Понятие о формах движения

Движение как форма существования материи так же многообразно, как многообразен мир. В восходящем развитии материи формировались все более высокие уровни её организации (структурные уровни материи): от неживой материи – к живой, от живой – к мыслящей. Для каждого из них характерны все более сложные свойства и закономерности существования и развития. Каждая сложная форма движения всегда включает в себя более простые формы. Простейшая форма – механическая, она существует везде. Однако чем выше форма движения, тем менее существенна механическая форма: движение на каждом уровне качественно характеризуется соответственно более высокой формой. Таким образом, каждая высшая форма обладает собственной качественной спецификой и "несводима" к низшим формам. При этом высшие формы неразрывно связаны с низшими. Двигательные действия человека, которые изучаются в биомеханике спорта, включают в себя механическое движение. Именно оно представляет собой непосредственную цель двигательного действия человека (переместиться самому, переместить снаряд, противника, партнера и т. п.). Но механическое движение осуществляется при определяющем участии в двигательном действии более высоких форм движения. Поэтому биологическая механика (биомеханика) шире и намного сложнее, чем механика неживых тел; она качественно отличается от механики последних.

 

5. Задачи биомеханики спорта.Задачи каждой области знания определяют её содержание – её теорию и метод; последние разрабатываются для решения этих задач. Общая задача изучения движений человека в биомеханике спорта – оценка эффективности приложения сил для более совершенного достижение поставленной цели. Изучение движений в биомеханике спорта в конечном счете направлено на то, чтобы найти совершенные способы двигательных действий и научить лучше их исполнять. Биомеханика физических упражнений - это ветвь биомеханики, изучающая движения человека в процессе выполнения им физических упражнений.Частные задачи биомеханики спорта состоят в изучении следующих основных вопросов: а) строение, свойства и двигательные функции тела спортсмена; б) рациональная спортивная техника и в) техническое совершенствование спортсмена. Поскольку особенности движений зависят от объекта движений - тела человека, в биомеханике спорта изучают строение опорно - двигательного аппарата, его механические свойства и функции с учётом возрастных и половых особенностей, влияния уровня тренированности и т.п. Биомеханическое обоснование технической подготовки спортсменов подразумевает: определение особенностей и уровня подготовленности тренирующихся, планирование рациональной спортивной техники, подбор вспомогательных упражнений и создание тренажёров для специальной физической и технической подготовки, оценку применяемых методов тренировки и контроль за их эффективностью.

7. Развитие биомеханики спорта.Из биологических наук в биомеханике наиболее широко используются данные анатомии и физиологии. Функционально - анатомическое направление, созданное в нашей стране трудами П.Ф.Лесгафта, И.М.Сеченова, М.Ф.Иваницкого и др., характеризуется преимущественно описательным анализом движений в суставах, определением участия мышц в сохранении положений тела и в его движениях. Подготовка спортсменов высокой квалификации в настоящее время немыслима без глубокого биомеханического обоснования спортивной техники и методики ее совершенствования. За последнее десятилетие значительно усилилось педагогическое направление в биомеханике спорта. Широким фронтом ведутся исследования рациональной техники на высшем уровне спортивной квалификации и построения специальных тренажёров в спорте. Сформировался ряд научных направлений в биомеханике спорта в России, объединенных общими основами отечественной школы биомеханики, заложенной трудами и идеями Н. А. Бернштейна. В зарубежных странах за последнее десятилетие резко расширился объём биомеханических исследований с применением ряда оригинальных и высокосовершенных методик. Систематическое преподавание биомеханики в высших физкультурных учебных заведениях осуществляется в многих странах. Создано Международное общество биомехаников, проводятся симпозиумы и конгрессы по биомеханике, на которых значительное место занимает биомеханика спорта. При президиуме Академии наук СССР создан Научный Совет по проблемам биомеханики с секциями, охватывающими проблемы инженерной, медицинской и спортивной биомеханики.

