Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ДАННЫМ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 7
1.1 Биомеханические особенности техники скоростного бега на коньках и ее эффективность в сравнении с другими наземными локо-моциями 7
1.2 Кинематика скоростного бега на коньках 10
1.3 Динамика скоростного бега на коньках . 17
1.3.1 Силы сопротивления внешней среды 19
1.4 Особенности техники бега на коньках типа "slap-skates" 25
1.5 Специально-подготовительные упражнения конькобежцев 30
ГЛАВА 2 ЗАДАЧИ, МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 36
2.1 Биомеханическая видеосъемка движений конькобежцев 36
2.2 Методика определения кинематических характеристик движения 36
2.3 Методика определения угловых характеристик движения при имитации отталкивания в модельных условиях и выполнении специально-подготовительных упражнений 37
2.4 Методика определения динамических характеристик движения 37
2.5 Методика регистрации электромиограммы мышц нижней конечности 38
2.6 Антропометрия 38
2.7 Организация исследования 38
ГЛАВА 3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНИКИ СКОРОСТНОГО БЕГА НА КОНЬКАХ РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА ПРЯМОЙ И ПОВОРОТЕ 45
3.1 Бег на прямой 45
3.2 Бег по повороту 58
ГЛАВА 4 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОТТАЛКИВАНИЯ В КОНЬКАХ РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ В МОДЕЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ 74
ГЛАВА 5 БИОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СПЕЦИАЛЬНО-ПОДГО ТОВИТЕЛЬНЫХ УПРАЖНЕНИЙ КОНЬКОБЕЖЦА 85
5.1 Методика подбора специально-подготовительных упражнений в конькобежном спорте 85
5.2 Внешнее отягощение как средство повышения специфичности имитационных упражнений конькобежцев (на примере прыжковой имитации) 95
ВЫВОДЫ 102
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 104
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 105
ПРИЛОЖЕНИЯ 123
- Биомеханические особенности техники скоростного бега на коньках и ее эффективность в сравнении с другими наземными локо-моциями
- Биомеханическая видеосъемка движений конькобежцев
- Бег на прямой
- КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОТТАЛКИВАНИЯ В КОНЬКАХ РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ В МОДЕЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
- Методика подбора специально-подготовительных упражнений в конькобежном спорте
Введение к работе
Актуальность темы. Техническая подготовка является неотъемлемой частью спортивной тренировки конькобежцев. Становление рационального двигательного навыка, его корректировка и совершенствование предусматривают знание основных закономерностей движения, основанное на подробном биомеханическом анализе скользящего шага конькобежца.
Переход мировой конькобежной элиты, а следом за ней и любительского конькобежного спорта, на коньки с шарнирной системой крепления "ботинок -лезвие", так называемые "slap-skates", внес существенные изменения в технику скользящего шага на прямой и повороте. Эффективная реализация кинематических преимуществ отталкивания в коньках новой конструкции невозможна без выявления основных биомеханических параметров, характеризующих технику бега на "slap-skates". Одной из причин неудачного перехода российских конькобежцев на новую модель является отсутствие отечественных исследований по биомеханике скользящего шага в коньках с шарнирным креплением "ботинок - лезвие". Количество зарубежных публикаций по технике бега на коньках новой модели ограничено. Значительная часть работ не содержит количественных данных по кинематике и динамике отталкивания и носит преимущественно описательный характер.
Становление отдельных элементов и совершенствование техники в целом осуществляется как на основе выполнения соревновательных движений конькобежца, так и при помощи специально-подготовительных упражнений. Изменившиеся требования к выполнению отталкивания в коньках новой конструкции ставят вопрос о биомеханическом соответствии применяемых средств специальной подготовки бегу на коньках. Кинематический и динамический анализ специально-подготовительных упражнений на предмет соответствия новому двигательному навыку является актуальной задачей совершенствования технического мастерства, а также специальной физической подготов- ки конькобежцев.
Рабочая гипотеза: а) более высокая эффективность техники бега на коньках типа "slap-skates" определяется увеличением амплитуды разгибания толчковой ноги в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, которое приводит к увеличению длительности отталкивания, а значит и пути приложения силы, что выражается в возрастании скорости бега; б) увеличение амплитуды разгибания в голеностопном суставе приводит к перераспределению силового вклада в отталкивание мышц голени и бедра.
