Реактивное движение и реактивная сила (реакция опоры), хлестовое движение

При выполнении многих гимнастических упражнений, особенно на снарядах, гимнасту приходится учитывать их упругость, элас­тические (рессорные) свойства. Более того, для эффективного вы­полнения упражнений они специально стараются вызвать «реак­тивное движение» снаряда или опорной части собственного опор­но-двигательного аппарата, а чаще того и другого одновременно; затем используют свою реакцию опоры для облегчения выполне­ния упражнения в соответствии с третьим законом динамики.

Реактивное движение — это изменение формы снаряда или другой опорной поверхности (помост для вольных упражнений, акробатическая дорожка) под воздействием количества движения, накопленного телом гимнаста до момента отталкивания от нее, например, при наскоке на гимнастический мостик, приземлении на акробатическую дорожку, воздействии на гриф перекладины, жерди брусьев.

Реактивное движение можно вызвать и в собственном опорно-двигательном аппарате в виде натяжения мышц, связок, сустав­ных сумок, сжатия или натяжения межпозвоночных хрящей под воздействием мышц-антагонистов, веса тела или отдельных его звеньев, момента инерции одних звеньев тела по отношению к другим, выполняющим опорную функцию. Однако реактивное движение снаряда (любой упругой опорной поверхности) в силу своей упругости в соответствии с третьим законом динамики ока­жет обратное воздействие на тело гимнаста с такой же силой, с какой он вызвал реактивное движение. При технически правиль­ном отталкивании происходит сложение двух сил: силы отталки­вания гимнаста от опоры и реактивной силы самого снаряда.

Реактивная сила (реакция опоры) — это воздействие опоры на тело гимнаста. Такой силой могут обладать также натянутые мышцы, связки и другие части опорно-двигательного аппарата. Реактивные силы снаряда и собственного опорно-двигательного аппарата, особенно при их одновременном действии, помогают

гимнасту выполнить упражнение технически более правильно, эф­фективно, с меньшими затратами мышечной энергии на основную часть упражнения. Воздействие ре­активной силы особенно наглядно можно проследить при выполнении

упражнений на батуте, при отталкивании от пружинного мости­ка. Ее неумелое использование затрудняет выполнение упражне­ния.

Величина воздействия реакции опоры на опорно-двигательный аппарат гимнаста определяется с помощью динамографических платформ. Оцениваются вертикальная и горизонтальная составля­ющие реакции опоры.

Величина реактивного движения (х) снаряда измеряется изме­нением деформируемой его части по отношению к исходному уровню (рис. 112).

Реактивная сила (Р) измеряется произведением коэффициен­та жесткости деформируемой части снаряда (с) на величину ее изменения (х):

Р = -сх.

Сила реакции опоры при отталкивании может превышать вес спортсмена в 5 —6 раз. Нагрузка на голеностопный сустав в воль­ных упражнениях ведущих гимнастов составляет 700 — 800 кг в те­чение 0,09 — 0,11 с. Степень воздействия реактивных сил возраста­ет с увеличением числа звеньев тела, активно участвующих в дви­жении (отталкивание ногами в сочетании с разгибанием спины и взмахом рук).

Хлестовое (бросковое) движение — это такое волнообразное дви­жение тела, когда в процессе маха ноги совершают колебатель­ные движения относительно туловища: они то отстают от него, то обгоняют, то снова отстают. В этом случае происходит перерас­пределение энергии за счет последовательного включения в рабо­ту соответствующих групп мышц. Чаще наблюдается такое чередо­вание: в начале маха ноги отстают от туловища, при этом натяги­ваются мышцы передней поверхности тела, затем, за счет актив­ного сокращения этих мышц, ноги обгоняют туловище, а к концу Движения вновь отстают от него. При таком характере движений происходит увеличение количества движения, приобретаемого ногами. Ноги в конечной точке маха обладают наибольшим мо­ментом количества движения. В этом случае руками оказывается мощное давление на снаряд, и тело, как бы опираясь на две точ­ки опоры (руки и ноги), получает возможность подняться выше относительно снаряда (соскок махом вперед на перекладине, коль­цах и др.).

