Мунтян В.С.

Харьковский гуманитарный университет

"Народная украинская академия"

Аннотация. В статье рассматриваются результаты исследования влияния индивидуальных антропометрических показателей на момент инерции. Подчёркнуты особенности механизмов формирования вращательных движений при выполнении круговых ударов.

Ключевые слова: биомеханика, вращательные движения, момент инерции, траектория движения, энергозатраты.

Анотацiя. Мунтян В.С. Бiомеханiчна характеристика кругового удару ногою в рукопашному боi. У статтi розглядаються результати дослiдження впливу iндивiдуальних антропометричних показникiв на момент iнерцii. Пiдкресленi особливостi механiзмiв формування обертальних рухiв при виконаннi кругових ударiв.

Ключовi слова: бiомеханiка, круговi рухи, момент iнерцii, траекторiя руху, енерговитрати.

Annotation. Muntyan Victor. Biomechanical characteristic of round kicking techniques in the hand-to-hand fighting. The article focuses on the results of the research of the influence of individual anthropometrical data in the moment of inertion. The peculiarities of the mechanisms of forming rotatory movements at the implementation of round kicking technique have been emphasized.

Key words: biomechanics, circles movements, inertial moment, movement trajectory, energy expenditure.

В работах многих авторов отражены "знания" о пространственно-временных характеристиках движений (перемещений) в искусственно созданных ситуациях и "надуманных позах". Очевидно, что исследования необходимо проводить по "теме" исследования, изучать и описывать действия, а не только движения или состояния [8].

При обучении физическим упражнениям приходится учитывать законы биомеханики, а не чистой механики, которая не учитывает специфической поправки в способы выполнения упражнений [4, 12, 13]. Движения спортсмена происходят под действием как внешних сил (тяжести, трения, инерции), так и внутренних (сил тяги мышц), а также обусловлены физиологическими процессами [3].

В отличие от кинематических (внешняя форма), динамические характеристики помогают разобраться в сложности механизмов формирования движений. Согласно второму закону Ньютона, ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально воздействующей силе и обратно пропорционально инертности тела. Результаты исследований свидетельствуют, что имеется выраженная корреляция между ростом, длиной конечностей, амплитудой ударов и моментом инерции [2].

В результате биомеханического контроля можно получить ответ на такие вопросы: 1) что делает спортсмен? 2) насколько хорошо он это делает? и 3) благодаря чему он это делает? [11].

Практические задачи жизнедеятельности (спортивной деятельности) можно решить с помощью знаний (измерений) размеров тела и его сегментов [1, 2, 3, 9, 11]. При вращательном движении инертность тела определяется не массой, а моментом инерции и эффективность действия силы зависит от величины силы и места её приложения. Отсюда следует, что, чем длиннее плечо силы, расстояние от оси вращения до места её действия, тем больше вращающий момент, равный произведению силы на её плечо. Например, отводя руку или ногу в сторону для удара, спортсмен увеличивает инертность тела и момент инерции, хотя его масса остаётся той же.

Исследования выполнены в соответствии с планом научно-исследовательской работы Харьковского гуманитарного университета "Народная украинская академия" на 2005 - 2006 учебный год.

Целью работы являлось исследование биомеханики кругового удара ногой с учётом индивидуальных особенностей спортсменов.

Основная задача исследования - научное обоснование биомеханической структуры кругового удара ногой.

Для решения поставленных задач был проведен анализ техники выполнения кругового удара спортсменами секции рукопашного боя "Динамо" (n = 16), тренерами-преподавателями центра боевой подготовки УМВД Украины в Харьковской области (n = 5) и студентами секции рукопашного боя ХГУ "НУА" (n = 10). В результате исследования выявлено, что при определённой установке, а именно - показать технику выполнения "сильного" кругового удара ногой, практически все испытуемые "выносили" бедро для удара под углом 45 ± 10^о.

Существует зависимость времени реакции от пространственно-временных характеристик движения. Так, рост спортсмена и длина его конечностей, как правило, влияют на дистанцию ведения поединка. С увеличением расстояния между соперниками (между "ударной частью" и "ударной поверхностью") проявляется зависимость времени реакции от длительности движения [10].

Точность измерений тела и длины конечностей спортсмена обеспечивает использование известных антропометрических точек, имеющих строгую локализацию. Так, длина тела (рост) - высота верхушечной точки над площадью опоры, длина верхней конечности - разница высот акромиальной и пальцевой точек (проекционное расстояние между ними), длина нижней конечности - полусумма высот передней подвздошноостистой и лобковой точек [5, 9].

