей 229 наименований, из них 81 зарубежных авторов.

Диссертация содержит 217 страниц машинописного текста, 8 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. БИОМЕХАНИЗМЫ КАК ОСНОВА РАЗВИТИЯ БИОМЕХАНИКИ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА (СПОРТА) И ДИНАМИЧЕСКОЙ МОРФОЛОГИИ

Биомеханика движений человека граничит с физиологией двигательной активности (Н.А.Бернштейн,1966), динамической морфологией и теоретической механикой. Для того, чтобы показать различие между биомеханикой и физиологией (нейрофизиологией) двигательной активности, приведем соображения Спинозы в интерпретации Э.В.Ильенкова (1974). "...Человеческая рука может совершать движение и по форме круга, и по форме квадрата, и по форме любой другой ... фигуры, обнаруживая тем самым, что структурно-анатомически она заранее не предназначена к какому-либо одному из названных действий ...Человек - мыслящее тело - строит свое движение по форме любого другого тела" (стр. 34). Следовательно, в мозгу человека могут формироваться любые программы двигательных действий, выполнение которых ограничивают пространственные, силовые и скоростные возможности опорно-двигательного аппарата. В биомеханике можно не знать устройство мозга, достаточно иметь представление о ЦНС как о черном ящике. Здесь проходит граница между физиологией и биомеханикой. Биомеханик должен овладеть методом программирования произвольных двигательных действий, обеспечивающих достижение заранее заданой цели.

На основании этих методологических положений можно определить объект и предмет исследования:

- объект - опорно-двигательный аппарат человека (моделируется в виде скелета, мышц) и ЦНС;

- предмет - закономерности построения моделей опорно-двигательного аппарата (ОДА) и программ управления ими, обеспечивающих выполнение произвольных целенаправленных двигательных действий.

Моделирование ОДА человека требует использования идеальных моделей теоретической механики. В теоретической механике применяются модели: двух или трехмерное пространство, время, материальная точка, абсолютно твердое тело (стержень),

шарнир, кинематическая цепь, идеальная жидкость или газ и др. Все эти модели применяются в биомеханике, однако для получения адекватной модели ОДА необходимо иметь модели мышцы и функциональной модели ЦНС (черный ящик). Следовательно, объект биомеханики пересекается с объектом динамической морфологии и теоретической механики, однако не полностью.

В соответствии с объектом и предметом исследования, а также логикой развития теоретического исследования можно определить следующие задачи теоретической биомеханики:

- разработка умозрительных и математических моделей ОДА;

- исследование свойства моделей ОДА - биомеханизмов энергообеспечения движений человека;

разработка методов решения задач конструирования программ произвольного управления моделями ОДА биомеханизмами энергообеспечения движений человека.

Задачи экспериментальной биомеханики:

- измерение пространственных, временных, динамических и электромиографических характеристик при движении человека;

- группировка и систематизация экспериментальных данных;

- оценка вклада биомеханизмов энергообеспечения движений человека в целостное двигательное действие.

Биомеханизм - модель части или всего ОДА, обеспечивающая достижение цели двигательного действия за счет преобразования одного вида энергии в другой. Понятие о биомеханизме впервые было применено при изучении биомеханики отталкивания в прыжках в длину с разбега (Селуянов В.Н., Шалманов A.A., 1981).

Можно выделить следующие элементы:

1) Мышца как:

- преобразователь химической энергии в механическую;

- упругий элемент, способный накапливать и отдавать энергию;

- вязкий элемент, способный демпфировать внешние нагрузки;

- передатчик энергии (мощности) от других источников энергии.

2) Кость как:

- рычаг для передачи силы и энергии;

- маятник для преобразования энергии;

- стержень для опоры и противодействия внешним нагрузкам.

3) Сустав как:

- шарнир, соединяющий кости в кинематические цепи;

- шарнир, ограничивающий подвижность костей относительно друг друга.

4) Блок управления мышцей как черный ящик, имеющий один вход и один выход. На вход поступает информация об интенсивности и начале выполнения упражнения, на выходе изменение относительной активности мышц во времени, другими словами, программа управления. Программа управления активностью мышцы формируется человеком (ученым) произвольно до начала движения.

Мышцы, кости, суставы, блок управления - идеальные объекты теоретической биомеханики. Из этих конструктивных элементов человек создает более или менее сложные системы -биомеханизмы, с помощью которых достигается заранее поставленная цель движения.

Таким образом, развитие теоретической биомеханики приводит к стыковке ее с динамической морфологией. Понятие биомеханизм становится объединяющим звеном. Конструкция биомеханизма -предмет анатомии, функционирование биомеханизма - предмет биомеханики. Следовательно, задачи биомеханики и динамической морфологии, схема исследования во многом совпадают. Заметим, что предмет "Динамическая морфология" (ДМ) шире, он включает в себя рассмотрение особенностей реакции и других анатомических структур.

Метод решения задач теоретической биомеханики

Последовательность действий при проведении научного исследования включает следующие этапы :

1) Предварительный сбор информации и ориентировочная постановка цели исследования.

2) Уточнение цели и задачи исследования.

3) Построение модели объекта.

4) Изучение свойств модели с помощью умозрительного или математического моделирования.

5) Решение задач исследования с помощью модели.

6) Экспериментальная проверка следствий теории.

В научной деятельности ученого-биомеханика следует стремиться к проведению как умозрительного, так и математического моделирования. В практике тренера при анализе техники выполнения упражнения и выявлении ошибок необходимо (реально возможно) использовать умозрительное моделирование.

ГЛАВА II. ГЕОМЕТРИЯ МАСС ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА И ЕГО

СЕГМЕНТОВ

В этом разделе диссертационной работы представлен обзор по проблеме оценки МИХ сегментов тела человека, основанный на публикациях В.Н.Селуянова с соав. (1979-1994). Ему удалось разработать эффективный метод косвенной оценки геометрии масс по регрессионным уравнениям, однако для оценки МИХ детей до и после пубертатного возраста по массе и длине тела эти уравнения использовать нельзя. Требуется разработать иной подход для оценки МИХ детей по массе и длине тела.

Коэффициенты, рассчитанные для применения уравнений геометрического моделирования, удовлетворительно прогнозируют МИХ у детей с антропометрическими показателями, близкими к средним величинам для каждого возраста (года развития). Поэтому применять эти коэффициенты для прогнозирования МИХ у детей 12-17 лет с разным телосложением некорректно.

ГЛАВА III . ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК У ДЕТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Для увеличения точности вычислений длин и обхватов сегментов были обследованы более 200 детей Спортивной школы в Тунисе, измерены антропометрические признаки по схеме Бунака В.В. Использовались также данные, предоставленные НИИ антропологии МГУ: В.М.Кранс - девочки и мальчики 0-7 лет, Н.Ю.Лутовиновой - девочки и мальчики 8-17 лет; использовались данные В.Н.Селуянова - антропометрия спортсменов-легкоатлетов высшей квалификации, студентов института физической культуры и национальной сборной России.

В таблице 1 представлены среднестатистические данные обследованных детей.

Таблица 1

Средние статистические данные выборки испытуемых

Признаки Мужчины Женщины

X б X б

Масса тела, кг 44,6 29,9 40,4 24,6

Длина тела, см 139,4 39,5 135,7 36,1

Длины сегментов можно определить по длине тела, однако в пубертатном периоде нарушаются линейные соотношения между длинами сегментов. Поэтому рекомендуют использовать кубические полиномы для предсказания длин звеньев по длине тела. Они имеют следующий вид:

У = ВО + В1 х ДТ + В2 х ДТ х ДТ + ВЗ х ДТ х ДТ х ДТ где У - длина сегмента, ДТ - длина тела, ВО, В1, В2, ВЗ - коэффициенты нелинейного регрессионного уравнения.

По данным нашей выборки были найдены коэффициенты уравнения для предсказания биомеханических длин сегментов у мальчиков и девочек. Коэффициент нелинейной корреляции был в пределах 0,99-0,999.

Для определения обхватов сегментов было использовано геометрическое моделирование.

