Физиологические и биомеханические особенности двигательной деятельности волейболистов

 

Характер и величина соревновательных нагрузок

Характер игровой деятельности волейболиста обусловлен мгновенной сменой ситуации соревновательной борьбы, протекающей непрерывно, иногда в течение 2—2,5 ч. Кратковременные интервалы отдыха (7—8 с при выходе мяча из игры) недостаточны для развертывания восстановительных процессов в организме спортсмена.

Величина нагрузок, представляющих собой физические и эмоциональные напряжения, характеризуется чрезвычайной изменчивостью и зависит от многих факторов: личной и командной технико–тактической и физической подготовленности, значимости и масштабности соревнований, реакции зрителей и партнеров по команде, неполного восстановления от предшествующих игр. Как показывают данные исследований, частота сердечных сокращений (ЧСС) даже у запасных игроков в момент остроконфликтных игровых ситуаций достигает 130— 150 уд/мин. Поэтому увеличение частоты сердечных сокращений у полевых игроков до 180—200 уд/мин (рис. 1.1) не всегда объясняется адекватностью физических нагрузок. В значительной степени ее можно отнеси за счет повышения эмоциональной напряженности. Тем не менее, многократное выполнение прыжков при блокировании и нападающих ударах оказывает значительное воздействие на нервно-мышечный аппарат, вызывай чрезвычайно высокие сдвиги в деятельности сердечнососудистой и дыхательной систем волейболиста. Достаточно сказать, что после серии из 15—20 прыжков до отказа у спортсмена наступает утомление, и он не может продолжать упражнение.

Специфика двигательной деятельности, протекающей с переменной интенсивностью в динамическом режиме мышечных сокращений, предопределяет значительные функциональные и морфологические изменения в деятельности анализаторов, опорно-двигательном аппарате и внутренних органах игрока.

Рис. 1.1. Телеэлектрокардиограмма волейболиста высокой квалификации, снятая во время игры (а), и пульсограмма радиотелеметрической регистрации частоты сердечных сокращений (б)

 

В частности, повышаются показатели различных функций зрительного анализатора: улучшается глубинное зрение, способствующее точности пространственной ориентировки, расширяется поле зрения, значительно улучшается координация деятельности наружных мышц глаза (мышечный баланс). Кроме того, сокращаются микроинтервалы латентного периода простой и сложной зрительно-двигательных реакций: показатели реакций улучшаются с возрастом и ростом квалификации волейболиста.

В процессе тренировки повышается способность нервно-мышечного аппарата к быстрому напряжению и расслаблению мышц.

Большое количество выполняемых в игре прыжков способствует укреплению мышечно-связочного аппарата нижних конечностей и значительному увеличению динамической силы мышц-сгибателей стопы и разгибателей голени и бедра. В результате высота взлета о. ц. т. тела (общий центр тяжести) волейболиста составляет 70— 90 см.

Весьма заметно увеличиваются показатели становой силы волейболиста, развивающейся при баллистических ударных движениях по мячу в безопорной фазе.

Укрепляется связочный аппарат кистей рук, увеличивается их подвижность.

Большой объем тренировочных и соревновательных нагрузок оказывает значительное физиологическое воздействие на функции внутренних органов (обмен веществ, кровообращение, дыхание, выделение и т. п.). Об этом убедительно свидетельствуют данные изменения веса волейболистов в процессе ответственных соревнований. В среднем потеря веса после таких состязаний составляет 1,5—2 кг. Большие энерготраты позволяют отнести нагрузки волейболистов к нагрузкам субмаксимальной мощности.

Анализ соревновательной деятельности волейболистов показывает, что она состоит из чередования активных, рабочих, фаз с относительно пассивными кратковременными паузами отдыха. Наблюдениями установлено, что в среднем активные фазы составляют 8,7 с, а пассивные — 7,1 с. За время встречи в зависимости от числа партий рабочая фаза повторяется 171—348 раз. Как отмечает А. В. Беляев (1974), такой вид деятельности протекает при неадекватном снабжении организма спортсмена кислородом, что, в свою очередь, предъявляет большие, требования к анаэробным процессам энергообеспечения. Многократное повторение нагрузок переменного характера и кратковременных пауз отдыха подчеркивает важность аэробно-анаэробной производительности.

