Что такое две и три степени свободы? - раздел Спорт, Научные бои и разведки
Эту Странную На Первый Взгляд Конструкторскую Робость Вовсе Н...
Эту странную на первый взгляд конструкторскую робость вовсе не так трудно объяснить. У машин с вынужденным движением всех их частей, как уже сказано, каждая точка их механизмов движется по одному неизменному пути или траектории. Если бы какая-нибудь часть такой машины получила вместо одной две степени свободы, это совсем не значило бы, что на ее долю достались вместо одного два или даже несколько возможных путей — траекторий. Нет, это означало бы, что эта часть машины получила возможность «разгуливать» по какой-то поверхности: по куску плоскости, поверхности шара и т.п.; при этом именно двигаться любым образом, по любым путям и дорожкам, лишь бы только эти пути нигде не выходили из той плоскости или поверхности, в которой они пролегают. Если я возьму перо и стану водить им по поверхности листа бумаги, то, какие бы фигуры ни вздумалось мне им изображать, я нигде не превышу своих возможностей по части дозволенных кончику пера двух степеней свободы, пока буду водить его без отрыва от бумаги. Этот переход от одной степени свободы к двум означает, таким образом, огромный качественный скачок от одной единственной, точно определенной дорожки-траектории к бесконечному и вполне произвольному разнообразию таких дорожек. Кисть имеет по отношению к предплечью две степени свободы. Закрепите неподвижно в пространстве правое предплечье. Например, прочно положив его на стол, придайте затем кисти неизменяемую форму указывающей руки с протянутым пальцем, как ее рисуют на объявлениях и указателях дороги, и испытайте на себе, какое неограниченно большое число фигур возможно при этих условиях изобразить в воздухе протянутым пальцем.
Три степени свободы вместо двух дают еще больше, хотя на этот раз уже не происходит такого огромного качественного скачка, как при переходе от одной к двум степеням свободы. Точка тела или машины, обладающая тремя степенями свободы, может перемещаться каким угодно образом в некотором, большем или меньшем, куске пространства (такова, например, подвижность кончика указательного пальца ничем не закрепленной руки). Для пояснения надо сказать, что совершенно ничем не связанная точка, например вольно порхающая в воздухе снежинка, не может по законам геометрии иметь больше трех степеней свободы подвижности. Три степени означают для вещественной точки абсолютную свободу передвижения внутри того куска пространства, до границ которого она в состоянии достигнуть.
Вот это-то мало известное широкому кругу читателей обстоятельство, закладывающее такую пропасть между вынужденным, одностепенным движением, с одной стороны, и подвижностью по двум или более степеням свободы, с другой, и дает объяснение тому, почему техники так всемерно избегают всего выходящего из рамок вынужденного движения. Две степени свободы подвижности вместо одной означают уже то, что подвижная точка или часть движущейся системы получает свободу выбора любой из бесчисленного множества доступных траекторий. Человек может в этих условиях выбирать между разными траекториями и сумеет обосновать свой выбор, той или другой, наиболее подходящей к данному случаю среди всего их беспредельного множества. А как заставить выбирать машину? Очень важно для дальнейшего отметить уже сейчас, что существуют и день ото дня увеличиваются в количестве машины, способные автоматически совершать выбор (это, например, всевозможные виды сортировочных и браковочных машин). Чтобы далеко не ходить за примерами, напомним, что внутри каждого телефона-автомата заключена небольшая машина, делающая быстрый и очень чуткий отбор между годными и фальшивыми гривенниками.
Для нас важно сейчас, во-первых, то, что все машины этого рода имеют в себе своего рода орган чувств, показания которого и приводят их к выполнению выбора. Есть, например, машины, которые автоматически сортируют сигары по цвету; у таких автоматов органом чувств служит фотоэлемент, тонко различающий оттенки коричневых тонов. Во-вторых, за редчайшими исключениями, такие машины способны делать выбор только между несколькими четко раздельными разновидностями: монета легче или; тяжелее нормы, сигара темнее или светлее образца и т. п. Это, следовательно, все еще не случай хотя бы двух степеней свободы, дающих уже бесконечно большое разнообразие для выбора. Есть одна поистине удивительная машина, называемая гиропилотом или автоматом-рулевым. Эта машина монтируется на больших судах и представляет собой соединение мощного и точного компаса (волчкового, так называемого жирокомпаса) и передачи к сильным машинам, переводящим руль. В гиропилоте органом чувств является, конечно, его компас, и корабль, имеющий две степени свободы передвижений на поверхности моря, автоматически направляется по одному совершенно определенному пути — по заданному ему компасному курсу. Этот единственный, какой мне удалось найти, пример машины, производящей непрерывный выбор пути среди настоящих двух степеней свободы, очень интересен, так как он ясно показывает, что выбор пути в подобных условиях может происходить только на основе неусыпной слежки за ходом движения со стороны бдительного «органа чувств». Он же отчетливо вскрывает перед нами и вторую трудность управления двигательным аппаратом нашего тела, к которой мы теперь вплотную и переходим.