Руководствуясь вышесказанным, целью настоящего исследования являлось определение основных биомеханических и электромиографических параметров отталкивания, обуславливающих эффективную технику в беге на коньках типа "slap-skates".
Объект исследования: техника скоростного бега на коньках на прямой, повороте и специально-подготовительных упражнений.
Предмет исследования; кинематические характеристики отталкивания в *їеге на прямой, повороте и в специально-подготовительных упражнениях: углы^ суставах, угловые скорости, профили угловых скоростей, временные ха-рактеристики достижения кинематических экстремумов; динамические характеристики: силы реакции опоры при выполнении специально-подготовительных упражнений; электромиографические характеристики мышц нижней конечности.
Научная новизна. Впервые проведен подробный биомеханический анализ техники бега на коньках типа "slap-skates", состоящий из исследования в соревновательных и модельных условиях. Разработана методика оценки и подбора специально-подготовительных упражнений на основе двигательной адекватности соревновательному упражнению.
Практическая значимость. Полученные в результате исследования данные о биомеханических параметрах техники бега на коньках типа "slap-skates" позволят осуществлять целенаправленную работу по освоению нового двига- тельного навыка и его корректировке. Выявленные кинематические параметры, характеризующие технику отталкивания ведущих конькобежцев мира, будут способствовать определению модельных характеристик эффективной техники в беге на прямой и повороте в коньках новой конструкции.
Разработана методика биомеханического тестирования, позволяющая оценить специально-подготовительные упражнения конькобежца на предмет их скоростно-силового соответствия соревновательному движению. Биомеханическая оценка основных специально-подготовительных упражнений конькобежца, определение степени их специфичности по отношению к бегу на коньках новой модели будут способствовать рациональному подбору средств специальной подготовки с учетом как их положительного, так и отрицательного воздействия на технику отталкивания в "slap-skates".
Основные положения, выносимые на защиту:
Основное кинематическое преимущество коньков типа "slap-skates" заключается в увеличении амплитуды разгибания толчковой ноги в суставах, что позволяет продлить время приложения усилия, а следовательно, и увеличить импульс силы отталкивания.
Мощность, развиваемая в беге на коньках, достигается преимущественно за счет силового компонента отталкивания (а не за счет повышения скорости разгибания толчковой ноги в суставах).
Исследованные специально-подготовительные упражнения конькобежцев отличаются невысоким соответствием соревновательному упражнению по угловой скорости разгибания толчковой ноги в суставах.
Биомеханические особенности техники скоростного бега на коньках и ее эффективность в сравнении с другими наземными локо-моциями
Основным фактором, определяющим специфику техники скоростного бега на коньках, является наличие скользкой опоры, которое приводит к следующим характерным особенностям: а) отталкивание осуществляется под углом к направлению движения и б) передвижение происходит в специфической позе (посадке) конькобежца.
В большинстве наземных локомоций главным лимитирующим фактором линейной скорости общего центра масс (ОЦМ) является угловая скорость разгибания в суставах толчковой ноги. В беге на коньках, в силу их конструктивных особенностей и специфических условий передвижения (ледовая поверхность), отталкивание происходит под углом (близким к прямому) (145) к генеральному направлению движения, вследствие чего угловая скорость разгибания ноги конькобежца не является фактором, ограничивающим скорость перемещения ОЦМ. Только в начальных, "стартовых", движениях конькобежец выполняет 6-7 отталкиваний от неподвижной опоры в направлении, противоположенном движению ОЦМ (как легкоатлет) (22, 157, 168, 169), и при достижении скорости 6-7 м/с (169) переходит на характерную для остальной части дистанции технику скользящего шага, т.е. отталкивание осуществляется движущимся вперед - в сторону толчковом коньком. Особенности выполнения отталкивания позволяют конькобежцу прикладывать значительные усилия и тем самым поддерживать скорость перемещения намного выше максимальной линейной скорости разгибания ноги (21, 180). Разгибание толчковой ноги в сторону - назад приводит к тому, что только часть реакции опоры (порядка 30%) направлена на увеличение скорости бега; большая же часть импульса сил реакций идет на боковые перемещения ОЦМ (29, 49, 66, ИЗ, 153, 156, 169, 178, 180). Наличие значительной поперечной составляющей реакции опоры приводит к снижению механической эффективности бега на коньках (первая причина), но повышает эффективность отталкивания конькобежцев с точки зрения физиологии мышечного сокращения - преобладающим компонентом мощности отталкивания становятся не скоростные, а силовые качества спортсмена. Подтверждением значительных усилий, развиваемых в беге на коньках по сравнению с другими локомоциями, является сравнительный анализ длительности отталкивания в различных видах спорта. Так, скорость разгибания толчковой ноги в конькобежном спорте в сравнении с легкоатлетическим бегом и ездой на велосипеде самая низкая: при работе в диапазоне от 10 с до 15 мин разгибание ноги у легкоатлетов осуществляется за 0,06 - 0,14 с, у велосипедистов - за 0,20 - 0,26 с, а у конькобежцев - за 0,20 - 0,50 с (114).
