Лекция №5
Скачать 192.94 Kb.
|
ЛЕКЦИЯ №5. Биомеханика двигательных возможностей человека. 1 ДВИГАТЕЛЬНЫЕ КАЧЕСТВА КАК РАЗНЫЕ СТОРОНЫ МОТОРИКИ ЧЕЛОВЕКА. Каждый человек обладает определенными двигательными возможностями (поднять определенный вес , показать определенную скорость и т.п.). которые проявляются в двигательных действиях. Совокупность двигательных возможностей человека называется моторикой О разнообразии двигательных возможностей человека говорит разнообразие двигательных действий ( ударные , локомоторные , переместительные и др.) Возникает непростой вопрос – как сопоставить двигательные возможности одного человека , проявляемые в разных двигательных заданиях или возможности разных людей в одном задании. Для этого необходима некоторая качественная мера и количественные оценки. Основу двигательных способностей человека составляют физические качества, а форму их проявления- двигательные умения и навыки. Двигательное (физическое ) качество-- это определенная качественная мера проявления физических возможностей человека в различных двигательных ситуациях, отдельные качественно разные стороны моторики человека. Понятие «двигательное качество» объединяет те стороны моторики ,которые: 1) проявляются в одинаковых характеристиках движения и имеют один и тот же измеритель (например, максимальную скорость) ; 2) имеют аналогичные физиологические и биохимические механизмы и требуют сходных проявлений психики. Более обобщенно под физическими качествами принято понимать врожденные ( генетически унаследованные ) морфо-функциональные качества , благодаря которым возможна физическая ( материально выраженная) активность человека, получающая свое полное проявление в целесообразной двигательной деятельности. Умеcно подчеркнуть. что термины «физические качества» и « физические (двигательные) способности « нетождественны .Двигательные способности- это индивидуальные особенности, определяющие уровень двигательных возможностей человека. Всю многосторонность двигательных возможностей человека можно охарактеризовать через ограниченное число двигательных качеств :силовые ,скоростно-силовые .быстрота. выносливость ,гибкость .ловкость Сопоставляемые в границах определенной меры такие Биомеханические параметры как сила . скорость, и время являются количественной оценкой интенсивности проявления тех или иных качеств, т.е.измерителями таких двигательных качеств как мышечная сила ,быстрота .выносливость являются соответственно сила , скорость и длительность. Следует понимать, что в действительности эти качества редко проявляются в чистом виде, чаще –в комплексном .Поэтому развитие одного качества неизбежно отражается на других и не всегда в желательном направлении. Например, развитее силы ведет к уменьшению быстроты и гибкости . 2 ^ Двигательное задание-это движение со строго оговоренными условиями (параметрами) его выполнения. Например, бег на 200 м. или 400 м. Бег на 200 м. и 400м. являются разными заданиями. В некоторых попытках спортсмен может поставить перед собой задачу показать наилучший результат. Например. подтянуться наибольшее число раз, прыгнуть на наибольшую высоту пробежать 100 м. за наименьшее время. Зарегистрированные при этом значения F , t и v называются максимальной силой, длительностью и скоростью двигательного задания. Эти значения зависят от задаваемых условий ( параметров) движения,. Если параметры двигательных заданий меняются. то меняются и названные значения. Зависимость между показателями максимальной силы, скорости и длительности в разных двигательных заданиях, отличающихся значениями своих параметров, называется параметрическими зависимостями. В качестве примера на рис 1. приведена параметрическая зависимость « скорость время»  Рис. 1 Параметрическая зависимость между скоростью и временем передвижения в циклических видах спорта—связь «скорость -- время» (по данным мировых рекордов). По абсциссе —время (с ) По ординате- скорость (м /с ) Видно., что в каждом виде спорта есть скорость ( в беге , например. около 5,80 м/с ) , которая может поддерживаться длительное время. При некоторых значениях задаваемых параметров (например, оптимальная длина дистанции ) спортсмен может показать самые большие величины максимальной силы ,скорости и длительности . Такие величины называются лимитными ( ) показателями соответствующего движения. Зависимость между лимитными значениями с одной стороны и величинами с другой в отдельных двигательных заданиях называется параметрическими зависимостями ( и др.) Например, есть ли связь между максимальной силой разгибателей ног ( ) и скоростью отталкивания в прыжках ( ), т.е. будут ли более сильные спортсмены выше прыгать?. Параметрические и непараметрические зависимости связаны в единой трехмерной форме. Пример такой зависимости «сила- время» приведен на рис 2.  Рис. 2 Зависимость «сила — время» (параметрические и непараметрические). По абсциссе — предельное время t и к число подъемов штанги. По ординате —- максимальная сила в жиме лежа Fmm)- По аппликате (вертикальной оси) — вес поднимаемой штанги (средняя сила, которую проявляют испытуемые при подъеме штанги, естественно, равна этому весу 0 Горизонтальные плоскости соответствуют непараметрическим связям «сила — время» (в частности, плоскость, соответствующая аппликате 50 кг, это рис. 42, б). Кривые линии, пересекающие горизонтальные плоскости, соответствуют параметрическим зависимостям двух испытуемых (для наглядности проведены семейства кривых) ^ КАЧЕСТВ.
Способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему посредством мышечных усилий называется силовыми качествами. . Силовые способности проявляются в двигательной деятельности человека На проявление силовых способностей оказывают влияние ряд факторов , наиболее значимыми из которых являются следующие : 1) собственно мышечные ; 2) центрально- нервные; личностно- психические ; 4) биомеханические 5) биохимические ; 6) физиологические ; 7) различные условия внешней среды . в которых осуществляется двигательная деятельность К биомеханическим факторам относятся расположение тела и его частей в пространстве , прочность звеньев опорно-двигательного аппарата , величина перемещаемых масс, инерционные характеристики звеньев тела и др. Различают силовые способности и их соединение с другими физическими способностями. (скоростно-силовые ,силовая ловкость, силовая выносливость (табл.. 2 )  А) ^ можно осуществить , используя в качестве физиологического обоснования кривую Хилла ( рис 3 ) Рис. 3.. Взаимосвязь силы, развиваемой мышцей при сокращении, со скоростью сокращения мышцы.( кривая Хилла) В области кривой, где скорость сокращения стремится к нулю, наблюдается максимальное проявление силы . Это изометрический режим , именно он соответствует проявлению «чистых» силовых качеств. В спорте это называется «статической силой» В том месте .где на кривой Хилла скорость стремится к максимуму. Сила стремится к нулю. В этом случае проявляется «чистые» скоростные качества мышц человека . Во всех других точках находят отражение скоростно- силовые качества ( «динамическая сила» ). Б)^ . Большинство движений в суставах- вращательные движения. С учетом этого режим сокращения мышц определяется соотношением внешнего момента сил к моменту сил, создаваемому мышцами. Когда вращающий момент мышцы меньше вращающего момента нагрузки , длина мышцы увеличивается – это эксцентрический (уступающий ) режим. В этом случае вращающий момент, создаваемый внешними силами ,больше ,чем при изометрическом и концентрическом сокращениях. В условиях ,когда момент внешних сил меньше момента сил, создаваемому мышцей, мышца сокращается концентрически (преодолевающий режим) . Следовательно, если отношение момента внутренних сил к моменту внешних сил равно единице , режим сокращения будет изометрическим , если больше единицы- концентрическим , если меньше единицы -эксцентрическим. Поэтому изменение длины мышцы происходит лишь в том случае ,когда отношение моментов сил- внутренних к внешним ,не равно единице. В) ^ - объясняется теорией скользящих нитей Сила тяги мышцы в активном состоянии определяется числом мостиков , образуемых между актиновыми и миозиновыми нитями. В состав мышц входит большое количество соединительно- тканных образований(эндомизий ,перепемизий ,сухожилия) и цитоскелетных компонентов. (титин, небулин идр.) При растяжении эти структуры генерируют пассивную силу упругости, которая слагается с активной составляющей. ,вызванной образованием мостиков. Поэтому при малых степенях деформации мышцы сила ее тяги обусловлена активными компонентами , тогда как при большой длине- в значительной степени пассивными компонентами. Г) ^ Управление движением и сохранение определенного положения тела и его звеньев связано с процессом сокращения мышц. Помимо выбора нужных мышц и момента их включения ЦНС должна регулировать степень их напряжения.( укорочения.) . для решения последней задачи ЦНС использует три механизма.: 1)регуляцию числа активных двигательных единиц ( мотонейронов ) данной мышцы; 2) выбор режима их работы; 3)определение характера временной связи активности двигательных единиц. 1) Любое движение всегда выполняется в результате активации двигательных единиц в определенной последовательности Этот процесс называется упорядоченным рекрутированием. Напомним ,что двигательный нерв (мотонейрон) имеет разветвленные аксоны и может иннервировать несколько мышечных волокон, которые вместе представляют функциональную единицу мышцы , называемую нейромоторной , или двигательной единицей (ДЕ ) (рис. 2.) Такая единица работает как единое целое ,т.