Теоретические основы построения спортивной техники

нàкàпливàть рàзличные знàния; безрàзличнàя информàция, не

предстàвляющàя для спортсменà в дàнный момент никàкого интересà, которую он воспринимàет кàк бы попутно; сбивàющàя информàция.

Ñледует помнить, что àфферентнàя информàция об изменениях во внешней среде поступàет спортсмену посредством зрительных, слуховых и

тàктильных àнàлизàторов, во внутренней среде – с мехàнорецепторов

(проприорецепторов), информирующих об изменениях прострàнственного положении звеньев телà относительно сàмого телà, à тàкже соответствующих изменений мышечных нàпряжений.

Ïредстàвленное описàние системы упрàвления движениями вполне достàточно чтобы «технизировàть» эту систему. Òехнизировàть – это знàчит

подобрàть для тàкой системы подходящий àнàлог из облàсти систем

àвтомàтического регулировàния, ведь в этих двух случàях функционàльные элементы и блоки тàких систем решàют одинàковые зàдàчи. Òолько, в первом случàе происходит упрàвление биологическими процессàми, во втором – техническими средствàми.

Ê примеру, движения спортсменà, при двигàтельных взàимодействиях, оргàнизовàны по принципу синхронно-следящей системы с элементàми àвтокоррекции. Çдесь, точно тàкже, в обоих случàях, отрàжàется внешнее возмущение (отклонение от нужного в дàнный момент пàрàметрà, или ситуàции в спорте), происходит сличение тàкого отклонения с зàдàнными пàрàметрàми, зàтем вырàбàтывàется сигнàл рàссоглàсовàния и вводится в

действие упрàвляющий (корректирующий) мехàнизм.

 синхронно-следящих системàх упрàвляющее воздействие тàкже кàк ситуàция в двигàтельных взàимодействиях, является величиной переменной, но мàтемàтическое описàние его во времени не может быть устàновлено, тàк кàк источником сигнàлà служит внешнее явление, зàкон изменения которого зàрàнее неизвестен.  кàчестве примерà следящей системы можно укàзàть нà рàдиолокàционную стàнцию àвтомàтического сопровождения сàмолётà. Òàк кàк следящие системы преднàзнàчены для воспроизведения нà выходе упрàвляющего воздействия с возможно большей точностью, то ошибкà, тàк же кàк и в случàе систем прогрàммного регулировàния, является той хàрàктеристикой, по которой можно судить о динàмических свойствàх следящей системы. Îшибкà в следящих системàх, кàк и в системàх прогрàммного регулировàния, является сигнàлом, в зàвисимости от величины которого осуществляется упрàвление исполнительным двигàтелем.

 циклических и сложно-координàционных видàх спортà движения спортсменà оргàнизуются по принципу системы прогрàммного

© 2015 ÁÍÒÓ

регулировàния, где системы прогрàммного регулировàния отличàются тем, что упрàвляющее воздействие изменяется по зàрàнее устàновленному зàкону в функции времени или координàт системы. Î точности воспроизведения упрàвляющего воздействия нà выходе системы воспроизведения судят по величине ошибки, которàя определяется рàзность между упрàвляющим воздействием и регулируемой величиной в дàнный момент времени.

 видàх спортà, где необходимо сохрàнять рàвновесие, постоянную дистàнцию, нàпрàвление движения, постоянное мышечное нàпряжение, спортсмен оргàнизует себя по принципу системы àвтомàтической стàбилизàции, где системы àвтомàтической стàбилизàции хàрàктеризуются тем, что в процессе рàботы системы упрàвляющие воздействием остàются величиной постоянной. Îсновной зàдàчей системы àвтомàтической стàбилизàции является поддержàние нà постоянном уровне с допустимой ошибкой регулируемой величины незàвисимо от действующих возмущений. Äействующие возмущения вызывàют отклонение регулируемой величины от предписàнного ей знàчения. Îтклонением регулируемой величины нàзывàется рàзность между знàчением регулируемой величины в дàнный момент времени и её знàчением, принятым зà нàчàло отсчётà. Ïонятие отклонения регулируемой величины является хàрàктерным для систем àвтомàтической стàбилизàции и позволяет дàть кàчественную оценку динàмическим свойствàм систем этого клàссà. Ñистемàми àвтомàтической стàбилизàции являются рàзличного родà системы àвтомàтического регулировàния (ÑÀÐ), преднàзнàченные для регулировàния скорости, нàпряжения, темперàтуры, дàвления; нàпример, стàбилизàтор курсà сàмолётà и т.д.

Âопросы для сàмопроверки

1.Îбъяснить сущность глàвных и корректирующих упрàвляющих

движений.

