4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя - Книги - Библиотека международной спортивной информации

Специальный армейский рукопашный бой. Часть I. Наука рукопашного боя

4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя

Авторы:
Ингерлейб Михаил Борисович, Кадочников Алексей Алексеевич
Источник:
Издательство:
Глава:
4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя
Виды спорта:
Рукопашный бой
Рубрики:
Методики подготовки
Регионы:
РОССИЯ
Рассказать|
Аннотация

4.1.1. Анатомо-функциональные особенности опорно-двигательного аппарата 4.1.2. Характеристика опорно-двигательного аппарата с позиции биомеханики 4.1.1. Анатомо-функциональные особенности опорно-двигательного аппарата Как уже говорилось, все жизненные явления реализуются во времени и пространстве

4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя

4.1.1. Анатомо-функциональные особенности опорно-двигательного аппарата
4.1.2. Характеристика опорно-двигательного аппарата с позиции биомеханики

4.1.1. Анатомо-функциональные особенности опорно-двигательного аппарата

Как уже говорилось, все жизненные явления реализуются во времени и пространстве. Перемещения человека в пространстве и исполнение двигательных функций обеспечивается опорно-двигательной системой человеческого тела. Опорно-двигательный аппарат человека включает три по-разному организованные подсистемы: костную, или скелет, связочно-суставную и мышечную. Первые две — скелет и связочно-суставной аппарат — представляют собой пассивную часть системы, а мышечная — активную.

Костная система

Костная система (или скелет) — это комплекс костей организма, образующих его твердую основу. Скелет имеет в основном механическое значение. В образовании скелета взрослого человека принимает участие более 200 костей.

Из курса биологии известно, что структурно-функциональной единицей живых существ является клетка. В свою очередь, система клеток и неклеточных структур, обладающих общностью строения и происхождения, специализирующаяся на выполнении определенных функций, в биологии называется тканью. В функционировании опорно-двигательной системы принимают участие следующие ткани: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.

В состав костей входят все виды тканей, но соединительная является преобладающей. Она представлена костной и хрящевой тканями. Для строения таких тканей характерным является то, что в них мало клеток, но много неклеточных структур. Неклеточные структуры костной ткани состоят из органических соединений (осеин и оссемукоид), придающих кости эластичность, и неорганических (соли, главным образом, кальция), придающих кости прочность, упругость.

Хрящевая ткань (гиалиновый хрящ) покрывает суставные концы костей, т. е. суставные поверхности. Основная ее функция — обеспечить легкое скольжение суставных поверхностей и амортизировать толчки, передающиеся по осям суставов.

Собственно кость не является монолитным образованием, подобным камню или металлической конструкции. Микроскопически кость состоит из остеонов — костных клеток и костных пластинок (трабекул), обеспечивающих прочностные и другие механические свойства кости. Остеоны обеспечивают рост кости, ее восстановление после травм, приспособление к возрастающей нагрузке и т. д. Кроме того, в течение всей жизни человека происходит постоянная смена клеточного и солевого состава костей. Кость — живой орган, как и любой другой орган человеческого тела.

Остеоны перестраивают кость на протяжении жизни в связи с клима-то-географической средой обитания, с механическими условиями функционирования кости, возрастом, особенностями питания и другими факторами.

Возникающие в результате действия остеонов и отложения солей тра-бекулы не располагаются в теле кости хаотично. Их расположение наилучшим образом отвечает прилагаемым механическим нагрузкам. Оно отличается на разных участках кости и обеспечивает функциональную устойчивость, увеличивает прочностные свойства кости при сдавливании, изгибе и растяжении.

Кости классифицируются на трубчатые, имеющие внутри костномозговую полость; губчатые, не имеющие костномозговой полости и на разрезах похожие на поролон; плоские и смешанные.

Трубчатые кости имеют тело (диафиз) и два конца (эпифизы). Внутреннее строение эпифизов трубчатых костей имеет типичное губчатое строение. Причем костные пластинки (трабекулы) губчатого вещества ориентированы по линиям сил сжатия и растяжения, располагаются друг к другу под углом в 90°, а по отношению к равнодействующей этих сил — под углом в 45°. Двигательные функции опорно-двигательной системы обеспечиваются в основном трубчатыми костями.

Кость является довольно пластичным органом, быстро изменяющим свое строение (перестраивающимся) при повышенных или пониженных нагрузках. Перестройка происходит на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях. Макроскопически видимые изменения кости при повышенной физической нагрузке определяются на рентгенограммах уже через 1 год воздействия нагрузки тренировочного режима. Максимальные перестройки структуры кости, ее внешнего вида и формы происходят через 5-5,5 лет занятий спортом, трудом и т. п.

Изменения в строении костной системы, связанные с повышенными физическими нагрузками, обусловленные физическим трудом, физическими упражнениями, спортом, другими условиями жизни, идут однонаправленно. Если физические нагрузки не приводят к ухудшению общего функционального состояния организма, то они благоприятны. Однако определить степень функционального состояния на заданный момент времени является очень сложным, а растянутость процесса изменения костной ткани во времени делает эту задачу еще более трудной. Поэтому трудно рекомендовать конкретный объем физических нагрузок на данный момент. В ряде случаев при нагрузках на тренировках «по самочувствию», при несоблюдении принципов постепенного возрастания нагрузок, «форсировании» подготовки в костях происходят нежелательные перестройки, приводящие к артрозам суставов и прекращению занятий спортом (речь идет о боксе, каратэ, самбо, тяжелой атлетике и др.).

Схема трабекулярного строения костного эпифиза

Примечательны следующие основные закономерности роста костей:

1. Механические нагрузки в разной мере изменяют продольные и поперечные размеры костей. Первые в большей степени генетически определены, чем вторые. Поэтому механические нагрузки больше отражаются на росте костей в толщину и ширину, чем в длину.

