§ 24. Биоэнергетика двигательных действий

В двигательных действиях происходит превращение одних видов энергии в другие (химической в механическую и тепловую) и преобразование механической энергии (кинетической в потенциальную и наоборот). Изучение источников энергии, путей ее перехода, условий индивидуального использования и ее потерь необ­ходимо для совершенствования систем движений.

24.1. Превращение и преобразование энергии в двигательных действиях

Подвод энергии в биомеханическую систему совершается в ре­зультате: а) превращения химической энергии в механическую по­тенциальную напряженной мышцы, б) перехода работы внешних сил в кинетическую энергию биомеханической системы и потенциальную энергию деформированных мышц и перемещаемого тела. Энергия расходуется на:

а) производительную работу; б) непроизводительные затраты, связанные с ее превращением и рассеянием энергии; в) пре­образование ее при накоплении в растянутой мышце.

Механическое движение человека сопровождается изменением ме­ханического состояния его тела; это состояние определяется энергией биомеханической системы. Величина и характер расхода энергии при движениях зависят от особенностей движений. Коль скоро происходит расход энергии, необходим и подвод энергии.

Существует, по меньшей мере, два источника энергии, используемой в движениях. Первый источник — запасы химической энергии. Этот источник находится в мышцах, других органах и крови. В мышцах происходят химические реакции и возникает напряжение в сократительных элементах: химическая энергия превращается в механическую — потенциальную энергию упруго деформированных эле­ментов мышц (рис. 38,1). Второй источник энергии движений — это механическая энергия внешнего окружения (внешних тел, среды, парт­неров и противников). Она передается телу посредством работы внешних сил: а) кинетическая энергия движущихся объектов (рис. 38,2) (например, бросок, выполненный противником в борьбе) и б) потен­циальная энергия положения (рис. 38,3) (например, движение вниз

при соскоке с перекладины в поле земного тяготения), В этих случа­ях спортсмен движется пассивно. Все активные движения совер­шаются благодаря преобразова­нию потенциальной энергии на­пряженных мышц в кинетиче­скую энергию звеньев тела и всего тела в целом (рис. 38, 4). Силы тяги мышц совершают работу. Напомним, что работа силы — процесс изменения энергии (со­стояния). Всегда, когда изменяет­ся количество или форма энергии, это следствие работы сил.

Приобретенная энергия не всегда тотчас же расходуется. Не­израсходованная энергия нака­пливается. Химическая энергия «запасается» благодаря питанию и дыханию человека. Она превра­щается в механическую (потенци­альную) энергию напряженных мышц. Накопление энергии в мышцах происходит и другим путем: когда мышцы растяги­ваются в уступающей работе, тор­мозя движение звеньев тела. Кинетическая энергия последних преобразуется в потенциальную энергию упруго деформированных мышц (рис. 38, 5). Наконец, накопле­ние энергии может быть в виде потенциальной энергии тела человека, когда он поднимает себя против сил тяжести (рис. 38, 6).

А каковы же затраты механической энергии тела человека Естественно, что когда человек двигается, он затрачивает кинетиче скую энергию на передвижение своего тела и движимых им внешни тел (например, метание диска) (рис. 38,7). Работа против внешних си. идет за счет уменьшения механической энергии тела, с увеличение! кинетической энергии внешних тел. Как известно, затраты кинетиче ской энергии бывают производительными (на решение двигательно задачи) и непроизводительными (против вредных сопротивление например сил трения). Возможны затраты кинетической энергии тела как уже упоминалось, и на превращение ее в потенциальную (рис. 38,6 (например, движение вверх в висе на перекладине после маятникооб разного движения вниз). Ранее были названы способы затраты ки нетической энергии на накопление потенциальной энергии как в мышца (рекуперация¹ энергии), так и во всем теле в поле земного тяготения.

¹ Рекуперация (лат.) — получение вновь (подробнее см. 24.2).

При всех изменениях энергии значительная часть ее превращается в тепловую и рассеивается (рис. 38, б). По закону сохранения энергии она не исчезает; но механическая энергия, превращаясь в тепловую, теряется в процессе механической работы. Из затрат механической энергии не более 1/4 идет на механическую работу (к.п.д. 20—25%).

Такова несколько упрощенная схема превращения и преобразования энергии при движениях человека.