Биомеханика уткин. Биомеханика упражнений, тренировок, двигательный действий

1 . Предмет, задачи, содержание биомеханики

Движение лежит в основе жизнедеятельности человека. Разнообразные химические и физические процессы в клетках тела, работа сердца и течение крови, дыхание, пищеварение и выделение; перемещение тела в пространстве и частей тела относительно друг друга; сложнейшая нервная деятельность, являющаяся физиологическим механизмом психики, воспри-ятие и анализ внешнего и внутреннего мира - все это различ-ные формы движения материи.

Основным условием жизни вообще является взаимодей-ствие живого организма с окружающей средой. В этом взаи-модействии существенную роль играет двигательная деятель-ность. Только передвигаясь, животное может находить себе пишу, защищать свою жизнь, производить потомство и обес-печивать его существование. Только при помощи разнообраз-ных и сложных движений человек совершает трудовую дея-тельность, общается с другими людьми, говорит, пишет и пр. Определенным образом организованная двигательная дея-тельность является основой физического воспитания и основ-ным содержанием спорта.

Наиболее элементарной формой движения материи явля-ется механическое движение, т.е. перемещение тела в про-странстве. Закономерности механического движения изуча-ются механикой. Предметом механики как науки является изучение изменений пространственного расположения тел и тех причин, или сил, которые вызывают эти изменения.

Вскрывая и описывая условия, необходимые для осуще-ствления того или иного механического движения, механика является важной теоретической основой техники, в особенно-сти техники построения разнообразных механизмов. Меха-ническая точка зрения может быть использована и при изу-чении механических движений человека.

Двигательная деятельность человека практически осуще-ствляется при участии всех органов тела. Однако непосред-ственным исполнителем функции движения является двига-тельный аппарат, состоящий из костей, скелета, связок и мышц с их иннервацией и кровеносными сосудами. С механической точки зрения, двигательный аппарат совмещает в себе ра-бочую машину и машину-двигатель.

Устройство двигательного аппарата является предметом изучения анатомии. Изучение двигательного аппарата как машины-двигателя производится, главным образом, биохимией и физиологией. Изучение его как рабочей машины является задачей особой научной дисциплины - биомеханики.

Биомеханика - наука о законах механического движе-ния в живых системах. Она изучает движения с точки зре-ния законов механики, свойственных всем без исключения механическим движениям материальных тел. Специальных законов механики, особых для живых систем не существует.

Однако сложность движения и функций, живого организма требует тщательного учета анатомо-физиологических особенно-стей. Иначе нельзя правильно использовать законы механики в изучении сложных движений организмов. Нередко то, что вы-годно с точки зрения законов механики, нецелесообразно, если учесть особенности строения и функций живого организма.

Так, с точки зрения законов механики, для большей устой-чивости тела выгодно придать его центру тяжести более низкое положение. Но горнолыжник не станет применять на неровном склоне низкую стойку, т.к. она затрудняет амортизирующую работу уже растянутых мышц. Таким образом, законы механи-ки хотя и занимают главное место в биомеханике, но не могут использоваться без знания строения и функций организма.

Как самостоятельная научная дисциплина биомеханика физических упражнений должна обогащать теорию физиче-ского воспитания, исследуя одну из сторон физических уп-ражнений - технику. Вместе с тем, биомеханика физических упражнений непосредственно служит и практике физическо-го воспитания. Сюда относится, например, следующее:

1) оценка физических упражнений с точки зрения их эф-фективности в решении определенных задач физического вос-питания (ФВ) ;

2) изучение техники ФУ как предмета обучения с выявле-нием главного и ведущего в движениях, обеспечивающего высокий результат;

3) оценка качества выполнения ФУ, выявление ошибок, их причин, последствий и путей для устранения;

4) совершенствование спортивной техники с обобщением передового опыта и ее теоретическое обоснование;

5) изучение особенностей лучших образцов спортивной техники как общих для всех, так и тех, которые зависят от индивидуальных особенностей физического развития;

6) изучение функциональных показателей физического развития с целью уточнения путей повышения функциональ-ных возможностей организма спортсмена.

Как учебный предмет биомеханика содержит главные поло-жения учения о движениях, обобщенный и систематизированный опыт изучения общих объективных закономерностей. Овладение курсом биомеханики должно вооружить будущего педагога, тре-нера основами знаний о движениях человека, помочь им повы-сить теоретический уровень практической деятельности.

Предмет любой науки, в том числе и биомеханики, опре-деляется специфическим объектом познания - кругом яв-лений и процессов, закономерностей, которые изучает та или иная наука. В этом объекте каждая из них имеет свою об-ласть изучения.

Иными словами, объект познания - это то, что конкретно изучает наука; область изучения в каких пределах, границах.

Объект познания биомеханики - двигательные дей-ствия человека как системы взаимно связанных актив-ных движений и положений его тела .

Биомеханика возникла и развивается как наука о движе-ниях животных организмов, в частности человека.

У животных организмов движутся не только части тела -органы опоры и движения. Смещаются внутренние органы, жидкости в сосудах, воздух в дыхательной системе и т.п. Эти механические процессы в биомеханике еще почти не исследо-ваны. Поэтому объектом познания в ней принято считать только движения тела.

В норме человек производит не просто движения, а всегда действия (Н.А.Бернштейн); они ведут к известной цели, имеют определенный смысл. Поэтому человек выполняет их ак-тивно, целенаправленно, управляя ими, причем все движения тесно взаимосвязаны - объединены в системы.

Следует отметить, что двигательные действия человека существенно отличаются от движений животных. В первую очередь речь идет об осознанной целенаправленности движе-ний человека, о понимании их смысла, возможности контро-лировать их и планомерно совершенствовать. Поэтому сход-ство между движениями животных и человека завершается на чисто биологическом уровне.

В действиях человека движения выполняются обычно не все время и не всегда во всех суставах. Части его тела иногда сохраняют свое относительное положение почти неизменным. В активном сохранении положения, как и в активных движе-ниях, участвуют мышцы. Следовательно, человек совершает двигательные действия посредством активных движений и сохраняя при необходимости взаимное расположение тел или иных звеньев тела.

Системы активных движений, а также сохранение поло-жений тела при двигательных действиях изучаются в настоя-щем курсе биомеханики.

Область изучения биомеханики - механические и био-логические причины возникновения движений, особеннос-ти их выполнения в различных условиях.

Движения частей тела человека представляют собою пе-ремещения в пространстве и времени, которые выполняются во многих суставах одновременно и последовательно. Движе-ния в суставах по своей форме и характеру очень разнообраз-ны, они зависят от действия множества приложенных сил. Все движения закономерно объединены в целостные органи-зованные действия, которыми человек управляет при помо-щи мышц. Учитывая сложность движений человека, в биоме-ханике исследуют и механическую, и биологическую их сто-роны, причем обязательно в тесной взаимосвязи.

Поскольку человек выполняет всегда осмысленные дей-ствия, его интересует, как можно достичь цели, насколько хо-рошо и легко это получается в данных условиях. Чтобы ре-зультат был лучше и достичь его было легче, человек созна-тельно учитывает и использует условия, в которых надо действовать. Кроме того, учится более совершенно выполнять движения. Биомеханика человека учитывает эти его способ-ности, чем существенно отличается от биомеханики животных. Таким образом, биомеханика человека изучает также, какой способ и какие условия выполнения действий лучше и как овладеть ими.

В биомеханике область изучения определяется ее задача-ми. Общая задача охватывает всю область знания в целом; частные задачи важны при изучении конкретных вопросов движений.

Общая задача изучения движений состоит в оценке эффективности приложения сил для достижения постав-ленной цели.

Всякое изучение движений в конечном счете направлено на то, чтобы помочь лучше выполнять их. Прежде, чем при-ступить к разработке лучших способов действий, необходимо оценить уже существующие. Отсюда вытекает общая задача биомеханики, сводящаяся к оценке эффективности способов выполнения изучаемого движения. При таком подходе сопо-ставляют то, что есть в движениях с тем, что требуется.

Биомеханика исследует, каким образом полученная ме-ханическая энергия движения и напряжения может приобре-сти рабочее применение (А.А.Ухтомский). Рабочий эффект измеряется тем, как используется затраченная энергия. Для этого определяют, какие силы совершают полезную работу, каковы они по происхождению, когда и где приложены. То же самое должно быть известно о силах, которые производят вредную работу, снижающую эффективность полезных сил. Такое изучение дает возможность сделать выводы о том, как повысить эффективность действия. Это общая задача. По ходу ее решения возникают многие частные задачи, не только пре-дусматривающие непосредственную оценку эффективности, но и вытекающие из общей задачи и ей подчиненные.

Частные задачи биомеханики состоят в изучении и объяснении: а) самих движений человека в той или иной об-ласти его двигательной деятельности; б) движений физиче-ских объектов, перемещаемых человеком, в) результатов ре-шения двигательной задачи; г) условий, в которых они осу-ществляются; д) развития движений человека (с учетом названных сторон) в результате обучения и тренировки.

1. На основе кинематики описывают движения (простран-ственную форму и характер движений), изучая динамику дви-жений, влияние сил на их изменение, дают объяснение, нахо-дят причины особенностей движения.

2. Таким же образом описывают и объясняют движения снарядов, зависящие от движений человека.