Второй причиной относительно невысокой эффективности является отсутствие накопления энергии в эластичных компонентах мышц за счет их растяжения в уступающей фазе, как, например, это происходит в легкоатлетическом беге. В скользящем шаге режим работы мышц преимущественно статический и преодолевающий. Отсутствие уступающей фазы, а также значительные поперечные колебания ОЦМ конькобежца приводят к тому, что по сравнению с другими наземными локомоциями (бег, прыжки, езда на велосипеде) в коньках наблюдали наименьшую механическую эффективность перемещения (177).
Биомеханическая видеосъемка движений конькобежцев
Видеокамера располагалась в центре конькобежной дорожки. Во время пробегания спортсменом заданных отрезков камера разворачивалась и отслеживала движения конькобежцев. Частота кадров составляла 25 Гц. Для определения координат суставов спортсменов на них наклеивали квадратные метки размером 1,5 х 1,5 см.
Действительные координаты спортсмена определялись с помощью ви-деоанализирующей системы, разработанной в лаборатории биомеханики ВНИИФКа. Для анализа отбирались шаги, лежащие в плоскости, наиболее близкой к перпендикулярной по отношению к оптической оси камеры. На прямых участках дистанции анализировали одинарный шаг отталкивания левой ногой (ближней к видео/телекамере) и отталкивание левой и правой ногами на повороте.
Полученную кинематическую информацию сглаживали фильтром Бат-терворда 2-го порядка с частотой отсечки 8 Гц. Для определения угловых скоростей в суставах сглаженную информацию численно дифференцировали.
Угловые характеристики отталкивания в модельных (лабораторных) условиях определяли при помощи двух гониометров. Информацию записывали на персональный компьютер с частотой 130 Гц. Регистрировали углы в коленном и голеностопном суставах. Для расчета угловых скоростей разгибания толчковой ноги в суставах гониограмму сглаживали фильтром Баттерворта 2-ого порядка с частотой отсечки 8 Гц и численно дифференцировали. Для повышения точности кинематической и динамической информации ее усредняли по сериям, т.е. рассматривали не каждую попытку, а усредненные (более точные) значения.
Бег на прямой
Результаты сравнительного анализа суставной кинематики в беге на коньках с фиксированным и шарнирным креплением "ботинок - лезвие" представлены в таблицах 4 - 8 и на рисунках 8 и 9. В качестве кинематических параметров сравнения использовали:
а) показатель активного разгибания толчковой ноги (АО), т.е. амплитуду суставного движения конечности, при котором толчковый конек скользит по поверхности льда;
б) максимальную угловую скорость (6 щх) и отношение максимальной угловой скорости в голеностопном суставе к максимальной угловой скорости в КОЛенНОМ (б щахГ/О тахК);
в) углы в суставах, при которых достигается максимальная угловая скорость (Ощах);
г) последовательность развития 0 тах в суставах.
Сравнительный кинематический анализ техники бега на коньках различной конструкции на прямой выявил увеличение амплитуды разгибания во всех суставах нижней конечности при использовании "slap-skates" (таблица 4). Большая амплитуда активного разгибания в коньках новой конструкции достигалась преимущественно за счет увеличения значений углов в суставах, при которых происходит снятие ноги с опоры (02), а не за счет уменьшения угловых показателей посадки в фазе свободного скольжения (01). Угол в коленном суставе при снятии толчковой ноги с опоры в беге на коньках новой модели в среднем превышает этот же показатель в традиционных коньках на 19,3 (171,4 ± 9,6 - "slap-skates", 152,1 ± 3,7 - традиционные). В тазобедренном и голеностопном суставах этот прирост составил 23,6 и 17,9, соответственно.