 

12.Биокинематические пары и цепи. Биокинематическая пара – это подвижное (кинематическое) соединение двух костных звеньев, в котором возможности движений определяются его строением и управляющим воздействием мышц.В технических механизмах соединения двух звеньев – кинематические пары – устроены обычно так, что возможны лишь вполне определенные, заранее заданные движения. Кинематические пары и цепи – понятия, заимствованные из теории механизмов и машин. в живых организмах их правильно называть биокинематическими. Механизм – соединение тел, преобразующих и передающих одно другому определенные движения. Машина – комплекс механизмов для заданного преобразования энергии в работу или наоборот. Различают связи: а) геометрические (постоянные препятствия перемещению в каком-либо направлении, например костное ограничение в суставе) и б) кинематические (ограничение скорости, например мышцей-антагонистом). В биокинематических парах имеются постоянные степени связи, которые определяют собой сколько как максимум и каких остается степеней свободы движения. Почти все биокинематические пары в основном вращательные; немногие допускают чисто поступательное скольжение звеньев относительно друг друга и лишь одна пара – винтовое движение. Биокинематическая цепь – это последовательное либо незамкнутое (разветвленное), либо замкнутое соединение ряда биокинематических пар). В незамкнутых цепях имеется свободное (конечное) звено, входящее лишь в одну пару. В замкнутых цепях нет свободного конечного звена, каждое звено входит в две пары.Значительная часть незамкнутых биокинематических цепей оснащена многосуставными мышцами. Поэтому движения в одних суставах через такие мышцы бывают связаны с движениями в соседних суставах. Однако при точном управлении движениями во многих случаях эту взаимную связь можно преодолеть, "выключить". В замкнутых же цепях связь непреодолима и действия мышц обязательно передаются на отдаленные суставы. Незамкнутая цепь может стать замкнутой, если конечное свободное звено получит связь (опора, захват) с другим звеном цепи (непосредственно или через какое-либо тело).

 

13.Степени свободы и связи движений.Если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве во всех трех измерениях, т. е. относительно трёх взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращательно). Следовательно, у такого тела шесть степеней свободы движения. Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Зафиксировав одну точку свободного тела, сделав его звеном пары, сразу лишают его трёх степеней свободы - возможных линейных перемещений вдоль трёх основных осей координат. Примером может служить шаровидный сустав - тазобедренный, в котором три степени свободы из шести (возможно вращение относительно трёх осей). Закрепление двух точек звена говорит о наличии оси, проходящей через эти точки. В таком случае остаётся одна степень свободы. Пример подобного ограничения - одноосный сустав, например межфаланговый. Закрепление третей точки, не лежащей на этой оси, полностью лишает звено свободы движений. Такое соединение к суставам не относится. В анатомии выделяют также двуосные суставы; они имеют вторую степень свободы вследствие неконгруэнтности (неполного соответствия по форме) суставных поверхностей (суставы лучезапястный и пястнофаланговый 1-го пальца). Почти во всех суставах (кроме межфаланговых, лучелоктевых и атлантоосевого) степеней свободы больше, чем одна. Поэтому устройство пассивного аппарата в них обусловливает неопределённость движений, множество возможностей движений ("неполносвязный механизм"). Каждая биомеханическая пара многоосного сустава заключает в себе возможности многих механизмов (А. А. Ухтомский). Из множества возможностей при помощи управляющих воздействий мышц выделяют заданное управляемое движение. Биокинематические соединения богаче возможностями, чем кинематические соединения в технических механизмах, но управление ими сложнее. Следовательно, множество степеней свободы кинематической пары в многоосных суставах требует для выполнения каждого определенного движения: а) выбора необходимой траектории, б) управления движением по траектории (направлением и величиной скорости) и в) регуляции движения, понимаемой как борьба с помехами, сбивающими с траектории.