3. Необходимо сопоставлять разные варианты исполне-ния, сложившиеся в практике, разную степень совершенства, зависящую от квалификации исполнения и др.

4. Движения часто исполняются в переменных условиях, характер изменения последних также влияет на движения. Учитывая условия внешние (все факторы внешнего окруже-ния) и внутренние (уровень подготовленности, возрастные осо-бенности и др.) , с одной стороны выявляют, какие условия благоприятствуют эффективности, иначе говоря, какие нужно создавать условия. С другой стороны, определяют, как лучше приспособиться к заданным условиям, как их использовать.

5. На основе описания и объяснения движений необходи-мо указать путь их совершенствования: не только изучать действительность, но и преобразовывать ее.

В основе современного понимания двигательных дей-ствий заложен системно-структурный подход, который позволяет рассматривать тело человека как движущую-ся систему, а сами процессы движения - как развивающие-ся системы движений.

Теория биомеханики в настоящее время охватывает три большие проблемы.

Особенности строения и свойства животных организмов оказывают существенное влияние на закономерности их дви-жений. Исходя из этого, тело человека рассматривается как биомеханическая система. С давних пор органы опоры и дви-жения сравнивают с рычагами. Ранее указывали лишь на то, что, изучая движения таких рычагов, надо учитывать анатомо-физиологические особенности тела человека. Следующим этапом в понимании природы движений было признание спе-цифики биомеханических систем, отличных в принципе от твердых тел или систем твердых тел. Эта специфика застав-ляет изучать такие свойства биомеханических систем, кото-рых нет в искусственных конструкциях, машинах, создавае-мых человеком. Поэтому в теории биомеханики возникла про-блема изучения строения и свойства биомеханических систем, а также их развития.

Для решения общей задачи биомеханики необходимо изучение специфических особенностей самих процессов

достижения живого организма и условий, обеспечивающих эф-фективность приложения сил. Для движений животных харак-терно сочетание множества движений в суставах в единое целое -систему движений. С этим связано возникновение в теории био-механики проблемы изучения эффективности двигательных дей-ствий, как систем движений, их особенностей и развития.

Чрезвычайно важно изучение изменения движений в про-цессе овладения двигательными действиями как системами движений (двигательными актами, приемами выполнения дей-ствий) . С этим связана проблема изучения закономерностей формирования и совершенствования движений.

Метод биомеханики - системный анализ и синтез дви-жений на основе количественных характеристик, в час-тности кибернетическое моделирование движений.

Биомеханика, как наука экспериментальная, эмпириче-ская, опирается на опытное изучение движений. При помощи приборов регистрируются количественные характеристики, например траектории скорости, ускорения и др., позволяю-щие различать движения, сравнивать их между собой. Рас-сматривая характеристики, мысленно расчленяют систему движений на составные части - устанавливают ее состав. В этом проявляется системный анализ.

Система движений как целое - не просто сумма ее состав-ляющих частей. Части системы объединены многочисленны-ми взаимосвязями, придающими ей новые, не содержащиеся в ее частях качества (системные свойства) . Необходимо мыс-ленно представлять это объединение, устанавливать способ взаимосвязи частей в системе - ее структуру. В этом прояв-ляется системный синтез.

Системный анализ и системный синтез неразрывно свя-заны друг с другом, они взаимно дополняются в системно-струк-турном исследовании.

При изучении движений в процессе развития системного анализа и синтеза в последние годы все шире применяется метод кибернетического моделирования - построение управ-ляемых моделей (электронных, математических, физических и др.) движений и моделей тела человека.

2 . Развитие биомеханики как науки

К предпосылкам возникновения биомеханики как само-стоятельной науки относится накопление знаний в областифизических и биологических наук, а также развитие техники, что позволяет разрабатывать различные методики изучения движений и по-новому понимать их построение.

В Древней Греции во времена Аристотеля (384-322 г. до н.э.) физикой называли вообще все первоначальные зна-ния о природе. Аристотель первый ввел термин "механика", описал рычаг и другие простейшие машины, пытался путем рассуждении найти причины движений. Некоторые его пред-ставления (например, о зависимости скорости падения в пус-тоте только от веса тел, о необходимости постоянной силы для поддержания постоянной скорости) , не подтвержденные опытом, были впоследствии опровергнуты. Намного долговеч-нее оказались работы Архимеда (287-212 г. до н.э.) , кото-рый заложил основы статики и гидродинамики как точных наук. Они сохранили свое значение до нашего времени.

Развитию механики после долгого застоя наук в средние века способствовали исследования Леонардо да Винчи (1452-1519 г.) по теории механизмов, трению и другим вопросам. Примечательно, что этот великий художник, математик, меха-ник и инженер впервые высказал важнейшую для будущей биомеханики мысль: "Наука механика потому столь благо-родна и полезна более всех прочих наук, что, как оказывается, все живые тела, имеющие способность к движению, действуют по ее законам".

Общеизвестно, что важнейший раздел механики - динами-ка - был создан трудами гениальных ученых Галилео Галилея (1564-1642 г.) и Исаака Ньютона (1643-1727 г.) . Основные законы классической механики описывают движение матери-альной точки и абстрактного абсолютно твердого тела.

Из классической механики выделились и развиваются как самостоятельные науки гидро- и аэромеханика, изучающие механику деформируемого тела. Для решения задач биомеха-ники, связанных с деформациями, большой интерес представ-ляют сопротивление материалов и, особенно, реология (теория упругости, пластичности и ползучести) .

Из кинематики, сложившейся как отдельный раздел ме-ханики лишь в начале XIX в., выделилась также важная для биомеханики область науки - теория механизмов и машин.

Познания людей о строении тела начали накапливаться с древнейших времен. К концу XVIII в. анатомия уже была сложившейся областью научного знания. От нее стали отде-ляться другие отрасли биологических наук, в частности физиология. Началом создания физиологии по праву считают рабо-ты в области кровообращения Вильяма Гарвея (1578-1657 г.), формирование понятия о рефлексе Рене Декарта (1596-1650 г.) и исследования Джовани Борелли (1608-1679 г.) по механи-ке движений живых организмов. Исследования Д. Борелли по-ложили начало развитию биомеханики как отрасли науки.

При изучении строения и формы тела, а также их разви-тия, естественно, возникали вопросы об отправлении, функции органов и тканей. По мере углубления анатомических знаний все более развивался функциональный подход к изучению морфологии человека. Он проявился особенно отчетливо в разработке функциональной анатомии органов движения, ока-завшей большое влияние на становление биомеханики.

Расцвет физиологии и медицины в XIX в. был тесно свя-зан с развитием идеи нервизма - направления научной мыс-ли, признающего ведущую роль нервной системы в управле-нии жизнедеятельностью высших организмов. Принцип не-рвизма был одним из главных, когда закладывались основы теории биомеханики.

Начало развитию биомеханики физических упражнений положил П.Ф.Лесгафт, разрабатывавший курс теории теле-сных движений. Он начал читать его в 1877 г. на курсах по физическому воспитанию. Этот курс продолжали читать и совершенствовать его ученики. В институте физического об-разования им. П.Ф. Лесгафта, созданном после Октябрьской революции, этот курс входил в предмет "Физическое образова-ние", а в 1927 г. был выделен в самостоятельный - под назва-нием "Теория движений", в 1931 г. переименован в курс "Био-механика физических упражнений".

С 30-х г. в институтах физической культуры в Москве (Н.А.Бернштейн), Ленинграде (Е.А.Котикова, Ё.Г.Котельникова), Тбилиси (Л.В.Чхаидзе), Харькове (Д.Д.Донской) и др. развер-нулась научная и учебная работа по биомеханике спорта.

С 1958 г. биомеханика включена в учебный план всех институтов физической культуры, после чего начали созда-ваться кафедры биомеханики. На кафедрах спортивных дис-циплин институтов физической культуры широко ведутся биомеханические исследования спортивной техники. Биоме-ханические методы успешно применяются научными работ-никами, тренерами для исследования качества техники и кон-троля над ее совершенствованием.

В ряде зарубежных стран преподавание этой учебной дис-циплины для специалистов физического воспитания ведется под названием "Кинезиология", "Анализ движений" и др. В составе научного комитета по физическому воспитанию и спорту при ЮНЕСКО создана рабочая группа по биомехани-ке. Проводятся международные совещания и симпозиумы по биомеханике.

Биомеханика физических упражнений способствует тео-ретическому обоснованию ряда вопросов физического воспи-тания. Биомеханика спорта составляет одну из основ теории спортивной техники. Она помогает обоснованию наиболее ра-циональной техники, путей овладения ею и технического со-вершенствования спортсменов.

С применением каждой новой методики, с накоплением фактических данных, с развитием смежных областей знания (механики, анатомии, физиологии, кибернетики) менялись кри-терии оценки получаемых результатов, появлялись умозак-лючения, выводы, постепенно складывающиеся в новое пони-мание явлений и процессов. Теория биомеханики как обоб-щение экспериментальных данных в свете определенных идей развивалась по нескольким направлениям.

Механическое направление . Механический подход к изу-чению движений человека позволяет определить количествен-ную меру двигательных процессов, объяснить физическую сущ-ность механических явлений, раскрывает огромную сложность строения тела человека и его движений с точки зрения физики.

