«Кафедра спортивных дисциплин УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС по дисциплине БИОМЕХАНИКА для специальности 050720.65 - Физическая культура со специализацией Физическое воспитание в дошкольных учреждениях Составитель: Правдов ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ШУЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра спортивных дисциплин

УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине

БИОМЕХАНИКА

для специальности 050720.65 - Физическая культура со специализацией «Физическое воспитание в дошкольных учреждениях Составитель: Правдов М.А., доктор педагогических наук, профессор Шуя, 2010 Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден и утвержден на заседании кафедры спортивных дисциплин от _года (протокол №_)

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебно-методический комплекс представляет собой набор средств обучения, составляющих методическую базу обучения по специальности по специальности 050720.65 Физическая культура со специализацией«Физическое воспитание в дошкольных учреждениях.

Цель УМК – методическое обеспечение учебного процесса по программе учебной дисциплины федерального компонента для специальности 050720.65 - Физическая культура со специализацией «Физическое воспитание в дошкольных учреждениях в соответствии с едиными требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО).

Задачи УМК:

1.Методическое сопровождение и консультативная поддержка учебной деятельности студентов по практическим, лекционным и самостоятельным занятиям.

2.Обеспечение целостности учебного процесса по курсу «биомеханика» и его организации при реализации государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 050720.65 - Физическая культура со специализацией «Физическое воспитание в дошкольных учреждениях 3.Стандартизация требований к методическому обеспечению учебного процесса.

4.Унификация контроля за методическим обеспечением учебного процесса по курсу «Биомеханика»

Средства обучения, входящие в УМК взаимосвязаны, подчинены общей цели и методической идее. Методические материалы данного комплекта позволят существенно повысить качество подготовки студентов к занятиям.

Учебно-методический комплект составлен с учетом требований внутривузовского положения об учебно–методическом комплексе по отдельной дисциплине основной образовательной программы специальности 050720.65 - Физическая культура со специализацией «Физическое воспитание в дошкольных учреждениях Практическое использование студентами и преподавателями учебно-методического комплекса по дисциплине Биомеханика заключается:

- в возможности самостоятельного изучения дисциплины благодаря наличию конспектов лекций, практических рекомендаций по выполнению практических и лабораторных занятий, лекционный курс дополнен видеоматериалами.

- возможности самостоятельной проверке степени освоения содержания дисциплины по фонду оценочных средств.

2. ПЕРЕЧЕНЬ МАТЕРИАЛОВ, ВХОДЯЩИХ В УМК

1.Пояснительная записка.

2.Перечень материалов, входящих в УМК 3.Содержание дисциплины по ГОС ВПО соответствующей специальности 4.Выписка из учебного плана 5.Рабочая программа учебной дисциплины —пояснительная записка —тематический план дисциплины —перечень основной и дополнительной литературы —требования к уровню усвоению программы и формы текущего, промежуточного и итогового контроля.

6.Учебники, учебно-методические и учебные пособия 7.Методические указания к семинарским, практическим и лабораторным занятиям.

8. Методические указания для проведения самостоятельной работы.

9. Контрольные работы с методическими указаниями.

10. Материалы для контроля знаний 11. Методические рекомендации по написанию рефератов с примерной их тематикой.

12. Электронные версии учебно-методических материалов, контрольных и обучающих работ.

13. Вариативная часть УМК (Программный материал).

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС ВПО

Выписка из государственного образовательного стандарта специальности 033100 Физическая культура от 31 января 2005 г. Номер государственной регистрации №711 пед/СП (новый). Вводится в действие с момента переутверждения вместо раннее утвержденного (14.04.2000 г. № 363 пед/сп).

Биомеханика Биомеханика как учебная и научная дисциплина. Направления развития биомеханики как науки. История развития биомеханики. Кинематика и динамика движений человека. Механическая работа и энергия при движениях человека. Биомеханические основы двигательного аппарата человека. Методы биомеханических исследований и контроля в физическом воспитании и спорте. Биомеханика физических качеств человека. Биомеханические основы технико-тактического мастерства.

Половозрастные особенности моторики человека. Биомеханические аспекты программированного обучения двигательным действиям. Биомеханические основы физических упражнений, входящих в программу физического воспитания школьников.

4. ВЫПИСКА ИЗ УЧЕБНОГО ПЛАНА

Выписка из учебного плана специальности 050720.65 - Физическая культура Выписка из учебного плана специальности 050720.65 Физическая культура

5. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Программа учебной дисциплины «Биомеханика» разработана на основе ГОС ВПО для специальности 033100 Физическая культура (от 31 января 2005 г., номер государственной регистрации № 711 пед/сп), ООП специальности 050720.65 Физическая культура со специализацией «Физическое воспитание в дошкольных образовательных учреждениях» (2009), учебного плана, Положения о программе учебной дисциплины СМК-ПЛ-ДП-СП.05/РК.04. (31.03. 2009г.).

Биомеханика является неотъемлемой составной частью программы подготовки специалистов по 050720.65 Физическая культура. Биомеханика относится к циклу дисциплин предметной подготовки (ДПП.Ф.8). Для освоения дисциплины «Биомеханика» студенты используют знания, умения, навыки, сформированные в ходе изучения дисциплин: «Математика и информатика», «Концепции современного естествознания», «Технические и аудиовизуальные средства обучения», «Теория и методика обучения физической культуре», «Анатомия», «Физиология», «Основы безопасности жизнедеятельности и медицинских знаний», «Теория и методика физической культуры и спорта», «Психология физического воспитания и спорта». Изучение данной дисциплины служит основой для освоения таких дисциплин как, «Физиология физического воспитания и спорта», «Спортивная метрология», «Базовые и новые физкультурно-спортивные виды».

Как учебная и научная дисциплина Биомеханика представлена историческими этапами своего развития. В ней раскрывается: кинематика и динамика движений человека; механическая работа и энергия при выполнении движений человеком; представлены биомеханические основы двигательного аппарата, методы биомеханических исследований и контроля в физическом воспитании и спорте, биомеханика физических качеств человека и биомеханические основы технико-тактического мастерства спортсменов, половозрастные особенности моторики человека, аспекты программированного обучения двигательным действиям, биомеханические основы физических упражнений, входящих в программу физического воспитания школьников.

Цель дисциплины: ознакомить с целостностью и надежностью строения и функции двигательной системы человека при организации рациональной деятельности в разных сферах физической культуры и спорта.

Задачи дисциплины:

обучить студентов пониманию связи между использованием традиционных средств теории и методики физического воспитания и спортивной тренировки и возможным двигательным эффектом при выполнении упражнений;

научить разбираться в сложности двигательных актов человека и понимать, что они зависят от множества факторов и непрерывно изменяются в процессе обучения и тренировки;

ознакомить с биомеханическими основами техники двигательных действий;

создать представление о биомеханических технологиях формирования и совершенствования движений с более высокой спортивной результативностью.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины Программный материал по дисциплине Биомеханика направлен на формирование у будущих специалистов знаний, представлений, умений и навыков проведения биомеханического анализа двигательных действий, применения рациональных средств форм и методов развития физических качеств, формирования рациональной структуры движений, организации биомеханического контроля в физическом воспитании и спортивной подготовке, использования биомеханических методов проведения научно-исследовательской работы с использованием инструментальных методик, определения причин ошибок при освоении двигательных действий и при развитии физических качеств, методик их устранения в процессе обучения и совершенствования двигательных действий у различных категорий людей.

Студент должен знать: предмет, историю и специфичную проблематику биомеханики, терминологию биомеханики, кинематические, динамические и энергетические характеристики двигательных действий человека и методы их измерения, виды движений, онтогенез моторики, биомеханические основы двигательных качеств, биомеханические основы спортивно-технического мастерства, построение двигательных действий как процесс управления, понятие о моделях и моделировании в биомеханике, основы биомеханического контроля, технические средства и методики измерений, основные идеи, методы и средства биомеханических технологий формирования и совершенствования движений.

Студент должен уметь: формулировать конкретные задачи и находить пути их решения при изучении биомеханики двигательных действий человека, осуществлять биомеханический контроль и анализ двигательных действий спортсменов, планировать и проводить формирование и совершенствование технического мастерства спортсменов с помощью биомеханических методов, средств и технологий.

Объем дисциплины и виды учебной работы ОФО Обучение курсу «Биомеханика» проводится в форме лекций, практических, лабораторных и самостоятельных занятий в объеме 110 часов, предусмотренном учебным планом.

Форма контроля зачет.

Выписка из учебного плана специальности 050720.65 - Физическая культура по дисциплине «Биомеханика» ДПП.Ф.8 (ОФО) Выписка из учебного плана специальности 050720.65 Физическая культура 1. Биомеханика как учебная и научная дисциплина.

2. Направления развития биомеханики как науки.

4. Кинематика и динамика движений человека.

5. Механическая работа и энергия при движениях 6. Биомеханические основы двигательного аппарата 7. Методы биомеханических исследований и контроля в физическом воспитании и спорте.

8. Биомеханика физических качеств человека.

9. Биомеханические основы технико-тактического 10. Половозрастные особенности моторики человека.

11. Биомеханические аспекты программированного тания школьников.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ

п/п (с разбивкой на модули) 13. Биомеханика как учебная и научная дисциплина.

14. Направления развития биомеханики как 16. Кинематика и динамика движений человека.

17. Механическая работа и энергия при движениях человека.

18. Биомеханические основы двигательного аппарата человека.

19. Методы биомеханических исследований 20. Биомеханика физических качеств человека.

21. Биомеханические основы техникотактического мастерства.

22. Половозрастные особенности моторики ческого воспитания школьников.

1.СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ И ТЕМ

1.Биомеханика как учебная и научная дисциплина. Предмет биомеханики как науки и учебной дисциплины. Биологические и механические явления в живых системах.

Человек как механическая система, особенности его движения. Цель и задачи биомеханики.

Связь ее с другими науками о спорте.

2.Направления развития биомеханики как науки. Механическое направление.

Функционально-анатомическое направление. Анатомическое направление. Спортивная морфология. Физиологическое направление. Системно-структурный подход. Дифференцированный подход.

3.История развития биомеханики. История развития и зарождение биомеханики как науки. Роль научных методов в развитии биомеханики. Вклад русских ученых в развитие биомеханики. Современное состояние биомеханики.

