Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ литературных источников 9
1.1. Биомеханические закономерности выполнения прыжков в длину с разбега 9
1.2. Совершенствование технической подготовки прыгунов в длину 15
1.3. Средства и методы скоростно-силовой подготовки спортсменов - прыгунов 17
ГЛАВА II. Задачи, методы и организация исследования 27
II.1. Задачи исследования 27
II.2. Методы исследования 27
II.3. Тренировочное приспособление, использованное при выполнении работы 32
II.4. Организация исследования 34
ГЛАВА III. Предварительные педагогические эксперименты. Исследование изменений в энергетических, силовых и кинематических показателях прыгунов в длину под действием локальных отягощений на звеньях тела спортсмена 37
III.1. Исследование функциональных реакций организма спорт смена на локальные отягощения при возрастающей двигательной нагрузке 37
III.2. Исследование влияния локальных отягощений на характер опорного взаимодействия 45
III.3. Изменение кинематических характеристик фазы отталкивания в прыжке в длину при однократном применении локальных отягощений 50
III.4. Расчет механических энергозатрат на перемещение тела и звеньев тела прыгуна в опорном периоде в разных условиях выполнения прыжка 54
ГЛАВА IV. Биомеханические основания применения принципа технико-физического совершенствования в подготовке прыгунов в длину массовых спортивных разрядов при использовании локальных отягощений 57
IV. 1. Модельные оценки необходимого воздействия на нервно-мышечный аппарат для реализации принципа технико-физического сопряжения при использовании локальных отягощений... 58
IV.2. Экспериментальная биомеханическая оценка эффективности различных специально-подготовительных упражнений с применением локальных отягощений для роста физических качеств опорно-двигательного аппарата прыгунов в длину массовых спортивных разрядов 68
IV.3. Экспериментальная педагогическая оценка эффективности применения локальных отягощений в последовательности «общефизические-специально-подготовительные-соревновательные упражнения с выходом на принцип технико-физического сопряжения 77
ГЛАВА V. Обсуждение результатов исследования 89
Выводы 101
Практические рекомендации 104
Список использованных источников 109
Приложение , 132
- Средства и методы скоростно-силовой подготовки спортсменов - прыгунов
- Тренировочное приспособление, использованное при выполнении работы
- Расчет механических энергозатрат на перемещение тела и звеньев тела прыгуна в опорном периоде в разных условиях выполнения прыжка
- Экспериментальная биомеханическая оценка эффективности различных специально-подготовительных упражнений с применением локальных отягощений для роста физических качеств опорно-двигательного аппарата прыгунов в длину массовых спортивных разрядов
Введение к работе
ГЛАВА I. Анализ литературных источников 9
1.1. Биомеханические закономерности выполнения прыжков
в дли ну с разбега 9
1.2. Совершенствование технической подготовки прыгунов
в длину 15
1.3. Средства и методы скоростно-силовой подготовки
спортсменов - прыгунов 17
Средства и методы скоростно-силовой подготовки спортсменов - прыгунов
На возрастание опорной реакции влияет, в частности, маховые движения маховой ноги и разгибания толчковой ноги (преодолевающая работа).
Большинство авторов отмечает большое значение создания в этот период наибольшего давления на опору [126,127,186,212,233], которое обеспечивается в основном за счет быстрого разгибания опорной ноги, Расчеты величин инерционных сил с помощью математических моделей [37,85,148] показывают, что вклад маховых движений в величину вертикальной опорной реакции не превышает 20% (по данным В.Б.Попова - 27%). Но поскольку - это достаточно значимая добавка, отражающая динамику нагружения мышц опорно - двигательного аппарата, вопросу об использовании маховых движений посвящено определенное количество работ [78,91,127,162,180].