Хронологически первым было механическое направле-ние в развитии биомеханики. Первую книгу по биомеханике "О движениях животных" (1679 г.) написал ученик Галилея, итальянский врач и математик Джовани Борелли. Исследо-вание действия и противодействия, определение центра тяже-сти тела человека, классификация локомоторных движений по источнику сил проводились с позиций механики. Физиоло-ги братья Вебер (1836 г.) изучали ходьбу человека тоже с позиций механики, сравнивая движения шагания с качания-ми маятников (их гипотезы в последующем во многом не подтвердились).

Изучению механических характеристик движений были посвящены исследования В.Брауне, О.Фишера, Г.Хохмута, А.Новака и др.

Применение законов механики в биомеханике совершен-но необходимо, но оно недостаточно. Как биомеханическая система тело человека существенно отличается от абсолютно твердого тела или материальной точки, которые рассматриваются в классической механике. Внутренние силы, которые при решении задач в механике твердого тела стараются ис-ключить, имеют определяющее значение для движений чело-века. Безразличие к источнику силы в механике сменяется крайним интересом к этому вопросу в биомеханике.

Наряду с механическими причинами особой сложности движений животных существуют немеханические причины, которые играют еще большую роль. Именно эти причины представители данного направления обычно не рассматрива-ют. Чисто механический подход создает почву для неоправ-данных упрощений, что часто приводит к неправильным вы-водам. Кроме того, появляется опасность недооценки каче-ственной специфики физики живого. Возникают механистические тенденции объяснения качественно более высоких явлений простейшими механическими факторами.

Функционально-анатомическое направление. Функци-онально-анатомический подход характеризуется преимуще-ственно описательным анализом движений в суставах, оп-ределением участия мышц при сохранении положений тела и в его движениях.

Изучая форму и строение органов опоры, а также движе-ния человека в тесной связи с их функцией, анатомы исследо-вали преимущественно двигательный аппарат. Аналитиче-ское изучение тела человека преобладало в работах О.Фишера, Р. Фикка, Г. Брауса, С. Моллье и других зарубежных анатомов.

Вместе с тем расширялось изучение функций двигатель-ного аппарата как целого. Один из основателей функциональ-ной анатомии П.Ф.Лесгафт рассматривал все системы и орга-ны прежде всего во взаимодействии, как части единого целос-тного живого организма. Высоко оценивая возможности формообразующего влияния функций, П.Ф.Лесгафт одним из первых начал разрабатывать научные основы физического образования детей и молодежи. Функционально-анатоми-ческое направление развивалось учениками П.Ф.Лесгафта и продолжателями его учения А.А.Красуской, Е.А.Котико-вой, Е.Г.Котельниковой и др. Большой вклад в учение о движениях внес М.Ф.Иваницкий, разрабатывавший раздел курса анатомии - двигательный аппарат как целое (дина-мическая анатомия) . Во многих странах наука о движени-ях - кинезиология - представляет собою в настоящее вре-мя своеобразное сочетание механического и функциональ-но-анатомического направлений. Для анатомического направления в целом характерен описательный подход - преимущественно качественные ха-рактеристики при незначительном применении количествен-ной меры. Однако сейчас широко применяются регистрация электрической активности мышц (электромиография) , даю-щая ценный вклад в определение времени и степени участия мышц в движениях, согласования активности отдельных и групп мышц.

Новое направление в функциональной анатомии - спортив-ная морфология (А.А.Гладышева) - способствует познанию специфических особенностей опорно-двигательного аппарата человека в связи с занятиями спортом. Конкретизация зна-ний о морфологических основах биомеханических систем обеспечивает более глубокое и правильное определение физи-ческой и технической подготовки в физическом воспитании, в частности в спорте.

Физиологическое направление. Физиологическое направ-ление в биомеханике утвердило представление о рефлектор-ной природе движений, кольцевом характере управления дви-жениями и об обусловленной этим чрезвычайной сложности движений человека.

На развитие биомеханики оказали существенное влияние физиология нервно-мышечного аппарата, учение о высшей нервной деятельности и нейрофизиология. Признание реф-лекторной природы двигательных действий и механизмов не-рвной регуляции при взаимодействии организма и среды в работах И.М.Сеченова, И.П.Павлова, Н.Е.Введенского, А.А.Ух-томского, П.К.Анохина, Н.А.Бернштейна и других ученых со-ставляет физиологическую основу изучения движений чело-века. Результаты многочисленных, проведенных за последние десятилетия во многих странах мира исследований механиз-мов центральной нервной системы и нервно-мышечного ап-парата позволяют наиболее полно представить высокую слож-ность управления движениями.

Исследования Н.А.Бернштейна, ставшие уже классиче-скими, дали результаты, которые привели его в свое время к новой системе взглядов на движения и управление ими. Раз-вивая идеи И.М.Сеченова о рефлекторной природе управле-ния движениями путем использования чувствительных сиг-налов, Н.А.Бернштейн выдвинул положение о кольцевом ха-рактере процессов управления. Его гипотеза об уровневом построении движений сыграла важную роль в дальнейшей разработке физиологического направления в биомеханике. Глубокое изучение действительных явлений в самом опорно-двигательном аппарате вызвало особое внимание к управле-нию движениями. Выявленные особенности управления дви-жениями показали, насколько были неверны прежние упро-щенные объяснения механизма движений.

Системно-структурный подход. Системно-структур-ный подход в биомеханике характеризуется изучением со-става и структуры систем как в двигательном аппарате, так и в его функциях. Этот подход в известной мере объеди-няет механическое, функционально-анатомическое и физио-логическое направления в развитии теории биомеханики.

По современным представлениям, опорно-двигательный аппарат рассматривается как сложная биомеханическая сис-тема; движения человека также изучаются как сложная це-лостная система.

Понятие о системе, в которой множество элементов (ее состав) закономерно объединено взаимными связями, взаимо-зависимостью (ее структура), характерно для современного научного представления о мире. Системно-структурный под-ход требует изучения системы как единого целого, потому что ее свойства не сводятся к свойствам отдельных элементов. Важно изучать не только состав, но и структуру системы, рас-сматривать во взаимосвязи строение и функцию.

Идеи о системности внес в изучение двигательной деятельно-сти также Н.А.Бернштейн. Кибернетический, по сути дела, под-ход к движениям был им осуществлен более чем за 10 лет до оформления кибернетики как самостоятельной науки.

Современный системно-структурный подход не только не отрицает значения в биомеханике всех направлений, а как бы объединяет их; при этом каждое направление сохраняет в биомеханике свое значение.

Контрольные вопросы

1. Что изучает биомеханика?

2. Каковы задачи биомеханики?

3. Раскройте понятия "теория" и "метод" биомеханики спорта.

4. Каковы основные направления в развитии биомеханики?

5. Расскажите о создании биомеханики физических уп-ражнений и о современном развитии биомеханики спорта.

6. Каково практическое значение биомеханики спорта?

БИОМЕХАНИКА ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ - наука, изучающая движения человека при выполнении физич. упражнений. Б. ф. у. представляет собою раздел частной биомеханики. Общая биомеханика исследует общие закономерности движений живых организмов, обладающих твердым скелетом, в том числе движений человека. Разделы частной биомеханики изучают особенности движений, характерных для той или иной области двигательной деятельности (Б. ф. у., труда, протезирования и т. д.). Объект исследования биомеханики - активные движения, а также неподвижные положения тела или его частей, обусловленные функцией двигательного аппарата (см. Двигательный аппарат человека ). В мышцах человека химическая энергия превращается в механическую. Цель Б. ф. у. - определить, как используется энергия мышечной работы для выполнения физич. упражнений. Движения человека, с точки зрения механики, имеют очень сложную структуру (см. Структура движений ). Она зависит от строения двигательного аппарата и его функциональных особенностей. Все движения человека происходят в соответствии с законами механики, общими для тел мертвой и живой природы. Но прямой перенос законов механики абсолютно твердого тела (не имеющего деформации) на живое тело человека (система подвижных звеньев с огромными деформациями) допустим лишь с большой осторожностью. Правильное применение этих законов для объяснения движений тела человека невозможно без знания анатомо-физиологических (биологических) свойств живого организма. В биомеханике учитывается взаимная связь закономерностей механических, анатомических и физиологических. Поэтому биомеханика изучает движения человека, используя законы механики и биологии, в их взаимной связи, но при ведущей роли последних. Эта связь обусловливает определение понятий и выявление законов, специфических для биомеханики.

Предмет исследования в Б. ф. у. составляет структура движений (особенно спортивных) при выполнении физич. упражнений. В содержание Б. ф. у. входит изучение особенностей формы и характера движений, а также статических положений и влияния на них приложенных сил. При этом изучают также условия, в к-рых выполняются движения, и влияние этих условий на результат движений. Для более глубокого понимания природы движений исследуются не только сами двигательные акты, но и биомеханические особенности строения и функций двигательного аппарата. Такое изучение позволяет определить, "каким образом полученная механическая энергия движения и напряжения может приобрести определенное рабочее применение" (акад. А. А. Ухтомский), иначе говоря, решить гл. задачу Б. ф. у.- определить эффективность движений.

