Теоретические основы построения спортивной техники

элементà тренàжерà могут быть использовàны мàгнитные жидкости, à тàкже рàзличные мехàнические элементы, нàпример, гидрàвлические или пневмàтические, что нàиболее удобно, когдà мышцы спортсменà рàботàют в динàмическом режиме.

Åсли элемент взàимодействия спортсменà с устройством определяется особенностями видà спортà и двигàтельного действия, à исполнительный элемент – энергетикой и пàрàметрàми выходных мехàнических колебàний, то преобрàзовàтель видà движения в большей мере определяет конструктивные особенности устройствà в целом.

Ïреобрàзовàтель видà движения – мехàническое приспособление, которое может быть выполнено нà основе:

-кривошипно-ползунного или кривошипно-шàтунного мехàнизмà;

-кулисного мехàнизмà;

-кулàчкового мехàнизмà;

-врàщàющегося телà, когдà центр врàщения Ö.Ì. телà с мàссой m не

шàтунного мехàнизмà, приведенà нà рисунке 9.1.

Çдесь кривошип, приводимый в движение исполнительным элементом,

совершàет зàконченное циклическое движение и передàет его нà шàтун. Ïоследний зàкàнчивàется коромыслом в виде вибротодà, передàющего мехàнические колебàния нà мышцы тренирующегося спортсменà. Ñàм исполнительный элемент должен облàдàть мощностью достàточной, чтобы ввести в колебàтельное состояние сàмые мàссивные звенья спортсменов.

Íà прàктике, используются преимущественно центрàльные кривошипно-ползунные или кривошипно-шàтунные мехàнизмы, у которых ось à проходит через ось врàщения кривошипà. Òогдà у тàкого мехàнизмà ход ползунà или àмплитудà кàчàния коромыслà рàвнà двум рàдиусàм кривошипà:

Ñ точки зрения уменьшения гàбàритов устройствà с кривошипно-шàтунным мехàнизмом

Ðисунок 9.1 Êинемàтическàя схемà устройствà для длину шàтунà желàтельно делàть

мàлой. Îднàко при этом возрàстàет угол дàвления. ×тобы он не

превысил допустимой величины, необходимо соблюдение нерàвенствà

© 2015 ÁÍÒÓ

,

где

r – рàдиус кривошипà; l – длинà шàтунà;

δmax – угол между шàтуном и осью à.

Íà прàктике, соотношение r/l рекомендуется выбирàть в пределàх

1/3÷1/5.

Êонструктивные особенности устройствà для упрàжнений с локàльной колебàтельной àктивàцией мелких мышечных групп обусловлены кулисным

мехàнизмом (рисунок 9.2).

Çдесь крàйние положения ведомого звенà – кулисы – зàдàют угол поворотà вибротодà, где последний выполнен в виде вибрирующего вàликà.

Åсли в устройстве, покàзàнном нà рисунке 9.1 вибротодом, являются специфические опорные площàдки, то в устройстве, изобрàженном нà

рисунке 9.2, вибрирующий вибротод приклàдывàется к тренируемой мышце. Èсполнительному элементу дàнного тренàжерà не требуется мощных электроприводов. Óстойчивые незàтухàющие мехàнические колебàния нà тренируемой мышце, можно создàть электродвигàтелями мощностью не превышàющей нескольких десятков вàтт.

Ïри проектировàнии кулисного устройствà для упрàжнений с колебàтельной àктивàцией мелких групп мышц следует

учитывàть зàдàнный ход (угол рàзмàхà φ) ведомого звенà – кулисы. Íà рисунке 9.2 покàзàны крàйние положения кулисы, угол между которыми рàвен требуемому углу

кривошипà). Ïоэтому отношение рàдиусà кривошипà к длине кулисы loo рàвно:

Ðисунок 9.2 Êинемàтическàя схемà устройствà для упрàжнений с колебàтельной àктивàцией для мелких

Ïо зàдàнному углу рàзмàхà легко вычислить отношение рàзмеров r и loo.

Åсли угол рàзмàхà φ постоянен, то путь X, который проходит любàя точкà нà поверхности вибротодà, зàвисит от его рàдиусà. Îбычно путь X

состàвляет 3÷6 мм. Ïри этом следует учитывàть, что с целью увеличения

© 2015 ÁÍÒÓ

кулàчкà нà угол φ.

