Читать онлайн haa,jsrghakhg бесплатно

Глава 1. Биомеханика? Это что и для чего?

Биомеханика как наука изучает механические объекты, движение которых организованно с помощью и под контролем биологических связей.

Биомеханика человека как наука изучает рычаги его опорно-двигательного аппарата, движение которых организованно с помощью и под контролем суставно-мышечного аппарата и центральной нервной системы.

Рычаги опорно-двигательного аппарата человека также представляют собой биологические объекты, но применительно к пространственным перемещениям вполне допустимо считать их механическими объектами. Суставно-мышечная система и центральная нервная система (ЦНС) человека это и есть те биологические связи, с помощью которых организуются, контролируются и управляются движения рычагов опорно-двигательного аппарата.

Биомеханика как инструмент познания – это средство для проникновения в мир естественных движений, полноценных ощущений и эмоций. Этот мир, образов движений и их практической реализации, открыт для осознанной жизни в нем благодаря талантливым и трудолюбивым людям. Их колоссальный труд позволил установить законы природы, систематизировать и сохранить знания предшественников, а также накопить обширный практический опыт их использования.

Наверное, каждому из нас хочется, в повседневной или профессиональной деятельности, пользоваться ловкими (координированными, организованными, практичными) движениями. Чтобы они проявились, необходимо ясно представлять “для чего”, “что”, “куда” и “как” должно двигаться. Данное учебно-методическое пособие поможет ответить на эти вопросы. Движение по пути познания с помощью “Биомеханики” увлекательнее чтения любого детектива, гораздо реальнее и богаче оттенками внутренних ощущений и торжеством мысли!

При движении по дороге познания, каждый день удается одерживать самые главные и радостные победы – победы над самим собой. Информация, изложенная в этой книге как для осознанного целенаправленного управления движениями собственного опорно-двигательного аппарата, так и для воспитания Личности. Движения человека – это и есть та практика, которая не только позволяет применять приобретенные знания, но и получать ответную реакцию от среды при взаимодействии с ней.

Чем обусловлена необходимость проведения обучения и воспитания именно на основе разумной двигательной активности? Во-первых, весь наш организм сконструирован природой именно для обеспечения движений. И без них он просто спит или, хуже того, умирает. Во-вторых, только при собственной двигательной активности возможно научиться осознавать и понимать себя. В-третьих, в процессе двигательной активности происходит соединение слова, чувства и дела. В конечном итоге, человек становится Человеком в процессе двигательной активности, направленной на пользу общества.

«Высшие психические функции человека с точки зрения современной психологии представляют собой сложные рефлекторные процессы, социальные по своему происхождению, опосредствованные по своему строению и сознательные, произвольные по способу своего функционирования.» (А.Р. Лурия. Высшие корковые функции человека и их нарушения при локальных поражениях мозга. Стр. 17.)

История возникновения науки биомеханики – это история поиска путей и способов обучения человека реальному взаимодействию с самим собой, с природой и социальным окружением. Это история совершенствования методики по овладению достижениями человеческой цивилизации и воспитанию самого человека. Другими словами, это история создания методики для выращивания в человеке уважительного отношения к самому себе и к внешней среде.

Чтобы не умалять достоинств и заслуг тех талантливых и трудолюбивых личностей, которые привносили свой вклад в развитие различных наук, отметим что биомеханика как раз-то и объединяет все эти различные науки. Но в этой книге обратим внимание лишь на некоторые принципиальные вехи на пути развития биомеханики. Приступим.

В середине девятнадцатого века, в человеческом организме отыскалась область куда стекаются, где перерабатываются и хранятся разнообразные знания. Этой областью оказалась голова, и в 1863-ем году получило жизнь понятие “Рефлексы головного мозга” (сформулировано И.М. Сеченовым). А в начале двадцатого века выделилось новое направление в физиологии – физиология высшей нервной деятельности (основоположник И.П. Павлов).

Стремительное развитие научной мысли в двадцатом столетии позволило взглянуть на человека и его двигательную активность более рационально. Были созданы целые направления физиологических основ физической культуры и спорта, в которых излагались механизмы координации движений, функции мышц, сенсорных систем и нервной системы.

В середине 20-го столетия вышла книга Н. А. Берштейна «О построении движений», с которой начался новый подход к физиологии движений. С той поры человеческий организм рассматривался не как реактивная система (только лишь реагирующая на стимулы), а как активная система, стремящаяся к достижению «потребного будущего».

Однако этих научных разработок оказалось еще недостаточно, для создания теории по организации и управлению движениями. Но жизнь не стоит на месте. Так получилось, что к 1984 году были завершены работы сразу по трем разделам науки биомеханики, позволившим продолжить теоретическое развитие её основ и значительно оптимизировать непосредственно тренировочный процесс:

• И.И. Коваленко сформулировал законы движения рычагов человека (парности заносов, опорной колебательности, сопряжения). Он также предложил классификацию видов сложения движений рычагов в зависимости от фаз их движения.

• В.М. Кандыба и Д.В. Кандыба описали измененное состояние психики как состояние транса, которое называется “СК” (состояние Кандыбы) и выработали механизм входа в это состояние.

• А.А. Кадочников показал примеры взаимодействия рычагов человека с объектами окружающей среды способом “катание”, а также, за счет создания из своих рычагов и из подручных предметов конструкций, подобных конструкциям эллипсографа и конхоиды. Таким образом в биомеханику вошла такая инженерная наука как теоретическая механика.

В начале 21 века развитие биомеханики активно продолжилось. А. А. Светайло предложил для организации движений рычагов и контроля над ними использовать углы Эйлера. Благодаря этому значительно упростилась организация производственных и спортивных движений человека, а также контроль над этими движениями. Кроме того были введены понятия о двигательной и ударной конструкциях. Таким образом, от кинематических пар и кинематических цепей удалось перейти к кинематическим конструкциям. Все эти знания успешно применялись в методике обучения и воспитания Личности, которая называется ТЭТА, что расшифровывается как Техника Эстетика Тактика Автоматизмы. Это критерии подготовки и как бы ступеньки, по которым ученики поднимаются к вершинам мастерства.