Основным методом исследования в биомеханике служит получение характеристик движений (кинематических и динамических) и выявление их взаимных связей. Это дает возможность определить и оценить структуру движений. Исследования проводят в лабораторных условиях, во время тренировок и на соревнов. При этом используют зрительное наблюдение, механические, электрические и фотографические способы регистрации характеристик движений. Для выяснения отдельных сложных вопросов спортивной техники применяется комплексное исследование - с использованием биомеханических, морфологических, физиологических и педагогических методов. В комплексном разностороннем исследовании большое место занимает механика движений . Однако сведение всего богатства и сложности явлений в двигательном акте к механика движений обедняет, чрезмерно упрощает его и дает о нем неверное представление. Разностороннее изучение двигательного акта помогает осуществить более глубокий анализ движений .

Как наука, изучающая функции организма человека, Б. ф. у. представляет собой отрасль физиология развившуюся и обособившуюся в процессе разделения наук. Как и физиология, Б. ф. у. тесно связана с анатомией, в частности с динамической анатомией, к-рая рассматривает движения человека с целью более глубокого выявления связей между функцией и строением органов движения. Выводы, получаемые Б. ф. у., служат научному обоснованию педагогических положений теории физич. воспитания и помогают совершенствовать практику физич. культуры и спорта. Поэтому вся Б. ф. у. имеет педагогическую направленность. Б. ф. уделится на статику физических упражнений (изучение равновесия всего тела и его частей под действием приложенных сил) и динамику физических упражнений (изучение движений частей тела и его перемещения в пространстве во время выполнения физич. упражнений).

Самые ранние исследования движений были тесно связаны с изучением строения тела человека (Аристотель, Гален, Леонардо да Винчи). Первая книга, посвященная биомеханике - "О движениях животных" (автор - врач и математик Д. А. Борелли), вышла в 1679. Ряд попыток изучения движений человека, в частности ходьбы, предпринимали физиологи братья Э. и В. Вебер (1836), Э. Марей и его сотрудники (конец XIX в.), В. Брауне и О. Фишер (1895 - 1904) и др. В. процессе этих исследований совершенствовались методы регистрации движений - от механической записи (пнеймографической методики) до способов световой регистрации (хронофотография, кинематография, циклография и др.).

Однако для развития биомеханики как науки наибольшее значение имели не совершенствование методов и те или иные исследования частных вопросов, а разработка методологических основ изучения движений, исходя из принципа нервизма. В 1877 русский анатом П. Ф. Лесгафт начал читать курс теории телесных движений, в к-ром он впервые дал анатомо-физиологическое обоснование применению физич. упражнений. Чтение этого курса продолжили впоследствии ученики П. Ф. Лесгафта (А. А. Красуская, Е. А. Котикова). В 1931 он был переименован в курс Б. ф. у. В 1899 основоположник отечественной физиологии И. М. Сеченов читал в Московском университете курс физиологии рабочих движений человека, в к-ром впервые органически объединил вопросы механики, анатомии и физиологии движений. Б. ф. у. получила более широкое развитие лишь в годы Советской власти, когда в Ленинграде (учебном и научно-исследовательском институтах физич. культуры), а позднее и в Москве (в ЦНИИФК) были созданы специальные лаборатории по Б. ф. В ряде зарубежных стран курс изучения движений в спорте преподается под разными названиями: анализ движений (Франция), кинезиология (США) и др.

В анализе движений многие авторы (Г. Скотт, К. Веллс, Л. Морхауз, Д. Купер и др.) допускают значительные механистические упрощения, недооценивают сложности двигательных актов, вместо глубокого изучения процессов движения, ограничиваются разбором работы мышц.

В результате многочисленных биомеханических исследований спортивной техники было издано в СССР учебное пособие "Биомеханика физических упражнений" под ред. Е. А. Котиковой (1939). В учебниках по теории и методике спортивных дисциплин (легкая атлетика, гимнастика, лыжный спорт и др.) стали появляться главы, посвященные биомеханическому анализу спортивной техники. Б. ф. у. продолжала формироваться как учебный предмет не только в ленинградском, но и в московском, харьковском, тбилисском, минском и др. институтах физич. культуры. Расширились методы исследований за счет использования системы аппаратов В. М. Абалакова, привлечения методов электрозаписи. Биомеханические исследования стали применяться не только для анализа спортивной техники, но и для обоснования методики обучения технике и совершенствования в ней. Этим было положено начало изучению общих биомеханических закономерностей двигательных актов, исследованию структуры отдельных групп физич. упражнений (стартовые движения, вращения, движения вне опоры и др.), выявлению динамики формирования двигательных навыков, исследованию факторов высокой эффективности спортивной техники, возрастных особенностей моторики, связи совершенствования техники с физич. развитием и др. проблем.

Разработка названных вопросов способствует развитию теории и методики спортивной тренировки, решению многих вопросов теории и практики применения физич. упражнений.

Литература: Сеченов И. М . Очерк рабочих движений человека. 1901. Лесгафт П. Ф . Основы теоретической анатомии, т. I и II. 1905 - 1906. Лесгафт П. Ф . Руководство по физическому образованию детей школьного возраста. 1955. Попова Т. М. и Могилянская З. В . Техника изучения движений. Л. М., 1934. Конради Г. П., Слоним А. Д., Фарфель B. C . физиология труда. М., 1935. Биомеханика физических упражнений, учебное пособие под ред. Е. А. Котиковой . М., 1939. Ухтомский А. А . Биомеханика, собр. соч., т. III, гл VII. Л., 1951. Николаев Л. П . Биомеханические основы протезирования. И., 1954. Иваницкий М. Ф . Анатомия человека, т. I. M., 1956. Виноградов М. И . Физиология трудовых процессов. Л., 1958. Донской Д. Д . Биомеханика физических упражнений. М., 1960.

Источники:

1. Энциклопедический словарь по физической культуре и спорту. Том 1. Гл. ред.- Г. И. Кукушкин. М., "Физкультура и спорт", 1961. 368 с.

Начало развитию биомеханики физических упражнений положил Л. Ф. Лесгафт, разрабатывавший курс теории телесных движений. Он начал читать его в 1877 г. на курсах по физическому воспитанию. Этот курс продолжали читать и совершенствовать его ученики. В ин­ституте физического образования им. П. Ф. Лесгафта, созданном после Октябрьской революции, этот курс входил в предмет «Физическое образование», а в 1927 г. был выделен в самостоятельный - под назва­нием «Теория движений» и в 1931 г. переименован в курс «Биомеха­ника физических упражнений».

С 30-х гг. в институтах физической культуры в Москве (Н. А. Бернштейн), Ленинграде (Е. А. Котикова, Е. Г. Котельникова), Тбилиси (Л. В. Чхаидзе), Харькове (Д. Д. Донской) и др. развернулась науч­ная и учебная работа по биомеханике спорта. С 1958 г. биомеханика включена в учебный план всех институтов физической культуры Советского Союза, после чего начали создаваться кафедры биомеханики. На кафедрах спортивных дисциплин институтов физической культуры широко ведутся биомеханические исследования спортивной техники. Биомеханические методы успешно применяются научными работниками, тренерами для исследования качества техники и контроля над ее совершенствованием.

Преподавание биомеханики в высших физкультурных учебных заведениях и научные исследования осуществляются в ГДР, Польше, Югославии, Румынии, Чехословакии, Болгарии, Венгрии и других странах. В ряде зарубежных стран преподавание этой учебной дисцип­лины для специалистов физического воспитания ведется под названием «Кинезиология», «Анализ движений» и др. В составе научного коми­тета по физическому воспитанию и спорту при ЮНЕСКО создана рабо­чая группа по биомеханике. Проводятся международные совещания и симпозиумы по биомеханике.

Биомеханика физических упражнений способствует теоретическому обоснованию ряда вопросов физического воспитания. Биомеханика спорта составляет одну из основ теории спортивной техники. Она помогает обоснованию наиболее рациональной техники, путей овла­дения ею и технического совершенствования спортсменов.

Тема 3. ТОПОГРАФИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

1.Общие данные о теле человека 2.Оси и плоскости 3.Краткие данные о центре тяжести тела человека 4.Организм, орган, система органов, ткани 5.Клетки и ткани организма. Строение и функция тканей 6.Спинной мозг. Позвоночник 7.Механизм движений туловища и головы 8.Движения позвоночного столба и головы 9.Механизм движений верхней конечности 10.Некоторые данные о конституции человека 11.Нервная регуляция позы и движений 12.Функциональный анализ положения человека в позе стоя.

ОБЩИЕ ДАННЫЕ О ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА

Тело человека представляет собой с точки зрения механики объект величайшей сложности. Оно состоит из частей, которые с большой степенью точности можно считать твердыми (скелет) и деформируемых полостей (мышцы, сосуды и пр.), причем в этих полостях содержатся текучие и фильтрующиеся среды, не обла­дающие свойствами обычных жидкостей.

Тело человека в общих чертах сохраняет строение, свойствен­ное всем позвоночным: двуполярность (головной и хвостовой кон­цы), двустороннюю симметрию , преобладание парных органов , наличие осевого скелета , сохранение некоторых (реликтовых) признаков сегментарности1 (метамерии) и т. п.

К другим морфофункциональным особенностям тела человека относятся: высокополифункциональная верхняя конечность; ров­ный ряд зубов; развитый головной мозг; прямохождение и др.

В анатомии принято изучать тело человека в вертикальном поло­жении с сомкнутыми нижними и опущенными верхними конечнос­тями.

