УМК Биомеханика PDF

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Полоцкий государственный университет» М. Ю. Мудров БИОМЕХАНИКА Учебно-методический комплекс для студентов специальности 1-03 02 01 «Физическая культура» Новополоцк ПГУ 2010 УДК 612.76(075.8) ББК 75.0я73 М89 Рекомендовано к изданию...

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Полоцкий государственный университет» М. Ю. Мудров БИОМЕХАНИКА Учебно-методический комплекс для студентов специальности 1-03 02 01 «Физическая культура» Новополоцк ПГУ 2010 УДК 612.76(075.8) ББК 75.0я73 М89 Рекомендовано к изданию методической комиссией спортивно-педагогического факультета в качестве учебно-методического комплекса (протокол № 5 от 20.12.2008) РЕЦЕНЗЕНТЫ: канд. пед. наук, доц., зав. кафедрой теории и методики физкультуры и спорта УО «ВГУ им. П. М. Машерова» Г. Б. ШАЦКИЙ; канд. техн. наук, профессор кафедры физики УО «ПГУ» Г. М. МАКАРЕНКО; канд. биол. наук, доц. кафедры теории и методики физвоспитания УО «ПГУ» Н. И. АПРАСЮХИНА Мудров, М. Ю. М89 Биомеханика : учеб.-метод. комплекс для студентов специальности 1-03 02 01 «Физическая культура» / М. Ю. Мудров. – Новополоцк : ПГУ, 2010. – 184 с. ISBN 978-985-531-001-4. Представлены лекционный курс по дисциплине «Биомеханика», содержание которого соответствует Государственному образовательному стандарту и учебной программе, а также материалы к практическим занятиям, система рейтингового контроля знаний студентов, задания к контрольной работе для студентов очной формы обучения, перечень вопросов к зачету, список использованных источников. Предназначен для студентов 1-03 02 01 «Физическая культура» и преподавателей высших учреждений образования, специалистов. ISBN 978-985-531-001-4 УДК 612.76(075.8) ББК 75.0я73 © Мудров М. Ю., 2010 © УО «Полоцкий государственный университет», 2010 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение.................................................................................................................................................4 Учебная программа...............................................................................................................................5 Модуль 0. ВВЕДЕНИЕ В БИОМЕХАНИКУ................................................................................10 1. Предмет биомеханики.............................................................................................................10 2. Взаимосвязь биомеханики с другими учебными дисциплинами........................................12 3. История развития биомеханики.............................................................................................13 Контрольные вопросы для самоподготовки.............................................................................16 Модуль 1. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА...............................................................................................................17 1. Кинематика движений человека............................................................................................17 2. Динамика движений человека................................................................................................33 3. Механическая работа и энергия при движениях человека..................................................51 4. Статика.....................................................................................................................................55 Контрольные вопросы для самоподготовки.............................................................................58 Модуль 2. БИОМЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА........................................................................................................................................60 1. Биомеханические свойства и функции костей......................................................................60 2. Биомеханика суставных движений........................................................................................62 3. Биомеханика сухожильно-связочного аппарата...................................................................65 4. Биомеханика мышц.................................................................................................................69 5. Звенья тела как рычаги............................................................................................................74 Контрольные вопросы для самоподготовки.............................................................................77 Модуль 3. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МОТОРИКИ ЧЕЛОВЕКА........................................................................................................................................79 1. Индивидуальные и групповые особенности моторики человека.......................................79 2. Биомеханика двигательных качеств......................................................................................85 Контрольные вопросы для самоподготовки...........................................................................102 Модуль 4. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБУЧЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫМ ДЕЙСТВИЯМ..............................................................................................103 1. Формирование системы двигательных действий...............................................................103 2. Управление двигательными действиями.............................................................................108 3. Биомеханическое моделирование двигательных действий...............................................113 Контрольные вопросы для самоподготовки...........................................................................117 Модуль 5. СПОРТИВНАЯ БИОМЕХАНИКА...........................................................................118 1. Биомеханические основы циклических движений.............................................................118 2. Биомеханика прыжков..........................................................................................................139 3. Биомеханические основы перемещающих движений........................................................143 4. Биомеханика движений вокруг осей....................................................................................150 Контрольные вопросы для самоподготовки...........................................................................157 Модуль 6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ...................................................................................159 1. Методы исследования в биомеханике................................................................................159 2. Анализ программы места тела спортсмена в отдельной фазе физического упражнения.......................................................................168 3. Анализ программы ориентации тела спортсмена в отдельной фазе физического упражнения.......................................................................172 4. Анализ программы позы тела спортсмена в отдельной фазе физического