Для анализа движений туловища используется метод сегментирования тела человека. Для каждого сегмента определяется его масса и положение центра масс [1, 2, 11].

Массу звена тела принято определять по его относительной массе в % к массе всего тела.

Табл. 1

* (по В.М. Зациорскому, А.С. Аруину, В.Н. Селуянову) [11].

** (по В.С. Ашанину, В.И. Дубровскому, В.Н. Фёдоровой) [1, 2].

В рукопашном бое участники соревнований (юниоры и взрослые) разделяются на 6 весовых категорий. Используя данные таблицы 1 (В.С. Ашанина, В.И. Дубровского, В.Н. Фёдоровой) [1, 2], нами были произведены расчёты масс звеньев (сегментов) тела спортсменов по весовым категориям.

Табл. 2

Далее нами были проведены замеры длины верхних и нижних конечностей спортсменов с целью выявления влияния их длины на инерцию тела спортсмена во время выполнения технических действий (круговых ударов).

Табл. 3

Суть эксперимента состояла в том, чтобы определить момент инерции ноги при выполнении кругового удара.

При круговом (вращательном) движении точки тела (звена) перемещаются по круговым траекториям, центры которых лежат на оси вращения и чем больше плечо силы (радиус вращения), тем больше момент инерции.

При нанесении любого удара очень важно превратить мягкую кинематическую цепь ноги в единый жёсткий рычаг [2]. В этом случае в ударе примет участие не только масса конечного звена цепи, но и массы всех остальных звеньев, тем самым передаёт ударяемому предмету максимально возможное количество кинетической энергии.

Кинематическая цепь выполнения удара рукой: стопа (толчок) - голень - бедро - таз - туловище - плечо - предплечье - кисть, кулак (замыкает цепь). При ударе ногой: стопа - голень - бедро - таз - туловище - бедро (другой, "ударной" ноги) голень - стопа. Просматривается закономерность: при выполнении приёма (удара) движение начинают и заканчивают более "мелкие" звенья и мышцы, а сильные группы мышц и звенья тела "подхватывают" и усиливают волновое движение за счёт динамических и внутренних биохимических источников энергии.

В процессе взаимодействия ноги спортсмена с опорой перенос энергии вдоль звеньев тела к общему центру масс (ОЦМ) тела имеет волновой характер, и переносимая энергия составляет до 30% общей энергии движения многозвенной биомеханической системы. Скорости волнового переноса энергии вдоль звеньев в 3-5 раз выше скоростей перемещения звеньев. Поэтому для более эффективного освоения координации движения необходимо учитывать разность скоростей движения звеньев тела [6, 7].

Скорость механического движения обусловлена волновой скоростью звеньев, участвующих в движении, зависят от уровня управления ЦНС и особенностей функциональных систем организма. Волновой перенос энергии тем выше, чем меньше время его проявления. Мышцы должны "включаться" (работать) не в максимальном, а в оптимальном режиме всей биокинетической цепи. С этой целью применяются ритмические движения, определяющие чёткую взаимосвязь между началом и концом движения и способствующие более экономичной работе (принцип рекуперации энергии). И, если сила удара это скорость его выполнения + масса, то чем больше звеньев участвуют в выполнении удара и чем больше мышечная концентрация в момент касания ударной поверхности с целью, тем сильнее удар [7].

Нами была проанализирована техника выполнения круговых ударов ногами (раунд кик, маваси гери) различными спортсменами и построена модель с целью выявления наиболее оптимальной траектории (варианта) выполнения данного удара.

1 - стопа правой (сзади стоящей ноги); 2 - колено правой ноги;

3 - тазобедренный сустав правой; 4 - тазобедренный сустав левой ноги;

3- 4 - положение таза (туловища) под 45^о относительно прямой линии.

5 - 6 - положение таза - вес тела перемещается полностью на левую (опорную) ногу и она становится осью вращения. Заканчивается поступательное и начинается, преимущественно, вращательное движение;

6 - исходное положение стопы левой (впереди стоящей) ноги; 6 - 7 -положение таза; 7 - 8 - положение бедра; 8 - положение колена правой ноги ("стоп кадр", когда колено находится в "верхней мёртвой точки" для выполнения удара на заданном уровне); 8 - 9 -положение голени; 9 - положение стопы в момент "выноса" (подъёма) колена для удара; 1 - 9 - траектория движения стопы при поступательно-вращательном движении; 1 - 8 - траектория движения колена при поступательно-вращательном движении; 3 - 5 - 7 - траектория движения таза (правого тазобедренного сустава) при, преимущественно, поступательном движении; 7 - 10 - траектория движения таза (правого тазобедренного сустава) при, преимущественно, вращательном движении; 8 - 11 - траектория движение бедра при вращательном движении; 9 - 12 - 13 - траектория движения голени и стопы при вращательном движении.