2.Ñ чем связàны «прогрàммà местà» и «прогрàммà ориентàции». 3.×то тàкое «динàмическàя осàнкà».

4.Ïеречислить основные типы движений, определяющие двигàтельные

действия спортсменà.

5.Îхàрàктеризовàть формы основных типов движений, определяющих

двигàтельные действия спортсменà.

6.Íàзвàть критерии типологии чàстных двигàтельных действий

спортсменà.

7.Ïеречислить типы чàстных двигàтельных действий.

8. Äàть хàрàктеристику типàм чàстных двигàтельных действий.

9.×то тàкое обрàтнàя связь в системе упрàвления движениями человекà 10.Íàрисовàть одну из схем оргàнизàции движений человекà.

11.×то тàкое àфферентнàя информàция.

© 2015 ÁÍÒÓ

12.×то является информàцией обрàтной связи. 13.×то тàкое сигнàльно-мотивàционнàя информàция. 14.×то тàкое фоновàя информàция.

15.Îхàрàктеризовàть свойствà àвтомàтической синхронно-следящей системы.

16.Îхàрàктеризовàть свойствà àвтомàтизировàнной системы прогрàммного регулировàния.

17.Îхàрàктеризовàть свойствà системы àвтомàтической стàбилизàции.

Ëитерàтурà

1.Âоронов, À.À. Îсновы теории àвтомàтического регулировàния и упрàвления / À.À. Âоронов, Â.Ê. Òитов, Á.Í. Íовогрàдов. – Ì.: «Âысшàя школà», 1977.– 519 с.

2.Äонской, Ä.Ä. Äвижения спортсменà: Îчерки по биомехàнике спортà /

Ä.Ä.Äонской. – Ì.: Ôизкультурà и спорт, 1965. – 199 с.

3. Êоренберг, Â.Á. Êàчественный биомехàнический àнàлиз /

Â.Á. Êоренберг. – Ì.: «Íàукà спорту», 2003. – 218 с.

4.Ëукàс, Â.À. Òеория àвтомàтического упрàвления / Â.À. Ëукàс. – Ì.: «Íедрà», 1990. – 416с.

5.Ïервозвàнский, À.À. Êурс àвтомàтического упрàвления / À.À. Ïервозвàнский. – Ì.: «Íàукà», 1986. – 367 с.

6.Ïодлесный, Í.È. Ýлементы систем àвтомàтического упрàвления и контроля./ Í.È. Ïодлесный, Â.Ã. Ðубàнов – Êиев.: «Âищà школà», 1982. – 477 с.

7.Ñàльченко, È.Í. Äвигàтельные взàимодействия спортсменов / È.Í. Ñàльченко. – Êиев .: Çдоров'я, 1980. – 112 с.

8.Ñотский, Í.Á. Áиомехàникà: учеб. для студентов специàльности «Спорт.-пед. деятельность» учреждений, обеспечивающих получение высш. образования – 2-е изд., испр. и доп./ Н.Б. Сотский. – Мн.: БГУФК, 2005. – 192 с.

9.Öипкин, ß.Ç. Îсновы теории àвтомàтических систем / ß.Ç. Öипкин – Ì.: «Íàукà», 1977. – 436 с.

© 2015 ÁÍÒÓ

Òемà 5. Áиомехàнические покàзàтели двигàтельных

действий. Áиометрические сигнàлы

5.1 Áиометрическàя входнàя информàция, основàннàя нà

àнтропометрических покàзàтелях спортсменà

Ëюбое специàльное техническое средство, используемое в спортивной

тренировке либо средство оперàтивного контроля зà состоянием

подготовленности спортсменà, предстàвляют собой своеобрàзную систему

регулировàния. Ïри функционировàнии тàкой системы, нà ее входе всегдà

присутствует некоторàя входнàя величинà в виде действия спортсменà, либо прогрàммируется подобное действие, в результàте чего нà выходе, проявляется реàкция нà это действие или нà прогрàмму действий. Ó преоблàдàющего большинствà спортивной техники преднàзнàченной для спортивной тренировки входной величиной является физическое изменение силы, положения в прострàнстве, изменения физического функционàльного, эмоционàльного состояния, информàция о которых имеет вырàженность через изменение соответствующих уровней или бàллов. Ó отдельной кàтегории тàкого оборудовàния, входнàя величинà хàрàктеризуется изменением ситуàции, количествà и видà информàции. Ñуществует тàкже кàтегория оборудовàния, где входной величиной является биометрические особенности оргàнизмà спортсменà. Ïоэтому, при создàнии техники для спортивной тренировки, крàйне вàжно знàть особенности двигàтельных

действий и состояний спортсменà. È в соответствии с этим, знàть

особенности элементов спортивной техники, и кàк тàкие элементы реàгируют и формируют отклик нà свои входные величины.

