Биомеханические критерии рациональности технических действий в армспорте

- 2 -
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ........................................................ 6
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.................................... 10
1.1. механические основы армспорта......................... ю
1.2. Биомеханические основы физической подготовленности спортсменов в армспорте............................. 13
1.2.1. верхние конечности как рычага первого и второго-рода.......................................................14
1.2.2. Место крепления мышц к костным рычагам............. 15
1.2.3. зависимость силы тяги мышц от угла в локтевом суставе................................................... 17
1.2.4. "Специализация" мышц - сгибателей руки в локтевом суставе.......................................... 20
1.2.5. Трехкомпонентная модель мышцы и режимы сокращения мышц........................................... 22
1.3. Классификация и биомеханические аспекты технических действий в армспорте.................................. 30
1.3.1. Захваты кисти...................................... 31
1.3.1.1. Биомеханические и анатомические особенности кисти руки человека....................................... 31
1.3.1.2. Нормативные модели руки......................... 32
1.3.1.3. Разновидности захватов в мануальной биомеханике............................................... 34
1.3.1.4. Сила кисти...................................... 36
1.3.1.5. Захваты кисти в армспорте....................... 39
1.3.2. Движения руки..................................... 42
1.3.2.1. Зависимость силы мышц верхних конечностей
- 3 -
от направления движения руки.............,.......... 42
1.3.2,2. Классификация атакующих действий рукой
в армспорте......................................... 42
1! з: з;' Движения туловища...............У.'.'... .'. .'.'.'.'.У.'. 4.4"
1.3.4. Стойки, упоры и зацепы ногой в армспорте.......... 48
1.3.4.1. Зависимость силы мышц нижних конечностей
от угла в коленном суставе.......................... 48
Заключение по главе. ............................................... 53
ГЛАВА II. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ, МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ... 54
2.1. Цели и задачи исследования ............................ 54
2.2. Методика и организация исследования..................... ьь
2.2.1 Методика исследования................................... 55
2.2.2 Испытуемые, организация проведения исследования
И обработка данных...................................... 59
2. 2. 2.1 Испытуемые.......................................... 59
2.2.2.2 Организация проведения исследования и
его теоретическое обоснование........................ 59
2.2.2.3 Обработка данных...................................... 63
ГЛАВА III. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ СИЛЫ
ДЕЙСТВИЯ ПО ЗАМКНУТОЙ БИОКИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ 66
3.1. Результаты первого направления исследования 66
3.1.1. Топография силы борцов в атакующих действиях
в сторону и на себя................................... 66
3.1.1.1. Вклад элементарных движений в атакующие действия в сторону и на себя.................................. 71
3.1.2. Взаимосвязь между показателями силы действия
в атаке в сторону и на себя........................... 73
3.2. Результаты второго направления исследования 75
- 4 -
3.2.1. Скоростно-силовые качества борцов в атакующих действиях.............................................. 75
3.3. Результаты третьего направления исследования 81
3.3.1. Длина рычага силы в основных защитных
действий............................................. 81
3.3.2. Сила в защитных действиях захватами
"крюк" и "кобра”............................... 83
3.3.2.1. Взаимосвязь силы в защитных действиях
с силой в атакующих действиях и с антропометрическими показателями........................ 86
3.4. Результаты четвертого направления исследования 83
3.4.1. Сила мышц - сгибателей пальцев и кисти........... 89
3.4.1.1. Взаимосвязь силы мышц - сгибателей пальцев и кисти с силой в атакующих и защитных • действиях.................................................... 92
3.4.2. Взаимосвязь антропометрических показателей с силой мышц - сгибателей пальцев и кисти,
и с силой в атакующих действиях...................... 94
ГЛАВА IV. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ РАЦИОНАЛЬНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ДЕЙСТВИЙ В APMCIIOPTE............................................. 98
4.1. Биомеханические основы армспорта...................... 99
4.1.1. Биомеханическое обоснование рациональности атакующих действий в армспорте..............................101
4.1.1.1. Техника захвата кисти соперника.................. 102
4.1.1. 2. Рациональность техники атаки рукой........... 104
4.1.1.3. Рациональность техники атаки туловищем 108
4.1.1.4. Рациональность техники постановки ног........ 109
4.1.1.5. Биомеханическое обоснование рациональной
- 5 -
техники передачи усилия по замкнутой биокикематической цепи............................ 110
4.1.2. Биомеханика защитных двигательных действий 112
4.2. Педагогические требования и практические рекомендации по совершенствованию технической
и физической подготовки борцов в армспорте 114
4.2.1. Биомеханическое обоснование выбора упражнений и тренировочных средств в армспорте.................... 118
4.2.1.1. Природа внешних сил в тренировке спортсмена.. 118
4.2.1.2. Величина внешнего сопротивления................... 121
ВЫВОДЫ........................................................... 125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................ 131
- 6 -
ВВЕДЕНИЕ
Исследование биомеханизмов передачи силы действия по"замкнутой биокинематической цепи от нижних конечностей к верхним и биомеханическое обоснование рациональности техники выполнения этих движений, например, в спортивных единоборствах до настоя-107'р_вр'вяени'‘сптгаш1'ся'_ншзуч'е'нньи«и на’ теоретическом и экспериментальном уровне.
