Что изучает биомеханика физических упражнений

Биомеханика физических упражнений

В процессе жизни человек непрерывно взаимодействует с окружающей средой. Наиболее активная роль в этом взаимо­действии принадлежит двигательной деятельности человека, включающей как ориентировку в пространстве и во времени, так и непосредственно само движение. Сведения о природе и закономерностях движений постоянно расширяются. Этому во многом способствуют экспериментальные наблюдения и изме­рения, на основе которых разрабатываются теоретические по­ложения, углубляющие наши знания. Реальный прогресс тех­нической подготовки спортсменов, применение новых способов выполнения упражнений во многом обусловлены практикой. Анализ ее достижений, обоснование технического совершенства на точном языке науки для широкого использования в спортив­ной педагогике является актуальной задачей биомеханики как науки, изучающей механические явления в живых системах, к которым относятся и движения человека.

Вооружение студентов системно-структурным подходом изучения движений человека и теорией структурности дви­жений позволит им всесторонне оценивать и видеть двига­тельные действия, как многоструктурные системы; выделять в движениях и правильно объяснять ученикам главные и

второстепенные элементы и системообразующие связи; раци­онально использовать знания по физике, анатомии, физиоло­гии и математике для биомеханического обоснования моти­вов деятельности, которые стимулируют у занимающихся ин­теллектуальную и двигательную активность на уроках физической культуры и в режиме дня.

Таким образом, являясь важным элементом педагогики физического воспитания, знания по биомеханике способству­ют становлению грамотного специалиста в области физиче­ской культуры и спорта.

Источник

БИОМЕХАНИКА ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ

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.

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).

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.

Источник

ВВЕДЕНИЕ В БИОМЕХАНИКУ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ

Основным условием жизни вообще является взаимодей­ствие живого организма с окружающей средой. В этом взаи­модействии существенную роль играет двигательная деятель­ность. Только передвигаясь, животное может находить себе пишу, защищать свою жизнь, производить потомство и обес­печивать его существование. Только при помощи разнообраз­ных и сложных движений человек совершает трудовую дея­тельность, общается с другими людьми, говорит, пишет и пр. Определенным образом организованная двигательная дея­тельность является основой физического воспитания и основ­ным содержанием спорта.

Наиболее элементарной формой движения материи явля­ется механическое движение, т.е. перемещение тела в про­странстве. Закономерности механического движения изуча­ются 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 осуще­ствления того или иного механического движения, механика является важной теоретической основой техники, в особенно­сти техники построения разнообразных механизмов. Меха­ническая точка зрения может быть использована и при изу­чении механических движений человека.

Двигательная деятельность человека практически осуще­ствляется при участии всех органов тела. Однако непосред­ственным исполнителем функции движения является двига­тельный аппарат, состоящий из костей, скелета, связок и мышц с их иннервацией и кровеносными сосудами. С механической точки зрения, двигательный аппарат совмещает в себе ра­бочую машину и машину-двигатель.

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

Так, с точки зрения законов механики, для большей устой­чивости 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 механи­ки хотя и занимают главное место в биомеханике, но не могут использоваться без знания строения и функций организма.

1) оценка физических упражнений с точки зрения их эф­фективности в решении определенных задач физического вос­питания (ФВ) ;

2) изучение техники ФУ как предмета обучения с выявле­нием 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 функциональ­ных возможностей организма спортсмена.

Как учебный предмет биомеханика содержит главные поло­жения учения о движениях, обобщенный и систематизированный опыт изучения общих объективных закономерностей. Овладение курсом биомеханики должно вооружить будущего педагога, тре­нера основами знаний о движениях человека, помочь им повы­сить теоретический уровень практической деятельности.

Биомеханика возникла и развивается как наука о движе­ниях животных организмов, в частности человека.