3.Ôàзà возврàщения толкàтеля в исходное положение Ýто происходит зà время поворотà tн кулàчкà нà угол φ.

4.Ôàзà нижнего стояния, когдà толкàтель нàходится в покое в нижнем положении. Ýтà фàзà происходит зà время поворотà tн.с кулàчкà нà угол φ.с

Òàк кàк все фàзы происходят зà один поворот кулàчкà, то суммà углов всех фàз рàвнà 360º или 2π рàдиàн.

Åсли движение толкàтеля, нà котором смонтировàн вибротод, (рисунок 9.3) непрерывно, то время поворотà tн кулàчкà нà угол φ и время поворотà tн.с кулàчкà нà угол φ.с стремятся к нулевому знàчению. Òàк кàк все фàзы проходят зà один поворот кулàчкà, тогдà:

φу + φн.с =2π (360 ),

à суммà времени всех фàз рàвнà периоду одного оборотà кулàчкà Ò:

tу + tн.с = Ò

Õод толкàтеля h max (или рàзмàх толкàтеля ψmax), à тàкже отрезки времени движения всех фàз толкàтеля и соответствующие углы поворотà кулàчк полностью определяются той оперàцией, которую должен выполнять кулàчковый мехàнизм. Â нàшем случàе это движение, мàксимàльно стимулирующее биологические процессы в мышечной ткàни тренируемой мышцы.

Äля мышечной ткàни предпочтительнее использовàть движение толкàтеля и соответственно вибротодà, изменяющееся по синусоидàльному зàкону. Â этом случàе скорость и ускорение изменяются плàвно и свое изменение нàчинàют и окàнчивàют нулевыми знàчениями при полном отсутствии рывков и удàров.

9.4.Óстройствà, основàнные нà эффекте врàщàющегося телà со

смещенными центрàми врàщения и мàссы

периодически изменяющимся усилием, которому будет противостоять тренируемàя мышцà. Òàкàя возможность нàиболее реàлизуемà в легкоàтлетических метàтельных упрàжнениях, à тàкже в упрàжнениях с мячом в спортивных игрàх, с применением устройств, основàнных нà эффекте врàщàющегося мàссивного телà со смещенными центрàми врàщения и мàссы.

Íà рисунке 9.4 изобрàженà кинемàтическàя схемà спортивного снàрядà (бàскетбольный мяч, легкоàтлетическое ядро) с врàщàющимся телом,

© 2015 ÁÍÒÓ

вмонтировàнным в его полость.

Çдесь способом создàния упрàжнений с колебàтельной àктивàцией мышц является использовàние сил инерции мàссы телà, врàщàющегося вокруг своей оси. Àктивизируют мышечную систему тренируемого звенà циркуляционные нàгрузки, возникàющие при определенных условиях нà опорàх этого телà (рисунок 9.4).

Ïри врàщении телà в виде роторà, у которого центр мàссы Ö.Ì. лежит нà оси центрà врàщения Ö.Â. (урàвновешенное состояние), глàвный вектор Fи и глàвный момент сил инерции Ìи рàвны нулю в любой момент

движения:

Äля того чтобы нà опорàх оси врàщения тàкого роторà возникли усилия циркуляционного хàрàктерà, необходимо вывести эту врàщàющуюся систему из урàвновешенного состояния. Ýто произойдет, если центр мàссы роторà сместить относительно оси врàщения нà рàсстояние rs (рисунок 9.5) (состояние стàтической неурàвновешенности).

Çà меру стàтической неурàвновешенности или стàтического дисбàлàнсà

принимàют стàтический момент мàссы телà относительно оси врàщения: = mrs. Òàкàя неурàвновешенность нàзывàется стàтической, тàк кàк онà обнàруживàется стàтическим испытàнием. Ñ этой целью ось роторà устàнàвливàют нà двà горизонтàльных призмàтических ножà. Åсли центр мàссы рàсположен нà оси роторà, то ротор будет нàходиться в рàвновесии при любом положении, в противном случàе ротор будет двигàться, покà не зàймет положения устойчивого рàвновесия, при котором центр мàссы имеет нàинизшее рàсположение.

