Развитие биомеханики как науки. Направления и методы исследования.
Развитие биомеханики как науки. Направления и методы исследования.
1.Биомеханика — одна из самых старых ветвей биологии. Ее истоками были работы Аристотеля и Галена, посвященные анализу движений животных и человека.
2.Леонардо да Винчи (1452—1519) — биомеханика сделала свой следующий шаг. Он описал механику тела при переходе из положения сидя к положению стоя, при ходьбе вверх и вниз, при прыжках и, по-видимому, впервые дал описание походок.
3.Р. Декарт (1596—1650) создал основу рефлекторной теории, показав, что причиной движений может быть конкретный фактор внешней среды, воздействующий на органы чувств.
4.Д. Борелли (1608—1679- он положил начало биомеханике как отрасли науки. Он рассматривал организм человека как машину.
Биологическая механика как наука о механическом движении в биологических системах использует в качестве методического аппарата принципы механики.
Механика человека есть новый раздел механики, изучающий целенаправленные движения человека.
Биомеханика — это раздел биологии, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления (при движении, дыхании и т. д.).
5.Первые шаги в подробном изучении биомеханики движений были сделаны лишь в конце XIX столетия немецкими учеными Брауном и Фишером( регестрация движений)
6.П.Ф. Лесгафтом (1837—1909) создана биомеханика физических упражнений
Идеи Н.М. Сеченова о рефлекторной природе управления движениями путем использования чувствительных сигналов.
· Направления: механическое(леонардо да винчи,галилей,барелли)-описательный характер движений.функционально-анатомическое(лесгафт,сеченов,иванецкий)-опис-ный х-р движ. в суставах,работа мышц и геометрия суставов.физиологическое(павлов,сеченов,анохин,ухтомский)-в основе идеи иннервизма.системно-структурный(анохин данской)- характеризуется изучением состава и структуры систем как в двигательном аппарате, так и в его функциях.
· Методы:оптические методы(фотосъемка киносъемка),механо-электрические(ттензодинамография,аксиометрия),оптико-электронные(лазерное,фотодиодное),физиологические,механо-математического моделирования. Динамометрия(для оценки силовых способностей спортсмена), Акселерометрия – биомеханический метод регистрации ускорений движения тела, Электромиография – способ регистрации и анализа биоэлектрической активности мышц.
Потенциальная и кинетическая энергия поступательного и вращательного движения.
кинетическая энергия поступательного движ: 
 |
| ||||
 |
| ||||
 |
|
Режимы сокращения мышц.
1.Преодолевающий режим(миометрический)-сила сокращения мышц сильнее внеш.сопротив. динамич. работа
2.уступающая работа(плиометрический режим)-сила сокр. м. меньше внеш.сопр. динамич.работа
3.удерживающая работа(изометрический режим)-сила сокращ м. равна внеш. Сопр. Статич.работа
Прямая задача динамики. Исходные данные. Используемые инструментальные и матаматические методы.
Дина́мика сила) — раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения. Динамика оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, энергия. Прямая задача динамики: по заданным силам определить характер движения тела.
Аппаратура для опр. динамх-к:тензодатчики(регистр.усилий);тензоплатформа,акселометр-силы действ.на спротсм.
Режимы сокращения мышц.
Мышцы, прикрепленные сухожилиями к костям, функционируют в изометрическом и анизометрическом режимах
При изометрическом (удерживающем) режиме длина мышцы не изменяется
При анизометрическом сокращении мышца укорачивается или удлиняется. В анизометрическом режиме функционируют мышцы бегуна, пловца, велосипедиста и т. д. В преодолевающем режиме мышца укорачивается в результате сокращения. А в уступающем режиме мышца растягивается внешней силой.
Двигательные качества.
К двигательным качествам обычно относят силу, быстроту, выносливость, координацию, гибкость, прыгучесть и т.п. Высокое развитие двигательных возможностей является непременным условием успешной технической и тактической подготовки, наличия морально-волевых качеств у спортсменов.
К таким двигательным качествам в первую очередь относятся сила, быстрота и выносливость.
Обратная задача динамики. Исходные данные.используемые инструменты и математические методы.
Обратная задача динамики: по заданным силам определить характер движения тела.