2. При нарастании механической нагрузки до определенного уровня костеобразование усиливается, при превышении этого уровня активность костеобразования снижается.

3. Уровень оптимальной механической нагрузки зависит от индивидуальных особенностей человека, т. е. от функционального состояния организма в данный момент.

Необходимо знать, что:

– рост костей и моделизация скелета (появление и выраженность бугров, бугристостей, шероховатостей, ям и ямочек) у человека завершается к 25 годам (к моменту созревания);

– начиная с 30 лет у всех людей развивается на клеточном уровне инволюция, которая со временем становится видимой и на тканевом и органном уровнях. В костной системе идут процессы либо разрежения костной ткани (остеопороз), либо уплотнения ее (остеосклероз). Оба этих процесса негативно отражаются на прочности кости.

По своей природе кость имеет большую прочность. Один квадратный миллиметр поперечного сечения костной ткани выдерживает нагрузку на сжатие до 16 кг, а на растяжение — до 12 кг. В этом проявляется общая закономерность — лучше переносить нагрузки на сжатие, чем на растяжение. Это обусловлено постоянно действующим на организм земным тяготением (гравитацией) и приспособлением всех живых существ и тканей к этому воздействию.

В отношении сопротивления на сжатие кость в 10 раз крепче хряща. Прочность кости на сжатие раза в полтора больше прочности на растяжение. Прочность гиалинового хряща на сжатие в 3 раза больше прочности на растяжение. Свежая кость в 5 раз прочнее железобетона, как на сжатие, так и на растяжение. Для раздробления большеберцовой кости давлением нужно примерно 4000 кг.

По сравнению с прочностью костной ткани прочность сухожилия на растяжение больше в 15 раз, прочность реберного хряща — в 1,5 раза. Следует заметить, что механические свойства соединительной ткани могут быть неодинаковыми не только у разных лиц, но и одного и того же человека, изменяясь в связи с условиями питания и особенностями функционального и возрастного характера.

Связочно-суставная система

Связочно-суставная система является важным органом опорно-двигательного аппарата. Она обеспечивает определенный объем движения звеньев скелета друг относительно друга и относительно площади опоры.

Суставы — это прерывные, полостные, подвижные соединения костей. Каждый сустав имеет три основных элемента: суставные поверхности, суставную сумку и суставную полость.

Суставные поверхности сочленяющихся друг с другом костей покрыты суставным хрящом.

Суставная сумка (капсула) состоит из наружного (фиброзного) и внутреннего (синовиального) слоев.

Суставная полость ограничена суставной капсулой и суставными поверхностями конечностей. Это щелевидное пространство содержит небольшое количество синовиальной жидкости.

Кроме этих трех основных элементов имеется вспомогательный аппарат: суставные связки, суставные диски и мениски, синовиальные сумки.

В прочности суставов имеют значение натяжение связок сустава, тяга мышц, проходящих около сустава, атмосферное давление (если не нарушена функциональная целостность и сустав сохраняет герметичность), капиллярное натяжение синовии между суставными поверхностями костей. Благодаря этим факторам суставы представляют собой очень прочные органы. Если травмирующая нагрузка действует по оси функционального сочленения, то разрывы тела или его частей происходят в области диафизов (тел) костей и никогда в области суставов. Повреждения суставов возможны при силах, действующих под углом к осям суставов, либо на скручивание.

Несмотря на заложенный природой запас прочности, практика показывает, что суставы, вследствие часто развивающегося артроза, являются самыми лимитирующими органами в процессе подготовки бойца или спортсмена.

Постоянное сильное раздражение зоны костно-хрящевого перехода во время интенсивных тренировок без учета индивидуальных особенностей с целью быстрейшего достижения результатов (особенно у спортсменов — боксеров, каратистов, самбистов, тяжелоатлетов и т. п.) приводит к микротравмам хряща. Особенно часто это касается мелких суставов кистей рук, а также суставов, несущих максимальную осевую нагрузку: коленных, тазобедренных, межпозвонковых. Бедная клеточными элементами хрящевая ткань не успевает возобновлять функциональную целостность и готовность хрящевых поверхностей. В результате развиваются процессы дегенерации хряща, что выражается в потере амортизационных (упруго-эластичных) свойств суставных хрящей, снижении высоты гиалинового хряща, сужении суставной щели, ограничении объема и общем затруднении движений в суставе, развитии суставного и околосуставного воспаления, болевого синдрома. Достаточно длительное существование хронического суставного воспаления приводит к замещению хряща костной тканью, появлению костных выростов (шипов) по краям суставных поверхностей, обызвествлению связок и капсулы сустава. Человек испытывает сильные боли при движении и порой быстро становится инвалидом.

Поэтому надо постоянно думать о режиме и интенсивности движения, режиме отдыха с позиции нормализации функционального состояния связочно-суставной системы тренирующихся.

Грамотно организованные тренировки могут без патологических проявлений значительно увеличить объем движения в суставах либо его уменьшить. Фактор движения может изменить форму сустава, что проявится большим объемом движения.

Целесообразно использовать такие упражнения, которые будут способствовать увеличению амплитуды движений в суставах по всем его физиологическим осям, т. е. максимально развивать все степени свободы.

Мышца

Если костная ткань обеспечивает механическую прочность опорно-двигательной системы, а связочно-суставной аппарат — возможность перемещения в пространстве, то мышечная ткань эту возможность реализует.

Основным свойством мышечной ткани является ее сократимость. Существует три разновидности мышечной ткани: неисчерченная (гладкая), исчерченная (поперечно-полосатая, скелетная) и сердечная.

Неисчерченная мышечная ткань находится в стенках кровеносных сосудов, выводных протоков желез, стенке желудка, кишки, бронхов, мочеточников, мочевого пузыря и других органов, а также в коже. Структурной единицей этого вида тканей является клетка-миоцит. Сокращения гладкой мышечной ткани происходят медленно, ритмично и непроизвольно.

