Содержание к диссертации
Введение
1 Литературные предпосылки исследования 13
1.1 Техника борьбы в армспорте 13
1.2 Биомеханические критерии рациональности технических действий в армспорте 20
1.2.1 Биомеханические основы армспорта 21
1.2.2 Биомеханическое обоснование рациональности атакующих действий в армспорте 24
1.2.3 Биомеханика защитных двигательных действий 32
1.3 Особенности подготовки борцов в армспорте 34
1.3.1 Педагогические требования и практические рекомендации по совершенствованию технической и физической подготовки 34
1.3.2 Биомеханическое обоснование выбора упражнений и тренировочных средств в армспорте 37
1.4 Проявление физического качества силы в армспорте 41
1.4.1 Проявление электрической активности мышц у армрестлеров различного уровня подготовленности при различных режимах сопротивления 41
1.4.2 Проявление силы мышц у армрестлеров различного уровня подготовленности при различных режимах сопротивления 43
1.4.3 Мощность выполнения движения в армспорте при различных режимах сопротивления 49
1.5 Применение различных технических устройств и режимов сопротивления в армспорте 51
1.6 Влияние различных режимов сопротивления на силовые и скоростно-силовые показатели мышц 63
1.7 Машины управляющего воздействия в спорте 65
2 Методы и организация исследования 70
2.1 Методы исследования 70
2.2 Организация исследования 75
3 Результаты исследования 80
3.1 Конструкция, принцип работы и условия необходимые для создания убывающе-возрастающего режима сопротивления на безынерционном тренажере управляющего воздействия для армспорта 80
3.2 Математическое обоснование расчета величины силы сопротивления на безынерционном тренажере управляющего воздействия при различных режимах сопротивления 85
3.3 Изменения биомеханических параметров движения при использовании убывающе-возрастающего и других режимов сопротивления 90
3.4 Результаты сравнительного педагогического эксперимента 99
4 Обсуждение результатов исследования 104
4.1 Предпосылки создания убывающе-возрастающего режима сопротивления на безынерционном тренажере управляющего воздействия для армспорта 104
4.2 Безынерционный тренажер управляющего воздействия для армспорта и определение условий, необходимых для создания на нем убывающе-возрастающего режима сопротивления 107
4.3 Особенности математического расчета моментов сил на безынерционном тренажере управляющего воздействия при различных режимах сопротивления 110
4.4 Особенности проявления биомеханических параметров движения при использовании убывающе-возрастающего режима сопротивления 111
Выводы 115
- Биомеханические критерии рациональности технических действий в армспорте
- Проявление физического качества силы в армспорте
- Влияние различных режимов сопротивления на силовые и скоростно-силовые показатели мышц
- Математическое обоснование расчета величины силы сопротивления на безынерционном тренажере управляющего воздействия при различных режимах сопротивления
Введение к работе
Актуальность. Неуклонное повышение уровня спортивных достижений вызывает необходимость поиска новых, более эффективных путей спортивной подготовки, требует еще более пристального внимания к возможностям оптимизации процессов обучения и тренировки спортсменов [11, 31, 36, 44, 71, 79, 92, 94, 101, 133, 146, 157 и др.]. Проблема оптимальности является одной из важнейших проблем в любой сфере деятельности человека. Задачи оптимизации сводятся к выбору лучшего варианта из многих других. Качество того или иного варианта определяется соответствующими критериями. Оптимальным вариантом считается такой, который удовлетворяет максимальному или минимальному значению показателя качества [44, 120].
Развитие современного спорта неотъемлемо связано с научными изысканиями и внедрением технологических новинок в тренировочный процесс спортсменов. Для достижения высоких результатов спортсмену необходима соответствующая физическая подготовка и рациональная техника, в формировании которых всё большую роль играют тренажеры. Применение тренажерных устройств в спорте позволяет создать недостижимые в естественных условиях режимы выполнения упражнений. Конструктивные особенности таких тренажеров предполагают формирование рациональной техники выполнения запланированного двигательного действия. Это способствует достижению более высоких показателей по важнейшим биомеханическим характеристикам движений. Созданные при помощи тренажеров условия для достижения оптимальной координационной структуры движения позволяют определить пути более полной реализации функциональных возможностей спортсмена, разработки
6 модели техники, обеспечивающей выход на запланированный результат [25, 31, 36,44, 73, 74, 94, 101, 133, 146, 157 и др.].
Исследования Базоркина A.M. [6] выявили биомеханические особенности проявления силы армрестлеров различной квалификации в проигрышном положении. Эти данные позволяют нам создать модельные характеристики атакующего движения в армспорте и позволяют предположить целесообразность развития силы, как в начале, так и в конце движения. Условия для развития силы в начале и в конце движения с применением различных режимов сопротивлений по отдельности были предложены, исследованы и обоснованы еще в прошлом веке рядом исследователей.
На основе теоретических и практических исследований нам удалось технически реализовать на безынерционном тренажере управляющего воздействия для армспорта убывающе-возрастающий режим сопротивления позволяющий оптимизировать процесс тренировки и ускорить формирование техники спортивного движения с лучшими комплексами свойств, а следовательно и высоким спортивным результатом.