Изучая факторную структуру специальной выносливости, Н.И. Волков, А.В. Беляев, Ю.И. Смирнов (1977) отмечают, что она в наибольшей степени определяется анаэробными алактатными и гликолитическими возможностями организма и различными сторонами аэробной производительности.

Исследования, проведенные А. В. Беляевым (1974) среди квалифицированных волейболистов, показали, что средние показатели потребления О₂ составили 4,4 л/мин, максимальная легочная вентиляция — 147,5 л/мин, а величина вентиляционного эквивалента, характеризующая эффективность утилизации О₂ — 33,4. Средняя величина кислородного долга составляла 8,9 л.

Сопоставление этих показателей у волейболистов с аналогичными показателями представителей дистанционных видов спорта подчеркивает их сравнительно невысокие величины, что и не позволяет говорить о ведущем значении в деятельности волейболиста газообменных процессов. По всей вероятности, наибольшее значение для развивающегося утомления в игровой деятельности имеют процессы, связанные с перенапряжением сенсорной сферы и наступлением охранительного торможения. Вместе с тем во время ответственных соревнований у волейболистов имеют место достаточно высокие сдвиги таких физиологических функций, как частота сердечных сокращений, частота и глубина дыхания и т. п. Однако частые, хотя и кратковременные, паузы характеризуют невысокий процент потребления кислорода (49% максимальной аэробной производительности).

Максимальное значение ЧСС, зарегистрированное на одной ответственной встрече, составляло 181 уд/мин, а средние ее показатели — 153,2 уд/мин (рис. 1.2).

 

Рис. 1.2. Радиопульсограмма ЧСС во время одной партии (заштрихо­ванное поле — игра в линии защиты, чистое — в линии нападения, черное — полуминутные перерывы, по А. В. Беляеву)

Биомеханическая изменчивость движений волейболиста

Установлено, что при однотипных способах действия (прямая подача сверху, прямой нападающий удар по ходу разбега и прием мяча снизу двумя руками) степень вариативности движений в структурных особенностях подготовительной, рабочей и заключительной фаз различна. Анализ игровых ситуаций, в которых выполняются данные игровые действия, показывает, что характер технико-тактических действий волейболиста далеко не одинаков.

Так, при выполнении подач действия игрока фактически имеют заранее запрограммированный характер. Их осуществлению не мешает соперник, кинематика и динамика движений соотносятся с расстоянием до цели и решением тактической задачи. Фактически такое действие выполняется спонтанно, так как не вызываете изменениями ситуации, а осуществляется спортсменом по собственному усмотрению для усложнения действий пассивно обороняющихся игроков команды соперника.

В связи с этим в одноименных способах подач, выполняемых одним и тем же спортсменом, пространственно-временные параметры движений не имеют в своей фазовой структуре значительного вариативного различия — коэффициент вариаций здесь не превышает 10%, что в общем характеризует относительную стабильность движений.

Исследования игрового действия (нападающий удар) во второй ситуации, имеющей элементы неопределенности, выражающейся в качественных особенностях второй передачи, показывают, что кинематические характеристики во всех подфазах разбега, и особенно в начале его значительно изменяются. Именно в это время волейболист определяет траекторию полета мяча и соотносит свои последующие движения с ее высотой и направлением.

В данном случае характерно уменьшение изменчивости движений при –переходе от стартовых и подготовительных движений к основным. Это свидетельствует о различном характере управления движениями в различных подфазах разбега. Если стартовая и подготовительная подфазы выполнения реактивно-приспособительно, то заключительная подфаза — активно, что и обусловливает большой диапазон вариации в движениях разбей и относительно малый в движениях последней подфазы — напрыгивании. Иными словами, если в первой ситуации движения носят запрограммированно автоматизированный характер, то во второй, особенно в подготовительной их части, они постоянно находятся под контролем внешней афферентации.

Игровая ситуация сопряжена с условиями, в которых соперник осуществляет атакующие действия, поэтому игроки обороняющейся команды вынуждены действовать; но принципу множественного альтернативного выбора оптимального решения в зависимости от конкретно сложившихся условий. Такие действия наиболее сложны, так как протекают в жестком лимите времени.