Предположим, что сегмент можно смоделировать в виде цилиндра, тогда его массу можно вычислить по формуле:

М = р х V = р х Б х Ь = р х 3,14 х г х г х Ь ,

где М -масса сегмента, р - плотность тканей, Б - площадь поперечного сечения, Ь - длина сегмента, г - радиус сегмента (цилиндра). Так как радиус сегмента можно вычислить через его обхват, а масса тела коррелирует с массой сегментов, то окончательно можно записать:

С = К х т/(М/Ь) .

В этой формуле К - коэффициент, который надо экспериментально определить. В связи с допущением, что масса тела и масса сегментов между собой коррелируют, предсказать адекватно обхват сегмента можно только у лиц с пропорциональным телосложением, без избыточного отложения жира или гипертрофии (дистрофии) мышц на отдельных сегментах.

По исходным антропометрическим данным и расчетным длинам сегментов были вычислены коэффициенты (К) для формулы, по которой выполняется оценка обхвата сегмента.

Анализ величин коэффициентов (К) показал, что по данным мужчин он может быть постоянным для стопы, голени, кисти, предплечья, среднего и нижнего отделов туловища. Для остальных сегментов была обнаружена связь с длиной тела, а именно, линейная -для голени, бедра, плеча, верхнего отдела туловища, для головы -нелинейная. По данным женщин, коэффициент (К) остается постоянным для стопы, кисти и предплечья, линейная зависимость обнаружена с длиной тела для голени, бедра, плеча, верхнего,

среднего и нижнего отделов туловища, нелинейная связь для головы.

Полученные величины коэффициентов К или уравнения для их оценки были введены в алгоритм для компьютерного вычисления МИХ по обхватам и длинам сегментов.

Проверка точности оценки массы тела человека с помощью разработанных уравнений показала, что ошибка составляет 2%.

ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ ТЕЛОСЛОЖЕНИЯ НА РЕЗУЛЬТАТЫ В ЛЕГКОАТЛЕТИЧЕСКИХ ТЕСТАХ И СОРЕВНОВАТЕЛЬНЫХ

УПРАЖНЕНИЯХ

Испытуемые, которые приняли участие в наших биомеханических исследованиях, должны отличаться от среднестатистических значений детей соответствующего возраста. Различие должно возникать в результате профессионального отбора и влияния тренировочного процесса на степень гипертрофии мышц. Эта гипотеза проверялась в ходе сравнения двух совокупностей данных. Первые данные были получены по уравнениям, разработанным нами, в которых независимыми переменными были масса и длина тела, вычисляли МИХ, длины и обхваты сегментов. Вторые данные были получены по уравнениям , в которых независимыми переменными были реальные длины и обхваты сегментов испытуемых.

Анализ результатов сравнения показал, что выборка спортсменов (п=32) отличается от среднестатистических данных по следующим показателям. Голень длиннее на 7,5% (6=3%), бедро на 4,2% (6=1,3%), соответственно длина корпуса в среднем получается короче. Длина предплечья оказалась больше на 5,6% (6=1,9%), плеча на 6,3% (6=2,1%). Все испытуемые оказались в среднем длинноногими (Х=56,65%, мХ=0,28%), средняя величина относительной длины ноги у человека кавказской рассы составляет - 53,5%, а также широкоплечими - Х=142,7%, мХ=1,77%, против -Х=136%, отношения ширины плеч к ширине таза, свойственного лицам кавказкой рассы в среднем. Все различия статистически достоверны (р<0,001), величина критерия Т-Стьюдента для зависимых выборок была во всех случаях более 11 единиц. Следовательно можно сделать вывод, что в спортивную школу были приняты и продолжают учиться наследственно одаренные дети (коэффициент наследуемости Хользингера для продольных размеров костей выше 0,8 [Шварц, 1989]). Длинные конечности и короткое туловище, видимо, способствуют достижению, относительно сверстников, более высоких спортивных результатов в легкой атлетике.

Сравнение обхватных размеров сегментов показало, что спортсмены имеют относительно большие обхваты на голени 5,3% (6=1,5%), бедре 4,8% (6=1,8%) и меньшие обхваты предплечья (Х=8,5%, 6=3,3%) и плеча (Х=8,2%, 6=3,4%). Все различия статистически достоверны (р<0,001), величина критерия Т-Стьюдента для зависимых выборок была во всех случаях более 11 единиц. В обхватах сегментов туловища статистически значимых различий не обнаружено. Следовательно, можно сделать вывод о том, что занятия легкой атлетикой способствуют гипертрофии мышц ног, что обуславливает как большие обхваты их сегментов, так и МИХ.

При выполнении циклических упражнений человек тратит энергию на преодоление внешнего сопротивления среды (например, воздуха, опорной реакции), на ускорения тела в целом и звеньев тела, на преодоление сопротивления мышц антагонистов и пр. Изменение инерционных свойств тела может существенно влиять на способ выполнения двигательного действия. Особенно большие изменения в параметрах массинерционных свойств тела происходят в период интенсивного роста тела человека, поэтому целью настоящего исследования стало изучение взаимосвязи телосложения и МИХ сегментов тела с характеристиками легкоатлетических упражнений у мальчиков в период полового созревания.

Методика и организация эксперимента. В исследовании приняли участие 32 испытуемых в возрасте 12-19 лет, ученики спортивной школы г. Туниса. Формирование выборки осуществлялось случайно, в три возрастные группы - 12-13 , 14-15, 16-19 лет. Средняя масса тела Х=57,1, 6=11,6 кг, длина тела -Х=168,0, 6=11,4 см. Каждый испытуемый выполнял следующие упражнения: прыжок в длину с места, прыжок вверх с места, пятерной прыжок с места с ноги на ногу, бег на 60 м и прыжок в длину с разбега.

В ходе тестирования и соревнований проводилась видеосъемка. Камера РапаБ0Шс-М7 устанавливалась на высоте 1,4 м и в 20 м от плоскости генерального движения спортсмена. Время экспозиции кадра была 1/500. Вдоль линии перемещения испытуемого были установлены конусы через каждые 2 м.

Анализ видеоматериалов выполнялся с целью определения:

1) прыжок вверх с места - длительности фазы отталкивания;

2) прыжок в длину с места - длительности фаза отталкивания;

3) пятерной прыжок - средней скорости головы при выполнении четвертого отталкивания, темпа и длины четвертого шага;

4) прыжок в длину с разбега - средней скорости головы при выполнении последнего отталкивания, темпа и длины последнего шага;

5) бег 60 м - средняя скорость движения головы, темп и длина шага на 40-42 м соревновательной дистанции .

Все испытуемые прошли антропометрическое обследование по методике В.Бунака (2 схема). Данные антропометрии были обработаны в ЭВМ по программе "МИХ", которая позволяет вычислить состав тканей тела человека, а также данные о массинерционных свойствах сегментов тела человека по методике В.Н.Селуянова (1991), основанной на геометрическом моделировании сегментов тела человека, а также уравнениям, разработанным нами.

Результаты и обсуждение. В таблице 2 представлены статистические данные. Все зарегистрированные показатели соответствуют нормальному закону распределения (абсолютные величины асимметрии и эксцесса не превышают 1,0).

Полученные данные были обработаны с использованием методов корреляционного анализа, а по его результатам был выполнен пошаговый регрессионный анализ.

Корреляционный анализ показал, что между тотальными размерами тела и массинерционными характеристиками имеется тесная корреляционная связь (г=0,8-0,98). Можно предположить, что в гимназии идет отбор при приеме и по ходу учебы, поэтому наша выборка получилась из спортсменов, имеющих пропорциональное физическое развитие. Все спортсмены широкоплечие, длинноногие, с примерно равным процентом жира (Х=11,2, 6=6%) и мышечной массой (Х=44,19, 6=3,3%).

Заметим, что при прыжках вверх, в длину с места, беге и прыжках в длину с разбега масса тела дает отрицательный вклад на фоне положительного влияния длины тела, а при выполнении пятерного прыжка вклады независимых переменных суммируются. Можно предположить, что для разгона массы тела требуется затрачивать энергию, причем в каждом упражнении есть активная и пассивная мышечная масса.

