X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Движение человека является механическим, то есть это изменение тела или его частей относительно других тел. Относительное перемещение описывает кинематика.

Кинематика - раздел механики, в котором изучается механическое движение, но не рассматриваются причины, вызывающие это движение.Описание движения как тела человека (его частей) в различных видах спорта, так и различных спортивных снарядов являются неотъемлемой частью спортивной биомеханики и в частности кинематики. Любой вид спорта сопряжен с преодолением спортсменом сил трения, тяготения и других сил физической природы. Кроме того, движение крови в организме также подчиняется физическим законам. При изучении характера таких движений и возникла наука, которую принято называть биомеханика.

Цель исследовательского проекта:

Совершенствование техники боксера на основе рационального внедрения в программу индивидуальной подготовки кинематических и динамических характеристик движения.

Задачи: 1. Изучить и обработать научную информацию по теме.

2. Применить законы физики для обоснования

программы индивидуальной подготовки боксера.

Кинематические характеристики движений

Рассматривая кинематическую структуру движений, надо различать: пространственные, временные и пространственно-временные характеристики движений.

Применим 2 закон Ньютона

Ускорение, полученное телом при взаимодействии прямо пропорционально величине приложенной силы и обратно пропорционально массе тела.

Следствием из закона является уравнение

где под F понимают равнодействующую всех сил, приложенных к телу.

Заменим ускорение

Считая, что при ударе конечная скорость V = 0 , можно проанализировать от чего зависит сила удара. От начальной скорости руки, наносящей удар, её массы. Чем больше перечисленные величины, тем больше сила удара. Чем меньше промежуток времени между выбросом руки и нанесенным ударом, тем больше действующая сила.

По III закону Ньютона рука боксера испытывает отдачу при ударе с точно такой же силой. Поэтому для рук боксера необходима защита в виде специальных перчаток. В экипировке боксера применяют специальные защитные шлемы для обеспечения безопасности от удара. В опорно-двигательном аппарате человека различают трубчатые и пластинчатые кости. Самыми прочными являются трубчатые кости, а хрупкими - пластинчатые. Шлем защищает боксера от возможных переломов пластинчатых костей головы.

Пространственные характеристики

Пространственно техника физических упражнений характеризуется рациональным взаиморасположением звеньев двигательного аппарата человека, обеспечивающим: целесообразное исходное положение перед началом движений, оперативную позу в процессе его выполнения и соблюдение оптимальной траектории движений.

Целесообразное исходное положение служит одной из важных предпосылок эффективного выполнения последующих действий, в частности их результативности. Особое требование в этом отношении предъявляется к спортивным стартовым положениям (низкий старт спринтера, боевая стойка фехтовальщика, боксёра и т. д.). Ряд исходных положений, принятых в физическом воспитании имеет самостоятельное значение для решения частных задач (исходные положения при выполнении общеразвивающих упражнений).

Не менее важна рациональная оперативная поза в процессе выполнения упражнения. Она помогает поддерживать статическое и динамическое равновесие тела, целесообразно координировать движения, эффективно проявлять силовые и другие физические качества. Так, горизонтальное положение пловца, низкая посадка конькобежца и велосипедиста уменьшают сопротивление внешней среды и этим способствуют быстрому передвижению; планирующая поза в прыжках на лыжах с трамплина, позволяет использовать воздушную подушку и увеличить дальность прыжка и т. п.

Траектория движений - имеет существенное значение для эффективности выполнения физических упражнений. Траектория - это непрерывная линия, воображаемый след движущейся точки. По форме траектория движений может быть прямолинейной и криволинейной. Простейшие из криволинейных движений - вращательные движения (движения по окружности). Во время выполнения движений часто бывает оправдана закруглённая форма траектории (например, дугообразное движение стопы при ударе по мячу в футболе или петлеобразное движение рукой при замахе и ударе по мячу в теннисе). В тех случаях, когда необходимо обеспечить наибольшую скорость какому-либо звену на коротком отрезке пути предпочтительна прямолинейная форма траектории.