В результате исследования выявлено, что оптимальный угол между положением бедра 7 - 8 и прямой 6 - 13, когда колено находится в верхней "мёртвой точки" для выполнения "сильного" удара по заданной траектории (в туловище, средний уровень) составляет 45 ± 10^о.

Таким образом:

1) при выполнении кругового удара ногой, вращательное движение бедра необходимо рассматривать как вращательное движение стержня;

2) İ - ìомент инерции бедра относительно перпендикулярной оси проходящей через конец стержня (тазобедренный сустав) определяется по формуле: İ = ¹/₃ mℓ² , тогда на участке движения 30^o ≤ φ ≤ 45^о, İ₁ = ¹/₃ m_бℓ_б² , так как можно считать, что в это время движение голени, расположенной параллельно оси вращения, не влияет на момент инерции бедра.

Используя данные табл. 3 (размеры звеньев тела в каждой весовой категории) и, учитывая только движение (момент инерции) бедра в первой фазе выполнения удара (İ = ¹/₃ mℓ²), мы получили следующие результаты:

İ₁ (64) = 0,46 кг м²; İ₁ (67) = 0,48 кг м²; İ₁ (73) = 0,57 кг м²;

İ₁ (78) = 0,66 кг м²; İ₁ (85) = 0,82 кг м²; İ₁ (91) = 0,80 кг м².

На следующем участке 0^о ≤ φ ≤ 30^о во вращательном движении участвует и голень и стопа. Поэтому момент инерции ноги определяем по формуле:

İ₂ = ¹/₃ (m_б. + m_г. + m_ст.) (ℓ_б. + ℓ_г. + ℓ_ст.)² = ¹/₃ m_ноги ∙ ℓ²_ноги

İ₂ (64) = 3,25 кг м²; İ₂ (67) = 3,61 кг м²; İ₂ (73) = 4,07 кг м²;

İ₂ (78) = 4,45 кг м²; İ₂ (85) = 5,28 кг м²; İ₂ (91) = 5,30 кг м².

Анализ полученных результатов показывает, что момент инерции ноги достоверно отличается в зависимости от длины и массы сегментов (конечностей), участвующих в выполнении движения (удара). Минимальный показатель в весе до 65кг - 0,46 кг м², где длина и масса бедра наименьшие, и максимальный в весе 85кг - 0,82 кг м², где наибольшая длина конечности.

Во втором случае, когда в движении участвует вся нога мы также получили наименьший показатель в весе до 65кг - 3,25 кг м² и наибольший в весе 91кг - 5,30 кг м². Таким образом, очевидно влияние длины и массы конечности (звена) тела на момент инерции во время выполнения вращательного движения.

Энергетические биомеханические характеристики (знергозатраты):

1). В начальной фазе удара происходит подъём бедра "вынос" колена поступательным движением, в результате которого увеличивается потенциальная энергия:

D W_р.б. = m_б g ¹/₂ ℓ_б

Работа мышц (А) по подъёму бедра из И.П. - А = W_р = m g h

Эта работа равна потенциальной энергии, которую необходимо сообщить системе бедро - голень.

ΔW_{р..г-.ст.} = (m _г + m_ст.) g h_ц.т. = (m _г + m_ст.) gℓ_б

(h_ц.т. - высота поднятия центра тяжести голень-стопа).

Работа мышц (А) = ΔW_р = ΔW_р.б. + ΔW_{р. г. ст.} = gℓ_б ¹/₂ (m _б +2 (m _г + m_ст.)

(вращательным движением на этом этапе можно пренебречь)

2). Поворот от 45^о до 30^о :

А = W_к. = W_к.вр. + W_к.пост. работа совершается для сообщения кинетической энергии.