В связи, с чем изучение данного режима сопротивления и выявление его влияние на развитие специальных двигательных действий армрестлеров в тренировочном процессе, является весьма актуальной.
В исследование и формирование биомеханической структуры движения в армспорте некоторые авторы [6, 43, 108] отмечают необходимость развития силы в начале движения (за счёт применения убывающего режима сопротивления), за вариативный метод который предусматривает поочерёдное использование (по одному месяцу) убывающего, затем возрастающего, затем постоянного режимов сопротивления выступает [154]. Однако такое разделение режимов сопротивления в целостном атакующем движении в армспорте, по нашему мнению, не является оптимальным по биомеханическим структуре движения, так как не способствует в полной мере сопряженному развитию современной технике и специальных физических качеств армрестлеров.
На основе выше сказанного в исследовании автор исходил из гипотезы, что использование убывающе-возрастающего режима сопротивления, на безынерционном тренажере управляющего воздействия, в тренировочном процессе армрестлеров — более эффективный способ развития двигательных качеств, т.к. учитывает биомеханическую структуру построения движения рукоборцев высокого класса, по сравнению с ранее предложенной М.М. Эбзеевым методикой комплексного вариативного использования переменных режимов сопротивлений.
Цель исследования состоит в оптимизации двигательных действий в тренировочном процессе армрестлеров III - II спортивного разряда на основе особенностей соревновательного упражнения.
Объектом исследования являлся учебно-тренировочный процесс армрестлеров в условиях управляющей предметной среды.
Предмет исследования - биомеханическая структура атакующего движения в армспорте при различных режимах сопротивления.
Для достижения цели настоящего исследования необходимо было решить ряд задач, суть которых состояла в следующем:
Создать биомеханические условия формирования техники атакующего движения в армспорте в режиме убывающе-возрастающего сопротивления.
Математически обосновать изменения момента силы на безынерционном тренажере управляющего воздействия при применении различных режимов сопротивления.
Выявить биомеханические особенности атакующего движения армрестлера на безынерционном тренажере управляющего воздействия в режиме убывающе-возрастающего сопротивления.
Экспериментально доказать эффективность тренировки армрестлеров на безынерционном тренажере управляющего воздействия для армспорта с применением убывающе-возрастающего режима сопротивления.
На защиту выносятся следующие положения:
Биомеханическим условием оптимизации атакующего движения в армспорте при использовании управляющей предметной среды является убывающе-возрастающий режим сопротивления.
Применение убывающе-возрастающего режима сопротивления на безынерционном тренажере управляющего воздействия для армспорта обеспечивает значительное улучшение биомеханической структуры движения, следствием чего является: проявление максимальной силы в начале движения, уменьшение проявления силы до середины движения и увеличение силы к концу движения; происходит более быстрое достижение максимума силы и увеличение мощности в начале и в конце движения; время выполнения двигательного действия по фазам движения аналогична проявлению этих величин в убывающем режиме сопротивления, величины импульса силы по фазам движения несколько выше (больше), чем в убывающем режиме сопротивления.
3. Разработанная методика подготовки с применением убывающе-возрастающего режима сопротивления является высоко эффективной при подготовке армрестлеров III - II спортивного разряда на безынерционном тренажере управляющего воздействия для армспорта.
Теоретико-методологическую базу исследования составили научные положения B.C. Фарфеля и И.М. Козлова об "управлении движениями в спорте", П.К. Анохина о "теории функциональных систем", Н.А. Бернштейна о "физиологии двигательной активности"; Ю.В. Верхошанского принцип "динамического соответствия", А.Д. Новикова, Л.П. Матвеева, В.Н. Платонова, Б.А. Ашмарина, Н.И. Пономарёва, В.М. Зациорского, В.К. Бальсевича и др. об "основных положениях теории и методики физического воспитания и спортивной тренировки", В.М. Дьячкова о "сопряженном методе формировании технической и специальной физической подготовленности спортсменов"; В.Б. Коренберга об "основах качественного анализа движений", учение И. П. Ратова об "искусственно управляющей среде"; концепции Ю. Т. Черкесова о "методе переменных сопротивлений", Г.И. Попова об "использовании предметной среды" и В. И. Жукова об "оптимизации двигательных действий спортсменов в условиях управляющей предметной среды".
Научная новизна: разработаны технические средства и условия для реализации на безынерционном тренажере управляющего воздействия для армспорта убывающе-возрастающего режима сопротивления, которые заключаются в использовании в конструкции тренажера дополнительной пружины с тросом; математически доказана и обоснована возможность создания переменных режимов сопротивления (убывающего, возрастающего, постоянного и убывающе-возрастающего) на безынерционном тренажере управляющего воздействия; установлены следующие особенности проявления биомеханических характеристик у армрестлеров при использовании убывающе-возрастающего режима сопротивления на безынерционном тренажере управляющего воздействия, которые выразились: в большем проявлении максимальной силы в начале движения, уменьшение проявления силы до середины движения (как при убывающем режиме сопротивления) и увеличение силы к концу движения (как при возрастающем режиме сопротивления); в более быстром достижении максимума силы (как при убывающем режиме сопротивления); в увеличении мощности в начале и в конце движения, так же, как у спортсменов высокого класса; в акцентированном развитии силы в конце движения (как при возрастающем режиме сопротивления); время выполнения двигательного действия по фазам движения аналогична проявлению этих величин в убывающем режиме сопротивления; величины импульса силы по фазам движения несколько выше (больше), чем в убывающем режиме сопротивления. доказано, что наиболее эффективным в тренировочном процессе армрестлеров среднего уровня мастерства является убывающе-возрастающий режим сопротивления.
