Зависимость сила – скорость сокращения мышц
Из анализа уравнения мышечной динамики Хилла следует, что скорость движения зависит от абсолютной силы мышц, из-меряемой в изометрических условиях. Подтверждение этому не-трудно найти и в известных физических постулатах, из которых следует, что в общем случае скорость (V) прямо пропорциональ-на силе (F) и времени ее действия (t) и обратно пропорциональ-на массе тела (m), т.e. V = Ftm . Физический смысл этого выражения очевиден: чтобы увеличить скорость тела, необходимо увеличить значение и длительность действия прикладываемой к нему силы или уменьшить массу тела. Однако практически не все из пере-численных возможностей осуществимы в условиях движения че-ловека. Спортсмен не может уменьшить массу своего тела* или стандартного спортивного снаряда и увеличить время движения. Первое очевидно, а второе объясняется ограниченностью рабочей амплитуды движения. Точнее говоря, единственная возможность увеличить время движения по ограниченной амплитуде заклю-чается в снижении его скорости, что неразумно. Следовательно, остается только одно – увеличение силы мышц.
Это достаточно хорошо известно в практике и подтверждено
в эксперименте. Действительно, по мере увеличения силы мышц скорость движения возрастает (I. Kusinitz, С. Кеспеу, 1958; D. Clarke, F. Henry, 1961; A. Hunold, 1961). Казалось бы, вопрос до-статочно ясен. Однако существуют факты, вносящие некоторые сомнения в итоги этого логического рассуждения. Оказывается, если в практике, в условиях естественной тренировки, нетруд-но увидеть однонаправленность сдвигов в силе мышц и скоро-сти выполняемого ими движения, то лабораторный эксперимент обнаруживает довольно умеренную связь между этими сдви-гами (D. Clarke, F. Henry, 1961). Установлено, что абсолютное
* Во вращательных движениях возможно уменьшение момента инерции тела или системы его звеньев.
– 98 –
| значение скорости неотягощенного движения и относительная | ||
| сила не коррелируют существенно между собой (Ph. Rach, 1956; | ||
| F. Henry, 1960; F. Henry, I. Whitley, 1960). Но с увеличением | ||
| веса преодолеваемого отягощения роль силы возрастает. На- | ||
| пример, если при сгибании локтевого сустава скорость подни- | ||
| мания груза весом 13% от максимума зависит от силы на 39%, | ||
| то при поднимании груза весом | ||
| 51% от максимума – уже на 71% | ||
| (Н.А. Масальгин, 1966). Таким об- | ||
| разом, степень корреляции между | ||
| силой мышц и скоростью движения | ||
| увеличивается с ростом отягощения | ||
| (рис. 41). Но в этом случае сила при- | ||
| кладывается к покоящемуся грузу. | ||
| В других условиях рассмотренная | Рис. 41. Изменение | |
| зависимость может быть иной, на- | степени корреляции (r) между | |
| пример, если движение выполняется | скоростью движения | |
| после предварительной остановки | и величиной отягощения. | |
| Груз выражен в процентах | ||
| движущегося груза и отталкивания | ||
| от максимальной силы | ||
| его затем в противоположном на- | ||
| (по Н.А. Масальгину, 1966) | ||
| правлении. Здесь с увеличением ки- | ||
| нетической энергии предваритель- | ||
| ного движения груза корреляция | ||
| между силой мышц и скоростью дви- | ||
| жения может остаться относительно | ||
| постоянной или даже уменьшиться | ||
| (рис. 42). | ||
| Помимо веса отягощения и режи- | ||
| ма работы мышц связь между силой | ||
| и скоростью движения определяют | ||
| еще и качественные различия в спо- | ||
| собности человека к силовым про- | ||
| явлениям. Важной характеристикой | Рис. 42. Изменение | |
| зависимости сила – скорость явля- | степени корреляции (r) между | |
| ется величина отношения динами- | скоростью движения | |
| при выталкивании груза весом | ||
| ческой константы а к максимальной | ||
| 2 и 8 кг и максимальной | ||
| изометрической силе Р0 (A. Hill, | ||
| изометрической силой мышц | ||
| 1938; Н. Ralston а. о., 1949; D. Wilkie, | в зависимости от высоты | |
| 1950). Если нагрузка и скорость вы- | предварительного падения | |
| ражены в долях максимальной изо- | груза | |
| – 99 – |
метрической силы Р0 и максимальной скорости сокращения без нагрузки V0, то отношение а/Р0 полностью определяет характер кривой нагрузка – скорость. С возрастанием этого отношения кривизна уменьшается и, наоборот, с уменьшением его увеличи-вается. Исследования Н.А. Масальгина показали, что величина отношения а/Р0 в значительной мере обусловлена особенностями вида спорта.