упражнения.......................................................................175 5. Динамика физических упражнений....................................................................................176 Примерный перечень вопросов к экзамену....................................................................................178 Организация рейтингового контроля..............................................................................................180 Список использованной литературы...............................................................................................182 3 ВВЕДЕНИЕ Как учебный предмет биомеханика выполняет несколько ролей. Вопервых, с ее помощью студент вводится в круг важнейших физикоматематических понятий, которые необходимы для расчетов скорости, углов отталкивания, массы тела, расположения общего центра тяжести тела и его роли в технике выполнения спортивных движений. Во-вторых, эта дисциплина имеет самостоятельное применение в спортивной практике, потому что представленная в ней система двигательной деятельности с учетом возраста, пола, массы тела, телосложения позволяет выработать рекомендации для работы тренера, преподавателя физической культуры, методиста лечебной физической культуры и др. Учебный предмет «Биомеханика» введен учебным планом для обязательного изучения студентами в период своего профессионального обучения на факультете физической культуры педагогических институтов и университетов. Цель курса – ознакомить студентов с биомеханическими основами физических упражнений, вооружить знаниями, необходимыми для эффективного применения физических упражнений в качестве средства физического воспитания и повышения уровня спортивных достижений. Учебно-методический комплекс разработан на основе модульной технологии обучения. Сущность модульного обучения состоит в том, что оно позволяет каждому студенту полностью самостоятельно (или при поддержке преподавателя) добиваться конкретных целей учебно-познавательной деятельности. Средством модульного обучения при этом служат учебные модули. Учебный материал представлен в виде курса лекционных занятий, практических работ, а также материала для самостоятельной подготовки. Формами контроля являются коллоквиумы, мини-контрольные, рефераты и практические работы. Для контроля за уровнем знаний предложена рейтинговая система, которая является пошаговой системой контроля и выражает в баллах оценку успешности усвоения обучающимися модулей, представленных в учебно-методическом комплексе. Курс дисциплины завершается сдачей экзамена. 4 УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА 1. Цели и задачи дисциплины Цель изучения дисциплины – ознакомление студентов с основами современной биомеханики для правильного построения процесса обучения двигательным действиям, а также выработка умений на основе биомеханического анализа объективной информации выбирать эффективные направления совершенствования техники спортивных движений, прогнозировать и корректировать двигательные ошибки. Задачи изучения дисциплины В процессе изучения дисциплины студенты должны знать: − предмет, цели и задачи биомеханики как науки, историю ее возникновения и развития; − основные направления биомеханики и ее методы исследования на современном этапе; − биомеханические характеристики движений человека; − биомеханику двигательного аппарата человека; − биомеханические особенности моторики человека; − биомеханические аспекты обучения двигательным действиям; − биомеханические особенности различных движений. 2. Виды занятий и формы контроля Виды занятий, формы контроля занятий Д З П С П С Курс II III Семестр 3 6 Лекция, ч 36 6 Экзамен, (семестр) 3 6 Зачет (семестр) – – Практические (семинарские), ч 18 4 Лабораторные занятия, ч – – Расчетно-графические работы – – Контрольные работы (семестр) – 6 Курсовая работа (семестр/ч) – – Курсовой проект (семестр/ч) – – Управляемая самостоятельная работа (ч) – 38 Примечание: Д – дневная форма обучения, З – заочная форма обучения, П – полный срок обучения, С – сокращенный срок обучения. 5 2.1. Лекционный курс Наименование разделов и тем лекций, их содержание 1 Количество часов Д З П С П С 2 РАЗДЕЛ 1 ВВЕДЕНИЕ В БИОМЕХАНИКУ Предмет биомеханики. Основные направления биомеханики. Взаимосвязь биомеханики с другими учебными дисциплинами. История развития биомеханики РАЗДЕЛ 2 БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА Тема 2.1 Кинематика движений человека Система отсчета. Определение положения точки в пространстве. Пространственные, временные и пространственно-временные характеристики движений человека. Описание положения тела спортсмена в пространстве: программа места, ориентации и позы спортсмена Тема 2.2 Динамика движений человека Инерционные характеристики тела. Силовые характеристики тела. Основные законы динамики. Силы при выполнении двигательных действий. Понятие управляющих сил и моментов сил Тема 2.3 Механическая работа и энергия при движениях человека Работа силы, момента силы. Мощность. Коэффициент полезного действия. Количественная оценка эффективности механической работы. Энергия. Виды энергии. Закон сохранения энергии Тема 2.4 Статика Равновесие. Виды равновесия. Устойчивость. Площадь опоры. Показатели устойчивости. Условия сохранения равновесия. Осанка РАЗДЕЛ 3 БИОМЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА Тема 3.1 Биомеханические свойства и функции костей Механические свойства костей. Механические функции костей. Механическое воздействие на кость. Типы соединений костей 6 3 4 2 2 4 2 4 2 1 1 1 1 1 5 Продолжение табл. 1 2 Тема 3.2 Биомеханика суставных движений Оси вращения. Разновидности суставов. Биокинематические цепи Тема 3.3 Биомеханика сухожильно-связочного аппарата Зависимость сила-время при растягивании препарата кость-связка-кость. Зависимость механических свойств связок и сухожилий от времени действия нагрузки. Факторы, влияющие на механические свойства связок и сухожилий Тема 3.4 Биомеханика мышц Биомеханические аспекты строения мышц. Биомеханические свойства мышц. Режимы сокращения и разновидности работы мышц Тема 3.5 Звенья тела как рычаги Понятие рычаг. Рычаги в биокинематических цепях. Условия равновесия и ускорения костных рычагов РАЗДЕЛ 4 БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МОТОРИКИ ЧЕЛОВЕКА Тема 4.1 Индивидуальные и групповые особенности моторики человека Телосложение и моторика человека. Онтогенез моторики. Двигательный возраст. Двигательная ассиметрия и двигательные предпочтения Тема 4.2 Биомеханика двигательных качеств Биомеханическая характеристика силовых качеств. Биомеханическая характеристика скоростных качеств. Биомеханические основы выносливости. Биомеханические основы гибкости РАЗДЕЛ 5 БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБУЧЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫМ ДЕЙСТВИЯМ Тема 5.1 Формирование системы двигательных действий Понятие об элементах динамической осанки и управляющих движений в суставах. Последовательность освоения двигательного действия. Двигательные ошибки, возникающие при освоении двигательных действий 7 1 1 2 1 2 4 1 3 4 5 Окончание табл. 1 2 Тема 3.2 Биомеханика суставных движений Оси вращения. Разновидности суставов. Биокинематические цепи Тема 5.3 