Ñреди множествà объектов рàссмàтривàемых при проектировàнии спортивной техники особое место зàнимàют рàзделы морфологии, связàнные с измерением тотàльных рàзмеров телà (рисунок 5.1)

Çдесь, выделяют весовые и прострàнственные рàзмеры. Èз весовых – мàссу телà, из прострàнственных – линейные рàзмеры длины телà и обхвàт грудной клетки. Ê объемным рàзмерàм относят объем телà или его звеньев, к поверхностным – поверхность телà, или поверхность его отдельных звеньев. Êроме того необходимо знàть соотношение тотàльных рàзмеров телà.

Ïри изучении пропорций телà необходимо выделять тип пропорций, продольные целые, à тàкже чàстичные рàзмеры телà, поперечные и обхвàтные рàзмеры сегментов телà, ориентировàнные в рàзличных плоскостях и оценивàемые рàзличными физическими величинàми (рисунок 5.2).

© 2015 ÁÍÒÓ

Ðисунок 5.1 Êлàссификàция и функционàльные связи тотàльных рàзмеров телà (стрелкàми обознàчены функционàльные связи)

© 2015 ÁÍÒÓ

восстàновлению.

Ðисунок 5.3 Êлàссификàция и функционàльные связи покàзàтелей состàвà мàссы телà

Íà рисунке 5.4 покàзàнà некоторàя иерàрхия основных сомàтологических покàзàтелей спортивного мàстерствà, учет которых имеет вàжное знàчение при проектировàнии спортивной техники. Òàкими покàзàтелями являются сомàтологический тип спортсменà, состояние позвоночного столбà и его отделов, состояние стопы, строение сустàвов и подвижность в них, мышечнàя силà и удельный вес телà.

 нàстоящее время, все больший интерес рàзрàботчиков изделий спортивного нàзнàчения привлекàют вопросы взàимосвязей морфологических и функционàльных покàзàтелей, проблемы оценки генетической детерминàции конституции спортсменов, вопросы строения и функции опорно-двигàтельного àппàрàтà. Íеобходимà, тàкже и объективнàя оценкà физического рàзвития спортсменов и многие другие вопросы, à это невозможно без создàния совершенной исследовàтельской àппàрàтуры и ее комплексов.

© 2015 ÁÍÒÓ

Ðисунок 5.4 Èерàрхия основных сомàтологических покàзàтелей спортивного мàстерствà

5.2 Âходнàя информàция, основàннàя нà прострàнственных

покàзàтелях двигàтельных действий спортсменà

 природе любое мехàническое движение связàно с приложением действующей силы. ×ем больше тàкàя силà, тем больше его ускорение и соответственно трàектория перемещения телà в прострàнстве. Ïотому тàк вàжно иметь информàцию об особенностях тàких перемещений. Äля этого, существует метод исследовàния под нàзвàнием мехàногрàфия и соответствующее устройство – мехàногрàф, при помощи которого можно получàть прострàнственно-временные хàрàктеристики мехàнических движений спортсменов.

Ìехàногрàфия в спорте – регистрàция специфического спортивного движения в виде грàфической зàписи этого движения, кàк функции времени, либо в виде цифрового отрàжения этого движения в конкретные моменты времени. Â мехàногрàфе перемещàющàяся точкà телà спортсменà, или его звенà, соединяется мàлорàстяжимой нитью с осью (движком) потенциометрического дàтчикà. Äвижения с большой àмплитудой могут быть зàрегистрировàны, если движок потенциометрà соединить с вàлом бàрàбàнà (блоком) соответствующего диàметрà, нà котором уложен виток мàлорàстяжимой нити. Çдесь может быть прямолинейное движение телà спортсменà или его звеньев, либо движение по дуге окружности, что хàрàктерно для движений в сочленениях телà (сустàвàх). Â первом случàе, когдà имеет место прямолинейное движение, – первичный преобрàзовàтель

© 2015 ÁÍÒÓ

(дàтчик) может связывàться с точкой исследуемого движения, через

редукторы, бàрàбàны, рычàжно-блочные системы, либо посредством блоков или рычàгов в отдельности. Íеобходимым условием, рàботы мехàногрàфà, является соглàсовàние àмплитуд или трàекторий движения звенà, протяженностей путей перемещения телà спортсменà, снàрядов с которыми он взàимодействует, с àмплитудно-чàстотной хàрàктеристикой выбрàнного

первичного преобрàзовàтеля.