Следует отметить, что двигательные действия человека существенно отличаются от движений животных. В первую очередь речь идет об осознанной целенаправленности движе­ний человека, о понимании их смысла, возможности контро­лировать их и планомерно совершенствовать. Поэтому сход­ство 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 движе­ниях, 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 поло­жений тела при двигательных действиях изучаются в настоя­щем курсе биомеханики.

Движения частей тела человека представляют собою пе­ремещения в пространстве и времени, которые выполняются во многих суставах одновременно и последовательно. Движе­ния в суставах по своей форме и характеру очень разнообраз­ны, они зависят от действия множества приложенных сил. Все движения закономерно объединены в целостные органи­зованные действия, которыми человек управляет при помо­щи мышц. Учитывая сложность движений человека, в биоме­ханике исследуют и механическую, и биологическую их сто­роны, причем обязательно в тесной взаимосвязи.

Поскольку человек выполняет всегда осмысленные дей­ствия, его интересует, как можно достичь цели, насколько хо­рошо и легко это получается в данных условиях. Чтобы ре­зультат был лучше и достичь его было легче, человек созна­тельно учитывает и использует условия, в которых надо действовать. Кроме того, учится более совершенно выполнять движения. Биомеханика человека учитывает эти его способ­ности, 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 задача­ми. 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 постав­ленной цели.

Всякое изучение движений в конечном счете направлено на то, чтобы помочь лучше выполнять их. Прежде, чем при­ступить 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 сопо­ставляют то, что есть в движениях с тем, что требуется.

Биомеханика исследует, каким образом полученная ме­ханическая энергия движения и напряжения может приобре­сти 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 пре­дусматривающие непосредственную оценку эффективности, но и вытекающие из общей задачи и ей подчиненные.

1. На основе кинематики описывают движения (простран­ственную форму и характер движений), изучая динамику дви­жений, влияние сил на их изменение, дают объяснение, нахо­дят причины особенностей движения.

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

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

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

Теория биомеханики в настоящее время охватывает три большие проблемы.

Особенности строения и свойства животных организмов оказывают существенное влияние на закономерности их дви­жений. Исходя из этого, тело человека рассматривается как биомеханическая система. С давних пор органы опоры и дви­жения 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 спе­цифики биомеханических систем, отличных в принципе от твердых тел или систем твердых тел. Эта специфика застав­ляет изучать такие свойства биомеханических систем, кото­рых нет в искусственных конструкциях, машинах, создавае­мых человеком. Поэтому в теории биомеханики возникла про­блема изучения строения и свойства биомеханических систем, а также их развития.

Для решения общей задачи биомеханики необходимо изучение специфических особенностей самих процессов

Системный анализ и системный синтез неразрывно свя­заны друг с другом, они взаимно дополняются в системно-струк­турном исследовании.

К предпосылкам возникновения биомеханики как само­стоятельной 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.

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, меха­ник и инженер впервые высказал важнейшую для будущей биомеханики мысль: «Наука механика потому столь благо­родна и полезна более всех прочих наук, что, как оказывается, все живые тела, имеющие способность к движению, действуют по ее законам».

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 отрасли биологических наук, в частности физиология. Началом создания физиологии по праву считают рабо­ты 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 механи­ке движений живых организмов. Исследования Д. Борелли по­ложили начало развитию биомеханики как отрасли науки.

При изучении строения и формы тела, а также их разви­тия, 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, ока­завшей большое влияние на становление биомеханики.

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. развер­нулась научная и учебная работа по биомеханике спорта.

С 1958 г. биомеханика включена в учебный план всех институтов физической культуры, 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.

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.

С применением каждой новой методики, с накоплением фактических данных, с развитием смежных областей знания (механики, анатомии, физиологии, кибернетики) менялись кри­терии оценки получаемых результатов, появлялись умозак­лючения, выводы, постепенно складывающиеся в новое пони­мание явлений и процессов. Теория биомеханики как обоб­щение экспериментальных данных в свете определенных идей развивалась по нескольким направлениям.