Информация, накопленная в биомеханике, помогает продвигаться по пути познания. Но надо помнить, что количество полученных знаний, конечно же, может привести к качественным изменениям в нас – расширится кругозор, жизнь, вероятно, покажется интересней. Но качество в использовании знаний может дать только достаточное количество практической работы по их применению. Это означает, что для умения применять полученные знания, необходимо проживать их в практической деятельности.

Вполне определённо можно сказать, что биомеханика это наука по изучению правил эксплуатации, написанных природой для человека. Предметом исследования в книге «Большой теннис. Успех и спортивное долголетие» являются двигательные возможности рычагов опорно-двигательного аппарата человека, а также конструкции, которые могут быть собраны из его рычагов. Их работа анализируется с помощью кинематических характеристик движения без учёта сил, под действием которых какое-либо движение происходит.

На основании информации, преподнесенной в данном труде, удастся решить следующие задачи:

• познакомиться с естественными движениями собственного опорно-двигательного аппарата,

• получить первичные навыки по управлению элементами опорно-двигательного аппарата с помощью представлений и ощущений,

• сформировать пространственное мышление,

• научиться ощущать течение времени, через ощущения скорости и ускорения,

• заложить двигательные основы рациональной и стабильной спортивной техника,

• ряд других задач, в зависимости от степени подготовленности ученика на текущий момент.

Можно ли в процессе спортивной деятельности обойтись без биомеханики? Ну, без биомеханики не обойтись и даже не спортсмену, поскольку она живёт в нас в виде законов и принципов психофизиологического состояния и двигательной активности. Хорошо, сформулируем вопрос по-другому, можно ли спортсмену обойтись без знания законов и закономерностей установленных биомеханикой. Наверное, можно, ведь многие спортсмены и тренеры восполняют дефицит нужных и систематизированных знаний чрезмерным увеличением физической активности. Конечно, какие-то успешные приёмы и действия будут найдены, так как существует различные способы познания такие как чувственный, рациональный или интуитивный. Вот только находки эти будут, скорее всего, случайными. А далее непременно возникнут трудности с определением области применения приобретённых знаний. Ну что ж, кто какой путь выбрал – выбирая цель и способы её достижения выбираешь свою судьбу!

В философии интуиция относится к иррациональным способам познания. Она описывается как внутреннее озарение, духовное видение, созерцание, наитие, предчувствие, как способность прямого непосредственного постижения истин без предварительных логических рассуждений и доказательств. В методике ТЭТА, поскольку познание идёт на основе персональной двигательной активности, интуитивному способу познания и организации своих движений отведено не малое значение. Однако в этой методике придерживаются той точки зрения, что интуиция базируется на огромных знаниях и большом трудолюбии.

Эта книга для тех кто нуждается в систематизированных знаниях и выводах, которые из них следуют. Любая наука определяется системой понятий, которые являются опорными пунктами для деятельности в ней. Поскольку сознание не поднимает тяжести, не бегает на побитие мирового рекорда и даже не читает, но оно может побудить вас делать и то, и другое, и даже совсем не то. И для того чтобы пословица “Дурная голова ногам покоя не дает” обходила вас стороной, любая деятельность должна предваряться мыслительной работой. В соответствии с вашими понятиями о том, что такое поднимать, бежать, читать, вы и станете это делать. Чем реальнее понятия, чем яснее виден за ними образ, тем легче действовать.

Качество этих понятий (их реальность или степень соответствие сути явления, процесса) влияет на направление развития самой науки. Понятия, на основе которых излагается материал, соответствуют школьному и вузовскому курсам обучения по самым различным научным дисциплинам. Изменение, уточнение привычных или введение новых понятий – результат получения более полных знаний. При необходимости, первичные знания, на основании которых были синтезированы изложенные ниже, могут быть восполнены из учебной или какой-либо справочной литературы.

Рассмотрим несколько примеров как определённые понятия формируют определённые действия. Для примера выберем описание двигательных возможностей рычагов человека, которую привёл Н. А. Берштейн в своей книге «Физиология движений и активность» на стр. 24 пишет:

«Число степеней свободы взаимной подвижности звеньев кинематической цепи (или, иными словами, свободы деформируемости кинематической цепи), есть не что иное, как необходимое и достаточное количество независимых друг от друга координат, которые должны быть назначены для того, чтобы поза органа оказалась вполне определённой. Так, например, для определения положения плеча относительно лопатки (при наличии у лопаточно-плечевого сустава трёх степеней свободы) необходимо и достаточно назначить три координаты (например, координаты сгибания – разгибания, отведения – приведения, продольной ротации). Очень важно отметить, что количество степеней свободы не зависит от выбора той или иной системы координат или обозначений, т. е. является объективно присущим самой цепи. Заметим ещё, что число степеней свободы деформации многозвенной цепи либо равно сумме чисел степеней свободы всех её сочленений (так называемы незамкнутые цепи), либо несколько меньше её (замкнутые цепи).

Подвижности кинематических цепей человеческого тела огромны и исчисляются десятками степеней свободы. Подвижность запястья относительно лопатки и подвижность предплюсны относительно таза насчитываю по 7 степеней, кончика пальца относительно грудной клетки – 16 степеней.»

В дальнейших рассуждениях, после определения числа степеней свободы следует, что чем больше суставных соединений в рычажной кинематической цепи, тем больше количество степеней свободы у конечного рычага. Такое утверждение сложно комментировать по одной простой причине – не известно о чём идёт речь, потому как понятие о количестве степеней свободы куда-то исчезло при подсчёте возможных движений, например, «кончика пальца относительно грудной клетки – 16 степеней».