Все темы данного раздела:
ЕЕ АВТОРЕ И ТЕХ ВРЕМЕНАХ
История знает немало примеров, когда художники не понятые и не принятые современниками, впоследствии причислялись к великим. В науке подобное — большая редкость. Лишь иногда крупные
НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ БЕРНШТЕЙН
Автор этой книги Николай Александрович Бернштейн (1896—1966) — выдающийся советский и мировой ученый, создатель нового направления в науке, которое он скромно назвал «физиологией ак
Профессор И. М. Фейгенберг
* * *
Эта книга написана по предложению дирекции Центрального научно-исследовательского института физической культуры. Предложение имело двоякую цель: дать
Научные бои и разведки
Физиология давно перестала быть «наукой о лягушках». Ее предмет все время рос и по размеру и по уровню развития. Она попробовала свои силы на голубях и курах, потом перешла на кошек и собак. Еще по
Психофизические качества
На боевом знамени физической культуры значатся названия четырех понятий, которые принято объединять под именем психофизических качеств. Эти качества — сила, быстрота, выносливост
Ловкость — победительница
В очень многих мифах, сказках и сагах восхваляется ловкость—победительница. Однако наиболее разработана эта тема в одной старинной китайско-тибетской сказке, которую мы позволим себ
За что ценится ловкость?
Ловкость всегда и во все времена имела какое-то неотразимое обаяние. В чем секрет ее притягательной силы, мы попробуем разобрать несколько дальше. Но бесспорно, что народная мудрост
Что есть ловкость?
Так что же представляет собою ловкость? Предоставим сперва слово уже цитировавшемуся нами И. Бражнину.
«Что же такое ловкость? Для того, чтобы уяснить себе это, обратимся к
Об управлении движением
Для того, чтобы разобраться в физиологической природе той двигательной способности, которую мы называем ловкостью, необходимо сперва ознакомить с тем, как совершается управление дви
Богатство подвижности органов движения человека
Двигательный аппарат человеческого тела, так называемая костно-суставно-мышечная система, обладает необычайно богатой подвижностью. Основное опорное сооружение всего тела — туловище
Как преодолеваются избыточные степени свободы?
Если уж передоверить машине-автомату всего какие-нибудь две скромные степени свободы оказалось возможным только в расцвете техники XX века, в эпоху овладения летанием, телевидением
Трудности, обусловленные упругостью мышц
Мы уже близки к достаточно полному ответу на вопрос, которым начали этот очерк: какая премудрость делает таким сложным управление этим с младенчества привычным нам двигательным аппа
Что называется координацией движений?
Теперь пора подвести основные итоги этого очерка. Мы установили, что управление двигательным аппаратом нашего тела — действительно многосложная задача, даже в наиболее упрощенном по
Мышечно-суставное чувство и его помощники
Мышечно-суставная чувствительность является, конечно, ведущей и основной в преобладающем большинстве случаев управления движениями. Вся совокупность органов этого вида чувствительно
Великий конкурс жизни
Нет в природе такого явления, суть которого можно понять, не вникая в то, как оно возникло. Это происходит прежде всего потому, что все на свете представляет собою строжайшую цепь п
Масштаб и действующие лица
Начнем с масштаба. По счету геологов, земля существует на свете около двух миллиардов лет; жизнь на Земле, начиная от самых простейших ее форм, — около половины этого времени. Обе э
Возникновение жизни и возбудимости
Теперь, вооруженные основной классификацией и масштабом, обратимся к самой истории движений в животном царстве. Попытаемся восстановить перед глазами бесконечно удаленное прошлое, к
Зарождение нервной системы
Каждое химическое явление имеет свой электрический «отблеск», сопровождается теми или иными колебаниями электрического потенциала. Ведь мы знаем, что само химическое сродство (напри
Как ротовой конец тела стал его головным и главным концом
Теперь мы переходим к новому перевороту, к новому диалектическому скачку в истории развития движений и двигательных аппаратов. Причины этого очередного переворота выглядят более чем
Оборона или наступление?
Мы приближаемся к событию, имевшему исключительное значение в истории развития движений.
