Что относится к прикладным направлениям исследования биомеханики

Основные направления биомеханики

Устройство двигательного аппарата человека. Биомеханика как наука о законах механического движения в живых системах. Анатомо-физиологические особенности строения скелета. Методы тестирования, применяемые для контроля в физическом воспитании и спорте.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма

Основные направления биомеханики

Семенов Александр Владимирович

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 пищу, 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.

1. Основные направления биомеханики

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.

Частные задачи биомеханики состоят в изучении и объяснении: а) самих движений человека в той или иной области его двигательной деятельности; б) движений физических объектов, перемещаемых человеком, в) результатов решения двигательной задачи; г) условий, в которых они осуществляются; д) развития движений человека (с учетом названных сторон) в результате обучения и тренировки.

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.

4. Движения часто исполняются в переменных условиях, характер изменения последних также влияет на движения. Учитывая условия внешние (все факторы внешнего окружения) и внутренние (уровень подготовленности, возрастные особенности 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 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

Чрезвычайно важно изучение изменения движений в процессе овладения двигательными действиями как системами движений (двигательными актами, приемами выполнения действий). С этим связана проблема изучения закономерностей формирования и совершенствования движений.

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

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.

Механическое направление. Механический подход к изучению движений человека позволяет определить количественную меру двигательных процессов, объяснить физическую сущность механических явлений, раскрывает огромную сложность строения тела человека и его движений с точки зрения физики.

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.

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

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.

2. Тестирование двигательных качеств

двигательный биомеханика анатомический воспитание

Описание методов тестирования, применяемых для биомеханического контроля в физическом воспитании и спорте, начнем с тестов, позволяющих оценить уровень развития двигательных качеств. На этой основе учитель физкультуры или тренер может выбирать из числа известных или самостоятельно создавать тесты, необходимые ему в практической работе.

Биомеханические тесты выносливости позволяют установить, какой объем работы человек может выполнить и как долго может работать без снижения эффективности двигательной деятельности. Например, при беге с постоянной скоростью наступает момент, когда человек не может поддержать исходную длину шага (компенсированное утомление), а спустя еще некоторое время он вынужден снизить скорость (декомпенсированное утомление). Чем выносливее человек, тем дольше не наступает утомление.

Вместо скорости можно программировать длину дистанции и измерять минимальное время, за которое человек справляется с заданием. Этот тест аналогичен соревновательному упражнению в циклических видах спорта.

Есть и третий вариант теста, когда ограничивается продолжительность упражнения и измеряется преодоленное расстояние. Известно несколько разновидностей этого теста: 60-минутный беговой тест, 7-минутный тест для гребцов, разные варианты теста Купера (беговой, плавательный и т.п.).

Согласно правилу обратимости двигательных заданий все три разновидности теста на выносливость эквивалентны, т.е. при тестировании группы людей наиболее выносливые в одном из этих трех тестов будут наиболее выносливыми и в двух других.

Тестирование силовых качеств осуществляется либо в упражнениях статического характера, либо в таких общеразвивающих упражнениях, где выполняется локальная или регионарная мышечная работа. В первом случае мерой силовых возможностей служит величина проявляемой силы (Fo) и продолжительность ее удержания. Во втором случае определяется, сколько раз подряд человек может сжать или растянуть пружину динамометра, подтянуться, отжаться и т.п. Конкретных упражнений, в которых оцениваются силовые качества, очень много. Это неудивительно, ведь двигательный аппарат человека включает в себя около 600 мышц, которые по-разному взаимодействуют в различных упражнениях.

Проявляемая человеком сила зависит от позы, от углов в суставах. Влияние суставного угла на проявляемую силу иллюстрирует рис.28. Изображенный на нем график показывает, что, например, оптимальный угол в локтевом суставе близок к 80°. В этом случае угол между направлением тяги двуглавой мышцы плеча и костями предплечья близок к 90°.

Тестирование скоростно-силовых качеств осуществляется в упражнениях, позволяющих продемонстрировать и силу, и быстроту. Для этого издавна использовали прыжки в высоту и в длину с места.

Гибкость занимает особое положение среди двигательных качеств. Тем, кто занимается в группах здоровья и руководит ими, особенно важно помнить, что «потеря гибкости равносильна началу старости». Для каждодневного контроля за гибкостью рекомендуются наклоны вперед с прямыми ногами, выполняемые на ступеньке, к которой вертикально приставлена линейка с сантиметровыми делениями. Гибкость оценивается расстоянием от кончиков пальцев руки до опоры.1 см на линейке соответствует одному очку. Нормальной считается гибкость, оцениваемая в ноль очков; в этом случае испытуемый достает кончиками пальцев до опоры. Если, не сгибая коленей, удается дотянуться еще ниже, гибкость оценивается тем или иным положительным числом очков. У человека, не дотянувшегося до опоры, оценка гибкости отрицательна. Например, минус 25 очков получает тот, у кого в положении наклона концы пальцев на 25 см выше опоры.

