- •Биомеханика Курс лекций
- •5. Кинематические характеристики движений человека…………………………………………………..41
- •6.Динамические характеристики движений человека……………………………………………………...49
- •1.1.Движение как форма бытия материи.
- •1.2. Формы движения материи
- •1.3. Движения человека
- •2. Предмет биомеханики
- •2.1. Объект познания
- •2.2. Область изучения
- •3. Задачи биомеханики
- •3.1. Общая задача изучения движений
- •3.2. Частные задачи биомеханики
- •4. Содержание биомеханики
- •4.1. Теория биомеханики
- •4.2. Метод биомеханики
- •4.3. Связи биомеханики с другими науками
- •Тема 2.Развитие биомеханики как науки
- •1.История развития биомеханики
- •2.Предпосылки возникновения биомеханики
- •2.1. Развитие физических знаний
- •2.2. Биологические предпосылки биомеханики
- •2.3. Разработка методик изучения движений
- •2.3.1. Механические устройства
- •2.3.2. Светохимичесная регистрация
- •2.3.3. Электротехническая аппаратура
- •3. Становление теории биомеханики
- •3.1. Механическое направление
- •3.2. Функционально-анатомичесное направление
- •3.3. Физиологическое направление
- •3.4. Системно-структурный подход
- •4. Современный этап развития биомеханики
- •4.1. Теоретические основы
- •4.2. Методики исследования
- •4.3. Практическое применение
- •4.4. Биомеханика физических упражнений
- •Тема 3. Топография тела человека
- •1.Общие данные о теле человека
- •2.Оси и плоскости
- •3.Краткие данные о центре тяжести тела человека
- •4.Организм, орган, система органов, ткани
- •5.Клетки и ткани организма. Строение и функция тканей
- •6.Спинной мозг. Позвоночник
- •7.Механизм движений туловища и головы
- •8.Движения позвоночного столба и головы
- •9.Механизм движений верхней конечности
- •10.Некоторые данные о конституции человека
- •11.Нервная регуляция позы и движений
- •12.Функциональный анализ положения человека в позе стоя
- •Тема 4. Тело человека как биомеханическая система
- •1. Механические свойства звеньев и их соединений
- •1.1. Виды нагрузок и характер их действия
- •1.2. Упругие деформации
- •2. Соединения звеньев
- •2.1. Кинематические пары
- •2.2. Кинематические цепи
- •2.3. Степени свободы движений
- •2.4. Геометрия движений
- •3. Звенья как рычаги
- •3.1. Виды рычагов в теле человека
- •3.2. Условия сохранения положения звеньев и их движения как рычагов
- •3.3. «3Олотое правило» механики1 в движениях человека
- •4. Биомеханические свойства мышц
- •4.1. Механические свойства мышц
- •4.2. Режимы работы мышц
- •5. Механическое действие мышц
- •5.1. Величина и направление тяги мышцы
- •5.2. Результат тяги мышцы
- •5.3. Виды и разновидности работы мыши,
- •6. Групповые взаимодействия мышц
- •6.1. Рабочие и опорные напряжения
- •6.2. Взаимодействующие группы мышц
- •6.3. Взаимодействие групп мышц при разных сопротивлениях
- •Разгибатель
- •6.4. Перераспределение напряжений мышц
- •Тема 5. Кинематические характеристики движений человека
- •1. Системы отсчета расстояния и времени 2. Пространственные характеристики 3. Временные характеристики 4. Пространственно-временные характеристики 5. Кинематические особенности движений человека.
- •1. Системы отсчета расстояния и времени
- •1.1. Выбор тела отсчета
- •1.2. Начало и направление отсчета расстояния
- •1.3. Единицы отсчета расстояния
- •1.4. Начало и единицы отсчета времени
- •2. Пространственные характеристики
- •2.1. Координаты точки, тела и системы
- •2.2. Перемещение точки, тела и системы
- •2.3. Траектория точна
- •3. Временные характеристики
- •20.1. Момент времени
- •3.2. Длительность движения
- •3.3. Темп движений
- •3.4. Ритм движений
- •4. Пространственно-временные характеристики
- •4.1. Скорость точки и тела
- •4.2. Ускорение точки и тела
- •5. Кинематические особенности движений человека
- •5.1. Составное движение и его составляющие
- •5.2. Сложение скоростей и ускорений в составном движении
- •5.3. Изменение скоростей в движениях человека
- •Тема 6.Динамические характеристики движений человека
- •1. Инерционные характеристики
- •1.1. Понятие об инертности
- •1.2. Масса тела
- •1.3. Момент инерции тела
- •Радиус инерции — это сравнительная мера инертности данного тела относительно его разных осей. Он измеряется корнем квадратным из отношения момента инерции относительно данной оси
- •2.Силовые характеристики
- •2.1. Сила
- •2.2. Момент силы
- •2.3. Действие силы
- •3. Внешние относительно системы силы
- •Внешние относительно системы силы — мера воздействия на нее объектов окружающей среды.