Теоретическая значимость. Результаты, полученные в данной оте, углубляют знания: о методологии применения технических средств в тренировочном процессе армрестлеров; о возможности использования различных переменных режимов сопротивления в учебно-тренировочном процессе армрестлеров и влияние их на биомеханические параметры движения; о закономерностях развития спортивного мастерства армрестлеров.
Практическая значимость. Разработана и внедрена технология тренировки армрестлеров среднего уровня мастерства на основе применения убывающе-возрастающего режима сопротивления, создаваемого безынерционным тренажером управляющего воздействия для армспорта.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на кафедре теоретических основ физической культуры Карачаево-Черкесского государственного университета, на кафедре научных основ физической культуры и спорта Кабардино-Балкарского государственного университета и опубликованы в ряде изданий различного уровня.
Достоверность результатов исследования обеспечивается достаточным объемом выборки испытуемых, применением методов математической статистики, использованием высокоинформативных устройств объективной информации и компьютерной обработки данных.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и практических рекомендаций, содержит 7 таблиц, 49 рисунков, 6 приложения, список литературы, включающий 185 источников, в том числе 16 - на иностранном языке, 11 - авторских свидетельств и патентов. Общий объем работы составляет - 152 страницы компьютерного набора текста.
Биомеханические критерии рациональности технических действий в армспорте
В данной главе мы приводим полученный различными авторами экспериментальный материал с целью обоснования рациональности ряда технических действий в армспорте на основе данных о биомеханических особенностях строения опорно-двигательного аппарата человека. В биомеханике рациональность техники спортсменов принято рассматривать как характеристику такого способа выполнения двигательного действия, который позволяет добиться высших спортивных результатов [30]. Выбор или поиск новых вариантов рациональной техники или, иными словами, эталона техники, должен осуществляться на основе различных критериев, в том числе и биомеханических. Эти критерии могут быть также использованы при выборе методов и средств тренировки. В соответствии с теорией системно-структурного подхода каждая система имеет состав (элементы, ее образующие) и структуру (законы взаимосвязи между элементами) [30]. Очевидно, что отдельные звенья тела человека как элементы системы связаны между собой на динамическом уровне, т.е. через движители (мышцы), которые способны приводить в движение костные рычаги. Следовательно, законы передачи силы действия определяются, прежде всего, особенностью строения и функции опорно-двигательного аппарата человека. Именно в них необходимо находить критерии рациональности технических действий в армспорте [39]. 1.2.1 Биомеханические основы армспорта С. С. Дмитрук [27] первым сформулировал логическую схему биомеханического обоснования рациональной техники выполнения атакующих и защитных действий в армспорте (рис. 6). В этой схеме очерчен круг теоретических знаний и экспериментальный материал под общим названием "Биомеханические основы армспорта", которые, по мнению автора, необходимы тренеру в качестве учебно-методического пособия для ответа на главные вопросы в его педагогической деятельности - чему и как обучать?
Ниже приведен перечень тем, раскрывающих содержательную сторону "Биомеханических основ армспорта": 1. Законы рычага во вращательном движении. 2. Особенности строения и функции опорно-двигательного аппарата: - режимы сокращения мышцы и их избирательное воздействие на одну из трех ее компонент (сократительную или упругие — параллельную и последовательную), а также на изменение ее скоростно-силовых качеств; - зависимость силы тяги мышц от угла в суставе и места их крепления к костным рычагам по отношению к оси вращения в суставе (зависимости "сила - угол" и "плечо силы - угол"); - влияние анатомического поперечного сечения мышцы на силу ее тяги; - влияние природы внешних сил и величин их сопротивления на скоростно-силовые качества борцов в армспорте. 3. Топография силы в атакующих и защитных действиях у спортсменов разной квалификации в армспорте; - влияние позы и направления движения на величину проявляемого усилия и скорость его нарастания; - особенности передачи усилия по замкнутой биокинематической цепи и факторы его лимитирующие; - виды захватов и силовые возможности мышц - сгибателей кисти и пальцев; - закономерности взаимосвязи, как между силовыми показателями, так и между силовыми и антропометрическими показателями. На рисунке 6 представлены схематично основной объем технических действий в армспорте (I и И) и ряд показателей ( Ш), которые предлагаются в качестве критериев и дискриминативных признаков, позволяющих обосновать с позиций биомеханики рациональность выполнения этих действий. Слева показаны основные элементы последовательной биокинематической цепи (ноги, туловище, предплечье и кисть). Возможные варианты изменения их положения могут быть рациональны или нет с точки зрения передачи усилия для преодоления внешнего сопротивления через рабочую точку тела - кисть. Рассмотрим рациональность атакующих действий, анализируя возможные их варианты в зависимости от положения и направления движения основных элементов этой цепи. Эффективность передачи усилия через конечное звено (каковым является кисть), зависит, как это видно на схеме (рис. 6), от вида и способа захвата. Верхний захват рациональней таких видов захватов, как стандартный и нижний в любом из направлений развития атаки. В качестве критерия для доказательства справедливости такого суждения необходимо воспользоваться такими биомеханическими показателями, как плечо силы и плечо рычага. Плечо рычага (расстояние от оси вращения предплечья соперника до точки приложения силы атакующего) при таком захвате будет максимальным и, следовательно, повернуть такой рычаг легче. Усилие необходимо прикладывать перпендикулярно к продольной оси предплечья, что обеспечит создание максимальной величины момента силы действия. Кроме этого, согласно данным [27], рациональным является способ захвата, когда кисть атакующего находится в положении "кобра", поскольку это статистически достоверно уменьшает длину его рычага, и сопернику труднее будет сдерживать его вращение в направлении атаки. Однако у женщин, в отличие от мужчин, при таком способе захвата снижается величина передачи усилия на кисть, по сравнению со стандартным захватом. Поэтому им рекомендуется применять рассматриваемый рациональный способ захвата в атакующих действиях (верхний + "кобра") после увеличения силовых качеств мышц предплечья.