Интересный вывод по отношению к кончику пальца. Если вернуться к определению числа степеней свободы – число необходимых и достаточных по количеству независимых друг от друга координат, которые должны быть назначены для того, чтобы поза органа оказалась вполне определённой. Какое количество независимых координат нужно, чтобы определить положение кончика пальца относительно грудной клетки?

Если рассматривать кончик пальца как точечный объект то получается, что у него не может быть числа степеней свободы более трёх, как и у любого другого точечного объекта. И вовсе не важно относительно какого ребра это количество определяется, хоть от 5-го, хоть от 8-го и даже не важно от чьей грудной клетки. Если рассматривать кончик пальца как объёмное тело, то количество степеней свободы ограничиться шестью.

Так откуда появилось «лишнее количество степеней свободы»? Ответить можно сразу и без заминки – из-за подмены понятия. Попробуем разобраться о чём шла речь, когда подсчитывались движения кончика пальца (точки). Итак у нас есть 3 независимых направления для перемещения, и на каждом из них кончик пальца может разнообразно двигаться и конечно же перемещаться из одного направления на другие. Но в данном случае речь уже идёт не о количестве степеней свободы для точки, а о возможных перемещениях кончика пальца (точки) в каком-то одном или в двух или трёх направлениях одновременно. И действительно, чем больше подвижных звеньев составляют кинематическую цепь и чем больше у каждого из них число степеней свободы, тем разнообразнее двигательные возможности конечного элемента в этой самой кинематической цепи. Но количество степеней свободы конечного звена (рычага) больше 6 штук не будет, так же как и у любого другого объекта.

В приведенном фрагменте текста из книги «Физиология движений и активность» понятие о числе независимых координат плавно слилось с понятием о разнообразных перемещениях на этом количестве (числе). Получилось так, что количество независимых направлений складывалось с двигательными возможностями по перемещению, на них. Но ведь количество степеней свободы выражается числами (размерность «штуки»), а двигательные возможности на них или между ними выражаются размерностями длины (мм, см и т. д.). Если у кого-то ещё остались сомнения в том, что число степеней свободы не может быть больше 6-ти, то назовите хотя бы 10 независимых перемещений для кончика пальца или 7 независимых координат, которые определят его положение.

Можно было бы не останавливаться так подробно на приведенной выше цитате, если бы понятия, которыми мы пользуемся не влияли на наши действия. Далее Н. А. на стр. 27 делает вывод:

«В этом преодолении избыточных степеней свободы движущегося органа, т. е. в превращении последнего в управляемую систему, как раз и заключается основная задача координации движений.»

Т.е. предлагается организация движений, при которой ограничиваются движения рычагов.

Рассмотрим, например, что кто-то из спортсменов ограничит движения бедра в каком-то направлении. Но хорошо если это сделает биатлонист во время стрельбы, а если во время бега? Да собственно это утверждение легко проверить на себе во время ходьбы. Попробуйте лишить бедро возможности перемещаться в поперечном направлении относительно выбранного для движения. Только не очень усердствуйте, так как это может печально завершиться. Как же быть с возможностями рычагов человека занимать определённое положение (закрепляться) относительно друг друга? Это тоже управление рычагами, но в статике. Другими словами суть организации движений в этом случае заключается в придании рычагу статического положения относительно соседнего (сопрягаемого) рычага или определённой статической формы системе рычагов. Но это процесс характеризуется отсутствием какого-либо количества степеней свободы и каких-либо двигательных возможностей. И в этом случае действительно достаточно назначить определённое число координат, которые определят положение конкретной точки или конкретного рычага или системы рычагов.

Как же всё-таки считать количество степеней свободы одного рычага или кинематической цепи. Запишем понятие о количестве степеней свободы следующим образом. Количество (число) степеней свободы объекта это сумма одновременных перемещений объекта, в определенной системе координат в независимых друг от друга направлениях.

Так как же на основе этого понятия определить суть организации движений? Во-первых, отметим что данное понятие непосредственно связано с движением объекта, а во-вторых, поможет биомеханика поскольку в ней есть понятия, с помощью которых удастся получить ответ.

Обратимся к нужным понятиям.

• Движение это изменение положения одного объекта относительно другого.

• Система координат – система отсчёта для определения положения и параметров движения рычага или системы рычагов.

• Независимая координата – это такая координата, изменение которой не влечет за собой изменение других координат.

• Независимое направление в координатных системах – это какое-то одно направление, при движении объекта по которому величины координат на других направлениях остаются неизменными.

• Степень свободы или двигательные возможности объекта – величина возможных перемещений объекта на одном или нескольких независимых направлениях.

Вооружившись знаниями определим что понятия о количестве степеней свободы и о степени свободы отличаются друг от друга. А во-вторых, двигательная задача решается за счёт перемещения рычага или системы рычагов в соответствии с определёнными для них природой количествами степеней свободы и двигательными возможностями на каждой из них. И отметим, что управляемое движение рычага заключается в перемещении рычага по намеченной траектории и запланированным способом. При этом действия на всех независимых направлениях активно помогают в управлении рычагами и проведении их по нужной траектории.

Из вышесказанного вытекает, что организация движений рычага заключается в решении двигательной задачи за счёт нужного перемещения рычага в соответствии с его двигательными возможностями. Это достигается созданием определённых двигательных или ударных конструкций из собственных рычагов. О таких конструкциях заранее известно, для чего они собираются, какие в них исполнительные рычаги. А также заранее известны схемы движения каждого из рычагов, их качественный и количественный вклады в общее дело. Появляется возможность планировать результат двигательного действия ещё до начала самого действия.

