Теоретические основы построения спортивной техники

осуществляется нàтяжением нити кàтушки возврàтного мехàнизмà 8.

Ñоглàсовàние àмплитуд движения штàнги 10 и кàретки термического перà 1

осуществляется двухступенчàтым бàрàбàном тяговых нитей 7, диàметры ступеней, которого нàходятся в соотношении – 100 миллиметров движения штàнги, к 1,0 миллиметру движения кàретки с зàкрепленным нà ней термическим пером 1.

Ðàссмàтривàя пример, где проводилось контрольное тестировàние (рисунок 5.6), устàновлено, что высотà первого повторения соответствует отрезку ÑÂ.

Ðисунок 5.6. Òестовàя мехàногрàммà трех попыток рывковой тяги штàнги с весом 100%, от

мàксимàльного в рывке.

1 – кривàя мехàногрàммы; 2 – линия с импульсàми отметки времени ( Ò = 0,02 секунды или Ò = 0,01

секунды)

Òогдà, полученное знàчение умножàется нà величину поднятого весà и определяется проделàннàя рàботà в кгм. Çàтем, подсчитывàется количество счетных импульсов отметчикà времени 2 уложившееся нà отрезке ÀÑ и

определяется время, в течение которого проводилàсь тягà. Äàлее определялàсь средняя мощность тяги по формуле N = À/t, где N – мощность в кгм/с, À – рàботà в кгм, t – время в секундàх. Òо же делàлось применительно к отрезкàм Ñ1Â1, À1Ñ1 и Ñ2Â2, À2Ñ2.

Ñопостàвление покàзàтелей мощности, полученных перед, во время и после тренировки с соответствующими тренировочными нàгрузкàми позволяет иметь информàцию о состоянии и уровне рàботоспособности оргàнизмà, его реàкции нà ту или иную выполняемую рàботу.

Ñ помощью методà мехàногрàфии можно получàть срочную информàцию по отдельным пàрàметрàм технического исполнения тяжелоàтлетических упрàжнений. Òàк нàпример. нà рисунке 5.7 предстàвленà мехàногрàммà жимà мàстерà спортà.

© 2015 ÁÍÒÓ

Ðисунок 5.7 Ìехàногрàммà жимà штàнги тяжелоàтлетом 1 – жим от груди с отклонением от зàдàнной структуры движения.

2 – выполнение жимà от груди без нàрушения структуры двигàтельного действия после соответствующей коррекции

Íà мехàногрàмме видно, что àтлет после принятия исходного положения со штàнгой нà груди, (отрезок ÀÂ – нàчàло подъемà) знàчительно

опускàет штàнгу вниз до 6 см - отрезок ÂÂ1. Ïосле окончàния

«срывà» (отрезок ÑD), штàнгà тàкже опускàется нà 6 см, отрезок DD1 с

остàновкой штàнги нà 0,33 секунды. Îстàновкà явилàсь причиной позднего подведения туловищà под штàнгу и несвоевременного включения в рàботу рук во второй фàзе жимà (отрезок EF). Èспользуя подобную àппàрàтуру в рàмкàх контроля зà выполнением упрàжнений, можно успешно определять ошибки в действиях спортсменà и проводить целенàпрàвленную рàботу по их устрàнению, что нàшло свое отрàжение нà кривой 2 рисункà 5.7 в виде некоторого вырàвнивàния учàстков ÂÑ и DE.

Òàким обрàзом, можно сделàть вывод, что мехàногрàфия и тàкие способы, кàк обычнàя фотогрàфия для определения структуры позы, фотогрàфия с многокрàтной экспозицией, электротензометрия, циклогрàфическàя (стробогрàфическàя) съемкà, стереостробофотогрàфия, видеосъемкà, стàбилометрия, àкселерометрия, гониометрия, электромиогрàфия, являются техническими средствàми получения вàжнейших покàзàтелей двигàтельной деятельности спортсменà.

Ýтими покàзàтелями являются: прострàнственно-временные и динàмические покàзàтели движения точки телà, его звеньев, спортивного снàрядà.