С биомеханической точки зрения изучение закономерностей этого процесса с позиций выявления лимитирующих факторов эффективного преодоления внешнего сопротивления через рабочие точки тела является актуальным /9/.
В эргономической биомеханике и биомеханике спорта собран обширный экспериментальный материал по проблеме передачи усилия нижними и верхними конечностями. Введение понятий об основных кинематических механизмах и биомеханизмах в локомоторных и перемещающих движениях дало возможность обобщить, систематизировать и формализовать все это многообразие данных до небольшого числа закономерностей, проявление которых, как сказалось, обусловлено особенностями строения и функции опорно-двигательного аппарата человека. Однако, остались не выясненными закономерности передачи усилия в замкнутой биокинематической цепи в условиях, характеризующихся статической работой мышц для одних кинематических пар и динамической - для других /3, 8, 17, 42,
56. 61, 83, 84/.
Количественные данные по такого рода проблеме могут представлять интерес не только в биомеханике спорта, в частности, для армспорта, но и в других отраслях, например, при разработке и
- 7 -
построении роботов-манипуляторов. В этом в значительной СТ0П0НИ состоит теоретическая значимость настоящей работы.
Оценка состояния данного вопроса по результатам анализа доступной литературы показала, что публикации по армспорту научного плана практически отсутствуют.
Имеющаяся литература носит в большей мере популярный характер с элементами рекламно-просветительского направления* включающими информацию о правилах соревнований, рейтинговой системе и, в частности, первых комплексах упражнений для начинающих заниматься армслортом /6, 7. 23 - 39* 49/.
В качестве рабочей гипотезы выдвинуто предположение о том* что выбор критериев для биомеханического обоснования рациональности различных видов атакующих и защитных действий в армспорте должен проводиться на основе топографии силы и закономерностей ее передачи по замкнутой биокинематической цепи.
Научная новизна работы заключается, прежде всего, в подходе к организации и проведению экспериментального исследования. Впервые была разработана методика, позволяющая количественно оценить скоростно-силовые качества спортсменов разной квалификации.
Получены количественные данные топографии силы и определены вклады движений каждого из элементов биокинематической цепи в целостные атакующие и защитные двигательные действия спортсменов разной квалификации в армспоте. Дана также оценка передачи силы действия по замкнутой биокинематической цепи при имитации одиночного и тетанического сокращения мышц и выявлены лимитирующие факторы эффективности этой передачи. Установлены закономерности взаимосвязи между динамическими характеристиками
- а -
в различных двигательных заданиях, а также их взаимосвязь и антропометрическими показателями.
С практической точки зрения выявленные дискриминативные признаки мастерства и биомеханические критерии рациональности технических действий в армспорте могут быть применены в тестировании спортсменов и в тренировочном процессе при совершенствовании спортивно-технического мастерства борцов в данном виде спорта* Весь материал научного исследования может быть представлен в виде учебного пособия ПО' подготовке специалистов по армспорту, а отдельные его разделы - в соответствующих главах учебника ПО' биомеханике для ифн.