Отсюда вытекают представления о моменте начала и конца маховых движений ноги, их интенсивности, плавности торможения и т.д. В частности, рекомендуется мах согнутой ногой [91], с "подобранной голенью" [56], причем B.Nigg [218] отмечает неожиданно слабое влияние высоты подъема маховой ноги на вертикальную скорость вылета (г= 0,15). На наш взгляд, ряд вопросов об эффективности маховых движений мог бы быть снят при рассмотрении их с точки зрения решения основной задачи отталкивания - создания оптимального соотношения между величиной и направлением вектора скорости вылета ОЦМ. С точки зрения динамики, это означает создание таких инерционных сил в центрах масс маховых звеньев, которые, вычитаясь из величины реакции опоры от действия толчковой ноги, максимально сильно "толкают" ОЦМ в направлении, вылет в котором обеспечивает наибольшую дальность [213].
Хотя такой подход и не дает однозначных ответов, однако указывает направление путей их поиска.
В.Н.Селуянов и Р.Максимов [151], определяя зависимость между временем последнего шага и результатом прыжка двух испытуемых при установках на "легкое, среднее и максимальное усилие", сделали вывод о постоянстве импульса и вертикальных составляющих опорной реакции для каждого спортсмена, то есть о линейной зависимости между скоростью разбега и результатом.
В.Б. Попов, анализируя динамические характеристика отталкивания при увеличении скорости разбега с 7 до 10 м/с, обнаружил закономерное увеличение ударных сил и вертикальных усилий на 15-20% [130].
Организация поворота вектора горизонтальной скорости тесно связана с действием продольной составляющей опорной реакции, которая почти во все время отталкивания тормозит движение ОЦМ вперед, увеличивая тем самым время проявления подъемных сил. В.М. Дьячков считает стопорящий толчок единственно правильным, так как он приводит к подъему ОЦМ и увеличивает вертикальную скорость вылета, что подтверждают Bedi J.,Cooper J.[194]. Суммарный вектор опорной реакции направлен назад вверх в течение почти всего опорного периода. Средний импульс вертикальной силы равен 187 н»с, продольный - 82 н с [194,199], Если известна начальная скорость спортсмена в момент постановки ноги, его вес и тарированные профили опорных реакций, возможен расчет скорости вылета ОЦМ на основе определения импульса действующих сил [179]. Как уже отмечалось выше, сложность выбора техники прыжка в длину связана с предпочтением наиболее выгодного сочетания целого ряда, как правило, противоречивых факторов. Создание наилучших значении скорости и угла вылета является обычно результатом таких начальных положений и скоростей сегментов тела прыгуна и действий таких опорных реакций относительно ОЦМ, которые приводят к вращению тела в полете, причем хорошим прыжкам соответствует переднее вращение [194,199,206,208,222].
Фактической причиной переднего вращения, наблюдаемого в реальных прыжках, является постановка напряженной ноги впереди ОЦМ, причем Cooper [199] считает, что для лучших прыгунов характерен наибольший тормозящий импульс. В то же время М.И.Бачваров рекомендовал "загребающую" постановку ноги, которая снижает силы торможения и раньше вызывает ускорение маховой ноги. В настоящее время данная точка зрения стала определяющей. Рассмотрев отталкивание, мы можем сделать вывод, что техничное выполнение прыжка в длину характеризуется: 1) высокой предтолчковой скоростью, способствующей созданию значительных величин горизонтальной скорости вылета; 2) эффективными маховыми движениями "свободных" конечностей и активными разгибательными движениями опорной ноги ; 3) способностью мышечного аппарата спортсмена за кратчайшее время преобразовывать кинетическую энергию разбега в энергию упругой деформации, запасаемую при торможении поступательного движения, и далее - в энергию пассивного мышечного сокращения, приводящего к "взрывному" разгибанию толчковой ноги. Последнее положение соответствует мнению о том, что в основе отталкивания лежит использование способности мышц к растяжению с последующим быстрым и мощным сокращением [1,4,6,9,13,127], а также - рекомендациям учитывать при отборе способности атлетов к концентрации больших динамических усилий.