Результаты исследований [27] показали, что величина силы захвата кисти соперника определяется силой мышц - сгибателей пальцев атакующего, а не тенором большого пальца, и она статистически достоверно отличает спортсменов высокой квалификации от низкой. Обхват проксимальной и дистальной части предплечья, характеризующие его мышечную массу, тесно связаны с силой этих мышц. При отборе в спорте используют разные показатели [14, 53, 68, 87, 96]. В армспорте необходимо учитывать ширину кисти, она взаимосвязана с силой мышц - сгибателей пальцев и кисти. Согласно литературным данным, в коническом захвате максимальная сила противопоставления четырех пальцев большому пальцу зарегистрирована при оптимальной ширине хвата. Так как ее значение зависит от длины кисти, то и этот антропометрический показатель был включен в число рассматриваемых критериев рациональной техники захвата в армспорте. Однако когда борьба ведется между соперниками разного роста, спортсмену с меньшей длиной предплечья можно успешно использовать нижний захват. Несмотря на то, что в этой ситуации он не обеспечивает увеличение плеча рычага соперника за счет высокого хвата, все же можно добиться выигрышного положения за счет следующих тактических действий: 1. Подать свое плечо в направлении соперника с одновременной супинацией его кисти и, используя свою кисть как рычаг (упором основания проксимальной фаланги мизинца), освободиться от захвата большого пальца. Это возможно благодаря весьма незначительной силе мышц, обеспечивающих его сгибание. 2. Перевести свою ладонь на фаланги пальцев соперника с одновременным атакующим действием на себя и в сторону, вынудив его тем самым обороняться в захвате "крюк" с меньшими силовыми возможностями. При этом необходимо стремиться сохранить положение своей кисти в захвате способом "кобра" [27]. В заключение отметим, что высоких результатов в армспорте добьются только те спортсмены, которые обеспечат необходимую силу мышц - сгибателей кисти. С помощью методов функциональной анатомии и электромиографических исследований было обнаружено, что основная часть динамической работы в движении приходится на сгибатели кисти, двуглавую мышцу плеча, верхнюю часть большой грудной мышцы. При этом квалифицированные спортсмены более активно используют сгибатели кисти, что является одним из показателей мастерства [108]. В дальнейшем М.М. Эбзеев [154] в своих исследованиях подтвердил эти данные. Рациональность техники атакующих действия рукой, как видно из схемы, следует рассматривать, прежде всего, с возможных положений предплечья как рычага.
Проявление физического качества силы в армспорте
При проведении исследований в армспорте используют принцип структурного деления соревновательного упражнения на фазы, предложенный В.Г. Свечкаревым [108], а именно: I фаза - «статика» (или латентная) - с момента начального проявления силы до начала перемещения кисти; II фаза - с начала перемещения кисти до середины движения; III фаза - от середины перемещения кисти до конца движения (когда кисть коснется щитка) (Рис. 7). В процессе исследования электрической активности мышц [107, 108] было выявлено: чем выше уровень мастерства спортсмена, тем больше показатель величины ОЭМГ второй фазы движения по отношению к третьей. Причем в возрастающем режиме сопротивления во второй фазе это значение уменьшается, а в убывающем, наоборот, возрастает. Иными словами, при выполнении упражнения на тренажере в убывающем режиме сопротивления происходит перераспределение биоэлектрической активности мышц спортсмена, увеличивается данный показатель во второй фазе, по сравнению с третьей. Это перераспределение, в результате кумулятивного эффекта, по мнению автора, оказывает влияние на повышение спортивного результата (Рис. 8). Вследствие этого можно утверждать, что при одинаковой средней внешней силовой нагрузке реакция нервно-мышечного аппарата на ее воздействие в возрастающем режиме сопротивления выше, чем при постоянном, а в убывающем - еще значительнее, чем при возрастающем. В результате проведенных исследований [107, 108] было выявлено, что при выполнении соревновательного движения с нагрузкой 80 % в постоянном режиме сопротивления спортсмены более высокой квалификации проявляют большую "взрывную" силу в начале движения, т. е. они начинают движение с большей силой, чем новички и армрестлингисты низкой квалификации, у которых "взрывная" сила выражена слабее (Рис. 9). Способность армрестлингистов высокой квалификации проявлять большую "взрывную" силу позволяет им быстро достичь ее максимума, после которого сила начинает постепенно уменьшаться. Спортсмены низкой квалификации достигают максимума силы к концу движения, после чего происходит уменьшение ее величины. Иными словами, чем больше максимум силы и более высокий показатель время достижения максимума силы у армрестлингиста, тем выше мастерство спортсмена.