 

15.Звенья тела как рычаги .Кости как твердые (негибкие) звенья, соединяясь подвижно, образуют основу биокинематических цепей. Рычаги в биокинематических цепях.Костные рычаги – звенья тела, подвижно соединенные в суставах под действием приложенных сил, – могут либо сохранять свое положение, либо изменять его. Они служат для передачи движения и работы на расстояние. Все силы, приложенные к звену как рычагу, можно объединить в две группы: а) силы или их составляющие, лежащие в плоскости оси рычага (они не могут повлиять на движение вокруг этой оси) и б) силы или их составляющие, лежащие в плоскости, перпендикулярной к оси рычага (они могут влиять на движение вокруг оси в двух противоположных направлениях). Рассматривая действие сил на рычаг, учитывают только силы, направленные по ходу движения (движущие) и против него (тормозящие). Когда группы сил приложены по обе стороны от оси (точки опоры) рычага, его называют д в у п л е ч и м или рычагом первого рода, а когда по одну сторону – о д н о п л е ч и м, или рычагом второго рода. Для разных мышц, прикрепленных в разных местах костного звена, рычаг может быть разного рода. Каждый рычаг имеет следующие элементы: а) точку опоры, б) точки приложения сил, в) плечи рычага (расстояния от точки опоры до точек приложения сил) и г) плечи сил (расстояния от точки опоры до линий действия сил – опущенные на них перпендикуляры ).Условия равновесия и ускорения костных рычагов.

Сохранение положения и движения звена как рычага зависит от соотношения противоположно действующих моментов сил.Когда противоположные относительно оси сустава моменты сил равны, звено либо сохраняет свое положение, либо продолжает движение с прежней скоростью (моменты сил уравновешены). Если же один из моментов сил больше другого, звено получает ускорение в направлении его действия. Момент движущих сил, п р е о б л а д а я над моментом тормозящих сил, придает звену положительное ускорение (в сторону движения). Момент тормозящих сил, если он преобладает, придает звену отрицательное ускорение, вызывает торможение звена. В реальных движениях моменты этих двух групп сил редко бывают равны, и поэтому движения обычно либо ускоренные (положительное ускорение, разгон звена), либо замедленные (отрицательное ускорение, торможение звена).

Для сохранения положения звена в суставе, естественно, необходимо равенство моментов сил. При всех движениях угол между направлением равнодействующей группы сил и звеном изменяется. Плечо рычага – расстояние от точки опоры рычага до места приложения силы – остается неизменным. Но плечо силы изменяется. Изменяется обычно и сама сила мышечной тяги. Следовательно, момент силы тяги мышц не остаётся постоянным. Всё это создаёт большие трудности для управления движениями, но вместе с тем обусловливает и широкие возможности изменения движения. Когда сила приложена к рычагу под углом, отличающимся от прямого, ее можно разложить на т а н г е н ц и а л ь н у ю составляющую (касательную к траектории, точек рычага и нормальную (перпендикулярную к направлению движения). Тангенциальная составляющая влияет на скорость движения рычага, поэтому ее называют в р а щ а ю щ е й (или явной). Нормальная составляющая (направленная вдоль рычага) с точки зрения механики никакого эффекта на звено прямо не производит. Однако она прижимает суставные поверхности костей друг к другу и этим укрепляет сустав; отсюда ее название – у к р е п л я ю щ а я (или скрытая). Различают две основные причины проигрыша в силе: прикрепление мышцы вблизи сустава и тяга мышцы вдоль кости под острым или тупым углом. Можно указать еще и на третью причину некоторых потерь в силе мышц. При больших нагрузках напрягаются все мышцы, окружающие сустав. Мышцы-антагонисты, создавая моменты сил, которые направлены противоположно друг другу, полезной работы не производят, а энергию на напряжение затрачивают. Но в конечном счете в этом есть определенный смысл, хотя и происходят потери энергии: сустав во время больших нагрузок укрепляется благодаря напряжению мышц, которые его окружают.