Ïри àнàлизе прострàнственного движения любой точки телà спортсменà используются тàкие понятия, кàк трàектория, путь, перемещение,

Òрàектория – это вообрàжàемый след точки телà при ее движения в

© 2015 ÁÍÒÓ

ходе выполнения двигàтельного действия. Òрàектория может быть прямолинейной или криволинейной, хàрàктеризующейся кривизной, рàдиусом кривизны, который может изменяться. Ê примеру, трàектория

ÎÖÌ телà бегущего легкоàтлетà колеблется и имеет волнистый хàрàктер. Ñледует отметить, в тех же условиях у более квàлифицировàнного бегунà, колебàния ÎÖÌ телà знàчительно меньше и прямее трàектория движения.

Ïуть – рàсстояние, проходимое точкой вдоль трàектории (длинà трàектории) . Ïройденный путь обычно обознàчàется буквой S.

Ëинейное перемещение – отрезок прямой соединяющий нàчàльное и конечное положения точки.

Óгловое перемещение – рàзность угловых координàт конечного и нàчàльного положений точки. Âектор углового перемещения обознàчàют кàк

Δj, à его нàпрàвление – по известному прàвилу бурàвчикà.

5.3 Âходнàя информàция, основàннàя нà оценке временных

покàзàтелей двигàтельных действий спортсменà

 биомехàнике, при àнàлизе двигàтельных действий используются тàкие понятия, кàк момент времени, длительность движения, темп и ритм.

Ìомент времени t определяется количеством единиц времени, прошедших от нàчàлà отсчетà до интересующей ситуàции. Ïромежуток времени определяется рàзностью двух последующих моментов времени: Δt12

= t2 – t1.

Äлительность движения Δt – это промежуток времени прошедший от моментà нàчàлà движения до моментà его окончàния

Δt = tк – tн.

Òемп движения – хàрàктеристикà, применяемàя в циклических движениях. Îнà покàзывàет, сколько движений в единицу времени было сделàно. Íàпример, в àкàдемической гребле спортсмен движется по дистàнции с темпом 30 гребков в минуту, и соответствующим тàкому темпу,

шàгом (путь, который проходит лодкà спортсменà зà один гребок). Äлительность движения – величинà обрàтнàя темпу. Òемп движения величинà обрàтнàя его длительности и состàвляет : n = 1/Δt.

Ðитм движения это соотношение длительностей чàстей двигàтельного действия. Íàпример, выполнение броскà в спортивной борьбе имеет три фàзы: подготовительную, основную и зàвершàющую. Èли, при выполнении клàссического толчкà штàнги, тàкже имеются несколько подобных фàз: подъем штàнги нà грудь, встàвàние, сàм толчок. Òогдà ритм движения определится, кàк отношение этих фàз (чàстей) Δt12 : Δt23 : Δt34.

Ê прострàнственно-временным хàрàктеристикàм относятся тàкие крàйне вàжные покàзàтели, кàк скорость и ускорение.

Ñкорость точки (линейнàя) покàзывàет, нàсколько быстро изменяется

© 2015 ÁÍÒÓ

64Òеоретические основы построения спортивной техники

ееположение в прострàнстве с течением времени. Ñкорость может быть

средней или мгновенной. Äля средней скорости

V = S/Δt , т.е. средняя скорость – это отношение пройденного пути к длительности этого перемещения. Êонкретное движение точки телà спортсменà отрàжàет мгновеннàя скорость. Îнà определяется отношением перемещения точки телà зà предельно короткий (бесконечно мàлый) промежуток времени к величине этого промежуткà:

 мàтемàтике мгновеннàя скорость предстàвляет собой первую производную от перемещения. Ìгновеннàя скорость есть величинà векторнàя, и ее нàпрàвление совпàдàет с нàпрàвлением векторà перемещения. Ïри выполнении спортивного движения скорость точек телà спортсменà всегдà меняется во времени. Âсе зàвисит от величины промежуткà времени, в течение которого изменяется хàрàктер изменения скорости (ускорение/ зàмедление) Ïри среднем ускорении, укàзàнный промежуток времени имеет конкретное, измеримое знàчение. Òогдà среднее ускорение имеет вид:

где: V2 – вектор скорости в момент времени t2; V1 – вектор скорости в момент времени t1;

Δt12 = t2 – t1 – промежуток времени, в течение, которого произошло изменение скорости.

Ìгновенное ускорение, в мàтемàтике, определяется кàк первàя производнàя по времени от скорости, или вторàя – по времени от перемещения точки:

Óскорение является векторной величиной. Åго нàпрàвление совпàдàет с нàпрàвлением векторà изменения скорости V2 – V1.

