ОСНОВЫ БИОМЕХАНИКИ МЫШЦ
Известно, что мышца управляется центральной нервной системой. Биомеханика рассматривает, что происходит с состоянием и положением мышцы в результате нервных влияний, т. е. связь линейных перемещений концов мышц (кинематика движения) и усилий, развиваемых ею (динамика движения). Механика мышечного сокращения заключается в связи напряжений в мышце с её деформацией.
Для полного описания биомеханических свойств мышц используют следующие определения:
- жёсткость - способность противодействовать прикладываемым силам. Она проявляется как упругость и квазижесткость;
- релаксация - падение напряжения (натяжения) с течением времени;
- прочность - понимается как прочность на разрыв.
Часто при исследовании механических свойств тела человека и его отдельных элементов не учитывается влияние сухожилий. Сухожилия нередко рассматривают как абсолютно нерастяжимую, гибкую часть мышцы. А сухожилия способны амортизировать резкие толчки и обладают жёстко-демпфирующими свойствами.
Прочность сухожилий превышает прочность мышц в 2 раза. Сухожилия человека разрываются, в основном, в месте крепления к мышцам.
Сила, скорость и экономичность движений зависят от того, в какой степени человеку удаётся использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения могут быть повышены за счёт использования упругих сил, экономичность - за счёт использования рекуперации (повторного использования) механической энергии и уменьшения потерь на рассеивание.
Кроме того, необходимо знать, что с возрастанием скорости активного сокращения мышцы величина её предельного напряжения уменьшается и наоборот, т. е. для того, чтобы нанести как можно более быстрый (резкий) удар (рукой или ногой), необходимо как можно больше расслабить ту часть тела, которая этот удар наносит перед выполнением ударного движения.
Биомеханические свойства мышц в решающей мере влияют на это. Общеизвестно, что в прыжках вверх с места, выполняемых из приседа после паузы, результат будет ниже, чем в прыжке из приседа без паузы, так как во втором случае используются силы упругой деформации предварительно растянутых мышц.
Считается, что рекуперация энергии упругой деформации является основной причиной высокой экономичности бега человека, прыжков кенгуру.
В мышечных и сухожильных структурах может накапливаться значительное количество энергии упругой деформации. Однако накопленная энергия упругой деформации не всегда используется в полной мере. Степень её использования зависит от условий выполнения движений, в частности, от времени между растяжением и сокращением мышцы.
Необходимо научиться правильно использовать эту энергию при действиях в рукопашном бою.
В процессе тренировок надо учитывать, что механическая прочность сухожилий и связок увеличивается сравнительно медленно. При форсированном развитии скоростно-силовых качеств может возникнуть несоответствие между возросшими скоростно-силовыми возможностями мышечного аппарата и недостаточной прочностью связок и сухожилий. Это грозит потенциальными травмами. Поэтому во время тренировок необходимо обращать внимание на укрепление сухожильно-связочного аппарата. Это достигается объёмной тренировочной работой невысокой интенсивности. Желательно, чтобы движения выполнялись с максимально возможной для данного сустава амплитудой и во всех направлениях.
УСТОЙЧИВОСТЬ И РАВНОВЕСИЕ
На человека в процессе двигательной деятельности действуют статические и динамические силы, сочетание которых может вывести его из состояния равновесия.
Например, задача единоборца состоит в том, чтобы за счет выбора оптимальной стойки, определения дистанции, использования наиболее рационального в сложившейся ситуации двигательного действия обеспечить собственную устойчивость и, наоборот, вынудить противника потерять равновесие.
Поэтому в условиях боя такие понятия как устойчивость и равновесие играют исключительно важную роль.
Устойчивость - это способность бойца надежно сохранять положение равновесия без опрокидывания (падения) при внешнем силовом воздействии, возникающем при контакте с соперником или с окружающей средой.