Исчерченная мышечная ткань называется так благодаря характерной, видимой под микроскопом исчерченности. Эта ткань образует мышцы, приводящие в движение скелет, и поэтому называется еще скелетной мышечной тканью. По функции она является произвольной, поскольку ее сокращения и расслабления подчинены воле человека.

Клетки этой ткани или волокна являются ее структурными единицами и напоминают цилиндры. Сокращение мышцы происходит благодаря укорочению мышечных волокон (клеток). Укорочение волокон происходит по типу складывания складной подзорной трубы. Мышечные волокна могут иметь различное строение и функциональные способности.

Выделяют волокна первого типа (красные) и волокна второго типа (белые).

Мышцы с преобладанием красных волокон способны длительное время находиться в работе, в сокращении, при этом они не развивают большой мышечной силы и мало устают.

Мышцы, в которых преобладают белые волокна, считаются быстрыми. Они способны быстро развивать максимальную силу, но не могут работать продолжительное время, быстро устают.

Сердечная мышечная ткань имеет в своем строении черты неисчерченной и исчерченной мышечной ткани. Функционально сердечная мышца унаследовала от неисчерченной мышечной ткани — непроизвольность и силу сокращения, а от исчерченной — быстроту сокращения.

Мышца — это орган, основу которого составляют поперечнополосатые мышечные волокна. Кроме того, в ее состав входят соединительная ткань, сосуды и нервы. Мышца окружена соединительнотканным футляром — фасцией.

В организме человека насчитывается свыше 600 отдельных мышц. Каждая из них состоит из тела (брюшка), которое является активной (сократимой) частью, и сухожилий (пассивная часть), посредством которых мышцы прикрепляются к костям.

Сравнение ряда мышц конечностей выявило мозаичный характер в распределении волокон первого и второго типов.

Для мышечной системы, как и для костной, при занятиях физическим трудом, рукопашным боем характерны однонаправленные перестройки, которые имеют два механизма увеличения размера органа: гипертрофия (за счет увеличения объема клеток) и гиперплазия (за счет увеличения числа клеток), причем ресурсы этих изменений не беспредельны и во многом определены генетически. Первый механизм чаще реализуется в зрелом организме, после завершения процессов роста, второй более характерен для растущего организма. Поэтому становится ясным необходимость дозированных физических нагрузок в подростковом и призывном возрасте, которые закладывают фундамент дальнейшего развития мышечной системы и силовых качеств.

Из описанного становится очевидным, насколько важным является знание строения мышечной системы человека для подготовки специалиста рукопашного боя, для развития необходимых групп мышц на тренировках, а также для умения правильно расходовать энергоресурсы во время рукопашного боя, их перераспределения и восстановления.

4.1.2. Характеристика опорно-двигательного аппарата с позиции биомеханики

Наука механика потому столь благородна и полезна более всех прочих наук, что, как оказывается, все живые тела, имеющие способность к движению, действуют по ее законам.

Леонардо да Винчи, XVI век

Общие понятия

Движения человека в значительной мере зависят от того, каково строение его тела и каковы его свойства. Чрезвычайная сложность строения и многообразие свойств тела человека, с одной стороны, делают очень сложными и сами движения и управление ими. Но, с другой стороны, они обусловливают необычайное богатство, разнообразие движений, до сих пор недоступное в полном объеме ни одной, самой совершенной, машине.

Биомеханика — наука, изучающая механические движения самих биологических тел и в этих биологических телах. Однако тело человека и сверхсложный управляющий орган — нервная система — делают анализ всей системы движений чрезвычайно сложным и трудоемким. Кроме того, при изучении движений человека и причин, их вызывающих, было бы неправильно ограничиваться только представлениями механики. Необходимо иметь в виду биологическую природу «механизмов» человеческого тела. Анализ деятельности двигательного аппарата с биологической точки зрения позволяет вскрыть своеобразие устройства и принципа действий «живых механизмов». Главнейшие биологические особенности, отличающие двигательный аппарат животных и человека от неживых технических механизмов, состоят в следующем:

1. Аппарат движения животных существ построен из живых тканей и органов, в которых постоянно, в том числе и в покое, происходит обмен веществ. Химические превращения молекул, вступающих в разнообразные реакции с другими органическими и неорганическими веществами, являются сутью внутриклеточного обмена веществ и специфической рабочей деятельности клеток (например, сократительной). В связи с этим становится понятной чрезвычайная зависимость строения и функции клеток и органов от их рабочего использования, от интенсивности протекающего в них обмена веществ. Для поддержания тканей и органов двигательного аппарата в состоянии высокой работоспособности необходимо их постоянное и должное использование. Морфологическое и функциональное совершенствование под влиянием работы и деградация при бездеятельности являются важной особенностью двигательного аппарата животных и человека.

2. В технической машине производимые ею движения предопределены раз и навсегда самой формой сочленений между движущимися частями. Напротив, двигательный аппарат человека построен так, что из одних и тех же структурных единиц (костей, суставов, связок, мышц) может быть образовано множество различных механизмов с различными рабочими заданиями, разными скоростями и траекториями движения.

3. Двигательная деятельность животных и человека, в том числе произвольная, представляет собой систему безусловных и условных рефлексов на раздражения из внешнего и внутреннего мира, действующих в данное время или действовавших ранее и сохранившихся в нервных центрах в виде следов.

Таким образом, двигательная деятельность обеспечивается не только работой собственно двигательного аппарата, но и работой органов чувств и центральной нервной системы. Многообразное использование одних и тех же структур двигательного аппарата обеспечивается способностью рефлекторного механизма к образованию временных связей. Происходит непрерывное приспособление движений к текущим условиям среды, т. е. «уравновешивание» организма со средой.