При выполнении соревновательного движения в армрестлинге на тренажере в возрастающем режиме сопротивления со средней нагрузкой 80% от максимума (60% в начале, 100% - в конце) проявление максимума силы сместилось к концу движения. Высококвалифицированные спортсмены достигают максимума силы во второй фазе, поддерживая силу на этом уровне до середины движения, после чего происходит ее спад. Спортсмены низкой квалификации достигают максимального значения силы к середине третьей фазы движения, после чего происходит резкое ее уменьшение (Рис. 10). Максимальная сила у высококвалифицированных атлетов проявилась в более мощном начале движения и быстром достижении максимума силы, по сравнению со спортсменами низкой квалификации. При выполнении соревновательного движения в армрестлинге на тренажере в убывающем режиме сопротивления со средней нагрузкой 80% (100% в начале, 60% - в конце) у армрестлингистов высокой квалификации увеличилась мощность начала движения, а также улучшился показатель максимума силы. В последующей фазе отмечается быстрый спад силы (Рис. 11). Значительные изменения в проявлении динамических показателей произошли у низкоквалифицированных спортсменов. График силы стал напоминать динамику проявления ее высококвалифицированными атлетами. Выросла начальная сила движения, показатель максимума силы переместился во вторую фазу. Следовательно, убывающий режим сопротивления позволяет спортсменам низкой квалификации выполнять начало движения с большей величиной максимальной силы, как это делают высококвалифицированные спортсмены в преодолении постоянного режима сопротивления. Достигнутые, благодаря использованию убывающего режима сопротивления, изменения объясняются более рациональным распределением усилий, направленных на развитие "взрывной" силы (скоростно-силовых качеств), при выполнении движения на тренажере [107,108]. Подобное распределение усилий соответствует закону естественного сокращения мышц, а именно: укорочению мышцы, поднимающей груз, должно соответствовать уменьшение ее напряжения (A. Fick 1903 [174], И.М. Сеченов 1905 [112]). М.М. Эбзеевым [154] было выявлено, что статическая сила мышц -сгибателей кисти и предплечья, приводящих руки в движение без участия туловища, достоверно больше проявляется у мастера спорта, чем у спортсмена третьего разряда. Сравнительный анализ этих же показателей у армрестлингистов первого разряда и заслуженного мастера спорта показал такую же закономерность изменения (в пользу спортсмена высокого класса).
При использовании машины безынерционного управляющего воздействия, базирующейся на компьютерной программе съема, обработки и представления таких биомеханических характеристик движения, как сила, работа силы, пространственное перемещение, М.М. Эбзеевым [154] установлены особенности регулирующего силового воздействия нагрузочного устройства при различных режимах создаваемого им переменного сопротивления. Так, при имитации соревновательного упражнения с преодолением того или иного режима переменного сопротивления происходит перераспределение работы, совершаемой армрестлингистом на разных участках движения, соответственно изменению внешнего сопротивления. При убывающем режиме сопротивления зафиксировано наибольшее значение работы в первой половине движения и наименьшее ее проявление - во второй, по сравнению с режимом постоянного сопротивления. При возрастающем режиме сопротивления наблюдается обратная картина: минимальная работа в первой половине движения и максимальное ее значение во второй половине. Т.е. при одних и тех же величинах средних сопротивлений наибольшее значение выполняемой работы наблюдается при убывающем режиме сопротивления. Значительное превосходство армрестлингиста (армрестлера) мирового класса над спортсменом более низкого уровня подготовленности в развитии силы мышц - сгибателей кисти лежит в основе характерного отличия в выполнении соревновательного упражнения первым, по сравнению со вторым. Так, если статическую силу руки с сопутствующим движением туловища, проявленную на старте, принять за 100%, статическая сила мышц кисти, проявленная локально, у трехкратного чемпиона Мира, заслуженного мастера спорта (весовая категория до ПО кг) равна 200%, тогда как у спортсмена первого разряда (той же весовой категории) эта сила составляет 168,5%; у мастера спорта (весовая категория до 65 кг) - 117,9%, а у третьеразрядника этой же категории - 109,8% [154]. A.M. Базоркиным [6] были исследованы значения силы тяги правой и левой руки в изометрическом режиме при различных углах в локтевом суставе у мастеров спорта международного класса и армрестлеров II— III разрядов. Результаты исследования представлены на рис. 12 и 13. При выполнении соревновательного движения в армспорте с использованием убывающе-возрастающего режима сопротивления создаются возможности управления его биомеханическими параметрами движения, причем: данный режим сопротивления способствует большему проявлению максимальной силы в начале, уменьшения силы во второй фазе и увеличению проявления силы в третьей фазе движения; при убывающе-возрастающем режиме сопротивления, равно как и с ростом спортивного мастерства, происходит более быстрое достижение максимума силы, а также развитие силы в третий фазе движения, что является важным фактором при борьбе с армрестлерами высокого уровня мастерства.