Определение градиентов сил.
Скорость нарастания силы – градиент силы
Силы инерции.
В точных науках сила инерции обычно представляет собой понятие, привлекаемое в целях удобства при рассмотрении движения материальных тел внеинерциальной системе отсчёта Частными случаями такой силы инерции являются центробежная сила и сила Кориолиса. Кроме того, силу инерции применяют для формальной возможности записывать уравнения динамики как более простые уравнения статики (кинетостатика, основанная на принципе Д’Аламбера)
· реальные силы — это силы, с которыми одно тело непосредственно действует на другое (контактные силы) или силы взаимодействия тела с полями, а фиктивные — те, для которых источник силы указать невозможно
· реальные силы — это силы, которые совершают работу, а фиктивные — те, которые работы не совершают
· в некоторых источниках реальные и фиктивные силы употребляются только в контексте принципа д’Аламбера, при этом реальными называются приложенные силы и силы реакции опор, а фиктивными — силы инерции
Момент и радиус инерции.
Момент инерции фигуры относительно координатной оси может быть представлен в виде произведения площади фигуры на квадрат радиуса инерции:
Ввели в рассмотрение еще две геометрические характеристики: радиусы инерциипоперечного сечения относительно осей x и y, соответственно. Формула радиуса инерции имеет вид:
Свойства мышц.
Двигательная деятельность человека происходит при помощи мышечной ткани, обладающей сократительными структурами. Работа мышц осуществляется благодаря сокращению (укорачиванию с утолщением) 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
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).
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.
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.
Освоенность техники.
Техническое действие может быть освоено (заучено, закреплено) спортсменами в разной степени. Освоенность движения — относительно самостоятельная характеристика технического мастерства, не зависящая от эффективности техники. Освоенность техники – самостоятельная характеристика технического мастерства, не зависящая от эффективности. Она определяется стабильностью, устойчивостью, вариативностью и автоматизированностью выполнения технических приемов.Высокая стабильность техники является результатом освоенности и характеризуется стабильным выполнением движений в стандартных условиях с незначительным отклонением некоторых характеристик.Устойчивость (надежность) техники, определяется степенью снижения ее эффективности под влиянием действия различных сбивающих факторов (состояние спортсмена, близость противника, внешние условия и др.).Автоматизированность технического приема – это навык рационального выполнения приема без концентрации сознания на процессе выполнения (сознание переключается при этом на решение других задач, в том числе тактических).Вариативность как категория технического мастерства определяется способностью гандболиста рационально варьировать различными техническими приемами и их разновидностями в соответствии с внезапно меняющимися игровыми ситуациями.
Сравнительная эффективность
В этом случае за образец берется техника спортсменов высокой квалификации. Те признаки техники, которые закономерно отличаются у спортсменов разной квалификации (т. е. изменяются с ростом спортивного мастерства), называются дискриминативными 1 признаками. Такие признаки эффективности техники используют в качестве основных показателей лишь тогда, когда техника движений очень сложна и на основе биомеханического анализа не удается определить ее наиболее рациональный вариант. В других случаях дискриминативные признаки дополняют показатели абсолютной эффективности, очень часто совпадая с ними.
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 ( t ) определяют промежутком времени до него от начала отсчета: [ t ] = Т.
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 — это его временная мера, которая измеряется разностью моментов времени окончания и начала движения.
Силовые качества.
Примером могут быть сила давления на опору, сила тяги за рукоятку станового динамометра и т.п.
Сила – это мера механического действия одного тела на другое Численно она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой:
Момент силы – это мера вращающего действия силы на тело
Сила действия человека (СДЧ), как и всякая другая сила, может быть представлена в виде вектора и определена указанием: 1) направления, 2) величины (скалярной) и 3) точки приложения.
Сила действия человека зависит от состояния данного человека и его волевых усилий, т.е. стремления проявить ту или иную величину силы, в частности максимальную силу, а также от внешних условий, в частности от параметров двигательных заданий.
