Основні поняття 4 курс

Зміст

1. Основні поняття...........................................……………………………....3

2. Фізичні закономірності виконання гімнастичних вправ..…………….…5

3. Елементи кінематики гімнастичних вправ...................................................7

4. Елементи динаміки гімнастичних вправ...............................................8

5. Техніка силових вправ................................................…………………....9

6. Техніка махових вправ....................................................................11

7. Структура махових вправ...............................................……………….13

1. Основні поняття.

Основа техніки руху - це сукупність тих ланцюгів і харак­теристик структури руху, які необхідні для вирішення рухової задачі визначеним способом (порядок включення м'язових сил, основні моменти підпорядкування рухів в просторі і за часом). Невиконання або порушення послідовності виконання рухів або співвідношення в даній сукупності призводить до неможливості вирішення рухової задачі.

Головна ланка техніки руху - це найбільш важлива частина даного способу виконання рухової задачі. Виконання рухів, які входять в склад головної ланки, як правило протікає в порівняно короткий відрізок часу і вимагає значних м'язових зусиль.

Деталі техніки рухів. До них відносять окремі складові, в яких виявляються індивідуальні варіації техніки непринци­пового характера.

Основні положення механік.

Три закони механіки (закони Ньютона).

1-й закон (закон інерції). Всяке тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху до тих пір, доки яка небудь зовнішня по відношенню до нього сила не виведе його з цього стану. Тут важливо підкреслити, що це означає збере­ження незмінним, якщо відсутні зовнішні впливи, вектора швидкості тіла — як його величини (модуля), так і напрямку (орієнтації). Важливо також підкреслити, що яка б не була траєкторія руху тіла, зв'язанного з другими тілами, з момента розрива зв'язку воно буде переміщатися так, якби воно перед цим переміщалось рівномірно, прямолінійно з швидкістю, вектор якої дорівнює вектору швидкості в заключний момент розриву зв'язку.

2-й закон. Прискорення тіла пропорційно діючій на нього зовнішній силі і спрямовано в ту саму сторону:

де, а — прискорення, F3 — зовнішня сила, діюча на тіло, m — його маса. Другими словами, зміна кількості руху пропор-ціональна прикладеній рушійній силі і чиниться по напрямку тої прямої, по якій ця сила діє.

3-й закон. Сили, з якими два тіла діють друг на друга завжди рівні по абсолютній величині (по модулю) і протилежні по на­прямку. Слід пам'ятати, що у дії завжди є рівна і протилежна протидія. Діюча і протидіюча сили прикладені до різних тіл.

Основні закони обертального руху.

Якщо причиною зміни поступального руху є сила, то при­чиною зміни обертального руху є момент сили, рівний добутку сили на плече її прикладення (1)(1 = відстань між лінією дії сили і віссю обертання).

При поступальному русі тіла його інерція вимірюється масою, а при обертальному — моментом інерції, рівному сумі добутка маси кожної з елементарних частинок тіла на квадрат її відстані від вісі обертання:

Лінійні розміри тіла входять в цю формулу в квадраті, тому можна стверджувати, що всяка їх зміна сильно впливає на величину момента інерції. Момент інерції тіла відносно фіксо­ваної вісі обертання, можна розділити на дві складові: на мо­мент інерції тіла відносно центральної вісі, паралельної даній, і на момент інерції точечної маси, рівної масі тіла і розміщеній в місці загального центру тяжіння (з.ц.т.) відносно даної вісі (формула Гюйгенса). Аналітично вона записується так:

де, 1 = з.ц.т. Таке визначеннямоменту інерції дозволяє ясніше побачити як він змінюється в залежності від зміни взаємного розміщення ланцюгів тіла або відстані з.ц.т. тіла від осі обер­тання.

При аналізі спортивних вправ доводиться часто зустріча­тися з рухами, які наближено можна рахувати такими, що виконуються в одній площині. В механіці такі рухи називають плоскими. Вони підпорядковуються більш простим законам, чим просторові (які виконуються у всіх трьох вимірах). При плоскому русі вісь обертання тіла завжди розміщена перпен­дикулярно до площини, яка розглядається. Моменти сил не­залежно від того, до яких точок тіла вони прикладені, алгеб­раїчно сумуються. Всі діючі на тіло сили (за виключенням одного випадку — пари сил) легко зводяться до рівнодіючої простим графічним побудуванням: попарним приведенням їх до точки (продовженням їх лінії дії до пересічення).