е. сокращаются все входящие в нее мышечные волокна . Активная ДЕ - это такая единица, мотонейроны которой посылают импульсы, а мышечные волокна отвечают на них сокращениями. Число активных ДЕ определяется интенсивностью возбуждающих влияний, которым подвергаются мотонейроны данной мышцы со стороны нейронов более высоких моторных уровней (моторной коры , подкорковых моторных уровней) ,промежуточных нейронов спинного мозга и рецепторов. Количество мышечных волокон одно ДЕ зависит от функционального назначения мышцы и колеблется от нескольких единиц до нескольких тысяч. В мышцах глазного яблока их насчитывается 9-13, в икроножной- несколько тысяч Мышечные волокна одной ДЕ расположены на определенном расстоянии друг от друга, между ними находятся волокна других ДЕ. Диаметр территории отдельной ДЕ в среднем составляет 5-10 мм. На территории находятся и взаимно перекрываются волокна других ДЕ. ДЕ дифференцируются по физиологическим и биохимическим характеристикам нейронов и мышечных волокон. Объективным критерием деятельности ДЕ является время сокращения. У человека оно колеблется от 20 до 120мс. К основным типам волокон относятся медленносокращающиеся (МС) , или красные и быстросокращающиеся ( БС), или белые ( табл.1) Как следует из табл 1. ,отдельные типы волокон отличаются также механизмами энергообразования. В МС волокнах преобладают аэробные механизмы энергообразоания ,которые обеспечивают выполнение длительной работы на выносливость .Мотонейрон, иннервирующий МС- волокна , имеет небольшое тело клетки и управляет относительно небольшим числом мышечных волокон (10-180 ), характеризуется легкой возбудимостью . БС –волокна приспособлены к скоростной интенсивной работе небольшой Таблица 1. Метаболические, морфологические и функциональные характеристики мышечных волокон.   продолжительности Ресинтез АТФ в них протекает по анаэробному механизму. Характеризуются высоким порогом возбуждения. Мотонероны имеют большое тело и иннервируют от 300 до 800 мышечных единиц. Увеличение силы , развиваемой мышцей, - это  Рис. 4 Схема двигательной единицы мышцы процесс активации дополнительных ДЕ. Так как любая мышца иннервируется мотонеронами разных размеров, то реакция их на возбуждающие влияния оказывается различной. Чем меньше размер тела нейрона . тем ниже порог возбуждения. Поэтому при относительно слабых возбуждающих влияниях потенциалы действия возникают лишь у наименьших мотонеронов данной мышцы Следовательно, слабые напряжения мышцы обеспечиваются в основном активностью низкопороговых малых ДЕ- красными ,медленносокращающимися Большие напряжения мышцы требуют большей интенсивности возбуждающих влияний на ее мотонейроны: помимо малых ДЕ активными становятся все бо льшие по размеру ДЕ. Связь размеров мотонейронов с порядком их рекрутитрования известна как правило размера Хенемана . Следовательно, последовательность включения всего спектра ДЕ осуществляется в следующем порядке: МС -БС - –БС . С уменьшением силы мышцы ДЕ последовательно дезактивируются в обратном порядке – последняя рекрутированная единица дерекрутируется первой. Поэтому степень использования больших ДЕ меньше по сравнению с малыми и они хуже тренируются. ^ Режим активности ДЕ Чем выше частота импульсации мотонейрона, тем большее напряжение развивает ДЕ, тем значительнее ее вклад в общее напряжение ..Увеличение напряжения мышцы возникает благодаря  Таблица 2. Классификация силовых способностей и их соединений . усилению возбуждающих влияний на ее мотонейроны Это усиление приводит не только к включению новых, более высокопороговых мотонейронов. но и к повышению частоты импульсации в первую очередь у относительно низко пороговых мотонейронов. Следовательно, в то время .