4.Кинематика и динамика движений человека. Основные понятия кинематики, путь, перемещение, скорость, ускорение. Поступательное и вращательное движения, линейные и угловые характеристики. Относительность движения. Сложные движения. Описание движений человека и его звеньев во времени и пространстве - место, ориентация и поза. Фазовые диаграммы. Основные понятия и законы динамики. Сила и момент силы, импульс силы и момент силы, импульс тела и кинетический момент. Геометрия масс тела человека и способы ее определения. Общий центр тяжести и центры тяжести отдельных звеньев. Момент инерции. Внутренние и внешние силы. Взаимодействие с внешней средой как причина изменения движения тела человека. Силы тяжести, веса, инерции, упругой деформации, трения. Силы реакции опоры, виды опорных взаимодействий. Анализ динамограмм. Гидроаэродинамическое сопротивление. Связи и степени свободы. Биомеханические свойства мышц, связок и сухожилий. Типы двигательных единиц. Мышечно-скелетная система. Механические свойства костей и суставов. Величина мышечной силы. Движение звена в суставе: зависимость углового ускорения звена от моментов внешних для него сил и его собственного момента инерции. Управляющие мышечные моменты. Вращение биомеханической системы при опоре и без опоры. Закон сохранения кинетического момента. Взаимодействие тела человека с опорой как причина изменения движения вокруг осей. Основные способы управления движениями вокруг осей: приложение силы, изменение радиуса инерции, активное создание момента внешней силы, группирование и разгруппирование тела, встречные круговые движения конечностями и изгибания туловища.

5.Механическая работа и энергия при движениях человека. Понятие о механической работе, мощности и видах механической энергии. Закон сохранения энергии и его следствия. Внутренняя и внешняя работа. Рекуперация энергии: переход энергии из одного вида в другой, обмен энергией между звеньями тела человека, использование энергии упругой деформации мышц и сухожилий. Методы измерения работы и энергии при движениях человека. Механическая эффективность двигательных действий. Биомеханика ходьбы и бега: фазовый состав, силы, энергетика. Передвижение с опорой на воду. Передвижение со скольжением. Передвижение с механическими преобразованиями движений. Равновесие тела человека. Основные способы сообщения скорости снаряду (предмету): с разгоном перемещаемых предметов и с ударным взаимодействием. Передача энергии в многозвенных биомеханических системах. Биомеханика ударных действий. Механическая эффективность движений.

6.Биомеханические основы двигательного аппарата человека. Строение пассивной части двигательного аппарата человека. Тело человека как многозвенная система. Кинематические пары и движения в суставах (понятие о степенях свободы). Механические свойства связок и сухожилий. Трибология суставов. Движения в кинематических цепях. Открытые и замкнутые кинематические цепи. Биомеханика мышц. Механические свойства и механическая модель мышцы. Режимы и механика мышечного сокращения. Работа, мощность и энергия мышечного сокращения. Особенности действия мышц на костные рычаги (золотое правило механики). Биомеханика двусуставных мышц.

7.Методы биомеханических исследований и контроля в физическом воспитании и спорте. Измерения в биомеханике. Биомеханические характеристики. Технические средства и методики измерений: биомеханическая кинематография, видеоциклография, оптоэлектронная циклография, электромиография, динамография, акселерометрия, спидография, гониометрия, измерение упруго-вязких свойств мышц, метод магнитного резонанса, вживленные датчики силы. Телеметрия. Лабораторные и натурные измерения. Элементы биомеханического анализа двигательных действий в физической культуре и спорте. Тренажерноизмерительные комплексы.

8.Биомеханика физических качеств человека. Понятие о моторике человека как совокупности его двигательных возможностей. Двигательные качества - качественно различные стороны моторики. Явные, видимые, доступные непосредственному измерению и латентные, скрытые, недоступные непосредственному измерению показатели двигательных качеств. Биомеханическая характеристика силовых качеств. Сила действия человека. Понятие о силовых качествах. Топография силы. Биомеханические особенности тренировки силы отдельных мышечных групп. Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям. Метод сопряженного воздействия. Биомеханическая характеристика скоростных качеств. Понятие о скоростных качествах. Биомеханическая характеристика выносливости.

Основы эргометрии. Правило обратимости двигательных заданий. Утомление и его биомеханические проявления. Выносливость и способы ее измерения. Биомеханические требования к построению и использованию тренажеров для воспитания двигательных качеств. Биомеханические характеристики гибкости. Активная и пассивная гибкость. Биомеханические основы координации движений 9.Биомеханические основы технико-тактического мастерства. Биомеханические характеристики спортивной техники. Биомеханические черты спортивного мастерства. Биомеханика упражнений прогрессирующей сложности. Биомеханические аспекты спортивной тактики.

10.Половозрастные особенности моторики человека. Телосложение и моторика человека. Онтогенез моторики. Двигательные предпочтения, двигательная асимметрия и ее значение в спорте. Двигательные качества - качественно различные стороны моторики человека.

11.Биомеханические аспекты программированного обучения двигательным действиям. Основные понятия теории управления. Аппарат управления и аппарат исполнения. Состояния аппарата исполнения - начальное, промежуточное и конечное. Цели управления, программа поведения, конечный результат. Воздействие управляющие и сбивающие.

Способы организации управления в самоуправляемых системах. Программный способ управления. Каналы прямой и обратной связи. Незамкнутые и замкнутые контуры управления. Модель потребного будущего. Управление и регуляция. Произвольный контроль и сенсорные коррекции. Функциональные системы двигательного действия. Основные понятия теории управления. Уровни управления. Биологические обратные связи в практике физкультурно-спортивной работы. Способы и средства коррекции двигательных действий человека.

Двигательные синергии. Групповое взаимодействие мышц. Моторные программы. Программирование движений. Стратегии движения. Прямая и обратная задачи механики в приложении к движениям человека. Механические модели мышц. Физическое моделирование движений. Регрессионные модели. Искусственная управляющая среда. Предметная среда. Тренажеры. Тренировочные приспособления. Биомеханические принципы конструирования спортивного инвентаря и оборудования. Реализация принципа технико-физического сопряжения посредством биомеханических средств тренировки. Биомеханические методы и средства вывода спортсменов на рекордную результативность.

12.Биомеханические основы физических упражнений, входящих в программу физического воспитания школьников. Биомеханическое обоснование физических упражнений: обоснование программы по физическому воспитанию, процесса физического воспитания, спортивной подготовки. Биодинамика гимнастических упражнений. Биодинамика легкоатлетических упражнений. Биодинамика передвижений на лыжах. Биодинамика спортивных игр.

№ Наименова- Содержание раздела дисциплины Результат обучения.

1. Биомехани- Предмет биомеханики как науки и Основной результат оска как учеб- учебной дисциплины. Механические воения данного раздела ная и науч- явления в живых системах. Задачи и дисциплины - ознакомленая дисцип- направления развития общей биоме- ние с основными понялина. На- ханики движений человека. Цель и тиями и терминологией правления задачи спортивной биомеханики. биомеханики спорта развития Развитие биомеханики. Возникнове- Знать:

биомехани- ние и развитие отечественной био- - понятия биомеханики;

ки как нау- механики. Современное состояние - цели и задачи учебной биомеханики.

2. Кинематика Кинематические особенности дви- Основной результат оси динамика жений человека: система отсчета, воения данного раздела движений пространственные, временные, про- дисциплины - формирочеловека. странственно- временные характе- вание представлений об Механиче- ристики. Динамические особенности особенностях движений ская работа в движениях человека: инерционные человека Знать:

и энергия характеристики, силовые характери- - классификацию и при движе- стики. Силы, внешние относительно содержание ниях чело- тела. Силы, внутренние относитель- характеристик века. но тела. Центр масс тела. Масса те- движений человека.

3. Биомехани- Понятие о теле человека как биоди- Основной результат осческие ос- намической системе. Составные час- воения данного раздела новы двига- ти этой системы: кинематическое дисциплины - понимание тельного звено, пара, цепь. Связи и степени строения тела человека аппарата свободы движений. Звенья тела как как биомеханической человека. рычаги и маятники. Механические и системы. Знать:

4. Методы Организация биомеханического ис- Основной результат осбиомехани- следования. Этапы организации ис- воения данного раздела ческих ис- следования. Тесты в биомеханике. дисциплины - формироследований Методы обследования. Автоматиза- вание системы знаний о и контроля в ция биомеханического контроля. методике проведения 5. Биомехани- Понятие о моторике человека, дви- Основной результат оска физиче- гательные качества качественно раз- воения данного раздела ских качеств личные стороны моторики человека. дисциплины - формирочеловека Биомеханика силовых, скоростных, вание системы знаний о и скоростно-силовых качеств. Био- физических качествах чемеханические основы выносливости. ловека. Знать:

Утомление и его биомеханические - характеристику силопроявления. Биомеханические осно- вых;

6. Биомехани- Показатели технического мастерст- Основной результат осческие ос- ва. Две группы показателей: 1) что воения данного раздела новы техни- умеет делать спортсмен (объем, раз- дисциплины - формироко- носторонность, рациональность тех- вание системы знаний о тактическо- ники); 2) как он это умеет делать технико-тактическом го мастерст- (эффективность владения спортив- мастерстве. Знать:

ва ной техникой). Абсолютная эффек- - показатели техническотивность. Сравнительная эффектив- го мастерства;

движений в плавании. Биомеханический анализ движений в лыжном в велосипедном спорте. Биомеханический анализ движений в толкании ядра. Биомеханический анализ движений в тяжелой атлетике.

7. Половозра- Дифференциальная биомеханика - Основной результат стные осо- раздел биомеханики, изучающий освоения данного бенности индивидуальные и групповые осо- раздела дисциплины моторики бенности движений и двигательных ознакомление с человека. возможностей людей. Телосложение особенностями 8. Биомехани- Строение двигательного действия. Основной результат осческие ас- Система движений, ее состав и воения данного раздела пекты структура. Аппарат управления и дисциплины - ознакомлепрограмми- аппарат исполнения. Способы орга- ние с системой движений.

рованного низации управления в самоуправ- Знать:

обучения ляемых системах. Способы и сред- - состав системы движедвигатель- ства коррекции двигательных дейст- ний;

9. Биомехани- Биомеханическое обоснование фи- Основной результат осческие ос- зических упражнений: обоснование воения данного раздела новы физи- программы по физическому воспи- дисциплины - ознакомлеческих уп- танию, процесса физического воспи- ние с обоснованием проражнений, тания, спортивной подготовки. граммы по физическому входящих в Биодинамика гимнастических уп- воспитанию. Знать:

программу ражнений. Биодинамика легкоатле- - биомеханические воспитания Биодинамика передвижений на лы- упражнений.