В качестве подобного действия изучалась техника приема снизу — передачи мяча, отснятого на пленку на крупных международных соревнованиях. При этом исследовались коэффициенты вариации пространственно-временных характеристик, длительности фаз и подфаз движений, угловые перемещения между вертикальной осью туловища и бедром, бедром и голенью, а также плечом и вертикальной осью туловища. Выбор этих параметров был обусловлен специфическими особенностями данного способа техники.

Оказалось, что у волейболистов высокой квалификации технико-тактическое контратакующее действие — прием мяча снизу и передача осуществляется с помощью предварительных перемещений и выбора места предполагаемого полета мяча. При этом выбор места в известной мере обусловлен подготовкой и атакующими действиями соперника.

Характерно, что изучаемые характеристики имеют тенденцию к еще большей – вариативности не только в подготовительной, но и в основной фазе движения. В связи с этим целесообразно выделить способы, связанные с высотой траектории полета мяча относительно спортсмена: прием снизу мячей, летящих на уровне пояса, ниже и выше уровня пояса.

Вместе с тем в одноименных (или близких) способах приема мяча снизу имела место достаточно высокая стабильность в движениях рук относительно туловища (коэффициент вариации в пределах 10—12% — рис. 1.3).

Таким образом, можно полагать, что приспособительная изменчивость точностных движений обусловлена характером внешней ситуации. Отсюда вытекает ряд положений, имеющих практическое значение при построении процесса обучения и совершенствовании двигательных действий. Так, в первом случае необходимо создать ряд жестких программ двигательных моделей (подач мяча в разные зоны площадки), которые спортсмен, может применить в соответствующей конкретной ситуации. Во втором случае в соответствии с приемом (нападающий удар) упражнения для обучения разбегу должны отличаться широким многообразием и, напротив, упражнения для обучения напрыгиванию и отталкиванию от опоры должны быть относительно постоянными. Причем диапазон возможных изменений в произвольных движениях в результате должен определяться особенностями внешней ситуации и индивидуальными возможностями спортсмена.

 

Рис. 1.3. Изменение углов между плечом и вертикальной осью туло­вища (1) и между бедром и голенью (2) при приеме мяча, летящего со скоростью 18 м/с

В третьем случае при использовании контратакующего технико-тактического действия необходимо воспитывать такие свойства, как простая и сложная реакции, реакция на движущийся объект, а также временную и пространственную антиципацию. Причем средствами развития этих свойств сенсомоторики должны быть специальные упражнения, моделирующие фрагмент соревновательной деятельности. Сложность определения вероятности события вынуждает спортсмена принимать мысленное и двигательное решение при жестком дефиците времени. Поэтому в ходе тренировки нужно добиваться развития способностей принимать быстрые решения и. импровизировать по ходу игры.

Особенности движений волейболиста

Все движения волейболиста при взаимодействии с мячом носят либо ударный, либо амортизационно-точностный характер. К ударным относятся движения, применяемые при выполнении всех способов подачи мяча, нападающих ударов, приемов и передач снизу и блокирования. Амортизационно-точностные движения характерны для приемов и передач мяча сверху и связаны с амортизацией удара и точным направлением мяча в цель.

Основная задача ударных движений в волейболе — создание определенной скорости полета мяча. Как было выяснено, мнение о том, что скорость полета мяча после удара зависит только от предударной скорости бьющего звена, ошибочно. В ударных движениях при соударении мяч и ударяющая ладонная поверхность деформируются, причем в течение этого времени бьющее звено — мяч перемещаются в пространстве на некоторое расстояние (рис. 1.4). Поэтому данный процесс следует рассматривать как своеобразное упругопластическое соударение. При этом на скорость вылета мяча существенное влияние оказывает суставная жесткость рабочих звеньев конечности. Поскольку жесткость волейбольного мяча относительно постоянна, то изменение послеударной скорости осуществляется за счет регулирования жесткости ударных звеньев кинематической цепи.