Хронологически первым было механическое направле­ние в развитии биомеханики. Первую книгу по биомеханике «О движениях животных» (1679 г.) написал ученик Галилея, итальянский врач и математик Джовани Борелли. Исследо­вание действия и противодействия, определение центра тяже­сти тела человека, классификация локомоторных движений по источнику сил проводились с позиций механики. Физиоло­ги братья Вебер (1836 г.) изучали ходьбу человека тоже с позиций механики, сравнивая движения шагания с качания­ми 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 совершен­но 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 ис­ключить, имеют определяющее значение для движений чело­века. Безразличие к источнику силы в механике сменяется крайним интересом к этому вопросу в биомеханике.

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

Изучая форму и строение органов опоры, а также движе­ния человека в тесной связи с их функцией, анатомы исследо­вали преимущественно двигательный аппарат. Аналитиче­ское изучение тела человека преобладало в работах О.Фишера, Р. Фикка, Г. Брауса, С. Моллье и других зарубежных анатомов.

Физиологическое направление. Физиологическое направ­ление в биомеханике утвердило представление о рефлектор­ной природе движений, кольцевом характере управления дви­жениями 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 реф­лекторной природы двигательных действий и механизмов не­рвной регуляции при взаимодействии организма и среды в работах И.М.Сеченова, И.П.Павлова, Н.Е.Введенского, А.А.Ух­томского, П.К.Анохина, Н.А.Бернштейна и других ученых со­ставляет физиологическую основу изучения движений чело­века. Результаты многочисленных, проведенных за последние десятилетия во многих странах мира исследований механиз­мов центральной нервной системы и нервно-мышечного ап­парата позволяют наиболее полно представить высокую слож­ность управления движениями.

Исследования Н.А.Бернштейна, ставшие уже классиче­скими, дали результаты, которые привели его в свое время к новой системе взглядов на движения и управление ими. Раз­вивая идеи И.М.Сеченова о рефлекторной природе управле­ния движениями путем использования чувствительных сиг­налов, Н.А.Бернштейн выдвинул положение о кольцевом ха­рактере 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 управле­нию движениями. Выявленные особенности управления дви­жениями показали, насколько были неверны прежние упро­щенные объяснения механизма движений.

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 объеди­няет механическое, функционально-анатомическое и физио­логическое направления в развитии теории биомеханики.

По современным представлениям, опорно-двигательный аппарат рассматривается как сложная биомеханическая сис­тема; движения человека также изучаются как сложная це­лостная система.

Понятие о системе, в которой множество элементов (ее состав) закономерно объединено взаимными связями, взаимо­зависимостью (ее структура), характерно для современного научного представления о мире. Системно-структурный под­ход 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, рас­сматривать во взаимосвязи строение и функцию.

Идеи о системности внес в изучение двигательной деятельно­сти также Н.А.Бернштейн. Кибернетический, по сути дела, под­ход 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.

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 уп­ражнений и о современном развитии биомеханики спорта.

6. Каково практическое значение биомеханики спорта?

Источник

Что изучает биомеханика физических упражнений

В.Л.Уткин «Биомеханика физических упражнений»

ОБЩАЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ БИОМЕХАНИКА

Изучение общей и дифференциальной биомеханики обеспечивает знание основных закономерностей строения двигательного аппарата, двигательных качеств и двигательной деятельности людей разного возраста. На этой основе базируется материал второго раздела, посвященного технике и тактике выполнения различных физических упражнений.

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОМЕХАНИКУ

Первая наша задача состоит в том, чтобы заняться той великолепной машиной, которая нам близка,— человеческим организмом. Эта машина обладает роскошью механики — автоматизмом и быстротой включения. Ее ли не изучать? В человеческом организме есть мотор, “передача”, амортизаторы, есть тончайшие регуляторы и даже манометры. Все это требует изучения и использования. Должна быть особая наука — биомеханика. Эта наука может и не быть узко “трудовой”, она должна граничить со спортом, где движения сильны, ловки и в то же время воздушно легки, артистичны.