Тренировочное приспособление, использованное при выполнении работы
Первый вид отталкивания характеризуется выполнением двигательного действия без предварительного сближения ОЦМТ с опорой и работой двигательного аппарата только в преодолевающем режиме, что осуществляется за счет сокращения контрактильного компонента мышц [1,66,133,140,183]. Данный вид встречается в прыжках, выполняемых с места из положения приседа, полуприседа, основной стойки при отталкивании одними стопами и встречается в следующих видах спорта: гимнастике и акробатике, легкой атлетике (низкий старт), плавании (старт и поворот), прыжках на лыжах (отталкивание от трамплина), конькобежном спорте (бег по дистанции).
Второй вид отталкивания характеризуется предварительным искусственным сближением ОІДМ тела с опорой (приседанием), выполняемым с целью растяжения мышц и сухожилий. Работа двигательного аппарата характеризуется 3 последовательными режимами; уступающим, статическим и преодолевающим. Величина и природа энергообеспечения процесса отталкивания зависят от характеристики ускорения ОЦМТ при сближении с опорой и характера работы двигательного аппарата. В спортивной практике данный вид отталкивания встречается в абсолютном большинстве видов спорта: гимнастике и акробатике (все акробатические прыжки, выполняемые из положения основной стойки, все отталкивания, выполняемые в групповых акробатических упражнениях), легкой атлетике (толкание ядра), тяжелой атлетике (толчок), прыжках в воду (прыжки с вышки, выполняемые из положения основной стойки), фигурном катании (все соревновательные прыжки), все отталкивания, выполняемые с места в игровых видах спорта: баскетболе, волейболе, футболе и др.
Третий вид отталкивания характеризуется вынужденным (амортизационным) сближением ОЦМТ с опорой и встречается при условии обладания телом спортсмена определенным запасом кинетической энергии до момента взаимодействия с опорой. Величина энергии зависит от скорости поступательного движения спортсмена. Характер процесса взаимодействия с опорой и механизм его энергообеспечения зависят от предварительной величины кинетической энергии, а также от организации механизма и режима работы двигательного аппарата. Наиболее упругие варианты данного вида отталкивания осуществляются в большей степени за счет "неметаболической" энергии, накопленной в фазе амортизации [7,8,63,66,131,212]. Данный вид отталкивания осуществляется при беге и различных прыжках, выполняемых с разбега. В спортивной практике подобное взаимодействие с опорой имеет широкое представительство и встречается в гимнастике (отталкивание в акробатических и опорных прыжках), легкой атлетике (во всех беговых и прыжковых видах), во всех игровых видах спорта, прыжках на батуте и прыжках в воду, а также в целом ряде других видов спорта.
Все перечисленные виды отталкивания прослеживаются в специально -подготовительных упражнениях прыгунов в длину с разбега, поэтому они представляют интерес и с биомеханической точки зрения в части построения структуры двигательных действий, и с методической точки зрения в плане выбора состава тренировочных средств для развития требуемых групп мышц с помощью предлагаемых разными авторами методов [129,158,159],
Одним из распространенных средств развития скоростно - силовых качеств опорно - двигательного аппарата спортсменов являются различные варианты прыжков и упражнений, выполняемых с отягощением в преодолевающем режиме работы мышц [3,57,95,122,154]. В результате проведенных исследований, направленных на выявление оптимальной величины дополнительного отягощения, В.М.Дьячковым был предложен метод "сопряженного" воздействия [51,52].
Сущность метода заключается в развитии скоростно-силовых качеств ОДА при выполнении упражнений, соответствующих по техническому рисунку основному соревновательному упражнению. Вследствие "этого создается возможность сопряженного совершенствования технической и физической подготовки спортсменов. Непосредственная реализация метода осуществляется за счет использования отягощении, увеличивающих массу спортсменов не более чем на 3 -5%. Использование отягощений, превышающих критическую величину, приводит к существенным нарушениям в технике упражнений, что ограничивает возможности применения метода. Как правило, при реализации указанного метода применяются различные виды отягощении (пояса, манжеты, браслеты, костюмы, обувь и т.д.), что позволяет частично регулировать нагрузку на отдельные компоненты ОДА спортсменов.
