Іі. Біомеханічні основи техніки спортивної боротьби

З попереднього розділу ми визначили, що основною метою технічних дій у всіх видах боротьби є намагання вивести свого суперника з рівноваги і не дат йому зробити того ж.

Але при цьому треба усвідомити що:

1. будь яке переміщення фізичного тіла в просторі не можливо без втрати ним рівноваги;

2. для виведення з рівноваги суперника необхідно самому втратити рівновагу;

3. сам процес боротьби не можливий без переміщення борців по відношенню одного до одного;

4. початок будь якого руху не можливий без сили, тобто величини яка характеризує взаємодію тіл і відзначається зміною руху тіла чи зміною їх форми, або першим і другим разом.

5. властивістю тіла зберігати величину і напрям руху і швидкості коли на нього не діють сили (або діють урівноважуючи сили називається інерцією, або інертністю);

6. зміна руху тіла визначається не тільки діючою на нього силою, але й властивостями самого тіла, одна з яких є маса. Маса є мірою інертності тіла і вимірюється пропорційним відношенням

F - сила, а - прискорення, відповідно ; F = ma.

В трьох цих формулах відображені в законі динаміки (розділу фізики який розглядає закони руху тіл) сформульовані англійським фізиком Ісаком Ньютоном:

І закон - всяке тіло знаходиться в стані спокою, або рівномірного прямолінійного руху, доти поки на нього не діють сили (або сила) які викличуть виходу його тіла з цього стану. І ця властивість тіла називається інерцією, яка вимірюється масою: .

ІІ закон - прискорення тіла в результаті дії на нього сили (F) пропорційно величині цієї сили і зворотньо пропорційне масі тіла (m): , або F = ma, при цьому напрямок прискорення співпадає із напрямком F.

ІІІ закон - сили, з якими 2 тіла діють, одна на одну спрямовані по одній прямій і дорівнюють по величині і протилежні по направленню

; .

Як ми бачимо наші попередні припущення витікають із законів динаміки і не суперечать їм.

Але перед тим як ми визначімо умови виведення тіла з рівноваги нам необхідно визначити попередні умови рішення цієї задачі:

І - Борці які знаходяться в безпосередньому контакті уявляють собою систему 2-х тіл, а з цього випливає, що через цей контакт передається сили які впливають на положення: стан всіх складових частин системи;

ІІ - сили які впливають на стан цієї системи можна розподілити на внутрішні, які діють між складовими системами і належить саме їм, і зовнішніми, які не належать до системи тіл;

До внутрішніх відносяться сили:

- м’язевої тяги (сили м’язів);

- сили пасивної протидії м’язевим тягам (опорні реакції в суглобах і місцях кріплення м’язів і зв’язок, сили сухого і рідинного тертя, сили інерції при прискоренні ланок тіла, органів і тканин, пружні сили деформації пружних тканин шкіри, м’язів, зв’язок). (F кінет.)

До зовнішніх сил відносяться: (F потенц.)

1. Сили тяжіння (консервативна тобто постійно діюча) яка визначається вагою;

2. Сила інерції зовнішніх сил (кожний з суперників має в кожну мить часу свою загальну інерцію і інерцію ланок свого тіла);

3. Силу опору середовища (опором атмосферного тиску і повітря ми можемо нехтувати але силу опору одягу можна враховувати);

4. Сила тертя;

5. Сили пружної деформації (які виявляються при контакті двох матеріальних тіл) у нашому випадку ми будемо нехтувати при розрахунках, але нехтування ними у поєдинку може привести до травми. Всі зовнішні сили крім 1 неконсервативні їх величина може змінюватись в різних умовах і під дією самих борців.

Найбільш велике значення мають з них сила тяжіння, сила інерції, сила тертя при застосуванні технічних дій.

ІІІ - умова - при наших розрахунках ми будемо вважати що розглядаємо систему тіл, як незмінну у своїй структурі, що дійсно можливо, якщо фіксувати її в просторі у будь-яку малу хвилину часу;

ІV - умова - по конфігурації площа опору кожного борця і системи 2-х борців, заключається між зовнішніми краями їх стан, але для наочності в розрахунках ми замінемо систему тіл однією геометричною фігурою паралелепіпедом і будемо вважати що загальний центр тяжіння (ваги) ЗЦТ в ньому розташовується у центрі.

h - Висота паралелепіпеда 180 см;

P - Вага - 80 кг;

S - площа опори: 30 см  50 см = 1500 смімітує фронтальну стійку.

