Биомеханика шагательных движений и ходьбы
Основные понятия
Ходьба- это двигательное действие в результате реализации двигательного стериотипа (выполняются автоматически без участия сознания).
Походка- особенности поз и движений при ходьбе, характерные для конкретного человека.
Осанка - привычное положение тела человека в покое и движении, в том числе при ходьбе.
Опорная нога- нога, которая в данный момент опирается об опору, другая нога выносится вперёд - переносимая или свободная нога. При ходьбе тело не теряет соприкосновения с землей: оно опирается на землю то одной, то двумя ногами.
Передний и задний шаг (рис.5)
|
Полный цикл движений при ходьбе(рис.6).
Цикл хотьбы – полный комплекс движений от контакта пятки стопы опоры до следующего контакта этой же пятки. Полный цикл состоит из двойного шага, включающего 2 одиночных (коротких) шага.Одиночный шаг, в свою очередь, состоит из двух простых шагов, заднего и переднего. Короткий шаг при ходьбе- это расстояние между точкой опоры пятки одной ноги и центром опоры пятки контралатеральной ноги.
|
Полный цикл ходьбы для каждой ноги состоит из фазы опоры (60% от цикла двойного шага) и фазы переноса конечности (40%) (рис. 7 и 8). Имеется 2 вида опоры при полном цикле ходьбы: двойная опора– опора двумя ногами; одинарная опора– только одной ногой.
|
Рисунок 8. Характеристики фазы опоры и фазы переноса конечности при ходьбе.
Параметры ходьбы(рис.9):
n Линия перемещения центра масс тела,
n База опоры - расстояние между двумя параллельными линиями, проведёнными через центры опоры пяток параллельно линии перемещения
n Разворот стопы - угол, образованный линией перемещения и линией, проходящей через середину стопы (центр опоры пятки и точка между 1 и 2 пальцами)
n Ритмичночть ходьбы — отношение длительности переносной фазы одной ноги к длительности переносной фазы другой ноги.
n Скорость ходьбы — число больших шагов в единицу времени (для взрослого - 113 шагов в минуту)
|
Особенности «Спортивной ходьбы»(рис.11).
n Приземление на более выпрямленную, нежели при обычной ходьбе, ногу. При этом коленные суставы находятся почти все время в разогнутом положении.
n Движения рук, отведенных и приподнятых, порывисты.
n Период двойной опоры очень сокращен, но в то же время нет фазы полета.
Рисунок 11. Фазовый анализ спортивной хотьбы. Периоды опоры заштрихованы; вверху — левая нога, внизу — правая
Биомеханика бега
Особенности биомеханики бега(рис.12)
n Цикл движения похож на ходьбу, те же силы и группы мышц.
n Отсутствие фазы двойной опоры
n Наличие фазы полета (вместо двойной опоры)
n Более быстрое отталкивание и под более острым углом, чем при ходьбе
n Больший наклон туловища
n При приземлении нога частично согнута в коленном суставе (амортизация)
n Приземление может быть:
q С носка (при большой скорости): больше длина шага, больше амортизация, но больше напряжение сгибателей стопы и пальцев, которые выполняют толчок, следовательно, они не отдыхают и быстро устают
q С пятки (при небольшой скорости). слабая амортизация, сильный удар.
q С латерального края стопы (это лучше, чем с пятки), но для это-
го нужно в фазу полета расслабить все мышцы голени (это умеют
только квалифицированные спортсмены)
Рисунок 11. Фазовый анализ бега.
Биомеханика прыжка
Прыжок с места
n Сложное, ациклическое, переместительное, одновременно – симметричное движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности, полетом и приземлением.
n ОЦТ описывает параболу (аналогичен броску).
n Для прыжка важно, чтобы в момент отделения от земли все части тела оставались неподвижными относительно друг друга, иначе часть энергии расходится зря.
n Силы: сила тяжести – во все фазы, сила реакции опоры – кроме фазы полета.
Фазы прыжка с места
I. Подготовительная фаза.
n Приседание
n Разгибание в голеностопном суставе, сгибание – в коленном и тазобедренном суставах.
n Тело выдвигается вперед, ОЦТ выносится за площадь опоры, начинается падение.
II. Фаза отталкивания.
n Сгибание в голеностопном суставе, разгибание в коленном и тазобедренном суставах, взмах руками вверх (поднимает ОЦТ).
n Передача толчка на центр тяжести тела
n Сокращение мышц создаёт силу, которая преодолевает силу тяжести
III. Фаза полета.
n Траекторию центра тяжести задана (изменить ее могут внешние силы)
n Изменение в положении ОЦТ (сгибание ног, взмах рук) удлиняет фазу полета.
IV. Фаза приземления.
n Мышцы нижней конечности производят уступающую работу, уменьшая сотрясение тела.
n Амортизация сгибанием в коленном и тазобедренном суставах
n ОЦТ вынесен назад, но падению препятствует инерция верхних частей тела.
n Вдох – в момент отрыва (подъем рук), выдох – при приземлении.
Биомеханика плавания
Плавание (наряду с греблей) относится к циклическим локомоциям, осуществляемым по принципу отталкивания от жидкой среды.Взаимодействие пловца с водой создаёт силы, продвигающие его в воде и удерживающие на ее поверхности. При плавании силы, тормозящие продвижение, значительны, переменны и действуют непрерывно. Постоянная опора для отталкивания вперед отсутствует, опора создается во время гребковых движений и остается переменной по величине.
Динамика плавания: Силы, действующие на тело человека в воде
По направлению различают вертикально- и горизонтально-направленные силы.Суммируясь, силы обеспечивают плавучесть тела в неподвижном состоянии и продвижение вперед при плавании.
В е р т и к а л ь н о - н а п р а в л е н н ы е силы(рис.12):
n С и л а т я ж е с т и G = mg,где т - масса тела, кг; g - ускорение свободного падающего тела, м/с2.
n В ы т а л к и в а ю щ а я (архимедова) сила F = Q-pв,
где Q - объем тела, см3; рв - удельный вес воды, г/см3.
q Приложена к центру объема тела, который не совпадает с ОЦМ → возникновение вращающего момента → опускание ног человека, неподвижно лежащего в воде
|
n Подъемная сила(Рис. 13)
q Появляется при обтекании тела потоком воды
q Пропорциональна площади горизонтального сечения тела и скорости набегающего потока и зависит от угла атаки
|
Горизонтально-направленные силы(рис.13)