При этом выделяют области головы, шеи, туловища и двух пар верхних и нижних конечностей.

На туловище человека обозначают два конца - черепной, или кра­ниальный и хвостовой, или каудальный и четыре поверхности - брюшную, или вентральную , спинную, или дорсальную и две боко­вых - правую и левую.

На конечностях определяют по отношению к туловищу два кон­ца : проксимальный , т. е. более близкий и дистальный , т. е. отда­ленный .

Оси и плоскости

Тело человека построено по типу двубоковой симметрии (оно делится срединной плоскостью на две симметричные половины) и характеризуется наличием внутреннего скелета. Внутри тела на­блюдается расчленение на метамеры , или сегменты, т. е. обра­зования однородные по строению и развитию, расположенные в последовательном порядке, в направлении продольной оси тела (например, мышечные, нервные сегменты, позвонки и пр.); цент­ральная нервная система лежит ближе к спинной поверхности туловища, пищеварительная - к брюшной. Как и все млекопитаю­щие, человек имеет молочные железы и покрытую волосами ко­жу, полость его тела разделена диафрагмой на грудной и брюшной отделы.

Чтобы лучше ориентироваться относительно взаимного поло­жения частей в человеческом теле, исходят из некоторых основ­ных плоскостей и направлений (рис. 2.5). Термины «верхний», «нижний», «передний», «задний» относятся к вертикальному поло­жению тела человека. Плоскость , делящая тело в вертикальном направлении на две симметричные половины, именуется сре­динной. Плоскости, параллельные срединной, называются са­гиттальными . (лат. sagitta - стрела); они делят тело на отрезки, расположенные в направлении справа налево. Перпендикулярно срединной плоскости идут фронтальные , т. е. параллельные лбу (фр. front - лоб) плоскости; они рассекают тело на отрезки, рас­положенные в направлении спереди назад. Перпендикулярно срединной и фронтальной плоскости проводятся горизонтальные , или поперечные плоскости, разделяющие тело на отрезки, распо­ложенные друг над другом. Сагиттальных (за исключением средин­ной), фронтальных и горизонтальных плоскостей можно провести произвольное количество, т. е. через любую точку поверхности те­ла или органа.

Терминами «медиально » и «латерально » пользуются для обозна­чения частей тела по отношению к срединной плоскости: medialis - находящийся ближе к срединной плоскости, lateralis - дальше от нее. С этими терминами не надо смешивать термины «внутренний » - internus и «наружный» - externus, которые употребляются только по отношению к стенкам полостей. Слова «брюшной» - ventralis, «спинной» - dorsalis, «правый» - dexter, «левый» - sinister, «по­верхностный» - superficialis, «глубокий» - profundus не нуждают­ся в объяснении. Для обозначения пространственных отношений на конечностях приняты термины «proximalis » и «distalis », т. е. на­ходящийся ближе и дальше от места соединения конечности с ту­ловищем.

Начало развитию биомеханики физических упражнений положил Л. Ф. Лесгафт, разрабатывавший курс теории телесных движений. Он начал читать его в 1877 г. на курсах по физическому воспитанию. Этот курс продолжали читать и совершенствовать его ученики. В ин­ституте физического образования им. П. Ф. Лесгафта, созданном после Октябрьской революции, этот курс входил в предмет «Физическое образование», а в 1927 г. был выделен в самостоятельный - под назва­нием «Теория движений» и в 1931 г. переименован в курс «Биомеха­ника физических упражнений».

С 30-х гг. в институтах физической культуры в Москве (Н. А. Бернштейн), Ленинграде (Е. А. Котикова, Е. Г. Котельникова), Тбилиси (Л. В. Чхаидзе), Харькове (Д. Д. Донской) и др. развернулась науч­ная и учебная работа по биомеханике спорта. С 1958 г. биомеханика включена в учебный план всех институтов физической культуры Советского Союза, после чего начали создаваться кафедры биомеханики. На кафедрах спортивных дисциплин институтов физической культуры широко ведутся биомеханические исследования спортивной техники. Биомеханические методы успешно применяются научными работниками, тренерами для исследования качества техники и контроля над ее совершенствованием.

Преподавание биомеханики в высших физкультурных учебных заведениях и научные исследования осуществляются в ГДР, Польше, Югославии, Румынии, Чехословакии, Болгарии, Венгрии и других странах. В ряде зарубежных стран преподавание этой учебной дисцип­лины для специалистов физического воспитания ведется под названием «Кинезиология», «Анализ движений» и др. В составе научного коми­тета по физическому воспитанию и спорту при ЮНЕСКО создана рабо­чая группа по биомеханике. Проводятся международные совещания и симпозиумы по биомеханике.

Биомеханика физических упражнений способствует теоретическому обоснованию ряда вопросов физического воспитания. Биомеханика спорта составляет одну из основ теории спортивной техники. Она помогает обоснованию наиболее рациональной техники, путей овла­дения ею и технического совершенствования спортсменов.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Биомеханика

В а масленников.. биомеханика дисциплина для специальности физическая..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Биомеханика
Курс лекций Дисциплина для специальности 50720 - «Физическая культура» ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД 2008 &

Биомеханика как учебная и научная дисциплина
1.Движение как форма бытия материи2.Предмет биомеханики 3. Задачи биомеханики 4. Содержание биомеханики Биологическая механика как наука о механическом движении в биологических сист

Движение есть форма существования материи
Все в мире движется. В движении находятся звездные миры, наша Земля, человек, части его тела, молекулы его клеток, атомы, их эле­ментарные частицы; одной из форм движения материи является мыш­ление

Соответственно многообразию мира существует и многообразие движения - различные формы движения материи
Ф. Энгельс различал более простые формы движения материи - механическую, физическую и химическую, которые проявляются как в неживой, так и в живой природе, и более сложные, высшие, формы движения -

Движения человека
Движения человека представляют собою механическое переме­щение живого организма. Движения человека - одно из сложнейших явлений в мире.Онисложны не только потому, что в ег

Предмет биомеханики
Предмет любой науки, в том числе и биомеханики, определяется спе­цифическим объектом познания - кругом явлений и процессов, зако­номерности которых изучает та или иная наука. В этом объектекаждая и

Область изучения
Область изучения биомеханики - механические и биологические причины возникновения движений и особенности их выполнения. Движения частей тела человека представляют с

Частные задачи биомеханики
Частные задачи биомеханики состоят в изучении движений человека в двигательной деятельности и изучении приводимых им в движение физических объектов, а также в изучении резуль­татов решения

Теория биомеханики
В теории биомеханики рассматриваются: строение и свойства, а также развитие тела человека как биомеханической системы; эффективность двигательных действий как систем движений; формирование

Метод биомеханики
Метод биомеханики - системный анализ и синтез движений на основе количественных характеристик, в частности кибернетиче­ское моделирование движений. Метод науки - это спосо

Связи биомеханики с другими науками
Биомеханика как раздел биофизики зародилась в связи с развитием физических и биологических наук. В настоящее время успехи этих наук так или иначе сказываются на развитии биомеханик

Развитие физических знаний
Физика - наука о закономерностях наиболее общих форм движе­ния материи - возникла и достигла высокого уровня развития раньше, чем биология - наука о закономерностях жизни и развития живых организмо

Биологические предпосылки биомеханики
Познания людей о строении тела начали накапливаться с древней­ших времен. К концу XVIII в. анатомия уже была сложившейся об­ластью научного знания. От нее стали отделяться другие о

Механические устройства
Повышение интереса к движениям человека в связи с бурным раз­витием естествознания и промышленности способствовало использо­ванию методов механики при изучении двигательной деятельности. В первую о

Светохимичесная регистрация
Большую роль в изучении движений сыграло открытие фотогра­фии. Вначале успешно делали только моментальные одиночныеснимки движений. Затем Э. Майбридж (1877 г.) получил последова­те

Электротехническая аппаратура
Возможности современной электротехники (в широком смысле слова, включая электронику) очень велики, однако для нужд биомеханики они используются еще относительно мало. Первым на этом пути в

Механическое направление
Механический подход к изучению движений человека позволяет определить количественную меру двигательных процессов, объяс­нить физическую сущность механических явлений, раскрывает огромную сл

Функционально-Анатомичесное направление
Функционально-анатомический подход характеризуется преиму­щественно описательным анализом движений в суставах, опреде­лением участия мышц при сохранении положений тела и в его движениях.

