Биомеханика

1.содержание биомеханики(теория биох,методы) . Теория Б-ки. В ней рассматриваются строение, свойства и развитие тела человека как биомеханической системы, а также эффективность двигательных действий как системы движений, формирование и совершенствование движений в двигательных действиях. В теории структурности движений заложены следующие основные принципы: принцип структурности построения систем движений — все движения в системе взаимосвязаны; именно эти структурные связи определяют целостность и совершенство действия; принцип целостности действия — все движения в двигательном действии образуют единое целое, целостную систему движений, направленных на достижение цели. Изменение каждого движения так или иначе влияет на всю систему;

принцип сознательной целенаправленности систем движений – человек сознательно ставит цель, применяет Целесообразные движения и управляет ими для достижения цели.

Методы Б-ки. – это системный анализ и синтез движений на основе количественных характеристик.

Анализ – это условное расчленение системы движений на части.

Синтез – определение способов взаимосвязи частей в системе движений.

Метод Б-ки – фиксация каких либо параметров(фотосъёмка, последовательная фотосъёмка, актюратор, увеличение скорости съёмки (100-120 кадров), видео и кинокамеры (5-190 кадров в 1секунду)).

2.связь био с другими наукам. Б-ка как раздел биофизики родилась в связи с развитием физической и биологической наукой. С развитием их развивалась и Б-ка. В свою очередь физические и биологические науки могут обогащаться данными из б-ки. Также б-ка связана с теорией ФВ, медициной, анатомией, физиологией труда и т.д. В этих отраслях знаний используются теоретические выводы и практические результаты исследований. Для изучения физических упражнений необходимо раскрытие их механической биологической природы, что относится к ведению биомеханики. В этом отношении такие биологически науки, как спортивная морфология, физиология физических упражнений, содействуют пониманию конкретных специфических особенностей формы, строения и функции тела человека.

3.задачи био (общая задача изучения движений,частные задачи био) Общая задача охватывает всю область знаний, а частные – только знания определённого круга изучаемых явлений.

Общая задача Б-ки – оценка эффективности применения сил для достижения поставленной цели. Изучение движений в биомеханике спорта в конечном счете направлено на то, чтобы найти совершенные способы двигательных действий и научить лучше их исполнять. Наиболее полное решение этой основной задачи в спорте дает материал, необходимый для проведения научно обоснованного тренировочного процесса.

Частные задачи Б-ки. 1) определение строения, свойств и двигательных функций тела спортсмена. В биомеханике спорта изучают строение опорно-двигательного аппарата, его механические свойства и функции с учетом возрастных и половых особенностей, влияния уровня тренированности и т. п. Короче говоря, первая группа задач — изучение самих спортсменов, их особенностей и возможностей. 2) рациональная спорт. техника. Биомеханика спорта детально исследуют особенности различных групп движений и возможности их совершенствования. Изучают ныне существующую спортивную технику, а также разрабатывают новую, более рациональную 3) Техническое совершенствование спортсмена.

4.Предмет био(понятие о формах движения)

Предмет Б-ки – это двигательное действие человека как системы взаимосвязанных активных движений и положений тела. В норме человек не просто двигается, а всегда совершает какие-то действия. Эти действия ведут цели и имеют определённый смысл. Поэтому человек выполняет их активно, целенаправленно, причем все движения тесно взаимосвязаны. При движении человека движение выполняется не во всех суставах. Остальные части тела сохраняют свое положение практически неизменным . В сохранении этого положения, как и в движении участвуют мышцы. Следовательно, человек выполняет двигательное действие путём активных движений и сохраняя при необходимости взаимное расположение тех или иных звеньев тела. Это и является предметом Б-ки. В биомеханике выделяют простые и сложные формы движений. Простые являются основой сложных, из простых состоят сложные формы движений.