Все двигательные действия человека и животных выполняются в результате напряжений и расслаблений мышц, которые вызваны нервными импульсами, поступающими к мышцам по двигательным нервам.

Но для многих исследовательских целей и не нужен такой всеобъемлющий анализ. Отвлекаясь от деталей анатомического строения и физиологических механизмов управления двигательным актом, рассматривается упрощенная модель тела человека — биомеханическая система. Она обладает всеми основными свойствами, существенными для выполнения двигательной функции.

Таким образом, биомеханическая система — это копия, упрощенная модель тела человека, на которой можно изучать закономерности движений.

С точки зрения механики, двигательный аппарат человека представляет собой механизм, состоящий из сложной системы рычагов, приводимых в действие мышцами.

Первым шагом от понятий анатомических к механическим является представление о биокинематической паре.

Биокинематическая пара — это подвижное (кинематическое) соединение двух костных звеньев, в котором возможности движений определяются его строением и управляющим воздействием мышц.

В технических механизмах соединение двух звеньев — кинематические пары — устроены обычно так, что возможны лишь определенные, заранее заданные движения. Одни возможности не ограничены (их характеризуют степени свободы тела), другие полностью ограничены (их характеризуют степени связи).

Под степенями свободы понимают независимые перемещения тела или его частей в пространстве. Эти независимые перемещения могут носить либо поступательный характер, либо вращательный (простые формы механического движения). В случае сложного (составного) движения его всегда раскладывают на составляющие простые формы. Поступающим понимают движение, при котором линия, мысленно проведенная в теле, перемещается параллельно самой себе. А при вращательном движении все точки тела описывают окружности, центры которых находятся на одной прямой, называемой осью вращения.

Например, если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве относительно трех взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращатель-но). Следовательно, у такого тела шесть (3+3) степеней свободы.

Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Зафиксировав одну точку свободного тела, сделав его звеном биокинематической пары, можно сразу лишить его трех степеней свободы — возможных линейных перемещений вдоль трех основных осей координат.

Почти во всех суставах (кроме межфаланговых, лучелоктевых и атлан-тоосевого) степеней свободы больше чем одна. Поэтому устройство пассивного аппарата в них обусловливает неопределенность движений, множество возможных перемещений («неполносвязный механизм»). Управляющие воздействия мышц формируют дополнительные связи и оставляют для движения только одну степень свободы («полносвязный механизм»). Так обеспечивается одна-единственная возможность движений — именно та, которая требуется. Множество степеней свободы биокинематической пары в многоосных суставах требует для выполнения каждого определенного движения:

а) выбора необходимой траектории,

б) управления движением по траектории (направлением и величиной скорости),

в) регуляции движения, понимаемой как борьба с помехами, сбивающими с траектории.

Биокинематические пары, соединяясь последовательно или параллельно, образуют биокинематические цепи.

Биокинематическая цепь, в которой конечное звено свободно, называется незамкнутой. Например, свободные конечности, когда их концевые звенья свободны.

Если в биокинематической цепи нет свободного конечного звена, то она является замкнутой (например, два противника, сцепившиеся в захвате друг с другом).

В замкнутой или незамкнутой цепи невозможно одиночное, изолированное движение, т. е. движение в одном соединении. Так, сгибая и разгибая ногу для удара, можно убедиться в том, что движение в любом суставе непременно вызывает движение в других. Таким образом, в замкнутых цепях возможностей движений меньше, но управление ими точнее, чем в незамкнутых.

Рассматривая тело человека как сложный биомеханизм, кости как жесткие звенья, а суставы как кинематические пары определенных классов, для всего человека имеем:

– подвижных костей—148,

– суставов с 3-мя степенями свободы — 29,

– суставов с 2-мя степенями свободы — 33,

– суставов с 1-й степенью свободы — 85,

– всего степеней свободы для всего биомеханизма — 244.

Понятие «кинематическая цепь» перенесено в биомеханику из технической механики, где применяется для описания и анализа кинематики механизмов. Под кинематикой понимают внешнюю картину движения, происходящего в пространстве и во времени. Соответственно и в биомеханике оно применимо для изучения и анализа кинематики опорно-двигательного аппарата, т. е. в процессе рассмотрения линейных и угловых перемещений, скоростей, ускорений звеньев тела — относительных и абсолютных (в выбранной системе отсчета).

В тех же случаях, когда представляет интерес динамика движений, развиваемые моменты суставных сил и силы взаимодействия звеньев тела между собой и с другими телами, когда анализируются силовые и энергетические возможности двигательного аппарата, понятие «биокинематическая цепь» уже не может удовлетворять. Здесь вводится понятие «динамическая цепь», обозначающее систему последовательно или параллельно соединенных силовых звеньев.

Под динамикой понимают сущность движения, его причины: прежде всего силовые и масс-инерционные характеристики.

Как биокинематические, так и биодинамические цепи могут быть последовательными (простыми) и разветвленными. Однако для динамических цепей понятие «замкнутая» лишено целесообразности, так как оно означает лишь наложение новых динамических (силовых) факторов, т. е. не вносит ничего принципиально нового.

Функциональные характеристики одинаковых силовых звеньев у разных людей неодинаковы. Это связано с различиями в росте, конституции, массе и физическом развитии. В связи с этим наиболее целесообразная структура заданного движений очень часто индивидуальна, т. е. отличается от общепринятой структуры движения, определяемой рациональной техникой управления. В основе этого лежит стремление компенсировать функциональную недостаточность одних звеньев за счет функциональной избыточности других звеньев динамической цепи. Компенсация осуществляется за счет:

– изменения нагрузки на силовые звенья;

– перераспределения скоростей движений звеньев.

Движения звеньев — суставные движения — совершаются в результате наличия суставных моментов.