Пара сил — особливий випадок плоскої системи сил, у цих сил немає рівнодіючої. Пара сил не надає тілу посту­пального руху, вона діє тільки як обертальний момент. Пара сил — це дві антипаралельні рівні за величиною сили, прикладені до різних точок. Вони виникають завжди, коли обертання тіла здійснюється навколо закріпленої вісі: якщо до тіла, яке має закріплену вісь, прикладена яка-небудь зовнішня сила, то в місці закріплення вісі виникає реакція опори, рівна даній силі по величині і протилежна ій по напрямку.

2. Фізичні закономірності виконання гімнастичних вправ.

Елементи статики гімнастичних вправ і стійкості рухів. Види статичної рівноваги тіла гімнаста знайомі з загального курсу біомеханіки (рис. 1). Це однакова (а), стійка (б), нестійка (в) і обмежено стійка рівновага (г)(ОСР). Для гімнастичної практики найбільш характерною є остання з названих видів рівноваги, використання якої вимагає від виконавця різних, інколи досить складних навиків.

Задача збереження положення тіла при обмежено стійкій рівновазі зводиться в вузькому розумінні до утримання про­екції з.ц:т. тіла в межах ефективної площі опори. Успіх в вирі­шенні подібної задачі залежить від ряда факторів:

1. При рівних умовах стійкість тіла тим більша, чим більша його маса, нижче розміщений з.ц.т тіла, більша площа опори.

2.   Чим ближче проекція з.ц.т. тіла розміщена до краю опори, тим більша вірогідність утрати рівноваги при дальшому зміщенні з.ц.т. тіла в дану сторону.

3.   При виходженні проекції з.ц.т. тіла за межі ефективної площі опори рівновага порушується, і тіло обов'язково падає.

Як ми знаємо з загальної біомеханіки, показниками стійкості тіла при ОСР є момент стійкості, перевертаючий момент, кут стійкості і кут рівноваги.

Властивості опори при ОСР залежать від ряда факторів:

1.   Площа опори визначається не тільки розмірами опорних ланок тіла (їх контактною площею) але і величиною про­стору, обмеженного цими ланками. Так, опорна площа при стійці на руках перевершує за рахунок відстані між кистя­ми площу опори в стійці на одній руці не в два, як можна припустити, а в 3-5 раз.

2.   В стійках розміри опорної площі в передньозадньому і фронтальному напрямках значно різняться. Вірогідність утрати рівноваги при зміщенні вперед або назад набагато більша, чим при зміщенні в сторону.

3.   Межа ефективної опори не збігається з формальними кон­турами опорної площі. Так в стійках та рівновазі на ногах, сагітальні розміри ефективної площі опори складають у до­рослих біля 80-90%, а на руках — 50-60% від номінального. Ці показники додатково знижуються при втомленні спорт­смена. Реальна площа опори залежить від зв'язку з приладом.

Динамічна рівновага

Процес збереження ОСР завжди динамічний. Ця особ­ливість вправ на рівновагу зберігається у всіх гімнастичних рухах. Характерним прикладом цього процесу є розмахування в упорі на брусах, коли в більшій частині руху на тіло гімнаста впливають значні перевертаючі моменти сили тяжіння. Для того щоб залишитися в упорі, гімнаст повинен прикладати точні по моменту і величині відновлюючі зусилля в плечах, вчасно повертаючи тіло у відносно стійке вертикальне поло­ження (рис. 2).

Стійкість тіла гімнаста при приземленнях — одно з суттє­вих питань підготовки гімнастів. Точність приземлення за­лежить як від дій на протязі самої вправи, так і від самого доскоку. Головна задача гімнаста при цьому — точно вико­нати програму обертання тіла, не допускаючи значного, над­мірного або недостатнього обертання. В противному ви­падку завжди виникає зовнішній момент сил інерції, який намагається звалити тіло гімнаста. Якщо ноги гімнаста ста­ють на продовження траєкторії руху з.ц.т. тіла, то звалю­вання не виникає (рис. 3).

