Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биомеханика физических упражнений. Учебное пособие
.pdf
Медицинская биомеханика дает обоснование методов протезирования, протезостроения, травматологии, ортопедии, лечебной
физической культуры.
Объект познания биомеханики
Объект познания биомеханики – двигательные действия как
системы взаимно связанных активных движений и положений
тела человека.
Как наука биомеханика изучает не только движения человека,
но и движения животных. Однако двигательные действия человека
существенно отличаются от движений животных:
осознанная целенаправленность движений человека;
возможность контролировать движения и планомерно совер-
шенствовать двигательные действия
.
Учебный курс биомеханики направлен на изучение движений
только человека, которые совершаются на высшем уровне управления ими. Именно эти особенности движений человека не имеют
объяснения ни со стороны классической механики, ни со стороны
биологических наук.
Основоположник отечественной школы биомеханики Н.А. Бернштейн (1966) отмечает, что в норме человек производит не
просто
движения, а всегда действия. Действия человека всегда имеют
цель, определенный смысл. Из действий человека, как из кирпичиков движений, складывается его двигательная деятельность. Дви-
гательные действия, составляющие двигательную деятельность,
осуществляются посредством целенаправленных активных движе-
ний. Именно активные движения человека (а также сохранение
положений тела) являются объектом изучения биомеханики.
здесь следует отметить, что активные движения изучаются как
И
системы движений в двигательных действиях человека.
Область изучения биомеханики
Область изучения биомеханики – механические и биологические
причины возникновения движений и особенности построения и
выполнения движений в различных условиях.
11
Причины возникновения движений человека и причины их изменения необходимо рассматривать как с позиций механики, так и
с точки зрения биологии, учитывая роль человеческого сознания в
управлении движениями.
Механическое движение в живых системах, в частности в движениях человека, проявляется:
в передвижении биосистемы относительно внешней среды;
в деформации
самой биосистемы – перемещение одних ее ча-
стей относительно других.
Движения абсолютно твердых тел, которые не деформируются,
описываются основными законами Ньютона. В живых же системах работа внешних сил (тяжести, трения, сопротивления внешней
среды и др.), а также внутренних сил (тяги мышц) расходуется и на
деформацию опорно-двигательного аппарата.
Действие внутренних сил
обусловлено управлением со стороны
центральной нервной системы. Поэтому для корректного описания
закономерностей движений человека недостаточно ограничиться
изучением непосредственно механики движения, необходимо рассматривать также биологическую сущность организации действия
внутренних сил в исследуемом двигательном действии. Именно
управление движениями с помощью внутренних сил обеспечивает
высокую эффективность двигательных действий в различных усло-
исполнения.
виях
Закономерности функционирования мышечного аппарата тела
человека определяются рядом особенностей (зависимость «сила –
скорость», зависимость «сила – суставной угол», инерционность
процесса мышечного напряжения, позно-тонические рефлексы и
т.п.), которые необходимо учитывать при построении движений.
Все это не является предметом исследований в классической механике, и поэтому содержание биомеханики существенным образом отличается
от классической механики.
Целевая направленность биомеханики
Цель изучения биомеханических закономерностей двигательных действий человека заключается:
12
в оценке эффективности действия приложенных сил для бо-
лее совершенного решения двигательной задачи;
выявлении возможностей и путей совершенствования техни-
ки соревновательных упражнений;
научном обосновании рациональной методики обучения дви-
гательным действиям на основе биомеханического анализа техники реально исполняемых и синтезированных на компьютере
упражнений.
Цель изучения учебного курса
биомеханики на факультете фи-
зического воспитания:
ознакомить студентов с общими основами биомеханики как
науки о движениях человека;
дать необходимые сведения по биомеханическому обоснова-
нию использования физических упражнений в физическом воспитании;
вооружить знаниями, необходимыми для эффективного при-
менения физических упражнений в качестве средства физического
воспитания, повышения технического мастерства
спортсменов и
уровня спортивных достижений.
Системно-структурный подход к исследованию в биомеханике
Биомеханика как наука о движениях человека основывается на
системно-структурном подходе изучения и понимания двигательных действий. Системно-структурный подход исследования позволяет:
1) рассматривать тело человека как движущуюся систему;
2) рассматривать процесс движения как развивающуюся систе-
му.
В теории структурности движений заложены следующие основные принципы:
1) принцип структурности построения систем движений – все
движения в системе взаимосвязаны, что определяет целостность и
совершенство действия;
13
2) принцип целостности действия – все движения в двигатель-
ном действии образуют единое целое. Изменения в одном движении так или иначе влияют на всю систему;
3) принцип иерархичности – отдельные структуры являются
составными частями более крупных структур;
4) принцип сознательной целенаправленности систем движений – человек сознательно ставит цель двигательного действия,
применяет целесообразные движения
тивного достижения поставленной цели.