Различают активную и пассивную гибкость. Активную гибкость человек демонстрирует сам, без посторонней помощи. Пассивная гибкость проявляется при приложении внешней силы. Понятно, что пассивная гибкость выше активной.

В настоящее время характерными чертами современного спорта является значительное его омоложение и неуклонный рост спортивного достижения.

Посвящая себя исследовательской работе, на первый взгляд кажется, что современная наука не оставила нерешённых проблем. В тоже время для практики, как бы совершенна она не была, всегда характерно стремление добиться результата быстрее и с меньшей затратой сил и средств. То есть повысить качество, производительность и эффективность общественного труда. В связи с этим возникает проблемная ситуация, связанная с необходимостью создания новых методов, технологии, приёмов производства, обучения.

Повышение функциональных возможностей организма учащихся является одной из основных задач школьного физического воспитания. Однако в последние годы стало появляться множество научных данных о низком уровне физической подготовленности большой части школьников нашей страны

Процесс совершенствования методических подходов к повышению функциональных возможностей организма школьников стимулирует поиск новых, более рациональных путей решения данной проблемы. Одним из основных направлений в этом является дифференцированный подход к учащимся, подразумевающий тщательное изучение индивидуальных особенностей каждого из них, с последующим распределением школьников по сходным типологическим признакам на определенные группы с учетом задач учебного процесса.

3. Основные направления научных исследований в области биомеханики спорта за рубежом (1980-1986): Обзор. информ. / ВНИИ физ. культуры; Подгот. М.П. Дементьевой 33 с.20 см М. Отд. исслед. и разраб. НТИ «Спорт» 1986 1987

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Классификация (группировка) специфических методов исследования в физическом воспитании. Разновидности методов организации учебно-воспитательной работы в опытных группах. Сбор текущей и ретроспективной информации. Сущность педагогического наблюдения.

реферат [26,3 K], добавлен 12.11.2009

Основные виды патологии опорно-двигательного аппарата. Особенности и основные направления воспитания и обучения детей с нарушениями опорно-двигательного аппарата. Задача трудового воспитания и обучения детей с нарушениями опорно-двигательного аппарата.

реферат [15,4 K], добавлен 11.05.2010

Теория физического воспитания детей дошкольного возраста. Педагогические условия эффективного взаимодействия детского сада и семьи в физическом развитии старших дошкольников. Особенности сотрудничества педагога и родителей в физическом воспитании ребенка.

дипломная работа [89,3 K], добавлен 07.09.2015

Основные задачи научной работы студентов. Методы организации, проведения научно-исследовательской работы. Компоненты, на которых основывается актуальность темы педагогического исследования в образовании, физической культуре, спорте, физическом воспитании.

контрольная работа [20,7 K], добавлен 16.06.2011

Функции музыки в физическом воспитании, её влияние на психоэмоциональное состояние человека. Тестна определение ценностных ориентаций, занимающихся в области музыкального искусства. Подбор произведений для лиц молодого, среднего и пожилого возраста.

курсовая работа [50,5 K], добавлен 16.04.2014

Источник

Биомеханика физических упражнений ( PDFDrive ) — копия. 1. предмет и методы биомеханики

1. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ БИОМЕХАНИКИ

Основы учебной дисциплины наиболее полно раскрываются в пред мете и методе соответствующей науки.

Любая наука имеет свой предмет исследования. Предметнауки рас крывает:

∙ Что именно изучается (объект познания).

∙ Какую сторону действительности наука изучает (область позна ния).

∙ С какой целью изучается.

1.1. Общая характеристика биомеханики

как учебной и научной дисциплины

Метод науки показывает основной способ исследования, путь познания закономерностей исследуемых явлений, получения новых знаний. Биомеханика – наука о законах механического движения в живых системах.

В биомеханике, как науке, можно выделить следующие прикладные направления исследования:

1. Биомеханика физических упражнений.

2. Инженерная биомеханика.

3. Медицинская биомеханика.

Биомеханика физических упражнений ориентирована на поиск рациональной техники физических и соревновательных упражнений, на совершенствование их кинематической и динамической структуры, на научное обоснование эффективной методики обучения двигательным действиям.