Направление движений влияет на точность двигательных действий и на их конечный результат. В практике физического воспитания нужные направления движениям задают с помощью внешних пространственных ориентиров (разметка беговых дорожек, игровых площадок и т. д.), а также ориентации по плоскостям трёхмерного пространства: в горизонтальной плоскости - вправо-влево; во фронтальной (вертикальной) - вверх-вниз; в сагиттальной (переднезадней) - вперёд-назад; и промежуточные направления (вперед- вверх-вправо).

Амплитуда (размах) движений зависит от строения суставов и эластичности связок и мышц. Для увеличения подвижности в суставах, совершенствования эластичности мышц и связок применяются специальные упражнения на гибкость.

Временные характеристики движений.

К ним относятся: длительность движений, темп и ритм.

Длительность движения- это его временная мера, которая измеряется разностью моментов окончания и начала движения. Длительность движения (бега, плавания) определяет величину его воздействия (объём нагрузки).

Темп движений- определяется количеством движений в единицу времени. В циклических движениях темп можно измерять в количестве шагов в минуту или по продолжительности одного цикла в секунду.

Ритм движений- это комплексная характеристика техники физических упражнений, отражающая порядок распределения усилий во времени и пространстве, нарастания и уменьшения их в динамике действия. Он определяется по соотношению частей движения: Т-1 : Т-2 : Т-3. Ритм движений характеризует, например, отношение фаз времени опоры (отталкивания) и фазы времени полёта в беге.

Ритмические характеристики движений - это определённая упорядоченность движений в составе целостного действия, при которой акцентированные (связанные с активным нарастанием мышечных напряжений) фазы действия закономерно чередуются с неакцентированными (отличающиеся меньшим напряжением либо расслаблением).

Пространственно-временные характеристики- это скорость и ускорение. Скорость - это путь, пройденный за единицу времени. Ускорение - это изменение скорости во времени (её увеличение или уменьшение). Эти характеристики во многом определяют рациональную технику движений и конечный результат

Биомеханика тела боксера

Результаты биомеханического анализа показали что:

Выявление и описание столь сложного, последовательно выполняемого различными звеньями тела движения представляет собой логическое продолжение изучения структуры прямого удара. При этом использовались широко применяемые в современных исследованиях методы электромиографии и тензодинамографии.

У 10 испытуемых - с помощью чашечных накожных электродов отводились и усиливались биотоки от шести мышц, наиболее активно участвующих в ударе: правой и левой икроножных, четырехглавой правой ноги, передней зубчатой правой стороны туловища, передних пучков дельтовидной правой руки, трехглавой правой руки.

Испытуемые получали задание выполнить последовательно по 3 попытки каждого варианта прямого удара: с возможно большей силой (установка «на силу») и с возможно большей скоростью (установка «на быстроту»). Удары выполнялись из боевой стойки по сигналу (вспыхивание лампочки) в тензодинамометр, тарированный в условных ударных единицах. Сигналы с биоусилителя, момент включения электролампы и момент соударения кулака испытуемого с тензодинамометром выводились на осциллограф.

При анализе 60 осциллограмм прямого удара выявлены некоторые средние данные, которые свидетельствуют о четких различиях между показателями обеих вариантов.

Экспериментальная установка	Сила удара (в условных ударных единицах)	Время ударного движения (сек)
«На силу»	175	0,416
«На быстроту»	83	0,256

Как видно, в зависимости от установки достигается преимущество по одному параметру: при максимуме силы движение проигрывает во времени и наоборот. Это дает основание рассматривать картину работы мышц при ударе с позиций различия установок.

На рис. 1 приведена характерная для боксера высокой квалификации

электромиограмма прямого удара правой. Обращает на себя внимание концентрация биоэлектрической активности всех мышц непосредственно перед соударением; после него активность резко падает. Это свидетельствует о том, что квалифицированный боксер производит удар за счет работы предварительно расслабленных мышц; после удара он вновь их быстро расслабляет.