Биомеханическое моделирование двигательных действий Физическое моделирование. Математическое моделирование. Компьютерный синтез двигательного действия РАЗДЕЛ 6 СПОРТИВНАЯ БИОМЕХАНИКА Тема 6.1 Биомеханические основы циклических движений Биомеханика ходьбы и бега. Передвижение с опорой на воду. Передвижение со скольжением. Передвижение с механическими преобразователями движения Тема 6.2 Биомеханика прыжков Параметры, определяющие траекторию ОЦТ тела в полете. Биомеханические особенности основных фаз прыжка Тема 6.3 Биомеханические основы переместительных движений Закономерности полета спортивных снарядов. Сообщение движения спортивным снарядам Тема 6.4 Движение вокруг осей Вращательные движения тела при опоре и без нее. Способы управления движениями вокруг осей Всего 8 3 4 1 1 4 1 1 2 36 8 5 2.2. Практический курс Наименование тем практических занятий и их содержание 1 Количество часов Д З П С П С 2 Тема 1 Основные методы исследования в биомеханике Тема 2 Анализ программы места тела спортсмена в отдельной фазе физического упражнения Практическая работа 2.1 Определение траектории общего центра тяжести спортсмена Практическая работа 2.2 Определение скоростей и ускорений общего центра тяжести спортсмена Тема 3 Анализ программы ориентации тела спортсмена в отдельной фазе физического упражнения Практическая работа 3.1 Определение ориентации продольной оси тела спортсмена Практическая работа 3.2 Определение угловых скоростей и ускорений тела спортсмена Тема 4 Анализ программы позы тела спортсмена в отдельной фазе физического упражнения Практическая работа 4.1 Описание позы тела спортсмена в исследуемой фазе физического упражнения. Практическая работа 4.2 Описание изменений позы тела спортсмена в исследуемой фазе физического упражнения. Тема 5. Динамика физических упражнений Практическая работа 5.1 Определение момента инерции тела Всего: 9 3 4 2 2 4 2 2 2 2 2 2 2 18 4 5 Модуль 0 ВВЕДЕНИЕ В БИОМЕХАНИКУ 1. Предмет биомеханики. 2. Взаимосвязь биомеханики с другими учебными дисциплинами. 3. История развития биомеханики. 1. ПРЕДМЕТ БИОМЕХАНИКИ Биомеханика – наука, устанавливающая закономерности механического движения живых объектов. Круг вопросов, традиционно изучаемых биомеханикой, достаточно широк. Это исследование движений организма как целого в пространстве, относительных перемещений составляющих организм частей; механических свойств опорно-двигательного аппарата живого существа, его тканей и жидкостей; упругих и пластических свойств мышц; закономерностей движения крови, ее клеток и многое другое. Каждая из перечисленных областей имеет непосредственное отношение к двигательной активности живого организма, и так как он является всегда целостной системой, то будет не в состоянии полноценно функционировать при отсутствии хотя бы одной из упомянутых составляющих. Главное отличие движения биологических объектов от неживых физических тел – целесообразность движения, т.е. объект живой природы всегда имеет цель собственного перемещения в пространстве или относительного движения составляющих его частей (Н.Б. Сотский, 2002). Предмет любой науки раскрывает: − что именно изучает наука (объект познания); − в каких пределах, границах изучает наука (область изучения). Объект познания биомеханики – двигательные действия как системы взаимно связанных активных движений и положений тела человека. Область изучения биомеханики – механические и биологические причины возникновения движений, особенности их выполнения в различных условиях. Причины возникновения движений человека и причины их изменений необходимо рассматривать как с позиции механики, так и с точки зрения биологии, учитывая роль человеческого сознания в управлении движениями. В биомеханике область изучения определяется ее задачами. Общая задача охватывает всю область знания в целом; частные задачи важны при изучении конкретных вопросов движений. Общая задача биомеханики состоит в оценке эффективности приложения сил для достижения поставленной цели. По ходу ее решения возника10 ют многие частные задачи, не только предусматривающие непосредственную оценку эффективности, но и вытекающие из общей задачи и ей подчиненные. Частные задачи биомеханики состоят в изучении и объяснении: 1) самих движений человека в той или иной области его двигательной деятельности; 2) движений физических объектов, перемещаемых человеком; 3) результатов решения двигательной задачи; 4) условий, в которых они осуществляются; 5) развития движений человека в результате обучения и тренировки (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, 1979). Биомеханика как наука и как учебная дисциплина характеризуется накопленными знаниями; они формируются в определенную систему основных положений – теорию биомеханики. Вместе с тем разрабатываются пути получения знания – метод биомеханики. Теория и метод выражены соответствующими понятиями и законами; они и раскрывают содержание биомеханики. В основе современного понимания двигательных действий заложен системно-структурный подход, который позволяет рассматривать тело человека как движущуюся систему, а сами процессы движения – как развивающиеся системы движений. Системно-структурный подход к изучению движений человека реализуется в теории структурности движений на основании следующих принципов: − принцип структурности построения систем движений – все движения в системе взаимосвязаны; именно эти структурные связи определяют целостность и совершенство действия; − принцип целостности действия – все движения в двигательном действии образуют единое целое, целостную систему движений, направленных на достижение цели. Изменение каждого движения так или иначе влияет на всю систему; − принцип сознательной целенаправленности систем движений – человек сознательно ставит цель, применяет целесообразные движения и управляет ими для достижения цели. Метод биомеханики – это основной способ исследования, путь познания закономерностей явлений. Теория биомеханики дает обоснование ее методу. Метод же определяет возможности получения новых данных, раскрытия новых закономерностей. Метод биомеханики в наиболее общем виде имеет в своей основе системный анализ и системный синтез действий с использованием количественных характеристик, в частности моделирование движений (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, 1979). 11 В настоящее время сложились следующие направления биомеханики (Г.И. Попов, 2005): − теоретическая биомеханика, связанная с математическим моделированием движений, изучением закономерностей управления движениями; − инженерная биомеханика, связанная с роботостроением; − медицинская биомеханика, исследующая причины, последствия и способы профилактики травматизма, прочность опорно-двигательного аппарата, вопросы протезостроения; − эргономическая биомеханика, изучающая взаимодействие человека с окружающими предметами, разработкой спортивного инвентаря, оборудования, тренажеров и тренировочных приспособлений с целью рационализации их конструкций и оптимизации взаимодействия с ними человека в процессе двигательной деятельности; − спортивная биомеханика, связанная с изучением двигательных действий человека в спорте; − биомеханика физических упражнений, связанная со всеми аспектами формирования движений в массовых формах физического воспитания населения, кондиционной подготовкой и спортом для всех; − биомеханика адаптивной физической культуры, связанная с решением широкого круга проблем инвалидного спорта, рационализацией среды обитания инвалидов, разработкой приспособлений и двигательных режимов, повышающих их двигательные возможности при адаптации к окружающей среде. 