Системно-структурный подход
Системно-структурный подход в биомеханике характеризуется изучением состава и структуры систем как в двигательном аппа­рате, так и в его функциях. Этот подход в известной мере объеди

Теоретические основы
В процессе длительного развития биомеханики сложились ее совре­менные теоретические основы: признание рефлекторной природы систем движений при сложном сочетании произвольного и автоматического упра

Методики исследования
Биомеханическое исследование требует совместного изучения меха­нических и биологических сторон движений с возможно более точной количественной мерой и вскрытием взаимосвязей в сист

Практическое применение
Области двигательной деятельности человека, где используются методы современной биомеханики, обширны. В первую очередь они используются там, где оценка эффективности движений наиболее важна

Общие данные о теле человека
Тело человека представляет собой с точки зрения механики объект величайшей сложности. Оно состоит из частей, которые с большой степенью точности можно считать твердыми

Оси и плоскости
Тело человека построено по типу двубоковой симметрии (оно делится срединной плоскостью на две симметричные половины) и характеризуется наличием внутреннего скелета. Внутри тела на­блюдается расчлен

Краткие данные о центре тяжести тела человека
Функция нижних конечностей человека, если исключить многие физические упражнения, определяется главным образом опорой (положение стоя) и локомоцией (ходьба, бег). И в том, и в другом случае на функ

Организм, орган, система органов, ткани
Организмом называется всякое живое существо, основными свойствами которого являются: постоянный обмен веществ и энер­гии (внутри себя и с окружающей средой); с

Клетки и ткани организма. Строение и функция тканей
Живой организм - сложная, постоянно изменяющаяся, разви­вающаяся целостная система, находящаяся в постоянной связи с внешней средой и образующая с ней неразрывное единство. Орга­низм состоит из кле

Спинной мозг. Позвоночник
Спинной мозг участвует в осуществлении всех сложных двига­тельных реакций организма. Он получает импульсы от экстеро-рецепторов кожной поверхности, проприорецепторов и висцерорецепторов туловища и

Механизм движений туловища и головы
Основная функция мышечного аппарата туловища и головы за­ключается в удержании тела в состоянии равновесия, в обеспече­нии подвижности (сгибание, разгибание, боковые наклоны, круго­вые вращения) по

Движения позвоночного столба и головы
Движения позвоночного столба подобны изменениям положения и формы упругого стержня, укрепленного на штативе. Вме­сте с тем здесь все движения как бы контролируются и направляют­ся его суставами, а

Механизм движений верхней конечности
Верхние конечности являются самыми подвижными звеньями аппарата движения тела человека. Наряду с этим они приспособ­лены к значительным силовым нагрузкам.

Некоторые данные о конституции человека
Классификация типов конституции человека основывается на различных принципах: морфологических, функциональных, био­химических, нейрореактивных, гормональных и др. Астенический т

Нервная регуляция позы и движений
Нервная регуляция работы скелетных мышц осуществляется двигательными центрами ЦНС. Они должны гарантировать стро­го необходимую степень возбуждения и торможения иннервирующих эти мышцы мотонейронов

Функциональный анализ положения человека в позе стоя
Опорная роль нижних конечностей наиболее велика при раз­личных формах позы стоя. Различают позу стоя (стойку) симмет­ричную, при которой тяжесть тела распределяется равномерно на обе нижние конечно

А - нормальная; б - сутуловатая; в - лордотическая; г - кифотическая
д - выпрямленная (плоская) Напряжение (тонус) мышц в спокойном состоянии невелико. Момент силы тяжести головы способствует ее наклону вперед, этому противодействует на

Тело человека как биомеханическая система
1. Механические свойства звеньев и их соединений 2. Соединения звеньев 3. Звенья как рычаги 4.Биомеханические свойства мышц 5. Механическое действие мышц 6.Групповые взаимодейств

Виды нагрузок и характер их действия
Силы, приложенные к телу и в совокупности вызывающиеегодеформации2, называются нагрузками. (Деформация - изменение формы и размеров.) К основным

Упругие деформации
Упругие деформации возникают в теле под действием нагрузки и исчезают при ее снятии. Изменение формы (деформация) тел под действием приложенных к ним сил - свойство

Соединения звеньев
Соединения звеньев в биокинематических цепях обусловливают многообразие возможностей движении. От способа соединения и уча­стия мышц в движениях зависит их направление и размах (простран­ственная.

Кинематические цепи
Кинематическая цепь - это последовательное или разветвленное соединение ряда кинематических пар.Кинематическую цепь, в которой конечное звено свободно, называют незамкнутой, а цепь, в ко

Степени свободы движений
Число степеней свободы движений соответствует количеству возможных независимых линейных и угловых перемещений тела. Тело, ничем не ограниченное в движениях

Геометрия движений
Число основных осей сустава соответствует количеству степеней свободы движений одного звена относительно другого. Плоскость движения перпендикулярна оси вращения и характеризует на­правлени

Звенья как рычаги
Скелет, составленный из подвижно соединенных костей, представ­ляет собой твердую основу биокинематических цепей. Звенья цепей с приложенными к ним силами (мышечной тяги и др.) в биомеханике рассмат

Для ускорения рычага - неравенство этих моментов сил
В результате действия противоположных сил звено как рычаг мо­жет: а) сохранять положение или продолжать движение с прежней скоростью и б) получить ускорение в сторону той или иной силы. Эффект совм

Работа, совершаемая силою, приложенной на одном плече рычага, передается на другое плечо
Сила тяги мышцы, приложенная на коротком плече рычага, вызы­вает во столько раз большее смещение другого плеча, во сколько первое плечо короче второго; налицо выигрыш в пути. В связи с тем, что раз

Механические свойства мышц
Упругость проявляется в возникновении напряжения в мышце при ее деформации под действием нагрузки. Вязкость- в замед­лении деформации внутренними силами

Режимы работы мышц
Режим работы мышцы определяется изменением либо еедлины,либо ее напряжения, либо того и другого одновременно. Возбудимость

Величина и направление тяги мышцы
Тяга мышцы зависит от совокупности механических, анатомиче­ских и физиологических условий. К механическим условиям относится нагрузка - как растяги­вающая мышцу, та

Результат тяги мышцы
Результат приложения тяги мышцы в кинематической цепи зави­сит от: а) закрепления звеньев; б) соотношения сил, вызываю­щих движение, и сил сопротивления, в) начальных условий вра­щения.

Виды и разновидности работы мыши,
В зависимости от изменения длины мышцы различают следующие виды ее работы: а) статическая (изометрический режим)- длина мышцы не изменяется, б) динамическая - мышца либо укорачивается (п

Групповые взаимодействия мышц
Мышцы, влияющие на движения биокинематических цепей, как правило, функционируют не изолированно, а группами. Взаимодейст­вие осуществляется между мышцами внутри групп, а также между группами мышц.

Взаимодействующие группы мышц
Мышцы, окружающие сустав, при движении разделяются на функциональные группы: а) синергисты (совместного действия), выполняющие преодолевающую работу, и б) их антагонисты2

Взаимодействие групп мышц при разных сопротивлениях
Напряжение синергистов при разных сопротивлениях изменяется соответственно изменению сопротивления, антагонисты же на­прягаются преимущественно при уменьшающемся сопротивлении (силы инер

Перераспределение напряжений мышц
Моменты включения мышцы в работу и выключения из нее опре­деляются зоной ее активности и оптимальной зоной, что приводит по ходу движения к постоянному изменению тяги мышц - пере­распределе

Выбор тела отсчета
Телом отсчета называют условно выбранное тело, от которого отсчитывают расстояние при определении изучаемого относитель­ного движения. Движение выражается в изменен

Начало и направление отсчета расстояния
На теле отсчета устанавливают начало и направление измерения расстояния. Физические тела, в том числе и тело человека,в некоторых случаяхможно рассматривать как материальные точки.

Единицы отсчета расстояния
В зависимости от выбранного способа отсчета устанавливаются единицы отсчета расстояния - линейные и угловые. Линейные единицы. Чаще всего испол

Начало и единицы отсчета времени
Кроме протяженности движения (в пространстве) необходимо изме­рять его длительность (во времени). В обычных условиях жизни в сут­ках приняты два начала отсчета времени (полночь и п

Координаты точки, тела и системы
Координата - это пространственная мера местоположения точки относительно системы отсчета. Местоположение точки обычно определяют по ее линейным координатам: .

Перемещение точки, тела и системы
Перемещение точки - это пространственная мера изменения местоположения точки в данной системе отсчета. Перемещение (линейное) измеряется разностью координат в моменты начала и окончания

Траектория точна
Траектория точки - это пространственная мера движения (вооб­ражаемый след движения точки)1. Измеряют длину и кривизну траектории и определяют ее ориентацию в пространстве.

Момент времени
Момент времени (или мгновение) - это временная мера положе­ния точки, тела и системы в начале, в ходе движения и в конце. Момент времени определяется промежутком времени до него от начала о

Длительность движения
Длительность движения - это его временная мера. Она изме­ряется разностью моментов времени окончания и начала движения в неизменной системе отсчета. Отвечая на вопр

Ритм движений
Ритм движений - это временная мера соотношения частей дви­жений. Он определяется по соотношению промежутков времени, затраченного на соответствующие части движения:

Скорость точки и тела
Скорость точки1-это пространственно-временная мера дви­жения. Она определяет быстроту изменения положения точки в пространстве с изменением времени. Скорость измеряется отношением ве

Ускорение точки и тела
Ускорение точки - это пространственно-временная мера изме­нения движения. Она характеризует быстроту и направление изменения вектора скорости точки в данный момент времени. Ускорение изм

Составное движение и его составляющие
В биомеханике удобно условно различать: а) составное движение как результат движения нескольких связанных друг с другом тел и б) сложное движение одного тела (одновременно поступательное и

Сложение скоростей и ускорений в составном движении
Результирующая угловая скорость двух вращательных движений (переносного и относительного) вокруг параллельных осей равна их сумме, если вращения направлены в одну сторону, и разно­сти - есл

Понятие об инертности
Инертность (или инерция1) - свойство физических тел, прояв­ляющееся в сохранении движения, а также изменении его под действием сил. Физическое тело, взаимодействуя