Влияние различных режимов сопротивления на силовые и скоростно-силовые показатели мышц
Разные виды спортивной и профессиональной деятельности предъявляют свои специфические требования к функциональным свойствам нервно-мышечной системы. В связи с этим большой интерес представляет сравнительная оценка влияния методов силовой тренировки на функциональные свойства этой системы. Необходимо отметить, что при сравнении результатов однотипных тренировок при их описании различными авторами, встречаются определенные трудности, связанные с применением рабочих нагрузок различного уровня, неодинаковой методикой тестирования и т.п. Одни и те же мышечные группы развиваются разными упражнениями. Группы испытуемых часто неоднородны по своему составу. Обращают на себя внимание различия в длительности тренировочного периода (от 3-х недель до 6-ти месяцев) [146]. Есть данные В. Dons [173], которые указывают, что динамическая тренировка не влияет на величину статической силы. Исследования изотонической тренировки D. Е. Belka [171] показали, что применение нагрузки менее 50 % от максимальной не способствует росту динамической силы, но увеличивает выносливость. М. Moffroid с соавторами [180], сравнивая результаты четырехнедельной тренировки в изокинетическом, изотоническом и изометрическом режимах, определили, что каждый вид тренировки оказывает свое специфическое влияние. Так, изометрическая тренировка ведет к наибольшему увеличению статической силы, а изотоническая - динамической. На необходимость изменения внешнего сопротивления для достижения эффективного естественного проявления напряжения мышц указывали еще A. Fick [174, 175] и И. М. Сеченов [112]. Эту идею последовательно развивали Ю.В. Верхошанский [13], Д. Н. Денискин [25], И. М. Добровольский и Е. Головин [29], И.П. Ратов [78-81 и др.] В частности, И. П. Ратов, В.В.Кузнецов и И. Н. Кравцев [103] предложили нетрадиционный подход к совершенствованию двигательных действий на основе регулирования внешних силовых воздействий на нервно-мышечный аппарат спортсменов. В дальнейшем идею о применении переменных (бездискретно, плавно изменяющихся) режимов сопротивления и конструирования тренажеров с управляющим воздействием развили Ю. Т. Черкесов и его ученики [32, 45, 61, 81, 108, 114, 133, 134, 136, 137, 138, 141, 144, 146, 158, 160, 161, 165 и др.].
Так, было выявлено, что, изменяя плавно внешнее сопротивление спортсмену по ходу выполнения упражнения, можно не только повышать значение силовых или скоростных параметров, но и регулировать их преимущественное проявление на определенных участках движения [133]. Наиболее перспективные условия для улучшения движений по количественным и качественным критериям обеспечиваются применением: - режима убывающего сопротивления в скоростно-силовых упражнениях однонаправленного поступательного характера движения (армспорт, рывок и подъем штанги на грудь до подседа, толкание ядра и т. п.); - режима возрастающе-убывающего сопротивления в движениях реверсивного характера (прыжок вверх с места, подъем штанги от груди и т. п.) [137]. Искусственные условия, создающиеся с помощью машин управляющего воздействия, обеспечивают проявление двигательных характеристик в рекордных режимах и отвечают требованиям эффективного проявления силы и скорости в скоростно-силовых упражнениях. Они способствуют повышению активности мышц и баллистическому характеру проявления силы. При этом выявлено, что наиболее рациональные условия для интенсификации силовых проявлений создаются на основе непрерывно текущего регулирования силового взаимодействия спортсмена с внешними силами [133]. 1.7 Машины управляющего воздействия в спорте В настоящее время степень использования достижений технического прогресса в спортивной науке и практике возросла настолько, что можно с уверенностью сказать: дальнейший путь развития спорта - это использование все новых и новых достижений НТР. Применение технических средств в тренировочном процессе можно более эффективно развивать физические качества и одновременно совершенствовать технику основного вида спорта. С помощью технических средств тренеру значительно легче устранять ошибки при выполнении специальных и соревновательных упражнений. При этом технические средства подбираются таким образом, чтобы особенности их конструкции позволяли заранее рационально выполнять двигательные действия. Это особенно важно для начинающих спортсменов, т.к. с самого начала обучения спортивной технике следует формировать рациональную форму движения при выполнении подготовительных и специальных упражнений [45,94]. Одно из преимуществ тренажерных устройств заключается в том, что они позволяют повысить избирательность воздействия на нервно-мышечный аппарат путем использования различных сочетаний статического и динамического, уступающего и преодолевающего режимов работы мышц с сохранением структуры движений основного спортивного упражнения [90]. Технические средства позволяют при выполнении упражнений сохранить, с одной стороны, высокую степень сопряженности с основным соревновательным движением, а с другой - избирательно воздействовать на развитие необходимых физических качеств (например, скоростных) [127, 131, 133].
