Лекции по БИОМЕХАНИКЕ

Ламаш Б.Е.
Лекции по БИОМЕХАНИКЕ

Содержание

Лекция № 1. Предмет и история биомеханики Лекция № 2. Кинематика движений человека Лекция № 3. Динамика движений человека Лекция № 4. Механическая работа и энергия при движениях человека Лекция № 5. Движения вокруг осей Лекция № 6. Локомоторные движения Лекция № 7. Локомоторные движения (окончание) Лекция № 8. Перемещающиеся движения Лекция № 9. Ударные действия Лекция № 10. Индивидуальные и групповые особенности моторики

 

Лекция № 1 Предмет и история биомеханики

Любой тренер должен разбираться в биологии, точнее в ее разделе анатомии, чтобы правильно представлять себе внутреннее строение атлета, работу его… Для работы мышц нужна энергия. Ей можно взяться только за счет химических… Любое соревнование – это борьба индивидуумов. Немалую роль в победе играет не только физическая выносливость, но и…

Лекция № 2 Кинематика движений человека

Материальной точкой называется тело, размеры и форма которого несущественны в рассматриваемой задаче. Например, при изучении скорости прохождения… Системой материальных точек или тел (механической системой) называется… Классическая механика, т.е. механика, имеющая дело с телами, движущимися с малыми скоростями, в отличие от…

Лекция № 3 Динамика движений человека

Силой называется некоторая физическая величина, выражающая взаимодействие между рассматриваемым телом и другими телами или полями. Поэтому все силы… Ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело: F ~ a. Тогда… Масса тела является неизменной характеристикой данного тела, не зависящей от его местоположения. Масса характеризует…

Звенья тела как рычаги и маятники

Рычаг характеризуется расстоянием между точкой приложения силы и точкой вращения. Рычаги бывают первого и второго рода. Рычаг первого рода или рычаг равновесия состоит только из одного звена. Пример… Рычаг второго рода характеризуется наличием двух звеньев. Условно можно выделить рычаг скорости и рычаг силы в…

Механические свойства костей и суставов

Выделяют 4 вида механического воздействия на кость: растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Установлено, что прочность кости на растяжение почти равна прочности чугуна.… Менее прочны кости на изгиб и кручение. Однако регулярные тренировки приводят к гипертрофии костей. Так, у штангистов…

Биомеханические свойства мышц

К биомеханическим свойствам мышц относят сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксацию. Сократимость – это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В… Упругость мышцы состоит в ее способности восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы.…

Лекция № 4 Механическая работа и энергия при движениях человека

Мощностью называется работа, совершаемая за единицу времени, или W=A/t =Fv. По последней формуле можно определить мощность коротких интенсивных… Если материальная точка находится в поле (гравитационном, электромагнитном),… При рассмотрении деформируемого тела часто используют понятие «внутренней потенциальной энергии», которая равна работе…

Лекция № 5 Движения вокруг осей

Рассмотрим рычаг первого рода. В этом случае его движение можно описать как вращательное движение вокруг точки, при котором одна его точка О (точка… Подобно тому как причиной ускоренного движения материальной точки или… Пусть имеется тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси, и к нему в какой-то точке приложена сила F. Найдем…

Лекция № 6 Локомоторные движения

Отталкивание от опоры выполняется посредством: а) собственно отталкивания ногами от опоры и б) маховых движений свободными конечностями и другими… При отталкивании опорные звенья неподвижны относительно опоры, а подвижные… Силы мышечных тяг толчковой ноги выпрямляют ее. Поскольку стопа фиксирована на опоре, голень и бедро передают…

ВИДЫ СПОРТИВНЫХ ЛОКОМОЦИЙ

Видов локомоций зависят от видов спорта и биодинамики передвижений спортсмена в движениях ациклического характера (прыжки) и циклического: с фиксированной опорой (ходьба и бег), со скольжением (лыжный ход), в водной среде (плавание), а также с механическим преобразованием движений на опоре (велосипед) и на воде (академиче­ская лодка).

Рассмотрим в отдельности некоторые из этих движений.