Систематические занятия тем или иным видом мышечной деятельности способствуют формированию определенного соот-ношения между силой и скоростью мышечного сокращения. Еще Хилл (1950), обсуждая разброс значений константы скорости (b), объяснял это различиями в скорости движений у разных жи-вотных и отмечал различную форму кривой нагрузка – скорость
у спортсменов, бегающих на короткие и на длинные дистанции. Итак, совершенно очевидно, что абсолютная сила мышц яв-
ляется главным фактором, обусловливающим скорость движе-ния, но определяющая роль силы неодинакова для разных усло-вий двигательной деятельности и при поднимании разных по весу грузов. Остается, однако, невыясненным, почему абсолют-ная сила не коррелирует с быстротой движений, но вместе с тем
в условиях естественной тренировки приросту силы соответству-ет прирост быстроты. В чем же причина такого парадокса, выяв-ление которого грозит возможностью усомниться в объективно-сти упомянутых исследований? Однако последние уже довольно многочисленны и достаточно авторитетны. Значит, остается пред-положить, что среди средств тренировки, и в том числе развиваю-щих силу мышц, есть «что-то», положительно влияющее на бы-строту их деятельности. Иными словами, в процессе тренировки это «что-то» затрагивает какие-то специфические нейромоторные механизмы, ответственные за быстроту тренируемого движения. В связи с этим следует сказать, что зависимость сила – скорость дает основания для повторения сделанного ранее вывода, а имен-но: выбирая средства силовой подготовки, спортсмен должен со-вершенно четко представлять себе, каковы условия и специфика проявления силы в том движении или спортивном упражнении, ради которого развивается сила.
Зависимость сила – поза
Среди условий, влияющих на величину проявляемой силы, существенное значение имеет относительное расположение рабо-чих звеньев тела, т.е. поза человека. С движением рабочего звена
– 100 –
меняются угол в суставе, а следовательно, длина обслуживающих данное сочленение мышц и угол подхода их к месту прикрепле-ния на кости. При этом увеличиваются или уменьшаются плечо
и момент силы мышц, что, в свою очередь, изменяет механиче-ские условия их работы, которые могут быть выгодными, когда силовой потенциал мышц используется полностью, и невыгодны-ми, когда максимальное напряжение мышц используется только частично.
Изменение силы в зависимости от позы может быть связано
и с изменением функции мышцы. Например, гребешковая мыш-ца при разгибании в тазобедренном суставе производит поворот бедра кнаружи, а при сгибании – внутрь (Н. Ваеуег, 1922). При-водящая мышца бедра в зависимости от его положения может вы-полнять функцию сгибателя или разгибателя (М.Ф. Иваницкий, 1956; Д.Д. Донской, 1960). При исследовании вклада приводящей группы мышц в величину внешней силы, развиваемой при сги-бании и разгибании бедра, было установлено, что теснота связи между силой приводящей группы мышц (измеренной в положе-нии отведения бедра на 30º относительно вертикальной оси тела)
и силой сгибания и разгибания бедра имеет наибольшие значения при крайних положениях последнего. При сгибании (угол 210º) корреляция равна 0,92 и уменьшается затем до 0,41 (угол 90º); при разгибании, наоборот, при угле 90º ее значение составляет 0,86, а при угле 210º – 0,32.
В отдельных случаях незначительное изменение положения звена может привести к существенным изменениям в силе. Так, пронация плеча вызывает падение силы при сгибании локтевого сустава примерно на 1/3 (Ph. Rasch, 1956; К. Wells, 1960; В. Tricker, 1967). При подъеме штанги незначительное сгибание рук сни-жает подъемную силу на 40%, согнутое положение туловища – на 13,3%, наклон головы – в среднем на 9% (Л.П. Соколов, 1967).
Максимум силы, проявленный в рабочей точке системы зве-ньев при одновременной работе групп мышц, обслуживающих разные суставы, во многом зависит от положения системы отно-сительно проксимального сустава. Например, сила, развиваемая при сгибании или разгибании коленного сустава, определяется положением тела в тазобедренном суставе (Н. Clarke а. о., 1950; S. Houtz а. о., 1957; G. Lehman, 1962). Так, максимальная величи-на усилий мышц ног при разгибании бедра и голени в положении сидя была обнаружена тогда, когда голень находилась по отноше-
– 101 –
нию к бедру под углом 160º. Однако при жиме ногами в положе-нии лежа не было обнаружено значительных различий в прояв-ляемой силе при углах в диапазоне 100–140º (F. Lindeburg, 1964). При тяге руками в положении сидя (поза гребца) сила возрастает на 10–12%, если туловище отведено назад от вертикали на 20–25º (В.Ф. Дорофеев, 1965).
Таким образом, если спортсмен хочет «вложить» в движе-ние всю свою силу, ему необходимо считаться с анатомическим устройством двигательного аппарата и позаботиться о том, чтобы поза в ответственный момент движения обеспечивала условия, при которых мышцы способны развить максимум внешней силы.