2. ВЗАИМОСВЯЗЬ БИОМЕХАНИКИ С ДРУГИМИ УЧЕБНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ Биомеханика как одно из научных направлений опирается на теоретические данные ряда смежных наук и собственными исследованиями обогащает их. Первоначально биомеханика развивалась как раздел биофизики, возникший на стыке физических и биологических областей знаний. Постепенно биомеханика, как одна из биологических наук нового типа, сближается по методам исследования с точными науками. И, в настоящее время, по реестру научных направлений, биомеханика относится к техническим наукам (раздел – механика). Можно выделить следующие основные научные направления, с которыми тесно связана биомеханика (В.И. Загревский, 2003): 1) биологические науки (анатомия, физиология, генетика, медицина). Связь с этими науками содействует пониманию конкретных специфических особенностей формы, строения и функции тела человека; 12 2) технические науки (аналитическая механика и устойчивость движения, динамика механических систем, теория управления движением, теория машин и роботов). Идеи и подходы технических наук обогащают механико-математический аппарат биомеханики для анализа и синтеза движений биомеханических систем, дают необходимое обоснование в области теории управления двигательными действиями; 3) физико-математические науки: а) математика (дискретная математика, дифференциальные уравнения, математическая кибернетика); б) информатика (математическое моделирование, теория оптимизации, теория программирования). Знания математических дисциплин и информатики вооружают исследователей в области биомеханики двигательных действий собственными методами исследований – различные вычислительные алгоритмы кинематических и динамических характеристик спортивных упражнений с помощью средств компьютерной техники; 4) педагогика. В последние годы широкое распространение получило направление в обучении двигательным действиям – педагогическая кинезиология (Х.Х. Гросс), своего рода синтез, слияние биомеханики и педагогики, т.е.: − изучаются особенности техники выдающихся спортсменов; − определяется рациональная организация действий; − разрабатываются методические приемы освоения движений, методы технического самоконтроля и совершенствования техники. 3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОМЕХАНИКИ К предпосылкам возникновения биомеханики как самостоятельной науки относится накопление знаний в области физических и биологических наук, а также развитие техники, что позволяет разрабатывать различные методики изучения движений и по-новому понимать их построение. Уже в античные времена началось изучение движений человека. Древнегреческий философ Аристотель (384 – 322 гг. до н.э.) первый ввел термин «механика», описал рычаг и другие простейшие машины, пытался путем рассуждении найти причины движений. Древнегреческий математик, физик, механик и инженер Архимед (287 – 212 гг. до н.э.) заложил основы статики и гидродинамики как точных наук. Римский врач Клавдий Гален (около 130 – 200 гг.) первым заметил связь активности мышц с суставными движениями, ввел понятие мышц-синергистов и антагонистов, выдвинул положение о врожденных и приобретенных формах поведения (Р. Александер, 1970). 13 Развитию механики после долгого застоя наук в средние века способствовали исследования Леонардо да Винчи (1452 – 1519 гг.). Он описал механику тела при переходе из положения сидя к положению стоя, при ходьбе вверх и вниз, при прыжках. Рене Декарт (1596 – 1650 гг.) создал основу рефлекторной теории, показав, что причиной движений может быть конкретный фактор внешней среды, воздействующий на органы чувств. Этим объясняется происхождение непроизвольных движений. Первой научной книгой, от которой ведет свое начало биомеханика, было сочинение итальянского математика и врача Джовани Альфонсо Борелли (1608 – 1679 гг.), которое было опубликовано в 1679 г. и называлось «О движении животных». Им подробно были рассмотрены с точки зрения механики условия равновесия многозвенной системы, какой представляет собой и тело животного, дана классификация движений животных и человека по виду их взаимодействия с окружающей средой. В 1687 г. Исаак Ньютон опубликовал свой знаменитый труд «Математические начала натуральной философии», в котором описывал законы механики, названные впоследствии его именем. В 1694 г. выдающийся механик и математик Иоганн Бернулли опубликовал работу «Соискательная физико-анатомическая диссертация о движении мускулов», в которой предлагает модель мышцы в виде совокупности отдельных волокон и исследует формы мышц под воздействием различных распределенных нагрузок. До сих пор в биомеханике применяется принцип Бернулли, согласно которому величина мышечного сокращения при прочих равных условиях пропорционально длине входящих в мышцу волокон. В последующем развитии обнаружилось, что зачастую движение тела происходит не так, как это должны сообщать ему известные приложенные силы. Оказалось, что в этих случаях следует учитывать влияние дополнительных сил – реакций связей, характеризующих воздействие окружающей среды на эти тела. Воздействие связей в косвенном виде учитывалось в так называемых возможных перемещениях, соответствующих степеней свободы системы и наиболее полно было представлено в «Аналитической механике» Жозефа Луи Лагранжа, опубликованной в 1783 г. Не вводя понятие связи, Даламбер и Лагранж рассматривали связь фактически как «непреодолимое препятствие». И только в 1806 г. французский физик Андре Ампер в соответствии с этим сформулировал понятие «идеальной связи» или «недеформируемой». Так стали выделяться «силы реакций связей» или «силы геометрического происхождения», осуществляемые связями между различными частями системы или ее отдельными точками. Этим силам противопоставляются «силы физического происхождения» (В.Т. Назаров, 1984). 14 Еще одним толчком к развитию биомеханики послужило изобретение метода кинофотосъемки движения человека. Французский физиолог, изобретатель и фотограф Этьенн Марей (1830 – 1904 гг.) впервые применил кинофотосъемку для изучения движений человека. Им впервые был применен метод нанесения маркеров на тело человека – протопип будущей циклографии. Важной вехой в истории биомеханики стали исполненные американцем Э. Майбриджем циклы фотографий, снятых несколькими камерами с разных точек зрения. С тех пор кинофотосъемка – один из основных методов биомеханики для анализа движений. Начало анализу движений человека было положено братьями Вебер в Германии. Первый трехмерный математический анализ человеческой походки был проведен В.Брауном и О.