РАЗНОВИДНОСТИ ДВИЖЕНИЙ И ИХ БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ. Траектории движений. Стартовые действия.
Траектории движений. По траектории движения общего центра тяжести тела можно судить о внешних силах, действующих на тело при перемещении. Например, в результате заднего толчка траектория ОЦТ искривляется кверху; под действием силы тяжести – книзу; при смене опоры на правую или на левую ногу ОЦТ соответственно перемещается в поперечном направлении; во время перемещения тела без опоры (в полете), если движущая сила действовала ранее под острым углом к горизонту, траектория ОЦТ в безвоздушной среде имеет форму параболы; эта траектория под действием сопротивления воздуха изменяет свою форму.
По изменениям траектории ОЦТ тела можно судить о величине, направлении и длительности действия внешних сил.
Каждая точка тела человека во время локомоции описывает свой путь. Эти пути для разных точек обычно различны и отражают особенности движений каждой части тела. В циклических локомоциях вследствие автоматизации движений закрепляются их структуры; траектории одних и тех же точек в одинаковые фазы циклов движений очень схожи.
Если траектория движения тела направлена не прямо вперед, а в целом имеет криволинейную форму, то это значит, что на тело действует центростремительная сила, направленная под углом к движению. Такой силой бывает опорная реакция, когда тело наклоняется в сторону поворота (на треке, в конькобежном спорте). При движении по кривой действует горизонтальная составляющая опорной реакции, которая играет роль внешней центростремительной силы.
Стартовые действия направлены на быстрейший переход от покоя к наибольшей скорости движения. Для начала передвижения тела вперед необходимо наличие стартовой силы. В положении стоя сила тяжести тела человека обычно проходит впереди голеностопных суставов. Если при этом расслабить мышцы-сгибатели голеностопных суставов, то момент силы тяжести тела вызовет движение тела в этих суставах вперед. Однако такое ускорение, вызываемое моментом силы тяжести, слишком мало для быстрого старта. Поэтому момент силы тяжести не является обязательным для стартового движения. Здесь действуют в основном другие механизмы.
Стартовое положение с первым движением обеспечивает ускорение общего центра тяжести тела человека в заданном направлении. Для этого проекция ОЦТ на горизонтальную поверхность приближена к передней границе площади опоры. При прочих равных условиях выдвежение ОЦТ вперед и более низкое его положение увеличивает горизонтальную составляющую начальной скорости.
Источником горизонтальной стартовой силы служит, главным образом, выпрямление ноги, согнутой в коленном суставе. Наклоненная вперед опорная реакция (Rобщ) может быть разложена на вертикальную (Rоп) и горизонтальную (Rот) составляющие.
Для объяснений действий сил перенесем горизонтальную составляющую опорной реакции (Rот) в ОЦТ тела. Назовем ее условно силой (S). Чтобы не изменилось действие сил, нужно одновременно приложить к этой же точке равную по величине и противоположную по направлению силу (Fi). Из схемы видно, что стартовая сила (S) придает поступательное ускорение ОЦТ тела, а пара сил Fi и Rот, действуя на плече h, вызывает опрокидывающий стартовый момент (М) относительно опоры. При всех наземных стартах с горизонтальной поверхности возникает опрокидывающий (назад) стартовый момент.
Горизонтальная стартовая сила (S) при вертикальной составляющей опорной реакции (Rоп), равной весу тела (Р), зависит от отношения расстояний от проекций ОЦТ тела до задней границы (l) к высоте расположения ОЦТ (h). В этом случае, когда опорная реакция проходит через ОЦТ.
В низком старте положение бегуна таково, что вынос ОЦТ вперед от задней опоры (l) увеличен, а высота его расположения (h) уменьшена. В связи с необходимостью перехода во время разбега в более высокое положение обеспечивается максимальное использование всей силы мышц-разгибателей толчковой ноги, что дает еще большую стартовую силу (S), почти в четыре раза превышающую вес тела. Возникающий при этом опрокидывающий момент способствует постепенному выпрямлению тела в течение разгона со старта.
Маховый вынос свободной ноги при первом шаге в ходьбе и беге усиливает горизонтальную составляющую опорной реакции. Это можно наблюдать при энергичном выносе ноги, стоя на легкой тележке с минимальным трением – она покатится назад. Сила давления опорной ноги назад вызвала ускорение тележки назад. При сцеплении стопы с опорой во время подобного движения увеличивается горизонтальная опорная реакция.
Так как сила трения относительно мала, то приходится использовать отталкивание от опоры не только вперед, а вперед и вверх. С увеличением давления на опору увеличивается сила трения, что обеспечивает большую стартовую силу, которую можно увеличить, используя стартовые колодки, отталкивание ребром конька и т. п. Каждый задний толчок на дистанции в ходьбе, беге и других локомоциях имеет много сходных черт со стартовыми движениями. Особенно помогают использовать стартовую силу шипы на специальной обуви, лыжная мазь, дающая хорошее сцепление со снегом и т. п.
Когда вертикальная составляющая реакции отталкивания меньше статического веса, тогда стартовая сила направлена вперед и вниз, как это бывает при старте в плавании.
В стартовых положениях стремятся приблизить линию тяжести к передней границе площади опоры, чтобы увеличить вынос общего центра тяжести тела от задней опоры и этим увеличить стартовую силу.
Бочаров «Частная биомеханика с физиологией движений»