школьни- жах. Биодинамика спортивных игр.

№ Наименование Содержание раздела дисциплины Результат обучения раздела, тем дисциплины 1. Введение в био- Предмет и задачи биомеханики. Био- Основной результат освоемеханику. механика как учебная и научная дис- ния данного раздела дисцициплина. Направления развития био- плины - ознакомление с 2. Кинематика и Механическое движение. Траекто- Основной результат освоединамика движе- рия. Путь и перемещение. Времен- ния данного раздела дисциний человека. ные характеристики движения: мо- плины - формирование знамент времени, темп, ритм, длитель- ний, связанных с характеность движения, быстрота. Про- ристиками движений челостранственно- временные характери- века. Знать:

стики движения: скорость и ускоре- - характеристики механиние. Центр масс тела. Масса тела. ческого движения;

Работа и мощность человека. Инер- - масс-инерционные хационные характеристики. Силовые рактеристики;

воздействия. Электромагнитное воздействие. Тепловые воздействия.

3. Биомеханика Топография человека. Общие данные Основной результат освоедвигательного о теле человека. Оси и плоскости, ния данного раздела дисциаппарата. «делящие» тело человека. Организм, плины - формирование орган, система органов, ткани. Центр представлений о механизтяжести тела человека. Механизм мах движений человека.

биокинематических цепях. Механические свойства костей и суставов.

4. Методы Организация биомеханического ис- Основной результат освоебиомеханических следования. Этапы организации ис- ния данного раздела дисциисследований и следования. Тесты в биомеханике. плины - ознакомление с контроля в физи- Качество теста. Методы обследова- методикой биомеханичеческом воспита- ния. Автоматизация биомеханиче- ского исследования. Знать:

5. Биомеханика Биомеханика силовых качеств. Био- Основной результат освоефизических ка- механика скоростных качеств. ния данного раздела дисцичеств. Биомеханика выносливости. Коорди- плины - ознакомление с 6. Биомеханические Биомеханический анализ движений в Основной результат освоеосновы гребле. Биомеханический анализ ния данного раздела дисцитехнико- движений в плавании. Биомеханиче- плины - ознакомление с тактического ский анализ движений в лыжном анализом движений в размастерства. спорте (лыжных гонках). Биомехани- личных видах спорта.

7. Половозрастные Телосложение и моторика человека. Основной результат освоеособенности мо- Онтогенез моторики. Двигательный ния данного раздела дисциторики человека. возраст. Прогноз развития моторики. плины - формирование сисВлияние возраста и половых разли- темы знаний о возрастных и 8. Биомеханические Состав системы движений. Структу- Основной результат освоеаспекты ра системы движений. Виды струк- ния данного раздела дисципрограммиро- тур в системе движений. Ошибки в плины - формирование сисванного обуче- движениях. Самоуправляемые систе- темы знаний о составе сисния двигатель- мы. Изменение систем движений при темы движений. Знать:

ным действиям. обучении и тренировке. Управление - структуру системы 9. Биомеханические Оценка уровня физической подготов- Основной результат освоеосновы физиче- ленности занимающихся. Определение ния данного раздела дисципских упражнений, рационального способа выполнения лины - формирование систевходящих в про- движений. Оценка качества выполне- мы знаний о грамму физиче- ния двигательных действий. Установ- биомеханических ского воспитания ление эффективности процесса физи- основах программы по школьников. ческого воспитания. Обоснование физическому № Наименование раздела, тем Содержание раздела дисципли- Результат обучения 1. Определение положения Определение положения общего Научиться определять пообщего центра тяжести те- центра тяжести тела графиче- ложение центров тяжести ла графическим способом. ским способом. звеньев тела, 2. Определение момента Определение момента инерции Научиться определять инерции тела расчетным тела расчетным способом. моменты инерции звеньев 3. Исследование и оценка ста- Исследование и оценка статиче- Научиться определять потической позы спортсмена. ской позы спортсмена. ложение центров тяжести 4. Вычисление веса сегментов Вычисление веса сегментов тела Научиться определять вес тела по уравнениям множе- по уравнениям множественной сегментов тела с примественной регрессии. регрессии. нением уравнений множественной регрессии.

5. Определение положения Определение положения общего Научиться определять пообщего центра тяжести те- центра тяжести тела аналитиче- ложение ОЦТ сложением ла аналитическим спосо- ским способом. моментов сил тяжести.

Лабораторная работа № 1. «Построение промера по координатам»

Лабораторная работа №2. «Расчет и векторное изображение линейных скоростей и ускорений»

Лабораторная работа № 3 «Построение кинематических графиков (координат, скоростей и ускорений) и их анализ»

Лабораторная работа № 4. «Построение линейной хронограммы»

Лабораторная работа № 5. «Расчет и графическое изображение угловых скоростей и ускорений»

Лабораторная работа № 6. «Определение положения общего центра тяжести тела графическим способом (сложением сил тяжести)»

Лабораторная работа № 7. «Биомеханическое обоснование положения динамического старта при толчке в тяжелой атлетике»

Лабораторная работа № 8. «Расчет кинематики и динамики ударного действия»

Основная:

1. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОСПРЕСС, 2003.

2. Попов Г.И. Биомеханика. Учебник для студентов высших учебных заведений / Г.И.

Попов. 2-изд. испр. и дополн. – М: Издательский центр «Академия», 2007 г. – 256 с.

Дополнительная:

1. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

3. Донской Д.Д. Строение действия ( биомеханическое обоснование строения спортивного действия и его совершенствования): Учебно-методическое пособие для студентов физкультурных вузов и тренеров.- М.: РГАФК, 1995.

4. Донской Д.Д., Зайцева Л.С., Каймин М.А. Расчетно-графические работы по биомеханике: Методические разработки для студентов ГЦОЛИФКа. М.: ГЦОЛИФК, 5. Практикум по биомеханике: Учебное пособие для институтов физической культуры / Под ред. И.М. Козлова.- М.: ФиС, 1980.

6. Уткин В.М. Биомеханика физических упражнений. -М.: Просвещение, 1989. - 210 с.

7. Коренберг В.Б. Спортивная биомеханика: Словарь-справочник. Часть 2 «Биомеханическая система. Моторика и ее развитие. Технические средства и измерения».- Малаховка, 1999.

8. Лукунина Е.А., Шалманов Ан.А. Сохранение положения тела человека в условиях отсутствия внешних возмущающих воздействий.: Методические разработки для слушателей ФУС и студентов.- М.: РГАФК, 2000.

9. Сучилин Н.Г., Савельев В.С., Попов Г.И. Оптико-электронные измерения движений человека.- М.: Физкультура, образование, наука. 2000.

10. Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений. – М.: Просвещение, 1989.

11. Шалманов Ал. А., Шалманов Ан. А. Основные механизмы взаимодействия с опорой в прыжковых упражнениях: Метод. рекомендации для слушателей Высшей школы тренеров, факультетов усовершенствования и повышения квалификации.- М., 1990.

Требования к усвоению программы и формы текущего, Требования к уровню освоения содержания дисциплины Программный материал по дисциплине Биомеханика направлен на формирование у будущих специалистов знаний, представлений, умений и навыков проведения биомеханического анализа двигательных действий, применения рациональных средств форм и методов развития физических качеств, формирования рациональной структуры движений, организации биомеханического контроля в физическом воспитании и спортивной подготовке, использования биомеханических методов проведения научно-исследовательской работы с использованием инструментальных методик, определения причин ошибок при освоении двигательных действий и при развитии физических качеств, методик их устранения в процессе обучения и совершенствования двигательных действий у различных категорий людей.

Студент должен знать: предмет, историю и специфичную проблематику биомеханики, терминологию биомеханики, кинематические, динамические и энергетические характеристики двигательных действий человека и методы их измерения, виды движений, онтогенез моторики, биомеханические основы двигательных качеств, биомеханические основы спортивно-технического мастерства, построение двигательных действий как процесс управления, понятие о моделях и моделировании в биомеханике, основы биомеханического контроля, технические средства и методики измерений, основные идеи, методы и средства биомеханических технологий формирования и совершенствования движений.

Студент должен уметь: формулировать конкретные задачи и находить пути их решения при изучении биомеханики двигательных действий человека, осуществлять биомеханический контроль и анализ двигательных действий спортсменов, планировать и проводить формирование и совершенствование технического мастерства спортсменов с помощью биомеханических методов, средств и технологий.

Формы текущего, промежуточного и итогового контроля. Форма контроля зачет.

студентов _ курса очной формы обучения направления подготовки специальности 050720.65 Физическая культура со специализацией «Физическое воспитание в дошкольных образовательных учреждениях» «Биомеханика» на _ семестр 20_20_ Активность на занятиях (дополнение, уточнение, исправления устного от- 0- вета товарища) Текущий контроль 1 (контрольная работа, тестирование, в том числе на 0- компьютере, устный или письменный опрос) Активность на занятиях (контрольная работа, тестирование, в том числе на 0- компьютере, устный или письменный опрос) Текущий контроль 2 (контрольная работа, тестирование на компьютере, 0- устный опрос) Выполнение семестрового плана самостоятельной работы (15 недель х 2 балла) Премиальные баллы:

Штрафы Академическая оценка 3 (удовлетворительно) – 51-70 балла Академическая оценка 4 (хорошо) – 71-84 балла Академическая оценка 5 (отлично) – 85-100 баллов.

6. УЧЕБНИКИ, УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ

Основная литература:

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.Попов Г.И. Биомеханика. Учебник для студентов высших учебных заведений / Г.И.

Попов. 2-изд. испр. и дополн. – М: Издательский центр «Академия», 2007 г. – 256 с.

Дополнительная литература:

3.Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

4.Донской Д.Д. Строение действия ( биомеханическое обоснование строения спортивного действия и его совершенствования): Учебно-методическое пособие для студентов физкультурных вузов и тренеров.- М.: РГАФК, 1995.