Масса тела
Масса - это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется при движении материальной точки и поступа­тельном движении тела или системы тел отношением величины приложенн

Момент инерции тела
Момент инерции - это мера инертности тела относительно оси при вращательном движении (реальном или воображаемом) вокруг этой оси3. Момент инерции количественно равен сумме моментов инерц

Момент силы
Момент силы - это мера механического воздействия, способ­ного поворачивать тело (мера вращающего действия силы). Он численно определяется произведением модуля силы на ее плечо (расстояни

Сила, приложенная к телу, если она не уравновешена, изменяет его движение2
Меры действия силы могут быть определены: а) с учетом промежутка времени ее действия - импульс силы - или б) с учетом пути ее действия - работа силы. Обе эти меры как бы взаимно до­полняют д

Внешние относительно системы силы
Для того чтобы отнести силы к внешним или внутренним, надо установить прежде всего, относительно какой системы объектов эти силы рассматриваются. В биомеханике такой системой, естественно, считают

Объектов окружающей среды
Внешние силы обладают особенностями, значение которых важно для понимания динамики. Они могут быть мысленно приложены к цент­ру тяжести системы как изменяющие его движение, могут изменять и ее кине

Сила тяжести и вес
Сила тяжести тела - это мера притяжения тела к Земле с учетом уменьшения силы притяжения вследствие суточного вращения Земли. Сила тяжести тела равна геометрической (векторной) сумме гравит

Силы сопротивления среды
Давление в газе или жидкости - это мера силы механического воздействия между элементами данной среды и элементами среды и другими телами. Оно равняется отношению силы к той площади, чере

Реакции опоры
Реакции опоры - это мера противодействия опоры при давлении на нее со стороны покоящегося или движущегося при контакте с ней тела. Реакция опоры равна по величине силе, с которой те­ло дейс

Силы трения
Сила трения - это мера противодействия движению, направлен­ному по касательной к поверхности прикасающегося тела. Вели­чина силы трения (как составляющей реакции поверхности связи) зависит

Силы упругой деформации
Сила упругой деформации - это мера действия деформированного тела на другие тела, с которыми оно соприкасается. Величина и направление упругих сил зависят от упругих свойств деформи­рованно

Внутренние силы механической системы - мера взаимодействия входящих в нее тел
Внутренние силы нельзя мысленно рассматривать как приложен­ные к центру тяжести системы. Они не могут сами по себе изменять движение ОЦТ системы и ее кинетический момент. Внутренние силы о

Силы мышечной тяги
Силы мышечной тяги приложены к звеньям кинематических це­пей внутри тела. Мышцы в своей активности всегда объединены в груп­пы. Силы тяги каждой мышцы изменяются. Поэтому изменяются и тяги отдельно

Силы пассивного противодействия
Силы пассивного противодействия включают: опорные реакции в суставах и местах прикрепления мышц и связок, силы сухого и жидкостного трения, силы инерции при ускорениях звеньев, органов и тк

Различают внешнее силовое поле как совокупность всех внешних для человека сил и внутреннее - как совокупность внутренних сил
Внешнее силовое поле проявляется как силы сопротивления. Их работа отрицательная; для ее пре­одоления затрачивается энергия движения и напряжения мышц чело­века. Различают рабоч

Совместное действие сил
Внешние и внутренние относительно тела человека силы дейст­вуют на него совместно. Все эти силы независимо от их источника дей­ствуют как механические силы, изменяя механическое движение. В этом см

Двигательных качеств
Каждый человек владеет определенными двигательными навы­ками, например, может поднять определенный вес, пробежать или прыгнуть и т. п., но возможности у всех различны. Это связано и с возрастом, и

Характеристика двигательных (локомоторных) качеств
К основным двигательным качествам относятся: сила, быстрота, выносливость, гибкость и ловкость. А.А. Тер-Ованесян к назван­ным качествам добавляет: устойчивость равн

Сила. Силовые качества
Сила – это способность, определяемая максимальной величиной мышечных усилий. Сила, развиваемая мышцей или пучком мышечных волокон, со­ответствует сумме сил отдельны

Развитие силы и ее измерение
Силу мышц измеряют с помощью различных приборов (динамометры и др.). А. Беком определена «удельная сила мышцы» (табл. 14.1). Таблица 14.1. Удельная сила различных мышц

Методика развития (тренировка) силы мышц
Сила мышц снижается после продолжительной интенсивной мышечной работы, на нее влияет характер выполняемой работы, уровень тренированности мышц. Развитие силы мышц достигается при тренировк

По горизонтали - суставной угол; по вертикали - сила (в фунтах)
т. е. когда мышцы напрягаются в растянутом состоянии. Вследствие усиле­ния потока проприоцептивных импульсов такое положение тела вызовет увеличение рефлекторной стимуляции и тем усилит воз­действи

Скорость двигательной реакции
Быстрота зависит от скорости мышечного сокращения, мощности мобилизации химической энергии в мышечном волокне и в превра­щении ее в механическую энергию сокращения. Наибольший эффект в раз

Развитие ловкости
Ловкость - это способность быстро овладевать новыми движениями и перестраивать двигательную деятельность в соответствии с требованиями внезапно меняю­щейся обстановки. Крите

Развитие гибкости
Гибкость, или подвижность в суставах - важный компонент физической подготовленности во многих ви­дах спорта и особенно в спортивной гимнастике, акробатике и дру­гих видах спорта. Гибкост

Биомеханика - наука, которая изучает механическое движение в животных организмах, его причины и проявления
Атрибут (от лат. «аттрибу» - придаю, наделяю) - неотъемлемое свойство предмета, без которого он не может ни существовать, ни мыслиться. 2 Ф. Энгел

Механизм управления двигательными действиями человека (на стадии формирования новых двигательных навыков) был обоснован еще в 30-40 гг. XX столетия Н.А. Бернштейном. Затем академик П.К. Анохин разработал теоретические положения о функцио­нальной системе, которые объясняют действия данного механизма (схема 15.2).

Описать это можно так. Человек при выполнении нового дви­жения создает себе (на основе его цели и содержания) опреде­ленный образ будущего движения. По мере выполнения движения происходит его сличение с программой управления, а также осу­ществляются последовательные его коррекции (так называемые сенсорные коррекции).

Механизм управления позволяет выделить три стадии форми­рования движения.

Первая стадия - формируется общее представление о дви­жении при участии мышц, осуществляющих движение, мышц-ан­тагонистов и других мышц (участие которых в освоенном движении не требуется); поэтому человек выполняет движение (движения) излишне напряженно, тем самым значительно уменьшая скорость его выполнения. Если на этой стадии движения выполнять в быст­ром темпе, то сенсорные коррекции затруднительны или невоз­можны.

Вторая стадия - исчезает напряженность и возникает дос­таточно четкая мышечная координация при выполнении постоян­ных движений. Движение пока еще не выполняется свободно и ав-томатизированно.

Третья стадия - используются реактивные силы, силы инер­ции, движения становятся более экономичными, их выполнение доводится до автоматизма.

На основании общих теоретических представлений о формиро­вании движения в теории физического воспитания (для всех ви­дов спорта) в процессе обучения выделяют три этапа.

Первый этап - начальное разучивание движения (вырабаты­вается умение воспроизводить технику в общей, «грубой» форме).

Второй этап - углубленное, детализированное разучивание движения (движений).

Третий этап - дальнейшее совершенствование двигательно­го навыка.

В практике спорта обучение и тренировка двигательного навыка предполагают многократное повторение однотипного (однотипных) движения (упражнения), с учетом возраста, пола и технической подготовленности, координированности, гибкости спортсмена. В последние годы все шире применяются технические средства обучения (лонжи, блоки, пояса, зеркала, различные тренажеры и т. д.). В некоторых видах спорта (спортивная гимнастика, акроба­тика, прыжки в воду с трамплина и др.) используют метод фикси­рованного положения, когда останавливают движение и фиксируют его в определенной позе. Этот метод наиболее доступен для на­чального периода обучения, он позволяет быстрее и эффектив­нее разучить кинематику движений, уточнить положение звеньев тела, контроль за динамикой и общим ритмом движения (дви­жений).

Важным при обучении и на тренировках является учет такого фактора как адаптация. Адаптация к физическим нагрузкам (уп­ражнениям) во всех случаях представляет собой реакцию целого организма, однако специфические изменения в тех или иных функ­циональных системах могут быть выражены в различной степени.

Исходя из учения П.К. Анохина о функциональных системах следует, что организм реагирует на воздействие внешней среды как целое, деятельность одних органов и систем теснейшим обра­зом связана с функцией других (см. схему 15.2).

Ходьба в норме

Ходьба - автоматизированный двигательный акт, осуществ­ляющийся в результате сложной координированной деятельности скелетных мышц туловища и конечностей.

Отталкиваясь от почвы, нога приводит тело в движение - впе­ред и несколько вверх и вновь совершает размах в воздухе.

Последовательность положения конечности взрослого челове­ка при ходьбе показана на рис. 15.16. При ходьбе тело поочередно опирается то на правую, то на левую ногу.

Акт ходьбы отличается чрезвычайно точной повторяемостью от­дельных его компонентов, так что каждый из них представляет точную копию в предыдущем шаге.