когда МС- волокна работают в режиме гладкого режиме тетануса, мышечные волокна БС- типа фукционируют в режиме зубчатого тетануса , либо одиночных сокращений. Таким образом , ДЕ способны изменять частоту импульсации , от которой зависит сила и скорость сокращения мышечных волокон. Минимальная частота импульсации ДЕ (8-12 Гц.) сопровождается слабым мышечным напряжением мышцы, максимальная (140)- Гц.) – оптимальным проявлением мышечной силы. Максимальная частота может быстро снижаться, вызывая падение мышечного напряжения. Средний диапазон , в котором ДЕ модулируют стабильную частоту импульсации , составляет 8- 30 Гц. Кроме того. развитее максимальной силы малыми проксимальными мышцами определяется преимущественно частотой импульсации ;. большими дистальными мышцами – частотой и рекрутированием новых ДЕ. Следует учитывать ,что правило размера соблюдается не при всех условиях В частности , при быстрых сокращениях с максимальным ускорением, при внезапных коррекциях движения в первую очередь включаются двигательные единицы БС - типа. Выбор двигательных единиц в этих условиях осуществляется центральной моторной программой за счет их селективной активации посредством изменения порогов возбудимости. ^ Напряжение мышцы зависит также оттого .как связаны во времени импульсы, посылаемые различными мотонейронами данной мышцы. Если ДЕ работает в режиме одиночных сокращений ,но асинхронно ( разной частотой ), то общее напряжение всей мышцы колеблется незначительно. При утомлении ДЕ начинают возбуждаться одновременно . Движение теряет плавность ,точность .возникает тремор (колебания с частотой около 6 колебаний в секунду ). Если ДЕ работают в режиме полного или частичного тетануса, то характер временной связи их активности почти не влияет на величину максимального напряжения. Градиент силы зависит как от числа активных ДЕ ,так и от начальныой частоты и степени синхронности импульсов мотонеронов данной мышцы.
Сила действия человека – это воздействие его на внешнее физическое окружение , передаваемое через рабочие точки. Она может быть представлена в виде вектора и задана: 1) направлением ; 2) величиной ( скаляром ) ; 3) точкой приложения. Сида действия человека зависит от состояния человека ,его волевых усилий ,а также внешних условий, в частности , от параметров двигательного задания. Силовые качества характеризуются максимальными величинами силы действия ( F ), которую может проявить конкретный человек. Классификация силовых качеств (способностей ) приведена в табл 2. , из которой следует .что в собственно – силовых способностях следует различать две разновидности силы: динамическую и статическую силу. Статическая сила проявляется :1 ) при относительно медленных сокращениях мышц в упражнениях с околопредельными и предельными отягощениями ; 2.)при мышечных напряжениях изометрического типа. Динамическая сил характеризуется непредельными напряжениями мышц , проявляемыми с необходимой , часто максимальной ,мощностью в упражнениях , выполняемых со значительной скоростью . К скоростно-силовым способностям относят: 1) быструю силу; 2) взрывную силу. ^ характеризуется непредельным напряжением мышц в упражнениях, выполняемых со значительной скоростью, не достигающей предельной величины. Взрывная сила отражает способность человека по ходу выполнения двигательного действия достигать максимального показателя в возможно короткое время. При использовании силовых упражнений величину отягощения дозируют или весом поднятого груза, выраженного в процентах от максимальной величины, или количеством возможных повторений в одном подходе, что обозначается термином повторный максимум (ПМ). В первом случае вес может быть минимальным (60% от максимума), малым (от 60 до 70% от максимума), средним (от 70 до 80% от максимума), большим (от 80 до 90% от максимума), максимальным (свыше 90% от максимума) (Р.Роман). Во втором случае вес может быть: предельным — 1 ПМ, околопредельным — 2—3 ПМ, большим — 4—7 ПМ, умеренно большим — 8—12 ПМ, малым — 19—25 ПМ, очень малым — свыше 25 ПМ (В.М.Зациорский, 1970). Частота занятий силового направления должна быть до трех раз в неделю. Применение силовых упражнений ежедневно допускается только для отдельных небольших групп мышц. В практике физического воспитания известно большое число методов , используемых в воспитании различных видов силовых способностей Краткое описание этих методов приведено в табл. 2.     3. Сила действия человека и сила тяги отдельных мышц. Сила действия человека непосредственно зависит от силы тяги отдельных мышц. Однако между натяжением той или иной мышцы и силой действия человека нет однозначного соответствия. Это связано со следующими обстоятельствами.