5.Донской Д.Д., Зайцева Л.С., Каймин М.А. Расчетно-графические работы по биомеханике: Методические разработки для студентов ГЦОЛИФКа. М.: ГЦОЛИФК, 6.Практикум по биомеханике: Учебное пособие для институтов физической культуры / Под ред. И.М. Козлова.-М.: ФиС, 1980.

7.Уткин В.М. Биомеханика физических упражнений. -М.: Просвещение, 1989. - 8.Коренберг В.Б. Спортивная биомеханика: Словарь-справочник. Часть 2 «Биомеханическая система. Моторика и ее развитие. Технические средства и измерения».- Малаховка, 1999.

9.Лукунина Е.А., Шалманов Ан.А. Сохранение положения тела человека в условиях отсутствия внешних возмущающих воздействий.: Методические разработки для слушателей ФУС и студентов.- М.: РГАФК, 2000.

10.Сучилин Н.Г., Савельев В.С., Попов Г.И. Оптико-электронные измерения движений человека.- М.: Физкультура, образование, наука. 2000.

11.Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений. – М.: Просвещение, 1989.

12.Шалманов Ал. А., Шалманов Ан. А. Основные механизмы взаимодействия с опорой в прыжковых упражнениях: Метод. рекомендации для слушателей Высшей школы тренеров, факультетов усовершенствования и повышения квалификации.- М., 1990.

7. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К СЕМИНАРСКИМ И ЛАБОРАТОРНЫМ

Семинарское занятие №1.

Тема. Биомеханика как учебная и научная дисциплина.

1.Предмет биомеханики как науки и учебной дисциплины.

2.Биологические и механические явления в живых системах.

3.Человек как механическая система, особенности его движения.

4.Цель и задачи биомеханики.

5.Связь ее с другими науками о спорте.

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.Попов Г.И. Биомеханика. Учебник для студентов высших учебных заведений / Г.И.

Попов. 2-изд. испр. и дополн. – М: Издательский центр «Академия», 2007 г. – 256 с.

Семинарское занятие №2.

Тема. Направления развития биомеханики как науки.

Вопросы:Механическое направление. Функционально-анатомическое направление.

Анатомическое направление. Спортивная морфология. Физиологическое направление. Системно-структурный подход. Дифференцированный подход.

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

3.Уткин В.М. Биомеханика физических упражнений. -М.: Просвещение, 1989. - Семинарское занятие №3.

Тема. История развития биомеханики.

История развития и зарождение биомеханики как науки. Роль научных методов в развитии биомеханики. Современное состояние биомеханики.

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

3.Уткин В.М. Биомеханика физических упражнений. -М.: Просвещение, 1989. - Семинарское занятие №4.

Тема. Кинематика и динамика движений человека.

1.Основные понятия кинематики 2.Основные понятия и законы динамики.

3.Биомеханические свойства мышц, связок и сухожилий.

4.Взаимодействие тела человека с опорой как причина изменения движения вокруг осей.

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

3.Уткин В.М. Биомеханика физических упражнений. -М.: Просвещение, 1989. - Семинарское занятие №5.

Тема. Механическая работа и энергия при движениях человека.

1.Понятие о механической работе, мощности и видах механической энергии.

2.Механическая эффективность двигательных действий.

3.иомеханика ходьбы и бега: фазовый состав, силы, энергетика.

4.Передвижение с опорой на воду.

5.Передвижение со скольжением.

6.Передвижение с механическими преобразованиями движений.

7.Равновесие тела человека. Биомеханика ударных действий.

8.Механическая эффективность движений.

Литература 1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

Семинарское занятие №6.

Тема. Биомеханические основы двигательного аппарата человека.

Вопросы: Строение пассивной части двигательного аппарата человека.

Кинематические пары и движения в суставах (понятие о степенях свободы).

Открытые и замкнутые кинематические цепи.

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.Попов Г.И. Биомеханика. Учебник для студентов высших учебных заведений / Г.И.

Попов. 2-изд. испр. и дополн. – М: Издательский центр «Академия», 2007 г. – 256 с.

Семинарское занятие №7.

Тема. Методы биомеханических исследований и контроля в физическом воспитании и спорте.

1.Измерения в биомеханике.

2.Технические средства и методики измерений.

3.Тренажерно-измерительные комплексы.

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

Семинарское занятие №8.

Тема. Биомеханика физических качеств человека.

1.Двигательные качества - качественно различные стороны моторики.

2.Биомеханическая характеристика силовых качеств.

3.Биомеханическая характеристика скоростных качеств.

4.Понятие о скоростных качествах.

5.Биомеханическая характеристика выносливости.

6.Биомеханические характеристики гибкости.

1. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

Семинарское занятие №9.

Тема. Биомеханические основы технико-тактического мастерства.

1.Биомеханические характеристики спортивной техники.

2.Биомеханические черты спортивного мастерства.

3.Биомеханика упражнений прогрессирующей сложности.

4.Биомеханические аспекты спортивной тактики.

3. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

4. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

Семинарское занятие №10.

Тема. Половозрастные особенности моторики человека 1.Телосложение и моторика человека.

2.Онтогенез моторики.

3.Двигательные предпочтения, двигательная асимметрия и ее значение в спорте.

Литература:

5. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

6. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

Семинарское занятие №11.

Тема. Биомеханические аспекты программированного обучения двигательным действиям 1.Основные понятия теории управления.

2.Способы организации управления в самоуправляемых системах.

3.Биологические обратные связи в практике физкультурно-спортивной работы.

4.Двигательные синергии. Групповое взаимодействие мышц.

5.Моторные программы. Программирование движений.

1.. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

Семинарское занятие №11.

Тема. Биомеханические основы физических упражнений, входящих в программу физического воспитания школьников.

1.Биомеханическое обоснование физических упражнений программы по физическому воспитанию, процесса физического воспитания, спортивной подготовки.

2.Биодинамика гимнастических упражнений.

3.Биодинамика легкоатлетических упражнений.

4.Биодинамика передвижений на лыжах.

5.Биодинамика спортивных игр.

1.Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

2.Попов Г.И. Биомеханика. Учебник для студентов высших учебных заведений / Г.И.

Попов. 2-изд. испр. и дополн. – М: Издательский центр «Академия», 2007 г. – 256 с.

3.Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М.: ФиС, 1979.

4.Уткин В.М. Биомеханика физических упражнений. -М.: Просвещение, 1989. - 5.Шалманов Ал. А., Шалманов Ан. А. Основные механизмы взаимодействия с опорой в прыжковых упражнениях: Метод. рекомендации для слушателей Высшей школы тренеров, факультетов усовершенствования и повышения квалификации.- М., 1990.

Лабораторная работа № 1. Построение промера по координатам Основные задачи:

I) научиться составлять таблицу координат; 2) научиться находить по координатам положение точек тела и чертить схематические позы человека.

Пояснения.

1. Промер (рис. 1) – пространственно-временная диаграмма движений (схемы положений тела). Она показывает, где располагаются точки тела в пространстве и как они изменяют свое положение через определенные интервалы времени. Это позволяет рассчитать скорости и ускорения точек тела.

2. Промер строят на основе материалов специальной киносъемки. Для изучения движений, выполняемых в одной плоскости (бег в легкой атлетике, прыжки в длину, ходьба на лыжах, бег на коньках и т.д.), применяется одноплоскостная киносъемка.

Для изучения движений со сложными пространственными перемещениями (метание молота, диска, упражнения на коне в гимнастике и т.д.) используют трехплоскостную киносъемку.

Три киноаппарата располагаются на определенном расстоянии друг от друга так, чтобы их оптические оси были взаимно перпендикулярны. Съемка производится сбоку, спереди (или сзади) и сверху (зенитная киносъемка). Киноаппарат располагают так, чтобы его главная оптическая ось была перпендикулярна направлению движения или основной плоскости движения. Если же оптическая ось аппарата не перпендикулярна основной плоскости, то углы на изображении не будут равны действительным углам сгибания. При этом существенно искажаются и линейные размеры, что приводит к большим ошибкам при их измерении. Место расположения киноаппарата определяется так, чтобы объект съемки полностью поместился в кадр, оптическая ось аппарата должна находиться против центра области передвижения.

Минимальная частота съемки при изучении передвижений спортсмена составляет 32 кадра в секунду. При этом промежутки времени между кадрами будут равны 1/32 0,03.

Перед киносъемкой испытуемого специально подготавливают. На точки тела, соответствующие проекциям основных суставов, наносят «кресты» (ширина полоски – I см, длина – см). Предпочтительно снимать испытуемого в плавках, нанося отметки осей суставов непосредственно на кожу. При съемке в условиях низкой температуры испытуемого одевают в облегающий костюм (так, чтобы смещения костюма относительно тела были минимальны) и наносят проекции осей суставов непосредственно на костюм. Цвет меток должен быть контрастным цвету одежды.

3.Промер строят по кадрам кинопленки или фотоотпечаткам с них двумя способами: а) проецированием на координатную сетку (с кинопленки – через проектор; с фотоотпечатков – через эпидиаскоп); при этом минимум два ориентира на каждом кадре (или снимке) должны совместиться с их изображением на координатной сетке; б) по координатам каждой точка (относительно избранного начала координат) на каждом кадре или снимке; координаты сначала считываются по каждому снимку и записываются в таблицу координат. В обоих способах предварительно выбирают масштаб изображения (обычно 1:10, лучше 1:5).

4. По полученному (проецированием) на координатной сетке промеру считывают координаты точек и записывают их в таблицу координат. В обоих случаях в результате получается промер и таблица координат, по которым ведут дальнейшую обработку.

Задания 1.Составить таблицу координат. Вычертить таблицу с количеством горизонтальных строк, равным числу кадров (в нашем примере 10 поз), и количеством вертикальных колонок, равным удвоенному числу изображаемых точек, для координат горизонтальных (X) и вертикальных (У). В представленной таблице координат (табл. 1) даны ранее определенные по фотокадрам координаты Sx и Sy для следующих восьми точек тела: с – центр тяжести головы, в – плечевой, а – локтевой, m – лучезапястный, f – тазобедренный, s – коленный, p – голеностопный суставы и d – кончик стопы. Каждая координата – это соответствующее расстояние данной точки от оси X или оси У.