Из определения сути организации движений вытекает то, что нам уже известно: прежде чем начать движение, необходимо ясно представлять, «для чего», «что», «куда» и «как» должно двигаться. В этой книге как раз и будем устанавливать, для какой двигательной задачи какие рычаги подходят и что от них требовать. Более полно поможет прояснить эти вопросы техника теннисистов.

Если вновь вернуться к вопросу о значении биомеханики в организации двигательной активности, то можно отметить, что отсутствие необходимых знаний не позволяет однозначно отвечать на вопросы «что?», «куда?» и «как?». В связи с этим ответ на вопрос «для чего?», действительно, достигается интуитивно. Только трудиться до проявления нужной интуиции придётся много, очень много, а вот результат будет мало, очень мало предсказуем!

Глава 2. Знакомство с самим собой

В биомеханике изображение опорно-двигательного аппарата отличается от изображения анатомического. Анатомическое, с соответствующими названиями элементов, изображение скелета человека спереди и сзади показано на рис. 1. и 2.

Обозначения на рис. 1:

Названия рычагов и суставов опорно-двигательного аппарата человека приведены непосредственно на рисунке.

Обозначения на рис. 2:

Названия рычагов опорно-двигательного аппарата человека приведены непосредственно на рисунке. На нём также обозначены отделы позвоночника так как это принято в анатомии.

Пояснения:

• Весь позвоночник (позвоночный столб) состоит из нескольких отделов.

• В шейном отделе 7 позвонков, в грудном – 12, в поясничном – 5, в крестцовом – 5, в копчиковом – 4–5 позвонков.

Анатомии удалось скрупулезно и точно описать конструкцию опорно-двигательного аппарата и возможные движения каждого из рычагов.

Биомеханике предстоит выяснить как осознанно и в соответствии с законами природы организовывать движения собственных рычагов для решения каких-либо спортивных или жизненных задач. На основании анатомического изображения это сделать сложно. В нём слишком много общей информации, в виде элементов различной конфигурации и протяженности, в виде суставных соединений с конструктивными особенностями.

Для освоения кинематических основ движения возможно использование части информации из изображения опорно-двигательного аппарата человека. Количество ее должно быть минимальным, но достаточным для первоначальной организации осознанных движений и контроля над их выполнением.

Попробуем найти конкретные ориентиры для каждого из элементов опорно-двигательного аппарата, с помощью которых можно судить о движении всего элемента. Часть ориентиров установим, если выделим из анатомического изображения местоположение суставов и соединим их отрезками. Эти отрезки представляют соответствующие элементы опорно-двигательного аппарата человека, которые называются кинематическими рычагами, а кратко – рычагами.

Для лучшего понимания движений собственных рычагов необходимы вспомогательные ориентиры, в виде комплиментарных (составленных по принципу дополнения) рычагов и виртуальных (представляемых) линий.

Комплиментарный рычаг объединяет группу рычагов по функциональному подобию, представляет их под общим названием. Несколько рычагов могут считаться единым (комплиментарным) если для них выполняется закон аддитивности масс. Этот закон подчёркивает, что несколько отдельных масс составляют единую массу, если они неподвижны относительно друг друга. Комплиментарный рычаг отображает суммарное действие рычагов, которые его составляют и действует в определённое время и в определённом движении. Комплиментарные рычаги могут изменятся по форме, при изменении взаимного расположения составляющих их частей.

Виртуальная линия располагается в назначенном ей месте и жестко связана с конкретным элементом структурной схемы человека. Каждая такая линия служит ориентиром для определения положения конкретных элементов опорно-двигательного аппарата и контроля над их движениями. С помощью виртуальных линий, возможно также выделение какого-то объема, схематично представляющего реальный объем.

После того, как установим и обозначим основные и дополнительные ориентиры, получим схематичное изображение опорно-двигательного аппарата человека. Полное название такого изображения кинематическая структурная схема человека, а краткое – структурная схема человека (ССЧ). С помощью этого изображения проще и удобнее рассматривать и анализировать движения рычагов. Итак, ССЧ (структурная схема человека) – это схематичное изображение опорно-двигательного аппарата человека в виде отрезков линий между суставами и дополнительных ориентиров в виде комплиментарных рычагов и виртуальных линий (рис. 3).

Обозначения на рис. 3:

Точки обозначают: 0 – место соединения пятого поясничного позвонка с крестцом; 1 – первый грудной позвонок; 2 – первый шейный позвонок; 3 – верхушку грудины.

Объемы тела выделены серым цветом и обозначают: 0-1-3, л-0-т – объём плечевого пояса и объём таза.

Виртуальные линии: к-п – коромысло плеч; 1–3 – малый рычаг груди; л-т – линия таза; о-к – ось кулака; окружности в местах соединения рычагов – обозначают их суставные соединения.

Пояснения:

• Комплиментарные рычаги ССЧ объединяют: 0–1 – большой рычаг груди (БРГ) – все грудные и все поясничные позвонки; 1–2 – рычаг шеи – все шейные позвонки; рр. рёбер – все рёбра (вся грудная клетка); рычаг предплечья – рычаги лучевой и плечевой кости; рычаг кисти – все косточки кисти; рычаг голени – рычаги большеберцовой и малоберцовой кости; рычаг стопы – все косточки стопы.

• Виртуальные линии: к-п – коромысло плеч это отрезок линии, проходящий через первый грудной позвонок и неподвижный относительно него; 1–3 – малый рычаг груди (МРГ) это отрезок линии, который соединяет 1-й грудной позвонок и вершину грудины; о-к – ось кулака, линия со стрелочкой, проведенная поперёк ладони.

• Объёмы тела выделены серым цветом. Грудной и брюшной объединяются названием объём плечевого пояса. В области 5-го поясничного позвонка он соединяется с объёмом таза.

• Все рычаги и элементы ССЧ между тазобедренными и плечевыми суставами объединяются названием туловище.