Мы уже видели, что в древнейшие времена, когда еще мысль не зародилась на Земле, ве
Освоение поперечнополосатой мышцы
Основой события, предрешившей весь последовавший переворот, было возникновение поперечнополосатой мышцы — точнее говоря, поперечнополосатого мышечного волокна, еще точнее — микроско
Пороки поперечнополосатой мышцы
Еще одно обстоятельство подкрепляет наше заключение о том, что принцип поперечнополосатой мышцы был найден как-то разом и почти случайно, хотя биологическая потребность в нем уже да
Членистоногие в тупике
Я уже упомянул, что первые впечатления от сравнения между собой двигательных аппаратов членистоногих и позвоночных говорят как будто в пользу простоты и четкости, свойственных первы
Эволюция позвоночных
Чтобы закончить этот очерк, нам остается сделать еще краткий обзор «новой» истории движений, истории, начавшейся после великого «поперечнополосатого переворота», который был обрисов
Сенсорные коррекции
Очерк истории позвоночных, из всего животного мира, как оказалось, наилучшим образом решивших задачу приспособления и развития, мы начнем с упоминания еще о двух новшествах, возникш
Развитие конечностей
Вторым новшеством, естественно последовавшим за упрочением неокинетической системы с ее суставчатыми рычагами и поперечнополосатыми мышцами, было развитие у животных конечностей. У
Обогащение движений
Все последующее развитие движений у позвоночных — это непрерывное обогащение двигательных средств и возможностей животных от класса к классу и от «года» к «году» нашей хронологическ
Расцвет царства пресмыкающихся
Список движений самых низших позвоночных — рыб — почти полностью состоит из плавательных локомоций. Характерные для рыбы движения — волнистые, плавные, монотонные синергии, охватыва
Борьба за первенство мира
Следующая геологическая эпоха — меловая — застала рептилий еще властелинами Земли, но оказалась уже роковою для них. История этого «нового царства» пресмыкающихся — это история непр
Двигательные достижения птиц
Прежде чем обращаться к последнему яркому преимуществу млекопитающих — их двигательной одаренности, мы для последовательного изложения бросим взгляд на приобретения в этой области у
Как пирамидная система съела экстрапирамидную
Наше утверждение о том, что развившаяся до предела эдс таила в себе ряд глубоких биологических неудобств, — не простая догадка. Оно опирается на тот факт, что млекопитающие, на долю
Миф о Зевсе и о человеке
Начнем этот очерк с небольшой легенды. Предположим, что мы нашли ее среди запыленных рукописей в углу старой букинистической лавочки.
Когда Зевс создавал живых тварей и нас
Мозговой небоскреб
Наша сказка-миф права во многом насчет движений человека. Нужно только кое-что выразить поточнее, а кое-что подчеркнуть и углубить.
Во-первых, верно, что мозг человека — на
Доношенный недоносок
В школьные годы один шалун-товарищ морочил меня и всех одноклассников уверениями, будто англичане родятся слепыми. Не скажу, чтобы мы ему верили, но, во всяком случае, эта басня про
Обогащение чувственны восприятий
Итак, каждый новый скачок в развитии двигательных устройств мозга — это прежде всего завоевание ключа к целому новому классу двигательных задач, до этого недоступных. Мы видели, как
Списки движений и фоновые уровни
Нам нужно сделать еще одно вступительное разъяснение по поводу уровней и списков движений каждого из них.
Предположим, что у некоторой породы животных имеется в качестве са
Пусковой аппарат спинного мозга
В качестве самого низового и самого древнего по своему происхождению уровня у человека следовало бы назвать уровень спинного мозга. Именно на этом уровне, в нервно-клеточных скоплен
Уровни построения движений
Уровень тонуса (А)
…По знаку летчика парашютист выбрался на крыло. Механический ветер рвал и свистел. Казалось, что шири пейзажа внизу, до краев налитые в
Его строение
(Из путешествия по удаленным планетам)
...Прямо на меня мчалась изумительная машина, совершенно непохожая на все виденные мною до сих пор. Она неслась так
Его отправления
Для того, чтобы ясно представить себе служебное положение и рабочую нагрузку уровня В у человека, просмотрим сперва вкратце его плюсы и минусы.
Главный плюс этого уровня уж
Его строение
«Другим его преимуществом была способность верно оценивать время и расстояние. Он, понятно, не делал этого сознательно. Все было автоматично. Его глаза видели верно, а нервы верно п
Свойства движений в уровне С
Вот в этом-то пространственном поле и развертываются движения уровня С. Теперь нам, легко будет уяснить себе, почему эти движения наделены такими, а не другими свойствами.
Движения уровня пространства
После той тощей тетрадки, какою выглядела опись самостоятельных движений уровня мышечно-суставной увязки, полное собрание движений, управляемых уровнем пространства, выглядит неисче
Что такое действия?
«... Уже у обезьян существует известное разделение функций между руками и ногами». «... Первыми пользуются преимущественно для целей собирания и удержания пищи, как это уже делают н
Основные свойства уровня действий
Теперь, обрисовав, что такое действия, мы можем вернуться к характеристике уровня, при посредстве которого они выполняются.