Фишером в 1891 г. Методология анализа ходьбы не изменилась по сегодняшний день. Кроме того, Браун и Фишер впервые изучили массу, объем и общий центр тяжести человеческого тела и получили данные, которые длительно использовали как биомеханический стандарт. Ими был также предложен метод определения массы сегментов тела и его объема с использованием погружения частей тела в воду. Так были получены данные возрастных изменений общего центра тяжести. Возникновение и развитие отечественной биомеханики связано с именами выдающихся ученых. Физиолог И.М. Сеченов (1829 – 1905 гг.) опубликовал книгу «Очерк рабочих движений человека», в которой впервые рассмотрел некоторые вопросы биомеханики». А.А. Ухтомский (1875 – 1942 гг.) разработал учение о доминанте. П.Ф. Лесгафтом (1837 – 1909 гг.) создана биомеханика физических упражнений, разработанная на основе динамической анатомии. В 1877 г. П.Ф. Лесгафт начал читать лекции по этому предмету на курсах по физическому воспитанию. В Институте физического образования им. П.Ф. Лесгафта этот курс входил в предмет «Физическое образование», а в 1927 г. был выделен в самостоятельный предмет под названием «Теория движения», в 1931 г. переименован в курс «Биомеханика физических упражнений». Принципиально важный вклад в развитие биомеханики сделал выдающийся советский ученый Н.А. Бернштейн (1899 – 1966 гг.). Изучая движения, он создал так называемую физиологию активности: теорию о том, как мозг управляет поведением живых существ. Бернштейн разработал многоуровневую теорию построения движений, согласно которой каждая двигательная задача в зависимости от содержания и смысловой структуры осуществляется на том или ином ведущем уровне. Некоторые идеи, высказанные Бернштейном, предвосхитили основные положения кибернетики. В 1926 г. Бернштейном на основе исследований в биомеханической лаборатории Центрального 15 института труда было издано «Общая биомеханика» как первая часть «Основ учения о движениях человека» (Г.И. Попов, 2005). С тридцатых годов XX века в институтах физкультуры в Москве (Н.А. Бернштейн), Ленинграде (Е.А. Котикова, Е.Г. Котельникова), Тбилиси (Л.В. Чхаидзе), Харькове (Д.Д. Донской) и других городах стала развиваться научная работа по биомеханике. В 1939 г. вышло учебное пособие Е.А. Котиковой «Биомеханика физических упражнений» и в последующие годы в учебники и учебные пособия стал входить раздел «Биомеханическое обоснование спортивной техники по различным видам спорта» (В.И. Дубровский, 2008). Бурное развитие спорта в СССР послужило основанием развития биомеханики спорта. С 1958 г. во всех институтах физической культуры биомеханика стала обязательной учебной дисциплиной, создавались кафедры биомеханики, разрабатывались программы, издавались учебные пособия, учебники, проводились научно-методические конференции, готовились специалисты. Биомеханику преподают в высших физкультурных учебных заведениях во многих странах мира. В составе научного комитета по физическому воспитанию и спорту при ЮНЕСКО создана рабочая группа по биомеханике. Выпускается журнал «Biomechanics», в котором публикуются последние исследования по этой науке (Б.Е. Ламаш). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ Вопросы к коллоквиуму 1. Что такое биомеханика? 2. В чем заключается главное отличие движения биологических объектов от неживых физических тел? 3. Что является объектом познания и областью изучения биомеханики? 4. Общие и частные задачи биомеханики. 5. Основные направления биомеханики. 6. Взаимосвязь биомеханики с другими учебными дисциплинами. 7. Кто первый ввел термин «механика»? 8. Кто автор первой книги по биомеханике? Как она называлась? 9. Выделите основные этапы развития биомеханики. 10. С именами каких ученых связано возникновение и развитие отечественной биомеханики? 11. Что предопределило бурное развитие биомеханики во второй половине XX века? 16 Модуль 1 БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА 1. 2. 3. 4. Кинематика движений человека. Динамика движений человека. Механическая работа и энергия при движениях человека. Статика. 1. КИНЕМАТИКА ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА Кинематика изучает движение физических тел, не рассматривая причины, вызывающие или изменяющие это движение. Кинематические характеристики тела дают возможность сравнивать размеры тела и его звеньев, а также кинематические особенности движений у разных спортсменов. От учета этих характеристик во многом зависит индивидуализация техники спортсменов (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, 1979). 1.1. Система отсчета. Определение положения точки в пространстве Все перемещения тела можно измерить, только базируясь на сравнении положения какого-либо тела или точки отсчета, т.е. все движения рассматриваются как относительные, поэтому необходимо выбрать системы отсчеты расстояния и времени. Системой отсчета называется тело, условно считаемое неподвижным, относительно которого определяют положение других тел в разные моменты времени. Такое тело называется телом отсчета. В качестве тела отсчета выбирают неподвижные относительно Земли тела (пол спортивного зала, дорожка стадиона, гимнастические снаряды и т.п.). Для практического определения положений тела в пространстве вводятся такие понятия, как начало отсчета расстояния, направление отсчета расстояния и единицы отсчета. В качестве начала отсчета используется точка, выбранная на теле отсчета. Направление отсчитывается по отношению к осям координат, проведенным из выбранного начала, а в качестве единицы отсчета расстояний используется метр. Движение в пространстве происходит с течением времени. В понятие системы отсчета времени входят такие понятия, как начало отсчета времени, 17 направление отсчета и единицы. В биомеханике при исследовании движений в качестве начала отсчета времени обычно выбирается начало фазы движения. Направление отсчета времени может быть выбрано в зависимости от решаемой задачи как вперед от начала отсчета, так и в обратном направлении. В качестве единицы отсчета времени используется секунда. Системы отсчета делятся на две группы: инерциальные и неинерциальные. Инерциальными системами отсчета считаются такие, относительно которых тело, не подвергающееся воздействию других тел, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. В природе не существует строго инерциальных систем отсчета, однако с определенной степенью приближенности при анализе спортивных движений таковой можно считать систему, связанную с поверхностью земли, полом спортивного зала и т.п. Для описания положения точки в пространстве должна быть выбрана система отсчета совместно с началом отсчета, направлением и единицами. Самой простейшей системой отсчета является естественный способ, в котором отсчет ведется по расстоянию, пройденному точкой вдоль траектории. Наиболее популярна прямоугольная система декартовых координат, в которой положение материальной точки в пространстве описывается ее координатами на трех взаимно перпендикулярных осях: OX, OY, OZ. Существуют и другие способы задания положения точки в пространстве: − векторный, при котором положение точки определяют радиусвектором [ R ], проведенным из центра данной системы координат к интересующей точке (используется в навигации, ориентировании и т.д.); − полярный, когда расстояние определяют длинной вектора [R ] , а направление – углом [φ] между вектором и принятым исходным направлением (полярная ось). Полярный способ используется в парусном спорте и в спортивном ориентировании. 