Видимо, при взрослении увеличивается быстрее доля пассивной части мышц для анализируемых упражнений, т.е. мышцы верхнего плечевого пояса. В 5-ом прыжке движения рук очень активны (результат педагогического наблюдения), следовательно, должны вносить существенный вклад в величину энергии, приобретенной спортсменом для перемещения тела, поэтому сильный верхний плечевой пояс должен способствовать улучшению результата 5-ого прыжка в длину. Для доказательства этих предположений необходимо прямое измерение энергии звеньев при выполнении прыжков.

Таблица 2

Статистические данные показателей тестирования спортсменов

N Признаки X б

1 Результат прыжка вверх с места, см 40,9 1,07

2 Длительность фазы отталкивания, с 0,20 0,004

3 Результат прыжка в длину с места, см 230,4 26,9

4 Длительность фазы отталкивания, с 0,23 0,05

5 Результат прыжка в длину с разбега,см 458,3 75,4

6 Скорость разбега, м/с 7,28 0,98

7 Темп бега, 1/с 3,75 0,44

8 Длина шага, м 1,94 0,19

9 Результат пятерного прыжка, с 1145,8 166,6

10 Скорость на 4-ом шаге , м/с 4,71 0,45

И Темп 4-ого шага, 1/ш 1,98 0,28

12 Длина шага 4-ого шага, м 2,43 0,41

13 Результат бега на 60 м, с 8,47 1,05

14 Скорость, м/с 7,85 1,00

15 Темп бега, 1/ш 4,01 0,28

16 Длина шага, м 1,97 0,21

17 Масса корпуса, кг 26,78 5,32

18 Фронтальный момент инерции корпуса 1114,9 325,5

19 Масса бедра, кг 8,71 2,0

20 Фронтальный момент инерции бедра 1620,6 567,3

21 Масса плеча, кг 1,35 0,37

22 Фронтальный момент инерции плеча 74,7 31,03

23 Масса тела, кг 57,13 11,65

24 Длина тела, см 168,0 11,39

25 Поверхность тела, мхм 1,72 0,23

26 Относительная масса жира, % 11,25 5,91

27 Относительная масса мышц, % 44,19 3,38

28 Относительная длина ноги, % 56,65 1,50

29 Относительная ширина плеч, % 142,73 9,51

30 Цилиндричность грудной клетки, % 71,66 5,40

Темп бега мало изменяется с возрастом (4,01 ш/с, V=7%), поэтому длина шага зависит от тотальных размеров тела так же, как и результат в беге и прыжке в длину с разбега.

Массинерционные характеристики сегментов тела спортсменов тесно между собой связаны, поэтому были вычислены параметры линейных уравнений, связывающих результаты тестирования с моментом инерции корпуса.

Вероятность прогнозирования спортивных результатов увеличивается в случае добавления в уравнения регрессии показателей телосложения.

Результат прыжка в длину с разбега (Y) связан: Y = 217,0 + 0,164 * XI + 6,9 * Х2 - 1,7 * ХЗ, R=0,78, бу/х=50 см, где XI - момент инерции корпуса, Х2 - относительная масса мышечной ткани в теле, ХЗ - относительная ширина плеч. Вклад в дисперсию У соответственно составил 37, 20 и 3%.

Результат бега на 60 м (Y) связан: Y=6,29-0,0016 * Xl-0,103 * Х2 + 0,149 * ХЗ, R=0,82, бу/х=0,64 с, где XI - момент инерции корпуса, Х2 - относительная масса мышечной ткани в теле, ХЗ - относительная длина ноги. Вклад в дисперсию У соответственно составил 27, 36 и 3%.

Анализ полученных зависимостей показывает, что рост мышечной массы в теле способствует улучшению спортивных результатов, однако увеличение относительной ширины плеч ухудшает результат в прыжках, а длинноногость мешает бегу. Эти соотношения справедливы в рамках данной выборки и, видимо, отражают ростовые процессы. Спортсмены с длинными ногами, как правило, ретарданты, поэтому не удивительно, что имея меньшую мышечную массу (г=-0,22) они труднее перемещают свои длинные, с относительно более высокими величинами моментов инерции, ноги.

ГЛАВА V. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИКИ

В практике биомеханических исследований для регистрации кинематических характеристик используются циклографические методы с регистрацией движения в виде проекции на плоскость или в трехмерном пространстве. Наиболее удобными являются методы, в основу которых положены методы регистрации движений по принципу "on line", т.е. характеристики движения прямо вводятся в вычислительную машину. Однако эти методы имеют ограничения, вызванные необходимостью передачи информации через провода, например, нельзя регистрировать движения в условиях соревнования. Проблема регистрации

движений в условиях соревнования легко решается с помощью видеозаписи. Однако этот метод пока обладает наименьшей разрешающей способностью. Поэтому его можно применять для решения задач биомеханики, не требующих регистрации ускорений, а скоростей с погрешностью порядка 0,1-0,5 м/с.

Динамические характеристики движения наиболее точно определяются с помощью динамометрических платформ ВИСТИ или Кистлер. Силы и моменты в суставах обычно получают путем вычисления скоростей и ускорений движения центров масс звеньев тела человека, с последующим применением Ньютоновской механики.

В данном диссертационном исследовании применялись методы, разработанные в ПНИЛ РГАФК: Селспот, Биомеханическая видеосистема (включает: видеокамеру, видеомагнитофон, электронную видеоплату, ЭВМ и программное обеспечение), тензоплатформа ВИСТИ (подключена к ЭВМ, имеется программное обеспечение).

Метрологическая опенка биомеханической видеосистемы. Погрешность биомеханической видеосистемы (БВС) зависит от действия следующих факторов:

дисторсия оптической системы (камера, видеопленка, видеоплата, электронная трубка монитора);

- выход объекта из плоскости съемки;

- ошибки оператора;

- погрешность процедур сглаживания.

Для оценки величины этих погрешностей были выполнены эксперименты. Суммарная погрешность оптической системы и оператора составляет 0,7% от 0,5 ширины экрана.

ГЛАВА VI. БИОМЕХАНИКА СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ ЛЕГКОАТЛЕТИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ.

6.1. Биомеханика прыжка вверх с места и влияние геометрии масс на организацию двигательных действий

Биомеханику прыжка вверх с места изучали многие исследователи, однако относительно глубокий анализ механизмов был выполнен только О.НосЬтиШ (1967), О.НосЬтиШ, С.МагИоЫ (1978), Ю.В.Верхошанским (1972), Ан.А.Шалмановым, Ал.А.Шалмановым (1986,1990).

Теоретический анализ на моделях и экспериментальные исследования, выполненные нами, показали следующую организацию двигатель-ных действий.

Для увеличения эффективности использования функциональных возможностей мышц в прыжке необходимо разгибать суставы неодновременно, т.е. задействовать биомеханизм разгибания туловища при относительно неподвижных ногах. Движение надо начинать с разгибания тазо-бедренного сустава (ТБС). Ускоренное движение туловища вверх вызовет:

1) увеличение нагрузки на нижние конечности и рост силы давления на опору;

2) растягивание мышц разгибателей коленного сустава (КС) за счет возникновения сил инерции (известно, что при растягивании мышцы создают большую силу тяги в сравнении с преодолевающим режимом сокращения, а также происходит некоторое накопление энергии упругой деформации (ЭУД) в структурах мышц).

По мере разгибания ТБС силовые возможности в нем уменьшаются и начинают реализовываться максимальные силовые возможности и ЭУД мышц разгибателей КС, а затем и голеностопного сустава (ГС), т.е. начинает функционировать биомеханизм разгибания ног и туловища.

Для увеличения степени использования упругих свойств мышц разгибателей ТБС, КС и ГС необходимо начать движение из положения стоя и использовать биомеханизм свободного падения тела при незакрепленных суставах. В этом случае (при подседании) потенциальная энергия тела переходит в кинетическую, а та, в свою очередь, в потенциальную энергию упругой деформации мышц. Поэтому при отталкивании при последовательном разгибании суставов ног используются упругие и сократительные свойства мышц.