 

19.Строение биомеханической системы.Самой характерной чертой строения биомеханической системы считается его переменный характер. И число движущихся звеньев, и степени свободы движений, и состав мышечных групп, и их взаимодействия переменны.

Свойства биомеханической системы. Биомеханическая система характеризуется процессами двигательной деятельности, ее энергообеспечения и управления двигательными действиями. Свойства биомеханической системы позволяют регулировать подвод и расход энергии и управлять движениями в переменных условиях при смене двигательных задач. При движениях в биомеханической системе происходят деформации: а) позная - перемена позы как взаимного расположения звеньев под действием внутренних и внешних сил; б) мышечная - изменение длины и поперечника мышц при их сокращении и растягивании, напряжении и расслаблении (изменения сократительных и упругих элементов при возбуждении и нагрузках); в) внутренняя - смещение мягких и жидких тканей при ускорениях, что вызывает появление внутренних сил инерции и трения. Позная деформация и есть те движения, которые необходимы для решения двигательной задачи. На работу по перемещению звеньев тела энергия затрачивается эффективно. Биомеханические системы являются открытыми системами, которые обмениваются энергией с окружающей средой, получая механическую энергию благодаря приложению внешних сил, а также в результате превращения в мышцах внутренней химической энергии в механическую. Приспособительная активность в переменных условиях обусловливает эффективность движений благодаря соответствию нервных импульсов из ЦНС внешнему окружению, начальным условиям движений (тяге мышц, положению и скорости звена), состоянию организма и двигательной задаче.

При различных начальных положениях и скорости звена даже одно и то же изменение скорости под действием сил (ускорение) обусловит различия в движениях - либо ускорит их, либо замедлит, по-разному изменит их направление.

Т.о., для соответствия движения двигательной задаче необходимо управлять им с учётом всех условий (внешних и внутренних), что возможно благодаря приспособительной активности нервной системы. Связи между нервным импульсом, силой тяги мышцы и движением звена н е о д н о з н а ч н ы и зависят от множества факторов (Н. А. Бернштейн).

 

16.Механические свойства костей и суставов.Механические свойства костей определяются их разнообразными функциями; кроме двигательной, они выполняют защитную и опорную функции. Так кости черепа и грудной клетки защищают внутренние органы, а кости позвоночника и конечностей выполняют опорную функцию.Выделяют 4 вида механического воздействия на кость: растяжение, сжатие, изгиб и кручение.Установлено, что прочность кости на растяжение почти равна прочности чугуна. При сжатии прочность костей еще выше. Самая массивная кость – большеберцовая (основная кость бедра) выдерживает силу сжатия в 16-18 кН.Менее прочны кости на изгиб и кручение. Однако регулярные тренировки приводят к гипертрофии костей. Так, у штангистов утолщаются кости ног и позвоночника, у теннисистов – кости предплечья и т.п.

Механические свойства суставов зависят от их строения. Суставная поверхность смачивается синовиальной жидкостью, которую хранит суставная сумка. Синовиальная жидкость обеспечивает уменьшение трения в суставе примерно в 20 раз. При этом при снижении нагрузки на сустав жидкость поглощается губчатыми образованиями сустава, а при увеличении нагрузки она выжимается для смачивания поверхности сустава и уменьшения коэффициента трения.

Прочность суставов, как и прочность костей, небеспредельна. Так, давление в суставном хряще не должно превышать 350 Н/см2. При более высоком давлении прекращается смазка суставного хряща и увеличивается опасность его механического стирания.

 

 

17. Биомеханические свойства мышц.Двигательная деятельность человека происходит при помощи мышечной ткани, обладающей сократительными структурами. Работа мышц осуществляется благодаря сокращению миофибрилл, которые находятся в мышечных клетках. Работа мышц осуществляется посредством их присоединения к скелету при помощи сухожилий.