Вращательное движение выпрямленной ноги:

W_к. = ¹/₂ İw ² + ¹/₂ mυ²,

Где İ = ¹/₃ m_б∙ℓ_б² + ¹/₃ (m_б + m _г + m_ст.) (ℓ_б + ℓ _г + ℓ_ст)²

m = m_б + m _г + m_ст

W_к.1 = ¹/₆ [m_б∙ℓ_б² + (m_б + m _г + m_ст.) ∙ (ℓ_б + ℓ _г + ℓ_ст)²] ∙ w² +

+ ¹/₂ (m_б + m _г + m_ст.) ∙ υ²

Далее, в момент выполнения удара:

w = e D t = M / I ∙ D t

u =a D t = F_мыш. / m_б + m _г + m_ст. ∙ D t

M = F_удара · (l_б + l _г + l_ст) = F_мыш · (l_б + l _г + l_ст)

Оптимальную энергетическую стоимость удара можно обеспечить за счёт участия в его выполнении небольших мышечных групп (например, стопы и голени) и более позднего "включения" в работу мощных мышц бедра и туловища, а также использования энергии всей биокинетической цепи.

Выводы.

Анализ полученных результатов показывает, что момент инерции ноги достоверно отличается в зависимости от длины и массы сегментов (конечностей), участвующих в выполнении вращательного движения (кругового удара).

Эффективность выполнения атакующих, защитных и контратакующих действий зависит от биомеханической структуры выполнения приёмов (ударов) с учётом индивидуальных антропометрических особенностей спортсменов. Круговые удары выполняются по-разному, однако большинство участников исследования подтвердили гипотезу, что в зависимости от внешних и внутренних условий, дистанции и уровня (верхний, средний, нижний), а также силы нанесения ударов, техника их выполнения имеет определённые закономерности.

Для увеличения скорости выполнения движения (удара) необходимо увеличивать и радиус вращения, а для этого необходимо во столько же раз увеличить и прикладываемую силу, что приводит к увеличению энергозатрат. Поэтому во время совершенствования техники выполнения ударов (приёмов) следует делать акцент на оптимальное использование силы реакции опоры, сил упругой деформации мышц (принцип рекуперации энергии) и последовательное вовлечение различных звеньев тела в колебательное движение.

Дальнейшие исследования предполагается провести в направлении изучения других проблем кругового удара ногой в рукопашном бое.

Литература

1. Ашанин В.С. Биомеханика. Ч. 1. Общая биомеханика: Курс лекций и метод. указания к решению задач: Учеб. пособие. - Х.: ХаГИФК, 2000. - 65 с.

2. Дубровский В.И., Федорова В.Н. Биомеханика: Учеб. для сред. и вузов - М.: ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003. - 672 с.

3. Кадочников А.А. Динамика ударов ногами. - Ростов н/Д. : Феникс, 2003. - 352 с. - (Мастера боевых искусств).

4. Меньшиков Н.К. Гимнастика с методикой преподавания. / Н.К.Меньшиков, М.Л.Журавин, Н.Д.Скрябин и др.; Под общ. ред. Н.К. Меньшикова. - М.: "Просвещение", 1990. - 223 с.

5. Никитюк Б.А., Гладышева А.А. Анатомия и спортивная морфология: (Практикум). - М.: ФиС, 1989. - 176 с.

6. Попов Г.И. Волновой процесс переноса энергии в многозвенных биомеханических системах, взаимодействующих с опорой // Биофизика. - 1987. - Т. 32, вып. 3. - С. 507 − 511.

7. Попов Г.И. Взаимосвязь волновых процессов управления и исполнения в движениях многозвеньевых биомеханических систем. // Биофизика. - 1991. - Т. 36, вып. 2. - С. 344 − 347.

8. Рид Э.С. Уроки по теории действия: [Физиол. исслед.: ст. из США] // Управление движениями. - М., 1990. - С. 7 − 9.

9. Сак Н.Н. Спортивная морфология лабораторный практикум. - Харьков.: ХаГИФК, 1997. - 138 с.

10. Смирнов А.Г., Полякова М.В., Бодрова Л.М. Зависимость времени реакции от характеристик двигательного акта. // Журн. высш. нервн. деят-ти им. И.П. Павлова, −1983. − Т. 33, вып. 4, − С. 619 − 623.

11. Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений. − М.: Просвещение, 1989. - 210 с.: ил.

12. Karas V. - Dr., Susanka P. - Dr., Otonal S. Zaklady biomechaniky telesnych eviceni. - Praga: Universita Karlova, 1983. - 198 p.

13. Nagata A. // Proceeding of the XII International Congress of Biomechanics. Los Angeles, 1989. P. 134 − 135.

Поступила в редакцию 29.10.2005г.

  На главную    В библиотеку    Обсудить в форуме 

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!