Характеристика движений тела

Положение тела в пространстве представляет собой временную фазу относительного покоя тела. При сохранении того или иного положения в пространстве двигательный аппарат человека не выключен из работы.

Анализ строения скелета показывает, что он состоит из отдельных костных звеньев, которые подвижно соединены между собой. Поэтому сохранение положения одного костного звена относительно другого требует напряжения определенных групп мышц. Постоянное напряжение скелетных мышц обусловлено тем, что тело человека на Земле всегда находится под влиянием сил поля тяготения.

Сила тяжести человеческого тела, численно равная его весу, относится к внешним силам, действующим на организм, против которых постоянно совершается активная работа двигательного аппарата. Сила тяжести всегда направлена из центра тяжести тела вниз строго вертикально к горизонтальной плоскости, на которую опирается человек. В месте соприкосновения тела с опорой поверхности на организм человека действует другая сила – сила реакции опоры, которая численно равна силе тяжести, но прямо противоположна ей по направлению.

Физический смысл R основан на ΙΙΙ законах механики, которые гласят, что при взаимодействии двух тел (в данном случае тела человека и опорой поверхности) сила действия всегда равна силе противодействия. Из механики известно, что пока F_тяж и R действуют по одной прямой, твердое тело сохраняет состояние равновесия (или покоя).

При движениях и положениях живого человеческого тела соотношения между F_тяж и R значительно сложнее. С одной стороны, это обусловлено тем, что тело человека представляет собой не твердое тело, а подвижно соединенные между собой части туловища, голову и конечности, - каждая из которых так же состоит из подвижных звеньев (например, нижняя конечность – из бедра, голени и стопы). С другой стороны, R передается в организм человека от одного звена к другому только через плотные ткани, неспособные к пластической деформации (преимущественно через костную ткань). Значит R действует только вдоль костей скелета. Поскольку части скелета соединены между собой подвижно, вполне очевидно, что действие F_тяж и R по одной прямой представляет лишь частный случай их взаимодействия. Учитывая многообразие различных положений и движений тела, следует признать, что в организме человека эти силы действуют не по одной прямой. Поэтому почти при любом положении тела на каждое из его звеньев и на все тело в целом действует пара сил: одну составляет F_тяж тела в целом или его отдельного звена, а другую – R, действующая либо на тело в целом, либо на его отдельное звено. Взаимодействие этих сил обусловливает вращение одного костного звена относительно другого. Поскольку F_тяж имеет плечо по отношению почти ко всем суставам, то сохранение положения тела достигается за счет активной работы мышц, противодействующих силе тяжести.

Сила мышечной тяги (F_м) относится к внутренним силам организма. Она возникает в результате активного напряжения скелетных мышц. Направление действия F_м может совпадать с направлением R. В таком случае обе силы (F_м и R) будут противодействовать F_m. Если эти силы уравновешены, то тело человека или его отдельная часть будет находиться в состоянии относительного покоя (например, положение человека стоя с отведенной верхней или нижней конечностью). Если направление F_м совпадает с направлением F_m, то по своей суммарной величине они превосходят R. В результате этого равновесие тела нарушается и происходит его движение. Во время движения на тело человека действует еще ряд сил. Например, сила трения, увеличивающая сцепление опорной конечности с опорной поверхностью; сила лобового сопротивления, зависящая от плотности среды и формы тела и, как правило, тормозящая движение. При спортивных упражнениях действие F.. можно уменьшить, принимая специфическую, наиболее выгодную позу с меньшей лобовой поверхностью и лучшей обтекаемостью (например, бегун при встречном ветре больше наклоняет туловище вперед). При плавании, гребле F сопротивление среды способствует движению. Поэтому для увеличения этой силы во время гребка используют большую лобовую поверхность (кистей рук, лопастей весел), а при подготовительных движениях к гребку рука или весло выносится с меньшей скоростью и с меньшей лобовой поверхностью. Сила инерции противодействует силам, ускоряющим или замедляющим движения. Она играет важную роль в двигательной деятельности человека. Проявляясь в промежутках между толчками, она сглаживает их, делает движения более плавными.

Все эти силы на протяжении движения изменяются, влияют… Их взаимоотношения сложны и определяют кинематическую структуру движения как целостного двигательного акта.