1.2. Пространственные характеристики движения Пространственные характеристики позволяют определить исходное и конечное положения при движении, разницу между ними, их изменения, т.е. это характеристики, в целом определяющие пространственную форму движений человека. К пространственным характеристикам движения относятся: траектория, путь, перемещение. 18 Траектория точки – это воображаемый след точки тела при ее движении в ходе выполнения двигательного действия. Траектория может быть прямолинейной и криволинейной. Кривизна траектории показывает форму движения в пространстве. Чтобы определить кривизну траектории, измеряют радиус кривизны. Если траектория является дугой окружности, радиус кривизны постоянный. По траектории можно судить об эффективности двигательного действия. Путь [ S ] – расстояние, проходимое точкой вдоль траектории (длина траектории). Перемещение бывает линейным и угловым. Линейное перемещение [∆S ] – отрезок прямой, соединяющий начальное и конечное положение точки. Перемещение – величина векторная. Она характеризуется численным значением (модулем) и направлением. Если после движения точка вернулась в исходное положение, перемещение равно нулю. В процессе выполнения спортивных движений точки тела человека могут изменять свое угловое положение относительно выбранной системы координат. Для анализа таких ситуаций используется понятие угловое перемещение. Угловым перемещение [∆φ] – разность угловых координат конечного и начального положения рассматриваемой точки. Направление углового перемещения определяют по правилу буравчика. Перемещение тела человека, изменяющего свое положение, определить намного сложнее. В самых упрощенных случаях его движение рассматривают как движение одной материальной точки – общего центра тяжести тела. Тогда можно проследить за перемещением тела человека «в целом», оценить общий результат его двигательной деятельности. Однако остается неизвестным, в результате каких именно движений достигнуто перемещение общего центра тяжести тела. Изучение движений звеньев тела человека позволяет более подробно рассмотреть перемещение его тела. В некоторых случаях несколько подвижных звеньев рассматривают как целую часть – тогда можно в общих чертах уловить особенности движений, хотя взаимное действие многих звеньев не учитывается и их деформацией пренебрегают (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, 1979). 1.3. Временные характеристики движения Любые перемещения физических тел происходят в пространстве с течением времени. Временной аспект движения особенно важен в спорте, где соревновательный результат очень часто зависит от времени прохождения дистанции, совершения того или иного двигательного действия. 19 Временные характеристики раскрывают движение во времени: когда оно началось и закончилось, как долго длилось, как часто выполнялось движение, как они были построены во времени. Вместе с пространственно-временными характеристиками они определяют характер движений человека. К временным характеристикам движения относится: момент времени, длительность движения, темп и ритм. Момент времени [t ] определяется количеством единиц времени, прошедших от начала его отсчета до интересующей ситуации. Обычно обозначается t1 , t2 и т.д. Момент времени определяют не только для начала и окончания движения, но и для других важных мгновенных положений. В первую очередь это моменты существенного изменения движения (например, начало и конец фазы движения). По моментам времени определяют длительность движения. Промежуток времени [∆t ] определяется как разность двух последовательных моментов времени: ∆t12 = t2 − t1. (1.1) Длительность движения [∆t ] – это промежуток времени, прошедший от момента начала движения до момента его окончания: ∆t = tк − tн. (1.2) Темп движения [n] – временная характеристика, используемая для циклических действий, показывающая, сколько движений выполняется в единицу времени. Темп – величина, обратная длительности движений: n= 1. ∆t (1.3) Чем больше длительность каждого движения, тем меньше темп, и наоборот. В повторяющихся (циклических) движениях темп может служить показателем совершенства техники. Например, частота движений лыжников, пловцов, гребцов высокой квалификации (при более высокой скорости передвижения) больше, чем менее подготовленных. С утомлением темп движений изменяется: он может повышаться (например, при уменьшении длины шага в беге) или понижаться (например, при неспособности поддерживать его). Ритм – соотношение длительностей частей двигательного действия. Ритм движений характеризует, например, отношение времени опоры к времени полета в беге или времени амортизации (сгибания колена) к времени отталкивания (выпрямления ноги) при опоре. С изменением темпа 20 шагов изменяется и их ритм. Ритм в данном случае можно представить в виде отношения длительностей его частей: ∆t12 : ∆t23 : ∆t34 и т.д. Чтобы определить ритм, выделяют фазы, которые различаются по задаче движения, его направлению, скорости, ускорению и другим характеристикам. Ритм отражает прилагаемые усилия, зависит от их величины, времени приложения и других особенностей движений. Поэтому по ритму движений можно в известной мере судить об их совершенстве. В ритме особенно важны акценты – большие усилия и ускорения – их размещение во времени. При овладении упражнениями иногда лучше сначала задать ритм, чем подробно описывать детали движений; это помогает быстрее понять особенности изучаемого упражнения, его построение во времени (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, 1979). Кроме временных можно определить еще пространственные показатели ритма (например, отношение длины выпада в шаге на лыжах к длине скольжения). 1.4. Пространственно-временные характеристики движения По пространственно-временным характеристикам определяют, как изменяются положения и движения тела во времени. При биомеханическом анализе спортивных движений важнейшее значение имеют пространственновременные характеристики – скорость и ускорение. Скорость [ ν ] – векторная величина, характеризующая, насколько быстро изменяется положение тела в пространстве с течением времени. Направление вектора скорости совпадает с направлением вектора перемещения. Знак скорости зависит от знака перемещения. В механике используются два варианта определения скорости. Скорость может быть средней и мгновенной. Средняя скорость характеризуется перемещением тела в пространстве за относительно большой промежуток времени: ν ср = ∆S ∆t. (1.4) Однако такая скорость не отражает характерных особенностей прохождения дистанции: она не показывает, как изменялась скорость в начале, по ходу дистанции, на финише. Наиболее точно движения тела характеризует мгновенная скорость. Она определяется отношением перемещения тела за предельно малый промежуток времени к величине этого промежутка: ∆S dS =. ∆t → 0 ∆t dt ν мгн = lim 21 (1.5) В математических терминах мгновенная скорость представляет собой первую производную по времени от перемещения. При выполнении спортивного движения скорость тела человека практически всегда изменяется с течением времени. Для характеристики этого вводится понятие