Биомеханика — учение о двигательных возможностях и двигательной деятельности человека и животных.

Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: bios — жизнь и mexane — орудие. Как известно, механика— это раздел физики, изучающий механическое движение и механическое взаимодействие материальных тел. Отсюда понятно, что биомеханика — это раздел науки, изучающий двигательные возможности и двигательную деятельность живых существ.

Наибольший практический интерес представляет изучение движений человека и высших животных. Первые научные труды здесь написаны Аристотелем (384—322 гг. до н. э.), которого интересовали закономерности движения наземных животных и человека. А основы наших знаний о движениях в воде заложены Архимедом (287—212 гг. до н. э.).

На становление биомеханики оказали влияние выдающиеся мыслители прошлого: римский врач Гален (131 — 201 гг.), Леонардо да Винчи (1452—1519 гг.), Микеланд-жело (1475—1564 гг.), Галилео Галилей (1564—1642 гг.), Исаак Ньютон (1642—1727 гг.), ученик Галилея Джован-ни Альфонсо Борелли (1608—1679 гг.)—автор первой книги по биомеханике “О движениях животных”, вышедшей в свет в 1679 г.

И. М. Сеченов (1829—1905 гг.), П. Ф. Лесгафт (1837— 1930 гг.), А. А. Ухтомский (1875—1942 гг.) и основоположник отечественной биомеханической школы Н. А. Берн-штейн (1896—1966 гг.) много сделали для развития биомеханики труда и спорта. Кроме того, в последние десятилетия возникли и развиваются:

— инженерная биомеханика, основные достижения которой связаны с роботостроением;

— медицинская биомеханика, исследующая причины, последствия и способы профилактики травматизма, прочность опорно-двигательного аппарата, вопросы протезостроения;

— эргономическая биомеханика, изучающая взаимодействие человека с окружающими предметами с целью их оптимизации.

Но центральным разделом биомеханики остается биомеханика физических упражнений. Она изучает двигательную деятельность человека во время спортивных тренировок и соревнований и в процессе занятий массовыми и оздоровительными формами физической культуры, в том числе на уроках физкультуры в школе. Непрерывно совершенствуясь, биомеханика физических упражнений постепенно преобразуется в биомеханику двигательной активности, охватывающую все стороны двигательной деятельности человека’.

“Здание” современной биомеханики состоит как бы из трех “секций” и трех “этажей” (рис. 1).

1 В дальнейшем биомеханику физических упражнений будем называть просто биомеханикой.

Рис. 1. Архитектоника современной биомеханики

Биомеханика делится на общую, дифференциальную и частную.

Общая биомеханика решает теоретические проблемы и помогает узнать, как и почему человек двигается. Этот раздел биомеханики очень важен для практики физического воспитания и спорта, ибо “нет ничего практичнее хорошей теории”.

Дифференциальная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности. Изучаются особенности, зависящие от возраста, пола, состояния здоровья, уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т. п.

Частная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта и разновидностях массовой физкультуры. В том числе в оздоровительном беге и ходьбе, общеразвивающих гимнастических упражнениях, ритмической гимнастике на суше (аэробика) и в воде (акваробика) и т. п. Основной вопрос частной биомеханики — как научить человека правильно выполнять разнообразные движения или как самостоятельно освоить культуру движений.

На трех “этажах” (уровнях) биомеханики изучают: движения — двигательные действия — двигательную деятельность. На первом уровне фактические данные для исследования движений добываются чаще всего в экспериментах с изолированными мышцами и другими частями тела животных.

За редким исключением (например, движения новорожденного) здоровый человек выполняет целенаправленные и мотивированные движения, или двигательные действия. На этом уровне биомеханика изучает и совершенствует технику двигательных действий (например, технику прыжка, удара, шага и т. д.).