Таблица 3* Плечо силы икроножной мышцы относительно коленного сустава при разных углах разгибания в коленном суставе  3 ) Сила действия человека зависит от положения его тела ..С изменением положения сустава изменяется длина мышцы .Но сила , развиваемая мышцей, является функцией ее длины ..Приближенно можно считать, что максимальная сила падает пропорционально квадрату уменьшения ее длины. 4) Изменение длины мышцы и плеч сил мышечной тяги приводит к тому, что для каждого односуставного движения существует определенная зависимость между суставным углом и максимальной силой действия. 5) Любая мышца прикрепляется к кости не в точке , а на отрезке конечных размеров. Если площадь прикрепления мышцы значительна ( пример- большая грудная мышца) или мышца имеет несколько головок, ( четырехглавая мышца бедра ) , то мышечное усилие может развиваться по нескольким линиям действия 6) Поскольку перемещение звена- это вращательное движение , то силовой результат действия всех, окружающих данный сустав ,мышц (управляющий момент ) , определяется векторной суммой сил, создаваемых отдельными мышцами ( сгибателями и разгибателями.)
происходит при разной степени их деформации (длине).Экспериментально установлено (Л,М,Райцин ) ,что тренировка силовых качеств при растянутом положении активных мышц вызывает меньший прирост силовых показателей , но более высокий их перенос на нетринеруемые положения тела . Наоборот, если максимальное натяжение активных мышц имеет место при наибольшем их укорочении . силовые качества растут быстрее. Однако в этом случае перенос на нетренируемые положения тела существенно ниже , чем в первом варианте. 3.при одной и той же силе действия ( например , весе штанги 0 и разных позах величины сил и силовых моментов ,действующих в отдельных суставах, могут значительно различаться. Кроме величины силовых моментов может меняться и направление их действия. При неправильновыбранной позе это может привести к травме ( рис. 5 )  Рис. 5 Варианты поз спортсмена при приседании со штангой 50 кг на плечам (по Плагенхофу). В каждом из этих положений сила действия одинакова ( = 50 кг), а вращательные моменты силы в суставах различны ^ Соотношение максимальной силы действия разных мышечных групп называется топографией силы . Характерные черты топографии силы следующие: 1) У людей. , не занимающихся спортом, лучше всего развиты мышцы , противодейстующие силе тяжести: разгибатели спины и ног , сгибатели рук. 2) У спортсменов топография силы зависит от спортивной специализации. Во многих видах спорта обнаружена прямая зависимость между показателями топографии силы и спортивными результатами. 3). Неправильная топография силы может препятствовать овладению рациональной техникой Например, начинающие толкатели ядра , у которых силаразгибателей рук относительно превосходит силу нижних конечностей. Стемятся выполнять упражение в основном за счет движения толкающей руки ,мало используя мощные мышцы ног и туловища. ^ упражнениям Специальными называются упражнения , предназначенные для совершенствования техники и двигательных действий, проявляемых при выполнении основного соревновательного движения. С биомеханической точки зрения такие упражнения должны удовлетворять принципу динамического соответствия Ю,В, Верхошанский )., т.е. соответствовать соревновательному по следующим критериям : 1) по амплитуде и направлению движения; 2) акцентируемому участку рабочей амплитуды движения ; 3) величине силы действия; 4) быстроте развития максимума силы; 5) режиму работы мышц. В качестве специальных силовых упражнений часто используют основные соревновательные движения , но с искусственно увеличенным сопротивлением: метание утяжеленных снарядов, бег , прыжки с отягощением, по песку ,снегу , в гору и т.п. Так как при этом одновременно совершенствуются двигательные качества и техника движений, это направление называется методом сопряженного воздействия.