Биодинамика прыжка

где l – длина и h – высота траектории ОЦМ (без учета его высоты в моменты…

Разбег

В разбеге решаются две задачи: создание необходимой скорости к моменту прихода на место отталкивания и создание оптимальных условий для опорного взаимодействия. В прыжках в длину добиваются наибольшей скорости разбега. Перед постановкой толчковой ноги на место отталкивания последние шаги изменяются: несколько шагов удлиняются, что снижает положение ОЦМ, а последний шаг делается быстрее и обычно короче. В прыжках в высоту не нужна большая горизонтальная скорость, разбег короче (7-9 беговых шагов вместо 19-24) при меньшей скорости. На место отталкивания нога ставится стопорящим движением. Это уменьшает горизонтальную скорость и увеличивает вертикальную, позволяет занять исходное положение при оптимально согнутой толчковой ноге, достаточно растянутых и напряженных ее мышцах, целесообразном расположении ОЦМ и необходимой скорости завершения разбега.

Отталкивание

С момента постановки ноги на опору начинается амортизация – подседание на толчковой ноге. Мышцы-антагонисты растягиваются и напрягаются, углы в… В течение амортизации горизонтальная скорость ОЦМ снижается, во время… Выпрямление толчковой ноги и маховые движения, создавая ускорения звеньев тела вверх и вперед, вызывают их силы…

Полет

В полете траектория ОЦМ предопределена величиной и направлением вектора начальной скорости ОЦМ (углом вылета). Движения представляют собой движения звеньев вокруг осей, проходящих через ОЦМ. Задача сводится к возможно более дальнему при­землению, удерживая стопы как можно выше. Кроме того, существенно важно продвиже­ние тела вперед после приземления. Спортсмены стремятся к моменту приземления поднять выше вытянутые вперед ноги и отвести руки назад: это обусловливает возможность после приземления рывком рук вперед с последующим разгибанием продвинуться вперед от места приземления.

 

Лекция № 7
Локомоторные движения (окончание)

Биодинамика с опорой на воду (плавание)

Способы плавания основаны на взаимодействии пловца с водой, при котором создаются силы, продвигающие его в воде и удерживающие на ее поверхности. Взаимодействие возникает вследствие погружения в воду и активных движений пловца. Специфические особенности биодинамики плавания связаны с тем, что силы, тормозящие продвижение, значительны, переменны и действуют непрерывно. Постоянной же опоры для отталкивания вперед у пловца нет, она создается во время гребковых движений и остается переменной по величине.

При всех гребковых движениях гребущие звенья движутся относительно остальных частей тела назад, а последние относительно гребущих звеньев – вперед. В начале гребкового движения спортсмен плывет по дистанции с некоторой начальной скоростью. Вследствие гребка туловище продвигается вперед со скоростью большей, чем начальная. Гребущие звенья движутся относительно туловища назад быстрее, чем относительно воды. Таким образом, механизм динамического взаимодействия пловца с водой основан на изменениях сопротивления воды, обусловленных в первую очередь скоростью движения частей тела относительно воды.

Если рассмотреть технику плавания брассом, то из исходного положения для гребка с согнутыми и разведенными ногами пловец делает сильный удар ногами назад, выпрямляя их в коленных суставах (фаза I). Руки в течение этой фазы вытянуты вперед. После окончания удара ногами происходит пассивное скольжение в воде при вытянутом положении тела (фаза Iа). Не допуская значительной потери скорости, пловец начинает разводить кисти рук в стороны, постепенно сгибая руки в локтевых суставах и опуская их вниз (фаза II). Фаза гребка руками завершается при наибольшей скорости продвижения кистей назад относительно тела. Друг за другом следуют гребковые движения ног (удар) и рук, вызывая дважды увеличение скорости передвижения тела вперед. В фазах I и II пловец стремится увеличить скорость, в фазе Iа, придавая обтекаемую форму телу,- меньше терять скорость.

С окончанием гребка руками начинается выведение их вперед со сгибанием в локтевых суставах (фаза III), а также сгибание ног. Это подготовка к гребковым движениям в следующем цикле. Движения начинаются медленно, чтобы не создавать значительной скорости движений навстречу потоку. Одновременно выполняются и подготовительные движения ног – сгибание и движение вперед. В следующей фазе (фаза IV) руки разгибаются в локтевых суставах и вытягиваются вперед, а ноги завершают подтягивание вперед до полного сгибания в коленных суставах. В фазе III необходимо избегать резкого снижения скорости, а в фазе IV – как можно меньше терять ее.

Таким образом, из пяти фаз цикла только две – I и II – представляют собою последовательные гребки (ногами, а потом руками), при которых наращивается скорость. В остальные три фазы скорость снижается, причем IV и V одновременно подготавливают последующие гребковые движения в очередном цикле.