Однако способу использования дополнительных отягощений, реализованному в методе сопряженного воздействия, присущи определенные недостатки.
В соответствии с основными законами динамики увеличение массы тела даже на не значительную величину приводит к уменьшению скорости его движения.
Расположение на теле спортсмена дополнительных отягощений в том виде, как они применялись, изменяет положение ОЦМТ, что приводит к нарушению структуры межмышечной координации при отталкивании и перераспределению функциональной нагрузки на ОДА спортсмена. Увеличение массы спортсмена также приводит к увеличения времени нахождения на опоре и к нарушению внутримышечной координации, что нежелательно особенно для спортсменов высокой квалификации.
Оригинальный способ изменения внешних условий за счет создания искусственной гипергравитации предложен А. И. Лапутикым [94,95]. Этот способ заключается в размещении на звеньях тела человека грузов, локализованных в центрах масс (ЦМ) звеньев и пропорциональных массам звеньев. Он позволяет добиться того, что тело человека будет находиться в естественном поле силы тяжести, только увеличенном по модулю. Эти условия — как отмечают авторы — можно считать как бы приближенными к гипергравитационным перегрузкам, при которых на тело человека действуют те же силы притяжения, своим вектором направленные к центру Земли, но превышающие естественные силы по модулю в то или иное количество раз. При этом нагрузку получают абсолютно все группы мышц спортсмена, причем эта нагрузка естественна и при определенных величинах практически не влияет на способ выполнения двигательных действий.
Расчет механических энергозатрат на перемещение тела и звеньев тела прыгуна в опорном периоде в разных условиях выполнения прыжка
В ходе выполнения предварительных педагогических исследований выяснилось, что размещение локальных отягощений на звеньях тела в областях, приближенных к центрам масс звеньев, приводит к следующим изменениям в двигательных действиях прыгунов в длину при выполнении ими соревновательных попыток и тестовых упражнений без предварительных тренировок: - увеличиваются механические энергозатраты на перемещение ОЦМ при выполнении взаимодействия с планкой для отталкивания. Причем, если рост общей массы тела спортсмена за счет локальных отягощений возрастает на 6-8%, то прирост энергозатрат в этом случае составляет порядка 2-4%, Такая разница в проценте прироста объясняется уменьшением скорости движения ОЦМ в ходе опорного взаимодействия; - метаболические энергозатраты на выполнение беговой фазы упражнения в разбеге возрастают для разных спортсменов до 16%; - импульс силы при прыжке вверх с места в случае локальных отягощений уменьшается для разных спортсменов в диапазоне 6-10%; - время опоры при прыжке вверх с места возрастает на 1,5-2%; - величина максимума активной силы отталкивания уменьшается на 4-9% для разных спортсменов; - значительно возрастает максимум ударного усилия при приходе на опору с разной скоростью (или при прыжках в глубину с разной высоты); максимум активного отталкивания от опоры при таких условиях также растет; - уменьшается скорость набегания прыгуна на планку; - уменьшается величина горизонтальной проекции скорости вылета с опоры, хотя падение горизонтальной скорости (разность между скоростью набегания и горизонтальной проекцией скорости вылета с опоры) меньше, чем при прыжке в обычных условиях; - уменьшается величина вертикальной проекции скорости вылета с опоры; - уменьшается угол вылета прыгуна с опоры. Как видно из приведенного перечня, есть изменения, которые негативно влияют на технику выполнения упражнения. Задача состоит в том, чтобы скомпенсировать негативные последствия применения локальных отягощений. Прежде всего это должно решаться через рост силового и скоростно-силового потенциала мышц опорно-двигательного аппарата. Поэтому применению локальных отягощений в рамках принципа технико-физического сопряжения должна предшествовать работа по поднятию физического потенциала до уровня, компенсирующего негативные следствия применения локальных отягощений на неподготовленном нервно-мышечном аппарате.