В качестве основных положений на защиту выносятся следующие:
1. Вклад элементарных движений туловищем и ногами в це-'* лостное двигательное действие зависит от позы спортсмена, а не от его квалификации. В то же время абсолютные и относительные-значения силы действия являются дискриминативными признаками их мастерства.
2. Динамика коэффициентов взаимосвязи между силовыми и скоростно-силовыми характеристиками атакующих и защитных действий у спортсменов разной квалификации, а также их связь с антропометрическими показателями обусловлена значительной внутригрупповой вариацией показателей силы действия.
3. Эффективность передачи усилия по замкнутой биокинемати-ческсй цепи при преодолении внешнего сопротивления через рабочую точку тела (кисть) зависит от силы мышц - сгибателей кисти и пальцев. Их следует рассматривать как лимитирующие факторы этой передачи.
4. Рациональными, с точки зрения величины проявляемого усилия, следует признать все атакующие и защитные действия, выполняемые захватом кисти способом “кобра". Он позволяет одновременно уменьшить плече рычага и увеличить силу тяги сократительного компонента мышц предплечья.
5. Выбор рациональной техники атакующих и защитных действий в армспорте необходимо обосновывать с учетом особенностей строения и функции опорно-двигательного аппарата человека, которые "диктуют" выбор соответствующих критериев на основе известных зависимостей: "сила-угол", "плечо силы-угол", "сила-скорость" и др.
- 10 -
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Учитывал, что по данному виду спорта нами не обнаружено научно-исследо вате ль с ких' раоот' эксперШёнтального плана „ настоящий обзор в большей мере носит аналитический характер.
1Л. механические основы армспорта
ь армспорте’ руку спортсмена, а точнее предплечье, следует рассматривать как рычаг. В механике общеприняты следующие основные характеристики рычага (рис. I) /9/:
- длина рычага (П;
- ось вращения (0);
- точка приложения силы (И);
- направление действия этой силы (вектор);
- плечо силы «1 - перпендикуляр, опущенный из оси вращения ка направление действия силы),
Учитывая, что поворот рычага - это не поступательное, а вращательное движение, причиной его возникновения является не сила, а момент силы (1т) - произведение силы на плечо (Г-й). Чем больше величины прикладываемого к рычагу усилия и плеча силы, тем легче повернуть рычаг.
По определению, момент силы есть мера взаимодействия между телами во вращательном движении.
На рисунке 1.1 показано, что если силу приложить по направлению продольной оси рычага, он вращаться не будет, так как плечо силы равно нулю, а следовательно, и момент силы равен нулю. Но стоит только приложить усилие под углом к продольной оси
Рис. 1 Механические основы армспорта (пояснение в тексте)
- 12 -
рычага, то возникает плечо силы и рычаг начинает ускоренно поворачиваться. Максимальное угловое ускорение (с) рычага будет иметь место, когда направление действия силы перпендикулярно продольной оси рычага (где пгН* - момент инерции предплечья):
1*ах = ^ = *Е
В этом случае плечо силы будет равно плечу рычага (I -расстояние от оси вращения до точки приложения силы).
Следовательно, чем дальше от оси вращения приложена сила, тем легче повернуть рычаг и наоборот - чем ближе, тем труднее (рис. 1.11). однако повернуть рычаг с одним и тем же ускорением можно лиоо приложив большое усилие на маленьком плече силы, либо минимальное усилие, но на большом плече. В этом смысле в армспорте повернуть короткое предплечье иипершка труднее, чем длинное (при прочих равных условиях, т. е. равенстве силы тяги мышц соперников).
Вектор силы, приложенной к рычагу, можно разложить на две его составляющие по правилу параллелограмма (рис. 1.III). ?2 -направлена здоль рычага и воздействует на сустав. П - направлена перпендикулярно к продольной оси рычага и создает вращательный момент силы П-сИ. Однако логика приводимых выше доказательств не меняется, т.е. И-(И = Г-а.
Из рассмотренного закона вращательного движения рычага можно сделать ряд практических выводов и рекомендаций для совершенствования технической и скоростно-силовой подготовки спортсменов в армспорте, а также некоторые суждения в отношении справедливости существующих празил разделения спортсменов по