5.3.4. Вращательные движения

При выполнении многих динамических упражнений можно создать условия для вращательных движений тела гимнаста в од­ной, двух и даже в трех плоскостях пространства одновременно. Вращательный импульс (момент количества движения) создает­ся как на опоре, так и в условиях безопорного положения тела. Вращательный импульс, если он создан на опоре, может быть усилен, когда тело перейдет в безопорное положение. Так чаще всего и поступают гимнасты.

В опорном положении тела вращательные движения могут вы­полняться на ногах, на руках, вокруг продольной, поперечной и передне-задней осей. Простейшими из них являются повороты на месте: направо, налево, кругом, повороты с подскоком на 180°, 360° и более градусов; перевороты и сальто вперед, назад и в сто­роны.

В технике поворота выделяются две части. В первой гимнаст, активно взаимодействуя с опорой, поворачивает («скручивает») незакрепленную часть тела, задает ей необходимый момент коли­чества движения. Во второй части при выполнении поворота без подскока гимнаст освобождает от опоры ногу, разноименную повороту, приставляет ее к опорной ноге и этим завершает пово­рот; в поворотах же с подскоком гимнаст отталкивается от опоры и уже в безопорном положении вовлекает в поворот опорную часть тела за счет энергии, накопленной поворачивающейся частью тела. Выполнение поворотов начинается с наиболее удаленных от опоры звеньев тела. Звено, закрепленное на опоре, не поворачи­вается относительно исходного положения до момента отрыва тела от опоры (повороты на 180°, 360° и более, повороты махом впе­ред на перекладине, кольцах и др.). Связь с опорой прекращается после того, как звенья тела, удаленные от опоры, приобрели мо­мент количества движения, достаточный для того, чтобы обеспе­чить успешное выполнение заданного упражнения. Величина по­ворота зависит от прочности сцепления тела с опорой, физичес­ких возможностей и технического мастерства гимнаста. Напри­мер, в поворотах вокруг продольной оси тела на 180°, 360° и более с подскоком момент инерции ног до их отрыва от опоры неизме­римо больше момента инерции туловища, так как ноги прочно соединены с опорой (с землей); момент количества движения ног больше момента количества движения туловища: /_ног > ^_лоти&> Аюг ^> ^туловища- Благодаря этому создаются условия для поворота туловища вокруг его продольной оси. После же отрыва ног от опо­ры, наоборот, момент инерции ног будет меньше момента инер­ции туловища, момент количества движения ног меньше момен­та КОЛИЧеСТВа ДВИЖеНИЯ ТуЛОВИЩа: /_ног < /_тул0вища; Аюг < ^туловиша-

При этом создаются условия для поворота ног: опорой для это-112

го служит момент количества движения, приобретенный туло­вищем.

При поворотах вокруг поперечной оси тела и параллельных ей осей вращательный импульс создается за счет того, что гимнаст, переходя из исходного положения в конечное, описывает враща­тельные движения различными звеньями тела относительно этих осей суставов: руки — вокруг плечевой; бедро — вокруг колен­ной; голова с туловищем — вокруг голеностопной. Произведение угловой скорости каждого звена на соответствующий момент инер­ции образует момент количества движения каждого из них. Об­щий момент количества движения тела складывается из количе­ства движения его звеньев.

Когда отталкивание осуществляется не по вертикали, а с от­клонением тела назад или вперед, сила тяжести (Р) создает вра­щательный момент вокруг центра опоры, что облегчает враща­тельное движение тела. Высота же полета после отталкивания в том и другом случаях снижается. Поэтому совершенствование тех­ники сальто вперед и назад сводится в основном к выбору таких исходного положения и направления активных усилий, при кото­рых создаются максимальная скорость вылета тела по вертикали и в то же время необходимый для вращения момент количества дви­жения. Наиболее эффективно можно оттолкнуться с предвари­тельным разгоном ОЦМ тела под некоторым углом к направле­нию толчка (рис. 113). После отрыва тела от опоры поступатель­ные и вращательные движения осуществляются в безопорном по­ложении.

В безопорном положении тело гимнаста представляет собой сво­бодную кинематическую цепь и может совершить поступательные и вращательные движения на основе законов кинематики.

Поступательным движением твердого тела называется такое движение, при котором точки тела движутся по одинаковым па-

раллельно расположенным траекториям и в каждый данный мо­мент времени имеют равные скорости и ускорения. Поэтому о поступательном движении тела гимнаста можно судить по движе­нию его ОЦМ. При выполнении гимнастических упражнений по­ступательные движения сочетаются с вращательными.