и управляет ими для эффек-
1.2. Формы движения материи.
Естественные и целенаправленные движения
Рассматривая биомеханику как науку, изучающую закономерности механического движения живых систем, целесообразно рассмотреть основные понятия о движении вообще и особенности
движений человека, в частности.
Движение – одна из форм существования материи, и оно так же
многообразно, как многообразен мир.
Как известно, Ф. Энгельс различал:
1) простые формы движения материи;
2) сложные,
Простые формы движения материи включают в себя следующие:
механическое движение;
физическое движение;
химическое движение.
Рассматриваемые формы движения материи проявляются как в
живой, так и в неживой природе.
Механическое движение проявляется в перемещении объектов
в пространстве и во времени
физических свойств материи. Например, изменение температуры,
высшие формы движения материи.
Простые формы движения материи
. Физическое движение – изменение
14
электрического сопротивления, объема, плотности и т.п. Химическое движение обусловлено происходящими в материи химическими реакциями.
Сложные формы движения материи
К сложным, высшим формам движения материи относятся:
биологическая;
социальная.
Биологическая форма движения материи характеризует развитие живых систем в онтогенезе и филогенезе, в частности, человека
и животного мира. Социальная форма движения материи (об-
щественные отношения, мышление) присуща только человеку.
Каждая сложная форма движения материи всегда включает в
себя более простые формы. Простейшая форма движения материи – механическая – существует везде. Чем выше форма, тем менее значима механическая форма движения материи.
Двигательные действия человека, изучаемые биомеханикой,
включают
в себя механическое движение. Конечный результат
движения – цель двигательного действия (переместить снаряд,
партнера, переместиться самому и т.п.). Но механическое движение человека включает в себя более высокие формы движения.
Поэтому биологическая механика (биомеханика) шире и намного
сложнее, чем механика неживых систем.
Чем выше форма движения материи, тем труднее выполнить
прогноз ее эволюции. Можно заранее рассчитать траекторию движения
спутника, предсказать его поведение на орбите, но задача несоизмеримо усложняется при прогнозе «предсказания событий» в социальной форме движения материи, в сфере общественных отношений.
Естественные и целенаправленные движения
Классификация механической формы движения материи на
естественные и целенаправленные была предложена
отечествен-
ным ученым В.Г. Кореневым в 1974 г. С позиций биомеханики
15
предложенная классификация корректна и обоснована. Сущность
проявления «естественности» и «целенаправленности» в движениях объекта проявляется в следующем.
Если движущийся объект не вырабатывает управляющих воздействий для достижения цели движения, то такое движение является естественным. Пример естественных движений – движения
планет в солнечной системе, полет спортивных снарядов (копье,
диск, молот, ядро)
и т.п.
Если со стороны движущегося объекта вырабатываются
управляющие силы для изменения траектории движения и достижения цели, то такое движение трактуется как целенаправленное.
Движения человека как самоуправляемой биомеханической системы относятся к подклассу целенаправленных движений. Для
достижения цели движения человек вырабатывает управляющие
воздействия (сила тяги мышц), изменяя и
формируя тем самым
траекторию движения.
В понятии о целенаправленных движениях присутствует философская категория – цель движения. Цель движения можно сформулировать различным образом:
в содержательно-смысловой форме;
в математической форме.
Содержательно-смысловая постановка цели движения
и двигательной задачи
Содержательно-смысловая формулировка цели движения предполагает описание того
движения, которое необходимо выполнить, и его конечный результат. Например: сделать выпад правой
вправо, выполнить прыжок в длину с места толчком двумя, выполнить прыжок вверх толчком левой и т.п.
Иначе говоря, конечный результат двигательного действия
содержит в себе цель движения. Цель движения характеризует
качество выполнения двигательного задания. Например:
Выполнить прыжок в длину с места толчком двумя как мож-
1.
но дальше.
16
2. Выполнить прыжок вверх с места толчком двумя как можно
выше.
3. Пробежать 100 м как можно быстрее.
4. Проплыть 100 м за минимально возможное время.
В этих примерах качественная картина движений описывается
терминами: дальше, выше, быстрее и т.п. В математической теории оптимизации динамических систем качество исследуемого
процесса представлено функционалом, заданным
в виде математической конструкции определенного вида. Поэтому можно сказать,
что если цель движения задана в математических терминах, то
цель движения есть функционал двигательного действия.