К биомеханическим свойствам мышц относят сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксацию.Сократимость – это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы и возникает сила тяги.Упругость мышцы состоит в ее способности восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы. Существование упругих свойств объясняется тем, что при растяжении в мышце возникает энергия упругой деформации. При этом мышцу можно сравнить с пружиной: чем сильнее растянута пружина, тем большая энергия в ней запасена. Это явление широко используется в спорте. Например, в хлесте предварительно растягиваются и параллельный, и последовательный упругий компонент мышц, чем накапливается энергия. Жесткость – это способность противодействовать прикладываемым силам. Коэффициент жесткости определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы: Кж=DF/Dl (Н/м).Величина, обратная жесткости, называется податливостью мышцы. Коэффициент податливости: Кп=Dl /DF (м/Н) – показывает, насколько удлинится мышца при изменении внешней силы. Например, податливость сгибателя предплечья близка к 1 мм/Н.Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Сила, при которой происходит разрыв мышцы составляет от 0.1 до 0.3 Н/мм2. Предел прочности сухожилий на два порядка величины больше и составляет 50 Н/мм2. Однако, при очень быстрых движениях возможен разрыв более прочного сухожилия, а мышца остается целой, успев самортизировать.

Релаксация– свойство мышца, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы. Релаксация проявляется, например, при прыжке вверх, если во время глубокого приседа спортсмен делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила отталкивания и высота выпрыгивания меньше. Существует два вида группового взаимодействия мышц: синергизм и антагонизм. Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, при сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плече-лучевая мышцы и т.д. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия. Мышцы-антагонисты имеют, наоборот, разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая – уступающую. Существованием мышц-антагонистов обеспечивается: высокая точность двигательных действий; снижение травматизма.

 

21. Биомеханические характеристики тела человека и его движений.Исследуя движения человека, измеряют количественные показатели механического состояния и двигательной функции его тела и самих движений. Иначе говоря, регистрируют биомеханические характеристики тела (размеры, пропорции, распределение масс, подвижность в суставах и др.) и движений всего тела и его частей (звеньев). Биомеханические характеристики – это меры механического состояния биосистемы и его изменения (поведения). Механическое состояние и поведение биосистемы отличаются переменным характером. Биомеханические характеристики описывают тело человека как объект механического движения. Количественные характеристики измеряются, или вычисляются; они имеют численное значение и выражают связи одной меры с другой (скорость – пример связи пройденного пути со временем, затраченным на него). Изучая количественные характеристики, дают определение (что это такое) и устанавливают способ измерения (чем измеряется). Качественные характеристики описываются обычно словесно, без точной количественной меры (например, напряженно, свободно, плавно, рывком).

 

 