Рассматривая это положение применительно к нападающему удару, необходимо отметить, что большая жесткость кинематических звеньев способствует меньшей амплитуде перемещений в них в момент ударного импульса. Снижается угол поворота в суставах бьющей руки, что способствует увеличению точности направления траектории полета мяча. Таким образом, для достижения точности ударных движении необходима большая жесткость в суставах ударяющей руки. Это характерно для точно направленных нападающих ударов и планирующих подач.

 

Рис. 1.4. Перемещение соударяющихся поверхностей руки мяча

 

На перемещение звень­ев в момент соударения затрачивается определенная энергия: чем больше контакт соударяющихся звеньев, тем больше потерь энергии ( ).

Количественное измерение потерь энергии выражается через формулу коэффициента восстановления ( ):

 

 (1)

где  — доударная скорость руки, —доударная скорость мяча,  и  — аналогичные послеударные скорости.

Для количественной оценки энергетики ударов необходимо ввести коэффициент потерь энергии как отношение потерянной кинетической энергии к начальной через K восстановления. При этом, если доударная скорость мяча , можно установить, что есть показатель кинетической энергии, израсходованной при ударе. Отсюда следует, что чем выше K, тем меньше рассеивание энергии в соударяемой системе, что и обходимо для сообщения большой скорости вылета мячу при нападающем ударе.

Для выявления экстремальных моментов ударного движения имеет значение еще и коэффициент передачи энергии от бьющей руки к мячу ( ). Существует зависимость коэффициента передачи энергии от показателя кинетической энергии, потерянной в результате удара:

 

 (2)

 

Где А- кинетическая энергия руки и мяча до и после удара.

Если для центрального удара К=1 абсолютно упругих тел с сосредоточенными массами  и  (с учетом что К=1, а =0), то, следовательно:

 

 (3)

 

Отсюда следует, что коэффициент передачи энергии от руки к мячу будет увеличиваться с увеличением затрачиваемой в ударе кинетической энергии. Иными словами, более жесткая ударная кинематическая система концентрированнее и полнее передает механическую энергию ударяемому мячу.

Вместе с тем при приеме мяча с подачи, когда он летит быстро, жесткая система кинематической цепи увеличит передачу энергии от принимающей поверхности рук, тогда мяч, обладающий большим запасом кинетической энергии вследствие соударения с жесткой системой кинематических цепей, получит нежелательную в данном случае высокую скорость, в результате чего может коснуться перекрытия зала или улететь на сторону соперника. Если же скорость полета близка к нулю, то целесообразно при приеме мяча увеличить коэффициент передачи энергии ( ) от супинированных предплечий мячу, что будет способствовать увеличению скорости его отскока.

Особое значение в оборонительных действиях волейболиста при приеме мячей, летящих с большой скоростью, имеет амортизация силы удара, т. е. гашение скорости мяча, снижение его кинетической энергии путем передачи соударяющейся поверхности предплечий. Амортизация в данном случае осуществляется, во-первых, в результате уменьшения суставной жесткости, а во-вторых, вследствие совместного перемещения соударяющихся поверхностей в сторону, противоположную направлению полета мяча.

Рис. 1.5. Смещение о.ц.т.т. и ц.т.р. при приеме снизу мячей, летящих с большой скоростью

 

На примере представленных на рис. 1.5 траекторий общего центра тяжести тела и центра тяжести рук волейболиста при приеме мячей, летящих со скоростью 18м/с (прием передачи сверху), видно, что для погашения кинетической энергии движения о. ц. т. тела и звеньев кинематических цепей направлены назад-вверх от верти­кали, проходящей через точку опоры туловища. При не­значительной же скорости полета (5 м/с) для придания мячу большей скорости вылета необходимы встречное движение рук и передача ему кинетической энергии ударного движения предплечий (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Смещение о.ц.т.т. и ц.т.р. при приеме снизу мячей, летящих с незначительной скоростью

 

Биомеханические опоры и движения волейболиста

Современные исследования доказали, что все ударные и точностно-целевые движения выполняются при так называемой твердой опоре. Это положение имеет непосредственное отношение и к волейболу. Оно очень важно для эффективного выполнения технических приемов и играет большую роль в общей стратегии построения и регуляции движений волейболиста. Под биомеханической опорой какого-либо узла следует понимать целостность и неподвижность данного узла относительно других. С точки зрения биомеханики опора представляет собой частичное или полное исключение внутренних степеней свободы отдельных звеньев биомеханической цепи данного узла (Ф. К. Агашин, 1977).