Вращательное движение — это такое движение твердого тела, при котором все или, по крайней мере, две точки, лежащие на оси вращения, остаются неподвижными. В гимнастике к таким движениям относятся сальто, повороты и их сочетания. Основны­ми характеристиками этого вида движений являются угловая ско­рость и угловое ускорение.

При рассмотрении возможности выполнения вращательных движений в безопорном положении необходимо учитывать, что тело гимнаста в этом случае обладает постоянным моментом ко­личества движения: L = const. Из этого следует, что траектория движения ОЦМ тела определяется лишь величиной и направле­нием скорости вылета в безопорное положение; нельзя ни умень­шить, ни увеличить и количество движения, его можно лишь пе­рераспределить между отдельными звеньями тела.

В безопорном положении тело гимнаста всегда вращается вок­руг оси, проходящей через его ОЦМ. Поэтому любая сила, линия действия которой не проходит через ОЦМ, создает вращатель­ный момент относительно оси, проходящей через ОЦМ тела. По­ворот начинается с концевых звеньев тела, потому что они обла­дают наибольшей подвижностью. В том случае, когда сила дей­ствует по линии, проходящей через ОЦМ тела, момента не со­здается, так как ее плечо равно нулю. В сложных вращательных движениях на тело одновременно могут действовать несколько моментов инерции, в этом случае их общий момент инерции бу­дет равен сумме действующих моментов инерции:

При выполнении вращательных движений приходится учиты­вать также и то, что звенья тела, как уже отмечалось, могут пере­мещаться одно относительно другого только в противоположные стороны навстречу друг другу со скоростями, обратно пропорцио­нальными их моментам инерции. Так, например, при попытке выполнить сальто вперед согнувшись за счет активных движений туловищем и поднятых вверх рук туловище повернется вокруг своей оси на угол в 45°, а ноги навстречу ему — на 90°. Так произойдет потому, что момент инерции туловища в этом случае оказывается в два раза большим по сравнению с моментом инерции ног. При выполнении этого же упражнения, но только за счет активных движений одних рук, соотношение моментов инерции рук и ос­тальной части тела в вытянутом положении равно 1 : 12, а в груп­пировке — 1:4 (по С.-М.А.Алекперову).

Из сказанного логически вытекает, что только за счет движе­ний одних рук существенного вращения тела добиться нельзя. Ру­ками можно только подправить положение тела в пространстве с целью более правильного приземления, большего сделать не пред­ставляется возможным из-за того, что при выполнении гимнас­тических упражнений тело гимнаста в безопорном положении находится не более 1,5 с.

Выгодное для поворота тела соотношение моментов инерции взаимодействующих звеньев создается в том случае, если тулови­ще и ноги расположить под углом 90 — 100°. Тогда величина мо­мента инерции ног относительно продольной оси туловища будет приблизительно в 7 —8 раз больше момента инерции туловища относительно его продольной оси, а последний — примерно во столько же раз больше момента инерции ног относительно их продольной оси. Это позволяет выполнить повороты вокруг про­дольной оси туловища или ног. В первом случае для создания вра­щательного импульса в качестве опоры используются ноги. Мо­мент их инерции, учитывая расстояние их ОЦМ до продольной оси туловища, значительно превосходит момент инерции тулови­ща: /_ног » Луловиша- Это дает возможность, «отталкиваясь» от ног, повернуть туловище вокруг его продольной оси. После этого тело разгибается в тазобедренных суставах. При этом ноги «догоняют» туловище, отнимая у него часть накопленного момента количе­ства движения.

Подобным же образом выполняется поворот вдоль продольной оси ног, так как момент их инерции становится значительно мень-

ше момента инерции туловища: У_ног « /_туЛовиша- После создания вращательного импульса гимнаст может снова сгибаться и разги­баться, выполняя поворот вокруг продольной оси туловища или ног. Количество поворотов, которые гимнаст может выполнить в безопорном положении, зависит от запаса высоты, а следователь­но, и времени. В процессе поворота та часть тела, которая служила опорой для поворачивающейся части, будет догонять ее и отни­мать часть приобретенных ею момента количества движения или кинетической энергии (рис. 114, а, б).