Механическое движение биологических тел называют двигательным действием.

Для того чтобы количественно оценить двигательное действие, в том числе рассчитать суставные моменты, следует перейти к механическому представлению о рычаге.

Рычаги, их характеристики и виды

Рычаг — это твердое тело, имеющее точку опоры и способное вращаться вокруг этой точки — оси вращения; приспособление, служащее для преобразования силы[2]. В рычаге действует, по крайней мере, две силы с противоположными моментами.

Костные рычаги — звенья тела, подвижно соединенные в суставах под действием приложенных сил, могут либо сохранять свое положение, либо изменять его. Они служат для передачи движения и работы на расстояние.

Когда силы приложены по обе стороны от оси (точки опоры) рычага, его называют двуплечим, а когда по одну сторону — одноплечим. Для разных мышц, прикрепленных в разных местах костного звена, рычаг может быть разного рода. В природе существует три рода рычага: рычаги I («весы»), II («тачка») и III («подъемный кран») родов (рис. 1).

Каждый рычаг имеет следующие элементы:

– точку опоры (ось вращения, точка 0),

– как минимум две силы (f и F),

– точки приложения этих сил (А и В),

– плечи рычага (расстояния от точки опоры до точек приложения сил — АО и ВО),

– плечи сил (наикратчайшие расстояния от точки опоры до линий действий сил — опущенные на нее перпендикуляры — А'О и 0В').

Мерой действия силы на рычаг служит ее момент относительно точки опоры — вращательный момент. Момент силы определяется произведением силы на плечо этой силы.

Mf = F х OB' Mf= F x АО'

Момент силы — это векторная величина. Если сила лежит не в плоскости, перпендикулярной оси, то находят составляющую силы, лежащую в этой плоскости. Она и вызывает момент силы относительно оси. Остальные составляющие на момент силы не влияют (рис. 2).

Когда противоположные относительно оси сустава моменты сил равны, звено либо сохраняет свое положение, либо продолжает движение с постоянной скоростью (моменты сил уравновешены). Если же один из моментов сил больше другого, звено получает ускорение в направлении его действия.

Рис. 1, 2

В опорно-двигательном аппарате присутствуют рычаги всех трех родов, причем значительно больше рычагов III рода, рычагов скорости, так как мышцы крепятся в основном вблизи суставов.

Таким образом, двигательный аппарат человека по природе своей в большей степени быстрый и ловкий, чем сильный. Кроме этого во всех костных рычагах имеются потери в силе ввиду того, что мышцы крепятся к костям под острым или тупым углом.

В рукопашном бою силой, совершающей работу, является прикладываемое к противнику усилие, а противодействующей силой — усилие противника. Для преодоления противодействующей на рычаге силы необходимо либо увеличить силу, совершающую работу, либо изменить длину плеча, через которое совершается работа. Поскольку силовые возможности почти всегда ограничены, а бой может вестись со значительно превосходящим по силам противником, то основным способом работы с помощью рычагов является перемещение точки опоры. В качестве точки опоры могут использоваться любые части тела (своего и противника), а также оружия и подручных средств.

Основы биомеханики мышц

Известно, что мышца управляется центральной нервной системой. Биомеханика рассматривает, что происходит с состоянием и положением мышцы в результате нервных влияний, т. е. связь линейных перемещений концов мышц (кинематика движения) и усилий, развиваемых ею (динамика движения). Механика мышечного сокращения заключается в связи напряжений в мышце с ее деформацией.

Для полного описания биомеханических свойств мышц используют следующие определения:

жесткость — способность противодействовать прикладываемым силам. Она проявляется как упругость и квазижесткость;

релаксация — падение напряжения (натяжения) с течением времени;

прочность — понимается как прочность на разрыв.

Часто при исследовании механических свойств тела человека и его отдельных элементов не учитывается влияния сухожилий. Сухожилия нередко рассматривают как абсолютно нерастяжимую, гибкую часть мышцы. А сухожилия способны амортизировать резкие толчки и обладают жестко-демпфирующими свойствами.

Прочность сухожилий превышает прочность мышц в 2 раза. Сухожилия человека разрываются в основном в месте крепления к мышцам.

Сила, скорость и экономичность движений зависят от того, в какой степени человеку удается использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения могут быть повышены за счет использования упругих сил, экономичность — за счет использования рекуперации (повторного использования) механической энергии и уменьшения потерь на рассеивание.

Кроме того, необходимо знать, что с возрастанием скорости активного сокращения мышцы величина ее предельного напряжения уменьшается и наоборот, т. е. для того чтобы нанести как можно более быстрый (резкий) удар (рукой или ногой), необходимо предварительно как можно больше расслабить ту часть тела, которой этот удар наносится. Создание точки опоры и рациональное использование рычагов тела для полноценного направления энергии удара в выбранную точку, а также выключение избыточных степеней свободы в суставах бьющей конечности за счет вращательного движения вдоль длинных рычагов позволяют в полной степени использовать скоростные свойства мышц.

Биомеханические свойства мышц в решающей мере влияют на это. Общеизвестно, что в прыжках вверх с места, выполняемых из приседа после паузы, результат будет ниже, чем в прыжке из приседа без паузы, так как во втором случае используются силы упругой деформации предварительно растянутых мышц. Эта энергия складывается с энергией сокращения мышц. Считается, что рекуперация энергии упругой деформации является основной причиной высокой экономичности бега человека, прыжков кенгуру.

В мышечных и сухожильных структурах может накапливаться значительное количество энергии упругой деформации. Однако накопленная энергия упругой деформации не всегда используется в полной мере. Степень ее использования зависит от условий выполнения движений, в частности, от времени между растяжением и укорочением мышцы. Необходимо научиться правильно использовать эту энергию при действиях в рукопашном бою.