Понятие о силовых качествах
Силовые качества характеризуются максимальными величинами силы действия (F mm), которую может проявить тот или иной человек. Вместо термина «силовые качества» используют также термины «мышечная сила», «силовые возможности», «силовые способности». Наиболее распространенной является следующая классификация силовых качеств:
Силовые качества Условия проявления
1. Собственно-силовые Статический режим и медленные (статическая сила) движения
2. Скоростно-силовые:
а) динамическая сила Быстрые движения
б) амортизационная сила Уступающие движения
Сила действия человека и сила мышц
Сила действия человека непосредственно зависит от сил тяги мышц, т.е. сил, с которыми отдельные мышцы тянут за костные рычаги. Однако между натяжением той или иной мышцы и силой действия нет однозначного соответствия. Это объясняется, во-первых, тем, что почти любое движение происходит в результате сокращения большого числа мышечных групп; сила действия – итог их совместной активности; и, во-вторых, тем, что при изменении суставных углов меняются условия тяги мышц за кость, в частности плечи сил мышечной тяги
Рациональность техники.
Рациональность технических действий определяется возможностью достичь на их основе высших спортивных результатов. Рациональность техники — это характеристика не спортсмена, а самого способа выполнения движения, используемой разновидности техники. Та или иная техника может быть более или менее рациональной Рассмотренные три показателя технической подготовленности спортсмена (объем, разносторонность и рациональность технических действий) говорят лишь о том, что умеет выполнять спортсмен. Но они не отражают качества исполнения — как спортсмен выполняет движения, насколько хорошо он владеет ими. Ведь может случиться так, что из двух спортсменов с равными физическими возможностями победит тот, кто хорошо овладел нерациональной техникой, а не тот, кто разучил пусть и рациональную технику, но владеет ею плохо.
.57.абсольтные и относительные показатели выносливостию.
Внутренние показатели выносливости: изменения в ЦНС, сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других системах и органах человека в условиях утомления.
Выносливость зависит от уровня развития у человека других физических способностей. В связи с этим предлагают использовать два типа показателей:
1. Абсолютные – без учета уровня развития силовых, скоростных и координационных способностей.
2. Относительные – с учетом развития силовых, скоростных и координационных способностей.
Развитие биомеханики как науки. Направления и методы исследования.
1.Биомеханика — одна из самых старых ветвей биологии. Ее истоками были работы Аристотеля и Галена, посвященные анализу движений животных и человека.
2.Леонардо да Винчи (1452—1519) — биомеханика сделала свой следующий шаг. Он описал механику тела при переходе из положения сидя к положению стоя, при ходьбе вверх и вниз, при прыжках и, по-видимому, впервые дал описание походок.
3.Р. Декарт (1596—1650) создал основу рефлекторной теории, показав, что причиной движений может быть конкретный фактор внешней среды, воздействующий на органы чувств.
4.Д. Борелли (1608—1679- он положил начало биомеханике как отрасли науки. Он рассматривал организм человека как машину.
Биологическая механика как наука о механическом движении в биологических системах использует в качестве методического аппарата принципы механики.
Механика человека есть новый раздел механики, изучающий целенаправленные движения человека.
Биомеханика — это раздел биологии, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления (при движении, дыхании и т. д.).
5.Первые шаги в подробном изучении биомеханики движений были сделаны лишь в конце XIX столетия немецкими учеными Брауном и Фишером( регестрация движений)
6.П.Ф. Лесгафтом (1837—1909) создана биомеханика физических упражнений
Идеи Н.М. Сеченова о рефлекторной природе управления движениями путем использования чувствительных сигналов.
· Направления: механическое(леонардо да винчи,галилей,барелли)-описательный характер движений.функционально-анатомическое(лесгафт,сеченов,иванецкий)-опис-ный х-р движ. в суставах,работа мышц и геометрия суставов.физиологическое(павлов,сеченов,анохин,ухтомский)-в основе идеи иннервизма.системно-структурный(анохин данской)- характеризуется изучением состава и структуры систем как в двигательном аппарате, так и в его функциях.
· Методы:оптические методы(фотосъемка киносъемка),механо-электрические(ттензодинамография,аксиометрия),оптико-электронные(лазерное,фотодиодное),физиологические,механо-математического моделирования. Динамометрия(для оценки силовых способностей спортсмена), Акселерометрия – биомеханический метод регистрации ускорений движения тела, Электромиография – способ регистрации и анализа биоэлектрической активности мышц.