Ïри выполнении двигàтельных действий точки телà спортсменà могут совершàть сложное движение, где изменяются не только линейные, но и угловые рàсположения точек относительно выбрàнной системы координàт. Õàрàктер изменения углового положения точки определяется угловой скоростью и угловым ускорением. Óгловàя скорость, кàк и линейнàя может быть средней и мгновенной. Îнà покàзывàет изменение углового положения точки относительно системы координàт с течением времени. Äля мгновенного ускорения, – это когдà течение времени стремиться к

© 2015 ÁÍÒÓ

бесконечно короткому промежутку времени.

Äля угловой скорости ω:

Âмàтемàтике мгновеннàя угловàя скорость рàссмàтривàется кàк первàя производнàя углового перемещения по времени. Óгловàя скорость тàкже величинà векторнàя.

Âспортивных движениях угловàя скорость постоянно изменяется.

Òогдà для углового ускорения ε:

Çдесь угловое ускорение проявляет себя кàк первàя производнàя от угловой скорости, или второй производной, от углового перемещения по времени.

Ïри угловом перемещении точки всегдà имеется определенное знàчение линейной скорости. Âеличинà линейной скорости V:

V = ωr ,

где ω – угловàя скорость, r – величинà рàдиусà векторà. Âо время криволинейного движения точкà всегдà облàдàет ускорением, рàсклàдывàемое нà нàпрàвление, пàрàллельное скорости и перпендикулярное. Êàсàтельное ускорение связàно с изменением численного знàчения скорости и носит нàзвàние тàнгенциàльного. Óскорение перпендикулярное скорости, изменяет нàпрàвление векторà скорости, не влияя нà его численное знàчение. Ýто нормàльное или центростремительное ускорение. ×исленно центростремительное ускорение aцс определяется по формуле:

aцс = V²/r ,

где V – скорость точки, r – рàдиус врàщения. Íà тàнгенциàльное ускорение aτ, помимо рàдиусà врàщения, влияет и угловое ускорение:

aτ = εr

© 2015 ÁÍÒÓ

5.4 Âходнàя информàция, основàннàя нà оценке динàмических

хàрàктеристикàх двигàтельных действий спортсменà

Äинàмикà изучàет движение с точки зрения причины вызывàющей или изменяющей это движение. Â спортивной биомехàнике в кàчестве тàковой рàссмàтривàются предметы внешней среды, с которыми взàимодействует спортсмен. Òàкие предметы достàточно рàзнообрàзны.

Äинàмическими хàрàктеристикàми движения являются: силà, момент силы, мàссà и момент инерции. Ñилà может иметь àбсолютное знàчение Fàбс,

непосредственно измеренное динàмометрическим устройством, или

относительное Fотн, соизмеримое с одним килогрàммом мàссы телà спортсменà, где Fотн = Fàбс/m, à m – мàссà телà спортсменà. Îднàко существует еще целый ряд пàрàметров хàрàктеризующих динàмику движений, которые вводятся нà основе второго зàконà динàмики в рàзличных его формàх.

 поступàтельном движении, промежуток времени действия ускорения всегдà имеет конечную величину. Ïоэтому здесь, силы и ускорения являются, в определенной степени усредненными. Òогдà непосредственное вырàжение второго зàконà в динàмике имеет вид:

Δ(mV) = FΔt , где (mV) – количество движения

Çнàчительное количество движения необходимо тàм, где имеется непосредственный контàкт с противником, или со спортивным снàрядом. Íàпример, у хоккеистà, в ходе силовой борьбы при прорыве зàщиты противникà. Ïричем, его пробивнàя силà определяется, именно количеством движения, в рàвной степени зàвисящей от скорости и мàссы телà хоккеистà. Îт количествà движения зàвисит положительнàя и отрицàтельнàя величинà ускорений у рàзличных спортивных снàрядов, силà удàрà у боксеров, других предстàвителей единоборств, и т.п.

Ïрàвàя чàсть предыдущего вырàжения FΔt - является, тàкже одним из вàжнейших пàрàметром двигàтельных действий, нàзывàемым импульсом силы

© 2015 ÁÍÒÓ

процессом интегрировàния, поэтому этà формà предстàвления зàконà является интегрàльной.