Первое резкое отличие его от всех предыдущих уро
Коррекции и автоматизмы
Теперь нужно сказать несколько слов об очень своеобразных чертах уровня действий (D) в том, что касается свойственных ему сенсорных коррекций и строящихся в нём двигательных навыков
О видах ловкости
Теперь, когда мы вкратце познакомились со всеми уровнями построения, принимающими участие в спортивно-гимнастических движениях и в преобладающей части движений труда и обороны, буде
Разновидности действий
В двигательных отправлениях взрослого человека действия уровня D занимают такое видное место и встречаются в таком изобилии, что их каталог, если бы его вообще можно было составить,
Формирование движений у подростка
В третьем разделе очерка IV в обзоре развития движений ребенка мы остановились на двухлетнем возрасте. Дело в том, что к этому времени, как там и было сказано, дозревание всех двига
Как не следует думать о навыке
С самых древних времен одна особенность природы человека (и кое-каких близких ему животных) привлекала к себе внимание мыслящих людей. Машины и орудия чем больше работают, тем больш
Как возникала упражняемость?
Уже в очерке III было показано, как осложнявшаяся и обострявшаяся в животном мире борьба за жизнь требовала не только все большей сложности и точности движений, но, главное, все бол
Что представляет собою двигательный навык?
За последнее столетие — с того времени, как Гельмгольц впервые сумел определить скорость распространения возбуждения по нерву и нашел ее близкой к 100 метрам в секунду, — накопилось
А. Ведущий уровень и двигательный состав
Мы займемся сейчас историей жизни двигательного навыка. Среди всего их разнообразия невозможно подобрать ни одного такого, который мог бы служить их представителем «за всех», по все
Б. Выявление и роспись коррекций
Однако, как известно каждому, видеть хоть тысячи раз, как что-либо делается, и сделать это самому — совсем не одно и то же. Часто, глядя на искусную, быструю работу опытного мастера
В. Разверстка фонов
Мы подходим к четвертой по порядку, качественно снова совершенно особой фазе построения двигательного навыка: где же тут монотонное «проторение» или продалбливание?
Эта фаз
Г. Автоматизация движений
Между тем автоматизация, т. е. выработка новых фоновых автоматизмов и переключение коррекций движения, одних за другими, в низовые уровни продолжается своим чередом. При описании в
Д. Срабатывание фоновых коррекций
Вряд ли нужно, много говорить о том, что подразделение всего процесса упражнения на отдельные последовательные фазы, которое проводится нами в этом очерке, очень сильно схематизируе
Е. Стандартизация
Там, где старые наблюдатели видели одно только монотонное долбление, перед нашими глазами прошло уже столько разнородных фаз постепенного строительства навыка, что приходится удивля
Ж. Стабилизация
Обращаемся, наконец, к последней по счету фазе выработки навыка — стабилизации. При построении навыка она проходится в одно и то же время с предыдущей фазой, но имеет совершенно дру
Что мы уже знаем о ловкости?
После нашего первого очерка, прямо посвященного ловкости, она очень долго оставалась за сценой. Мы последовательно познакомились с вопросами управляемости наших органов движения и с историей движен
Где и в чем проявляется ловкость?
В первом, вступительном, очерке было дано первоначальное, самбе, общее определение ловкости. Мы охарактеризовали ее как двигательную способность быстро найти правильный ,выход из лю
ЧТО делает ловкость?
Итак, к материалу, собранному нами о ловкости, прибавились две важные характеристические черты. Мы установили, что ловкость всегда обращена на внешний мир и что она всегда и везде э
КАК действует ловкость?
Мы разобрались в том, каким требованиям должен удовлетворять результат ловких движений и действий. Мы вправе требовать, чтобы они решали двигательную задачу правильно, т. е. адекват
Главное зерно ловкости
Теперь мы подходим вплотную к анализу того решающего свойства ловкости, которое нашло свое выражение в нашем вступительном определении: свойства находчивости. Нет спора: движение мо
Ловкость и инициативность
Антеципация, т. е. предугадывание как намерений партнера, так и последствий своих собственных движений, образует уже своего рода мостик для перехода к самым высоким формам ловкости.
Ловкость и красота
В начальных стадиях работы над этой книгой я обращался к целому ряду лиц, сведущих по части физической культуры и спорта, с вопросом, как они определяют ловкость. Хоть и меньшинство
Как развивалась ловкость?
Нередко приходится слышать и встречать в литературе утверждение, что ловкость — чисто прирожденное качество. Выносливость, силу, быстроту можно развить, говорят нам, но ловким надо
ОТ АВТОРА
(Вместо резюме)
В вопросе о качестве ловкости, как с педагогической, так и с психофизиологической стороны этого понятия, до сих пор царит еще очень большая
Новости и инфо для студентов