Существует еще один биомеханизм, позволяющий увеличить вертикальную скорость ОЦМ тела - биомеханизм маховых звеньев. При подседании руки надо отвести назад и начать разгибание в ТБС с ускоренным сгибанием рук в плечевых суставах. Приобретение кинетической энергии руками за время амортизации не мешает телу, а, наоборот, способствует дополнительной загрузке мышц разгибателей коленного сустава и дополнительному накоплению в них ЭУД. Дальнейшее движение рук вперед вверх и торможение их приводит к увеличению вертикальной составляющей кинетической энергии туловища.

Особенности функционирования мышц нижних конечностей. В понимании работы односуставных мышц нет большой сложности (рис.1), они могут растягиваться и при активном состоянии накапливать энергию упругой деформации, при сокращении активной мышцы происходит преобразование химической энергии в механическую. Понять смысл работы двусуставных мышц сложнее. В данном случае:

1 - камбаловидная, 2 - икроножная, 3 - передняя болынеберцовая, 4 - длинная головка двуглавой мышцы бедра, 5 -короткая головка двуглавой мышцы бедра, 6 подвздошнопоясничная, 7- ягодичная, 8 - прямая мышца бедра, 9 -широкая мышца, например, латеральная головка 4-х главой мышцы бедра.

Обозначения: Ъ - длина звена, Ъх - координата точки крепления мышцы, и - угол в суставе, Ис! - плечо действия силы в дистальном суставе , Ир - плечо действия силы в проксимальном суставе.

- прямая мышца бедра при разгибании туловища (ТБС) передает мощность в коленный сустав, если она активна, и удлиняется - биомеханизм передачи мощности двусуставными мышцами.

- Двусуставные мышцы задней поверхности бедра должны укорачиваться, так как плечо их действия в ТБС в 2 раза больше чем в коленном. При нижней опоре, когда угол тяги этих мышц по отношению к голени становится меньше 90 град., они становятся синергистами мышцам передней поверхности бедра.

- Икроножная мышца также должна растягиваться при отталкивании, поэтому может передавать мощность от коленного сустава к голеностопному.

Таким образом, техника прыжка вверх с места должна иметь следующие отличительные признаки:

- подседание;

- последовательное разгибание ног в суставах;

- синхронное сгибание отведенных рук и разгибание ТБС;

- передача мощности от ТБС к КС и ГС двусуставными мышцами (прямой мышцей бедра и икроножной).

Если добавить к кистям дополнительную массу, то должен поменяться вклад биомеханизма маховых звеньев в создание вертикальной составляющей кинетической энергии тела при отталкивании. Разгон рук (большая масса двигается вниз) приведет к снижению вертикальной составляющей опорной реакции перед максимальным подседанием, дальнейшее движение рук, благодаря накопленной кинетической энергии, должно увеличить высоту прыжка.

Экспериментальная проверка корректности теоретических

следствий.

Методика. Регистрация кинематических и динамических характеристик движений человека осуществлялась с помощью -SELSPOT (Швеция) и динамометрической платформы (ВИСТИ). Проводилось антропометрическое обследование для оценки массинерционных характеристик. Трое испытуемых (масса 68-86 кг, длина тела 166-199 см) выполняли на динамометрической платформе два эксперимента.

1) Прыжки вверх из разных начальных условий: из седа, из седа с начальным разгибанием ТБС, из положения стоя, из положения стоя с махом рук , из положения стоя - в кистях рук гантели по 3 кг (всего 24 опыта). Регистрировалась величина опорной реакции и вычислялась по импульсу силы высота прыжка.

2) Прыжки вверх из трех начальных условий - без груза в руках, с 3 кг в каждой руке, с бронежелетом 14 кг на туловище.

Результаты. В таблице 3 представлены данные первого эксперимента об изменении высоты выпрыгивания из разных начальных условий.

Видно, что подключение дополнительных биомеханизмов увеличивает высоту (эффективность) прыжка.

На рис.2 представлены некоторые данные биомеханического анализа, подтверждающие адекватность теоретического умозрительного исследования. Разгон рук (большая масса двигается вниз) приводит к снижению вертикальной составляющей опорной реакции перед максимальным подседанием, дальнейшее движение рук, благодаря накопленной кинетической энергии, увеличивает высоту прыжка. По изменению кинетического момента туловища, бедер и предплечий с кистями видно, что прыжок выполняется с последовательным разгибанием сначала туловища (ТБС) с активным сгибанием рук, затем (через 0,07 с) КС и ГСС. Добавление к рукам груза приводит к увеличению кинетического момента предплечий в 2 раза, уменьшению первого пика и небольшому увеличению второго пика вертикальной составляющей силы опорной реакции. В целом выполнение прыжка с дополнительным грузом привело к увеличению скорости вылета ОЦМТ с 2,47 до 2,60 м/с (рис. 2 с).

Изучение зависимостей изменения скоростей

функционирования двухсуставных мышц показало (рис. 2 а), что мышцы задней поверхности бедра укорачиваются, прямая мышца бедра удлиняется и может передавать мощность от мышц разгибателей ТБС в КС для его разгибания, икроножная мышца во время отталкивания практически не изменяет своей длины или несколько укорачивается, поэтому также может передавать часть энергии от разгибателей коленного сустава к ГС.

Размещение на туловище дополнительной массы в 14 кг приводит к уменьшению амплитуды движения корпуса, росту величины опорной реакции в момент первого максимума на 7-10% и второго пика на 2-4%. Кинетическая энергия туловища увеличивается на 50-100%, а рук остается на прежнем уровне. Заметим, что масса тела выросла на 16%, а импульс силы только на 2%, поэтому скорость ОЦМТ при отрыве от опоры стала меньше. Следовательно, при неизменном уровне скоростно-силовой подготовленности, а в нашем случае дело обстоит именно так, изменение геометрии масс может как положительно, так и отрицательно влиять на эффективность реализации биомеханизмов двигательных действий. В качестве обобщения результатов можно вывести следующий закон.

Добавление массы к звеньям, движения которых согласуются с функционированиям основных частей тела,

а) скорости сокращения мышц: 1 - прямая мышца бедра; 2 -икроножная; 3 - широкая мышца бедра; 4 - длинная головка двуглавой;

в) изменение кинетического момента предплечья с кистью и грузом;

с) изменение характеристик движения ОЦМТ.

Обозначения: Е - энергия, И - вертикальная реакция опоры, Ух,Уу - горизонтальная и вертикальная скорости движения ОЦМТ, Ь - вертикальное перемещение ОЦМТ

позволяет повысить мощность работы не основпых мышц и в целом результат двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-силового характера.

Добавление массы к звеньям, движение которых уже осуществляется мышцами с предельной мощностью, приводит к снижению результата двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-силового характера.

Таблица 3

Изменение высоты прыжка вверх с места из разных исходных _поз и условий__________________

_ Условия проведения эксперимента Высота прыжка Р %

X см X % б %

1 Из седа 26 100 1,5 -

2 Из седа с опережающим разгибанием в ТБС 29 111 3,0 99

3 Из положения стоя 31 119 3,0 99

4 Из положения стоя с махом рук 38 146 4,5 99

5 Из положения стоя с грузом по 3 кг в каждой руке 40 153 4,6 96

р - вероятность достоверности различия между средними значениями прыжков из разных начальных условий, использовался однофакторный дисперсионный анализ.

6.2. Биомеханика прыжка в длину с места и влияние геометрии масс на организацию двигательных действий

Рассмотрим прыжок в длину с места в полной координации на сложной моделе.

Особенность сложной модели заключается в том, она представляет собой скелетно-мышечную модель с блоком управления мышцами (см. предыдущий раздел). Напомним, что модель включает кинематические звенья - руки, ноги и туловище. Добавление к моделе рук и мышц позволяет включить в теоретическое рассмотрение биомеханизмы маховых звеньев и двусуставных мышц.

Исходное положение - вертикальная стойка, руки вверху. Спортсмен опускает руки вперед, одновременно наклоняет туловище и сгибает ноги в коленных суставах. Это двигательное действие выполняется, во-первых, с целью выведения ОЦМТ из

равновесия - тело двигается вперед как перевернутый маятник, начинается приобретение кинетической энергии. Торможение рук в положении максимального отведения их назад ускоряет это вращение. Во-вторых, относительно свободное падение частей тела вниз придает телу дополнительную кинетическую энергию. На этом заканчивается этап подготовки к прыжку.