2.Построить сетку координат. Определить по таблице координат наибольшие значения Sх и Sу, (Sх точки d позы 10-й равна 307 мм; Sу – точки с позы 4-й равна 149). По этим данным установить размеры сетки координат (по горизонтали – не менее 310 мм, по вертикали – не менее 150 мм, если масштаб выбрать 1:10, т.е. 10 мм на сетке координат изображают 10 см в натуре). Учитывая в таблице координат отрицательные значения координат (Sy = -8; Sx = - и Sy = -10). Теперь через каждые 50 мм провести горизонтальные и вертикальные линии для удобства отсчета координат. Разметить оси координат через 10 мм и надписать численные значения.

3.Построить промер, нанести все точки правой половины тела 1-й позы. Координата точки с позы 1-й Sх = 9 мм (в масштабе сетки), а Sy = 145 мм.

Как удобнее найти положение точки? Можно от нуля координат отсчитать вправо 9 мм и от этой точки вверх 145 мм, но можно это сделать быстрее и проще, с меньшим риском ошибки.

Заметим, что Sу = 145 мм, т.е. на 5 мм ниже линии "150". Найдя эту точку на вертикальной оси (У) сетки, вправо от нее найдем сразу точку "10 мм", а от нее отсчитаем I мм (это проще, чем отсчитывать подряд 9 мм вправо от оси).

Такое же сокращение поиска точки проследим в следующих случаях. Точка 1-й позы – Sх= 15; Sу = 125; на горизонтальной линии "125" отсчитаем сразу 15 мм. У точки m I позы Sх = 30; здесь удобнее отсчитывать Ее от нуля вправо (0, 10, 20 и 30), а от вертикальной линии "50" влево (50, 40 и 30). Sу этой точки "89"; эту координату удобнее отсчитывать от горизонтальной линии "100" вниз (100, 90, 89). А точку S 1-й позы удобнее отсчитывать сначала по Sх = 10, а отсюда вверх (10, 20, 30 и 28).

Следует стараться как можно меньше перемещать карандаш вдоль какой-либо оси, используя вспомогательные линии сетки (через 50 мм) как ориентиры для отсчета.

Нанеся все точки 1-й позы, обвести точку с кружком диаметром 7 мм (обозначение головы);

далее соединить точки b, a, m двумя линиями (рука) и точки, f, s,, d тремя линиями (нога).

Точку с, обозначающую голову, с точкой b соединять нельзя, так как b – плечевой сустав. Во время бега она перемещается вперед и назад. Если провести линию от c к b, то окажется, что такая шея качается, как маятник. По этой же причине не соединяют точки b и f.

Нанеся точки всех 10 поз и проведя все линии (для каждой позы сразу же после нанесения точек), проверить правильность поз. Прежде всего необходимо проверить, похожи ли позы на естественные позы человека, так как бывают курьезные случаи – позы с переразгибанием колена вперед или со стопой в области головы, если перепутаны координаты Sх и Sу. Тщательно проверить, нет ли на воображаемой траектории скачков точек вверх или вниз, вперед или назад, что бывает при ошибке в отсчете координат. Кроме того, проверить на глаз, не изменяют ли резко части тела свои размеры. И, наконец, остается проставить номера поз.

Это удобно делать через одну позу (например, только нечетные) около точек b и f мелкими цифрами над соответствующей точкой (см. рис. 1).

Контрольные вопросы I.Что называется промером?

2. Для чего служит промер?

3. Какие данные необходимы для построения промера?

4. Как строится сетка координат?

5. Как выбрать масштаб изображения?

6. Какие ошибки возможны при построении промера?

Лабораторная работа №2. Расчет и векторное изображение линейных скоростей и ускорений Основные задачи: I) научиться рассчитывать линейные скорости и ускорения по способу разностей; 2) научиться строить векторы скоростей и ускорений точек тела (на промере).

Пояснения.

I. Скорость – мера быстроты изменения положения точки в пространстве с течением времени. Она измеряется отношением пройденного пути (S) к затраченному времени (t). Чтобы определить пройденный путь, например, точки коленного сустава S 1-й позы (исходное положение – и. п.) до 3-й позы (конечное положение – к. п.), разложим его движение по двум направлениям: по горизонтали будет равно разности координат к. п. и и. п., т.е. Sx3-Sx1 = S3-1.Взяв из таблицы координат Sx3 = 50 и Sx1 = 10, получим Sx3-Sx1 = 50-10 = 40. Величина 40 (в мм промера) представляет собой разность координат (в мм) ('х).

Как теперь найти t, т.е. затраченное время?

Предположим, что частота киносъемки 20 кадров в секунду (N = 20). Значит, между двумя соседними кадрами интервал времени 1/20 с, а мы определили S3-1 два интервала (L = 2) по 1/20 с, т.е. за 1/10 с.

На промере S = 40 мм, без учета масштаба. Чтобы найти действительный путь точки, надо его разделить на величину масштаба (1/10). или умножить на величину, обратную масштабу (М-10).

Тогда действительный путь:

'SM = 40 10 = 400мм Запишем определение времени:

t = M 20 10 c Теперь формула скорости (от 1-й до 3-й позы), а величина горизонтальной скорости:

Vx2 = Vx3-1 = Зная Vх и Vy, можно найти полную скорость V, как диагональ прямоугольника со стороны Vх и Vy:

Однако, когда обрабатывает большую кинограмму (много поз), такой расчет очень продолжителен и поэтому поступают проще: строят векторы скоростей или кинематические графики (см. работу № 3).

Скорости точек тела человека практически непрерывно изменяются под действием приложенных сил; чем больше сила, тем быстрее изменяется скорость. Как же быстро изменяются скорости? Рассмотрим для этого ускорение.

2. Ускорение – мера, быстроты изменения скорости с течением времени. Она измеряется отношением приращения скорости (положительного – увеличения или отрицательного – уменьшения) ко времени, затраченному на это приращение. Ускорение, как и скорость, удобно рассчитывать по двум составляющим: горизонтальной и вертикальной.

Если горизонтальная скорость коленного сустава в момент 2-й позы 4,0 м/с, а в момент 4~й позы (расчет проводится по разности координат) Sx4 – Sx2 = 133-50=83 мм, то приращение скорости Vx4 – Vx2 = 8,3-4,0 = 4,3 м/с.

Это приращение скорости произошло за 1/10 с (два интервала при частоте съемки 20 кадров в секунду; N = 20, и L = 2). Значит, ускорение Здесь ”s = 43 - разность первых разностей или "вторая разность" (”s).

Это ускорение – среднее на участке пути от 2-й до 4-й позы; будем считать его мгновенным ускорением в момент промежуточной 3-й позы.

Таким же способом рассчитывается и вертикальное ускорение той же точки в то же время:

”у3 = ”у2-”у4= -4-8=- Знак минус показывает, что ускорение направлено вниз. Зная ах и ау, можно найти полное ускорение по правилу параллелограмма:

3.Первые разности (') – это величины числителя формулы скорости, выраженные в единицах длины. Это еще не сами скорости, но так как при их расчете берется одинаковое t (L = 2), то разноски прямо пропорциональны скоростям. Таким же образом вторые разности (") – это величины числителя формула ускорения, выраженные в единицах длины. Они также прямо пропорциональны ускорениям. Поэтому если нас интересует только, как именно и когда изменяются скорости и ускорения, а не их абсолютные величины, то можно не вести расчет до конца, а рассматривать только разности.

4.Скорости и ускорения – векторные величины; они характеризуются размером и направлением. Их можно изобразить в виде стрелок определенного размера (в любом выбранном масштабе) и соответствующего направления. Это направление зависит от составляющих горизонтальной и вертикальной, когда полная скорость или ускорение определяемся по правилу параллелограмма.

Задания I. Заготовить таблицы скоростей и ускорений: вычертить две таблицы точно такого размера, как таблицы координат. Перенумеровать строчки (по количеству поз) и разметить колонки (по изображенным точкам). На том месте, где в таблице координат стояли обозначения Sx и Sy, проставить в таблице скоростей 'x и 'y в таблице ускорений "x и "y.

2. Рассчитать первые и вторые разности (по горизонтали и по вертикали) для избранных точек. Возьмем для примера две точки; S – коленный сустав и d – пальцы стоп. Наложим на таблицу координат таблицу скоростей так, чтобы видеть колонку цифр координат Sx точки S, Вычтем из координаты 3-й позы координату 1-й: 50-10 = 40: запишем 'x в таблицу скоростей в колонку S (коленный сустав) левой половины таблицы ('x) в строку вторую. Далее в третью строку этой колонки запишем 88-23=65; в четвертую строку 133-50=83 и т.д. до конца колонка. В первой и последней строках данных нет, поэтому здесь поставим прочерк.

отрицательных величин и т.д.; здесь надо вспомнить соответствующие правила вычитания.

Имея заполненную колонку первых разностей для какой-либо точки тела, таким же приемом можно рассчитать вторые разности. В табл. 2 и 3 представлены рассчитанные 'x и 'y для точек S и d (по таблице координат – табл. 1).

Обратите внимание на то, что в таблице ускорений в первых двух и последних двух cтроках нет значений вторых разностей.

3.Определить масштаб изображения векторов скоростей и ускорений. Рассмотрев внимательно цифры таблицы скоростей и ускорений, можно заметить, что если принять I мм на промере за одну единицу разностей, то будут слишком длинные стрелки, они не уместятся на промере. Если же принять 10 мм на промере за 20 единиц разностей, то стрелки хорошо уместятся на промере. Подчеркнем, что масштаб первых и вторых разностей может быть и неодинаков, так как скорости и ускорения – это разные характеристики и сравнивать их друг с другом по величине стрелок (векторов) нельзя.

4.Нанести на промере векторы скоростей и ускорений соответствующих точек (рис. 2).

Контрольные вопросы 1. Что такое скорость, чему она равна?

2. На чем основан способ расчета разностей?

3. Что такое первые разности, в каких единицах они рассчитывается?

4. Что такое ускорение, чему оно равно?

5. Что такое вторые разности, в каких единицах они рассчитываются?

6. Как построить векторы скорости и ускорения?

7. Как проверить правильность построения векторов скорости и ускорения, на пользуясь таблицей координат?

Лабораторная работа № Построение кинематических графиков (координат, скоростей и ускорений) и их анализ Основные задачи: I) научиться строить кинематические графики характеристик до времени;

2) изучить взаимную связь в изменениях кинематических характеристик.

Пояснение.

Кинематические графики показывают изменения величин кинематических характеристик с течением времени. Если их расположить на листе бумаги друг под другом при одинаковом масштабе времени, то можно сопоставить, как разные характеристики изменяются в одно и то же время.

