8.1.1.2. Силовые перемещения

Силовые перемещения — это медленные переходы из одного статического положения в другое. Приведем несколько примеров таких упражнений: подтягивание и опускание в вис (рис. 69), подъем; силой в упор и опускание в вис (рис. 70), из стойки на руках - опускание в вис и подъем в стойку (рис. 71), из горизонтального упора — опускание в горизонтальный вис сзади и подъем в горизонтальный упор (рис. 72).

Переходы из более высокого положения в более низкое называются опусканиями; переходы из более низкого положения в положение более высокое называются подъемами.

Трудность опусканий и подъемов можно оценить теми же критериями, которые использовались ранее, — моментом силы и усло­виями удержания равновесия. Следует помнить, что количествен­ная величина этих критериев изменяется в процессе выполнения переходов, в то время как при выполнении статических положений она оставалась постоянной.

Опускания в целом легче, чем подъемы, поскольку при их вы­полнении мышцы работают в уступающем режиме, в то время как при подъемах — в преодолевающем. Из физиологии известно, что уступающий режим требует меньшей затраты физической силы. Это положение можно объяснить с позиций механики. Представим себе такую модель: через два равных блока перетянута нить (рис. 73). Для уравновешивания этой конструкции достаточно одно­го условия — равенства веса Р и силы F.

Если предположить, что Р— это вес гимнаста, а F — его мы­шечная сила, то станет ясно: для медленного (без риска порвать связки и мышцы) опускания достаточно, чтобы Р был меньше, чем Р. Но чтобы подняться из положения более низкого в положение более высокое, мышечная сила гимнаста должна превосходить его вес.

Кроме того, при опусканиях спортсмен переходит из положения неустойчивого равновесия в положение устойчивого, т. е. условия удержания равновесия упрощаются. При подъемах эти условия усложняются, поскольку переход осу­ществляется из устойчивого в неустойчивое по­ложение равновесия.

8.1.2. Маховые упражнения

Подавляющее большинство упражнений на снарядах — маховые. Эти упражнения ценны тем, что совершенствуют координационные споcобности, умение ориентироваться в пространстве. Маховые упражнения — это враща­тельные движения по кругу или его частям. Вращательные движения связанны с понятием «ось». Оси, вокруг которых вращается спортсмен, могут быть действительными (например, гриф перекладины или жердь брусьев разной вы­соты) и воображаемыми (например, линия, соединяющая точки хвата на коль­цах или параллельных брусьях) при по­перечном положении плечевой оси гимнаста по отношению к оси жерди.

По отношению к телу гимнаста оси] называются: фронтальная, сагиттальная, продольная. Все эти оси являются воображаемыми (рис. 74). Они перпендикулярны друг другу и пересекаются в одной точке — ц.т.т. спортсмена. Это главные центральные оси инерции. Знание закономерностей вращения вокруг этих осей особенно но для таких видов спорта, как спортивная гимнастика, прыжковая акробатика, прыжки в воду, прыжки на батуте, отчасти прыжки; на лыжах с трамплина и легкоатлетические прыжки в высоту и длину.

Несколько обособленное место занимают в гимнастике маховые и круговые движения, выполняемые на коне с ручками. Это объяс­няется тем, что в упражнениях на коне оси, вокруг которых вращается тело гимнаста, чаще всего являются промежуточными, т.е. не главными центральными осями инерции. Кроме того, эти оси подвижны и в пространстве и в самом теле спортсмена. Всё это Сильно осложняет проведение строгого анализа движений, но не делает его невозможным;

Упражнения на бревне сочетают в себе элементы вольных и Акробатических упражнений, а также опорных прыжков (различные «вскоки»). С точки зрения удержания равновесия все они являются упорами, хотя терминологическое название «упор» имеют лишь немногие из них, в основном простейшие, типа упор на одном коле не, упор присев, упор лежа. Все упражнения на бревне являются неустойчивыми равновесиями. Оси, вокруг которых происходят вращения (типа поворотов, кувырков, сальто и переворотов), могут быть' подвижными и неподвижными. Перечисленные факты усложняют анализ, но также не вносят ничего нового, не свойственного другим упражнениям.

В перечисленных выше видах спорта и гимнастического многоборья многие движения спортсменов протекают в соответствии с законом сохранения момента импульса.