Умовно це один з суперників, який знаходиться у високій стійці і повинен бути виведений із рівноваги вперед

Стійкість системи визначається в кожний обраний час і положенні

моментом стійкості - Мст. = Qd

Q - довжина лінії тяжіння Q = 90 см

d - довжина лінії плеча (точки прикладання сили до точки (осі перевертання)) сили тяжіння d = 15 см

Мст. = 9015=1350 см

Кут стійкості - 1ст - тобто кут який утворюється між лінією проекції ЗЦТ опорою і лінією осі перевертання дорівнює sin  = і по таблиці знаходимо Lст=930. Кут стійкості вказує на скільки градусів необхідно повернути тіло, щоб воно стало нестійким при Lст=0 при радіусі перевороту L навколо осі О.

При нахилі тіла на 430 при 1ст=5 плече сили тяжіння буде

d = L cos85 = 0.0872 = 91.4см0.0872=7.978см

Q = L cos  = 91.4смcos 5 = 91.4см0.9962=91см

Момент стійкості в цьому разі буде

Мст=91.8=728 або 53 від початкового.

Момент сили тяжіння в цьому положенні

Мтяж=Pd=80кт0.08м=6.4кг/м від початкового положення це теж 53.

Тобто чим менший кут стійкості тим менше треба сили щоб вивести тіло з рівноваги, бо момент сили тяжіння в положенні стійкої рівноваги дорівнює

Мтяж=Pd=80кто.15=12кт/м.

Для подвоєння Мтяж як ми бачимо 24кт/м = 80ктхм;

х=

треба збільшити вдвічі плече сили тяжіння в сторону перевороту.

Для того щоб почати переворот необхідно прикласти силу (в даному випадку силу тяги).

Якщо прикласти силу на висоті яка дорівнює радіусу повороту навколо осі О на рівні ЗЦТ - L = 91.4СМ, ми побачимо що момент перевороту Мпер.=Fh(l) буде дорівнювати Fтяж=Fпер 80кт0.15м=хкт0.914 х=

На яку ж висоту треба прикласти F (силу) приблизно вдвічі меншу F = 7 кт/м, наприклад

80кт0.15м=7ктхм; 12кт/м=7ктхм; х=1.71м.

Тобто для зрушення тіла з місця сили витрачається менше чим вище по вертикальній осі вона прикладається.

Якщо ж знизити висоту прикладання сили до 50 см то відповідно сила (тяги) повинна збільшуватись у двічі х=кт.

З цього випливає, що для збільшення Мст необхідно збільшити Lст, плече сили тяжіння, і знизити висоту ЗЦТ відносно горизонтальної поверхні, а для того щоб збільшити Мпер необхідно прикласти силу F як можна вище від площі опори і ЗЦТ, або підвищувати ЗЦТ і цим зменшувати Lст, або зменшувати площу опори і плече сили тяжіння в сторону перевороту і швидкість прикладання.

При проведенні прийому технічним вважається послідовне, а ще краще одночасне створення цих умов.

Але є і ще один спосіб зменшити Мпер - це поділити їх на 2 частини і спрямувати їх дію в протилежні сторони зосередивши їх в одній площині перевороту.

Сума цієї “пари сил” повинна бути більшою ніж F Мст.

Статичним показником стійкості є коефіцієнт стійкості який вказує на співвідношення Кст = .

Тіло або система тіл не втрачає рівновагу якщо Кст1, і втрачає коли він менший 1, тобто коли Мпер перевищує Мст.

Ми проаналізували на прикладі твердого тіла умови його стійкості і перекидання, але є суттєві відмінності при умовах стійкості і перекидання живих тіл:

І. Площа ефективної опори у них менша завдяки слабких ланок (кінцевих фалангів пальців, м’яких тканин) до контору опори відносно.

ІІ. Людина ніколи не відхиляється всім тілом відносно осі перекидання (як кубик, чи паралелепіпед), а здійснює пересування відносно осей яких – не будь суглобів.

ІІІ. При наближенні до граничного положення важче зберігати позу і настає непросто перекидання “здерев’янілого тіла” навколо осі перекидання, а змінюється поза при падінні.

Урівноваження сил у живих організмах виникає при активному керівництві силами біологічного походження, на відміну від пасивно-механічних у живих організмах.

Кожна людина за рівнем розвитку своєї спритності має свою “зону відновлення положення рівноваги”, яка виходить за межі “зони збереження рівноваги” (яка розраховується по законах механіки (статики і динаміки).

Це можливо за рахунок “компенсаторних рухів” які створюються одночасно з діями обурюючих сил і випереджують їх майже автоматично, нейтралізуючи ефект обурюючих сил.

Якщо компенсарні рухи повертають ЗЦТ в зону збереження рівноваги, то амортизаційні рухи також одночасно і майже автоматично зміщують ЗЦТ в зоні збереження рівноваги надаючи час для дії урівноважуючих сил.

Всі ці сили повинні дати в комплексі, якщо мова йде про висоту ступеня володіння технічними діями спрямованими на виведення суперника з рівноваги і відновлення положення рівноваги.

Спеціальна стриманість (борця) як фізична якість і визначається навичками борця не втрачати рівновагу незважаючи на будь-які дії його противника.