Задания I. Заготовить координатные сетки. Для примера построим график вертикальных характеристик (Sy, 'y, "y.) коленного сустава (см. работу № 2). Рассмотрев в таблицах координат, скоростей и ускорений колонку точки коленного сустава (S) в правой половине (вертикальные характеристики – у), определим наибольшие и наименьшие величины, чтобы установить размеры шкалы (по вертикальной оси сетки) каждой характеристики. По горизонтальной оси отложим десять равных отрезков, соответствующих интервалам времени между кадрами (рис. 3).

Рис. 3 Кинематические графики перемещений, скоростей и ускорений 2. Построить график характеристик. Нанести на сетке каждой характеристики точки по данным таблиц. Если соединить эти точки друг с другом при помощи линейки (тонкой линией), то видно, что трафики получились очень угловатые, как будто бы характеристики мгновенно резко изменялись. Однако известно, что на изменение скорости всегда нужно какое-то время, поэтому, графики характеристик движений не могут иметь вид ломаной линии. Если бы частота киносъемки была больше, то графики имели бы вид плавных кривых. Необходимо внести уточнения в графики, определив промежуточные точки (интерполяция), пропущенные вследствие недостаточной частоты съемки. К таким точкам относятся крайние значения точек на кривой (максимум и минимум), а также места пересечения кривой нулевой линии на графике.

3. Проанализировать кривые и привести их в более правильный вид. Попробуем последовательно уточнить графики. На графике вертикальных координат коленного сустава (Sy) от 7-й до 8-й точки проведена горизонтальная линия; вряд ли колено так долго "держалось" на одном уровне, очевидно, были его взлет и снижение. Проведя плавную кривую вверх (жирной линией), отметим ее высшую точку (максимум) посредине между 7-й и 8-й точками. Начертим вертикальную линию (5) и проверим, как она проходит через другие графики. В этот момент вертикальная скорость из положительной (движение вверх) становится отрицательной (движение вниз) – значит она равна нулю; соединив на графике 'y точки 7, 8 и 9 плавной кривой, видим, что не ошиблись, проведя вертикаль 5. На графике ускорений ("y) нужно провести кривую ниже точек 7 и 8 так, что ее впадина будет на вертикали 5. И действительно, до этого момента отрицательное ускорение нарастает, становится максимальным и далее уменьшается. Рассуждая таким же способом, найдем между точками 4 и 5 вертикаль (при нулевой вертикальной скорости низшее положение коленного сустава и максимум пояснительного вертикального ускорения) и намного дальше точки 3 вертикаль 1 (при нулевой вертикальной скорости высшее положение колена и максимум отрицательного ускорения).

Как видно, пришлось сместить высшие и низшие точки на графиках координат и ускорений (горизонтальная черта, касательная кривой) и места пересечения кривой скорости с нулевой линией (обведено кружком).

Теперь проверим, верно, ли отмечены высшая я низшая точки графика скорости (около точек 4 и 6). Когда скорость максимальная, это значит, что больше она уже расти не будет; следовательно, в этот момент ускорение равно нулю и график ускорения пересекает нулевую линию. Найдем нулевые значения ускорения. Соединим прямой 3 и 4, а также 6 и 7 значения ускорения на графике ускорения. Через точки пересечения этих отрезков с осью времени проведем 2 и 4 вертикальные линии. Именно на этих линиях будут лежать экстремальные значения скоростей. В эти же моменты на графике координат происходит перегиб кривой (из выпуклой она становится вогнутой – около точки 4 и, наоборот, из вогнутой – выпуклой – около точки 6).

Сам процесс уточнения графиков заставляет вдуматься в значение характеристик и их взаимосвязь. Очевидно, что у векторов перемещения и скорости направления одинаковы (движение колена вниз – скорость отрицательная; движение вверх – положительная). Если скорость увеличивается, то у ускорения тот же знак, т.е. то же направление, что и у скорости, а если скорость уменьшается, то у ускорения противоположное направление (тормозящая сила направлена навстречу движению; знак скорости и ускорения противоположны). При крайнем положении (верхнем или нижем) скорость нулевая, а ускорение максимальное. Между крайними положениями, когда скорость наибольшая, ускорение равно нулю (ускоряющая сила сменяется замедляющей).

От вертикали 1 до вертикали 5 происходит маховый вынос бедра от крайнего верхнего положения сзади до крайнего верхнего положения впереди газа бегуна (см. промер рис. I, 3). В течение махового движения сначала происходит уменьшение отрицательного вертикального ускорения (до вертикали 2) – у точки коленного сустава нарастает скорость опускания вниз (действие силы тяжести и мышц – сгибателей тазобедренного сустава); затем вследствие движения по дуге вертикальная скорость колена, направленная вниз, уменьшается до вертикали 3 (положительное вертикальное ускорение – центростремительные силы связок тазобедренного сустава).

Далее, после вертикали 3, при уменьшающемся положительном вертикальном ускорении (тяга мышц – сгибателей тазобедренного сустава) скорость движущегося вверх колена нарастает до максимума к вертикали 4. Здесь закончен разгон махового движения; ускорение положительное сменяется, на отрицательное. До вертикали 5 – мах бедром при торможении мышцами-антагонистами (разгибатели тазобедренного сустава). Эти мышцы затормаживают мах и, начиная от вертикали 5, обусловливают опускание ноги к опоре.

Следует обратить особое внимание на то, что максимальное ускорение (вертикаль 3) опережает во времени момент максимальной скорости (вертикаль 4). Высшая же точка подъема бедра наступает еще позже (вертикаль 5). Следовательно, максимальное усилие (совпадает с максимумом ускорения), имеет место не в конце движения разгона, а в его начале, задолго до крайнего положения и ранее максимума скорости.

Примечание, Строго говоря, рассматриваемые здесь вертикальные скорости точки коленного сустава составлены из двух скоростей; из скоростей колена относительно таза и из скоростей таза относительно земли (система отсчета). Последние здесь не учитываются (для упрощения задания): их следовало бы вычитать из разбиравшихся здесь скоростей точки коленного сустава относительно земли.

Контрольные вопросы 1. Как выбрать масштабы кинематических графиков координат, скоростей и ускорений?

2. Почему необходима интерполяция точек на графиках?

3. Какие связи между характеристиками используются при интерполяции точек на графиках?

4. Какие точки ищут на всех трех графиках?

5. Как связаны между собой во времени точки экстремумов и нулевые?

Лабораторная работа № 4.

Построение линейной хронограммы Основные задачи: I) научиться определять моменты изменения движения, фазы и периода;

2) научиться чертить линейные хронограммы.

Пояснения.

1. Хронограмма – диаграмма (чертеж) временных соотношений. На оси времени откладываются отрезки, соответствующие длительности частей (фаз) движения. Фаза начинается в момент изменения движения (например, окончание скольжения и начало стояния лыжи). Момент изменения движения служит границей между двумя соседними фазами. В.момент изменения движения изменяется и ведущая задача движений в этой фазе. Поза в этот момент является своего рода "стартовым положением" для движений в течение последующей фазы.

Следующий граничный момент также служит таким "стартовым положением" уже для очередной фазы. Поэтому в течение движений в каждой фазе следует обеспечить переход в очередную граничную позу, важную для последующих движений. Отсюда, так важна роль граничных поз в контроле и самоконтроле движений.

2. Фазы движений выделяются для углубленного изучения их механизма, как правило, по всем движениям в целом, а не отдельно для движений рук и ног. В названии фазы отражаются наиболее характерные для нее движения (в ней выполняемые). Например, в лыжном ходе:

I фаза – свободное скольжение, II – скольжение с выпрямлением опорной ноги, III – скольжение с подседанием, IV – выпад о подседанием, V – отталкивание с выпрямлением ноги.

Для определения граничных моментов, разделяющих фазы в скользящем шаге на лыжах, рассматривают графика: I) угла коленного сустава ( S) опорной ноги; 2) скорости скользящей лыжи и 3) усилия на палке (рис. 4). На этих графиках определяют граничные моменты (табл. 4) и по ним длительность фаз.

t (кадры) = 0,03 с Рис. 4 Графики угла коленного сустава опорной ноги, скорости скользящей лыжи и усилия на палке Таблица Таблица для записи моментов и фаз 2 Начало опоры на палку 3 Начало подседания на опорной ноге 4 Остановка скользящей 5 Начало выпрямления Толчковой ноги 6 Отрыв толчковой 3. Фазовый состав формируется в действии при согласовании элементарных действий (отталкивание лыжей, включающее подседание и толчок, отталкивание палкой, скольжение по лыжне на лыже). Эти элементарные действия как бы накладываются одно на другое во времени. Объединяясь в целый цикл (скользящей шаг), они образуют 5 фаз, из которых состоят два периода: скольжения (фазы I-III) и стояния лыжи (фазы IV и V).

Фазы следуют одна за другой и сменяются по ходу действия, когда изменяются условия движений.

Задания I. Составить таблицу записи моментов и фаз движений скользящего шага на лыжах. Записать в табл. 4 данные рассмотрения графиков характеристик шага.

2. Определить содержание и длительность фаз. По записанным в таблицу моментам определить содержание фаз, ограниченных этими моментами, и внести в таблицу; отметить, какие номера кадров ограничивают каждую фазу. Заметить, как построена таблица (смещение строчек фаз относительно строчек моментов), что облегчает определение границ фаз. В последнюю графу вписать длительность фаз – по количеству интервалов между кадрами. Частота съемки – 32 кадра в секунду.

кадров) на ось времени. Провести ось хронограммы (рис. 5). Отложить на ней моменты изменения движений (по таблице) и надписать (сверху) названия моментов. Отложить фазы:

скольжения лыжи – выше оси хронограммы, стояния лыжи – ниже оси. Подписать (снизу) названия фаз. Изобразить ниже хронограммы схему деления шага на периоды. Обратить внимание на соотношение длительностей фаз (ритм шага) – длительности скольжения лыжи к длительности ее стояния. Записать под хронограммой ритм в форме соотношения длительностей.

Контрольные вопросы.

1. Что называется хронограммой и какие характеристики можно по ней установить?

2. Что служит границами фаз?

3. Почему сменяются фазы по ходу действия?

4.,Что происходит при смене фаз?

5. Каковы соотношения между элементарными действиями и фазами?