ускорения. Ускорение [a] – векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и направлению. Направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости. Ускорение будет положительным, когда скорость увеличивается. При уменьшении скорости ускорение отрицательное. Ускорение, как и скорость, может быть средним и мгновенным. Все зависит от величины промежутка времени, в течение которого определяется характер изменения скорости. Для среднего ускорения промежуток времени имеет конечную измеримую величину. Среднее ускорение определяется: ∆ν aср =. (1.6) ∆t При нахождении мгновенного ускорения промежуток времени должен быть бесконечно малым. Мгновенное ускорение определяется: a мгн ∆ν dν d 2 S = lim = =. ∆t → 0 ∆t dt dt (1.7) Мгновенное ускорение в математических терминах определяется как первая производная по времени от скорости или как вторая производная по времени от перемещения точки. При выполнении двигательных действий тело может совершать сложное движение, при котором изменяется не только линейное, но и угловое расположения тела относительно выбранной системы координат. Характер изменения углового положения тела определяется такими понятиями как угловая скорость и угловое ускорение. Угловая скорость, как и линейная, может быть средней и мгновенной. Угловая скорость [ω] – векторная величина, характеризующая изменение углового положения тела относительно системы координат с течением времени. При нахождении мгновенного значения угловой скорости промежуток времени должен быть бесконечно малым. Средняя и мгновенная угловые скорости: ∆φ ωср = , (1.8) ∆t 22 ∆φ dφ =. ∆t → 0 ∆ t dt ω мгн = lim (1.9) При выполнении спортивных упражнений угловая скорость, как правило, изменяется. Для характеристики изменения угловой скорости вводится понятие углового ускорения. Угловое ускорение [ε ] – векторная величина, характеризующая изменение угловой скорости за единицу времени. И также в зависимости от промежутка времени может быть средней и мгновенной: ∆φ , ∆t (1.10) ∆φ dφ d 2φ = lim = =. ∆t → 0 ∆t dt dt 2 (1.11) ε ср = ε мгн При осуществлении углового перемещения тело всегда имеет определенное значение линейной скорости: ν = ωr , (1.12) где [r ] – величина радиуса вектора. Во время криволинейного движения тело всегда обладает ускорением, которое раскладывается на направления: 1) перпендикулярное скорости (центростремительное ускорение); 2) параллельное скорости (тангенциальное ускорение). Центростремительное ускорение [aц ] – ускорение, характеризующее изменение направление вектора скорости, не влияя на его численное значение. Вектор центростремительного ускорения направлен перпендикулярно скорости к центру окружности (рис. 1). Центростремительное ускорение определяется: ν2 aц = , r (1.13) Рис. 1. Центростремительное ускорение где [r ] – величина радиуса вращения ускорения. Если скорость тела, движущегося по окружности, изменяется по величине, то наряду с центростремительным ускорением [aц ] присутствует и тангенциальное ускорение [at ] (рис. 2). 23 Тангенциальное ускорение [at ] , кроме радиуса вращения [r ] , зависит еще и от углового ускорения: at = εr. (1.14) Тангенциальное ускорение всегда направлено по касательной к окружности, и если скорость увеличивается его направление, совпадает с направлением движения. Если же скорость уменьшается, то направление Рис. 2. Компоненты ускорения тангенциального ускорения противопри неравномерном вращательном движении положно вектору скорости. Векторы центростремительного [aц ] и тангенциального ускорений [at ] перпендикулярны друг другу, а их сумма дает вектор полного ускорения: a = (aц )2 + (at )2. (1.15) Скорость тела человека, изменяющего свое положение, определяют как линейную скорость общего центра тяжести тела. Иногда определяют линейные скорости точек звеньев тела. Кроме того, при изменении позы определяют угловые скорости звеньев тела относительно суставных осей; эти скорости обычно изменяются по ходу движения. Для биомеханического обоснования техники нужно в каждом случае выбрать, какие скорости, каких звеньев и точек следует определить. Ускорение тела человека, изменяющего свое положение, определяется сложнее, чем скорость. Ускорение служит показателем качества приложенных усилий (Д.Д. Донской, В.М. Зациорский, 1979). 1.5. Положение тела в пространстве Положение в пространстве физических тел задается положением их точек. Для определения положения тела спортсмена в пространстве достаточно указать расположение в системе отсчета одной лишь точки. Этой точкой является общий центр тяжести человека (ОЦТ). Общий центр тяжести всего тела – это воображаемая точка, к которой приложена равнодействующая сил тяжести всех звеньев тела. Так как тело человека не является неизменным твердым телом, а представляет собой систему подвижных звеньев, то положение ОЦТ будет 24 определяться главным образом позой тела человека (т.е. взаимным относительным положением звеньев тела) и меняться с изменением этой позы. Высота положения ОЦТ у разных людей значительно варьирует в зависимости от целого ряда факторов, к числу которых в первую очередь относится пол, возраст, спортивная специализация и прочее. У детей раннего возраста ОЦТ тела расположен выше, чем у взрослых. У женщин ОЦТ обычно располагается несколько ниже, чем у мужчин (рис. 3). У мужчин ОЦТ располагается на 15 мм позади от передне-нижнего края тела V поясничного позвонка. У женщин ЦТ располагается на 55 мм спереди от передне-нижнего края I крестцового позвонка (рис. 3). Во фронтальной плоскости ОЦТ незначительно (на 2,6 мм у мужчин и на 1,3мм у женщин) смещен вправо, т.е. правая нога принимает несколько большую нагрузку, чем левая (В.И. Дубровский, 2008). Знание положения ОЦТ человека важно для биомеханического анализа и для решения многих самостоятельных задач механики спортивных движений. Часто по движению ОЦТ судят о движении человека в целом, как бы оцениваем результат движения. По характеристикам движения ОЦТ (траектории, скорости, ускорению) можно судить о технике выполнения движения. По положению ОЦТ тела спортсмена оценивают его статические положения (стартовые, промежуточРис. 3. Расположение ные, конечные) (А.И. Навойчик, 2000). ОЦТ и ЦТ тела: Если помимо ОЦТ указать еще а – у мужчин, б – у женщин одну точку (например, ЦТ нижних или верхних конечностей), то можно указать не только месторасположение тела, но и его ориентацию, т.е. определить, под каким углом по отношению к осям координат оно расположено. Для полного описания положения тела в пространстве остается только указать, под какими углами друг к другу расположены звенья тела. В соответствии с записанным, 25 положение тела спортсмена в пространстве определяется заданием его места, ориентации и позы. 1.5.1. Программа места Программой места называется описание того, как в процессе выполнения двигательного действия должен перемещаться в пространстве ОЦТ всего тела спортсмена. При анализе программы места определяют траекторию ОЦТ, его скорость и ускорение. Программа места описывает так называемое «поступательное» движение тела спортсмена, при котором все его точки движутся, проходя одинаковые расстояния. При этом, если через любые две точки тела провести отрезок прямой линии, он смещается параллельно самому себе. Например, движение прыгуна с трамплина на лыжах во время разгона. Для описания поступательного движения тела как целого, достаточно описания движения одной его точки, в качестве которой принят ОЦТ. Программа места не полностью определяет положение тела спортсмена в пространстве при выполнении двигательного действия, т.