В безопорном положении можно выполнять не только враща­тельные движения во всех плоскостях пространства, но и переме­щаться вверх-вниз при отталкивании вверх под углом 90° к гори­зонтали и по параболе — при отталкивании под различными уг­лами при наличии горизонтальной составляющей скорости ОЦМ тела.

В безопорном положении можно изменять скорость вращения тела путем изменения позы. Например, при вращении вокруг про­дольной оси тела сгибание тела, отведение рук в стороны приво­дят к замедлению скорости вращения; разгибание тела, приведе­ние рук — к ее увеличению.

Маховые упражнения

В процессе ходьбы, бега, при выполнении многих бытовых, тру­довых и спортивных двигательных действий человек совершает ма­ховые движения руками, ногами и всем телом. Для гимнастики наибольший интерес представляют маховые упражнения, выпол­няемые на гимнастических снарядах. Эти упражнения в отличие от силовых характеризуются широким использованием действия силы тяжести и инерции тела гимнаста или отдельных его звеньев.

Для того чтобы умело использовать силу тяжести и инерцию тела при выполнении маховых упражнений, надо рассмотреть за­кономерности взаимодействия их с внутренними силами гимнас­та. Это можно сделать, если маховое движение представить в виде принципиальной схемы по С.-М.А.Алекперову (рис. 115). Здесь гимнаст из исходного положения I перемещается в конечное по­ложение II. В исходном положении ОЦМ его тела находится в точ­ке С. В этом случае вес тела может быть разложен на два составля­ющих его компонента: тангенциальный Р_х и радиальный Р₂.

Тангенциальный компонент создает вращательный момент от­носительно оси О — точки опоры. Его величина равна произведе­нию Р_х и радиуса R (расстояние от опоры до ОЦМ тела), но так как Р_х = Р- sin W, где угол W является степенью отклонения тела от вертикального положения, то вращательный момент силы тя­жести М_Р равен произведению веса тела гимнаста Р и величины угла, характеризующей степень отклонения его тела от вертикаль-

ного положения (sin W). Чем меньше этот угол, тем меньше и его численная величина:

М_Р = PR.

Величина вращательного момента меняется в зависимости от радиуса вращения ОЦМ тела (ОС) и величины угла (W). Наи­большее значение она имеет при горизонтальном положении тела (М_Р = PR), так как sin 90" = 1, а после того, как тело перемес­тится в вертикальное положение, будет равна нулю (sin 0° = 0).

Во второй части упражнения после прохождения телом верти­кали направление действия силы Р_х изменяется на противопо­ложное: она действует по ходу часовой стрелки и, следовательно, имеет отрицательный знак с наибольшей величиной в горизон­тальном положении тела гимнаста. Затем по мере приближения тела к вертикали над снарядом (при выполнении большого обо­рота) ее величина уменьшится до нуля и начнет снова возрастать До максимума по мере приближения к горизонтальному положе­нию, но теперь уже с положительным знаком, так как ее дей­ствие будет направлено против часовой стрелки.

Радиальный компонент силы тяжести Р₂ всегда действует по ра­диусу и оттягивает или прижимает тело к опоре. Величина этой ^силы зависит от угла отклонения тела от вертикального положе­ния: чем меньше этот угол, тем больше ее величина. Наибольшее значение она имеет при вертикальном положении тела (Р₂ = Р), наи-

меньшее — при горизонтальном (Р₂ = 0); в секторе ниже горизон­тали она направлена от оси вращения, а выше горизонтали — к оси вращения. В вертикальном положении под снарядом дей­ствие Р₂ совпадает по направлению с действием силы тяжести. Но поскольку это маховое движение, то к действию этих сил присо­единяется еще и центробежная сила (F). Ее величина прямо про­порциональна массе тела (т), квадрату линейной скорости ОЦМ тела (v) и обратно пропорциональна радиусу ОЦМ (R):

Действие сил на тело гимнаста в вертикальном положении может превышать его вес в 2 —5 раз, особенно когда выполняют­ся хлестовые движения ногами. Такая большая нагрузка на опор­но-двигательный аппарат требует обеспечения прочного хвата за снаряд и надежной страховки. Срывы со снаряда могут сопровож­даться падением на голову с тяжелыми травматическими послед­ствиями.