Начинается период амортизации. Ускоренное движение рук вперед с одновременным упругим подседом в коленных суставах, с использованием опережающего разгибания ТБС позволяет перевести кинетическую энергию тела в потенциальную энергию упругой деформации мышц разгибателей коленных суставов. Маховые звенья - руки, если двигаются с большой скоростью и ускоренно, то в момент их вертикального положения создают центробежные и инерционные силы.

С разгибания коленных суставов начинается процесс отталкивания. При разгибании коленных суставов управляющие моменты могут создаваться как за счет односуставных мышц (четырехглавая мышца бедра - боковая, внутренняя и межмышечная головки), так и двусуставной - прямой мышцы бедра. Эта мышца при опережающем разгибании ТБС может передавать мощность от мышц разгибателей ТБС к КС. Аналогичную роль могут сыграть медиальная и латеральная головки икроножной мышцы, эта мышца может передать мощность от коленного сустава к ГСС.

Таким образом, рациональное отталкивание характеризуется одновременным и скоординированным использованием биомеханизмов:

- перевернутого маятника, т.е. падения тела вперед как целого для достижения оптимального для данного спортсмена угла отталкивания;

- махового движения корпуса и рук для увеличения загрузки суставов (моментов) ног (ТБС и КС);

- накопления в мышцах разгибателях ТБС и КС энергии упругой деформации (эти мышцы должны растягиваться);

- торможения маховых звеньев, для передачи кинетической энергии рук в кинетическую энергию туловища.

- передачей мощности двусуставными мышцами от соседних суставов.

Экспериментальная проверка следствий теории.

кг, длина тела 166-199 см) выполняли на динамометрической платформе два эксперимента.

1) Прыжки вверх из разных начальных условий: из седа, из положения стоя, из положения стоя с махом рук , из положения стоя с махом рук - в кистях рук гантели по 3 кг (всего по 12 опытов каждый испытуемый). Регистрировалась величина опорной реакции и вычислялась по импульсу силы высота прыжка.

Результаты. В таблице 4 представлены данные первого эксперимента об изменении высоты выпрыгивания из разных начальных условий.

Видно, что подключение дополнительных биомеханизмов увеличивает длину (эффективность) прыжка.

На рис.3 представлены некоторые данные биомеханического анализа, подтверждающие адекватность теоретического умозрительного исследования. Разгон рук (большая масса двигается вниз) приводит (рис.3 с) к снижению вертикальной составляющей опорной реакции перед максимальным подседанием, дальнейшее движение рук, благодаря накопленной кинетической энергии, увеличивает длину прыжка. По изменению кинетического момента туловища, бедер и предплечий с кистями видно, что прыжок выполняется с последовательным разгибанием, сначала туловища (ТБС) с активным сгибанием рук, затем КС и ГСС. Добавление к рукам груза приводит к увеличению кинетического момента предплечий в 2 раза, уменьшению первого пика и небольшому увеличению второго пика вертикальной составляющей силы опорной реакции. В целом выполнение прыжка с дополнительным грузом привело к увеличению скорости вылета ОЦМТ с 2,50 до 2,93 м/с (рис. 3 с).

Изучение зависимостей изменения скоростей

функционирования двухсуставных мышц показало (рис. 3 а), что мышцы задней поверхности бедра укорачиваются, прямая мышца бедра удлиняется и может передавать мощность от мышц разгибателей ТБС в КС для его разгибания, икроножная мышца во время отталкивания сокращается, поэтому не может передавать энергию от разгибателей коленного сустава к ГС.

с места.

в) изменение кинетического момента предплечья с кистью и грузом;

с) изменение характеристик движения ОЦМТ.

Заметим, что масса тела выросла на 16%, а импульс силы только на 2%, поэтому вертикальная скорость ОЦМТ при отрыве от опоры стала меньше.

Таблица 4

Изменение результата прыжка в длину с места из разных

исходных поз и условий

Условия проведения эксперимента Результата прыжка Р %

X см X % б %

1 Из седа 170 100 0,5 -

2 Из положения стоя 190 112 1,0 99

3 Из положения стоя с махом рук 210 123 1,5 99

4 Из положения стоя с грузом по 3 кг в каждой руке 220 146 4,5 99

Обсуждение. Анализ результатов исследования показал, что изменение геометрии масс отдельных звеньев тела человека приводит к изменению техники прыжка. При увеличении массы рук спортсмен может более эффективно использовать мышцы рук для придания дополнительной энергии телу, В случае размещения дополнительной массы на туловище длина прыжка снижается, поскольку испытуемому приходится разгонять дополнительную массу за счет мышц ног. Мышцы ног в прыжке в длину являются лимитирующим фактором, поэтому затруднения в их работе немедленно сказываются на результате прыжка.

Следовательно, можно повторить то, что было сказано для случая прыжка вверх с места при неизменном уровне скоростно-силовой подготовленности, изменение геометрии масс может как положительно, так и отрицательно влиять на эффективность реализации биомеханизмов двигательных действий. В качестве обобщения результатов можно вывести следующий закон.

Добавление массы к звеньям, движения которых согласуются с функционированием основных частей тела, позволяет повысить мощность работы неосновных мышц и в

целом результат двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-силового характера.

6.3. Биомеханика пятерного прыжка в длину с места с ноги на ногу и влияние геометрии масс на организацию двигательных действий

В отличие от прыжков вверх и в длину с места в данном случае спортсмен имеет перед началом приземления большой запас кинетической и потенциальной энергии. Это обуславливает особенность техники отталкивания.

Рассмотрим сначала функционирование опорной ноги за период опоры. Нога ставится вперед слегка согнутой, поскольку только в этом случае, мышцы разгибатели коленного и тазобедренного сустава могут преодолеть внешние силы, а часть кинетической и потенциальной энергии накопить в себе. Для увеличения момента силы ТБС следует еще в полете активировать мышцы задней поверхности бедра. В этом случае двусуставные мышцы (длинная головка двуглавой, полусухожильная и полуперепончатая) помогут удержать туловище от падения вперед, уменьшат глубину подседа, повысят эффективность функционирования биомеханизма перевернутого маятника, т.е. вращения всего тела вокруг точки опоры, перевод поступательной энергии тела во вращательную. Дальнейшая активность мышц разгибателей ТБС, очевидно, создаст основную величину импульса силы, направленного на поддержание горизонтальной скорости движения ОЦМТ. Следовательно, кинематическая цепь - туловище, бедро, голень, стопа - обеспечивает действие биомеханизмов:

- перевернутого маятника;

- загребающей постановки ноги;

- накопления энергии упругой деформации в мышцах;

- разгибания суставов поги с акцентом на разгибание ТБС.

Рассмотрим вклад биомеханизма махового движения ноги. При торможении тела энергия не исчезает, в частности, она вызывает ускорение вращения маховой нош. Центробежные силы увеличивают загрузку опорной ноги, а после прохождения вертикали и начала торможения маховой ноги кинетическая энергия ноги переходит в кинетическую энергию вертикального вылета ОЦМТ.

Рассмотрим вклад биомеханизма махового движения двух рук.

Синхронное движение выпрямленных рук (для увеличения моментов инерции и согласования движения рук со скоростью разгибания ноги) совместно с маховой ногой, усиливает действие биомеханизма маховой ноги.

У техничных спортсменов при жесткой постановке ноги (загребающее движение) процесс амортизации в суставах проходит быстро (за 0,06-0,08 с), поэтому, несмотря на сгибание опорной ноги в коленном суставе, происходит все же подъем ОЦМТ вверх как результат действия биомеханизма перевернутого маятника.

Очевидно, что центробежные силы, действующие на руки, должны увеличить загрузку мышц разгибателей тазобедренного (ТБС) и коленного (КС) и голеностопного (ГС) суставов, однако увеличение запасов энергии упругой деформации может произойти только в разгибателе коленного сустава, т.е. трех головках 4-х главой мышцы бедра, поскольку прямая мышца бедра по ходу отталкивания растягивается, а значит передает мощность от ТБС к КС. Следовательно, вертикальное положение рук должно наблюдаться несколько ранее максимального сгибания коленных суставов (на 20-60 мс). В этот же момент должно произойти максимальное ускорение в разгибании маховой ноги в ТБС, что также должно увеличить вертикальную составляющую опорной реакции. Далее идет разгибание в КС и ТБС одновременно. Руки продолжают вращение и при достижении горизонтального положения начинают тормозиться, что облегчает процесс отталкивания.