5.развитие био как науки(начальное развитие,становление теории,связь с др науками) . К предпосылкам возникновения Б-ки относятся положение знаний в области физики и биологии. Платон выдвинул систему об управлении человека. Он является первым родоначальником об управлении мышечной деятельности. Аристотель впервые провел геометрический анализ действия мышц. Клавдий Галин - взаимодействие мышц с движением в суставах, ввёл понятие синергистов и антагонистов, врождённые и приобретённые формы поведения. Леонардо да Винчи соединил знание механики и движение живых существ. Галилей – опыты в области механики и гравитации тела. Ньютон вывел основные законы механики. Дж. Борели разработал науку о движении животных, вопросы равновесия человеческого тела и определил положение центр масс тела. Сеченов написал книгу: «О рабочих движениях человека и доминантах». П.Ф. Лесгафт разработал курс теории телесных движений. Он является родоначальником Б-ки как науки. Бернштейн – многоуровневая теория построения движений.

6.управление системой движения(понятие об управлении,порстроение самоуправления движением ,информация и ее передача)

Способы управления движениями всей биомеханической системы вокруг осей в целом и для ее частей делятся на две группы: а) с изменением кинетического момента системы и б) с сохране­нием кинетического момента системы.

1.Для изменения кинетического момента системы необходимо прило­жение внешней силы. Используют следующие возможности: 1) прило­жение к системе момента внешней силы — внешний тол­чок без изменения позы, для чего необходим источник внешней силы — внешнее физическое тело (сила тяжести, действие среды, сила другого человека и др.); ). В первом способе не требуется мышечной активности, вызывающей движение, спортсмену нужно только сохранить позу

2) изменение действия внешней силы путем активного изменения позы (например, изменения момента силы тяжести и момента инерции сис­темы, достигаемые приближением тела к оси или отдалением от нее); Во втором способе именно мышечная активность спортсмена позволяет изменить и использовать механиче­ские условия движения вокруг оси.

3) активное действие спортсмена (отталкивание или при­тягивание), создающее момент внешней силы (например, отталкивание при сальто, перевороте. В третьем способе спортсмен сам создает необходимый момент внешней силы. Во всех случаях приложены к системе и изменяют ее движение внешние силы. Все эти способы применимы при опоре, а первый и в полете как в случае предваритель­ного вращения, так и без него.

Для изменения движения биомеханической системы вокруг оси по принципусохранения кинетического момента существуют способы управления: а) с изменением момента инерции всей системы и б) с соз­данием встречных движений частей системы.

В случае предварительного вращения, то есть когда кинетический момент системы не равен пулю, изменение момента инерции достигается изменением радиуса инерции. Широко известный прием — группирование — уменьшает момент инерции и увеличивает угловую скорость,разгруппированиепроизводит прямо противо­положный эффект. При отсутствии опоры движения группирования и разгруппирования всегда представляют собой встречные движения.

Способы, основанные на создании встречных движений частей систе­мы, не требуют исходного кинетического момента. Их можно разде­лить на две группы. Во-первых,встречное простое вращение вокруг одной оси посредством скручивания тела и его рас­кручивания вокруг продольной оси. Естественно, что эти движе­ния имеют анатомически ограниченный размах. Во-вторых, встречные сложные вращения вокруг нескольких осей, создавае­мые круговыми движениями — кружениями ко­нечностей и изгибаниями туловища (например, при выполнении поворотов в прыжках в воду.

примерыСкручивания и раскручивания могут выполнять­ся и при опоре и без нее (в полете). Одни части тела поворачиваются в одну сторону, другие в это же время в противоположную. Ориентация в пространстве каждой из поворачивающихся частей изменяется, но общая ориентация всей системы в целом обычно сохраняется.

Кружение конечностей и изгибания туло­вища могут выполняться и порознь и совместно. В обоих случаях при достаточно интенсивном и длительном движении частей тела воз­можны существенные изменения ориентации всей системы (до 360°, 720° и более).Совершенно очевидно,чтовсе способы изменения движения системы вокруг оси, вызываемые изменением позы тела, обуслов­лены работой внутренних сил системы, мышечными силами человека. Во всех случаях пе­ремещения частей системы по радиусу относительно оси вра­щения изменяется момент инерции. Но сводить все эти способы только к влиянию изменения момента инерции не следует.

1.С изменением кинетического момента системы:

1) приложением внешней силы (импульса момента) ускорение или замедление вращения всего тела при сохранении позы;

2) изменением условий действия внешней силы (приближение к за­крепленной оси и отдаление от нее) ускорение или замедление вращения всего тела;

3) активным созданиеммомента внешней силы (отталки­вание от опоры или притяги­вание к ней) ускорение или замедление вращения всего тела.