Лабораторная работа № 5. Расчет и графическое изображение угловых скоростей и ускорений Основные задачи: I) научиться определять угловые положения тела (считывать угловые координаты); 2) научиться рассчитывать угловые скорости и ускорения по способу разностей;

3) научиться строить круговые графики угловых характеристик.

Рис. 6. Промер большого оборота назад на перекладине Пояснения 1. Угловые положения, скорости и ускорения определяются не для точки тела, а для всего тела, но для определения этих величин нужна опознавательная линия на теле. В нашем примере (большой оборот назад на перекладине) такая линия определяется по ОЦТ тела (рис. 6).

Определим направление отсчета – по часовой стрелке, в сторону движения гимнаста. Единицы отсчета – угловые градусы. Отсчет углового положения тела при помощи транспортира (угловая координата) в каждой позе ведется по вертикали, по часовой стрелке, до радиуса ОЦТ, проведенного от перекладины через ОЦТ, Такой способ определения угловой скорости тела гимнаста условный. Дело в том, что у изменяющейся материальной системы такой угловой скорости, как у твердого тела, нет, У твердого тела отношение линейной скорости V каждой точки к длине радиуса (ее расстояния до оси вращения) r – величина постоянная – это и есть угловая скорость () твердого тела. У системы тел скорости точек зависят не только от их радиусов, но и от скоростей звеньев относительно друг друга. Следовательно, отношение скоростей разных течек к их радиусам различное и угловой скорости (единой, как у твердого тела) не существует. Если, выбрать условную линию (r), определить ее угловые координаты и перемещения, то можно получить величину угловой скорости () этой линии, приблизительно отражающей быстроту изменения положения тела гимнаста относительно оси вращения.

Под действием центробежных сил тела гимнаста и его веса перекладина изгибается и центр вращения перемещается, если учитывать это перемещение, то расчет усложняется. Обычно им пренебрегаю? Измеренные величины угловых координат () заносят в вертикальную колонку табл. 5.

Таблица расчета угловых скоростей и ускорений (по способу разностей) 2. Угловая скорость – мера быстроты изменения углового положения всего тела в пространстве с течением времени. Ее измеряют отношением углового перемещения условной линии (') к затраченному времени. Расчет ведется по способу первых разностей, описанному в работе № 2. Из угловой координаты 3-й позы (3) вычитается угловая координата 1-й позы (1). Полученная разность (3 - 1 = 2) равная числителю формулы угловой скорости ( = t ), это путь, пройденный за два интервала между кадрами. Она прямо пропорциональна скорости. В нашем примере при частоте съемки 12 кадров в секунду один интервал равен 1/12 с, а два интервала – 1/6 с. Разделив соответствующую ' на 1/6 с, получим угловую скорость в градусах за 1 с. В отличие от расчета линейных скоростей масштаб изображения учитывать не нужно, так как угловые величины при любом масштабе изображения не изменяются.

3. Угловое ускорение – мера быстроты изменения угловой скорости с течением времени. Она измеряется отношением приращения угловой скорости (положительного – увеличения или отрицательного – уменьшения) к времени, затраченному на это приращение. Расчет угловых ускорений ведется по способу вторых разностей (см. работу № 2). Из первой разности 4-й позы вычитается первая разность 2-й позы. Полученная вторая разность ('4 - '2 - '3).равна числителю в формуле углового ускорения ( ускорению. Расчет разностей ведется через два интервала, и среднее ускорение относится к промежуточной точке.

4. Изменения угловой скорости тела гимнаста и соответствующие им ускорения зависят от действия силы тяжести (при движении вверх она его замедляет), а также от изменения длины радиуса ОЦТ. Когда ОЦТ приближается к перекладине, появляется положительное угловое ускорение и угловая скорость увеличивается; отдаление ОЦТ от перекладины имеет противоположное действие. Чтобы проследить за влиянием приближения ОЦТ к центру вращения и отдаления от нее, соединим все точки ОЦТ от 1 до 25 (включительно, но не далее) сплошной линией; это траектория ОЦТ.

5. Круговой график угловой скорости удобно изобразить, откладывая величины, прямо пропорциональные угловой скорости (первых разностей '), на радиусах ОЦТ от оси перекладины; соединив все точки на радиусах (от 2 до 24), получим график скорости.

6. Круговой график углового ускорения надо изображать иначе, чем угловой скорости, так как скорость имеет здесь один знак (движение в одном направлении), а у ускорения два знака (положительный – нарастание скорости и отрицательный – уменьшение скорости). За нуль примем окружность произвольного радиуса (центр ее – ось перекладины); величины, прямо пропорциональные положительному ускорению (вторые разности ''), будем откладывать по радиусам соответствующих точек окружности (от нуля) от центра, а отрицательные – к центру.

Задания.

1. Перенести на лист бумаги с рисунка 6 положения ОЦТ (25 точек), ось перекладины и вертикаль (через стойку перекладины). Для этого можно использовать копировальную бумагу, перерисовать на оконном стекле (на просвет) или приколоть иглой каждую точку. Проставить номера точек ОЦТ, провести вертикаль.

2. Провести радиусы ОЦТ (от центра до каждой точки). Соединить все ОЦТ линией – траектория движения ОЦТ. Провести окружность радиусом ОЦТ позы в естественно выпрямленном положении (поза 7, рис. 7) Рис. 7 Графики угловых скоростей и ускорений тела гимнаста 3. Заготовить таблицу для записи угловых положений () и расчета угловых скоростей (') и угловых ускорений ('') (табл. 5).

4. Измерить транспортиром угловые положения от вертикали по ходу движения и записать в табл. 5 (графа ). После позы 13 транспортир переложить по другую сторону вертикала и продолжать отсчет от 180° (до 360°).

5. Рассчитать первые и вторые разности. Вычитая из угловой координаты 3-й по эй угловую координату 1-й позы, получим первую разность, прямо пропорциональную угловой скорости 2-й позы (записать во вторую строку второй колонки – '). Таким же способом определяются угловые ускорения (по вторым разностям).

6. Нарисовать круговые графики угловых скоростей и ускорений. Отложить ка радиусах ОЦТ, начиная со 2-й позы, величину угловой скорости в произвольном масштабе (например, 10° первой разности равны 10 мм); соединить полученные точки линиями. Отложить на радиусах ОЦТ, начиная с 3-й позы, от произвольно нарисованной окружности положительные ускорения – в сторону от центра, отрицательные – к центру (масштаб: 10° второй разности равны 10 мм); соединить точка линиями (см. рис.7). Обратить внимание, что кривые не замкнуты, так как нет данных для первой и последней поз по скоростям и для двух с начала и конца для ускорений. Отметим, что эти графика построены по пути, а не по времени (см. работу № 2).

7. Проанализировать зависимость движения от действия веса и приближения тела к оси перекладины. Заметить удаление ОЦТ от перекладины и приближение и сказанные с этим изменения ускорения и скорости.

Контрольные вопросы 1. Что такое угловая скорость твердого тела и каково ее отличие от скоростей движущегося тела спортсмена?

2. Что служит началом отсчета при определении угла поворота тела?

3. Как называется первая разность угловых координат и что она представляет собой?

4. Причины различий в построении круговых графиков угловых скоростей и ускорений?

5. Как соотносятся угловые скорости и ускорения в разные моменты большого оборота?

6. Как выявить ошибки в построении круговых графиков?

Лабораторная работа № 6.

Определение положения общего центра тяжести тела графическим способом (сложением сил тяжести) Основные задачи: I) научиться определять положение центров тяжести звеньев (ЦТ); 2) научаться определять положение общего центра тяжести тела (ОЦТ).

Пояснения.

I. Центр тяжести звена – воображаемая точка, неизменно связанная со звеном, к которой приложена равнодействующая всех сил тяжести звена в любом его положении. Иначе говоря, моменты всех сил тяжести звена относительно его ЦТ взаимно уравновешиваются, их сумма равна нулю. Отсюда вытекают два способа определения положения ОЦТ двух и более звеньев: а) графический – сложением сил тяжести и б) аналитический – сложением моментов аил тяжести. Опытным путем (О. Фишер, Н.А. Бернштейн) были определены средние данные о весе звеньев тела и положений их ЦТ (табл. 6). Если принять вес тела за 100%, то вес каждого звена может быть выражен в относительных единицах (в процентах); при выполнении расчетов не обязательно знать абсолютный вес (в кг) ни всего тела, ни каждого звена. ЦТ звеньев определены по анатомическим ориентирам (голова, кисть и т.д.) или по относительному расстоянию ЦТ от проксимального сустава (радиус центра тяжести – часть всей длина звена конечности), или по пропорции туловища, стопы и др.

Относительный вес и расположение центров тяжести звеньев тела Название звена Относи- Расположение ЦТ звена Туловище 43 На линии между осями плечевых и тазобедренных суставов Рис. 8 Определение положения ЦТ двух звеньев руки сложением сил тяжести 2. Для определения равнодействующей двух параллельных сил соединяют прямой линией точки их приложения. При сложении сил тяжести двух звеньев эта линия соединяет их ЦТ.

На этой линии располагается точка приложения суммы двух сил – равнодействующей, т.е.

общий центр тяжести двух звеньев. Например, ЦТ плеча и предплечья расположен на линии, соединяющей ЦТ каждого (рис. 8). Так как плечо весит 3%, а предплечье 2% от веса тела (табл. 6), то эту линию следует разделить на 2+3=5 частей. ЦТ двух звеньев расположен ближе к более тяжелому (соотношение отрезков линии 2:3, считая от плеча). Таким способом можно определить общий центр тяжести тела, последовательно складывая силы тяжести, приложенные к каждому звену тела.

3. Положение ОЦТ и ЦТ звеньев важно определять при разборе условий равновесия в статическом положении. Изменения траектории движения ОЦТ тела могут происходить в результате действия внешних сил, приложенных к телу в целом, или внешних относительно соответствующего эвена, так как без действия внешней силы положение и движение ЦТ измениться не может.

Следует заметить, что сложение параллельных сил допустимо только в абсолютно твердом теле. Дело в том, что для деформируемого тела и материальной системы теорема о сложении параллельных сил неверна.