- •3.1. Сила тяжести и вес
- •3.2. Силы инерции внешних тел
- •3.3.Силы сопротивления среды
- •3.4. Реакции опоры
- •3.5. Силы трения
- •3.6. Силы упругой деформации
- •4. Внутренние относительно системы силы
- •4.1. Силы мышечной тяги
- •4.2. Силы пассивного противодействия
- •5.Динамические особенности в движениях человека
- •5.1. Роль сил в движениях человека
- •5.2. Совместное действие сил
- •Тема 7.Биодинамика двигательных качеств
- •1.Биологические и физиологические механизмы развития двигательных качеств
- •10 20 30 40-10-2 Сила, н
- •2.Характеристика двигательных (локомоторных) качеств
- •Расстояние между полосами, мк
- •3.Сила. Силовые качества
- •4.Развитие силы и ее измерение
- •5.Методика развития (тренировка) силы мышц
- •Сплошная линия — данные мужчин; пунктирная — данные женщин. По горизонтали — суставной угол; по вертикали — сила (в фунтах)
- •7.Физическая работоспособность.
- •8.Развитие быстроты
- •1.Предельная скорость одиночных движений.
- •2.Максимальный темп двигательных действий.
- •3.Скорость двигательной реакции.
- •9.Развитие ловкости
- •10.Развитие выносливости.
- •11.Развитие гибкости
- •Тема 8.Биомеханические основы спортивной техники
- •1. Показатели совершенства спортивной техники
- •1.1. Общие показатели технического мастерства
- •1.2. Мастерство при стабилизации кинематической структуры
- •1.3. Мастерство при стабилизации динамической структуры
- •1.4. Мастерство при вариативности спортивных действий
- •2. Направления развития системы движений
- •2.1. Интеграция и дифференциация
- •2.2. Стабилизация и вариативность
- •2.3. Стандартизация и индивидуализация
- •2.4. Соотношение произвольности и автоматизма в управлении
- •2.5. Фиксация и прогрессированив
- •3. Пути овладения техникой и ее совершенствования
- •3.F. Формирование и перестройка систем движений
- •4. Психологический аспект управления двигательными действиями
- •5. Проблема целесообразной индивидуализации выполнения упражнения
- •6. Надежность выполнения упражнений и действий
- •Тема 9. Элементы теории ошибок
- •1. Двигательные ошибки в спорте (их место и причины)
- •2. Классификация двигательных ошибок
- •3. Обнаружение, распознавание и оценка технических ошибок
- •4. Устранение ошибок
- •Тема 10. Методика биомеханического качественного анализа
- •1. Методы качественного биомеханического анализа
- •2. Правила качественного биомеханического анализа
- •10. Последовательность рассмотрения движений:
- •3. Приемы анализа
- •4. Типичные ошибки качественного биомеханического анализа
- •Тема 11. Основы контроля за технической подготовленностью
- •1. Задачи и виды контроля
- •Сила, проявленная при подъеме штанги до подседа:
- •Гониограммы изменения угла в правом тазобедренном суставе (а) и угла «скручивания» фронтальной оси плеч относительно фронтальной оси таза (в) в толкании ядра (фаза финального разгона):
- •2. Контроль за объемом техники
- •3. Контроль за разносторонностью техники
- •4. Контроль за эффективностью техники
- •4.1. Определение абсолютной эффективности техники
- •4.2. Определение сравнительной эффективности техники
- •4.3. Определение реализационной эффективности техники
- •234 "Гладкий" бег,с
- •Показатели реализационной эффективности техники баскетболистов:
- •5. Разновидности оценок эффективности техники
- •Та бл и ца 41 Эффективность техники метания копья
- •6. Контроль за освоенностью техники
- •Изменение скорости и точности прямого нападающего удара в волейболе в зависимости от установки тренера
- •Тема 12.Структура движений человека и управление ими
- •1.Двигательное действие как система движений.