Правило правого гвинта: якщо головку гвинта обертати в напрямку обертання тіла, то поступальний рух гвинта буде співпадати з напрямом L.

Закон обертального руху: зміна момента імпульса за одиницю часу дорівнює моменту сил, діючих на тіло: М = .

Векторна сума моментів імпульсів тіла, входящих в замкнуту систему, є величиною постійною  L; = const - закон обертання момента імпульса - кількості руху. Сила спрямована по радіусу осі обертання, і її момент відносно осі обертання дорівнює нулю (нулю плеча сили).

Fп=mwR

Сила тяжіння тіла з масою m P=mq.

Сила тертя

Fт=kFн

k - коефіцієнт тертя

Fн - сила нормального тиску.

В сучасній науці слово “сила” використовується в двох значеннях: по-перше в значенні механічної сили - вона є точною кількісною мірою взаємодії між тілами, і по-друге - частіше - означає просто наявність взаємодій зазначеного гатунку, точною кількісною мірою якого може бути тільки енергія - тобто фізична величина, визначаюча здібність тіл виконувати роботу. В механіці визначається два види енергії: енергія кінетична (Ек) - енергія руху, залежну від відносної швидкості тіл; енергія потенційна (Еп) залежну від розташування тіл. Повною механічною енергією системи називається сума (Ек+Еп) всіх тіл входящих в цю систему.

Роботою (А) в фізиці називається величина, дорівнююча добутку суми на переміщення в напрямку дії сили.

Якщо робота не співпала з напрямком переміщення то вона дорівнює А=FScos

 - кут між напрямами сили і пересування.

При постійному моменті сили N - Aн = Ма

Потужність (N) - величина яка дорівнює роботі виробляємій в одиницю часу

N=(швидкість роботи)

Якщо на тіла системи, крім внутрішніх сила вагиконсервативних (не залежні від форми путі) сил, діють зовнішні сили то повна енергія система змінюється і якщо:

- робота зовнішніх сил

- початкова енергія

- начальна енергія

Зміна повної енергії системи тіл, між якими діють консервовані сили, дорівнює роботі зовнішніх сил які дорівнює роботі зовнішніх сил, які діють на тіла систем. В замкненій системі тіл (тобто коли зовнішні сили відсутні і їх роботи А=0) повні енергії система залишається постійною. Це один з основних законів механіки - закон збереження енергії. В цьому випадку енергія механічна переходить в інші види енергії - в теплову.

Екнт=

Eкнт=

обертаюча

Кпот=mqh - в однорідному полі

(Кпот=-- Кпот в полі тяжіння землі

 - гравітаційна стала

Мз - маса Землі

m - маса тіла

R - відстань від центру Землі до центра її ваги

Важелі

Важіль - тверде тіло, яке може під дією сил обертатись навколо опори (осі) в двох протилежних напрямках також зберігати своє положення.

Скелет складений з рухомоз’єднаних кісток утворює собою тверду основу біокінетичних ланцюгів. Ланкі ланцюгів з прикладеними до них силами (м’язевих тяг і ін.) в біомеханіці розглядається як система складних важелів.

Як простіший механізм важіль служить для передачі руху іі сили на відстань.

Важелі можуть бути одноплечні (з точкою опорою на кінці важеля) і двуплечні з точкою опори між кінцями важеля.

Робота тяги м’язів прикладена до короткоманд плеча важеля, визиває во стільки, раз більше зміщення другого плеча, во скільки раз перше плече коротше другого - виграш шляху. Але сила передана на довге плече важеля як раз у стільки ж раз менше, чим прикладена. Таким чином виграш в швидкість досягається за рахунок програшу в силі і навпаки.

Важіль знаходиться в рівновазі якщо момент діючих на нього сил (векторна сума) дорівнює нулю:

а, b - плечі важеля.

Реакція опори. - далі

Зовнішні відносно системи сили:

1. Сила тяжіння і вага - консервативні

2. Сила інерції зовнішніх тіл - неконсервативні

3. Сила опору середовища -”-”-

4. Сила тертя -”-”-

5. Сила пружності і деформації -”-”-

Внутрішні відносно системи сили.

1. Сили м’язевої тяги -”-”-

2. Сили пасивної протидії -”-”-

Опорні реакцій в суглобах і місцях кріплення м’язів і зв’язок, сили сухого і рідинного тертя, сили інерції при прискоренні ланок, органів і тканин, пружні сили деформації пружних тканин (шкіри, м’язів, фасцій, зв’язок)

Реакція опори - міра протидії, опори при тиску на неї зі сторони спокійного або просуваючого при контакті з нею тіла.

Реакція опори дорівнює по величин силі з якої тіло діє на опору, спрямована в протилежну до тіла сторону в точці, через яку проходить лінія сили, діюча на опору.

Вона перпендикулярна до опори ----- F тертя