3. Елементи кінематики гімнастичних вправ.

Переміщення тіла гімнаста (з.ц.т.) в опорних положеннях визначається взаємозв'язком з опорою. Траєкторія руху з.ц.т. тіла гімнаста в опорних фазах вправ найбільш змінюється. При виконанні спадів переміщується від опори, при виконанні підйомів — до опори і безпосередньо відображає техніку вправ на окремих приладах.

Найбільш загальний випадок переміщення — безопорні рухи тіла гімнаста при зіскоках, стрибках і багатьох вправах, які виконуються з тимчасовим відпусканням рук.

Траєкторія з.ц.т. тіла гімнаста в польоті завжди має форму параболи. Вилітаючи під кутом до горизонту, тіло (з.ц.т.) має деяку початкову швидкість Vo. Якби не було сили тяжіння, то з.ц.т., «вилітаючи» в заданому напрямі, рухався б рівномірно і прямолінійно по шляху Бвил. Але тіло одночасно падає, от­римує рівноприскорений рух вниз, і прагне рухатися по шляху Sвил. Сума цих двох незалежних пересувань і приводить до руху ц.т.т. по параболі.

Всі параметри траєкторії ц.т.т. в польоті визначаються по­чатковою швидкістю тіла Vo, включаючи її величину і напря­мок. Визначеній швидкості вильоту завжди відповідає лише одна траєкторія ц.т.т. (траєкторію в польоті змінити неможливо).

Час польоту — визначається початковими умовами вильоту. Якщо рівень вильоту і приземлення однаковий, то повний час польоту можна розрахувати за формулою:

h — максимальна висота польоту, g — прискорення падіння.

Швидкість руху тіла в польоті

Повільніше всього тіло рухається в верхній зоні польоту, де знаходиться більшу частину всього часу. Так, при зіскоках з перекладини, кілець на рух вище опори затрачується до 80% всього часу. По цій причині висота вильоту по відношенні до приладу визначає ефективний приріст часу безопорного руху, тоді як деякі зміни в навчальних цілях висоти самого приладу або рівня приземлення практично марні.

4. Елементи динаміки гімнастичних вправ.

З загальної біомеханіки відомо, що сили, які діють на фізичне тіло, в тому числі і на тіло спортсмена, можуть бути розділені на декілька категорій. По відношенню до тулуба гімнаста це можуть бути зовнішні і внутрішні сили, активні сили і сили реакції зв'язку.

Сила ваги — одна з основних сил, які діють на тіло гімнас­та. Розглянемо ефекти, які виникають під впливом сили тяжін­ня в залежності від наявності опори о зовнішні тіла.

В безбпорному положенні сила ваги (або точніше сила тяжіння) виступає як зовнішня сила, яка визиває переміщення тіла гімнаста з прискоренням свободного падіння. В польоті відсутні всякі деформації, які виникають під впливом сили тяжіння при наявності опори і тому при виконанні зіскоків, стрибків, перельотів і аналогічних рухів (або фаз) гімнаст знаходиться в стані невагомості, а на його тіло впливають мінімальні навантаження. Виконання рухів, зв'язаних з зміною пози в польоті, менше, чим де б не було, вимагає від гімнаста атлетичної підготовки, і на перший план тут виходить рішення координаційних і просторових задач.

В опорних положеннях сила ваги грає значну роль. Це знаходить місце в її обертальному ефекті. Віддалення мас тіла від опори при спаді — приближення мас тіла до опори при підйомі — така схема дій лежить в основі множини махових рухів в висах і упорах на гімнастичних приладах.

Доцентрова і відцентрова сила відносяться, як відомо, до сил які залежать від руху. Ці сили виникають всякий раз, коли має місце обертання тіла. Доцентрова сила проявляє себе як сила, прикладена з сторони зв'язку до маси тіла і скривлює траєкторію його руху. Парна їй відцентрова сила інерції проявляє себе в якості сили, що прикладається з сторони маси, яка рухається до зв'язку і натягує його. Ці сили рівні за величиною і залежать від швидкості пересування або обер­тання маси, яка рухається, і радіуса кривизни її траєкторії.

5. Техніка силових вправ

Силові вправи поділяються на дві підгрупи: а) статичні вправи; б) силові переміщення.