22.Системы отсчета расстояния и времени.Движения человека и спортивных снарядов можно измерить только сравнивая их положения с положением выбранного для сравнения тела (тело отсчета), т. е. все движения рассматриваются как относительные. Системы отсчета расстояния.Система отсчета (расстояния) – условно выбранное твердое тело, по отношению к которому определяют положение других тел в разные моменты времени. В мире не существует абсолютно неподвижных тел, все тела движутся, Но одни из них движутся так, что изменения их скорости (ускорения) несущественны для решения данной задачи и ими можно пренебречь, – это инерциальные системы отсчета. Такие тела – Земля и. тела, связанные с нею неподвижно (дорожка, лыжня, гимнастический снаряд). Другие тела движутся с ускорениями, которые существенно влияют на решение данной задачи, – это неинерциальные системы отсчета (скользящая лыжа, раскачивающиеся кольца). С телом отсчета связывают начало и направление измерения расстояния и устанавливают единицы отсчета. Для точного определения спортивного результата правила соревнований предусматривают, по какой точке (пункт отсчета) ведется отсчет (по уровню лыжных креплений, по выступающей точке грудной клетки спринтера, по заднему краю следа приземляющегося прыгуна и т. п.). Устанавливают единицы измерения расстояния – линейные и угловые. В международной системе единиц (СИ) принята основная линейная единица - метр. Из угловых единиц применяются: а) градус, минута, секунда - при измерении углов; б) оборот - при приближённом подсчёте поворотов вокруг оси; в) радиан ( для расчётов по формулам ) - угол между двумя радиусами круга, вырезающими на окружности дугу, равную по длине радиусу ( радиан= 57*17 44`,8"; 1*= 0,01745 рад. ). Системы отсчета времени.В систему отсчета времени входят определенное начало и единицы отсчета. За начало отсчета времени принимают: а) полночь – во всех учреждениях, на транспорте, на предприятиях связи и т. п.; б) полночь и полдень – в обычных житейских условиях и а) судейское время ("секундомеры на ноль") – в условиях соревнований. В биомеханике за начало отсчета времени обычно принимается либо момент начала всего движения или его части, либо момент начала наблюдения за движением. В течение одного наблюдения пользуются только одной системой отсчета времени. За единицу отсчета времени принимают секунду (с; 60 с= 1мин; 60 мин = 1 час), а также доли секунды – десятая, сотая, тысячная (миллисекунда). Направление течения времени в действительности – от прошлого к будущему. Исследуя движение, можно отсчитывать время и в обратном направлении – к прошлому (за 0,02 с до удара; 0,05 с до отрыва ноги от опоры и т. д.).

 

 

23.Пространственные характеристики.Пространственные характеристики позволяют определять положения, например исходное для движения и конечное (по координатам), и движения (по траекториям). Движения человека можно изучать рассматривая его тело (в зависимости от поставленных задач) как материальную точку, как одно твердое тело или как систему тел. Тело человека рассматривают как материальную точку, когда перемещение тела намного больше, чем его размеры (если не исследуют движения частей тела и его вращение). Тело человека приравнивают к твёрдому телу, когда можно не принимать во внимание взаимные перемещения его звеньев и деформации тканей, когда важно учитывать лишь его размеры, расположение в пространстве и ориентацию (в частности, при изучении условий равновесия, вращения тела в постоянной позе). Тело человека изучают как систему тел, когда важны ещё и особенности движений звеньев тела, влияющие на выполнение двигательного действия. Поэтому, определяя основные пространственные характеристики движений человека (координаты и траектории), заранее уточняют, к какому материальному объекту (точке, телу, системе тел) приравнивают в данном случае тело человека.

 

24.Временные характеристики.Временные характеристики раскрывают движение во времени: когда оно началось и закончилось (момент времени), как долго длилось (длительность движения), как часто выполнялось движение (темп), как они были построены во времени (ритм). Вместе с пространственно-временными характеристиками они определяют характер движений человека. Определяя, где была точка в пространстве, необходимо определить, когда она там была. Момент времени.Момент времени – это временная мера положения точки тела и системы. Момент времени определяют промежутком времени до него от начала отсчета: Момент времени определяют не только для начала и окончания движения, но и для других важных мгновенных положений. В первую очередь это моменты существенного изменения движения: заканчивается одна часть (фаза) движения и начинается следующая (например, отрыв стопы от опоры в беге – это момент окончания фазы отталкивания и начала фазы полета). По моментам времени определяют длительность движения.Длительность движения.Длительность движения – это его временная мера, которая измеряется разностью моментов времени окончания и начала движения: Длительность движения представляет собой промежуток времени между двумя ограничивающими его моментами времени. Сами моменты (как границы между двумя смежными промежутками времени) длительности не имеют. Ясно, что, измеряя длительность, пользуются одной и той же системой отсчета времени. Узнав расстояние, пройденное точкой, и длительность ее движения, можно определить ее скорость. Зная длительность движений, определяют также их темп и ритм.