В процессе тренировок надо учитывать, что механическая прочность сухожилий и связок увеличивается сравнительно медленно. При форсированном развитии скоростно-силовых качеств может возникнуть несоответствие между возросшими скоростно-силовыми возможностями мышечного аппарата и недостаточной прочностью связок и сухожилий. Это грозит потенциальными травмами. Поэтому во время тренировок необходимо обращать внимание на укрепление сухожильно-связочного аппарата. Это достигается объемной тренировочной работой невысокой интенсивности. Желательно, чтобы движения выполнялись с максимально возможной для данного сустава амплитудой и во всех направлениях.

Кроме всего сказанного существует еще одна функция связочно-суставного аппарата, которая реализуется в ходе деятельности мышц. Связки создают своеобразные «связочные браслеты» и «кольца» в области крупных и мелких суставов, особенно там, где функция сустава требует изменения направления мышечной тяги и приложения усилия к тянущему сухожилию: над лодыжками, на запястьях, межфаланговые суставы. Эти «перехваты» образуют подобие механических блоков, перенаправляющих и умножающих мышечное усилие. Снижение упругости связочного аппарата этой области приводит к тому, что сила мышцы используется нерационально, не до конца. Этот резерв можно использовать, искусственно усилив связочное кольцо. Например, если простейшим лейкопластырем усилить (просто обмотать) последовательно плюсневые суставы (в самом широком месте стопы), лодыжечные (сразу над лодыжкой), коленный — сразу выше надколенника, а еще и тугим бинтованием создать простейшее подобие «пояса штангиста», то человек сможет поднять вес, значительно превышающий его обычные способности.

Структура ударов и их биомеханика

Элементом двигательного действия является временная структурная единица — фаза.

Фаза — это последовательность двигательных действий, решающая конкретную двигательную задачу; меняется двигательная задача — меняется фаза. Введение данного понятия позволяет разложить сложный двигательный акт на составляющие, что важно как для его анализа, так и в процессе обучения. Особенно это важно при рассмотрении быстропро-текающих и кратковременных процессов, например таких, как удар.

В рукопашном бою ударные элементы являются одной из важных составляющих, поэтому рассмотрению этого понятия — «удар» — и связанным с ним процессам стоит уделить серьезное внимание.

Удар как физическое явление — это кратковременное взаимодействие двух (или более) тел, при котором возникают большие по величине силы.

В биомеханике различают следующие фазы удара:

1. Замах — движение, предшествующее ударному движению и приводящее к увеличению расстояния между ударным звеном тела и предметом, по которому наносится удар. Эта фаза наиболее вариативна.

2. Предударное движение — от конца замаха до начала удара.

3. Ударное взаимодействие (или собственно удар) — столкновение ударяющихся тел.

4. Послеударное движение — движение ударного звена тела после прекращения контакта с предметом — целью, по которой наносится удар.

Главной фазой является ударное взаимодействие, которое характеризуется импульсом силы. Импульс силы равен произведению силы на время действия силы (в поступательном движении); это мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (рис. 3).

Графически импульс силы определяется площадью под кривой зависимости силы от времени (t и t2 — моменты времени, соответствующие началу и концу ударного взаимодействия; t = t2 - tl). Данный график показывает, что эргономически не выгодны концентрированные, мощные и редкие удары, а более рационально использование действий, использующих не более 1/4 физического потенциала бойца, но при этом сохраняющих его работоспособность в течение всего промежутка схватки. В механике удары делятся на:

– центральные (если тела до удара движутся вдоль прямой, проходящей через их центры масс);

– прямые (если скорость V центра масс тела в начале удара направлена по нормали п в направлении к другому телу);

– косые (если вектор скорости центра масс отличен от нормали).

Теория удара разработана И. Ньютоном. В процессе ударного взаимодействия происходит механическая деформация тела; кинетическая энергия движения переходит в потенциальную энергию упругой деформации, затем эта энергия вновь частично превращается в кинетическую энергию движения, а частично рассеивается (переходит в тепло). В зависимости от того, каковы потери на рассеяние энергии упругой деформации, удары делятся на:

а) вполне упругие (отсутствуют потери на рассеяние, например, удар по бильярдному шару);

б) не вполне упругие (лишь часть энергии упругой деформации переходит в кинетическую энергию; например, удары в спортивных играх по мячу);

в) неупругие (энергия упругой деформации вся переходит в тепло, например, удары в боксе, каратэ, приземления в прыжках, соскоках).

В теории удара в механике предполагается, что удар происходит настолько быстро и ударные силы настолько велики, что всеми остальными силами можно пренебречь. Однако многие действия в рукопашном бою нельзя рассматривать как «чистый» удар и в них такие допущения не оправданы.

Время удара в рукопашном бою (да и в таких видах спорта, как бокс, каратэ и т. п.) хотя и мало, но пренебречь им нельзя; путь ударного взаимодействия, по которому во время удара движутся вместе соударяющиеся тела (например, в спортивном рукопашном бое, боксе и т. п.), может достигать 20-30 см.

В таких случаях ударное взаимодействие внешне проявляется как сложное движение, т. е. включает в себя элементы как поступательного, так и вращательного движения, т. е. фаза ударного взаимодействия, характеризуется суммой импульса силы и импульса момента силы:

F*t + Mf*t, где: Mf — момент силы, t — время действия момента силы.