Каждое положение тела в целом характеризуется определенным положением головы и звеньев конечностей относительно туловища, а также положением тела относительно опорной поверхности. До тех пор, пока взаимное расположение частей тела удерживается активной работой мышц, оно находится в состоянии равновесия. Любое равновесие тела достигается за счет сложной координации в работе скелетных мышц, в основе которой лежит условнорефлекторная деятельность УНС. В сохранении определенного положения важная роль принадлежит кожной и мышечно-суставной чувствительности, зрительным и слуховым анализаторам, а также органу равновесия.

Общий центр тяжести и его роль в механической устойчивости тела.

Под общим центром тяжести (ОЦТ) понимают точку приложения равнодействующей F_м всех частей тела.

Под общей площадью опоры подразумевается площадь, заключенная между крайними точками опорных поверхностей тела, иными словами, площадь опорных поверхностей и площадь пространства между ними. Однако не вся площадь опоры может быть действующей, т.к. мягкие ткани не принимают участия в передаче R. Величина площади опоры при различных положениях тела спортсмена очень варьирует: в стойке на фигурном коньке она очень мала, при обычном положении стоя она больше, при выставлении ноги вперед или в сторону еще больше. С увеличением площади опоры увеличивается и общая устойчивость тела.

Применительно к телу человека различают два вида равновесия: устойчивое и неустойчивое. Безразличное равновесие встречается крайне редко. Устойчивостью равновесия тела называется такое равновесие, при котором ОЦТ тела расположен ниже площади опоры. В этих случаях тело, выведенное из состояния равновесия и предоставленное самому себе без влияния других сил, а лишь под действием собственной F_м возвращается в исходное положение. Например, вис на прямых руках, угол в висе и т.п.

Неустойчивостью равновесия тела называется такое равновесие, при котором ОЦТ тела расположен выше площади опоры. Если тело выведено из этого равновесия и предоставлено самому себе, то оно не возвращается в исходное положение, а падает под действием собственной силы тяжести (веса тела). Например, все положения стоя, упор лежа, стойка на кистях и т.п.

Устойчивость тела сохраняется до тех пор, пока вертикаль, опущенная из ОЦТ, не выходит за границы площади опоры. Как только эта вертикаль выходит за пределы площади опоры равновесие нарушается и тело падает.

В живом организме человека проекция ОЦТ не является строго фиксированной точкой. В зависимости от процесса кровообращения, дыхания, пищеварения, в каждый момент времени положение отдельных элементов тела изменяется, что сказывается и на положении его ОЦТ. Например, при состоянии относительного покоя (скажем, в положении стоя или лежа) удельный вес грудного отдела туловища зависит от фазы дыхания. При вдохе он меньше, при выдохе, наоборот, больше. Происходит постоянное небольшое перемещение ОЦТ вверх и вниз. Диаметр сферы, внутри которой происходит его постоянное перемещение, при спокойном положении тела равняется 5-10 мм. При изменении взаимного расположения частей тела колебание в положении ОЦТ могут быть более значительными. В большинстве случаев обычно определяют высоту положения ОЦТ тела над опорой поверхности. Дело в том, что при симметричном стоянии ОЦТ находится в серединной плоскости, т.к. правая и левая половины тела имеют примерно одинаковый вес.

Шейдт (1924) определял высоту положения ОЦТ тела, используя принцип рычага второго рода. При этом испытуемый ложится на доску, которая одним концом опирается на острый клин, закрепленный к опорной поверхности, а другим – на острый клин, расположенный на площадке весов. Весы показывают некоторое значение, которое соответствует величине усилия на дистальном конце рычага. Клинья устанавливаются так, чтобы расстояние между ними равнялось длине тела испытуемого, поэтому длина рычага всегда известна. Чтобы рычаг находился в состоянии равновесия, моменты действующих на него сил должны быть равны. Значит, произведение Р на высоту положения ОЦТ тела равно произведению показания весов на длину тела: Рh=pα. Из этого отношения высота положения ОЦТ тела находится расчетным путем

h= Рα

Р

Обычно считают, что ОЦТ тела человека в положении стоя расположен в серединной плоскости в среднем на 2,5 см ниже мыса крестца и на 4-5 см выше поперечной оси тазобедренных суставов примерно на середине расстояния между крестцом и лобковым симфизом.

Брауне и Фишер определили положение ОЦТ тела и центров тяжести его отдельных частей. Они установили, что центр тяжести головы лежит сзади от спинки турецкого седла примерно на 7 мм; центр тяжести туловища – спереди верхнего края первого поясничного позвонка. По оси туловища его центр тяжести отстоит от краниального конца примерно на 3/5 длины, а от каудального – на 2/5 длины. Прямую между …. осями проходящими через плечевые и тазобедренные суставы, центр тяжести туловища делит примерно в отношении 4:5.