2.С сохранением ки­нетического момента системы:

4) группированием и разгруппированием (приближение к свободной оси и отдаление от нее) ускорение и замедление вращения всего тела;

5) скручиванием и раскру­чиванием тела вокруг продоль­ной оси (одновременный встреч­ный поворот) изменение ориен­тации частей тела в простран­стве;

6) круговыми движениями конечностей и изгибаниями ту­ловища создание сложного вра­щения всего тела.

При выполнении физических упражнений важное значение имеет самоконтроль на основе отчетливых двигательных представлений и понимания механизма движений. Например, построение системы движений (нового упражнения): рассказ о его выполнении, описание, объяснение динамики действия и создание зрительного образа. В результате создается двигательное представление. Следующий этап - освоение, разучивание упражнения (т.е. многократные повторения с коррекцией тренера). Спортивно-техническое мастерство зависит от совершенства системы движений, которые в процессе тренировки постоянно перестраиваются (должны совершенствоваться).

Основы вращательных движений

Под движением в пространстве понимают перемещение одного тела относительно других, или, как говорят, относительно принятой точки отсчета. По виду механические перемещения делятся на прямолинейные движения и криволинейные движения. Любое криволинейное движение можно разделить на вращательное движение вокруг каких-либо осей вращения. Особенностью движения тела (материальной точки) по окружности является то, что направление вектора линейного ускорения не совпадает с вектором линейной скорости ее движения.

W - угловая скорость,

V - частота вращения,

Т - период вращения,

f - угловое перемещение,

ац - составляющая вектора ускорения по нормали к его скорости (касательно к траектории движения). Оно называется центростремительным (нормальным) ускорением.

Для системы тел, если в ней нет изменения (конфигурации и других внутренних факторов), траектория движения вокруг оси вращения соответствует траектории твердого тела. Если система тел деформируется в процессе движения так, что радиусы траектории точек изменяются, то к вращательному движению добавляется радиальное, что изменяет и саму траекторию вращательного движения.

7.управление движениями временых условиях (функциональная структура,оптимизация управления ,формирование и совершенствование систем движения) Овладение физическими упр с точки зрения Б-ки представляет собой формирование новой системы движений. Этот процесс включает первоначальное построение (овладение движением) и дальнейшую перестройку (совершенствование движений). Построение новой системы происходит на основе: 1. Использования ранее сформированных подсистем 2. Подавление старых подсистем, непригодных для решения новой задачи 3. Формирование новых подсистем 4. Установление ноной системы движений. Перестройка систем движений обусловлена всеми видами двигательной деятельности, в особенности целенаправленным ФВ, а также возрастным физическим развитием; с изменением в двигательном и управляющем аппаратах перестраиваются и системы движений.

8.геометрия масс тела Геометрия масс тела характеризуется такими показателями, как вес отдельных звеньев тела, поло­жение центров масс отдельных звеньев и всего тела, моменты инерции и др. Вес отдельных звеньев тела зависит от веса тела в целом. Центр масс твердого тела является вполне определенной фикси­рованной точкой, не   изменяющей своего положения относительно тела. Центр масс системы тел может менять свое положение, если изменяются расстояния между точками этой системы. В биомеханике различают центры масс отдельных звеньев тела и центр масс всего тела. К показателям геометрии масс тела относят также центр объема тела и центр поверхности тела. Центр объема тела — точка приложения равнодействующей силы гидростатического давления. Поскольку плотность тела человека неодинакова, центр объема тела не совпадает с его общим ЦМ и в положении человека стоя водится на 2—6 см выше ОЦМ. Взаимоположение центра объема и ОЦМ влияет на условия равновесия тела в воде. Момент инерции всего тела зависит от позы тела и оси вращения. Изменением позы можно очень сильно изменить момент инерции. Например, группировка при выполнении сальто уменьшает момент инерции по сравнению с прямым положением тела примерно в три раза.

