РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ АВТОМАТИЗОВАНИХ ВИМІРЮВАНЬ КІНЕМАТИЧНИХ ТА ДИНАМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРИ ВИКОНАННІ ФІЗИЧНИХ ВПРАВ
Приступаючи до створення спеціалізованих інформаційно-вимірювальних систем, необхідно перш за все визначити інформативні параметри, а також методи та засоби їх вимірювання. Враховуючи специфіку застосування таких систем у галузі спорту для цього доцільно використати математичне моделювання взаємодії "спортсмен-опора-спорядження".
2.1. Аналіз інформаційних параметрів взаємодії "спортсмен-опора-спорядження"
Досвід роботи автора у КНГ при збірних командах України з лучного, санного спорту, бобслею вказує, що особливу увагу тренери та спортсмени приділяють підгонці та настроюванні зброї у лучному спорті, стартовій вправі у санному та розгону у бобслеї. Враховуючи ці особливості, розглянемо відповідні математичні моделі для виділення найбільш інформативних параметрів.
2.1.1. Математична модель системи "лук?стріла". В лучному спорті згідно з даними останніх досліджень, внесок якості лука і стріл у результат в деяких випадках досягає 90 відсотків. Тому при підготовці лучників високої кваліфікації особлива увага приділяється підбору параметрів лука відповідно до індивідуальної техніки кожного спортсмена.
У [27] розглядається математична модель лука (рис. 2.1) за таких умов:
* тятива не розтягується;
* руківка лука має можливість вільно рухатися у вертикальній площині у напрямку, протилежному до напрямку руху стріли;
* геометрія системи "плече?тятива" в динаміці така сама, як і в статиці.
Рис. 2.1. Вектори швидкостей характерних точок лука
При цьому використовувались такі умовні позначення: с ? стріла; р ? руківка; п ? плече; т ? тятива; в ? її верхня та н ? нижня вітки; v ? швидкість; m ? маса; W ? кінетична енергія; А ? робота; l ? довжина тятиви і її плечей.
Кінетична енергія системи "лук?стріла" за умови, що у неї повністю перетворюється накопичена у плечах потенціальна енергія пружної деформації, тобто W = A, у довільний момент часу визначена як сума складових:
, (2.1)
де
В процесі підгонки лука відбувається перерозподіл мас стабілізаторів, а як наслідок - руківки і плечей, що в кінцевому рахунку приводить до зміни балансу кінетичної енергії системи "лук?стріла". Як бачимо з рівняння (2.1), це може привести і до зміни доданку mcvc2, що при постійній масі стріли mc означає зміну її швидкості vc. За решти рівних умов спортсмени віддають перевагу лукам, що забезпечують більшу швидкість вильоту стріли. Це можна пояснити з огляду, як мінімум, на три обставини.
1. Якщо стріла менше часу знаходиться у польоті, то ймовірність зовнішніх несприятливих факторів (наприклад, вітру) відносно зменшується.
2. Кривизна траєкторії польоту стріл, які мають більшу швидкість, є меншою, що знижує розсіяння влучень у мішень.
3. Відносна дисипація початкової кінетичної енергії стріли на опір повітря при більшій швидкості є меншою, що також сприяє купчастості влучень.
З іншого боку швидкість вильоту стріли характеризує ефективність використання енергії пружних елементів лука. Тому швидкість вильоту стріли та її стабільність протягом тривалого часу і в різних кліматичних умовах можна вважати інтегральним показником якості спортивного лука, що вказує на необхідність її визначення і оперативного доведення до спортсмена при підгонці і настроюванні лука, а отже є найбільш інформативним параметром при застосуванні ІВС для підвищення ефективності цього процесу.
Інший принцип налагодження може бути пов'язаний з вимірюванням параметрів коливання лука, оскільки після виконання пострілу можна зауважити відчутну вібрацію зброї. Імовірно припустити, що її, як і виштовхування стріли, спричиняє енергія пружних елементів лука, а отже коефіцієнт переходу їх потенціальної енергії в кінетичну енергію стріли тим вищий, чим менша вібрація після пострілу. З іншого боку, з практики підгонки та налагодження луків відомо, що емпіричним підбором або зміною параметрів певних елементів лука ця вібрація може бути зменшена. Якість лука в такому випадку суттєво покращується, що підтверджується практично влучністю і щільністю попадань при проведенні серій пострілів.
Таким чином, враховуючи, що якість лука краща при більшій швидкості вильоту стріли і меншій вібрації елементів лука після пострілу, необхідно визначити методи та засоби вимірювання цих величин. Покладені в основу відповідних інформаційно-вимірювальних систем вони можуть бути використані для розробки практичних інструментальних методик налагодження спортивного лука.
2.1.2. Моделювання стартової вправи спортсмена-санника. Специфіка підготовки спортсменів-санників високої кваліфікації полягає у тому, що в Україні немає жодної сучасної санної траси. На навчально-тренувальних зборах (НТЗ) члени збірної команди займаються загальнофізичною підготовкою та виконують вправи, які за певними ознаками наближені до змагальних. Єдиний елемент техніки, виконання якого можливе в умовах, близьких до змагальних ? старт на льодовому майданчику (стадіоні). Оскільки вдалий старт вносить суттєвий вклад у досягнення високого спортивного результату, детальне дослідження кожного руху спортсмена, можливість оперативного отримання об'єктивної інформації про динамічні параметри стартових дій, аналіз ефективності та проведення оперативної корекції техніки виконання вправи особливо актуальні.
Розглянувши специфіку змагальної діяльності у санному спорті [5-7,11], можна зауважити, що м'язова робота санника складається з двох основних компонентів: динамічного (взаємодія з стартовими руківками та льодом при стартовому розгоні) і статичного (утримання пози при проходженні дистанції). Керуючі системою "спортсмен?сани" рухові дії порівняно з вище зазначеними компонентами м'язової роботи санника малоінтенсивні, специфічні і вимагають перш за все високої точності. Ці рухові дії не є стартовими тому у даному розділі не розглядатимуться.
Осно