Рисунок 1

Рисунок 2

Хронограмма работы мышц по звеньям тела - нога (икроножная, четырехглавая), рука (дельтовидная, трехглавая) позволяет выявить их определенные координационные отношения (рис.2)

Как видно, при обеих установках порядок включения звеньев тела при выполнении удара однотипен. Так, ударное движение начинается включением в работу правой икроножной мышцы. Это связано с началом попорота вокруг вертикальной оси, подседа и продвижением вперед ОЦТ. При установке «на силу» наблюдается более раннее (по отношению к моменту соударения кулака с целью) ее включение, что связано с большей длительностью ударного движения. Длительность биоэлектрической активности икроножной мышцы при установке «на силу» на 36% больше длительности при установке «на быстроту». В последнем случае работа икроножной мышцы скорее носит «взрывной» характер.

Активную работу ног обеспечивает также включение четырехглавой мышцы бедра. Это способствует приращению скорости движения туловища при повороте и продвижении вперед. При установке «на силу» четырехглавая мышца включается в работу в середине работы икроножной мышцы, а при установке «на быстроту» - одновременно с ней. Последовательное включение икроножной и четырехглавой мышц суммирует скорости от нижележащего звена к вышележащему. Длительность биоэлектрической активности четырехглавой мышцы бедра при установке «на силу» больше на 25% длительности при установке «на быстроту».

После удара биоэлектрическая активность регистрируемых мышц падает, боксер возвращается в исходной положение - боевую стойку.

Таким образом, совокупная деятельность мышц звеньев тела в ударном движении представляет собой восходящую волну усилий при последовательном и целесообразном включении мышц. Эта последовательность включения позволяет непрерывно и плавно наращивать скорость каждого последующего звена, т.е. скорость движения нарастает от опорных звеньев тела к дистальным. Особенно четко эта закономерность проявляется при выполнении удара с установкой «на силу». Для удара «на быстроту» характерно отсутствие «волны», но некоторая последовательность работы звеньев тела (ноги-руки) все же сохраняется. Движение более скоротечно, в нем сразу создается достаточно высокая скорость за счет согласованной работы мышечных групп ног. В дальнейшем скорость увеличивается только за счет разгибании руки в локтевом суставе. При этом следует отметить относительно невысокую активность мышц ног (икроножная и четырехглавая).

Так как в обоих вариантах ударных движений (на силу, на быстроту) наиболее важна деятельность мышечных групп ног, особое внимание в учебно-тренировочном процессе следует уделять технике эффективной работы ног и развитию необходимых для этого специальных физических качеств - силы, быстроты и др.

Чем меньше мышцы, тем быстрее они могут сокращаться, но вместе с тем они должны быть достаточно сильными, чтобы поддержать поступательный эффект крупных мышц и ускорить действие, т.е. увеличить силу удара.

Где △l – величина деформации,

l – длина после растяжения , l₀ – начальная длина

Проектная часть

Гипотеза: если сила удара, как и любая другая сила, подчиняется физическим законам, она зависит от нескольких величин. С их помощью можно вычислить силу удара боксера.

Оборудование: силомер, волейбольный мяч, секундомер, боксерский снаряд.

ИНСТРУКЦИЯ

1.Для вычисления силы нужно знать следующие значения: массу ударяющего предмета, время контакта, скорость движения ударяющего предмета.

2. Сила удара вычисляется по второму закону Ньютона

Мягкие перчатки продлевают время контакта и смягчают удар. Чем быстрее летит кулак, тем сильнее удар. Спортсмены не только наращивают мышечную массу, но и учатся быстро двигаться.

3.При вертикальном ударе нужно знать высоту, которую пролетело тело, его массу и ускорение свободного падения

4.Среднюю силу удара можно определить по действию на волейбольный мяч массой 500 граммов в течение 0,1 секунды, изменение скорости мяча составляет 10м/с

Приведенные расчеты совпадают с прямыми измерениями мускульной силы руки силомером. Правая и левая рука воздействуют на зубчатую пластину силомера с силой 50Н. Это означает, что обе руки развиты достаточно хорошо и могут нанести удар такой силы как предмет массы 500 кг.

Литература

«Физика- еженедельное приложение к газете «Первое сентября», 2001, №13

Шаталов В. Ф., Шзйман В. М., Хаит А.Ф., Оперные конспекты в кинематике и динамике Мю : Просвещение 1999

Яневская О.В. Физика в таблицах и схемах.Стб: изд. Дом «Литература»,2003

Код для цитирования: Скопировать