Âлияние стàтической неурàвновешенности иллюстрируется числовым примером: пусть мàссà роторà m = 0,2 кг (силà тяжести~ 2 Í) соизмеримà с мàссой спортивного снàрядà, нàпример бàскетбольного мячà. Îпоры оси врàщения роторà вмонтировàны неподвижно внутри корпусà мячà, постояннàя угловàя скорость 188,4 рàд/с (чàстотà врàщения двигàтеля 1800 об/мин). Ñмещение центрà мàссы от оси врàщения состàвляет rs = 0,002 м.

© 2015 ÁÍÒÓ

Òогдà модуль силы инерции нà опорàх роторà и нà корпусе мячà, соответственно, рàвен: Fи = Δω² = 2 · 0,002 · 35494,5 = 142 Í. Ñ учетом противодействующей силы инерции мàссы звенà бàскетболистà, силы инерции роторà величиной в 142 Í вполне достàточно, чтобы ввести в

колебàтельное состояние тàкое звено.

(должен быть нàпрàвлен вдоль мышечных волокон мышц, приводящих в действие тренируемое звено (Íàзàров Â.Ò., Ìихеев À.À.)

9.5. Ýффекты, возникàющие при выполнении физических

упрàжнений с колебàтельной àктивàцией мышц

Âсе функции движения осуществляются скелетными мышцàми, побуждàемыми к действию импульсàми, приходящими к ним по нервной ткàни. Â ответ нà любое рàздрàжение в нерве возникнет нервный импульс, что приведет к сокрàщению дàнной мышцы. Âозбудимость рàзличных клеток неодинàковà. Îнà выше у тех из них, которые специàлизировàлись к восприятию воздействия среды (рецепторы), к передàче сигнàлов в другие системы (нервные клетки с их отросткàми) и к быстрому реàгировàнию нà воздействие (мышечные клетки). Íо возбудимость одних и тех же клеток не остàется постоянной. Îнà изменяется под влиянием рàзличных условий, нàпример, в результàте утомления. Ìежду тем уровень возбудимости имеет большое знàчение для деятельности клеток и всего оргàнизмà в целом, Òàк, от уровня возбудимости центрàльной нервной системы и двигàтельного àппàрàтà в знàчительной мере зàвисит успех рàзличных спортивных упрàжнений. Âеличинà возбудимости – вàжнейшàя хàрàктеристикà функционàльного состояния ткàней. Ðàзличные фàкторы внешней и внутренней среды вызывàют возбуждение лишь в том случàе, если они имеют необходимую для этого силу и длительность.

Ìинимàльнàя силà рàздрàжения, которàя необходимà чтобы вызвàть

© 2015 ÁÍÒÓ

возбуждение в ткàни, хàрàктеризует тàк нàзывàемый порог возбуждения дàнной ткàни и нàзывàется пороговой силой. ×ем выше порог возбудимости, т.е. чем больше пороговàя силà рàздрàжàющего токà, тем ниже возбудимость ткàни. Äля возникновения возбуждения решàющее знàчение имеет силà рàздрàжения. ×ем выше рàздрàжение, тем интенсивнее рàзвивàются подпороговые изменения в ткàни. Íе меньшее знàчение имеет и время действия рàздрàжителя. Ìежду этими двумя фàкторàми – силой рàздрàжения и его длительностью – существуют зàкономерные соотношения. ×ем больше силà рàздрàжения, тем интенсивнее подпороговые изменения, тем скорее они достигнут порогового уровня и тем меньшàя потребуется для этого продолжительность рàздрàжения. È нàоборот, чем длительнее рàздрàжение, тем при меньшей его силе подпороговые изменения могут достичь пороговой величины.

 зàвисимости от свойств ткàней àбсолютные величины длительности и силы рàздрàжений для рàзных обрàзовàний рàзличны. Äля выяснения свойств живой ткàни существует две основные величины рàздрàжения, хàрàктеризующие эту ткàнь – это реобàзà и хронàксия. Çдесь, реобàзой считàется нàименьшàя силà токà или нàименьшее нàпряжение, которые необходимы, чтобы при неогрàниченном времени воздействия вызвàть реàкцию ткàни. Ïо величине реобàзы судят о возбудимости рàзличных ткàней оргàнизмà. ×ем меньше реобàзà, тем более возбудимà ткàнь.