Статичні вправи — це нерухомі пози (виси і упори), які гімнаст приймає на приладі.

Трудність вправ залежить від двох факторів:

а) від ступеня необхідної напруги м'язів і б) від умов ут­римання рівноваги в заданій позі.

Ступінь необхідної напруги м'язів тісно зв'язана з ме­ханічним поняттям момента сили. З механіки відомо, що моментом сили називається добуток сили (в нашому випадку — вага гімнаста) на плече її дії. Плечем називається відстань від лінії дії до вертикалі, опущеної з тої точки, відносно якої визначається момент сили. Очевидно, що чим більше плече (відстань d), тим при інших рівних умовах більший добуток pd, де   р — вага спортсмена.

При цьому ступінь необхідної напруги м'язів залежить не тільки від ваги тіла, але також і від розміщення ц.т.т. відносно вісі моменту сили. Момент сили, а також і ступінь необхідної напруги м'язів буде більший там, де більша довжина тіла хоч і при одинаковій вазі.

Наступний фактор — особливості умови утримання рівно­ваги. З механіки відомо, що рівновага буває стійкою і не­стійкою. Стійкою рівновагою називають такі положення, при яких ц.т.т. спортсмена знаходиться в найбільш низькому положенні і навпаки. Виси в гімнастиці відносяться до положень стійкої рівноваги, упори — до положень нестійкої рівноваги. Для утримання рівноваги в висах немає необхідності прикладати додаткові м'язові зусилля спрямовані спеціально на утримання рівноваги, в той час як при виконанні упорів ці зусилля необхідні. Тому упори відносяться до більш трудних вправ, чим виси.

Існує ще один фактор, який визначає трудність статичних вправ — це анатомічні особливості. Розглянемо дві вправи: горизонтальній вис ззаду і горизонтальний вис спереду. В першій вправі (вис ззаду) рух руками досягає анатомічної межі. Щоб зберегти це положення, потрібно тільки прикласти достатньо зусиль для утримання постійного кута між тулубом і руками. В другому випадку (вис спереду) анатомічного обмеження немає: руки можуть бути по відношенню до тулуба підняті вверх. Таким чином, кут між руками і тулубом може бути зафіксований лише тільки за рахунок сили м'язів плечового поясу. Механічно це означає, що в першому випадку є стопор, який обмежує рух, а в другому — його не має.

Силові переміщення — це повільні переходи з одного ста­тичного положення в друге.

Переходи з більш високого положення в більш низьке називають опусканням; переходи з більш низького положення в положення більш високі називають підйомами.

Трудність опускання і підйомів оцінюється моментом сили і умовами утримання. Слід пам'ятати, що кількісна величина цих критеріїв змінюється в процессі виконання переходів, в той час як при виконанні статичних положень вона зали­шається постійною.

Опускання в цілому більш легкі, чим підйоми, так як при їх виконанні м'язи працюють в уступаючому режимі, в той час як при підйомах — в переборюючому. З фізіології відомо, що уступаючий режим вимагає меншої затрати фізичної сили. Це положення знаходить пояснення і з позицій механіки. Уявим собі таку модель: через два рівних блоки перетягнута нитка. Для рівноваги цієї конструкції достатньо однієї умови — рівність Р і сили F. Якщо припустити, що Р — це вага гімнаста, a F — його м'язова сила, то стане ясно: для повільного (без ризику розірвати зв'язки і м'язи) опускання достатньо, щоб Р була менше, чим F. Але щоб піднятися з положення більш низького в положення більш високе, м'язова сила гімнаста повинна значно перевершувати його вагу.

Крім цього, при опусканнях спортсмен переходить з по­ложення нестійкої рівноваги в положення стійкої при цьому умови утримання рівноваги спрощуються. При підйомах ці умови ускладнюються, так як перехід здійснюється з стійкого в нестійке положення рівноваги.

6. Техніка махових вправ.

Більшість вправ на снарядах — махові. Ці вправи цінні тим, що удосконалюють координаційні здібності, уміння орієнтуватися в просторі.