Инженерная биомеханика смыкается с бионикой, инженерной психологией («человек и машина»), связана с разработкой роботов, манипуляторов и других технических устройств, умножающих возможности человека в трудовых двигательных операциях.

Медицинская биомеханика дает обоснование методам протезирования, протезостроения, травматологии, ортопедии, лечебной физической культуры.

Объект познания биомеханики

Объект познания биомеханики – двигательные действия как системы взаимно связанных активных движений и положений тела человека. Как наука биомеханика изучает не только движения человека, но и движения животных. Однако двигательные действия человека существенно отличаются от движений животных:

− осознанная целенаправленность движений человека;

− возможность контролировать движения и планомерно совершенствовать двигательные действия.

Учебный курс биомеханики направлен на изучение движений только человека, которые совершаются на высшем уровне управления ими. Именно эти особенности движений человека не имеют объяснения ни со стороны классической механики, ни со стороны биологических наук.

Как отмечает основоположник отечественной школы биомеханики Н.А.Бернштейн (1966): «В норме человек производит не просто движения, а всегда действия». Действия человека всегда имеют цель, определенный смысл. Из действий человека, как из кирпичиков движений, складывается его двигательная деятельность. Двигательные действия, составляющие двигательную деятельность, осуществляются посредством целенаправленных активных движений. Именно активные движения человека (а также сохранение положений тела) является объектом изучения биомеханики.

И здесь следует отметить, что активные движения изучаются как системы движений в двигательных действиях человека.

Область изучения биомеханики

Область изучения биомеханики – механические и биологические причины возникновения движений и особенности построения и выполнения движений в различных условиях.

Причины возникновения движений человека и причины их изменения необходимо рассматривать как с позиций механики, так и с точки зрения биологии, учитывая роль человеческого сознания в управлении движения ми.

Механическое движение в живых системах, в частности, в движениях человека проявляется:

− в передвижении биосистемы относительно внешней среды; − в деформации самой биосистемы – перемещение одних ее частей относительно других.

Движения абсолютно твердых тел, которые не деформируются, опи сываются основными законами Ньютона. В живых же системах работа внешних сил (тяжести, трения, сопротивления внешней среды и др.), а так же внутренних сил (тяги мышц) расходуется и на деформацию опорно двигательного аппарата.

Действие внутренних сил обусловлено управлением со стороны цен тральной нервной системы. Поэтому, для корректного описания законо мерностей движений человека, недостаточно ограничиться изучением непосредственно механики движения, но и необходимо рассматривать биологическую сущность организации действия внутренних сил в иссле дуемом двигательном действии. Именно управление движениями с помо щью внутренних сил обеспечивает высокую эффективность двигательных действий в различных условиях исполнения.

Закономерности функционирования мышечного аппарата тела чело века определяются рядом особенностей (зависимость «сила – скорость», зависимость «сила – суставной угол», инерционность процесса мышечного напряжения, позно-тонические рефлексы и т.п.), которые необходимо учи тывать при построении движений. Все это не является предметом исследо ваний в классической механике и поэтому содержание биомеханики суще ственным образом отличается от классической механики.

Целевая направленность биомеханики

Цель изучения биомеханических закономерностей двигательных дей ствий человека заключается:

− оценка эффективности действия приложенных сил для более со вершенного решения двигательной задачи;

− выявление возможностей и путей совершенствования техники со ревновательных упражнений;

− научное обосновании рациональной методики обучения двигатель ным действиям на основе биомеханического анализа техники реально ис полняемых и синтезированных на ПЭВМ упражнений.

Цель изучения учебного курса биомеханики на факультете физиче ского воспитания:

− ознакомить студентов с общими основами биомеханики как науки о движениях человека;

− дать необходимые сведения по биомеханическому обоснованию использования физических упражнений в физическом воспитании; − вооружить знаниями, необходимыми для эффективного применения физических упражнений в качестве средства физического воспитания, по вышения технического мастерства спортсменов и уровня спортивных до стижений.

Системно-структурный подход исследования в биомеханике

Биомеханика, как наука о движениях человека, основывается на си стемно-структурном подходе изучения и понимания двигательных дей ствий. Системно-структурный подход исследования позволяет:

1. Рассматривать тело человека как движущуюся систему. 2. Рассматривать процесс движения как развивающуюся систему. В теории структурности движений заложены следующие основные принципы:

1) принцип структурности построения систем движений – все дви жения в системе взаимосвязаны, что определяет целостность и совершен ство действия;

2) принцип целостности действия – все движения в двигательном действии образуют единое целое. Изменения в одном движении, так или, иначе, влияют на всю систему;

3) принцип иерархичности – отдельные структуры являются состав ными частями более крупных структур;

4) принцип сознательной целенаправленности систем движений – человек сознательно ставит цель двигательного действия, применяет целе-

сообразные движения и управляет ими для эффективного достижения по ставленной цели.