У женщин в положении стоя ОЦТ тела обычно находится несколько ниже, чем у мужчин: у мужчин – в среднем на уровне передненижнего края тела V поясничного позвонка; у женщин – на уровне передненижнего края тела I крестцового позвонка. У детей раннего возраста ОЦТ тела расположен выше, чем у взрослых. Так, у новорожденных он лежит на уровне V – VI грудного позвонков, к 2-м годам – на уровне I поясничного позвонка, к 16-18 годам он постепенно перемещается не только вниз, но и кзади. Высота положения ОЦТ тела зависит и от спортивной специализации. Так, у футболистов он расположен в среднем ниже, чем у гимнастов. При изменении взаимного расположения частей тела, проекция его ОЦТ также меняется. Меняется при этом и устойчивость тела. Для практики этот вопрос очень важен, т.к. при большей устойчивости тела можно выполнять движения с большей амплитудой без нарушения равновесия, однако начать движение при малой степени устойчивости легче, чем при большой.

Устойчивость тела определяется: 1) величиной площади опоры; 2) высотой расположения ОЦТ тела и 3) местом прохождения вертикали, опущенной из ОЦТ, внутри площади опоры. Чем больше площадь опоры и чем ниже расположен ОЦТ тела, тем больше устойчивость тела. Так, в положении стоя с сомкнутыми стопами равновесие сохранять труднее, чем в положении, когда стопы находятся на ширине плеч. Если из положения стоя присесть, то высота расположения ОЦТ тела уменьшится, а устойчивость станет больше. Чем ближе к краю опоры проходит вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, тем меньше возможностей для перемещения тела в этом направлении и тем легче нарушается равновесие в эту сторону.

Количественным выражением степени устойчивости тела в том или ином направлении является угол устойчивости. Углом устойчивости называется угол, образованный вертикалью, опущенной из ОЦТ тела, и прямой, проведенной из ОЦТ тела к краю площади опоры. Чем больше угол устойчивости, тем больше степень устойчивости тела. При симметричном положении тела, вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит через центр площади опоры. При стоянии на лыжах …, и устойчивость тела вперед будет больше, чем назад, а вперед и левую стороны…будут одинаковыми и небольшими. Вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит на некотором расстоянии от осей вращения в суставах. В связи с этим сила тяжести в любом положении тела имеет по отношению к каждому суставу определенный момент вращения, равный произведению величины F_м на ее плечо. Плечом F_м является перпендикуляр, проведенный из центра сустава к вертикали, опущенной из ОЦТ тела. Чем больше плечо F_м, тем больший момент вращения она имеет по отношению к суставу. За счет активного напряжения отдельных групп скелетных мышц можно изменить расположение звеньев тела, что приведет к перемещению вертикали, опущенной из ОЦТ тела, внутри площади опоры. Приближение этой вертикали к краю площади опоры уменьшает устойчивость тела в соответствующем направлении, что способствует началу движения. Работа мышц определяется взаимным расположением костных звеньев в суставах, а также положением ОЦТ тела. Поэтому при анатомической характеристике положения или движения тела необходимо определить: 1) направление равнодействующей мышцы или группы мышц относительно той или другой оси вращения сустава; 2) при какой опоре действует, мышца или группа мышц (дистальной или проксимальной); 3) взаимоотношение между мышцами-антогонистами или синергистами; 4) плечо и момент вращения F_м, F_m отдельных костных звеньев и условия, способствующие их изменению; 5) режим работы мышц (динамический, статический, преодолевающий, удерживающий или баллистический).

Каждое положение или движение тела человека имеет определенную структуру с точки зрения участия в нем компонентов двигательного аппарата. Выявление сил, действующих на организм, позволяет определить условия и особенности работы мышц, степень использования F_m, инерции и других сил в движениях.

Следует еще отметить, что работа двигательного аппарата неизбежно сказывается на особенностях функционирования внутренних органов. Особый интерес представляет состояние механизма внешнего дыхания, т.к. значительная часть мышц туловища самым непосредственным образом участвует в акте дыхания.

На основе анализа работы двигательного аппарата можно сделать заключение о том, какое влияние с биологической и педагогической точек зрения оказывает то или иное движение на организм: на строение скелета, на подвижность в соединениях на осанку тела, на развитие отдельных функциональных групп мышц и т.д. причем необходимо отмечать не только положительные изменения, происходящие в организме под влиянием упражнений или движений, но и отрицательные, если они имеют место.