В акте ходьбы деятельное участие принимают также верхние конечности человека: при выносе вперед правой ноги правая рука движется назад, а левая - выносится вперед. Руки и ноги челове­ка При ходьбе совершают движения в противоположных направ­лениях.

Движение отдельных звеньев свободной ноги (бедра, голени и стопы) определяется не только сокращением мышц, но и инер­цией. Чем ближе звено к туловищу, тем меньше его инерция и тем раньше оно может последовать за туловищем. Так, бедро свобод­ной ноги перемещается вперед раньше всего, поскольку оно бли­же всего к тазу. Голень, будучи дальше от таза, отстает, что ведет к сгибанию ноги в колене. Точно так же отставание стопы от голе­ни вызывает сгибание в голеностопном суставе (см. рис. 15.16).

Последовательное вовлечение мышц в работу и точная коорди­нация их сокращений при ходьбе обеспечиваются у человека ЦНС и главным образом корой больших полушарий головного мозга. С точки зрения нервного механизма, ходьба представляет собой автоматизированный цепной рефлекс, в котором афферентная им-пульсация, сопровождающая каждый предыдущий элемент движе­ния, служит сигналом для начала следующего.

Функциональный анализ ходьбы. Ходьба - это сложное цик­лическое локомоторное действие, одним из основных элементов которого является шаг (рис. 15.17).

При ходьбе, как и при других видах локомоторного движения, пере­мещение тела в пространстве происходит благодаря взаимодействию внутренних (сокращение мышц) и внешних (масса тела, сопротивле­ние опорной поверхности и др.) сил. В каждом шаге, совершаемом правой и левой ногой, различают период опоры и период маха. Наи­более характерной особенностью всех видов ходьбы по сравнению с бегом и прыжками является постоянное опорное положение одной ноги (период одиночной опоры) или двух ног (период двойной опо­ры). Соотношение этих периодов обычно равно 4:1. Как период опоры, так и период маха может быть разделен на две основные фа­зы, а именно: период опоры - на фазы переднего толчка и заднего толчка, разделенные моментом вертикали; маха - фазы заднего ша­га и переднего шага, между которыми также находится момент вер­тикали.

Фаза переднего толчка. После заключительной фазы перед­него шага начинается постановка стопы на почву при почти выпрямленном, но не закрепленном коленном суставе и согнутом, слегка отведенном и супинированном бедре. Стопа становится на опорную поверхность пяткой, после чего она совершает двойной перекат: с пятки на носок и снаружи внутрь. Этот перекат проис­ходит под влиянием силы тяжести тела и последовательного вклю­чения в работу короткой малоберцовой мышцы, поднимающей на­ружу край стопы и далее мышц - длинной малоберцовой, задней болынеберцовой, длинного сгибателя большого пальца стопы и длинного сгибателя пальцев, поддерживающих продольную ду­гу (свод) стопы. Такое движение стопы имеет двоякое значение: увеличение длины шага и растягивание мышц заднего отдела голе­ни, участвующих в отталкивании тела. В начальном периоде опоры приобретает большое значение рессорная функция, выполняемая суставами стопы и незакрепленным суставом колена. Далее под действием тяжести и инерции тела нога несколько сгибается в ко­ленном суставе и разгибается в голеностопном суставе при ус­тупающей работе четырехглавой мышцы и мышц заднего отдела голени, что еще более повышает буферные свойства конечности.

Момент вертикали. К моменту вертикали нога выпрямляется и приводится за счет сокращения большей части мышц бедра и от­части под влиянием силы тяжести. В это время стопа опирается на грунт всей подошвой, причем большинство ее мышц своим со­кращением способствует сохранению сводов и участвует в функ­ции удержания равновесия тела.

Фаза заднего толчка тела (отталкивание от опорной поверх­ности). В связи с этим контактирующая с грунтом конечность уд­линяется за счет разгибания во всех ее суставах. В тазобедренном суставе вновь происходит некоторое отведение, но в отличие от переднего толчка, сопровождаемое небольшим поворотом бедра (внутрь). Ведущая роль в этой фазе принадлежит четырехглавой, полусухожильной, полуперепончатой, длинной головке двуглавой и главным образом ягодичным мышцам.

Фаза заднего шага. В начале этой фазы (непосредственно по­сле окончания заднего толчка) маховая нога находится в поло­жении разгибания, некоторого отведения и поворота внутрь, что приводит к повороту таза вместе с туловищем в противополож­ную сторону. Из этого положения нога, производящая шаг, начи­нает совершать сгибание в тазобедренном и коленном суставах,

дополняемое незначительным поворотом ее наружу, что взаимо­связано с вращением таза в сторону маховой ноги. В это время основная нагрузка падает на мышцы: подвздошно-поясничную, при­водящие, заднего отдела бедра и отчасти на разгибатели стопы.

Момент вертикали. Маховая нога выпрямлена в тазобедрен­ном суставе и достигает максимального сгибания (по сравнению с другими фазами) в суставе колена. Сокращены главным образом мышцы заднего отдела бедра.

В фазе переднего шага мышцы заднего отдела бедра расслаб­ляются и благодаря силе инерции и кратковременному балли­стическому сокращению четырехглавой мышцы голень выбрасы­вается вперед. После этого начинается новый цикл движения.

Центр тяжести тела (ЦТ) при ходьбе (рис. 15.18, а) наряду с по­ступательными движениями (вперед), совершает еще движения бо­ковые и в вертикальном направлении. В последнем случае размах (вверх и вниз) достигает величины 4 см (у взрослого человека), при этом туловище опускается больше всего именно тогда, когда одна нога опирается всей подошвой, а другая вынесена вперед. Боковые движения (качания в стороны) центра тяжести доходят до 2 см.

Колебания ОЦТ тела в стороны связаны с перемещением на опорную ногу всей массы тела, благодаря чему траектория ОЦТ тела проходит непосредственно над площадью опоры. Чем ходьба быстрее, тем эти колебательные движения меньше, что объясня­ется влиянием инерции тела.

Размер шага в среднем принимается за 66 см, при спокойной ходьбе продолжительность его - около 0,6 сек.

Помимо мышц нижних конечностей при ходьбе включаются в ди­намическую работу почти все мышцы туловища, шеи и верхних ко­нечностей.

В связи с последовательным чередованием растяжения, сокра­щения и расслабления различных мышечных групп, что происходит во время ходьбы, значительная нагрузка на всю мышечную систе­му обычно не вызывает выраженного утомления. В значительной мере это также объясняется тем, что ритмические движения всего тела облегчают нормальную вентиляцию легких и улучшают крово­обращение всех органов, включая центральную нервную систему (ЦНС). Таким образом, ходьба - это наилучший вид физической тренировки.

Кинематические и динамические характеристики челове­ка между продольными осями смежных сегментов конечности

можно измерять (так называемые межзвенные углы). На рис. 15.18 приведены графики межзвенных углов в тазобедренном суставе (ТБС), коленном (КС), голеностопном (ГСС) и плюснефаланговом (ПФС) при ходьбе в норме.

Характерной особенностью графиков этих углов (ангулограмм) является довольно стабильная периодичность. У разных людей ме­няются только продолжительность периода и диапазон изменений угла (амплитуда). В норме эти амплитуды составляют: в ТБС 26- 30°; в КС в опорный период шага 12-15°; в переносный период - 55-62°; в ГСС подошвенное сгибание равно 17-20°; тыльное - 8-10°. В ПФС всегда имеется тыльное сгибание при переносе (10-12°), при опоре сначала идет выпрямление до 0°, а при зад­нем толчке (от заднего толчка опорной ноги тело устремляется впе­ред) в ПФС снова происходит сгибание до 10-12°.

При ходьбе человек взаимодействует с опорной поверхностью, при этом возникают силовые факторы, называемые главным век­тором и главным моментом сил реакции опоры. Типичные графи­ки вертикальной и продольной составляющих главного вектора опорной реакции при ходьбе в произвольном темпе в норме пред­ставлены на рис. 15.18. Для графика вертикальной составляющей главного вектора опорной реакции характерно наличие двух вер­шин, соответствующих переднему (опора на пятку) и заднему (от­талкивание передним отделом стопы) толчкам. Амплитуды этих вершин превышают массу человека и достигают 1,1 - 1,25Р (Р - масса человека).

Продольная составляющая главного вектора сил реакции опор имеет тоже две вершины разных знаков: первая, соответствующая переднему толчку, направлена вперед; вторая, соответствующая заднему толчку, направлена назад. Так оно и должно быть - от­талкиваясь опорной ногой, человек устремляет все тело вперед. Максимумы продольной составляющей главного вектора опорной реакции достигает 0,25Р.

Есть еще одна составляющая главного вектора опорной реак­ции - поперечная. Она возникает при переступании с одной ноги на другую и ее максимум достигает 8-10% от массы человека.

Временная структура шага. Локомоции человека - процесс периодический, в котором через приблизительно равные промежут­ки времени повторяются сходные положения тела. Наименьшее время, прошедшее от данного положения до его повторения, явля­ется временем цикла. При ходьбе и беге время цикла называют по

числу сделанных шагов «временем двойного шага». Каждая нога в своем циклическом движении находится либо на опоре, либо пе­реносится на новое место опоры (рис. 15.19).

При беге момент опоры меньше момента переноса; наблюдает­ся период свободного полета над опорой (см. рис. 15.19).