При совершении во время удара кроме поступательного еще и вращательного движения ударной поверхности, телу, по которому наносится удар, передается механическое движение в виде вращательного. В этом случае увеличивается так называемая ударная масса. Величина ее не постоянна. Если, например, выполнять удар за счет сгибания кисти или с расслабленной кистью, то тело, по которому ударяют, будет взаимодействовать только с массой кисти. Если же в момент удара ударяющее звено закреплено активностью мышц-антагонистов (сочленение «кисть-предплечье») и представляет собой как бы единое твердое тело, то в ударном взаимодействии будет принимать участие масса всех жестко закрепленных звеньев. Можно не отличаться большой мышечной массой, но владеть при этом очень сильным ударом. По этому принципу наносятся удары в восточных единоборствах, где, к примеру, происходит «стопорение» запястного сустава мышцами непосредственно перед моментом соударения. Однако выключить избыточную степень свободы в суставе можно и за счет вращательного движения. Чем больше элемент вращательного движения, тем больше «ударная» масса и тем более сильный удар можно нанести. Таким образом, в рукопашном бою удар, в основном, имеет целью обеспечить большую силу ударного взаимодействия и за счет заданной траектории движения обеспечить попадание в конкретную конечную точку. Обеспечить большую силу удара можно, во-первых, за счет придания максимальной скорости ударяющему звену в момент ударного взаимодействия и, во-вторых, за счет увеличения «ударной» массы.

В теории управления перемещающими действиями выявлена закономерность в передаче движения между звеньями тела: последовательно разгоняются звенья тела, начиная с более массивных, т. е. на максимуме скорости предыдущего, более массивного звена начинается рост скорости последующего, менее массивного звена.

С позиций механики ясно, что чем меньше масса звена, тем большую скорость это звено может развить, а анатомически менее массивные звенья тела способны к более координированным движениям.

Увеличить силу удара можно и за счет увеличения «ударной» массы в момент ударного взаимодействия. Это достигается «закреплением» (например, в боксе, каратэ и т. п.) отдельных звеньев ударяющего сегмента путем одновременного включения мышц-антагонистов и увеличения радиуса вращения («разгона» конечности). В системе выживания человека такое «закрепление» отдельных звеньев достигается не напряжением мышц (удары наносятся ненапряженной конечностью), а простым выключением степеней свободы в суставах вращающейся конечности в момент взаимодействия с целью.

Удар является процессом настолько кратковременным, что исправить допущенные ошибки практически невозможно. Поэтому точность удара в решающей мере обеспечивается правильными действиями при замахе и предударном движении.

При рассмотрении понятия «удар» в рукопашном бою для нас важно следующее:

1. На встречном движении при ударе (столкновении) тел их скорости складываются.

2. Чем меньше площадь, на которую приходится удар, при прочих равных условиях, тем больше поражающий эффект при ударе.

3. Время удара имеет прямую зависимость от массы тела, величины совместного смещения и обратную зависимость от силы удара.

Необходимо отметить, что удар является мощным средством внезапного поражения противника и часто, но далеко не всегда решает исход боя.

Удары имеют три основных недостатка:

– удар нельзя дозировать;

– при нанесении удара можно пораниться, что снизит боеспособность;

– одежда (особенно зимняя) и экипировка («разгрузка», бронежилет и т. п.) являются хорошей защитой от многих типов ударов.

Биомеханические аспекты устойчивости

Всякое положение биологического тела является процессом колебательного характера. Точка общего центра тяжести (ОЦТ) тела при статическом положении испытывает колебания в диапазоне 2-3 см, вследствие кровообращения, лимфотока, дыхания, мышечного тремора и т. д. биологического тела; это управляемый процесс. Человек может изменять устойчивость своего тела за счет варьирования факторов устойчивости, которыми являются:

1. Величина площади опоры. Это площадь, заключенная между граничными точками опоры. Она включает в себя активную площадь опоры, возникшую при контакте биологического тела с опорой, и пассивную.

На практике мы в большей степени способны изменять пассивную площадь опоры (например, поставив ноги на ширине плеч). Чем больше общая площадь опоры, тем более устойчиво положение тела. Оптимальная площадь опоры в рукопашном бою — когда ноги ставятся на ширине плеч.

2. Высота расположения точки ОЦТ. Чем ниже точка ОЦТ тела, тем более устойчиво тело.

3. Прохождение линии тяжести. Линия тяжести — это перпендикуляр, опущенный из ОЦТ тела на площадь опоры. Прохождение линии тяжести позволяет оценить устойчивость тела в разных направлениях (для плоского изображения — в передне-заднем направлении). Если линия тяжести проходит через центр площади опоры, то степень устойчивости тела одинакова во всех направлениях; если она смещена в какую-то сторону — то в этом направлении степень устойчивости снижена.

4. Величина углов устойчивости. Угол устойчивости — это угол, образованный линией тяжести, и линией, соединяющей ОЦТ с краем площади опоры.

Угол устойчивости — это динамический фактор устойчивости, он соединяет в себе три предыдущих — статических. Попробуйте изменить один из предыдущих факторов устойчивости, это сразу же отразится на углах устойчивости. Смысл такого угла заключается в следующем: это угол, при повороте на который тело возвращается в исходное положение. Если тело будет повернуто на угол, превышающий величину угла устойчивости, то потеряет устойчивость и перейдет в другое положение. Углы устойчивости тела при рассмотрении плоского изображения характеризуют устойчивость в переднем и заднем направлении. Чем больше углы устойчивости, тем более устойчиво тело в данном направлении.

5. Коэффициент устойчивости тела — характеризует способность тела сохранять устойчивость при действии опрокидывающей силы. Уметь управлять коэффициентом устойчивости (изменяя позу, менять момент устойчивости) — это задача каждого обучающегося рукопашному бою. С точки зрения биомеханики, в рукопашной схватке мы преследуем следующие цели:

– сохранение и использование своего равновесия;

– выведение из равновесия противника и использование его потери устойчивости в своих целях.

В рамках данной книги для простоты объяснения остановимся на первых трех факторах — величине площади опоры, высоте расположения центра тяжести и прохождении линии тяжести — и обсудим понятие «устойчивость» с позиций использования его в рукопашном бою.