Биомеханика занимает особое положение среди наук о физическом воспитании и спорте. Она базируется на анатомии, физиологии и фундаментальных научных дисциплинах— физике (механике), математике и теории управления. Взаимодействие биомеханики с биохимией, психологией и эстетикой дало жизнь новым научным направлениям, которые, едва родившись, уже приносят большую практическую пользу. В их числе “психобиомеханика”, энергетические и эстетические аспекты биомеханики.

Более других медико-биологических и педагогических дисциплин биомеханика использует достижения электронно-вычислительной техники.

Но главное — биомеханика служит связующим звеном между теорией и практикой физического воспитания, спорта и массовой физической культуры. Опираясь на знание биомеханики, педагогу легче учить своих воспитанников. Но для этого необходимо уметь анализировать двигательную деятельность, или, говоря на профессиональном языке, читать движения. Здесь можно провести аналогию с музыкой. Неспециалист воспринимает фонограмму музыкального произведения эмоционально. А профессионал-музыкант различает голоса разных инструментов, тонко оценивает согласованность их звучания, замечает ошибки и, кроме того, может “мысленно услышать” звуки, записанные на нотных линейках. Так и специалист по физическому воспитанию должен уметь “мысленно увидеть” движение, если зарегистрированы его характеристики (траектория, скорость, сила и т. д.).

Рис. 2. Фазовый состав ударного действия в теннисе (по Л. С. Зайцевой) :

А — хронограмма; Б — тензометрическая отметка удараг, I — фаза движения назад для замаха; II — фаза ускоренного движения ракетки вперед; III — фаза взаимодействия ракетки с мячом; IV — фаза замедленного движения ракетки вперед; V — фаза возвращения ракетки в исходное положение

Процедура анализа двигательной деятельности (биомеханического анализа) состоит из следующих этапов:

1. Изучение внешней картины двигательной деятельности. Прежде всего выясняют, из каких двигательных действий она состоит и в каком порядке действия следуют друг за другом. Например, школьный урок физической культуры состоит из ряда упражнений. Нужно учитывать, что характер, продолжительность и интенсивность предшествующих упражнений оказывают влияние на качество выполнения последующих.

Изучая внешнюю картину двигательной деятельности, регистрируют кинематические характеристики (см. в главе 3). Особенно важно знать продолжительность отдельных частей движения (фаз), графическим отображением чего является хронограмма. Хронограмма двигательного действия характеризует технику (рис. 2), а хронограмма двигательной деятельности — первое, на что обращают внимание при анализе спортивной тактики.

2. Выяснение причин, вызывающих и изменяющих движения. Они не доступны визуальному контролю, и для их анализа необходимо регистрировать динамические характеристики (см. в главе 3). Важнейшее

значение здесь имеют величины сил, действующих на человека извне и создаваемых его собственными мышцами.

3. Определение топографии работающих мышц. На этом этапе выявляется, какие мышцы и как участвуют в выполнении данного упражнения. Зная, какие мышцы преимущественно обеспечивают двигательную деятельность, к которой готовит себя человек, можно из множества физических упражнений отобрать способствующие развитию именно этих мышц и их координации.

, В зависимости от того, какая часть всей мышечной массы тела задействована, различают: глобальную мышечную работу (более 2 /з), регионарную (от ‘/з до 2 /з) и локальную (менее Vs). Так, бегуны, пловцы, лыжники выполняют глобальную мышечную работу. К регионарной относится, например, мышечная работа, выполняемая при некоторых общеразвивающих гимнастических упражнениях (подтягивании на перекладине, поднимании ног и верхней части туловища из положения лежа на спине и т. п.).