- •1.1. Виды систем
- •1.2. Состав системы движений
- •1.3. Структура системы движений
- •2. Виды структур в системе движений
- •2.1. Кинематические структуры
- •2.2. Динамические структуры
- •2.3. Информационные структуры
- •2.4. Обобщенные структуры
- •3. Физическое упражнение как управляемая система
- •3.1. Понятие об управлении
- •3.2. Информация и ее передача
- •3.3. Двигательная задача и программа действия
- •4. Управление движениями в переменных условиях
- •4.1. Управляющие и сбивающие воздействия
- •4.2. Отклонения и коррекции
- •4.3. Функциональная структура действия
- •5. Координация движений человека
- •5.1. Нервная координация
- •5.2. Мышечная координация
- •5.3. Двигательная координация
- •6. Формирование систем движений
- •6.1. Построение системы движений
- •6.2. Перестройка системы движений
- •7.Развитие двигательной активности и координации движений
- •7. Изменение движений при физическом воспитании
- •7.1. Возраст и структура движений
- •7.2. Влияние половых различий на структуру движений
- •7.3. Влияние тренировки на структуру движений
- •Тема 13. Управление непереместительнымй действиями
- •1. Управление позой и ее медленными изменениями
- •2.Равновесие тела человека
- •2.1. Силы уравновешиваемые при сохранении колошения
- •2.2. Условия равновесия системы тел
- •2.3. Виды равновесия твердого тела
- •2.4. Устойчивость твердого тела и системы тел
- •3.Сохранение и восстановление положения тела человека
- •3.1. Пассивное и активное уравновешивание
- •3.2. Равновесие колебательного типа
- •3.3. Управление сохранением положения
- •Тема 14. Движения на месте
- •1 Закономерности перемещения оцт при постоянной опоре
- •1.1. Сохранение и изменение движения центра масс системы
- •1.2. Взаимодействие опоры, опорных и подвижных звеньев
- •1.3. Роль реактивных внешних сил
- •1.4. Сохранение и изменение количества движения системы
- •1.5. Преодолевающие и уступающие движения
- •1.6. Обеспечение равновесия
- •2. Фазовая структура движений на месте
- •2.1. Фазы разгона и торможения
- •2.2. Граничные позы и их роль
- •2.3. Передача скоростей в биокинематичесних цепях
- •3. Последовательность разбора движений
- •3.1. Определение исходного и конечного положений
- •3.2. Определение кинематических и динамических характеристик
- •3.3. Установление фазового состава
- •3.4. Условия равновесия и движения и определение действующих мышц
- •3.5. Оценка эффективности выполнения задачи
- •4. Движения при верхней опоре
- •4.1. Механизм притягивания
- •4.2. Уступающие движения при верхней опора
- •4.3. Подтягивание в висе и опускание
- •5.Движения при нижней опоре
- •5.1. Механизм отталкивания
- •5.2. Уступающее приближение к опоре
- •5.3. Сгибание и выпрямление рук в упоре лежа
- •Тема 15. Движения вокруг оси и перемещающие движения
- •1. Условия вращательного движения
- •1.1. Источник центростремительного ускорения
- •1.2. Оси вращения
- •1.3. Взаимодействие вращающегося и удерживающего тел
- •2. Способы управления движениями биомеханической системы вокруг осей
- •3. Управление вращением тела
- •4.Перемещающие движения
- •4.Механизмы скоростных движений
- •4.1. Суммирование движений и скоростей
- •4.2. Последовательность ускоряющих движений
- •4.3. Баллистическая работа мышц
- •4.4. Наращивание начальной скорости
- •4.5. Передача количества движения
- •5.Виды веремещающих действий
- •5.1.Перемещение тел с разгоном
- •Тема 16. Биомеханика локомоций
- •1.Сущность и виды локомоций
- •3.Биодинамика ходьбы
- •4.Биодинамика бега
- •Горизонтальная скорость бега, м/с
- •4 5 6 Скорость бега, м/с
- •Корреляция между длиной тела, длиной ноги и длиной шага
- •5. Биодинамика прыжка
- •5.1 Подготовка н отталкиванию
- •5.2. Отталкивание
- •5.3. Полет
- •5.4. Амортизация
- •6.Биомеханика различных видов спорта
- •Расход энергии при различных видах спортивной деятельности (ккал)
1.3. Единицы отсчета расстояния
В зависимости от выбранного способа отсчета устанавливаются единицы отсчета расстояния — линейные и угловые.