При безoпорных положениях этот закон проявляется в «чистом» виде, но Ой действует: и в опорных положениях, только в этих случаях его проявления не столь очевидны, они вуалируются внешни­ми силами, такими как, сила земного тяготения, сила трения, сила сопротивления внешней среды (например, воздуха). Закон этот формулируется таким образом: в замкнутой (изолированной) системе момент количества движения есть величина постоянная.

M = J * w = const

где М — момент количества движения (момент импульса);

J – момент инерции (величина, равная тr²);

w – угловая скорость.

Из механики известно, что линейная скорость пропорциональна радиусу, т. е. v = wr. Отсюда получается, что w = v/r . Подставив это в формулу для момента количества движения и помня, чему равна величина момента инерции, получим

M = mvr

В этом выражении М—момент количества движения, m - масса, v—линейная скорость точки вращающегося тела, r — радиус вращающейся точки, т. е. расстояние от оси вращения.

Произведение тr носит в механике «название «количества движе­ния»'(или «импульса») и является мерой механического движения.

Поскольку масса постоянна, то алгебраически ясно, что для сохранения постоянства величиныМ скорость и радиус должны изменяться строго обратно пропорционально. Произвольно спортсмен может изменить только радиус (например, группируясь или разгруппировываясь). Из формулы ясно, что если радиус укоро­тился на величину ∆r, то линейная скорость должна увеличиться на ту же величину, чтобы произведение (в соответствии с законом) осталось неизменным. Таким образом; формула показывает, как связаны между собою величины r и v, на она ничего не говорит о том, почему эта связь имеет место. А вопрос этот важный.

Действительно, если в процессе, группировки увеличиваются скорости всех точек вращающегося тела, то, значит, происходит изменение скорости. Измене­ние скорости означает, что появилось ускорение. Уско­рение, как известно, является следствием действия силы. Откуда же появилась эта си­ла, если мы рассматриваем систему изолированную, т. е. как раз такую, на которую внешние силы по условию не действуют?

На этот Вопрос можно ответить, если разобраться в эффектах, впервые объяснен­ных французским физиком Кориолисом. На рис. 75 изображен диск, вращающийся

вокруг оси, перпендикулярной чертежу. В точках А и Б этого диска расположены грузики, имеющие одинаковые массы и спо­собные во время вращения перемещаться вдоль радиуса. Пока грузики находятся на периферии, их линейные скорости, обозна­ченные стрелками, будут максимальными. Скорости остальных точек, расположенных на радиусе, будут уменьшаться по мере приближения к оси вращения пропорционально уменьшению ради­уса, т. е. так, как это показано на рисунке.

Теперь представим себе, что грузики при неостанавливающемся вращении диска переместились из точек А и Б соответственно в точки А1 и Б,, линейные скорости которых первоначально были меньше, чем скорости точек А и Б. Грузики в силу инерции сохра­няют свою первоначальную скорость и как бы подталкивают ле­жащие под ними точки- А_г и Б₄, увеличивая таким образом их скорость. Силы, изменяющие скорости А₄ и Б₄, носят название сил инерции Кориолиса. Понимание этого факта дает возможность ответить на вопрос, почему имеют место те соотношения, которые описываются формулой сохранения момента количества движения. Если знать, как взаимодействуют между собой величины скорости и радиуса, а также иметь в своем распоряжении данные обо всех силах, действующих одновременно на вращающееся тело (об изме­няющемся моменте силы тяжести, о силе реакции опоры, силе тре­ния и сопротивления воздуха), то в этом случае закон сохранения момента импульса может быть применен и к изучению вращения тел несвободных, неизолированных.

Во вращательных движениях роль массы заменяется так назы­ваемым моментом инерции. Момент инерции — это мера сопротив­ления тела вращательному движению, так же как масса — мера сопротивления прямолинейному движению.

В применении к гимнастическим упражнениям сказанное выше нужно понимать таким образом; если гимнаст во время исполнения любых вращательных движений сгибается (а по предварительному условию любое маховое упражнение является вращательным дви­жением), то он неизбежно изменяет момент инерции своего тела относительно оси вращения. Изменение момента инерции столь же неизбежно приводит к изменению угловой скорости. Эта скорость, если она повышается, дает спортсмену возможность выполнить вращение таким образом, чтобы приземлиться на ноги при испол­нении соскока (или завершить необходимое вращение при исполне­нии оборота).