• Части тела от точки 0 до точки 1 вместе с рычагами ключицы и лопатки объединены названием плечевой пояс.

• Рычаги плечо, предплечье и кисть объединены названием рычаг руки или рычаг верхней конечности.

• Рычаги бедро, голень и стопа объединены названием рычаг ноги или рычаг нижней конечности. Таз и нижние конечности объединяются названием тазобедренный комплекс (ТБК).

Предназначение комплиментарных рычагов и виртуальных линий.

Название большой рычаг груди (БРГ) следует из того, что при его движении перемещается вся грудная клетка относительно таза.

Малый рычаг груди (МРГ) служит для контроля за движением грудной клетки вверх или вниз относительно позвоночника. Этот ориентир очень помогает также при освоении дыхательного процесса.

Линия под названием коромысло плеч, когда позвонки позвоночника в среднем положении, параллельна линии таза. Её величина принимается равной расстоянию между плечевыми суставами. С помощью линии «к-п» легче контролировать движения плечевого пояса в целом и позвоночника в частности.

Например, проведём анализ движения туловища спортсмена (рис. 4). Перед ударом оно расположено правым боком в нашу сторону (вариант 1). При движении теннисиста для удара по мячу коромысло плеч разворачивается (варианты 2, 3).

После завершения удара по мячу туловище спортсмена располагается почти фронтально к нам (вариант 4). Таким образом по движению коромысла плеч возможно представить движение таза (линии таза).

На рисунке 5 показаны положения туловища теннисиста до, в момент и после удара по мячу (варианты 1, 2, 3). С помощью такого ориентира как коромысло плеч хорошо видно что позвоночник теннисиста относительно линии таза наклонён вправо и вместе с ним плечевой пояс также наклонился вправо.

Следующая виртуальная линия ось кулака (о-к) – это линия со стрелочкой, проведенная на ладони от мизинца в сторону большого пальца поперёк продольной оси предплечья. Эта ось показывает положение кисти относительно продольной оси предплечья и помогает контролировать такие движения как супинация или пронация предплечья (кисти).

Виртуальная линия «ось кулака» принимает реальные очертания для теннисистов, если продольная ось ракетки расположена вдоль неё. Появляются видимые ориентиры для контроля над положением ракетки относительно собственного тела, мяча или корта.

На рис. 6 показаны различные положения ракетки в соответствии с переменной направления оси кулака:

Вариант 1) кисть в положении пронация; вариант 2) кисть в среднем положении; вариант 3) кисть в положении супинация.

Обобщение приобретённых знаний:

1. Благодаря изображениям на рисунках 1, 2, 3, 4, 5, 6 получили представление об устройстве опорно-двигательного аппарата и ССЧ (структурной схемы человека).

2. Определили понятия о кинематической структурной схеме человека, комплиментарных рычагах, виртуальных линиях.

3. Также познакомились с некоторыми системами контроля над движением рычагов ССЧ.

В этой книге, в основном, будут рассмотрены кинематические характеристики движения. Но для того чтобы лучше понимать суть организации собственных движений необходимо познакомиться с некоторыми понятиями статики и динамики. Рассмотрим следующие вопросы.

А почему косточки, из которых собрана ССЧ называются рычагами? И что такое рычаг? Какие бывают рычаги?

Глава 3. Рычаги и рычажные конструкции ССЧ

Определим, что рычаг это твёрдое тело, которое может вращаться относительно какой-то оси и участвовать в работе рычажной конструкции.

Рычажная конструкция это механической устройство (механизм) из двух твёрдых тел, в которой одно из них служит опорой (осью вращения), а другое может вращаться относительно первого. Рычажная конструкция преобразует величину и направление силы, приложенной первоначально.

Линейные характеристики рычажной конструкции это расстояния от оси вращения до точек приложения сил. Эти расстояния называются длинами плеч рычага или плечами сил.

Силовые характеристика рычажной конструкции это величины первичной и преобразованной сил на направлениях, которые перпендикулярны к длинам плеч рычага.

Суть действия рычажной конструкций определим из условий её равновесия, которое характеризуется равенством моментов сил приложенных к разным плечам рычага. Моментом силы называется векторное произведение длины плеча силы на величину силы, которая направлена перпендикулярно плечу силы (рис. 7).

Обозначения на рис. 7:

r – радиус-вектор (плечо силы); F – сила, приложенная к концу радиус-вектора и направленная перпендикулярно к нему. Окружность – траектория конца радиус-вектора r; I, II – начальное и конечное положения конца радиус-вектора; Ψ – угол поворота радиус-вектора; М – вектор момента силы.

Пояснения:

• Вариант 1). Начальные положения и направления силы F и радиус-вектора r. Момент силы – векторная величина, которая показывает, что приложенная сила стремиться вращать объект. Такое действие обусловлено наличием у объекта оси вращения и плеча силы. Плечо силы – это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы. В приведенном примере, оно обозначено радиус-вектором «r».

• Вариант 2). Вектор момента силы обозначен как «M». Он лежит на оси вращения объекта (аксиальный вектор) и направлен перпендикулярно плоскости, в которой действует сила и перемещается плечо силы (радиус-вектор). Величина момента силы определяется как векторное произведение силы на ее плечо M = F · r. Направление вектора момента силы устанавливается правилом правовинтового буравчика: «Сила вращает рукоятку буравчика вправо, а направление движения его острия укажет направление вектора момента силы».

При рассмотрении момента силы столкнулись с понятиями о силе, о векторах. Рассмотрим их более подробно.

Силы упоминают, когда говорят о взаимодействии объектов. У нее много различных названий (механическая, магнитная, электрическая, гравитационная и т. д.), а причина одна – энергия.

Механическая сила – это мера взаимодействия объектов, она причина изменения положения, траектории, скорости или деформации объекта, к которому приложена. Поскольку мы рассматриваем только механическую сторону движений, то в дальнейшем будем пользоваться только названием сила.