1.2. Формы движения материи.

Естественные и целенаправленные движения

Рассматривая биомеханику как науку, изучающую закономерности механического движения живых систем, целесообразно рассмотреть ос новные понятия о движении вообще и особенности движений человека, в частности.

Движение – одна из форм существования материи и оно так же мно гообразно, как многообразен мир.

Как известно, Ф. Энгельс различал:

1) простые формы движения материи;

2) сложные, высшие формы движения материи.

Простые формы движения материи

Простые формы движения материи включают в себя следующие: − механическое движение;

Рассматриваемые формы движения материи проявляются как в живой, так и в неживой природе.

Механическое движение проявляется в перемещении объектов в про странстве и во времени. Физическое движение – изменение физических свойств материи. Например, изменение температуры, электрического со противления, объема, плотности, состояния и т.п. Химическое движение обусловлено происходящими в материи химическими реакциями.

Сложные формы движения материи

К сложным, высшим формам движения материи относятся: − биологическая;

Биологическая форма движения материи характеризует развитие жи вых систем в онтогенезе и в филогенезе, в частности, человека и животно го мира. Социальная форма движения материи (общественные отношения, мышление) присуща только человеку.

Каждая сложная форма движения материи всегда включает в себя бо лее простые формы. Простейшая форма движения материи – механиче ская, – существует везде. Чем выше форма, тем менее значима механиче ская форма движения материи.

Чем выше форма движения материи, тем труднее выполнить прогноз ее эволюции. Можно заранее рассчитать траекторию движения спутника, предсказать его поведение на орбите, но задача несоизмеримо усложняется при прогнозе «предсказания событий» в социальной форме движения ма

терии, в сфере общественных отношений.

Естественные и целенаправленные движения

Классификация механической формы движения материи на есте ственные и целенаправленные была предложена отечественным ученым В.Г.Кореневым в 1974 г. С позиций биомеханики, предложенная класси фикация корректна и обоснована. Сущность проявления «естественности» и «целенаправленности» в движениях объекта проявляется в следующем.

Если со стороны движущегося объекта вырабатываются управляю щие силы для изменения траектории движения и достижения цели, то такое движение трактуется как целенаправленное.

Движения человека, как самоуправляемой биомеханической системы, относятся к подклассу целенаправленных движений. Для достижения цели движения человек вырабатывает управляющие воздействия (сила тяги мышц), изменяя и формируя тем самым траекторию движения.

В понятии о целенаправленных движениях присутствует философская категория: цель движения. Цель движения можно сформулировать различ ным образом:

− в содержательно-смысловой форме;

− в математической форме.

Содержательно-смысловая постановка цели движения и двигательной задачи

Содержательно-смысловая формулировка цели движения предполага ет описание того движения, которое необходимо выполнить и его конеч ный результат. Например: сделать выпад правой вправо, выполнить пры жок в длину с места толчком двумя, выполнить прыжок вверх толчком ле вой и т.п.

Иначе говоря, конечный результат двигательного действия содержит в себе цель движения. Цель движения характеризует качество выполне ния двигательного задания. Например:

1. Выполнить прыжок в длину с места толчком двумя как можно дальше.

2. Выполнить прыжок вверх с места толчком двумя как можно выше. 3. Пробежать 100 метров как можно быстрее.

4. Проплыть 100 метров за минимально возможное время. В этих примерах качественная картина движений описывается терми нами: дальше, выше, быстрее и т.п. В математической теории оптимизации динамических систем качество исследуемого процесса представлено функ ционалом, заданным в виде математической конструкции определенного вида. Поэтому, можно сказать, что если цель движения задана в математи ческих терминах, то цель движения есть функционал двигательного дей ствия.

Двигательная задача, в отличие от цели движения, может ставиться для отдельных фаз упражнения и для всего упражнения в целом и указы вать или математически описывать те явления, которые должны произойти или не произойти в процессе выполнения двигательного действия. Напри мер, при выполнении большого оборота назад на перекладине формулиру ется цель движения: в момент прохождения общим центром масс (ОЦМ) тела спортсмена вертикального положения над опорой достичь макси мальной линейной скорости ОЦМ. Двигательная задача для рассматрива емого гимнастического упражнения ставится следующим образом:

1. До момента прохождения ОЦМ исполнителя вертикального поло жения под опорой звенья тела спортсмена должны быть расположены на одной прямой.