Представление о том, какие мышцы задействованы в каждом упражнении, можно получить, регистрируя их

Рис. 3. Схематическое изображение мышц тела человека и мест наложения электромиографических электродов (по Вгоег, Каунсилмену, Барчаи, переработано)

Рис. 4. Граничные позы при подтягивании в висе лежа на низкой перекладине (штриховкой обозначены наиболее активные мышцы):

/ — мышцы-сгибатели кисти; 2 — трехглавая м. плеча; 3 — двуглавая м. плеча; 4 — плечелучевая м.; 5 — большая грудная м.; 6 — широчайшая м. спины; 7 — четырехглавая м. бедра; 8 — мышцы-разгибатели стопы; 9 — прямая м. живота

электрическую активность. Чем интенсивнее работает мышца, тем выше ее электрическая активность и больше амплитуда электромиограммы.

На рис. 3 показаны места наложения электродов при записи электромиограммы, а на рис. 4 — пример графического изображения топографии работающих мышц.

4. Определение энергетических затрат и того, сколь целесообразно расходуется энергия работающих мышц. Для ответа на эти вопросы регистрируют энергетические характеристики (см. в главе 3). Наряду с величинами энергозатрат важна экономичность, которая тем выше, чем больше доля полезных энергозатрат по отношению ко всей затраченной энергии. Подсчитано, например, что у стайеров высшей квалификации повышение экономичности бега на 20% перемещает бегуна в списке лучших с 10-го на 1-е место.

5. Выявление оптимальных двигательных режимов (наилучшей техники двигательных действий и наилучшей тактики двигательной деятельности) осуществляется на заключительном этапе биомеханического анализа. Здесь же оценивается степень соответствия реально имеющих место и оптимальных вариантов техники и тактики.

Оптимальным (от лат. optimus — наилучший) называется наилучший вариант из всех возможных. В спорте (а в последнее время и в оздоровительной физкультуре) постоянно идет поиск оптимальных вариантов техники и тактики и определение степени соответствия реально наблюдаемого двигательного режима оптимальному. Тем самым решается задача оптимизации двигательной деятельности или ее рационализации (если не удается достичь идеала, но можно к нему приблизиться).

Оптимизацией называют выбор наилучшего варианта из числа возможных. Но что такое наилучший вариант двигательной деятельности? Общего ответа на этот вопрос не существует, поскольку все зависит от конкретной ситуации и поставленной цели. Так, человек, спасаю-‘-» щийся от преследователей, не думает о красоте и экономичности. Главное — бежать быстро. Другое дело, гимнастка, выполняющая вольные упражнения. Она стремится двигаться как можно красивее, в соответствии с эстетическими канонами своего вида спорта. В этих ситуациях различны цели людей. И потому неодинаковы критерии оптимальности, т. е. показатели, используемые для оценки степени достижения поставленной цели (рис. 5).

Экономичность двигательной деятельности обратно пропорциональна энергии, затрачиваемой на единицу выполняемой работы или метр пройденного пути. Это важнейший критерий оптимальности, и мы еще не раз к нему вернемся.

Механическая производительность тем выше, чем больший объем работы выполняется за определенное время или чем быстрее выполняется данный объем работы. Например, в циклических видах спорта механическая производительность оценивается временем преодоления соревновательной дистанции, а в массовой физической культуре — расстоянием, которое человек может пройти, пробежать или проплыть за 12 мин.

Рис. 5. Критерии оптимальности двигательной деятельности

Точность двигательных действий имеет две разновидности: целевая точность и точность воспроизведения заданной внешней картины движений (например, при выполнении “школы” в фигурном катании). Целевая точность оценивается отклонением точки попадания от центра мишени (например, в стрельбе) или отношением числа успешно выполненных двигательных действий к их общему числу (ударов в боксе и спортивных играх, бросков в борьбе, передач и приемов мяча и т. п.).

Эстетичность оценивается близостью кинематики (т. е. внешней картины движения) к эстетическому идеалу — общепринятому или принятому в данном виде спорта (фигурном катании, художественной гимнастике, синхронном плавании и т. п.).