Понятно, что не существует особых законов движения для живых организмов. Все они подчиняются законам классической механики. Поэтому с точки зрения механики рукопашный бой представляет собой физическое явление, сущность которого проявляется во взаимном механическом силовом противодействии физических объектов (противников) друг с другом. Это для успешного и более наглядного понимания иллюстрируется упрощенными схемами и уравнениями механики. Теоретические этапы рукопашного боя могут выражаться формой расчетных схем раздела сопротивления материалов как сложное сопротивление сжатия-растяжения, сдвига, кручения и изгиба в виде: изгиб со сжатием, изгиб с кручением, косой изгиб, изгиб с растяжением.

На рис. 4 схематически изображена фигура человека, которую условно назовем «противник». Представим себе, что мы нападаем и наша задача — свалить противника.

Далее по фазам.

Фаза 1. Ситуация (рис. 4а, 4б).

В данном случае положение противника устойчивое, статичное. Вся система находится в равновесии. Противник в стойке опирается на обе ноги. Площадь опоры максимальная или близка к таковой. Вектор силы тяжести G направлен по центру опорной площадки.

где RA = RB - G/2

m = 0, где m — степень подвижности системы.

Вывод: система находится в равновесии — положение устойчивое.

Фаза 2а. Выведение из равновесия (рис. 4в, 4г).

Начинаем выводить систему из равновесия. Сместившись слегка назад, мы нарушаем устойчивость опоры в точке А. Противник вынужден приподняться на носок, площадь опоры сократилась и приобрела треугольную форму, однако вектор силы тяжести G по-прежнему находится в пределах площади опоры. Усилие, выводящее систему из равновесия минимально — система испытывает действие только собственного веса G, помноженного на плечо е.

Уравнение системы в данном случае приобретает следующий вид:

Система не уравновешена, появился опрокидывающий момент. Вывод: система динамична — положение ее неустойчиво.

Рис 4в, 4г

Фаза 2б. Потеря устойчивости (рис. 4д).

Наши дальнейшие действия направлены на усиление нестабильности системы.

При нарушенной опоре системы в точке А действие силой F на плечо h намного облегчает опрокидывание системы.

Уравнение системы приобретает следующий вид:

Вывод — система динамичная, положение её крайне не устойчиво

Фаза 2в. Решение

Рис. 4е

Меняем точку опоры системы с В на А. Уравнение системы приобретает следующий вид:

— сопротивление по III теории прочности (изгиб с кручением), откуда М >> Мp

Вывод: система динамична, положение системы крайне неустойчиво.

Фаза 3. Финиш (рис. 4ж).

Осознанное применение законов механики при изучении движений человека, в конечном счете, направлено на изыскание способов совершенствования двигательных действий.

Суммируя сказанное в этом разделе, надо акцентировать внимание на том, что знание анатомо-биомеханических основ необходимо для ясного понимания внутренней структуры и смысла двигательных актов, происходящих в процессе рукопашного боя, а это, в свою очередь, является единственным надежным фундаментом для правильной организации и проведения занятий по подготовке к рукопашному бою.

Еще одним промежуточным выводом из изложенного материала является необходимость использования при ведении рукопашного боя принципа минимума энергозатрат. Он заключается в следующем: психически нормальное живое существо произвольно организует свою двигательную деятельность так, чтобы свести к минимуму затраты энергии. Следует избегать излишних, непроизводительных мышечных сокращений и напряжений, а также уменьшать лишние непроизводительные движения. И хотя в следующем разделе мы будем излагать эргономические основы рукопашного боя, обоснование принципа минимума энергозатрат вытекает именно из изложенного выше материала. Дальнейшим развитием этого принципа является использование рекуперации энергии, т. е.:

– выбирать наименее энергоемкое сочетание проявляемой силы и быстроты;

– использовать энергию, переходящую от одного сегмента тела к другому (например, выхлест голени за счет энергии, накопленной при махе бедром);

– использовать энергию упругой деформации, накопленную в мышцах в предыдущих фазах двигательного действия.

Из того же принципа минимума энергозатрат вытекает и необходимость в рукопашном бою для управления противником и его поражения использовать рычаги, инерцию, набранную противником, крутящий момент. Использование этих элементов позволяет значительно уменьшить энергозатраты бойца, ведущего рукопашный бой. Следует осуществлять оптимальные двигательные переключения, а именно:

– изменение интенсивности мышечной работы (например, скорости передвижения);

– изменение, проявляемое в двигательном действии силы и скорости (например, длины и частоты шагов);

– переход с одного способа выполнения двигательного действия на другой (например, атакующие или защитные попеременные действия руками, ногами).

Привлечение внимания читателя к этим положениям позволяет еще раз подчеркнуть важность теоретических основ рукопашного боя и логичность извлечения из них практических выводов.

Теги: Армейский рукопашный бой, рукопашный бой, система рукопашного боя, боевые искусства.

    Загрузка...

    Полное библиографическое описание

    • Авторы

      Первый автор
      Ингерлейб Михаил Борисович
      Другой автор
      Кадочников Алексей Алексеевич
    • Заглавие

      Основное
      4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя
    • Источник

      Заглавие
      Специальный армейский рукопашный бой. Часть I. Наука рукопашного боя
      Дата
      2003
      Обозначение и номер части
      4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя
    • Рубрики

      Предметная рубрика
      Методики подготовки
    • Языки текста

      Язык текста
      Русский
    • Электронный адрес

    Ингерлейб Михаил Борисович — 4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя // Специальный армейский рукопашный бой. Часть I. Наука рукопашного боя. - 2003.4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя.

    Кадочников Алексей Алексеевич — 4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя // Специальный армейский рукопашный бой. Часть I. Наука рукопашного боя. - 2003.4. Теоретические основы рукопашного боя. 4.1. Анатомо-биомеханические основы рукопашного боя.

    Посмотреть полное описание