Õронàксией следует считàть нàименьшее время, в течение которого необходимо воздействовàть нà ткàнь током рàвным удвоенной реобàзе, чтобы вызвàть минимàльную реàкцию этой ткàни. Ïо величине хронàксии можно судить о скорости возникновения возбуждения в ткàнях. ×ем меньше хронàксия, тем быстрее протекàют подпороговые изменения в ткàни, и тем быстрее возникàет волнà возбуждения.

Ðеобàзà и хронàксия являются вàжными покàзàтелями функционàльного состояния ткàней – их возбудимости и функционàльной подвижности.

Ôункционàльнàя подвижность (лàбильность) хàрàктеризует скорость протекàния процессов возбуждения в рàзличных ткàнях. Îт функционàльной подвижности живой ткàни зàвисит ее способность отвечàть нà рàздрàжения без трàнсформàции ритмà. ×ем выше функционàльнàя подвижность волокнà, тем быстрее рàзвертывàются и зàкàнчивàются в ней процессы возбуждения (тем короче его хронàксия), тем меньше длительность его потенциàлов действия и короче àбсолютнàя и относительнàя рефрàктерные фàзы. ×ем выше функционàльнàя подвижность, тем большее количество волн возбуждения может возникнуть в единицу времени.

Âеличинà функционàльной подвижности не является àбсолютно постоянной. Ïовышение лàбильности может привести к тому, что недоступные рàнее ритмы деятельности стàнут доступными, т.е. произойдет «усвоение ритмà» и упрàвление ритмом, зàвисящее от уровня межмышечной

© 2015 ÁÍÒÓ

координàции.

Âнешние мехàнические колебàния (вибрàции), при условии, что волнà этих колебàний рàспрострàняется вдоль мышечных волокон, зàстàвляют сеть кровеносных сосудов, проходящих через мышечную ткàнь, изменять свою

длину. Ïри этом, положительнàя полуволнà увеличивàет длину сосудà,

уменьшàя его просвет, à следующàя зà ней отрицàтельнàя полуволнà –

уменьшàет длину сосудà, увеличивàя просвет. Â результàте подобных

деформàций сосудов мышцà будет рàботàть кàк нàсос и кровь отдельными порциями стàнет перекàчивàться со стороны àртерии к вене. ×ем чàще и больше àмплитудà деформàции, тем интенсивней однонàпрàвленный ток крови. Ïодобные деформàции не должны быть обязàтельно большими, чтобы достичь нàсосного эффектà, à только соизмеримыми величине просветà (сечения) кровеносных сосудов мышцы.

×тобы стимулировàть деформàцию сосудов и соответственно ток крови, достàточно подвести к сухожилиям тренируемой мышцы нàгрузку в виде колебàтельного воздействия (вибрàции), с рàнее укàзàнными пàрàметрàми. Â этом случàе волнà мехàнических колебàний будет нàпрàвленà вдоль мышечных волокон мышцы. Îднàко, чтобы мышцà былà в состоянии откликнуться нà вибрàцию и произошлà нужнàя деформàция сосудов, необходимо соглàсовàть чàстоту внешних мехàнических колебàний с упругостью (жесткостью) мышцы. Èзвестно, что жесткие, упругие телà колеблются с более высокой чàстотой. Ñтрунà, если ее подтянуть, издàст более высокий тон (это ее чàстотà собственных колебàний ωо), тàк и мышцà будет деформировàться под воздействием большей àмплитуды. Êогдà чàстотà вибрàционных воздействий совпàдет с собственной чàстотой сàмой мышцы, возникнет некоторое приближение к резонàнсному явлению в мышечной ткàни. Æесткость мышцы можно регулировàть путем чередовàния

ее àктивного нàпряжения и рàсслàбления, или просто рàстягивàя мышцу зà

счет внешних сил, усиливàя при этом кровоток через ее ткàни, особенно через кàпиллярную сеть (микроциркуляция крови).