В последние годы отмечается увеличение частоты гребковых движений, повышение их темпа при сохранении высокой скорости продвижения и небольших перепадах ее в цикле. Значительные «пики» на кривой скорости привели бы к резкому повышению сопротивления воды.

Как и во всех локомоторных упражнениях, в плавании ищут оптимальное соотношение между длительностью цикла (темп движений) и расстоянием, преодолеваемым за один цикл («шаг цикла»). Более длинный «шаг» требует большего времени, снижает темп; более высокий темп укорачивает «шаг». И то и другое может снизить скорость. При оптимальном соотношении темпа и «шага» достигается наивысшая возможная скорость.

Биодинамика передвижения со скольжением (лыжи)

Лыжник увеличивает скорость передвижения благодаря отталкиванию лыжами и палками от снега в сочетании с маховыми движениями рук и ног (к отталкиваниям ногой и рукой присоединены махи рукой и ногой) и броском тела вперед (поворот таза вперед и рывок туловища вверх). В попеременном двухшажном ходе чуть позднее отталкивания палкой завершается отталкивание лыжей, начинается скольжение на другой лыже. Свободное скольжение (фазаI)происходит при тормозящем воздействии трения лыжи по снегу и незначительном сопротивлении воздуха. Чтобы меньше терять скорость, нельзя делать движения с ускорениями звеньев, направленными вверх; это вызовет силы инерции, направленные вниз, которые прижмут лыжу к снегу и увеличат трение. Замедление же движений вверх рук и переносной ноги (после предыдущего отталкивания лыжей «на взлет»), наоборот, снизит давление на лыжу и уменьшит трение. Свободное скольжение заканчивается постановкой палки на снег: после замедленного завершения махового вы­носа руки вперед лыжник, слегка согнув ее и зафиксировав суставы руки и туловища, энергии ударом ставит палку на снег.

Начинается фаза скольжения с выпрямление опорной ноги (фаза II). Усиливая наклоном туловища над на палку, лыжник стремится повысить скорость скользящей лыжи. Стопа опорной ноги, немного выдвинутая вперед, предупреждает потерю энергии на амортизацию и преждевременный перекат. Опорная нога выпрямляется, подготавливаясь к последующему подседанию на ней.

Подседание начинается еще при скольжении лыжи (фаза III), которая при энергичном разгибании опорной ноги в тазобедренном суставе быстро теряет скорость и останавливается. В фазе I необходимо как можно меньше терять скорость, в фазе II – увеличить скорость скользящей лыжи, в фазе III – быстрее остановить лыжу.

Лыжа, стоящая неподвижно на снегу, благодаря силе трения (статической) служит опорой для отталкивания ногой и маховых движений (рукой, ногой и туловищем). Подседание, начато в фазе III, продолжается и завершается в фазе IV, сопровождаемое выпадом – движением переносной ноги вперед от носка стопы опорной ноги. С остановкой лыжи тело лыжника продолжает ускоренное продвижение вперед (перекат) благодаря: а) началу разгибания бедра опорной ноги в тазобедренном суставе («активный перекат»), б) выпаду переносной ногой, в) маху свободной рукой, г) началу поворота таза вперед и д) усиленному до максимума нажиму на палку в наиболее наклоненном ее положении.

С окончанием подседания начинается выпрямление толчковой ноги в коленном суставе (фаза V), сопровождаемое завершающимся выпадом. Отталкивание ногой и рывок туловищем вверх обеспечивают общее направление отталкивания «на взлет», что снижает трение в фазе I следующего скользящего шага. Снижение скорости выпада из-за торможе­ния растягиваемых мышц-антагонистов тазобедренного сустава компенсируется, насколько возможно, ускоренным поворотом таза вперед и энергичным завершением отталкивания палкой (до выпрямления руки и палки в одну линию). В фазе IV необходимо повысить скорость выпада, в фазе V – меньше терять скорость стопы в выпаде.

Характерными особенностями современной техники считаются стремление уменьшить трение лыжи о снег завершенным отталкива­нием лыжей («на взлет») и опорой на палку, а также высокий темп шагов. У хорошо подготовленных лыжников темп шагов достигает 110—120 в минуту.

С повышением скорости хода изменяется ритм скользящего шага: относительно сокращается время отталкивания лыжей; подседание и выпрямление толчковой ноги делаются быстрее.