Для количественной и качественной оценки устойчивости применяют различные критерии, наиболее приемлемые для конкретных случаев ее проявления, а именно:
- углы устойчивости;
- коэффициенты устойчивости;
- предельные скорости движения.
Различают статическую и динамическую устойчивость.
Статическая устойчивость человека - это устойчивость при отсутствии динамических сил (центробежных или сил инерции).
При статическом (медленном) наклоне твердого тела его опрокидывание происходит относительно некоторой линии, называемой линией опрокидывания.
При оценке устойчивости человека как твердого тела (рис. 20а.) такими линиями являются линии а-b и e-f (во фронтальной плоскости) и линии a-f и b-е (в сагиттальной плоскости).
Расстояния между линиями опрокидывания (d, d1 определяют опорную базу тела в данной плоскости.
Площадь abefa является опорной базовой площадью.
Устойчивость человека в зависимости от схемы действующих сил оценивается в одной из основных плоскостей тела - фронтальной или сагиттальной.
Итак, при отсутствии внешних сил устойчивость определяется предельным углом наклона тела, так называемым углом статической устойчивости а.
Это угол между вектором силы тяжести G и линией, проходящей из ЦМ через линию опрокидывания а-b (на рисунке 20б она проектируется в точку О).
Угол устойчивости а определяется из геометрических построений:
tg a = 0,5d/g цM, откуда
а = arctg (0,5d/g цм,), где g цм - положение ЦМ человека относительно опорной поверхности.
Статическая устойчивость человека тем выше, чем больше угол а. Следовательно, для повышения статической устойчивости необходимо увеличивать опорную базу d и понижать положение ЦМ.
Так, например, в любом поединке это есть главное условие для принятия стойки - исходного положения (рис. 21).
Выбор стойки диктуется не только требованиями обеспечения первоначальной статической устойчивости, но и возможностью реагирования на изменение внешнего воздействия.
Понятно, что стоящий на выпрямленных ногах человек может, сохраняя вертикальное положение позвоночника, перемещать ЦМ только вниз.
Человек, который, согнув колени, присел, оставляя позвоночнике вертикальном положении, получает дополнительные преимущества. Он может теперь перемещать свой ЦМ не только вниз, но и вверх. Эта, на первый взгляд, незначительная деталь имеет существенное значение для повышения ответной реакции на действия противника.
Угол статической устойчивости изменяется в процессе двигательного действия. Так, например, если боец, не меняя опорной базы, согнет одну ногу, одновременно выпрямив другую (рис. 22.), то произойдет смещение ЦМ на некоторую величину е.
Угол а определяется как а = arctg [0,5d ± e)/g цм].
Знак "плюс-минус" в формуле означает, что угол а уменьшается относительно линии опрокидывания а-b (точка О), но увеличивается относительно линии е-f (точка О). Следовательно, устойчивость поддается контролю и управлению.
Однако в общем случае на спортсмена, помимо силы тяжести О, в основных плоскостях тела действуют внешние силы (силы воздействия со стороны соперника или окружающей среды).
Потеря устойчивости в сагиттальной плоскости из-за меньшей опорной базы d, наиболее вероятна, а значит, более опасна.
Выведение из состояния равновесия
Существует множество способов выведения противника из состояния равновесия.
Равновесие тела сохраняется до тех пор, пока проекция ЦМ (на рис. 23а - точка С) не выходит за пределы площади опорной базы abefa. Удержание ее в этих пределах может быть осуществлено путем маневрирования ("перешагивания" в стороны, вперед-назад), то есть изменения конфигурации и смещения опорной площади.
Итак, задача выведения человека из равновесия сводится к смещению его ЦМ за границы площади опоры.
В качестве примера приведем лишь один вариант выведения из равновесия, а именно: создание опрокидывающего момента.
Пусть сила тяжести G создает относительно линии опрокидывания ab (точка О, на рис. 23б) момент устойчивости Муст = Ga.