Èспользуя средствà для биомехàнической стимуляции мышечной деятельности необходимо знàть эффект тàкого воздействия. Ýффект этого

воздействия, в первую очередь, проявляется в повышении скоростно-

силовой подготовленности спортсменà, его специàльной выносливости,

силовую подготовленность спортсменà, используется метод Þ.Â. Âерхошàнского, основàнный нà следующих покàзàтелях, где:

Fмàкс – мàксимàльное знàчение проявляемого усилия функции F(t); J –

грàдиент хàрàктеризующий способность спортсменà к проявлению взрывных усилий (взрывнàя силà).

J = Fмàкс/tмàкс,

где tмàкс – время, огрàниченное нàчàльным знàчением функции F(t) и

© 2015 ÁÍÒÓ

мàксимàльным ее знàчением - Fмàкс;

Q – грàдиент хàрàктеризующий стàртовую силу мышц, или их способность к быстрому нàрàщивàнию кинетического эффектà в нàчàле рàбочего нàпряжения.

Q = Fр/tр,

где Fр – знàчение зàвисимости F(t), соответствующей весу грузà Ð, tр – время, огрàниченное нàчàльным знàчением функции F(t) и знàчением tр этой функции, которое соответствует весу грузà Ð.

σ – грàдиент, хàрàктеризующий ускоряющую силу мышц, или их способность к быстрому нàрàщивàнию их кинетического эффектà во время нàчàлà рàбочего движения.

σ

где – знàчение силы превышàющей вес дополнительного грузà.

увеличения Fмàкс и уменьшения времени tмàкс, зàтрàченного нà достижение

Fмàкс.

© 2015 ÁÍÒÓ

Óскоряющàя силà σ (гистогрàммà Á) возрослà примерно нà 119% зà счет увеличения Fмàкс и уменьшения времени tмàкс и tp.

Ñтàртовàя силà Q возрослà нà 38% только зà счет уменьшения времени tp, тàк кàк вес дополнительного грузà остàвàлся прежним, кàк и до биомехàнической стимуляции и рàвнялся 30% от мàксимàльного.

Ñтàртовàя силà, облàдàющàя более знàчительными генетическими детерминàнтàми, подверженà меньшими колебàниями, и увеличение ее нà 40% является более знàчимым. Ñтàртовàя силà мышц – контàктнàя величинà для дàнного функционàльного состояния оргàнизмà и уровня подготовленности и остàется постоянной незàвисимо от величины преодолевàемого сопротивления. Êонтàктный хàрàктер стàртовой силы мышц при движениях взрывного хàрàктерà подчеркивàется ее мàлой зàвисимостью от эмоционàльного состояния спортсменà. Ïоэтому, тàкое увеличение стàртовой силы, тàкже кàк и взрывной и ускоряющей связывàется с положительным изменением функционàльного состояния ткàней. Çдесь реобàзà изменилàсь с 18Â до 9Â, хронàксия – с 0,042 м/сек до 0,023. Ïодобное явление следует рàссмотреть более внимàтельно с точки зрения скоростно-силовых свойств мышц.

Ñ точки зрения физиологии, для скорости движений большое знàчение имеет подвижность нервных процессов, т.е. быстрàя сменà в нервных центрàх процессов возбуждения торможением и процессов торможения возбуждением. Ýтà подвижность обуслàвливàет, с одной стороны, быстрое включение мышц в рàботу, с другой стороны – быстрые переходы друг в другà состояний сокрàщения и рàсслàбления. Óвеличивàется тàкже лàбильность двигàтельной системы. Êосвенным покàзàтелем увеличения подвижности является хронàксия, которàя в результàте выполнения упрàжнений со скоростными движениями знàчительно уменьшàется. Íо, в отличие от ÁÌÑ, при обычных (трàдиционных) методàх это процесс достàточно длительный.

Äля создàния вибрàционных воздействий при регионàльной или локàльной биомехàнической стимуляции мышечной системы спортсменà, в преоблàдàющем большинстве используется мехàническàя системà с кулисой (рисунок 9.2) или кулàчковым толкàтелем (рисунок 9.3).

© 2015 ÁÍÒÓ