Темп движений.Темп движений – это временная мера их повторности. Он измеряется количеством движений, повторяющихся в единицу времени (частота движений): Темп – величина, обратная длительности движений. Чем больше длительность каждого движения, тем меньше темп, и наоборот. В повторяющихся (циклических) движениях темп может служить показателем совершенства техники. Например, частота движений у лыжников, пловцов, гребцов высокой квалификации (при более высокой скорости передвижения) больше, чем у менее подготовленных. Известно, что с утомлением темп движений изменяется: он может повышаться (например, при укорочении шагов в беге) или понижаться (например, пои неспособности поддерживать его в лыжном ходе). Ритм движений.Ритм движений (временной) – это временная мера соотношения частей движений. Он определяется по соотношению длительности частей движения: Ритм движений характеризует, например, отношение времени опоры к времени полета в беге или времени амортизации (сгибания колена) к времени отталкивания (выпрямления ноги) при опоре. Примером соотношения длительности и частей движения может служить ритм скользящего шага на лыжах (соотношение длительности пяти фаз шага). С изменением темпа шагов изменяется и их ритм Кроме временных можно определить еще пространственные показатели ритма (например, отношение длины выпада в шаге на лыжах к длине скольжения). Чтобы определить ритм (временной), выделяют фазы, которые различаются по задаче движения, по его направлению, скорости, ускорению и другим характеристикам. Ритм отражает прилагаемые усилия, зависит от их величины, времени приложения и других особенностей движений. Поэтому по ритму движений можно в известной мере судить об их совершенстве. В ритме особенно важны акценты – большие усилия и ускорения – их размещение во времени. При овладении упражнениями иногда лучше сначала задать ритм, чем подробно описывать детали движений; это помогает быстрее понять особенности изучаемого упражнения, его построение во времени.

 

 

25.Пространственно - временные характеристики.По пространственно-временным характеристикам определяют, как изменяются положения и движения человека во времени, как быстро человек изменяет свои положения (скорость) и движения (ускорение). Скорость точки и тела.Скорость точки – это пространственно - временная мера движения точки (быстроты изменения ее положения). Скорость равна первой производной по времени от расстояния в рассматриваемой системе отсчета: Скорость точки определяется по изменению ее координат во времени. Скорость – величина векторная, она характеризует быстроту движения и его направление. Мгновенная скорость – это скорость в данный момент времени или в данной точке траектории, как бы скорость равномерного движения на очень малом участке траектории около данной точки траектории. Мгновенную скорость можно себе представить как такую, которую сохранило бы тело с того момента, когда все силы перестали на него действовать. Средняя скорость– это такая скорость, с которой точка в равномерном движении за то же время прошла бы весь рассматриваемый путь. Средняя скорость позволяет сравнивать неравномерные движения.

Скорость тела определяют по скорости его точек. При поступательном движении тела линейные скорости всех его точек одинаковы по величине и направлению. При вращательном движении определяют угловую скорость тела как меру быстроты изменения его углового положения. Она равна по величине первой производной по времени от углового перемещения:

Чем больше расстояние от точки тела до оси вращения (т. е. чем больше радиус), тем больше линейная скорость точки. Скорость вращательного движения твердого тела (в радианах) равна отношению линейной скорости каждой точки к ее радиусу (при постоянной оси вращения). Скорость системы тел, изменяющей свою конфигурацию, нельзя определить таким же образом, как угловую скорость твердого тела. В этом случае определяют линейную скорость ОЦМ системы. Часто определяют линейные скорости точек звеньев тела (проекций осей суставов на поверхность тела). Кроме того, при изменениях позы определяют угловые скорости звеньев тела относительно суставных осей; эти скорости обычно изменяются по ходу движения. Для биомеханического обоснования техники нужно в каждом случае выбрать, какие скорости каких звеньев и точек следует определить. Ускорение точки и тела. Ускорение точки – это пространственно-временная мера изменения движения точки (быстрота изменения движения – по величине и направлению скорости). Ускорение точки равно первой производной по времени от скорости этой точки в рассматриваемой системе отсчета: Ускорение точки определяется по изменению ее скорости во времени. Ускорение – величина векторная, характеризующая быстроту изменения скорости по ее величине и направлению в данный момент (мгновенное ускорение). Различают ускорение тела линейное (в поступательном движении) и угловое (во вращательном движении). Отношение линейного ускорения каждой точки вращающегося тела к ее радиусу равно угловому ускорению в радианах в секунду в квадрате. Оно одинаково для всех точек вращающегося тела, кроме лежащих на оси. Значит, линейное ускорение любой точки вращающегося тела равно по величине его угловому ускорению, умноженному на радиус вращения этой точки. Ускорение системы тел, изменяющей свою конфигурацию, определяется еще сложнее, чем скорость. Ускорение служит хорошим показателем качества приложенных усилий.