Согласно общепринятой методике, для повышения максимальной скорости обычно рекомендуется многократное повторение упражнения именно на этой скорости. Однако на этапе углубленной тренировки этот метод имеет и отрицательное воздействие: возникает стабилизация условно рефлекторных связей, стабилизация движений спортсменов [94]. Избежать этого можно благодаря комплексу технических средств. Так, экспериментальные исследования B.C. Топчияна [118] убедительно подтвердили, что на этапе углубленной тренировки использование в подготовительном периоде технических средств в значительном объеме (до 50% от общего времени тренировки) позволяет преодолеть стадию стабилизации скоростных возможностей и добиться существенных сдвигов в спортивных достижениях. Многочисленные исследования, проведенные под руководством профессора И. П. Ратова [100, 101, 102, 103, 104] в лаборатории биомеханики ВНИИФКа, результаты исследований в легкой атлетике, а также опыт применения различных тренажерных устройств в других видах спорта свидетельствуют о том, что это направление является одним из прогрессивных в совершенствовании методики развития специальных физических качеств спортсменов и их технического мастерства. Значительное увеличение объемов и интенсивности тренировочных нагрузок отрицательно воздействуют на организм спортсменов. Влияние отрицательных факторов можно снизить, осуществляя значительную часть учебно-тренировочного процесса при помощи тренажерных устройств, которые разнообразят занятия, повышают их эмоциональность [71, 157]. Постановка спортивной техники и оптимизация структуры двигательных действий находятся в прямой зависимости от качества взаимодействующей с человеком среды. Учитывая это, необходимо признать, что теория формирования движений не может быть полной без учета воздействия на человека окружающей среды, под влиянием которой кристаллизуется движение. Такой подход к теории движений может быть назван эргономическим, т.к. эргономика - это наука об оптимизации деятельности в человеко-машинных системах [52]. Профессор И. П. Ратов и его ученики одними из первых предложили и экспериментально доказали большую эффективность нового подхода к совершенствованию двигательных действий спортсменов. Суть его - в создании искусственной среды [94, 102], в основе которой лежит применение внешних помогающих воздействий. Примером может служить система облегчающего лидирования (СОЛ) [46], с помощью которой спортсмен совершенствует координационные, силовые, скоростные возможности в эффективных искусственных условиях рекордного скоростного режима бега.
Математическое обоснование расчета величины силы сопротивления на безынерционном тренажере управляющего воздействия при различных режимах сопротивления
Для обоснования последующих рассуждений мы опираемся на уже существующее устройство - узел переменного сопротивления, который реализует в нашем тренажере (смотрите рис. 34) принцип безынерционного управления нагрузкой. Для математического описания рассмотрим узел переменного сопротивления с упрощающими допущениями: все элементы конструкции будем считать невесомыми, все (кроме пружин) нерастяжимыми, радиусом блока пренебрежем, пренебрежем силой трения и изменением коэффициента жесткости реальных пружин при их растяжении. При таких условиях систему можно считать квазистатической и применять к ней законы статики. Момент, создаваемый пружиной, можно найти как произведение силы на плечо: где Y2o - длина расслабленной пружины (рис 35.). Общий момент силы, создаваемый тросом: М = F-rpocaXiCOS р2 Значения cos рз и cos р2 можно найти, исходя из теоремы косинусов: Угол р находим также из теоремы косинусов: Рассмотрим математическую модель с параметрами, присущими реальному узлу переменного сопротивления: расстояние от блока до верхнего рычага Сі=0,5 (м), расстояние от верхнего рычага до нижнего Сг =0,71 (м), расстояние от стойки до оси вращения Сз =0,045 (м). С помощью такого узла нетрудно реализовать режим возрастающего сопротивления. Для этого достаточно проложить расстояние от оси вращения верхнего рычага до точки прикрепления троса Хі=0,315 (м), от оси вращения верхнего рычага до верхней точки прикрепления пружины Хг =0,315 (м), от проекции оси вращения на нижний рычаг до точки прикрепления нижнего конца пружины Хз=0,515 (м). Столь высокая точность исходных данных взята не с целью получения наиболее "чистого" режима, а потому, что опираются на конкретное устройство, которое имеет ограниченное число точек прикрепления пружин и троса (по девять позиций закрепления на каждом рычаге). Убывающий режим сопротивления реализуется также достаточно просто: Хі=0,315 (м), Х2=0,315(м), Х3=0,115 (м). Постоянный (квазипостоянный) режим (на пятипроцентном уровне точности) реализуется с помощью двух групп пружин, расположенных в рассмотренных ранее двух положениях. Первая группа пружин, создающая возрастающий режим сопротивления, обладает коэффициентом жесткости в два раза большим, чем вторая. Для расчета нескольких групп пружин достаточно сложить значения силы для каждой из групп пружин. Величину натяжения троса можно менять с помощью изменения расстояния Сг, изменения количества пружин и, если не нужно точно придерживаться режима сопротивления, то изменением положения точек прикрепления пружин и троса.