Êриволинейное движение мàтериàльной точки или телà возникàет тогдà, когдà действующàя нà них силà, или рàвнодействующàя нескольких сил, нàпрàвлены под углом к скорости. Â тàком случàе, действующàя силà рàсклàдывàется нà две состàвляющие – нормàльную, нàпрàвленную перпендикулярно скорости, и тàнгенциàльную, пàрàллельную последней (рисунок 5.9). Ñледует отметить, что кàждàя из них по-рàзному влияет нà движение телà.

 случàе отсутствия тàнгенциàльной состàвляющей силы имеет место рàвномерное врàщение телà относительно постоянной оси. Ïри тàком движении линейнàя скорость численно не изменяется, изменение же ее нàпрàвления обеспечивàется действием

нормàльной силы нàзывàемой

центростремительной. Öентростремительнàя силà всегдà действует со стороны кàкого-либо мàтериàльного объектà и, следовàтельно, в соответствии с третьим зàконом Íьютонà, должнà сопровождàться обрàзовàнием силы противодействия, которàя имеет нàзвàние центробежной. Òàк, при метàнии молотà спортсмен прилàгàет центростремительную силу, зàстàвляющую молот врàщàться, à молот действует нà трос , нàтягивàя его с той же силой, и через него – нà метàтеля. Â примере силà нàтягивàющàя трос является центробежной.

Âырàжение для центростремительной силы Fцс имеет вид:

Fцс = mV/r

Ãде: m – мàссà телà, V – скорость, r – рàдиус врàщения. Òàнгенциàльное ускорение Fτ это произведение углового ускорения ε

нà рàдиус врàщения r . Â соответствии с этим, силà определяющàя тàнгенциàльное ускорение имеет вид:

Fτ = mεr

Êроме рàссмотренных сил взàимодействия движущихся тел, нàиболее рàспрострàненными силàми при выполнении спортивных и других движений являются силы тяжести, силу реàкции опоры, силы трения, силы сопротивления окружàющей среды, силы упругости, вытàлкивàющие силы, силы инерции.

Ñилà тяжести телà, нàходящегося под действием сил грàвитàции, вблизи поверхности Çемли может, быть определенà мàссой телà m и

© 2015 ÁÍÒÓ

ускорением свободного пàдения g

F = mg

Ñилà реàкции опоры R действует нà тело со стороны поверхности опоры и имеет две состàвляющие – вертикàльную и горизонтàльную. Ãоризонтàльнàя состàвляющàя определяется силàми трения, à вертикàльнàя реàкция опоры имеет следующее вырàжение:

R = ma + mg,

где a – проекция ускорения центрà мàсс телà, нàходящегося в контàкте с горизонтàльной опорой нà ось Ó.

Ñилà трения – проявляет себя двояко. Â первом случàе это силы возникàющие при ходьбе, беге, скольжении, т. е. имеют место «силы тренияскольжения». Âо втором случàе тело не перемещàется относительно опоры, и в этом случàе силà трения удерживàет его нà месте. Òàкàя силà нàзывàется

«силой трения-покоя». Äля большинствà спортивных движений, численное вырàжение сил трения имеет вид:

F = kR ,

Ãде k – коэффициент трения, à R – нормàльнàя (перпендикулярнàя к поверхности) состàвляющàя реàкции опоры.

Ñилы сопротивления окружàющей среды. Ñилà действующàя со стороны встречного потокà среды, (воздух, водà) может вырàжàться двумя состàвляющими, это – силà лобового сопротивления, нàпрàвленнàя встречно движению телà, и подъемнàя силà, действующàя перпендикулярно нàпрàвлению движения. Ïри выполнении спортивных движений, силы сопротивления зàвисят от плотности среды ρ, скорости телà V относительно среды, площàди телà, перпендикулярной встречному потоку S, коэффициентà

C, зàвисящего от формы телà :

Fсопр = CS V .

Ðàссмотренные силы действуют нà тело, перемещàющееся в сопротивляющейся среде. Îни имеют динàмический хàрàктер и возникàли с появлением скорости движения.

Êроме динàмических сил сопротивления нà тело человекà всегдà действует силà стàтического хàрàктерà под нàзвàнием вытàлкивàющей или Àрхимедовой. Âытàлкивàющàя силà зàвисит от величины объемà телà V или его чàсти, погруженных в среду (водà или воздух) или другую жидкость , плотности среды ρ и ускорения свободного пàдения ρ.

Fвыт = Vg.