Комфортабельными считаются плавные движения. Чем больше сотрясается тело при ходьбе, беге и т. п., тем ниже комфортабельность.

Безопасность тем выше, чем меньше вероятность травмы.

Трудоемкость биомеханического анализа и польза от него зависят от того, насколько педагог стремится разобраться в технике и тактике своих учеников. Различают системно-структурный и функциональный подходы к анализу двигательной деятельности.

Функциональный подход позволяет констатировать те или иные несовершенства техники и тактики. На-

пример, на уроке физкультуры можно увидеть, что техника подтягивания у многих отличается от эталонной, рекомендованной в комплексе ГТО. Но как ее исправить? Функциональный подход не дает ответа на этот вопрос. На его знамени написано: овладевать процессом управления без полного раскрытия его внутренней природы. Понятно, что такой путь ненадежен. Не имея ясных рекомендаций для устранения недочетов в технике и тактике, преподаватель вынужден действовать наугад.

Системно-структурный подход дает более конкретные рекомендации. Педагог, применяющий при обучении своих учеников системно-структурный подход, стремится к познанию состава и структуры двигательной деятельности, т. е. к ответу на вопросы, из каких элементов она состоит и как они связаны между собой. Кроме того, выясняют внутренние механизмы, т. е. стремятся ответить на вопрос, почему двигательные действия выполнены именно так, а не иначе. Наиболее широко распространенным приемом системно-структурного подхода является выполняемое по определенным правилам разделение двигательного действия на части (“фазы”) (см. рис. 2). В главе 6 рассказывается об этих правилах.

Функциональный и системно-структурный подходы к анализу и совершенствованию двигательной деятельности дополняют друг друга. Применяя системно-структурный подход, педагог ведет анализ от сложного к простому. Элементы двигательной деятельности, находящиеся на нижней ступени иерархической лестницы, остаются нераскрытыми, недетализированными и рассматриваются уже с позиций функционального подхода. Уровень, на котором системно-структурный подход переходит в функциональный, зависит от решаемых задач.

Например, при тактической подготовке двигательные действия (технические элементы) считаются “неделимыми кирпичиками”, из которых складывается двигательная деятельность. А при технической подготовке детально изучается взаимодействие мышц, костей, суставно-связочного аппарата. Но по отношению к отдельным элементам двигательного аппарата применяется функциональный подход: их строение и функционирование на молекулярном уровне обычно не рассматриваются.

В современной биомеханике гармонично переплетаются идеи и методы оптимизации двигательной деятельности, функционального и системно-структурного подходов, автоматизированного контроля за технико-тактическим мастерством, моделирования техники и тактики на электронно-вычислительных машинах. Но главным остается мысль и труд исследователя, постигающего закономерности движений, и педагога, который использует эти достижения в учебном и тренировочном процессах.

По горизонтали: 1. Основоположник отечественной биомеханической школы. 2. Наука о двигательных возможностях и двигательной деятельности человека и животных. 3. Критерий оптимальности. 4. Автор первой книги по биомеханике.

По вертикали: 1. Способ взаимосвязи между элементами системы. 2. Раздел биомеханики, изучающий внешнюю картину движений. 3. Критерий оптимальности.

1. Что изучает биомеханика?

2. Каковы основные разделы биомеханики?

3. В чем различия между такими понятиями, как “движение”, “двигательное действие” и “двигательная деятельность”?

4. Перечислите основные этапы биомеханического анализа.

5. Что такое оптимизация двигательной деятельности?

6. Какие критерии оптимальности двигательной деятельности вам известны?

7. В чем заключается главное отличие функционального подхода от системно-структурного?

8. Что такое топография работающих мышц?

9. Приведите примеры ситуаций из практики физического воспитания и спорта, когда необходимо биомеханическое обоснование:

а) техники двигательных действий;

б) тактики двигательной деятельности.

10. Решите кроссворд (рис. 6).

Источник