Для создания убывающе-возрастающего режима сопротивления необходимо добавить еще один упругий элемент, который конструктивно представляет собой пружину, один конец которой соединён с верхним рычагом, а другой конец с тросом, длина которого может регулироваться, в зависимости от необходимости включения упругого элемента в нагрузку в нужной точке движения (смотрите рис. 34). Рис. 37. Характеристики для расчета момента упругого элемента Мпт = FnTX5cos р4, где Для расчета момента, создаваемого этим элементом, нужно ввести координаты прикрепления верхнего (Х5) и нижнего конца (X ), начальную длину всего упругого элемента (Y3n) и его собственно упругой части (Y3o) (рис. 36), тогда: Сумма моментов, создаваемых группой упругих элементов и тросом с рукояткой, можно приравнять к нулю, следуя ранее введенным упрощающим допущениям. Для создания выраженного убывающе-возрастающего режима сопротивления необходимо взять пружину для упругого элемента в 2 раза жестче. Прикрепить пружину необходимо, как показано на рис. 34. Используя приведенные выше параметры, можно построить графики зависимости величины силы сопротивления от положения рукоятки при тяги. На графиках (рис. 37) отображены виды функций для различных режимов сопротивления. На рис. 38 представлены 4 графика изменения силы сопротивления при применении убывающе-возрастающего режима сопротивления, в зависимости от места крепления пружин 6 и 7, величины их жесткости, а также от точки перехода смены режимов с убывающего на возрастающий (что достигается за счёт изменения длины троса 14). В зависимости от конкретных задач, решаемых в тренировочном процессе, тренер (спортсмен) может использовать необходимый режим изменения силы. Нами в исследовании использовалась, следующая схема создания убывающе-возрастающего режима сопротивления: - убывающий режим от начала до середины движения, с середины движения до конца -возрастающий режим. Длина троса к пружине (7) определялась экспериментальным путем - индивидуально для каждого испытуемого. Величина нагрузки в начале и конце движения были примерно одинаковые (100 %), в середине движения 80 %. Данай вариант режима отмечен пунктирной линией на графике см. рис. 38. Исследовались особенности проявления силы при движении (атаке) на себя на тренажере в следующих режимах: 1. В режиме постоянного сопротивления (80 %); 2. В режиме возрастающего сопротивления (60 % в начале и 100 % — в конце движения); 3. В режиме убывающего сопротивления (100% и 60% соответственно); 4. В режиме убывающе-возрастающего сопротивления (100 % в начале, 80 % в середине и 100 % в конце движения).
Регистрировались следующие показатели: сила тяги, линейное перемещение кисти, время выполнения движения. Для определения силы выполнения движения в армспорте была взята группа спортсменов, имеющих второй спортивный разряд в борьбе на руках. Они выполняли соревновательное движение, на тренажерном устройстве. Было зарегистрировано несколько попыток в каждом режиме сопротивления с полным периодом восстановления между ними. Полученные данные приведены на рис. 39. Исследовались особенности проявления мощности. Регистрировались следующие показатели: сила тяги, линейное перемещение кисти, время выполнения движения. Мощность определялась по следующей формуле: N=FL/t=FV где: N - мощность, F - сила, L - перемещение, t - время, V - скорость. Полученные данные приведены на рис. 40. Нами исследовано проявление импульса силы (J) при выполнении атакующего движения армрестлерами второго разряда в весовой категории до 65 кг при различных режимах сопротивления и средней нагрузке 70%. Они выполняли соревновательное движение, на тренажерном устройстве. Было зарегистрировано несколько попыток в каждом режиме сопротивления (в единых условиях) с полным периодом восстановления между ними (2-3 минуты). Нами фиксировалось время выполнения атакующего движения в каждой фазе. Импульс силы определялся по следующей формуле: J=Ft где: J - импульс силы, F - сила, t - время. Полученные результаты представлены в виде диаграмм на рис. 41-42, а также в таблицах 1 и 2. Исследование работы на тренажере в различных режимах сопротивления показало, что наибольший импульс силы фиксируется в убывающе-возрастающем режиме. Следовательно, возможно ожидать прироста результатов в педагогическом эксперименте (в условиях применения убывающе-возрастающего режима сопротивления) обеспечивающимся за счет выполнения движений с большим импульсом силы, в чём собственно, по мнению Ю.В. Верхошанского [11] и В.М. Зациорского [51] и заключается цель функционального совершенствования движения. А адаптация к такой тренировке со временем будет выражена в синхронизации включения всех двигательных единиц мышц и уменьшения времени достижения максимальной силы. Во многих работах импульс силы представляет интерес, как показатель, позволяющий косвенно оценить количество затраченной энергии и распределение этой энергии в процессе выполнения