Две силы, приложенные к разным точкам, в этих случаях нельзя заменить одной силой. Поэтому, строго говоря, и общего центра тяжести и центра инерции (точка приложения равнодействующей параллельных сил инерции) в теле человека нет. Но есть совпадающая с ними точка – центр масс (точка, находящаяся внутри или вне тела, в которой пересекаются линии действия сил, приводящих данное тело или материальную систему в поступательное движение). Предполагая, что система мгновенно "отвердела", можно найти ее центр масс способами определения общего центра тяжести и рассматривать центр масс как центр тяжести.

Задания.

1. Определить положение ЦТ звеньев тела. На фотографии позы человека, пользуясь анатомическими данными, проставить положение проекции осей, суставов. Измерив длину каждого звена, помножить ее на соответствующее значение радиуса ЦТ. Пользуясь этими данными и анатомическими ориентирами, проставить ЦТ всех звеньев.

2. Найти равнодействующую всех сил тяжести. Удобно найти сначала ЦТ сил тяжести плеча и предплечья (векторы сил тяжести рисовать не нужно, следует только помнить относительный вес звеньев); далее, прибавив вес кисти, найти ОЦТ всей руки. Так же последовательно суммировать вес звеньев ноги. В нашем примере (рис. 9) положение симметричное; значит, ЦТ обеих рук расположены одинаково, так же, как и обеих ног. Определяя только ОЦТ всех конечностей, этого можно еще не учитывать, но, прибавляя к их весу вес туловища или головы, об этом нельзя забывать (удвоить вес конечности). Определяя положение ЦТ туловища, если оно согнуто или разогнуто, правильнее его положение наносить не на изогнутой продольной оси, а на прямой линии, соединяющей плечевой и тазобедренный суставы. Однако и здесь будет допущена погрешность, поэтому для точных научных исследований расчетные способы определения положения ОЦТ дают больший процент ошибок, чем экспериментальные (уравновешиванием).

Рис. 9 Определение положения ОЦТ тела графическим способом Определив положение ОЦТ головы и туловища (50% веса тела), а также всех конечностей (другая половина веса), расстояние между ними делят пополам. В этой точке и расположен ОЦТ тела.

Контрольные вопросы 1. Что такое центр тяжести эвена и общий центр тяжести тела?

2. Зачем нужно определение ЦТ и ОЦТ?

3. Какие основания имеет графический способ определения положения ОЦТ?

4. Какие данные необходимы для определения положения ОЦТ графическим способом?

5. Что такое центр инерции и центр масс тела, их отношение к положению ОЦТ?

Лабораторная работа № 7.

Биомеханическое обоснование положения динамического старта при толчке в тяжелой атлетике Цель работы – произвести биомеханическое обоснование положения динамического старта тяжелоатлета и оценить рациональность его выполнения.

Исходные данные. 1. Схема положения тела при динамическом старте тяжелоатлета. 2.

Масштаб изображения 1:10. 3. Вес тела тяжелоатлета. 4. Вес штанги. 5. Рост спортсмена.

Задание I. Определить положение ОЦТ системы "тяжелоатлет–штанга".

2. Проанализировать устойчивость положения при динамическом старте.

3. Определить моменты сил тяжести относительно суставов ног.

4. Определить тип пропорций тела тяжелоатлета.

5. Оценить рациональность динамического старта.

Порядок выполнения работы. Работу следует делать поэтапно, последовательно выполняя указанные задания.

Этап I. Определение ОЦТ тела аналитическим способом Центр тяжести звена – воображаемая точка, к которой приложена равнодействующая сил тяжести всех частиц звена. Опытным путем (О. Фишер, Н.А. Бернштейн) были определены средние данные о весе звеньев тела и положении их центров тяжести (см. табл. 6). Если принять вес тела за 100%, то вес каждого звена будет выражен в относительных единицах (%).

Центры тяжести звеньев определены по анатомическим ориентирам (голова, кисть) или по относительному расстоянию ЦТ от проксимального сустава, для определения центра тяжести звена нужно длину звена (мм) умножить на соответствующий коэффициент, взятый из табл.

7, полученное значение отложить от проксимального сустава вдоль этого звена:

li = Li·ki Li – длина звена (учесть, что длина голени измеряется от коленного сустава до опоры, к измеренной длине кисти прибавить 10 мм, так как пальцы согнуты);

ki – коэффициент, определяющий положение ЦТ звена;

li – радиус центра тяжести.

Измерить горизонтальную Хi и вертикальную Yi: координаты ЦТ звеньев и занести их в табл. 7. Необходимые графические построения к определению координат ЦТ звеньев приведены на рис. 10.

Рис. 10 Определение положения ОЦТ трех звеньев ноги сложением моментов сил тяжести Подсчитать статические моменты отдельных звеньев тела человека и штанги. Для этого вес отдельных звеньев (Рi) нужно умножить на горизонтальную (Хi) и вертикальную (Yi) координаты центров тяжести соответствующих звеньев. Полученные величины Рi·Хi и Рi·Yi; занести в табл. 7. Просуммировать статические моменты отдельных звеньев тела человека и штанги, т.е. найти сумму произведений Рi·Хi и Рi·Yi;

Расчет координат ОЦТ системы «тяжелоатлет–штанга»

плечье плечье лень Координаты ОЦТ системы "тяжелоатлет–штанга" определить, используя следующие формулы:

где Pi – вес отдельного звена тела спортсмена;

Xi – горизонтальная координата ЦТ звена;

Yi – вертикальная координата ЦТ звена;

X, Y – координаты ОЦТ.

При этом сумму статических моментов отдельных звеньев тела и штанги по горизонтали (Рi·Хi ) и по вертикали (Рi·Yi;) нужно разделить на вес тела плюс вес штанги.

Используя полученные значения X и У, следует отметить положение ОЦТ на схеме (рис. 11).

Рис. 11 Определение центров тяжести звеньев тела человека Этап II. Определение характера устойчивости положения при динамическом старте Вид равновесия тела определяется по действию силы тяжести на него при отклонении. Равновесие будет устойчивым, если при отклонении тела его ОЦТ поднимается вверх. При этом сама сила тяжести образует момент, направленный на восстановление равновесия. При неустойчивом равновесии достаточно отклонить тело в любую сторону, как его ОЦТ опускается.

Говорят еще об ограниченно-устойчивом равновесии, когда возвращение тела в прежнее положение возможно только при отклонении в определенных границах (проекция ОЦТ не выходит за пределы площади опоры). На устойчивость тела влияет:

а)величина площади опоры (эффективная площадь);

б)высота расположения ОЦТ над опорой;

в)расстояние от проекции ОЦТ до конца площади опоры.

Степень устойчивости тела ((в разных положениях) характеризуется его статическими показателями – способностью сопротивляться нарушению устойчивости в определенных направлениях, а также динамическими – способностью восстанавливать положение.

Динамический показатель устойчивости определяется углом устойчивости, образован линией действия силы тяжести и линией, соединяющей ОЦТ с краем площади опоры. Это тот угол, на который нужно повернуть тело, чтобы равновесие его нарушилось. Если угол устойчивости менее 5о, то положение следует считать неустойчивым, при угле устойчивости большем 5о – устойчивым (табл. 8).

Таблица Величина угла Устойчивость положения Для анализа устойчивости положения штангиста при динамическом старте нужно составить таблицу показателей устойчивости положения и по величине угла устойчивости ответить на вопрос, устойчиво ли тело в данном статическом положении (рис. 12).

Рис. 12 Показатели устойчивости равновесия статического положения Этап III. Определение моментов сил тяжести относительно суставов ног Определить аналитическим способом (см. этап I) координаты общих центров тяжести следующих групп звеньев:

ОЦТ1 = голова + руки + туловище + штанга;

ОЦТ2 = голова + руки + туловище + штанга + бедра;

ОЦТ3 = голова + руки + туловище + штанга + бедра + голени;

Полученные данные занести в таблицу Рис. 13 Определение моментов сил тяжести относительно поперечных осей тазобедренного (Р1d1), коленного (P2d2), голеностопного, (Р3d3) суставов На схеме положения штангиста при динамическом старте нарисовать положения: ОЦТ1, ОЦТ2, ОЦТ3 и силы тяжести систем звеньев, для которых они определены (рис. 13). Суммарная сила тяжести Р1, приложенная в ОЦТ1, образует момент силы относительно поперечной оси тазобедренных суставов; Р2, приложенная в ОЦТ2,. образует момент силы относительно поперечной оси коленных суставов; Р3, приложенная в ОЦТ3, образует момент силы относительно поперечной оси голеностопных суставов.

Таблица Расчет координат ОЦТ групп звеньев Найти плечи (см. на рис. 13 d1; d2; d3) сил (Р1; P2; P3) относительно осей соответствующих суставов. Вычислить моменты сил тяжести относительно поперечных осей вращения тазобедренных, коленных и голеностопных суставов. Измерить углы в плечевых, тазобедренных, коленных и голеностопных суставах. Все полученные данные занести в табл. 10.

Таблица Расчет статических моментов групп звеньев Суммарная Плечи сум- Моменты сил тяже- Углы в суставах, град.

сила тяжести, марных сил сти, кг/м Этап IV. Определение типа пропорций тела тяжелоатлета На позу, принимаемую тяжелоатлетом при динамическом старте, большое внимание оказывают его индивидуальные особенности и прежде всего тип пропорций тела. Обычно выделяют 3 основных типа пропорций тела:

1) брахиморфный, который характеризуется широким туловищам и короткими конечностями;

2) долихоморфный, отличающийся обратным соотношением (узким туловищем и длинными конечностями);

3) мезоморфный, занимающий промежуточное положение между брахиморфным и долихоморфным.

Тип пропорции тела тяжелоатлета определяется путем сравнения его индексов с индексами табл. 11 (индекс есть отношение длины любого признака тела к длине тела в процентах).

Типы пропорций Индексы телосложения (в % от длины тела) Рассчитать индексы телосложения тяжелоатлета по длине туловища, ноги и руки. Для этого длину звена нужно разделить на длину тела и умножить на 100%. Полученные индексы сравнить с табличными и сделать вывод о типе пропорций тела спортсмена Этап V. Оценка рациональности динамического старта Анализ рациональности схематических поз рассмотрим на примере спортсменов полулегкого веса долихоморфного типа, В табл. 12 представлены значения моментов сил тяжести относительно поперечных осей тазобедренных, коленных и голеностопных суставов и величины углов в суставах для пята поз динамического старта.

Таблица Моменты сил тяжести и углы в суставах для поз динамического старта Позы Моменты сил тяжести в суставах, кг/м Углы в суставах, град.