Биодинамика передвижения с механическим преобразованием энергии

Велосипед как аппарат для передачи усилий на опору создает особые условия для приложения усилий велосипедиста и использования внешних сил. Давление ноги велосипедиста на педаль в системе велосипедист - велосипед - это… Источник движущей силы – мышцы ног спортсмена, передающие усилия через педаль, шатун, ведущую шестерню, цепь на заднюю…

Передача усилий при академической гребле

Выносные уключины увеличивают плечо рычага (расстояние от оси вращения весла до места хвата рукой). Гребец прилагает усилия руками к рукоятке весла… При проводке весла лопасть встречает сопротивление воды. Сначала подтягивая… После окончания гребка следует фаза заноса весел. Это движение является подготовительным для следующего гребка и…

Лекция № 8 Перемещающиеся движения

К перемещающим движениям в спорте обычно предъявляются требования достичь максимальных величин: а) силы действия (при подъеме штанги), б) скорости перемещаемого тела, (в… а) с разгоном перемещаемых тел (например, метание копья), б) с ударным взаимодействием (например, удары в теннисе или…

Полет спортивных снарядов

а) начальной скоростью вылета, б) углом вылета, в) местом (высотой) выпуска снаряда, г) вращением снаряда и д) сопротивлением воздуха, которое,… Начальная скорость вылета является той основной характеристикой, которая… У спортсменов международного класса максимальные скорости вылета снарядов равны: при ударе ракеткой (подача в теннисе)…

Сила действия в перемещающих движениях

1. Параллельно – когда возможна взаимокомпенсация действия звеньев; если сила, проявляемая одним из звеньев, недостаточна, другое звено компенсирует… 2. Последовательно – когда взаимокомпенсация невозможна. При последовательном…

Скорость в перемещающих движениях

Вращательное движение звеньев двигательного аппарата человека обусловлено: 1) действием момента силы тяги мышц, проходящих через сустав, например… Если бы сустав был неподвижен, то, конечно, под действием этой силы движения относительно оси не возникло бы. Ведь…

Точность в перемещающих движениях

Различают два вида точностных заданий. В первом необходимо обеспечить точность движения на всей его траектории (пример - обязательная программа в… Целевая точность характеризуется величиной отклонения от цели. В зависимости… Часто более удобно оценивать точность по числу удачных попыток — попаданий в цель. Если систематическая ошибка…

Лекция № 9 Ударные действия

Основы теории удара

Примерами ударов являются: - удары по мячу, шайбе. В данном случае происходит быстрое, изменение скорости… - приземление после прыжков и соскоков (скорость тела спортсмена резко снижается до нуля). Особенно целесообразно…

Биомеханика ударных действий

1. Замах – движение, предшествующее ударному движению и приводящее к увеличению расстояния между ударным звеном тела и предметом, по которому… 2. Ударное движение – от конца замаха до начала удара. 3. Ударное взаимодействие (или собственно удар) – столкновение ударяющихся тел.

Телосложение и моторика человека

а) тотальные размеры тела – основные размеры, характеризующие его величину (длина тела, вес, окружность грудной клетки, поверхность тела и т. п.); … Тотальные размеры тела у людей существенно различны. В одном и том же виде… При одинаковом уровне тренированности люди большего веса могут проявлять большую силу действия. С этим, в частности,…

Онтогенез моторики

Онтогенезом моторики называется изменение движений и двигательных возможностей человека на протяжении его жизни. Новорожденный – существо, не владеющее даже простейшими произведи» .ыми движениями. С возрастом его двигательные возможности расширяются, достигают расцвета в молодости и постепенно снижаются к старости.

Роль созревания и научения в онтогенезе моторики

Под научением понимают освоение новых движений или совершенствование в них под влиянием специальной практики, обучения или тренировки. Не всегда легко определить, что лежит в основе того или иного изменения… Подобные вопросы часто исследуют на идентичных близницах: одного из них обучают, а другого нет. Оказывается, есть…

Двигательный возраст

Конечно, не все дети одного и того же возраста показывают одинаковые результаты. Детей, у которых двигательный возраст опережает календарный,… Акселеранты в одних двигательных заданиях могут быть ретардантами в других.… Методы математической статистики позволяют точно определить, какой процент людей в состоянии показать тот или иной…

Прогноз развития моторики

а) изучение стабильности показателей моторики, б) изучение наследственных влияний. При изучении стабильности показателей моторики измеряют, например, у 7-летних…