Сила упругости перекладины.

Сила, с которой спортсмен действует на гриф перекладины, в соответствии с третьим законом Ньютона равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой гриф перекладины действует на кисти спортсмена. Эта действующая со стороны грифа сила, которая для создания надёжного хвата должна быть компенсирована с помощью усилий мышц-сгибателей пальцев, является силой упругости перекладины. Познакомимся с ней поближе, причём знакомство начнём с того момента, когда после команды судьи «Начинайте» спортсмен теряет опору под ногами и повисает на перекладине.

В первый момент времени тело спортсмена под воздействием силы тяжести начинает падать вертикально вниз, увлекая за собой гриф перекладины. Гриф начинает изгибаться, вследствие чего появляется сила упругости, которая увеличивается по мере увеличения деформации перекладины. Когда сила упругости по своему абсолютному значению становится равной силе тяжести, движение прекращается. Таким образом, сила тяжести в фазе исходного положения компенсируется силой упругости перекладины. Для того, чтобы две силы могли компенсировать друг друга, необходимо, чтобы они были приложены к одному и тому же физическому телу [6]. А это значит, что сила упругости перекладины приложена к телу спортсмена в точках его контакта с грифом перекладины.

Предположим, что спортсмен выполняет вис на перекладине, расположив руки на ширине плеч, т.е. строго в вертикальном направлении. Тогда при условии малой величины деформации грифа перекладины мы можем считать, что сила упругости направлена прямо противоположно силе тяжести. Так как спортсмен имеет контакт с перекладиной в двух точках, в каждой точке уравновешивается ровно половина силы тяжести, т.е. сила упругости, действующая на каждую кисть со стороны грифа перекладины, равна половине силы тяжести.

Разгибающий момент.

Итак, перекладина своей силой упругости воздействует на кисти спортсмена. Если сила приложена к части тела, как к рычагу, она имеет плечо силы и поэтому обладает вращательным моментом относительно оси вращения. Поскольку фаланги пальцев имеют возможность вращаться в суставах, вращательный момент, созданный силой упругости перекладины, действует на их разгибание. Величина разгибающего момента зависит от плеча силы упругости, т.е. от кратчайшего расстояния от линии действия силы упругости до оси вращения, которая проходит через центр пястно-фаланговых суставов (рисунок 1.14).

Мразг = Fупр*r = P*r/2 (1.4)

где:

r – плечо силы упругости,

Мразг – разгибающий момент,

Р – вес тела,

Fупр – сила упругости перекладины.

Рисунок 1.14. Влияние глубины хвата на плечо силы упругости r,плечо силы тяжести R,

разгибающий момент силы упругости Мразг=Fупр*r,

разгибающий момент силы тяжести Мg=Fg*R

Чем больше вращающий момент, тем большую силу должны развить мышцы-сгибатели пальцев для его компенсации. Но длительность статической работы уменьшается с увеличением развиваемой силы так, как это показано на рисунке 1.8.

Чтобы уменьшить разгибающий момент, спортсмен старается уменьшить плечо силы упругости перекладины, увеличивая глубину хвата и тем самым приближая пястно-фаланговый сустав к линии действия силы упругости, рисунок 1.14б.

Увеличение глубины хвата (в разумных пределах) ведёт к уменьшению разгибающего момента, что позволяет удерживать хват меньшим напряжением мышц-сгибателей пальцев, что в соответствии с рисунком 1.8 способствует увеличению времени статической работы. Но если увеличение глубины хвата сопровождается сгибанием кисти в лучезапястном суставе (рисунок 1.14в), возникает момент силы тяжести, который стремится вернуть кисть и предплечье в выпрямленное состояние. Поддержание «излома» руки требует дополнительных статических усилий мышц-сгибателей кисти. Кроме того, чем больше угол излома кисти, тем меньшую силу в состоянии проявить мышцы-сгибатели пальцев, так как сгибание кисти сопровождается пассивным растяжением сухожилий мышц-разгибателей, создавая дополнительное сопротивление для мышц-сгибателей кисти. Таким образом, при чрезмерном увеличении глубины хвата спортсмен хотя и выигрывает в уменьшении разгибающего момента силы упругости, но значительно больше он проигрывает на ухудшении сократительной способности мышц-сгибателей пальцев и дополнительном напряжении мышц-сгибателей кисти. В результате мышцы работают в непривычном для них режиме, быстрее устают и вместо ожидаемого увеличения времени виса и количества подтягиваний, спортсмен получает быстро «дубеющие» мышцы и срыв с перекладины. Поэтому не нужно стремиться как можно больше «намотать» кисти на гриф перекладины перед началом подтягиваний, даже если состояние поверхности грифа позволяет это сделать. Хват должен быть оптимальным по глубине, т.е. таким, который позволит спортсмену обеспечить максимальную длительность его удержания. Лучше всего, если глубина хвата на соревнованиях не будет отличаться от привычной – тренировочной – глубины, в качестве которой обычно выбирается кистевой хват (рисунок 1.6б). А силу трения, которая увеличивается при качественной подготовке ладоней и грифа лучше использовать не для чрезмерного увеличения глубины хвата, а для уменьшения силы сокращения мышц-сгибателей пальцев.