Сила величина векторная и характеризуется величиной и направлением действия. Графическое изображение силы позволяет составить образ взаимодействия объектов.

Векторные величины обозначаются с помощью букв со стрелочкой или черточками над ними. Векторные величины в графической (геометрической) форме изображаются в виде отрезка линии со стрелочкой. Начало вектора – точка, из которой он исходит, конец вектора – окончание стрелочки. Длина вектора отражает количественное значение величины, а расположение показывает точку приложения и направление её действия.

Как всегда, вооружившись необходимыми знаниями, движемся дальше по выбранному пути. Следующий этап – с помощью понятия о моменте силы определить условия равновесия рычажной конструкции, которое следует вслед за равенством моментов сил, приложенных к разным концам рычага. В качестве примера рассмотрим рычажную конструкцию с участием рычага предплечья и плеча ССЧ. Плечо создаёт ось вращения, а предплечье, как рычаг, противодействует нагрузке, которая поочерёдно направляется на сгибание, а затем на разгибание его относительно плеча (рис. 8).

Обозначения на рис. 8:

Пл – плечо; 0–0 – ось вращения рычага; Пр1, Пр2, Д – точки приложения сил; m – масса нагрузки; Р1, Р2 – силы мышц; L1, L2 – плечи сил соответствующих мышц; Pm – сила, созданная нагрузкой; Lm – плечо силы нагрузки.

Пояснения:

• Предплечье. На рисунке локтевая кость. Окружность в локтевом суставе показывает, что этот сустав блоковидный и нём возможно вращение относительно оси 0–0. Точки Пр1, Пр2 и Д обозначают места прикрепления мышц на проксимальном и дистальном конце рычага. В вариантах 1) и 2) предплечье рычаг между точками Пр1 и Д, который может вращаться относительно оси 0–0. Ось вращения для него создаёт рычаг плеча.

• Вариант 1). Рычажная конструкция 1-го рода. Внешняя нагрузка (Pm), приложена к точке Д и создаёт момент силы (Pm · Lm), который направлен на сгибание предплечья в локтевом суставе. Этот момент силы уравновешивается моментом силы мышц, так как рычажная конструкции трансформирует силу нагрузки и перемещает её на линию действия силы мышц. Условия равновесия рычажной конструкции – момент силы на одном конце рычага равен моменту силы на другом конце рычага (Р1 · L1 = Pm · Lm).

• Варианта 2). Рычажная конструкция 2-го рода. Момент силы внешней нагрузки, которая приложена к точке Д, направлен на разгибание предплечья в локтевом суставе. Условия равновесия рычажной конструкции следуют из равенства моментов сил нагрузки и мышц (Pm · Lm = Р2 · L2).

Линии действия сил в обоих рычажных конструкциях параллельны, но в зависимости от рода рычажной конструкции направления силы мышц различны так как положение оси вращения относительно них различное. В рычажной конструкции 1-го рода ось вращения расположена между силами, а в рычажной конструкции 2-го рода – сбоку от обеих сил.

Какое-то представление о силах и моментах сил получили. Кроме того установили, что рычажные конструкции бывают первого или второго рода. Этого достаточно чтобы рассмотреть очень важный вопрос об организации движений собственных рычагов. В рис. 8 на предплечье точками показаны места прикрепления мышц. Эти точки определяют начала действия векторов сил, которые создают мышцы. Мышцы могут прикрепляться к ближнему или дальнему концам рычага.

В анатомии принято считать ближний к суставу конец рычага как проксимальный, а дальний – как дистальный. По смыслу эти названия характеризуют линейные размеры рычага. Поскольку отсчёт линейных размеров идёт от туловища, то для любого рычага проксимальный конец тот, который ближе к туловищу, а дистальный более дальний. Например, для рычага всей ноги проксимальный конец это суставная головка тазобедренного сустава, а дистальный – стопа. Для голени, проксимальный конец суставная впадина большеберцовой кости, дистальный суставная впадина для соединения со стопой. Аналогично для всех остальных рычагов.

Однако, для грамотной организации движений, кроме линейных понятий о проксимальном и дистальном концах рычага, нужны кое-какие смысловые понятия. Это понятия о проксимальном, медиальном и дистальном рычагах действия одного и того же рычага ССЧ. Вид рычага действия определяется по дальности прикрепления мышц к рычагу ССЧ от оси их вращения в суставе. Дистальный рычаг действия будет для мышц, которые имеют самые дальние от сустава точки прикрепления. У них будет самое протяжённое плечо действия. Проксимальный рычаг действия будет для мышц с самыми ближними точками прикрепления к оси вращения, у них самое короткое плечо действия. Для всех остальных мышц, которые действуют между этими точками прикрепления рычаги действия называются средними или медиальными рычагами действия.

Рассмотрим область применения этой информации на примере рычага бедра. Форма бедренной кости отличается от прямолинейной, поэтому некоторые рычажные конструкции с её участием тоже не будут выглядеть прямолинейными.

Приступим, для примера выберем фронтальную плоскость для двух рычажных конструкций и рассмотрим их действия в этой плоскости (рис. 9).

Обозначения на рис. 9:

0-Д – рычаг бедра; 0 – ось вращения; Пр, Д – проксимальные и дистальные концы рычага; линия Пр-Д – приведенная длина рычага; точки 1.1, 1.2, 2, 3, 4, 5 – места прикрепления мышц; Fн, Fдрд, Fпрд – силы нагрузки, дистального рычага действия и проксимального рычага действия; Lн, Lдрд, Lт, Lпрд – плечи соответствующих сил.