- перевернутого маятника, т.е. падения тела вперед как целого для увеличения вертикальной скорости вылета ОЦМТ и загрузки мышц разгибателей коленного сустава опорной ноги;

- махового движения ноги и рук для увеличения загрузки суставов (увеличения моментов) опорной ноги;

- накопления в мышцах разгибателях КС опорной ноги энергии упругой деформации (эти мышцы должны растягиваться);

- загребающей постановки опорной ноги.

Экспериментальное исследование пятерного прыжка с места

Для экспериментальной оценки степени влияния изменения

геометрии масс рук и туловища на результат прыжка было выполнено тестирование 3-х испытуемых (масса тела 60-86 кг, длина тела 165-190 см). Они выполняли пятерные прыжки при трех начальных условиях, а именно, обычно, с грузом 3 кг в кистях рук и с грузом на туловище 14 кг. Каждый испытуемый выполнил по 9 прыжков (3 х 3).

Результаты. В таблице 5 представлены результаты эксперимента.

Таблица 5

Влияние дополнительной массы в руках и на туловище на _ результат в пятерном прыжке с места. _

Условия проведения Результат прыжка Р

эксперимента %

X X б

м % %

1 Обычный прыжок 10,3 100 5 -

2 С грузом 14 кг на туловище 8,1 78 7 99

3 С грузом по 3 кг в каждой руке 11,2 108 7 99

Увеличение груза на туловище приводит к достоверному уменьшению результата, при использовании дополнительного груза на руках приводит к достоверному улучшению результата. Следует обратить внимание на то, что при выполнении маха руками с грузом необходимо инструктировать спортсменов об активном торможении рук при выносе их вперед. В этом случае растет вертикальная скорость вылета ОЦМТ.

Во втором эксперименте были сняты видеокамерой пятерные прыжки детей 12-18 лет. Далее был выполнен биомеханический анализ с помощью биомеханических программ на ЭВМ.

Пример экспериментальных данных представлен на рис. 4. Спортсмен 7.21 показал результат 11,65, масса тела 67 кг, возраст 15 лет. За время опоры горизонтальная скорость ОЦМТ

Рис. 4. Биомеханические характеристики пятерного прыжка в длину с места.

а) скорости сокращения мышц: 1 - прямая мышца бедра; 2 -длинная головка двуглавой; 3 - икроножная;

в) изменение кинетического момента плеча опорной ноги и бедра маховой ноги;

с) изменение характеристик движения ОЦМТ. Обозначения: Е - энергия, Ух.Уу - горизонтальная и вертикальная скорости движения ОЦМТ, У - вертикальное перемещение ОЦМТ

уменьшилась на 0,1 м/с, вертикальная скорость изменилась от -0,8 до 2,0 м/с.

Суммарная поступательная энергия в начале опор составляла 1100 Дж, за следующие 0,04с уменьшилась на 70 Дж и далее увеличилась до 1250 Дж. Суммарная величина вращательной энергии всех звеньев достигает максимума через 0,06 с и составляет 44,2 Дж, далее эта энергия уменьшается.

Заметим, что ОЦМТ начинает двигаться вверх практически последние 4/5 времени опоры. Поэтому предполагаем - у спортсмена Ъ1\ эффективно сработал биомеханизм - перевернутый маятник.

Поступательная и вращательная энергии маховой ноги достигли максимального значения к середине опоры (от 40 до 60 Дж и от 6 до 14Дж соответственно). Затем энергия уменьшается.

Маховые руки двигаются синхронно и кинетическая энергия увеличивается у двух рук на 230 Дж. У спортсмена Ъ2\ мы не обнаружили явного торможения рук к концу опоры, это мы рассматриваем как грубую техническую ошибку.

6.4. Биомеханика спринтерского бега и влияние геометрии масс на организацию двигательных действий

В отличие от прыжков вверх и в длину с места, в данном случае спортсмен, как и при отталкивании в 5-ом прыжке, имеет перед началом приземления большой запас кинетической и потенциальной энергии. Это обуславливает особенность техники отталкивания, описание которой практически совпадает с ранее представленной техникой отталкивания в 5-ом прыжке.

Рассмотрим сначала функционирование опорной ноги за период опоры. Нога ставится вперед слегка согнутой, поскольку только в этом случае мышцы разгибатели коленного и тазобедренного сустава могут преодолеть внешние силы, а часть кинетической и потенциальной энергии накопить в себе. Для увеличения момента силы ТБС следует еще в полете активировать мышцы задней поверхности бедра. В этом случае двусуставные мышцы (длинная головка двуглавой, полусухожильная и полуперепончатая) помогут удержать туловище от падения вперед, уменьшат глубину подседа, повысят эффективность функционирования биомеханизма перевернутого маятника, т.е. вращения всего тела вокруг точки опоры, перевода поступательной энергии тела во вращательную. Дальнейшая активность мышц разгибателей ТБС, очевидно создаст основную величину импульса силы, направленного на поддержание горизонтальной скорости движения ОЦМТ. Следовательно, кинематическая цепь - туловище, бедро, голень, стопа - обеспечивает действие биомеханизмов:

- перевернутого маятника;

- загребающей постановки ноги;

- накопления энергии упругой деформации в мышцах;

- разгибания суставов ноги с акцентом на разгибание ТБС.

Рассмотрим вклад биомеханизма махового движения ноги. При торможении тела энергия не исчезает, в частности, она вызывает ускорение вращения маховой ноги. Центробежные силы в центрах масс звеньев маховой ноги увеличивают загрузку опорной ноги, а после прохождения вертикали и начала торможения маховой ноги кинетическая энергия ее переходит в кинетическую энергию вертикального вылета ОЦМТ.

Рассмотрим вклад биомеханизма махового движения двух рук. В беге руки двигаются на встрече друг к другу, поэтому они не могут способствовать созданию продвигающей силы ( в отличие от маховой ноги), горизонтальные составляющие силы всегда направлены на встречу друг к другу и взаимно компенсируются. Иначе соотносятся вертикальные составляющие силы, возникающие в центрах масс звеньев рук. На опоре обе руки сначала двигаются вниз, с значит сначала разгружают опорную ногу. При прохождении около вертикали ЦМ рук центробежные силы начинают загружать опору, как и инерционные силы, возникающие при ускоренном движении ЦМ рук вверх. Торможение рук в конце опоры должно передать их кинетическую энергию ОЦМТ, т.е. должно произойти увеличение длительности полета. Очевидно, что центробежные силы, действующие на руки, должны увеличить загрузку мышц разгибателей тазобедренного (ТБС) и коленного (КС) и голеностопного (ГС) суставов, однако увеличение запасов энергии упругой деформации может произойти только в разгибателях голеностопного сустава, т.е. в основном в икроножной и камбаловидной мышцах, поскольку коленный сустав по ходу отталкивания почти не меняет своей формы. Следовательно, вертикальное положение ЦМ рук должно согласовываться с максимальным сгибанием коленного сустава опорной ноги. В этот же момент должно произойти максимальное ускорение в разгибании маховой ноги в ТБС, что также должно увеличить вертикальную составляющую опорной реакции. Далее идет разгибание в ГСС, КС и ТБС одновременно. Руки продолжают вращение и начинают тормозится, что облегчает процесс отталкивания.

- перевернутого маятника, т.е. падения тела вперед как целого для увеличения вертикальной скорости вылета ОЦМТ и загрузки мышц разгибателей коленного сустава опорной ноги, вклад этого

механизма, видимо, минимален, поскольку время амортизации (опускания ОЦМТ) составляет более 40% длительности опоры;

- махового движения ноги и рук для увеличения загрузки суставов (увеличения моментов) опорной ноги с последующим их торможением для увеличения вертикальной скорости вылета ОЦМТ, следовательно, длины шага;

- накопления в мышцах разгибателях ГСС опорной ноги энергии упругой деформации (эти мышцы должны растягиваться);

- загребающей постановки опорной ноги для более раннего приведения основных двигателей - мышц разгибателей ТБС в активное состояние.