Âо втором случàе, – это гониометрия, когдà происходит измерение

углов в сочленениях телà человекà. Âедь, именно сустàвной угол и его изменение являются основой биомехàнической хàрàктеристики движения, к

примеру, от определения прогрàммы позы, до изменения положения звенà

телà или спортивного снàрядà в прострàнстве. Îт сустàвного углà зàвисит и

динàмическàя хàрàктеристикà движения, определяемàя через силу тяги

мышцы (то есть ее длинà и ее плечо относительно оси сустàвà). Åсли в

кàчестве примерà в гониометре используется линейный

потенциометрический первичный преобрàзовàтель, необходимо, чтобы àмплитудà (рàзмàх) специфического спортивного движения соответствовàлà величине перемещения движкà преобрàзовàтеля. Òогдà, если у преобрàзовàтеля знàчительнàя и высокоомнàя нàгрузкà, то спрàведливо следующее соотношение:

Çдесь Uо и Rо – постоянные величины. ×тобы выходное нàпряжение

Uвых было пропорционàльно перемещению движкà, величинà перемещения движкà х должнà быть пропорционàльнà сопротивлению r , т е. рàбочий элемент потенциометрà должен быть строго линейным:

Òогдà

где,

Lо – полное перемещение движкà;

Êп – коэффициент преобрàзовàния или мàсштàбный множитель. Ðàзмерность этого коэффициентà преобрàзовàния определяется

хàрàктером перемещения движкà и измеряется в в/см или в/грàд.

© 2015 ÁÍÒÓ

потенциометрического дàтчикà Uвых, à в виде последовàтельности счетных импульсов с чàстотой f, поступàющих с выходà стробоскопического фотоэлектрического дàтчикà, то скорость перемещения исследуемой точки v

= df / dt . Òогдà путь проделàнный этой точкой, пропорционàлен количеству зàфиксировàнных счетных импульсов:

сàм путь рàвен L = 2πRn,

где R – рàдиус роликà, нà который нàмàтывàется нить, связывàющàя мехàногрàф, с исследуемой в движении точкой. Òогдà изменение чàстоты следовàния счетных импульсов будет пропорционàльно ускорению движения исследуемой точки

Çдесь, следует обрàтить внимàние, что при мàлых трàекториях движения точки, предпочтительнее использовàть, нàпример, потенциометрические дàтчики или их àнàлоги, – нà знàчительных трàекториях, где нет огрàничений биомехàнического хàрàктерà, необходимо устàнàвливàть цифровой тàхометрический дàтчик.

 кàчестве клàссического примерà следует рàссмотреть конструкцию мехàногрàфà, широко использовàвшегося в свое время, для исследовàния двигàтельных действий в тяжелой àтлетике.

Ïодобный мехàногрàф, конструкция которого схемàтично изобрàженà нà рисунке 5.5, дàет возможность получить дàнные о высоте подъемà штàнги, скорости ее перемещения, величине усилий в рàзличных фàзàх подъемà, à тàкже мощности рàзвивàемой спортсменом при выполнении упрàжнений с подъемом тяжестей.

© 2015 ÁÍÒÓ

Ðисунок 5.5. Ìехàногрàф для контроля технической подготовленности штàнгистов 1 – термическое перо; 2 – ролик движения носителя информàции (термочувствительнàя бумàгà); 3 –

электропривод роликà подàчи носителя информàции; 4 – зàписывàющий ролик; 5 – термочувствительнàя бумàгà (носитель информàции); 6 – носитель информàции в рулоне; 7 – редуктор; 8 – кàтушкà возврàтного мехàнизмà термического перà; 9 – блок с тяговой нитью; 10 – штàнгà; 11 – кàтки для прижимà термочувствительной бумàги к поверхности роликà подàчи; 12 – отметчик времени

Ðàботà мехàногрàфà нàчинàется с подàчи спортсмену сигнàлà о

готовности к действию c одновременным движением термочувствительной бумàги 5, с нàнесенной нà ней мàсштàбной сеткой (носителем информàции),

носителя информàции 5 (термочувствительной бумàги) зàвисит от режимà рàботы электроприводà роликà подàчи 3, и может состàвлять 50 мм/с или 100 мм/с. Ïосле соответствующей комàнды нàчинàется движение штàнги 10, которое отслеживàется движением термического перà 1 по поверхности носителя информàции 5. Òермическое перо 1, неподвижно зàкрепленное нà

кàретке с прикрепленными к ней тяговыми нитями, перемещàется по пàрàллельным нàпрàвляющим. Ýто происходит в результàте нàтяжения

тяговой нити огибàющей блок 9 при движении штàнги 10 вверх. Âозврàтное движение кàретки термического перà 1 (движение штàнги вниз)

© 2015 ÁÍÒÓ