При ударных и точностно-целевых движениях рассматриваются нижняя, центральная и верхняя опоры. Нижняя опора – осуществляется за счет создания и подключения кинетической энергии тела к общей энергии движения туловища. Механизм ее состоит в предварительном сгибании ног и последующем их выпрямлении. В момент отталкивания от опоры ноги, выпрямляясь, закрепляют в суставах. Мышцы бедра, голени и стопы взаимодействуют, однако их сочленения остаются неподвижными относительно друг друга и туловища.

Центральная опора связана с произвольной задержкой дыхания, способствующей закреплению диафрагмы и соседних с ней мышц туловища. Это подчеркивает важность создания центральной опоры и ее связь с регуляцией, вегетативных функций.

Наличие трех опор в ударных и точностных бросковых движениях и в том, и другом случаях несет принципиально различные функции.

В первом случае при ударных движениях основная смысловая задача действия состоит в концентрации усилий в предударной фазе, а затем — их реализации путем создания жесткости кинематических звеньев тела в момент соударения с мячом.

Такая жесткость способствует лучшей передаче кинетической энергии, а значит — и большей силе удара.

Причем если нижняя опора в нападающем ударе создается после выпрыгивания волейболиста, верхняя — в момент замаха, то центральная — значительно раньше. По данным исследований, она соотносится с начальными шагами разбега спортсмена, во время которых осуществлялись глубокий вдох и затем произвольная задержка дыхания, длящаяся до момента ударного движения (рис. 1.7).

 

Рис. 1.7. Дыхание волейболиста при нападающем ударе

Таким образом, центральная опора несет здесь двойную функцию — способствует увеличению усилий, прилагаемых к опоре в момент отталкивания, и жесткости биомеханической цепи, необходимой для верхней опоры в момент удара. При этом следует заметить, что произвольная задержка дыхания в процессе игры имеет место не только при осуществлении нападающего удара, но и при выполнении таких игровых действий, как блокирование, подача, прием и передача мяча. Иными словами, волейболисту постановка дыхания важна не только для создания центральной опоры. Она определяет и аэробные возможности организма, совершенствование которых способствует развитию выносливости спортсмена.

Как известно, наиболее точные движения человек осуществляет в условиях, когда все звенья биомеханической цепи закреплены, только за счет фаланг пальцев и движения кисти (например, вдевание нитки в иголку).

На рис. 1.8 видно, что центральная опора создается еще до начала подготовительной фазы за счет произвольной задержки дыхания на вдохе, затем следует некоторое сгибание ног и рук и наконец, при выпрямленном положении ног и закреплений верхней опоры осуществляется непосредственно рабочее движение (подфаза амортизации и вылета мяча).

Такая организация биомеханических опор способствует исключению излишнего влияния проксимальных звеньев на дистальные, создавая тем самым благоприятные условия для точностно – целевых движений.

Рис. 1.8. Синхронная регистрация динамограммы (а), фаз дыхательного цикла (б — точки 1 и 2 на кривой характеризуют задержку дыхания на вдохе), тоннограмма угловых перемещений в локтевом суставе (в) и хронограммы (г)

 

Характеристика целевой точности и её зависимость от различных факторов

Конечным результатом всех действий волейболиста является финальная целевая точность, т.е. точность достижения цели с помощью различных приемов и передач мяча.

Точность ударов и передач мяча обусловлена тонкими кинестетическими ощущениями. Выработка навыков точного взаимодействия с мячом осуществляется на основе обратной связи, дающей информацию о результате действия. При этом в системе движений, обеспечивающих эффективность поражения цели, формируются многоконтурные связи.

Точностно – целевые движения волейболист выполняет как в опорных, так и в безопорных положениях в заранее обусловленных условиях, а также в неожиданных игровых ситуациях.

Поражение цели в игровой деятельности зависит от целого ряда факторов, которые надо учитывать и при построении упражнений в период овладения умениями и навыками взаимодействия с мячом.