Использование изложенных выше закономерностей и закона равенства моментов количества движения делает возможным вы­полнение сложных маховых упражнений и облегчает двигатель­ные действия гимнаста. Для этого в первой части упражнения ОЦМ тела как можно дальше удаляется от опоры и тем самым создается возможно больший момент инерции в исходном положении для выполнения упражнения, а в процессе маха — и наибольший момент количества движения. Во второй части упражнения (после вертикали) ОЦМ тела приближается к оси вращения путем сги­бания туловища в тазобедренных суставах или каким-либо другим способом. В этом случае уменьшение радиуса R₂ приводит соответ­ственно к увеличению угловой скорости (02, а следовательно, и к подъему ОЦМ тела на высоту II, превосходящую ту, с которой начато маховое движение I.

При выполнении многих маховых упражнений для достижения наибольшего эффекта и облегчения действий гимнаста приходится перераспределять моменты количества движения туловища и ног. Даже в таких простых движениях, как соскоки махом вперед на перекладине и кольцах, приходится в первой части упражне­ния, при подходе тела к вертикали, увеличивать угловую скорость верхней части туловища, а ног — замедлять. Во второй части уп­ражнения, после прохождения вертикали, наоборот, увеличивать угловую скорость ног за счет туловища, а значит, и их момент количества движения. В конце махового движения, «опираясь» на ноги, на приобретенный ими момент количества движения или кинетическую энергию и, следовательно, замедляя их угловую скорость, а также отталкиваясь от перекладины руками, можно сделать рывковое движение и поднять ОЦМ тела на необходимую

высоту. Такое перераспределение момента количества движения между звеньями тела позволяет выполнить соскок более высоким и красивым.

Принцип перераспределения момента количества движения между звеньями тела положен в основу техники исполнения мно­гих маховых упражнений.

Силовые упражнения

Силовые упражнения подразделяются на динамические и ста­тические. Они требуют от гимнастов хорошо развитой мышечной силы.

Динамические силовые упражнения в соответствии с правилами соревнований выполняются медленно, без использования инер­ции движущегося звена или тела в целом.

В зависимости от характера выполняемого упражнения мышцы осуществляют преодолевающую или уступающую работу. В преодо­левающем режиме работы движение происходит из более низкого в более высокое положение и сопровождается преодолением веса тела гимнаста или его отдельных звеньев. В этом случае вращатель­ный момент силы превосходит противоположно направленный момент, вызванный тяжестью тела или поднимаемого звена тела.

Медленное выполнение силовых упражнений в соответствии с гимнастическим стилем требует большей затраты энергии по срав­нению с выполнением их в оптимальном темпе. Величина же за­трат мышечной энергии с чисто механической точки зрения за­висит только от сопротивления силы тяжести и высоты подъема перемещаемой части тела. Это несоответствие является еще одним свидетельством того, что мышцы работают не только как механи­ческие двигатели, но и как несравнимо более сложные биологи­ческие образования, управляемые нервной системой и сознанием гимнаста.

В уступающем режиме работы мышц движение тела или его отдельных звеньев происходит из более высокого в более низкое положение. Сила тяжести перемещаемой части тела облегчает дви­жение. В этом случае вращательный момент мышечной тяги мень­ше вращательного момента перемещаемой части тела. Улучшают­ся и механические условия работы мышц, возрастают их силовые возможности, так как они постепенно удлиняются. В этом режиме работы мышцы способны развивать усилия на 50 — 70% большие, чем при преодолевающем. По мере уменьшения напряжения мышц Улучшаются условия кровоснабжения и энергетического обеспе­чения их работы.

Статические силовые упражнения характеризуются удержанием статической позы в течение 2 —4 с. Выполнение многих упражне­ний из этой группы требует большой статической мышечной силы.

По мере подъема ОЦМ тела над площадью опоры ухудшаются условия для сохранения равновесия, и, чтобы не потерять его, приходится прилагать дополнительные мышечные усилия.

Статические упражнения сопровождаются увеличением давле­ния в легких (натуживание), в брюшной полости, затруднением притока крови к сердцу и работающим мышцам, а следователь­но, вызывают нарушение обменных процессов, снижение регуля-торной деятельности центральной нервной системы. В дозирова­нии этих упражнений необходима осторожность. В то же время надо иметь в виду, что при развитии мышечной силы они оказы­ваются значительно более эффективными по сравнению с дина­мическими упражнениями.