2. После прохождения ОЦМ исполнителя вертикального положения под опорой выполнить сгибательные движения в суставах таким образом, чтобы:

− сгибание начиналось с дистальных суставов;

− амплитуда сгибательных движений в плечевых суставах не превы шала 30 0 ;

− амплитуда сгибательных движений в тазобедренных суставах не превышала 45 0 ;

− в вертикальном положении над опорой звенья тела спортсмена должны быть расположены на одной прямой.

Таким образом, двигательная задача, представленная в рассматривае мом примере пунктами 1–2, регламентирует технику большого оборота назад на перекладине и указывает на то, что должно произойти или не произойти в процессе выполнения упражнения. По сути дела здесь накла дываются определенные ограничения на кинематику движения.

Математическое представление цели движения

и двигательной задачи (формализация)

Содержательно-смысловую формулировку цели движения и двига тельной задачи всегда можно формализовать (дать математическое пред ставление), в частности, представив их в виде биомеханических характери-

стик в математической форме. Например, выразить биомеханические ха рактеристики движения математическими символами:

Формализовать качество решения двигательной задачи можно с по мощью экстремальных параметров биомеханических характеристик: ми нимум (min), максимум (max) функции. Например, для вышерассмотрен ных примеров формализованная запись качества (F) решения двигательной

− Максимальная длина прыжка – F = S (max).

− Максимальная высота прыжка – F = H (max).

− Максимальная скорость бега – F = V (max).

− Минимальное время бега – F = T (min).

Возможность формализации цели движения и качества решения дви гательной задачи позволяет использовать средства компьютерной техники для построения оптимальной (самой наилучшей) техники соревнователь ных упражнений в вычислительном эксперименте на ПЭВМ.

1.3. Общая задача и частные задачи биомеханики

В биомеханике выделяют две группы задач, решение которых опреде ляет ее содержание – теорию и метод:

− общая задача биомеханики;

− частные задачи биомеханики.

Общая задача охватывает всю область теории биомеханики в целом; частные же задачи важны при изучении конкретных вопросов исследуе мых явлений.

Общая задача биомеханики

Общая задача изучения движений человека состоит в оценке эффек тивности действия внешних и внутренних сил для более совершенного до-

стижения цели движения. Технология решения общей задачи биомехани ки включает в себя три этапа:

1. Определить все силы, действующие на тело спортсмена в процессе выполнения двигательного действия.

− которые оказывают положительное воздействие на достижение це ли движения и эффективное решение двигательной задачи; − которые оказывают отрицательное воздействие на достижение це ли движения и эффективное решение двигательной задачи. 3. Сконструировать такую технику изучаемого упражнения, при кото рой действие сил, оказывающих положительное воздействие на формиро вание рациональной структуры движения, будет максимальным, а дей ствие тех сил, которые оказывают отрицательное воздействие – мини мальным.

Рассмотрим следующий пример. Допустим, спортсмен выполняет большой оборот назад на перекладине (рис.1.1). Ставится цель движения: в момент прохождения вертикального положения над опорой приобрести максимально возможную скорость звеньев тела.

Рис. 1.1. Большой оборот назад на перекладине

В первой половине оборота (I), на тело спортсмена оказывают дей ствие силы: сила тяжести (Р), момент силы трения кистей рук гимнаста о гриф перекладины, сопротивление внешней среды. Во второй половине

Во второй половине оборота эта же сила оказывает отрицательное воздействие: сила тяжести тормозит (-) звенья тела спортсмена. Совокуп ное тормозящее действие моментов силы тяжести и силы трения кистей рук гимнаста о гриф перекладины приведут к тому, что гимнаст, не доходя примерно 30 0 до вертикального положения над опорой (угол Q), остано вится, что не позволит ему успешно решить двигательную задачу.

Анализ решения общей задачи биомеханики в исследуемом упражне нии показывает, что для увеличения положительного действия момента силы тяжести в первой половине оборота необходимо выполнять движе ние выпрямленным телом (руки, туловище, ноги располагаются на одной прямой) для того, чтобы положительная работа момента силы тяжести на всей траектории оборота была наибольшей.

Для уменьшения отрицательного воздействия момента силы тяже сти, во второй половине оборота, гимнасту необходимо выполнить сгиба тельные движения рук в плечевых и ног в тазобедренных суставах, что позволит приблизить общий центр масс звеньев тела спортсмена к опорной вертикали и поддержать набранную скорость.

Источник