Биомеханика физических упражнений

Биомеханика — это наука, которая изучает особенности опорно-двигательного аппарата человека как биомеханической системы в его двигательных действиях, рассматривает состав, структуру движений тела и его частей в пространстве и во времени в физических упражнениях.

Биомеханический анализ различных положений и движений человека и его частей тела проводится для определения эффективности и целесообразности действий, двигательных актов, по которым устанавливается индивидуальный двигательный режим. По результатам биомеханического анализа выделяют элементы (например, суставные движения звеньев и систем звеньев), фазы и структуру движений (например: форма и характер движений; кинематическая структура, связанная с динамикой и механизмом движений).

На занятиях по физической культуре студенты постоянно находятся в динамике. Их движения могут быть простыми и сложными. Сложное движение можно разделить на составные части и проследить их взаимное влияние на результат двигательного акта.

Биомеханика рассматривает физические упражнения как комплекс, объединяющий множество частных движений, составляющих единство целенаправленных проявлений активности. Их называют двигательными действиями. Качество выполнения физических упражнений зависит от правильно исполняемых частных деталей и их связей.

В системе движений различают следующие элементы:

пространственные — это движения частей тела, изменения взаимных положений звеньев тела в разных суставах. Их называют суставными движениями или элементарными действиями; в физических упражнениях они объединены в группы одновременных движений и в ряды последовательных движений;

временные — время начала и окончания движения, его длительность, согласованность по времени с другими движениями. Их особенности называются характеристиками, а различающиеся части системы движений — фазами, объединяющимися в периоды (например, период опоры и период полета в беге). Из периодов складываются циклы (например: бег, ходьба, плавание) или однократные акты (например, прыжок в длину). Каждая фаза отличается от предьщущей и последующей и отделяется от соседних определенным моментом движений.

Структура системы движений определяет качество самой системы, ее взаимодействие с внешним окружением, возникновение новых свойств системы и возможности ее развития. В физических упражнениях системные свойства проявляются в наращивании скорости в суставных движениях, в сложном складывании

отдельных усилий, в становлении нового общего ритма движений и во многих других показателях технического мастерства.

В системе построения движений выделяют основные и устойчивые закономерности ее структуры:

- кинематическую — взаимосвязь движений в пространстве и во времени;

- динамическую — силовые взаимодействия частей тела человека между собой и с внешними телами (среда, опора, снаряды, партнеры или соперники);

- информационную — взаимосвязь между элементами информации (сообщениями об условиях в ходе действия, о командах, без чего невозможно управление движениями);

- обобщенную — взаимосвязь разных сторон действия, включающую ритмичные, фазовые и координационные строения.

Координация движений человека — процесс согласования движений, приводящий к достижению цели. Различают нервную, мышечную и двигательную координацию.

Овладение физическими упражнениями согласно биомеханики представляет собой формирование новой системы движений. При этом происходят первоначальное построение системы движений (овладение упражнением) и дальнейшая ее перестройка (совершенствование выполнения упражнения).

При обучении новым упражнениям: используются соответствующие, ранее сформированные подсистемы движений; затормаживаются подсистемы, не пригодные для решения данной задачи; создаются новые подсистемы, необходимые для решения новой двигательной задачи; формируется структура вновь создаваемой системы движений.

Построение системы движений при первоначальном овладении физическим упражнением отражает последовательность решения педагогических задач. Сначала происходит ознакомление с новым упражнением (рассказ, показ), затем создается образ упражнения, уясняется логика его выполнения.

Ознакомление включает теоретическое понимание внешней картины (описание) и механизма (объяснение) движений; создание зрительного образа при наблюдении за образом; двигательные ощущения при первых попытках выполнения двигательных действий в целом или подводящих к нему упражнений.

Освоение разучиваемого упражнения продолжается до правильного и уверенного его выполнения.

Построение системы возможно аналитическим путем: с помощью подводящих упражнений сначала формируются элементы будущей системы, затем из них складывается целое упражнение. Для некоторых упражнений пригоден синтетический путь: сначала в общем виде создается целое, затем происходит совершенствование его деталей. Оба пути тесно связаны, применяются в

зависимости от особенностей разучиваемого упражнения и могут чередоваться в ходе обучения. Конечный результат этапа освоения упражнения обеспечивается осознанным качеством его выполнения.

При обучении и совершенствовании упражнения обязательно устраняются ошибки и недостатки. Ошибки (основные и частные) — это отклонения от выполнения требований, предъявляемых к движениям, от механизма движений. Для устранения ошибок следует разрушить неправильные движения и их структуру. Недостатки отличаются от ошибок тем, что упражнение выполняется качественно, а отдельные элементы не соответствуют требованиям их выполнения. Для устранения недостатков не надо разрушать созданное, надо лишь определенным образом сменить количественную меру, сохраняя сложившийся механизм.

Биомеханика физических упражнений изучает:

-силы тяжести (рис. 11.12, 11.13) — центр тяжести звеньев и общий центр тяжести тела (ОЦТ), которые могут опрокидывать или уравновешивать отклоняющие или опрокидывающие силы;

-опорные реакции (рис. 11.14, 11.15) — противодействие опоры действию на нее тела, которое совместно с другими силами уравновешивает опорные звенья, закрепляет их неподвижно;

- контактные силы (массу звеньев тела) — действия сил тяжести и сил, приложенных к соседним звеньям тела (см. рис. 11.16 — 11.18);

- силы мышечной тяги — силы, которые при сохранении положения обычно уравновешивают моменты силы тяжести звеньев и массы тела; силы, которые могут изменять положение тела, сохранять позы, фиксируя положения звеньев в суставах (см. рис. 11.19, 11.20).

Рис. 11.12. Действие внешних сил на лыжника при спуске:

Р_к — движущая сила, зависящая от веса лыжника и крутизны склона; Р — сила тяжести тела лыжника; Р_н — сила нормального давления

лА

Рис. 11.13. Действие силы тяжести на лыжника при подъеме в гору:

N — сила давления; Р — вес лыжника; F — сила сопротивления движению; а угол наклона лыжни

Рис. 11.14. Проекция ОЦТ в момент скольжения на одной лыже

Рис. 11.15. Оптимальные углы перед началом отталкивания ногой

Рис. 11.16. Передаточное действие в замкнутой цепи на локтевые суставы мышц:

а — передних дельтовидных частей; б — больших грудных

Рис. 11.17. Силы, приложенные при сохранении положения:

G — сила тяжести; R — реакция опоры; M— сила мышечной тяги; Р —

Рис. 11.18. Упор углом: моменты силы тяги мышц уравновешивают моменты сил тяжести G_f и G_sp

Рис. 11.19. Влияние усилия отталкивания на величину горизонтальной составляющей реакции опоры:

R — реакция опоры; RH — вертикальная составляющая реакции опоры; RT — горизонтальная составляющая реакции опоры

Биодинамика осанки — это сложившаяся привычная поза человека, сохраняемая при определенных условиях. Понятие «осанка» относится к характеристике вертикальной позы человека в положении стоя. Для положения сидя характерны позы велосипедиста, лыжника, всадника, которые принято называть посадкой, стойкой и т. п.

Осанку, сохраняемую при неизменных условиях, называют статической, а сохраняемую при переменных условиях (изменение ориентации в пространстве) — динамической.

Каждый вид упражнений имеет свои характерные биодинамические особенности (например: скорость, длину, частоту и ритм, фазу, общий центр тяжести, движение, вектор, силу трения, силу давления, последовательность).