Пояснения:

• Вариант 1). Показан рычаг бедра и точки возможного прикрепления мышц. Точка 5 обозначает место прикрепления мышц дистального рычага действия, точки 1.1 и 1.2 – проксимального рычага действия. Линия Пр-Д это фактическая длина бедра, которая определяется расстоянием между точками проксимального и дистального концов рычага и имеет название «приведенная длина рычага бедра».

• Вариант 2). Рычажная конструкция создана рычагами таза и бедра. Рычаг таза создаёт ось вращения и обеспечивает её поддержание. Бедро работает как рычаг 2-го рода. К дистальному концу рычага (точка Д) приложена нагрузка Fн, которая стремится к отведению бедра. Для сохранения положения равновесия рычага бедра применяется дистальный рычаг действия. Сила мышц Fдрд приложена в точке 5.

• Вариант 3). Сила нагрузки та же, но для её уравновешивания используется проксимальный рычага действия. В этой рычажной конструкции форма рычага угловая. В точке 1.2 прикладывается сила к проксимальному рычагу действия Fпрд. Плечо этой силы равно расстоянию между точками 0–1.2. Создаётся момент силы Fпрд для уравновешивания момента силы нагрузки Fн.

Сделаем кое-какие выводы:

1. По роду действия рычажные конструкции классифицируются как на 1-го и 2-го рода.

2. По форме они могут быть прямолинейными и угловыми.

3. Рычаги ССЧ могут быть проксимального и дистального действия.

4. При нарушении условий равновесия рычажной конструкции движение рычага пойдёт в направлении большего по величине момента силы.

Если начинается движение рычага, то для описания его перемещения уже нужны кинематические характеристики… Вспоминаем, если какой-то предмет вращается, то чем дальше точка расположена от центра вращения, тем её скорость выше. Пока нас не очень интересует, какая это скорость и как она вычисляется, важен принцип действия рычажной конструкции, которая может трансформировать величину перемещения и скорости также, как преобразует (трансформирует) силу.

Переход от условий равновесия рычага к его кинематическим характеристикам описывает “Золотое правило механики”. Оно гласит, что если при использовании рычага получаем выигрыш в силе, то проигрываем в перемещении, если проигрываем в силе, то выигрываем в перемещении. Можно так, на коротком плече сила больше, на длинном – больше пройденное расстояние, на длинном плече сила меньше, на коротком – меньше пройденное расстояние.

Немножко перефразируем это правило применительно к скоростям движения. Поскольку разные точки рычага за одно и то же время проходят разные расстояния, то и скорости их различные. И для скорости «Золотое правило механики» будет звучать так, что если при использовании рычага получаем выигрыш в силе, то проигрываем в скорости перемещения, если проигрываем в силе, то выигрываем в скорости перемещении.

Рассмотрим рисунок 9 вариант 2) и сравним величины сил и скоростей в точках 5 и 1.2. Если прикладываем силу к дистальному рычагу действия (точка 5), то эта сила будет меньше, а скорость выше чем у точки 1.2.

Теперь вариант 3) – если прикладываем силу к проксимальному рычагу действия (точка 1.2), то эта сила будет больше, а скорость ниже чем у точки 5.

Очевидно, что к меньшему плечу рычага действия вынуждены прикладывать большую силу, а на другом плече рычага получаем большую скорость. В биомеханике такой рычаг называется скоростным. Если приложим силу к большему плечу рычага действия, то получится всё наоборот, и рычаг будет силовым, выигрыш в силе – проигрыш в скорости на другом конце рычага. Для проксимального рычага действия эта особенность рычажной конструкции звучит так: «проигрываем в силе – выигрываем в скорости». Для дистального рычага действия всё наоборот: «выигрываем в силе – проигрываем в скорости».

Понятия о скоростном и силовом двигательном рычаге какого-либо рычага (элемента) ССЧ позволяют пользоваться своими рычагами более грамотно, и что очень существенно «безаварийно».

По поводу «безаварийности», а скорее по поводу, довольно частой у теннисистов, «аварийности» в области плечевого сустава. Причиной травм может быть слишком большое желание спортсмена увеличить скорость движения рычага плеча (например, при подаче) и делается это за счёт усилий на скоростном рычаге действия. Раз, два … пятнадцать, сто пятнадцать и так далее и непосильная нагрузка даёт знать о себе болью. Аналогичная причина может быть для появления травм и в области тазобедренного сустава.

Обобщение приобретённых знаний:

1. Получили представление о моменте силы.

2. Познакомились с рычажными конструкциями и рычагами действия.

3. Установили разницу между дистальным и проксимальным рычагами действиями.

Любые движения рычагов ССЧ это лишь следствие процессов, происходящих внутри биомеханической системы под названием человек. Поэтому необходимо знакомство с некоторыми базовыми понятиями биомеханики, благодаря которым удается оптимизировать тренировочный в целом и двигательный процесс непосредственно.

Глава 4. Законы и принципы биомеханики

Любая наука определяется системой законов и принципов, которые служат основой для деятельности в ней. Законы это вполне определённая причинно следственная взаимосвязь каких-то событий, процессов, взаимодействий. Нужно отметить, что законы проявляют себя вне зависимости знаешь о них или нет. Принципы в какой-либо науке это те же законы только локального значения. Они проявляются в определённых условиях.

В этой главе приобретём понятия об основных законах и принципах биомеханики, которые помогут организовывать тренировочный и производственный процесс сложной биомеханической системы под названием человек.

С какой объёмной и сложной биомеханической системой приходиться общаться спортсменам, можно представить с помощью арифметики. Достаточно вспомнить, что в человеке десятки рычагов, сотни мышц и миллиарды нервных клеток. И каждая из этого миллиарда может как-то влиять на поведение и двигательную активность. И как же организовать тренировочный, а затем и производственный процесс с учётом всех разнообразных влияний? Похоже, без нужных знаний обойтись весьма сложно! Хорошо, что до нас и для нас уже потрудились наши предшественники. Да к тому же существует такая наука как биомеханика.