Наоборот, если гимнаст чувствует, что вращение избыточно («перекрут»), тогда при хорошей подготовке (практически — ин­туитивно) спортсмен разгруппировывается, выпрямляется и таким образом уменьшает угловую скорость своего вращения.

Второй закон, который должен учитываться при анализе тех­ники гимнастических упражнений, — это закон сохранения коли­чества движения (закон сохранения импульса).

Закон сохранения количества движения так же важен при изу­чении прямолинейных движений, как закон сохранения момента количества движения для вращательных. Но поскольку прямолинейных движений в спортивной гимнастике значительно меньше, чем вращательных, то и необходимость приложения этого закона значительно меньше. Он в основном применяется при изучении толчков руками и ногами.

Уяснить сущность этого закона, проще всего на механической модели.

Представим себе совершенно гладкую горизонтальную поверх­ность, на которой лежат два шара одинаковых размеров, но различ­ных масс (рис. 76). Допустим, что масса М правого шара больше массы т левого шара в 10 раз, т.е. что имеет место равенство 10/m = М. Между шарами находится пружина, сжатая внешни­ми силами так, как показано, на рисунке. В какой-то момент вре­мени внешняя сила перестает действовать, и шары предоставляются сами себе. Они, очевидно, раскатятся в разные стороны и пройдут пути, обратно пропорциональные их массам. Условно назовем путь, пройденный левым шаром, отрицательным путем, а путь правого шара — положительным.

Если путь, пройденный левым (более легким) шаром, обозначить S, а путь правого (более тяжелого) шара s, то после измерения путей обнаружится, что mS=Ms. Но путь есть произведение скорости на время, т. е. s = vt. Подставив это значение пути в предыдущее равенство, а также учтя, что скорость — вектор, получим новое равенство:

В последнем равенстве произведение массы на скорость уже знакомая нам величина, называемая количеством движения или импульсом. Мы видим, что правая и левая части равенства равны между собой по абсолютной величине, но противоположны по зна­ку. Это значит, что их сумма равна нулю. Закон сохранения коли­чества движения утверждает, что в изолированной системе коли­чество движения остается постоянным и никакими внутренними силами изменено быть не может. В приведенном примере это подтверждается тем, что даже после того, как шары раскатились, о.ц.т. системы, состоящей из двух шаров, остался на прежнем, месте.

Если же система не изолирована, то эффект будет иным. Рассмотрим это на аналогичной модели. На рис. 77 показаны те же два шара, но теперь правый шар (более тяжелый) упирается в вертикальную стенку. Кроме того, шары связаны между собою нитью, более длинной, чем несжатая пружина. Опыт проводится так же, как в первый раз: пружина вначале сжимается, а затем; резко освобождается. Поскольку правому шару откатываться некуда, то, естественно, двигаться будет только левый шар. По инерции он будет катиться и после того, как пружина уже пере­станет его толкать. Это будет продолжаться до тех пор, пока не натянется нить, связывающая шары. Как только это случится, ле­вый шар (хотя и более легкий) увлечет за собой правый и оттянет его на какое-то расстояние от вертикальной стенки. Иными словами, энергия движения левого шара в какой-то мере перераспределится и на правый, более тяжелый шар, заставив его двигаться. Подоб­ное явление перераспределения энергии очень часто используется в спортивных движениях вообще и в гимнастике в частности. Так, например, заканчивая толчок о мостик при выполнении опорного прыжка (и вообще всякого прыжка вверх), гимнаст резко поднимает руки вверх. Этим он добивается того, что часть энергии, приобре­тенной руками еще в опоре, передается всему телу, способствуя более высокому взлету. Важно понять, что такое движение рук приводит к желаемому результату только в том случае, когда оно заканчивается еще в опорном положении: бросок руками вверх в полете приведет к тому, что вcе остальные части тела, кроме рук, опустятся вниз относительно о.ц.т. При этом, конечно, все части тела пройдут, вниз путь настолько меньший, чем руки вверх, на­сколько масса всего тела больше массы рук. Мы привели в качестве примера только одно движение — бросок руками. Но те же рассуж­дения останутся справедливыми при анализе необходимости резкого разгибания в коленных суставах при выполнении курбета, броска ногами вперед-вверх с последующим торможением при выполнении подъема разгибом на брусьях из упора на руках согнувшись, кувырка назад в стойку на руках в вольных упражнениях и многих других гимнастических упражнений.