Экспериментальное обоснование эффективности функционирования биомеханизмов в спринтерском беге.

Влияние дополнительной массы в руках на технику спринтерского бега. С целью проверки степени влияния геометрии масс тела на технику бега был выполнен эксперимент на трех испытуемых (масса 60-90 кг, длина тела 170-190, квалифицированные легкоатлеты). Каждый атлет выполнял имитацию бега на месте для определения максимального темпа движений руками, бег на отрезке 50 м, последние 20 м пробегались с постоянной скоростью. Сначала выполнялось 5 попыток в нормальных условиях, от попытки к попытке скорость возрастала от 3 до 9 м/с. Затем опыт повторялся с грузом 1 кг в каждой кисти. Бег фиксировался на видеопленку. Камера устанавливалась на высоте 1,4 м, отстояла от линии бега на расстоянии 30 м. Далее при покадровом просмотре определялось время преодоления отрезка 12,2 м, длительность цикла бега, а далее вычислялись скорость, темп и длина шага.

Результаты. Максимальный темп движений руками при имитации бега на месте составил 6,5-7,5 ш/с. После обучения бегу с грузом испытуемые участвовали в эксперименте. У всех произошло увеличение длины шага за счет использования биомеханизма маховых движений рук. Причем с ростом скорости его вклад увеличивался. Например, у испытуемого В-1 в нормальном случае была обнаружена линейная связь:

Ь = 0,8 + 0,26 * V ; 11=0,95; при наличии 1 кг в каждой руке;

Ь = 0,8 + 0,29 * V ; 11=0,95.

Таким образом, можно предположить, что увеличение мышечной массы у американских спринтеров 1980-1990 гг. способствовало достижению ими выдающихся результатов в спринте. Для более убедительного подтверждения этого положения приведем данные В.В.Тюпы (1977) о вкладе рук в величину опорной реакции в спринтерском беге. По его данным, при беге со скоростью 9,6м/с спринтер с массой примерно 70 кг может создать с помощью

рук дополнительную нагрузку на опорную ногу порядка 400 Н. При этом маховая нога создает нагрузку в 700 Н.

Экспериментальное исследование спринтерского бега у детей

На рис. 5 представлены данные биомеханического анализа спринтерского бега спортсмена 17 лет, результат 8,03 с, скорость бега во время анализа 8,33 м/с, темп 3,57 ш/с, длина шага 2,20 м.

Продвижение вперед обеспечивается, главным образом, действием мышц опорной ноги. Анализ показывает, что основными двигателями являются мышцы разгибатели тазобедренного сустава. Короткая головка 2-х главой мышцы бедра начинает сокращаться еще до постановки ноги на опору, а во время опоры сокращается с постоянной скоростью -0,895 м/с. Аналогично функционирует длинная головка 2-х главой мышцы бедра. Однако, скорость сокращения несколько меньше -0,74 м/с. Поскольку место крепления обеих мышц на тазе одинаково, то различие обусловлено движением в коленном суставе. Широкие МБ опорной ноги растягиваются и сокращаются с минимальной скоростью 0,050,1 м/с. Прямая мышца бедра опорной ноги растягивается со скоростью 0,75 м/с, поэтому в конце опоры может передавать мощность от ТБС к КС. Икроножная и камбаловидная мышцы сокращаются во второй половине опоры и, видимо, обеспечивают создание вертикальной составляющей вертикальной скорости вылета ОЦМТ.

Таким образом, спортсмен в беге эффективно использует биомеханизмы:

- перевернутого маятника, опорная нога практически не сгибается в коленном суставе;

- махового движения ногой;

- накопления энергии упругой деформации в мышцах разгибателях голеностопного сустава, которые сначала растягиваются, а затем сокращаются.

Спортсмен практически не использует биомеханизм маховых движений рук.

Влияние скорости бега на скорость сокращения мышц.

Для установления этой зависимости можно изучить кинематику движений при беге одного испытуемого с разной скоростью, или у лиц, бегущих с максимальной скоростью, но с разным уровнем подготовленности, или решить задачу с помощью математического моделирования.

Математическое моделирование. Биомеханическая программа позволяет вводить разный интервал времени между кадрами, при этом пространственное перемещение остается как в реальном эксперименте.

Имитационное моделирование было выполнено на данных спортсмена М-22. Интервал времени изменялся 0,06;0,05;0,04;0,03 с.

а) скорости сокращения мышц: 1 - длинная головка двуглавой мышцы бедра маховой ноги; 2 - прямая мышца бедра опорной ноги; 3 - короткая головка двуглавой мышцы бедра; 4 - прямая мышца бедра маховой ноги; 5 - икроножная мышца опорной ноги; 6 -камбаловидная мышца опорной ноги; 7 - длинная головка двуглавой мышцы бедра опорной ноги;

в) изменение кинетической энергии звеньев маховой ноги: 1) бедро, 2) голень, 3) стопа;

с) изменение характеристик движения ОЦМТ. Обозначения: Е - энергия, Уу - вертикальная скорость движения ОЦМТ, У - вертикальное перемещение ОЦМТ

Результаты исследования скорости сокращения короткой головки 2-х ГМБ представлены в таблице 6.

Из таблицы видно, что с ростом скорости бега увеличивается скорость сокращения мышц. Заметим, что рост этот линеен.

Чисто теоретическими соображениями можно обосновать влияние размеров тела и длины мышечных волокон на скорость бега и сокращение мышц. Например, уменьшение размеров скелета должно приводить к уменьшению амплитуды сокращения мышц, а уменьшение длины мышечного волокна к уменьшению в нем количества саркомеров, следовательно, к уменьшению максимально возможной скорости сокращения мышцы.

Таблица 6.

Изменение скорости сокращения двуглавой мышцы бедра при увеличении скорости бега (имитационное моделирование).

Показатели Скорости сокращения мышц

Интервал времени, с 0,06 0,05 0,04 0,03

Скорость бега, м/с 5,8 7,0 8,6 11,5

Короткая головка, м/с -0,67 -0,81 -0,89 -1,35

Длинная головка, м/с -0,6 -0,71 -0,74 -1,19

Таким образом, по мере взросления у детей должна расти максимальная скорость сокращения мышц и бега: за счет увеличения длины мышечных волокон и размеров скелета. В случае нарушения этой тенденции причинами могут быть: особенности телосложения, мышечная композиция, техника бега. В тоже время темп бега может быть стабильной характеристикой, поскольку момент инерции маховой ноги с ростом тела растет очень быстро - пропорционально квадрату длины тела. Напомним, что момент инерции равен произведению массы на радиус инерции в квадрате.

6.6. Биомеханика отталкивания в прыжках в длину с разбега и влияние геометрии масс на организацию двигательных действий

Умозрительная модель отталкивания в прыжках в длину с разбега. Прыгуна будем рассматривать в виде многозвенной модели (две ноги, состоящие из стопы, голени, бедра, две руки, состоящие

из плеча, предплечья с кистью, туловища). К этим звеньям крепятся мышцы. Мы будем рассматривать только мышцы нижних конечностей. Управление мышцами при выполнении отталкивания осуществляется по программе, которая включается еще до постановки ноги на планку и ее коррекция не возможна по ходу отталкивания, поскольку слишком мала длительность опоры 0,110-0,130с. Сигнал от проприорецепторов в кору головного мозга за этот период не успевает пройти и тем более не может сформироваться новая программа.

В начале периода постановки ноги (ППН) опорная нога ставится на брусок под углом 65-70 град лишь слегка согнутой. Углы в тазобедренном (ТБС), коленном (КС) суставах составляют 165-170, 175-178 град соответственно. Выпрямленная нога и отклоненное назад от вертикали туловище при напряженных (активных) мышцах задней поверхности бедра позволяют спортсмену противостоять инерционным силам, возникающим при постановке опорной ноги. В ППН в спортсмене можно выделить следующие основные относительно независимые биомеханизмы:

- биомеханизм махового движения руки со стороны опорной ноги (БМРО);

- биомеханизм махового движения руки со стороны маховой ноги (БМРМ);

- биомеханизм маховой ноги (БМН);

- биомеханизм опорной ноги (БОН);

- биомеханизм разгибания туловища в ТБС (БРТ).