9.направление развития систем движения (интеграция и дифференциация,стабилизация и вариативность,стандартизация и индивидуализация,соотношение поизвольности и автоматизма в управлении,фиксация и прогрессирование) Есть 4 основных составляющих качества выполнения двигательных действий: 1. Стабильность (выполнение упражнения постоянно) и вариативность (выполнение с какими-то изменениями) 2. Стандартизация (выполнение по определённой схеме) и индивидуализация (подбор упражнений в зависимости от возраста, физической подготовки и т.д.) 3. Произвольность (когда упражнение выполняется произвольно) и автоматизм (выполнение происходит автоматически) 4. Фиксация (когда спортсмен достиг определённого уровня и не может преодолеть этот барьер) и прогрессирование (изменение, достижение наилучшего результата).

10.инерционые характеры(понятие об инертности,масса тела,момент инерции тела) . Инертность – это св-ва физических тел, которое проявляется в изменении скорости с течением времени под действием сил. (1 закон Ньютона). Она характеризует определённые черты поведения тел, показывает, как сохраняется движение, как оно изменяется под действием сил – быстрее или медленнее. Масса тела = это мена инертности тела при поступательном движении. Изменение массы основывается на 2 законе Ньютона. Момент инерции тела – это мера инертности тела при вращательном движении. Найдя момент инерции можно найти радиус инерции. Радиус инерции тела - это сравнительная мера инертности тела относительно его осей (R= J/m) На особенности спортивной техники влияют разные факторы: телосложение, моторика, связь с возрастными характеристиками, двигательная асимметрия и основные показатели спортивного мастерства

11.временые характеристики(момент времени,длительность движения,темп движения,ритм движения) Временные характеристики совместно с пространственно временными определяют характер движения человека. Момент времени – это временная мера положения точки, тела и системы. Момент времени определяют не только для начала и окончания движения, но и для других важных мгновенных положений. В первую очередь это моменты существенного изменения движения: заканчивается одна фаза движения и начинается следующая. По моментам времени определяют длительность движения. Длительность движения – это временная мера движения, которая определяется разностью моментов времени окончания и начала движения. Длительность движения - представляет собой промежуток времени между двумя ограничивающими его моментами времени. Сами моменты, как границы между двумя смежными промежутками времени, длительности не имеют. Измеряя длительность, пользуются одной и той же системой отсчета времени. Узнав расстояние и длительность движения точки, можно определить скорость. Зная длительность движений, определяют также их темп и ритм. Темп – это временная мера повторности. Она определяется количеством повторяемых движений за единицу времени. Темп — величина, обратная длительности движений. Чем больше длительность каждого движения, тем меньше темп, и наоборот. В повторяющихся движениях темп может служить показателем совершенства техники. Ритм – это временная мера соотношения частей движений. С изменением темпа шагов изменяется и их ритм. Его можно определить в каждом упражнении.

12.скорость,длина,частота и ритм шагов Скорость шагательных движений изменяется отношением пути к времени. Путь в каждом шаге – его длинна; время – величина, обратная темпу. Скорость передвижения численно равна длине шага, помноженного на его частоту. Соотношение длинны и частоты шагов в различных способах передвижения неодинаковы. Но существуют и общие закономерности: с увеличением частоты усиливается отталкивание, повышается скорость и растет, длинна шагов. Скорость растет вследствие одновременного увеличения длинны и частоты шагов. После некоторого предела становится невозможным совместное увеличение и частоты и длинны шагов. При увеличении одного, другой начинает уменьшаться. Для различных шагательных движений оптимальная скорость зависит от дистанции и подготовленности спортсмена. Этой оптимальной скорости соответствует оптимальная частота т длина шагов.

13.систма отчета расстояния и времени Система отсчета расстояния – это условно выбранное твёрдое тело по отношению к которому определяют положение другого тела в разные моменты времени. Тело отсчета может быть инерционным (подвижным) и неинерционным (неподвижным) На теле также устанавливают начало и направление измерения расстояния. За начало отсчета обычно принимают «0».В бытовом используют полночь и полдень. Единицы отсчёта расстояния. Единицы измерения угла – градус, оборот, радиан. Линейные единицы – метр, километр, сантиметр, миллиметр. Единицы отсчете времени – секунда, минута, час.