Биомеханика опирается на законы:

1. Физиологии высшей нервной деятельности.

2. Организации движений.

И принципы:

1. Активации психофизиологических механизмов.

2. Соответствия выбранной деятельности.

3. Перехода к управляемым движениям.

Для лучшего понимания и усвоения курса биомеханики, в процессе обучения необходимо пользоваться определенной методикой. Прежде всего, необходимо желание понять и принять знания, преподнесенные в виде образов, конкретных задач и условий для их решения. Затем представить образ, скрывающийся за словами, которые описывают задачу и её условия. Следующий этап – сверка полученных знаний с собственными представлениями и ощущениями в этой области, корректировка существующего образа и, конечно же, практика в персональной двигательной активности. Так действовать до появления ощущений, подтверждающих реальность (адекватность) движений в соответствии с вновь созданным образом. Подобная установка позволяет “видеть” цель действий и обучаться более эффективно.

В обозначенном выше порядки рассмотрим основные законы и принципы биомеханики.

1. Законы физиологии высшей нервной деятельности.

«Трудами И. М. Сеченова, а затем и И. П. Павлова была создана новая глава физиологии – учение о рефлекторных основах психических процессов и рефлекторных законах работы коры больших полушарий. …Именно благодаря успехам современной физиологии, созданной И. П. Павловым, были заложены основы новых представлений о динамической локализации функций в коре головного мозга.

Согласно этому представлению, «функция» в только что упомянутом смысле на самом деле является функциональной системой (понятие, введенное П. К. Анохиным), направленной на осуществление известной биологической задачи и обеспечивающейся целым комплексом взаимно связанных актов, которые в итоге приводят к достижению соответствующего биологического эффекта.»

(А.Р. Лурия. Высшие корковые функции человека и их нарушения при локальных поражениях мозга. Стр. 13.)

Рефлекторная теория работы ГМ базируется на 3-х принципах.

• Причинности – любая активность организма имеет причину.

• Структурности – любая функция организма (в том числе и двигательная) базируется на определенных внутренних процессах.

• Единства анализа и синтеза – сигналы внутренней и внешней среды воспринимаются по частям, с последующим объединением их в нечто общее.

В дополнение к этим принципам обратим внимание на понятие о функциональной системе: «Системой можно назвать только такой комплекс избирательно вовлечённых компонентов, у которых взаимодействия и взаимоотношения принимают характер взамоСОдействия компонентов на получение фокусированного полезного результата.

…Таким образом, результат является неотъемлемым и решающим компонентом системы, инструментом, создающим упорядоченное взаимодействием между всеми другими её компонентами.» (Анохин П. К. «Очерки по физиологии функциональных систем» стр. 35).

Именно такое взаимоСОдействие рычагов ССЧ характеризуют ниже приведенные законы.

2. Законы организации движений.

Информацию о законах движения установленных И. И. Коваленко почерпнём из книги «Древние таинства, трансформируемые в рукопашный бой и биомеханику».

В главе «Вступление к законам» написано:

«Характер совершаемых движений симметричными частями тела описывается тремя законами:

• Законом парности заносов;

• Законом опорной колебательности;

• Законом сопряжения.

Закон парности заносов.

…наиболее мощные движения совершаются при большой амплитуде, обеспечивающей предварительное растяжение мышц. Другими словами, при выполнении требуемого движения необходим предварительный занос. В процессе освоения движения его величина претерпевает значительные изменения. Эти изменения носят как количественные (длины заносов), так и качественные (сила удара) характеры. В настоящей главе разговор пойдёт о самом факте заноса, который является первой фазой удара (речь идёт об ударном движении).

Следующей фазой является исполнение определённой частью тела (всем телом) движения, приводящего к удару…

Для одной руки характер движения составляет вполне определённую логическую (одновременно и оптимальную анатомо-физиологическую) схему: «Занос – удар – занос».

Исходя из симметричности человеческого тела, а также рассмотрения обязательного характера производства движения одной рукой, выразим сущность закона парности заносов для любого вида ударных движений рук: «Удар – занос – занос – удар». (стр. 45).

Примечания автора.

1. Начинает движение одна рука «удар – занос», а затем подключается вторая «занос – удар».

2. Поскольку в теннисе более привычно фазу заноса называть как фаза замаха, то для теннисистов закон парности заносов будет звучать так: «Удар – замах – замах – удар».

На рисунке 10 показаны фазы движения рычагов руки в «парности заносов».

Обозначения на рис. 10;

Пр-0-л, 0–0 – линии обозначающие линию плеч и позвоночник; «удар», «замах» – фазы движения рычагов руки. Пунктиром обозначены положения рычагов перед началом движения.

Пояснения:

• Парность заносов для рук левой и правой стороны тела выполняется на 4 такта. На рис. 10 эти такты (фазы) движений обозначены как 1), 2), 3), 4).

• Рассмотрим движения рычагов плеча и предплечья по фазам; 1) – удар правой рукой, 2) – замах правой рукой, 3) замах левой рукой, 4) – удар левой рукой.

• На этом полный цикл движений, в рамках закона, завершается и начинается тот же цикл повторно.

Этот закон движения не только определяет последовательность и ритмичность действий двух рук, но и объединяет оба полушария головного мозга общей двигательной задачей. Поэтому освоение в тренировочном процессе данного закона имеет большое практическое значение.

Для рассмотрения следующего закона движения вернёмся к «Древним таинствам…»

Стр. 49. «Закон опорной колебательности.

Как видно из характера движений, описываемых законом парности заносов, об их прикладности к объекту можно только догадываться. Другими словами, первый закон движения рассматривает внутреннюю составляющую ударного явления.

Характер взаимоотношений частей тела, производящих удары с препятствием, выражается вторым законом движения – законом опорной колебательности…