При контроле за силовыми качествами обычно учитывают три группы показателей ( рис. 6. ) 1.) Основные : а) мгновенные значения силы в любой момент времени , в частности. максимальную силу.; б) среднюю силу. 2,) Интегральные – импульс силы 3 ) Дифференциальные- градиент силы. ^ наглядна , но в быстрых движениях сравнительно плохо характеризует конечный результат. Конечный эффект действия силы определяется импульсом силы .Графически - это площадь ,ограниченная кривой F( t ). При численных расчетах импульса силы производится операция интегрирования, поэтому этот показатель называется интегральным. ^ - это условный показатель, равный частному отделения импульса силы на время ее действия. Дифференциальные показатели- получают в результате применения операции дифференцирования Они показывают , как быстро изменяются мгновенные величины силы.  ^ F max — наивысшее значение силы; tmax — время его достижения; Тобщ — общее время действия силы; Fср.C—средняя сила; I— импульс силы Измерение градиентов силы -. Дифференциальные показатели (градиент) силы характеризуют уровень развития взрывной силы спортсмена. Определение их величины связано с измерением времени достижения максимума силы или каких- то фиксированных ее значений ( например, 0,5 ). Чаще всего это делается с помощью тензодинамических устройств, позволяющих фиксировать динамику изменения силы . Результаты анализа динамограммы позволяют рассчитать значения градиентов силы ( K , I , Q ) Приближенную оценку скорости нарастания силы можно получить по одной из следующих формул: Первая из них используется для характеристики взрывной силы в движениях, где развиваемые усилия близки к своему абсолютному максимуму; вторая- в тех случаях , когда необходимо оценить величину градиента силы в начальной части движения. Когда речь идет о перемещении собственного тела спортсмена (а не снаряда ) , удобно пользоваться коэффициентом реактивности . С ростом квалификации спортсмена время выполнения движения сокращается и поэтому роль градиента силы становится все более значимой. Например ,время .необходимое для достижения максимальной силы составляет 300-400 мсек. , тогда как время проявления силы действия во многих движениях существенно меньше :отталкивание в беге у спринтеров составляет менее 100мсек. ; отталкивание в прыжках в длину- менее 150-180 мсек.; в высоту –менее 250 мсек. и т.п.Во всех этих случаях спортсмен не успевает проявить свою максимальную силу и достигаемая скорость в значительной степени зависит от градиента силы. ^ Импульс силы характеризуется площадью под кривой (рис.6) Этот показатель оценивает силовые качества в ударных движениях. ЛИТЕРАТУРА
Изд. центр «Академия», 2005.- 256 с.
Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений .-3-е изд.. стер. -М.: Изд. центр «Академия», 2004- ;480 с.
 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Авторский коллектив: Н. С. Щекин (лекция 8); Г. И. Касперович (лекция 9); В. Ф. Берков (лекция 10); И. Г. Подпорин (лекция 11); В.... | | Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... |
| Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... | | Лекция 15. Финансирование государственной службы. Контроль и надзор за соблюдением законодательства о государственной службе |
| Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой | | Лекция II. Судебная власть и правосудие |
| Лекция Государственное регулирование внешнеэкономической деятельности: сущность, методы (тарифные и нетарифные) | | Лекция основные правовые системы современности. Международное право как особая система права – 2 часа 65 |
| Лекция Модернизм и постмодернизм в искусстве и эстетической теории ХХ века | | Введение. Предмет дисциплины. Краткие сведения из истории метрологии и стандартизации (Лекция №1) |