Махові вправи — це обертальні рухи по колу або його части­нам. Обертальні рухи зв'язані з поняттям «вісь». Вісі, навколо яких обертається спортсмен, можуть бути дійсними (напри­клад, гриф перекладини) і уявними (наприклад, лінія, яка з'єднує точки хвата на кільцях або паралельних брусах) при попереч­ному положенні плечової вісі гімнаста до осі жердин.

По відношенню до тіла гімнаста вісі називаються: фрон­тальна, сагітальна, поздовжна. Всі ці вісі уявні. Вони перпен­дикулярні друг другу і перетинаються в одній точці — ц.т.т. спортсмена. Це головні центральні вісі інерції. Знання за­конів обертання навколо них особливо важливо для таких видів спорта, як спортивна гімнастика, стрибкова акробати­ка, стрибки у воду ( ZZ — фронтальна вісь, XX — сагітальна (передньо-задня), YY — поздовжна (вертикальна))(рис. 4).

Багато рухів спортсмени вико­нують у відповідності до закону збереження момента імпульса. В безопорному положенні цей закон проявляється в «чис­тому» вигляді, але він діє і в опорних положеннях, тільки в цих випадках його дія не така явна, вона маскується зовніш­німи силами, такими, як сила земного тяжіння, сила опору зовнішнього середовища (на­приклад, повітря), сила тертя. Закон цей формується таким чином: в замкнутій (ізольованій) системі момент кількості руху є величина постійна.

де М — момент кількості руху (момент імпульсу), J — момент інерції (величина, яка дорівнює mr²), w — кутова швидкість.

З механіки відомо, що лінійна швидкість пропорціональна радіусу (v=wr). Звідси отримуємо, що w=v/r. Підставивши це в формулу для момента кількості руху і пам'ятаючи, чому дорівнює величина момента інерції, отримаємо:

                        

                    M=mvr,

В цьому виразі М — момент кількості руху, m — маса, v — лінійна швидкість точки тіла, яке обертається, г — її радіус (відстань від осі обертання).

Добуток mv носить в механіці назву «кількості руху» (або «імпульсу») і є мірою механічного руху.

Так як маса постійна, то алгебраїчно ясно, що для збере­ження постійності величини М швидкість і радіус повинні змінюватися обернено пропорційно.

У використанні до гімнастичних вправ вищезгадане слід розуміти так: якщо гімнаст під час виконання всяких обер­тальних рухів згинається, то він змінює момент інерції свого тіла відносно осі обертання. Зміна момента інерції обов'язково впливає на зміну кутової швидкості. Ця швидкість, якщо вона підвищується, дає спортсмену можливість обертання таким чином, щоб приземлитися на ноги при виконанні зіскоків (або завершити необхідне обертання).

Навпаки, якщо гімнаст почуває, що обертання занадте («перекрут»), тоді при добрій підготовці (в більшості випадків — інтуітивно) спортсмен розгруповується, випрямляється і таким чином зменшує кутову швидкість обертання.

Другий закон, який повинен враховуватися при аналізі техніки гімнастичних вправ — це закон збереження кількості руху (закон збереження імпульса).

Закон збереження кількості руху важливий при вивченні прямолінійних рухів так же, як закон збереження момента кількості руху для обертальних. Цей закон в основному за­стосовується для вивчення відштовхування руками і ногами.

7. Структура махових вправ

У будь-якій маховій вправі можливо виділити 3 фази дій:

а)  фазу підготовчих дій — прийняття найбільш раціонального положення для продовження руху на приладі;

б)  фазу основних дій — момент прикладення максимальних зусиль (найбільш важлива частина вправи, від вірного виконання якої залежить якість виконання вправи в цілому);

в) фаза заключних дій (рухи спрямовані на перехід в кінцеве положення).

Розглянемо ці фази на прикладі підйому махом вперед на брусах (рис. 5):

а) фаза підготовчих дій — від крайнього положення на масі назад до положення незначного згинання на масі вперед (стопи на рівні площини жердин);

б) фаза основних дій — різке розгинання в кульшових суглобах, яке приводить до збільшення швидкості таза за рахунок зменшення швидкості стоп (гальмування стоп) і далі незначне згинання з одночасним розгинанням рук в плечових суглобах (активне надавлювання руками на жердини);

в) фаза заключних дій — прийняття положення упору, стопи ніг не нижче рівня жердин.