 

26.Инерционные характеристики.Свойство инертности тел раскрывается в первом законе Ньютона: "Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока внешние приложенные силы не изменят это состояние". Иначе говоря, всякое тело сохраняет скорость, пока ее не изменят силы. Понятие об инертности.Инертность – свойство физических тел, проявляющееся в постепенном изменении скорости с течением времени под действием сил. Масса тела– это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорению. Измерение массы тела здесь основано на втором законе Ньютона: "Изменение движения прямо пропорционально извне действующей силе и происходит по тому направлению, по которому эта сила приложена". Масса тела зависит от количества вещества тела и характеризует его свойство – как именно приложенная сила может изменить его движение. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой. Момент инерции тела – это мера инертности тела при вращательном движении. Момент инерции тела относительно оси равен сумме произведений масс всех материальных точек тела на квадраты их расстояний от данной оси:

Радиус инерции тела – это сравнительная мера инертности данного тела относительно его разных осей. Он измеряется корнем квадратным из отношения момента инерции (относительно данной оси) к массе тела. Найдя опытным путём момент инерции тела, можно рассчитать радиус инерции, величина которого характеризует распределение материальных точек в теле относительно данной оси. Если мысленно расположить все материальные точки тела на одинаковых расстояниях от оси, получится полый цилиндр. Радиус такого цилиндра, момент инерции которого равен моменту инерции изучаемого тела, равен радиусу инерции. Он позволяет сравнивать различные распределения масс тела относительно разных осей вращения. Это удобно, когда рассматривают инертность одного тела относительно разных осей.

 

27.Силовые характеристики.Сила – это мера механического действия одного тела на другое. Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой:

Измерение силы, так же как и массы, основано на втором законе Ньютона. Сила, приложенная к данному телу, вызывает его ускорение. Источником силы служит другое тело; следовательно, взаимодействуют два тела. Таким образом, имеется "действие" второго тела на первое и "противодействие" первого тела, приложенное ко второму. Поскольку действие и противодействие приложены к разным телам, их нельзя складывать, заменять равнодействующей. По третьему закону Ньютона – "Действию всегда существует равное и противоположно направленное противодействие" – действия двух тел друг на друга всегда равны и противоположны по направлению. Надо отчетливо понимать, что этот закон справедлив только для инерциальных систем отсчета. При применении неинерциальных систем отсчета помимо взаимодействия тел учитывают еще "фиктивные" силы инерции. Момент силы – это мера вращающего действия силы на тело; он определяется произведением модуля силы на ее плечо: Момент силы считают положительным, когда сила вызывает поворот тела против часовой стрелки, и отрицательным при повороте тела по часовой стрелке (со стороны наблюдателя). Если сила лежит не в плоскости, перпендикулярной к оси, находят составляющую силы, лежащую в этой плоскости; она и вызывает момент силы относительно оси. Плечо силы – кратчайшее расстояние от центра момента, относительно которого берётся момент силы, до линии действия силы. Определение силы или момента силы, если известна масса или момент инерции, позволяет узнать только ускорение, т. е. как быстро изменяется скорость. Надо еще