к. указав координаты ОЦТ тела, необходимо учитывать, что даже при постоянном расположении ОЦТ, тело спортсмена, как целое, может быть по-разному ориентировано относительно осей координат. В частности, оно может располагаться вниз головой, либо горизонтально и т.п. При выполнении двигательных действий ориентация тела может изменяться независимо от перемещения ОЦТ (Н.Б. Сотский, 2002). 1.5.2. Программа ориентации Программа ориентации представляет собой описание вращательного движения тела спортсмена, которое должно быть обеспечено в процессе выполнения двигательного действия. При вращательном движении все точки физического тела движутся по окружностям. Указанные точки поворачиваются на равные углы в течение одинаковых промежутков времени, следовательно, имеют одинаковую угловую скорость. Для задания программы ориентации необходимо провести так называемые «собственные оси тела». Для этого тело спортсмена мысленно делят на две половины, равные по весу (верхнюю и нижнюю), находят центры тяжести каждой из половин и через эти точки от ног к голове проводят продольную ось тела (рис. 4). Остальные две оси проводятся через ОЦТ перпендикулярно друг другу и продольной оси тела. Продольная ось тела обозначается – OY’, переднезадняя – OX’, а поперечная – OZ’. Описанные оси жестко связаны с телом cпортсмена и изменяют свое положение в пространстве вместе с изменением положения тела. 26 Ориентация тела спортсмена в Y’ пространстве задается углами, образованными осями координат, параллельными осям системы отсчета, и собственными осями тела спортсмена. Указанные ЦТВ углы называются «углами Эйлера». В процессе определения ориентации осей X’ ОЦТ тела человека углы Эйлера отсчитываются по определенным правилам. ЦТН Для описания особенностей отсчета углов Эйлера проводим из ОЦТ Z’ тела спортсмена оси, совпадающие по направлению с неподвижными осями Рис 4. Собственные оси тела системы отсчета OX, OY, OZ (рис. 5). В cпортсмена таком случае измерение углов, определяющих ориентацию тела спортсмена, сводится к определению углов между собственными осями тела спортсмена и осями, параллельными неподвижным осям системы отсчета. Y X’ Y’ α X Z’ β γ Z N Рис 5. Определение ориентации собственных осей тела с помощью углов Эйлера Первый угол Эйлера [α] образуется между продольной осью OY’ и постоянно ориентированной осью OY. Второй угол [β] отсчитывается от линии узлов (линия ON – пересечения плоскостей XOZ постоянно ориентированной системы координат и X’O’Z’ системы координат, связанной с телом спорт27 смена) до одной из осей, лежащих в плоскости X’O’Z’. Третий угол [ γ] соответствует конусообразному повороту оси OY’ вокруг оси OY. Угол [ γ] в данном случае измеряется между одной из осей постоянно ориентированной системы координат, лежащих в плоскости XOZ, и линией узлов ON. Для определения знака углов ориентации будем рассматривать движение из конца оси, перпендикулярной плоскости, образованной осями, угол между которыми измеряется. Так, для первого угла Эйлера [α] необходимо рассматривать поворот оси ОY’ относительно постоянно ориентированной оси ОY из конца линии узлов. В таком случае, если указанный поворот оказывается выполняемым против часовой стрелки, он будет положительным. Аналогично следует рассматривать остальные повороты осей тела. В частности, поворот, соответствующий углу [β], должен наблюдаться из конца оси ОY’ системы координат, связанной с телом спортсмена, а углу [ γ] – из конца постоянно ориентированной оси ОY. Во всех случаях движение оси тела спортсмена, образующей соответствующий угол Эйлера, против часовой стрелки мы будем считать положительным. При выполнении спортсменом пространственных двигательных действий любой сложности будет происходить соответствующее изменение углов Эйлера, описывающих ориентацию тела спортсмена в пространстве. Например, при выполнении большого оборота на перекладине, изменяется главным образом угол [α]. Остальные углы при этом испытывают незначительные колебания. В идеальном исполнении они должны быть постоянными. Угол [β] изменяется при выполнении строевых упражнений при различного рода поворотах. При выполнении махов на гимнастическом коне заметно изменяется угол [ γ] а во время таких элементов, как сальто с пируэтами, заметно изменяются практически все углы, определяющие ориентацию тела спортсмена. Если движение спортсмена можно считать происходящим в одной плоскости (плоское движение), ориентация его тела характеризуется одним углом. Такая ситуация характерна для большого количества движений в легкой и тяжелой атлетике, спортивной гимнастике и др. (В.Т. Назаров, 1984). При описании программы ориентации следует указывать не только величины угловых перемещений осей координат при выполнении спортивных движений, но и соответствующие пространственно-временные характеристики – угловые скорости и ускорения. Совокупность программы места и ориентации при выполнении двигательного действия, связанного с перемещением тела спортсмена в пространстве, составляет общая программа движения. Общая программа 28 представляет движение тела спортсмена в физическом упражнении как целое, отражая интегральные характеристики его кинематики. Приступая к анализу техники исполнения того или иного спортивного движения, прежде всего необходимо определить общую программу движения. Именно она отражает главные механические свойства упражнения и не зависит от конкретных вариантов техники исполнения. В процессе анализа реальных спортивных движений общую программу движения, как правило, в редких случаях можно представить в аналитическом виде. Она может быть изображена в виде графиков, полученных на основе экспериментальных данных. Поскольку биомеханический анализ двигательного действия, кроме описательной стороны реального двигательного действия, должен определять возможное направление совершенствования его исполнения, при нахождении общей программы движения следует также определить идеальный вариант последней. Описание идеального варианта исполнения двигательного действия можно принять в качестве биомеханического выражения его цели. В процессе установления биомеханических закономерностей двигательных действий в качестве общей программы движения можно принимать программу, соответствующую идеальным исполнениям. При этом следует учитывать, что реальное исполнение практически всегда отклоняется от идеального, принятого в качестве общей программы движения. Отклонение программы движения от идеальной, величина которого практически не влияет на достижение цели, считается типовой или допустимой ошибкой двигательного действия. При более значительных отклонениях, при которых цель действия не достигается, либо снижается эффективность ее достижения, речь, очевидно, следует вести о двигательных ошибках (Н.Б. Сотский, 2002). 1.5.3. Программа позы Программа позы представляет собой описание того, как во время движения до