Сила трения

Большую помощь в удержании хвата оказывает сила трения, препятствующая скольжению ладоней по поверхности грифа, причём роль этой силы возрастает по мере утомления мышц-сгибателей пальцев. Для удержания хвата сила тяги мышц-сгибателей пальцев каждой руки должна быть не меньше половины веса спортсмена за вычетом силы трения, действующей в месте контакта ладони и грифа. Чем больше сила трения, тем меньше потребуется усилий со стороны мышц-сгибателей пальцев для фиксации хвата, соответственно, тем медленнее происходит уменьшение силовых способностей мышц по мере их утомления, а значит, спортсмен сможет удерживать надёжный хват более длительный период времени.

Величина силы трения прямо пропорциональна давлению на перекладину в месте хвата и коэффициенту трения между грифом и поверхностью ладоней. Давление на гриф в месте хвата в висе в ИП для каждого спортсмена является величиной практически постоянной, а вот коэффициент трения может изменяться в значительных пределах в зависимости от качества подготовки ладоней и грифа. Чем больше трение, тем меньше дополнительных усилий придётся затратить спортсмену для фиксации хвата заданной глубины.

С физической точки зрения коэффициент трения характеризует не тело, на которое действует сила трения, а сразу два тела, трущиеся друг о друга. Его значение зависит от того, из каких материалов сделаны трущиеся тела, как обработаны их поверхности, от чистоты поверхностей и т.п. [6].

Тонкая прослойка жира или пота между ладонями и грифом резко снижает коэффициент трения, поэтому для того, чтобы его повысить, приходится очень тщательно обрабатывать как гриф, так и ладони.

Рассмотрим некоторые варианты обработки ладоней и грифа перекладины перед выполнением подтягиваний:

а) Подтягивание без предварительной обработки рук и перекладины. Это довольно распространенный среди новичков тактический вариант подтягивания. Еще не обладая достаточными физическими возможностями, спортсмен в этом случае заранее настроен на поражение, а потому почти не разминаясь и не уделяя должного внимания подготовке ладоней, он стремится поскорее избавиться от неприятной процедуры, которой для него является подтягивание. Психологически это понятно - кому же приятно ощущать себя слабейшим?

Если рассматривать подтягивание без подготовки ладоней с точки зрения качества хвата, можно отметить, что влага (в виде пота) и жир, которые в небольших количествах всегда присутствуют на коже, играют роль своеобразной смазки, которая может значительно уменьшить трение. При этом глубина хвата будет далека от оптимальной, что в свою очередь приведет к снижению и без того низкого результата. И если жир легко удалить с ладоней, вымыв их с мылом незадолго до выполнения упражнения, то борьба с влагой на ладонях является непростой проблемой, т.к. потоотделение на поверхности ладоней может резко усиливаться под влиянием волнения в условиях соревновательной мотивации.

Влагу, конечно, можно удалить, вытерев руки полотенцем или тряпкой, но это дает лишь временный эффект, поэтому процедуру приходится периодически повторять. При этом пот продолжает выделяться и во время подтягивания, потихоньку делая свое черное дело.

б) Подтягивание с "сухой" смазкой. Убить сразу двух зайцев - повысить величину коэффициента трения и нейтрализовать вредное действие воды - позволяет нанесение на ладони и гриф перекладины порошкообразных веществ, таких как гипс или магнезия.

Гипс - белый порошок, который затвердевает при соединении с водой. Это свойство гипса можно использовать на тренировках и соревнованиях при подготовке к подтягиванию. Ладони, натертые гипсом, не потеют, т.к. выступающий пот вступает с ним в химическую реакцию и связывается, а не размазывается тонким слоем по всей ладони.

Магнезия (оксид магния) - это белый порошок, свойства которого зависят от условий получения. Сорта магнезии различаются по объему, весу, химическим свойствам и т.д. Легкую магнезию получают при прокаливании солей магния при температуре 500-700 градусов, тяжелую - свыше 1200 градусов Цельсия.