Двигательная задача, в отличие от цели движения, может ста-
виться для отдельных фаз упражнения и для всего упражнения в
целом и указывать или математически описывать
те явления, которые должны произойти или не произойти в процессе выполнения двигательного действия. Например, при выполнении большого
оборота назад на перекладине формулируется цель движения: в
момент прохождения общим центром масс (ОЦМ) тела спортсмена вертикального положения над опорой достичь максимальной
линейной скорости ОЦМ. Двигательная задача для рассматриваемого гимнастического
упражнения ставится следующим образом:
1. До момента прохождения ОЦМ исполнителя вертикального
положения под опорой звенья тела спортсмена должны быть расположены на одной прямой.
2. После прохождения ОЦМ исполнителя вертикального положения под опорой выполнить сгибательные движения в суставах
таким образом, чтобы:
сгибание начиналось с дистальных суставов;
амплитуда сгибательных
движений в плечевых суставах не
превышала 30°;
амплитуда сгибательных движений в тазобедренных суставах
не превышала 45°;
в вертикальном положении над опорой звенья тела спортсме-
на располагались на одной прямой.
17
Таким образом, двигательная задача, представленная в рассматриваемом примере пунктами 1–2, регламентирует технику
большого оборота назад на перекладине и указывает, что должно
произойти или не произойти в процессе выполнения упражнения.
По сути дела, здесь накладываются определенные ограничения на
кинематику движения.
Особо следует отметить, что двигательная задача может относиться не только
ко всему двигательному действию, но, в первую
очередь, к отдельным фазам упражнения. Решая конкретные установки достижения кинематического и динамического состояния
биомеханической системы, двигательная задача может быть отнесена или к определенным моментам времени, или к определенным
пространственным положениям, соответствующим основным опорным точкам упражнения. Такая возможность введения двигательной задачи
в структуру двигательного действия и определяет ее по-
становку для отдельных фаз упражнения.
Математическое представление цели движения
и двигательной задачи (формализация)
Содержательно-смысловое определение цели движения и двигательной задачи всегда можно формализовать (дать математическое представление), в частности, представив его в виде биомеханических характеристик в математической форме.
Например, выразить биомеханические характеристики движения математическими символами:
длина прыжка: S;
высота прыжка: H;
скорость бега: V;
время бега: T.
Формализовать качество решения двигательной задачи можно с
помощью экстремальных параметров биомеханических характеристик: минимум (min), максимум (max) функции. Например, для
вышерассмотренных примеров формализованная запись качества
(F) цели
движения в виде функционала, являющегося критерием
18
качества достижения цели (решения двигательной задачи), имеет
следующий вид:
максимальная длина (S) прыжка: F = S (max);
максимальная высота (H) прыжка: F = H (max);
максимальная скорость (V) бега: F = V (max);
минимальное время (t) бега: F = t (min).
Возможность формализации цели движения и качества решения
двигательной задачи позволяет использовать средства компьютерной техники для построения оптимальной
ники соревновательных упражнений в вычислительном эксперименте на компьютере. В этом случае в качестве функционала могут выступать те из биомеханических характеристик движения,
которые адекватно отражают как степень решения технической
стороны двигательной задачи, так и качество достижения цели
спортивного упражнения.
(самой наилучшей) тех-
1.3. Общая задача и частные задачи биомеханики
В биомеханике выделяют две группы задач, решение которых
определяет ее содержание, – теорию и метод:
общая задача биомеханики;
частные задачи биомеханики.
Общая задача охватывает всю область теории биомеханики в
целом; частные же задачи важны при изучении конкретных во-
просов исследуемых явлений.
Общая задача биомеханики
Общая задача изучения движений
эффективности действия внешних и внутренних сил для более
совершенного достижения цели движения. Технология решения
общей задачи биомеханики включает в себя три важнейших этапа
(см. рис. 1.1):
человека состоит в оценке
19
1. Определение всех сил, действующих на тело спортсмена в
процессе выполнения двигательного действия.
2. Выделение сил, которые:
оказывают положительное воздействие на достижение цели
движения и способствуют эффективному решению двигательных
задач;
оказывают отрицательное воздействие на достижение цели
движения и снижают эффективность решения двигательных задач.
3. Конструирование такой техники изучаемого упражнения, при
которой действие сил, оказывающих положительное воздействие
на формирование рациональной структуры движения, будет мак-
симальным, а действие тех сил, которые оказывают отрицательное воздействие, – минимальным.
Рис. 1.1. Большой оборот назад на перекладине
Рассмотрим следующий пример (рис. 1.1). Допустим, спортсмен выполняет большой оборот назад на перекладине. Ставится
цель движения: в момент прохождения вертикального положения
над опорой звенья тела гимнаста должны располагаться на одной
прямой, а их угловая скорость должна быть максимальной.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]