Линейные единицы. Чаще всего используют метрические единицы: основная — метр, кратная ей — километр (1000 м) и дольные—сантиметр (0,01 м) и миллиметр (0,001 м).
Кроме этой удобной для вычислений системы с десятичной зависимостью между меньшими и большими единицами пока все еще сохраняется в некоторых странах (встречается, в частности, и в спорте) очень неудобная для расчетов система:
1 дюйм=2,54 см; 1 фут==30,48 см; 1 ярд=91,44 см;
1 ярд=3 фута=36 дюймов;
1 м= 1.094 ярда=3,28 фута==39,4 дюйма.
Угловые единицы. В биомеханике применяются: а) градусы, минуты, секунды — при непосредственном измерении углов (окружность=-360°; градус=60'; минута=60"); б) обороты—при приближенном определении поворотов (оборот=360°, пол-оборота== 180°, четверть оборота==90° и т. д.); в) радиан—для расчетов по формулам — угол между двумя радиусами круга, вырезающими на окружности дугу, по длине равную радиусу (радиан=57° 17'44,8"; 1°=0,01745 рад.).
1.4. Начало и единицы отсчета времени
Кроме протяженности движения (в пространстве) необходимо измерять его длительность (во времени). В обычных условиях жизни в сутках приняты два начала отсчета времени (полночь и полдень), на транспорте и в технике связи — одно (астрономическое — полночь). В спортивных соревнованиях, естественно, существует одно общее начало отсчета — это либо астрономическое время, либо судейское («секундомеры на ноль»). В биомеханике в качестве начала отсчета времени выбирается момент начала изучаемого движения.
Единица отсчета времени — секунда (составляет 1/60 минуты, или 1/.3600 часа). В современном спорте учитываются еще десятые и сотые доли секунды, а в биомеханических исследованиях также и тысячные. Течение времени, естественно, рассматривается от прошлого к будущему, но при анализе движений иногда целесообразно вести отсчет также и в обратную сторону.
2. Пространственные характеристики
Пространственные характеристики в целом определяют пространственную форму движений человека.
2.1. Координаты точки, тела и системы
Координата — это пространственная мера местоположения точки относительно системы отсчета. Местоположение точки обычно определяют по ее линейным координатам:
. Координаты показывают, где находится изучаемая точка (например, пункт отсчета на теле) относительно начала отсчета, на каком расстоянии и в каком направлении от него. Для определения положения одной точки на линии необходимо и достаточно одной координаты, положения одной точки на поверхности—двух, в пространстве—трех.
Но, чтобы определить положение какого-либо твердого тела в пространстве, этого недостаточно. Надо еще знать координаты углового положения тела (угловые координаты), определяющие его ориентацию относительно этих трех осей:
Еще сложнее определение положения многозвенной биомеханической системы (тела человека), изменяющей свою конфигурацию1. Здесь уже нужно знать положение каждого звена в пространстве. Часто определяют положение тела по положениям проекций осей суставов на его поверхности (пунктов отсчета).
Различают исходное и конечное положения, т. е. положение, из которого движение начинается, и положение, которым оно заканчивается. От исходного положения (например, стартового) часто зависят многие особенности последующего движения. Конечное положение, к которому надо прийти, также может сильно влиять на выполнение движения (приземление после соскока со снаряда в гимнастике, после прыжка в длину в легкой атлетике, после выпуска снаряда в метаниях). Иногда исходное положение не очень существенно (перед началом разбега при прыжке в высоту); в некоторых случаях и конечное почти безразлично (после передачи мяча в футболе).
Все движения можно представить себе как сплошной ряд мгновенных (непрерывно сменяющихся) промежуточных положений. Так выглядит движение на кадрах кинопленки. По этим положениям можно приближенно восстановить внешнюю картину выполнения движения. С точки зрения механики описать движение точки — значит определить ее положение в любой момент времени.