Руки (БМРО, БМРМ) двигаются навстречу друг к другу, это приводит к опусканию их ЦМ, некоторой разгрузке опорной ноги.

Маховая нога (БМН) двигается вперед, ЦМ ее опускается, что должно приводить к некоторой разгрузке опорной ноги.

Биомеханизм опорной ноги и биомеханизм разгибания туловища взаимодействуют между собой. Туловище обладает запасом поступательной кинетической энергии, опорная нога после постановки ноги теряет энергию. Поступательная энергия преобразуется во вращательную энергию опорной ноги и туловища. Для предотвращения складывания туловища должны быть уже в полете активированы мышцы задней поверхности бедра (прыгун должен сделать акцент на загребающую постановку опорной ноги -биомеханизм загребающей постановки ноги). Такая программа активности мышц позволяет выровнять энергию звеньев, после чего необходимость в активности мышц задней поверхности бедра становится ненужной, прыгун начинает чувствовать, что коленный сустав начинает сгибаться. Следовательно, требуется активировать мышцы передней поверхности бедра. Здесь начинается период подседания (ПП), а затем период накопления энергии упругой деформации (ПНЭУД). В этот отрезок времени руки и маховая нога

продолжают движение, их вращательное движение приводит к появлению центробежных сил, которые начинают увеличивать загрузку опорной ноги.

Для оценки влияния биомеханизма маховых движений рук был выполнен эксперимент с применением дополнительной массы, присоединенной к кистям рук - по 1 кг.

В эксперименте участвовали 3 испытуемых квалифицированных прыгунов в длину с разбега (результат 6,3-7,2 м).

Методика. Каждый спортсмен выполнил прыжки в длину с разбега в 3, 5, 7 беговых шагов по три раза (всего 9 прыжков), затем они обучались прыжкам с дополнительным грузом в 1 кг в кистях и повторили прыжки. Все прыжки были отсняты на видеопленку и затем вычислялась средняя скорость разбега по времени преодоления заданного отрезка 1,2м или 2,4м.

Результаты. С увеличением скорости разбега увеличивался линейно результат (г=0,93). У спортсмена Н1 (длина тела 170см, масса 56 кг, возраст 19 лет) эта взаимосвязь получилась следующей:

Ь = 1,0 * V , г=0,93 - прыжки без груза;

Ь = 1,035 * V , г=0,90 - прыжки с грузом в руках.

Таким образом, средняя прибавка в результат прыжка при использовании груза составила 2-4% от результата, за счет увеличения времени полета, т.е. вертикальной скорости вылета ОЦМТ.

Биомеханический анализ прыжков в длину с разбега выполнялся по данным видеосъемки прыжков детей 12-19 лет. Среди них наибольшей эффективностью техники отталкивания обладал спортсмен М-22, она составила КЭ=5,85/7,1=0,77, т.е. равна технике отталкивания спортсменов международного класса.

Особенности техники отталкивания.

Биомеханизм перевернутого маятника действовал очень эффективно (рис.6). ОЦМТ за время опоры поднимался вверх, за фазу амортизации на 10-12 см, вертикальная скорость выросла при этом на 1 м/с.

Биомеханизм маховых звеньев работал также очень эффективно, руки приобрели и отдали в вертикальном направлении 100 Дж, маховая нога 123 Дж. На момент отрыва от опоры это составило 50% энергии тела.

При разгибании ног за счет сокращения мышц разгибателей ТБС и КС приобретается остальная энергия 225 Дж. Источник ее -энергия упругой деформации мышц. Коленный сустав на всем протяжении опоры практически не разгибался.

\fmls 0,4

-0,4 ЕЛд

50 " О

У,т 1,21.0"

- .-

2 \ 1 ч/Л

^! Уу

1 а

УЛП/Б 2,0

1,0

■1,0

0,08

Ьс

Рис. 6. Биомеханические характеристики прыжка в длину с разбега.

а) скорости сокращения мышц: 1 - прямая мышца бедра опорной ноги; 2 - широкая мышца бедра опорной ноги; 3 -камбаловидная мышца опорной ноги; 4 - икроножная мышца опорной ноги; 5 - длинная головка двуглавой мышцы бедра опорной ноги;

в) изменение кинетической энергии: 1 - стопа маховой ноги; 2 -бедро маховой ноги; 3 - плечо, предплечье с кистью одной руки;

с) изменение характеристик движения ОЦМТ. Обозначения: Е - энергия, Уу,У - вертикальная скорость и перемещение ОЦМТ.

ВЫВОДЫ

1) На основе анализа современного уровня развития методологии теоретического исследования, изучения современного состояния динамической анатомии и спортивной биомеханики разработано новое направление в развитии биомеханики произвольных двигательных действий, созданы основы теоретической биомеханики, ее объект, предмет и методы исследования.

2) В основу теоретической биомеханики закладывается новое понятие - БИОМЕХАНИЗМ.

Биомеханизм - модель части или всего опорно-двигательного аппарата, обеспечивающая достижение цели двигательного действия за счет преобразования одного вида энергии в другой.

Биомеханизм, как целостная система, состоит из совокупности элементов, входящих в ее состав. Каждый элемент обладает определенными свойствами, которые могут по разному проявляется в движениях человека. Мышцы, кости, суставы, блок управления -элементы и идеальные объекты теоретической биомеханики. Из этих конструктивных элементов человек создает более или менее сложные системы - биомеханизмы, с помощью которых реализуется двигательная программа для достижения заранее поставленной цели движения. Программа управления активностью мышцы формируется человеком (ученым, тренером или спортсменом) произвольно до начала движения.

3) Разработан более точный метод оценки массинерционных характеристик сегментов тела по длине и массе тела детей от 2 до 19 лет на основе геометрического моделирования, который также позволяет оценивать направление профессионального отбора в детско-юношеском спорте.

4) Изучение соревновательных и тренировочных двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики позволило выявить ряд биомеханизмов реализации двигательных действий, раскрыть их сущность, что послужило основой для разработки прикладной теории технической подготовки легкоатлетов.

В легкой атлетике могут быть использованы следующие биомеханизмы:

- перевернутого маятника;

- последовательного разгибания суставов;

- свободного падения звеньев тела;

- накопления энергии упругой деформации;

- махового действия свободных кинематических цепей (конечностей);

- одновременного разгибания суставов;

- загребающей постановки ноги;

- передачи мощности соседним суставам двусуставными мышцами.

5) Телосложение и массинерционные характеристики тела влияют на организацию двигательных действий спортсмена. Добавление массы к звеньям, движения которых согласуются с функционированием основных частей тела, позволяет повысить мощность работы неосновных мышц и в целом результат двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-силового характера. Добавление массы к звеньям, движение которых уже осуществляется мышцами с предельной мощностью, приводит к снижению результата двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-силового характера.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях автора.

Монографии:

Berhaiem Ayed. Manuel d'athletisme// Tom 1. -Tunis:JMS edition, 1990.-179 p.

Статьи:

1. Berhaiem Ayed. La detection et l'orientation des futurs jeunes perchistes. - Bulletin scientifique et technique, 1984. - 42. - P.4-8.

2. Berhaiem Ayed. Apprendre a sayter a la perche.A. - Bulletin scientifique et technique, 1985. - 46. -P.4-11.

3. Berhaiem Ayed. Apprendre a sayter a la perche.B. - Bulletin scientifique et technique, 1986. - 50. - P.9-12.

4. Berhaiem Ayed. La detection des talents en saut en longueur. - Bulletin scientifique et technique, 1986. -52. - P.5-8.

5. Berhaiem Ayed. La pliometrie moyen de development de la force-vitesse chez les sauteurs. -Bulletin scientifique et technique, 1988. - 55,56,57. - P.14-18.

6. Берхаим Аиед, Селуянов B.H., Шалманов В.Н., Анненков К.В., Григоренко А.В. Биомеханизмы как основа развития биомеханики движений человека (спорта). // Теория и практика физической культуры. - 1995. - 7. - С.6-10.