Для проведения необходимых оценок обратимся к трехкомпонентной модели мышц, которая является наиболее употребимой в настоящее время в биомеханике[ 15,16,27,58,65,131,177,205,217,231]. Механическая модель мышцы состоит из: сократительного (контрактильного) элемента (СЭ1 который составляют актиновые и миозиновые филаменты, способные двигаться друг относительно друга за счет сцепления поперечных мостиков. Сила, развиваемая при этом, определяется степенью перекрытия миофиламентов, скоростью их относительного движения, степенью возбуждения мышцы; параллельной упругой компоненты (ПАУК), механические свойства которой определяются сарколеммой волокон, фасциями и другими соединительно-тканными образованиями, окружающими волокна и мышцы, упругие свойства ПАУК начинают проявляться с равновесной длины мышцы; последовательно упругой компоненты (ПОУК), Различают в ПОУК упругость мышечных волокон и упругость сухожилий. Сила, развиваемая мышечными волокнами растет экспопепциально. Упругость сухожилий примерно равна суммарной упругости всех мышечных волокон активной мышцы. Рассмотрим два звена многозвенной системы опорно-двигательного аппарата, сопряженных в суставе. Мышца соединяет эти два звена, и, естественно, относительно движение звеньев происходит при сокращении мышцы. Одним звеном рассмотренная биомеханическая система соприкасается с опорой, упругость которой характеризуется коэффициентом упругости Со. (рис 1) Действительно, если масса второго звена, перемещаемая относительно первого, составляет тзвена, а размещение на этом звене дополнительного локального отягощения добавляет массу тотяг, то очевидно из второго закона Ньютона можно записать следующие силовые уравнения: 1. f= тзвена а - это то, что обеспечивалось сокращением мышцы в ис ходной биомеханической системе; 2. f== (тзвена + тотяг) а - это то, что должно быть обеспечено в био механической системе при использовании локального отягощения. Если мы предполагаем, что биомеханическая система двух звеньев должна выполнять упражнение в соответствии с принципом технико-физического сопряжения, то ускорение «а», характеризующее технику выполнения двигательного действия, должно сохраняться одним и тем же как в первом , так и во втором случае. Следовательно, при использовании локальных отягощений усилие, развиваемое мышцей, должно быть больше на величину (тотяг а). Поскольку масса каждого из грузов на отдельном звене известна, а кинематические характеристики движения (в том числе и ускорение «а» как функция времени) могут быть оценены с помощью видеоциклографии , то можно ценить динамику изменения добавочного усилия для каждой группы мышц, управляющих тем или иным звеном. Ясно также, что если берется дополнительное отягощение порядка 8% от массы звена, то и изменение усилия также должно составлять такую же величину.
Экспериментальная биомеханическая оценка эффективности различных специально-подготовительных упражнений с применением локальных отягощений для роста физических качеств опорно-двигательного аппарата прыгунов в длину массовых спортивных разрядов
Здесь учтено, что при выполнении беговых, прыжковых упражнений звенья тела прыгуна совершают колебательное движение, которое в идеализированном модельном исследовании можно описать функциями: XR=aR-sin (wt + ук), Xs=as-sin (wt + vj/s), где R, as - амплитуды перемещения дистальных концов звеньев в рассматриваемой двухзвенной биомеханической системе; Ц/R, vj/s- некоторые начальные фазы колебаний звеньев; w - циклическая (угловая) частота вращения второго звена в суставе относительно первого звена. Эта угловая частота связана со скоростью сокращения мышцы скорее всего соотношением. W = VcoKp h, где Усокр - скорость сокращения мышцы; h - расстояние от оси сустава до места прикрепления мышцы на втором звене. Из анализа формулы (4.3 ) следует, что рост энергетики выполнения двигательного действия будет обеспечен: - при росте упругих свойств пассивных компонентов мышц (ПАУК) и сухожилий (ПОУК); - при увеличении угловой частоты вращения звеньев «w»; - при росте Fmax, т.е. амплитуды усилия, развиваемого мышцей при сокращении. Этот вопрос был обсужден выше: прирост амплитуды силы определяется величиной локального отягощения, помещенного на звено. В компоненте энергии, связанного с функционированием контрактильного элемента, есть еще один нюанс. Как видно из формулы ( 4.3 ), перед этим членом стоит знак минус. Чтобы энергетический вклад был положителен, необходимо, чтобы фазовый сомножитель sin ( w to + vj/s ) был отрицательным. А это возможно, когда движение звеньев рассматриваемой двухзвенной биомеханической системы будет противофазным. Поскольку это обеспечивается при сокращении мышцы, то энергетический вклад контрактильного элемента будет положительным. Этот вклад является определяющим в энергобалансе выполняемого упражнения (будь то специально-подготовительное или соревновательное), поскольку он формируется активными мышечными действиями спортсмена.