Техническая магнезия, применяемая при подтягивании, является смесью оксида магния, полученного после прокалки при температуре 500-900 градусов, и карбоната магния. Соотношение компонентов может быть различным. Два этих соединения обладают диаметрально противоположными свойствами по отношению к воде (и, соответственно, влаге воздуха и ладоней). Так, карбонат магния плохо растворим в воде, его растворимость составляет менее 0.1 грамма на литр. Но, несмотря на низкую растворимость, карбонат магния все-таки может связывать влагу ладоней благодаря своей склонности к образованию специфических химических соединений - кристаллогидратов (по так называемому адсорбционному механизму). Оксид магния (легкая фракция) хорошо растворим в воде. При его взаимодействии с влагой и углекислым газом воздуха образуется основной карбонат магния непостоянного состава - где х, у, z - числовые коэффициенты, значение которых зависит от условий протекания данной химической реакции. И в то же время влага, появляющаяся на поверхности ладоней, может удаляться механически благодаря высокой гигроскопичности оксида магния.

Таким образом, использование технической магнезии при подтягивании обусловлено следующими факторами:

1. Карбонат магния , нерастворимый в воде и обладающий адсорбционной способностью, участвует непосредственно в увеличении коэффициента трения в системе гриф перекладины - ладонь за счет механического взаимодействия и косвенно - за счет поглощения влаги при образовании кристаллогидратов.

2. Оксид магния , растворимый в воде и обладающий высокой гигроскопичностью, поглощает влагу, появляющуюся при потении ладоней.

Исходя из физико-химических свойств магнезии, можно рекомендовать следующий порядок ее использования при подтягивании на перекладине:

1. Обезжирить руки, тщательно вымыв их под холодной (1) водой с использованием хозяйственного (щелочного) мыла.

2. Обезжирить перекладину любым растворителем, например, спиртом.

3. Нанести на руки слой магнезии и тщательно втереть по всей площади ладоней и пальцев.

4. Стряхнуть излишки магнезии похлопыванием в ладоши.

5. Зафиксировать хват и выполнить подтягивания.

Неплохой эффект дает выполнение пункта 3 в два приема с интервалом в 5-10 минут - за счет забивания пор ладони магнезией, реакции с влагой, подсыхания и создания дополнительной трущейся поверхности.

Кроме того, будет не лишним перед обезжириванием обработать гриф перекладины крупной наждачной шкуркой, нанеся на него в местах хвата продольные царапины и тем самым создав шероховатость поверхности.

в) «Мокрый» способ нанесения магнезии

Магнезия с большим содержанием растворимого в воде оксида магния позволяет использовать оригинальный способ нанесения, который позволяет значительно увеличить качество её сцепления с поверхностью ладоней. Для этого порошковую магнезию нужно нанести на мокрые ладони и растереть до полного «исчезновения» порошка, который при соединении с водой обесцвечивается. «Жидкая» магнезия легко проникает во все шероховатости кожи и осаждается на ней, обеспечивая в дальнейшем лучшее сцепление с грифом, чем при втирании магнезии сухим способом. По мере испарения воды, которое происходит в течение 2 – 5 минут (в зависимости от первоначального её количества и температуры в помещении), магнезия проявляется на ладонях в виде налёта, обладающего великолепным качеством сцепления. Практика показывает, что при «мокром» способе нанесения магнезия не боится перехватов, оставаясь на ладонях, а не стирается, переходя на гриф перекладины. Единственное ограничение состоит в том, что «мокрый» способ нанесения магнезии не подходит тем спортсменам, которым свойственно высокое потоотделение во время выполнения упражнения. Таким спортсменам больше подходит способ многократного втирания магнезии, обеспечивающий более длительное связывание пота.

Порядок нанесения магнезии «мокрым» способом включает следующие действия:

1. Обезжирить руки, тщательно вымыв их водой с использованием хозяйственного (щелочного) мыла

2. За 4 – 5 минут до начала подтягиваний смочить водой ладони так, чтобы они были влажные, но не мокрые. Для этого можно капнуть несколько капель воды на ладони и растереть по всей поверхности. Излишки воды можно удалить с помощью полотенца.

3. Насыпать на ладонь необходимое количество магнезии и втереть её до полного обесцвечивания. Если руки оказались недостаточно влажными, можно осторожно добавить воды в процессе втирания. Если же воды оказалось слишком много, так что магнезия превратилась в белую кашицу, нужно добавить магнезии или, вытерев руки полотенцем, начать процесс заново. Нужно помнить, что слишком мокрые руки – это хуже, чем недостаточно влажные, так как добавить воду проще, чем избавиться от неё за 3 минуты до начала подтягиваний.

4. После испарения воды можно добавить сухой магнезии на плохо проработанные участки ладоней.

5. В течение 1 минуты, которая даются спортсмену для подготовки к подтягиванию, тренер (помощник) должен нанести сухую магнезию на гриф перекладины путём втирания.

6. Зафиксировать хват и выполнить подтягивания.

В принципе, наносить магнезию «мокрым» способом можно и заранее, ещё на разминке, но в этом случае к моменту начала подтягиваний кожа ладоней оказывается пересушенной, теряет эластичность, чего не происходит, если наносить «жидкую» магнезию непосредственно перед началом выступления.