© 2015 ÁÍÒÓ

Âытàлкивàющàя силà приложенà к точке нàзывàемой центром объемà телà. Ýтà точкà обычно не совпàдàет с ÎÖÌ телà, в связи с чем тело, погруженное в воду, стремиться изменить свое положение тàк, чтобы силà тяжести и вытàлкивàющàя силà окàзàлись нà одной линии.

Ñилы упругости возникàют при изменении формы (деформàции) рàзличных физических тел, восстàнàвливàющих свое первонàчàльное состояние после прекрàщения действия деформирующих тело сил. Ñилà упругости зàвисит от свойств деформируемого телà, вырàжàемых коэффициентом упругости K и величиной изменения его формы ΔΙ:

Fупр = –K .

Çнàк минус в прàвой чàсти урàвнения ознàчàет, что силà упругости всегдà нàпрàвленà в противоположную сторону по отношению к деформàции

ΔΙ . Ïоследнее урàвнение нàзывàется зàконом Ãукà.

Öентробежнàя силà инерции для телà мàссы m, центр которого рàсположен нà рàсстоянии r от нàчàлà отсчетà, в случàе врàщения системы с угловой скоростью ω относительно оси, проходящей через нàчàло отсчетà, определяется по формуле:

Fцби = mr

Ñилы инерции, связàнные с нерàвномерностью врàщения определяются в виде:

Fвр.уск = mrε,

где ε – угловое ускорение при врàщении системы. Íàпрàвление дàнной силы перпендикулярно рàдиусу, соединяющему центр мààс телà и нàчàло координàт.

Ñилы Êориолисà возникàют при движении телà относительно врàщàющейся системы координàт. Ïри этом, при движении вдоль рàдиусà, соединяющего центр мàсс телà и нàчàло врàщàющейся системы координàт, силà будет нàпрàвленà в плоскости врàщения перпендикулярно укàзàнному рàдиусу. Ïри движении, силы в нàпрàвлении перпендикулярном рàдиусу, – вдоль него, нàклàдывàясь нà действие центробежной силы. Ñилà Êориолисà вычисляется по формуле:

Fкор = 2mV ,

где V – состàвляющàя векторà скорости, перпендикулярнàя вектору угловой скорости врàщàющейся системы отсчетà.

© 2015 ÁÍÒÓ

5.5 Ñпектрàльные состàвляющие силовых проявлений в

двигàтельных действиях спортсменà

Ðàссмàтривàя силовые проявления с количественной точки зрения, следует нàполнить, что у изменения силы есть и содержàтельнàя сторонà, à именно – ее спектрàльнàя состàвляющàя.

Çнàние спектрàльной состàвляющей изменения силы или других покàзàтелей двигàтельной деятельности спортсменà необходимо для определения полос пропускàния рàзличных функционàльных элементов преобрàзующих рàдиочàстотные сигнàлы. Íо, сàмое глàвное это то, нà сколько спектрàльнàя состàвляющàя хàрàктеризует непосредственно форму изменения входной величины, через ее содержàние, нàпример – импульсà силы изобрàженного нà рисунке 5.8.

 мàтемàтике существует способ предстàвления произвольной сложной функции суммой более простых.  общем случàе количество тàких функций может быть бесконечным, при этом, чем больше тàких функций учитывàется при рàсчете, тем выше окàзывàется конечнàя точность предстàвления исходной функции.  большинстве случàев в кàчестве простейших используются тригонометрические функции синусà и косинусà, в этом случàе тàкой ряд нàзывàется рядом Ôурье и является тригонометрическим, à вычисление тàкого рядà чàсто нàзывàют рàзложением нà гàрмоники.

 спортивной технике, преднàзнàченной для подготовки спортсменов, входнàя величинà – это некоторàя физическàя величинà, вырàженнàя через изменение силы, пути, времени, темперàтуры телà, à тàкже нàпряжение или омическое сопротивление, хàрàктеризующие биометрические покàзàтели спортсменà, нàпример электрокàрдиогрàммà, электромиогрàммà и др. Âсе подобные электрические сигнàлы, являются функцией предыдущих физических величин, и подàются нà вход тренировочного устройствà с выходà первичного преобрàзовàтеля (дàтчикà). Ïоэтому для описàния входных физических величин, могут быть использовàны функции времени f

(t) или грàфик нà рисунке 5.10, отрàжàющий изменения во времени той или иной физической величины.

© 2015 ÁÍÒÓ