В развитие проводимого модельного исследования необходимо учесть, что в прыжке в длину с разбега показываемый результат является следствием опорных взаимодействий. Это прежде всего касается самого соревновательного упражнения, где центральным является отталкивание от планки для отталкивания, а также сам разбег с его опорными взаимодействиями в каждом беговом шаге. Подавляющее большинство специально-подготовительных упражнений построено на циклическом или ациклическом взаимодействии с опорой.
В силу вышесказанного рассмотрим в рамках развитой выше двухзвен-ной биомеханической модели взаимодействие с опорой. И в данном случае воспользуемся ранее сделанным моделированием Г.И. Попова [131], когда одно из звеньев, а именно первое, соприкасается с упругой опорой, коэффициент упругости которой равен «Со» (рис. 1). Система, изображенная на рис. 1 , выводится из равновесия за счет или действия сил f(y), т.е. мышечных усилий самого спортсмена-прыгуна, или за счет прихода на опору биомеханической системы тела прыгуна с некоторой начальной скоростью и последующим приложением к опоре усилий f(y), развиваемых моделируемыми мышцами, действуют относительно некоторого уровня силового равновесия, определяемого первоначальной деформацией опоры. В первом из возможных случаев, когда первоначальная деформация опоры связана с весом биомеханической системы, это утверждение очевидно. Во втором случае утверждение следует из результатов исследования [86], определяющего to - момент времени , соответствующий приложению к опоре максимума усилия, как момент времени, соответствующий максимальной деформации опоры за счет прихода на нее биомеханической системы с произвольной начальной скоростью.
Амплитуду движения дистального конца звена, соприкасающегося с опорой» можно представить как Поскольку первые два слагаемых в выражении для энергии (4.3 ) пропорциональны 3R , то уравнение энергобаланса можно записать в виде где - сомножитель, связанный с функционированием пассивных компонентов мышечно-сухожильных структур (ПОУК и ПАУК), ф2 - слагаемое, связанное с функционированием сократительного элемента.
Теперь проанализируем последнее выражение для энергии (4.5 ) с позиций принципа технико-физического сопряжения. Рост величины энергии от первого слагаемого можно обеспечить за счет: - роста величины амплитуды максимального усилия Fmax; - уменьшения коэффициента упругости опоры Со; - роста вклада ф1 , т.е. путем увеличения коэффициентов упругости пассивных компонентов мышечно-сухожильных структур. Предположим, что на рассматриваемые звенья мы добавили дополнительные локальные отягощения в центрах масс звеньев. Ясно, что при имеющемся уровне развития скоростно-силовых качеств, мы не можем ожидать резкого роста Fmax, Скорее всего в начале тренировочного макроцикла с отягощениями Fmax останется прежним, как и до применения отягощений. Следовательно, остаются две возможности ; использование упругих опор с небольшими коэффициентами упругости Со и рост коэффициентов упругости Сі и Сг пассивных компонентов мышц. Последнее возможно, если в процессе выполнения упражнения будут вовлечены дополнительные мышечные и сухожильные волокна (кстати , это способствует также и росту Fmax в процессе тренировки).