14.пространствено-временые характеристики(скорость точки и тела,ускорение точки и тела) Простр Времен х-ки определяют изменение положения и движения человека во времени. 1.Скорость точки - это п.в. мера движения точки. Быстрота изменения её положения. Скорость точки определяется по изменению ее координат во времени. Скорость — величина векторная, она характеризует быстроту движения и его направление. Так как скорость движений человека чаще всего не постоянная, а переменная (движение неравномерное и криволинейное), для разбора упражнений определяют мгновенные скорости. Мгновенная скорость – это скорость в данный момент времени или в данной точке траектории. Средняя скорость – с ней очка в равномерном движении прошла бы за это время весь путь. Средняя скорость позволяет сравнивать неравномерные движения. 2. Угловая скорость – мера быстроты изменения углового положения тела. Чем больше расстояние от точки тела до оси вращения, тем больше линейная скорость точки. 3. Ускорением точки — это пространственно-временная мера изменения движения точки Различают ускорение тела линейное (в поступательном движении) и угловое (во вращательном движении). 3. Угловое ускорение – это мера быстроты изменения точкой углового ускорения. 4. Линейное ускорение вращающегося тела - линейное ускорение любой точки вращающегося тела равно по величине его угловому ускорению, умноженному на радиус вращения этой точки

15.пространственые характеристики(координаты точки,тела и системы,перемещение точки,тела и системы,траектория точки) Они определяют пространственную форму движения. Координата точки – это пространственная мера положения точки относительно системе отсчета. Местоположение точки обычно определяют по её линейным координатам. Положение твердого тела определяют по координатам 3-х точек, не лежащих на одной прямой. Перемещение точки – это пространственная мера изменения местоположения точки в данной системе отсчёта. Оно измеряется разностью координат в момент начала и окончания движения. Иначе говоря, линейное перемещение точки — это результат движения. Перемещение тела (линейное) в поступательном движении можно определить по линейному перемещению любой его точки. Ведь в поступательном движении любая прямая, соединяющая какие-либо две точки тела, движется параллельно самой себе. Перемещение тела (угловое) во вращательном движении можно определить по разности угловых координат по углу поворота. В теле определяют условную линию отсчета, перпендикулярную оси вращения. Эта линия при вращении повернется в плоскости поворота вокруг оси на угол, равный разности угловых координат конечного и начального положений. Траектория точки – это пространственная мера движения, определяющая местоположение движущейся точки в данной системе отсчета

16.кинемотические особенности движения человека(составные движения,направление движений) В биомеханике удобно различать составное движение как результат движения нескольких связанных друг с другом тел. Сложное движение твердого тела в пространстве можно представить как результат сложения двух простых движений: поступательных и вращательных. В этом случаи складываются 2 движения одного тела. Но тело человека – изменяемая система, поэтому в его двигательной деятельности имеет место ещё и сложные движения различных звеньев. Например, при толкании ядра движение кисти есть результат сложения множества движений звеньев ноги, туловища и руки, т.е. составное движение. Направление движения может быть как в одном направлении, так и в разных.

Механические характеристики движений человека – это показатели и соотношения, используемые для количественного описания и анализа двигательной деятельности человека.Механические характеристики делятся на две группы:

1.кинематические (описывают внешнюю картину движений);

2.динамические (несут информацию о причинах возникновения и изменения движений, а также показывают, как меняются виды энергии при движениях и происходит сам процесс изменения энергии).

Кинематические характеристики движений человека делятся на следующие группы:

1.Пространственные -Для простоты, будем считать, что тело человека является твердым телом. Тогда положение тела в пространстве будут характеризовать следующие пространственные характеристики:

Координаты тела – это пространственная мера местоположения тела относительно системы отсчета.Положение тела в пространстве может быть описано с помощью декартовых и полярных координат. Для определения положения точки на плоскости в декартовой системе координат достаточно двух линейных координат: x и y, в пространстве – трех: x, y, z.

Перемещение тела (ΔS) – вектор, соединяющий начальное положение точки (тела) с его конечным положением. При прямолинейном движении перемещение совпадает с траекторией. При криволинейном – не совпадает.

Траектория тела – это геометрическое место положений движущегося тела в рассматриваемой системе координат.В тяжелой атлетике одним из критериев мастерства является траектория движения штанги.

Путь – физическая величина (скалярная), численно равная длине траектории точки или тела.