Кинематический и электромиографический анализ отталкивания в коньках различной конструкции в модельных условиях
Подробный сравнительный кинематический анализ техники бега на коньках различной конструкции выявил следующие информативные и статистически достоверные показатели, отличающие технику отталкивания в коньках различной конструкции: "амплитуда активного разгибания в суставах", "максимальная угловая скорость", "углы в суставах, при которых достигается максимальная угловая скорость", "отношение максимальной угловой скорости в коленном суставе к максимальной угловой скорости в голеностопном суставе" и "время достижения пиковых значений максимальной угловой скорости".
В связи с модельными условиями проведения эксперимента такой показатель как "амплитуда активного разгибания в суставах" не может считаться информативным, т.к. конькобежец выбирает начальные углы в суставах в условиях статического равновесия, существенно отличающихся от условий динамического равновесия в реальном движении.
К вышеперечисленным сравнительным параметрам был добавлен еще один показатель, который сложно оценить в беге на коньках с достаточной точностью в связи с низкой частотой видеосъемки (25 кадр/с). Таким параметром является "относительное время одноопорной фазы отталкивания" (Ьдн).
Для оценки межмышечной координации рассчитывали суммарную интегрированную электрическую активность (ИЭМГ) следующих мышц нижней конечности; большой ягодичной, прямой, внутренней широкой, двуглавой мышцы бедра, передней болыпеберцовой, камбаловидной, икроножной.
Усредненные результаты экспериментов (п=6) представлены в таблицах 29 - 35 и на рисунках 18 - 27.
Сравнительный кинематический анализ имитации отталкивания в коньках различной конструкции не выявил статистически достоверных различий средних значений показателя "максимальный угол разгибания толчковой ноги в коленном и голеностопном суставах" (таблица 29).
Во время отталкивания в "slap-skates" наблюдали увеличение максимальной угловой скорости разгибания ноги: в коленном суставе на 1,30 рад/с, в голеностопном - на 2,02 рад/с (таблица 30). При этом углы, при которых достигалась максимальная угловая скорость были одинаковы для отталкивания в коньках обеих конструкций (таблица 31).
Методика подбора специально-подготовительных упражнений в конькобежном спорте
Анализ научно-методической литературы по специальной подготовке конькобежцев показал, что основной принцип подбора специально-подготовительных упражнений заключается в кинематическом и динамическом сходстве с бегом на коньках. По результатам исследования техники бега на прямой и повороте на традиционных коньках (Приложение 2) и коньках типа "slap-skates" (главы 3.1 - 3.2.), было определено, что из двух компонентов суставной мощности: скорости и силы отталкивания ведущим является силовой.
При использовании упражнений, направленных на развитие силовых свойств мышц необходимо учитывать, что:
а) отталкивание в беге на коньках осуществляется перпендикулярно лезвию конька;
б) отталкивание осуществляется под углом к направлению движения конькобежца, поэтому только часть силы реакции опоры идет на увеличение скорости бега;
в) при беге на коньках упруго-вязкие свойства мышц практически не используются, что приводит к снижению механической эффективности движенияпо сравнению с легкоатлетическим бегом или прыжками (177).
Перечисленные выше особенности техники бега на коньках имеют как свои биомеханические преимущества, так и недостатки в сравнении с другими локомоциями. Возможность отталкиваться под углом к основному направлению движения в беге на коньках создает такие условия приложения силы, при которых скорость ОЦМ в меньшей степени зависит от угловых скоростей в суставах толчковой ноги, а в большей степени определяется силой, развиваемой мышцами. Поскольку только часть силы отталкивания идет на увеличение скорости бега, незначительное увеличение/снижение сил сопротивления приводит к значительному уменьшению/увеличению скорости бега. Вследствие этого, для того чтобы увеличить скорость бега необходимо развивать значительные мышечные усилия.
Исходя из перечисленных выше особенностей отталкивания в беге на коньках, разработали методику тестирования скоростно-силовой подготовки конькобежцев. Суть предлагаемого метода заключается в том, что по силовым и кинематическим характеристикам отталкивания в специально-подготовительных упражнениях рассчитывали соответствующую им скорость в беге на коньках. Считали, что специально-подготовительные упражнения должны выполняться с такой силой отталкивания, чтобы развиваемая при этом мощность соответствовала соревновательной. При этом угловая скорость должна быть близкой (равной) соревновательной.
