Один на один с врагом: русская школа рукопашного боя

Основы биомеханики мышц

Автор:
Кадочников Алексей Алексеевич
Источник:
Издательство:
Глава:
Основы биомеханики мышц
Виды спорта:
Рукопашный бой
Рубрики:
Методики подготовки
Регионы:
РОССИЯ
Рассказать|
Аннотация

Структура ударов и их биомеханика Устойчивость и равновесие Выведение из состояния равновесия Биомеханические аспекты устойчивости Известно, что мышца управляется центральной нервной системой. Биомеханика рассматривает, что происходит с состоянием и положением мышцы в результате нервных влияний, т

Основы биомеханики мышц

Структура ударов и их биомеханика
Устойчивость и равновесие
Выведение из состояния равновесия
Биомеханические аспекты устойчивости

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 её деформацией.

Для полного описания биомеханических свойств мышц используют следующие определения:

– жёсткость – 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 влияние сухожилий. Сухожилия нередко рассматривают как абсолютно нерастяжимую, гибкую часть мышцы. А сухожилия способны амортизировать резкие толчки и обладают жёстко-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 удаётся использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения могут быть повышены за счёт использования упругих сил, экономичность – за счёт использования рекуперации (повторного использования) механической энергии и уменьшения потерь на рассеивание.

Кроме того, необходимо знать, что с возрастанием скорости активного сокращения мышцы величина её предельного напряжения уменьшается, и наоборот, т. е. для того, чтобы нанести как можно более быстрый (резкий) удар (рукой или ногой), необходимо как можно больше расслабить ту часть тела, которая наносит этот удар, перед выполнением ударного движения.

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. 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 её использования зависит от условий выполнения движений, в частности, от времени между растяжением и сокращением 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 объёмной тренировочной работой невысокой интенсивности. Желательно, чтобы движения выполнялись с максимально возможной для данного сустава амплитудой и во всех направлениях.

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 быстропротекающих 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 (отталкивание) – 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 которому 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. 40).

Рис. 40


Графически импульс силы определяется площадью под кривой зависимости силы от времени (t1 и t2 – моменты времени, соответствующие началу и концу ударного взаимодействия; t = t2 – t1). Данный график показывает, что эргономически не выгодны концентрированные, мощные и редкие удары, а более рационально использование движений, задействующих не более 50 % 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 n 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 рассеивание энергии упругой деформации, удары делятся на:

а) вполне упругие (отсутствуют потери на рассеивание, например, удар по биллиардному 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 неоправданны.

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 РБ, 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: Мf – момент силы, t – время действия момента силы.

При совершении во время удара, кроме поступательного, ещё и вращательного движения ударной поверхности, телу, по которому наносится удар, передаётся механическое движение в виде вращательного. В этом случае увеличивается так называемая «ударная» масса. Величина её не постоянна. Если, например, выполнять удар за счёт 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 твёрдое тело, то в ударном взаимодействии будет принимать участие масса всех жёстко закреплённых звеньев. Можно не отличаться большой мышечной массой, но владеть при этом очень сильным ударом. 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 счёт заданной траектории движения обеспечить попадание в конкретную конечную точку. Обеспечить большую силу удара можно, во-первых, за счёт придания максимальной скорости ударяющему звену в момент ударного взаимодействия и, во-вторых, за счёт 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 счёт увеличения «ударной» массы в момент ударного взаимодействия. Это достигается «закреплением» (например, в боксе, каратэ и т. п.) отдельных звеньев ударяющего сегмента путём одновременного включения мышц-антагонистов и увеличения радиуса вращения.

Удар является настолько кратковременным процессом, что исправить допущенные ошибки практически невозможно. Поэтому точность удара в решающей мере обеспечивается правильными действиями при отталкивании 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 сложно 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.

Устойчивость и равновесие

На человека в процессе двигательной деятельности действуют статические и динамические силы, сочетание которых может вывести его из состояния равновесия.

Например, задача единоборца состоит в том, чтобы за счет выбора оптимальной стойки, определения дистанции, использования наиболее рационального в сложившейся ситуации двигательного действия обеспечить собственную устойчивость и, наоборот, вынудить противника потерять равновесие.

Поэтому в условиях боя такие понятия, как устойчивость и равновесие, играют исключительно важную роль.

Устойчивость – это способность бойца надежно сохранять положение равновесия без опрокидывания (падения) при внешнем силовом воздействии, возникающем при контакте с соперником или с окружающей средой.

Для количественной и качественной оценки устойчивости применяют различные критерии, наиболее приемлемые для конкретных случаев ее проявления, а именно:


– углы устойчивости;

– коэффициенты устойчивости;

– предельные скорости движения.


Различают статическую и динамическую устойчивость. Статическая устойчивость человека – это устойчивость при отсутствии динамических сил (центробежных или сил инерции).

При статическом (медленном) наклоне твердого тела его опрокидывание происходит относительно некоторой линии, называемой линией опрокидывания.

При оценке устойчивости человека как твердого тела (рис. 41а) такими линиями являются линии а—b и е—f (во фронтальной плоскости) и линии а—f и b—е (в сагиттальной плоскости).

Расстояния между линиями опрокидывания (d, d1) определяют опорную базу тела в данной плоскости.

Рис. 41


Площадь аbеfа является опорной базовой площадью. Устойчивость человека в зависимости от схемы действующих сил оценивается в одной из основных плоскостей тела – фронтальной или сагиттальной. Итак, при отсутствии внешних сил устойчивость определяется предельным углом наклона тела, так называемым углом статической устойчивости φ.

Это угол между вектором силы тяжести G и линией, проходящей из ЦМ через линию опрокидывания а—b (на рисунке 41b она проектируется в точку О).

Угол устойчивости φ определяется из геометрических построений:

tgφ =0,5d/φцм,

откуда

φ = arctg (0,5d /φцм,),

где φцм – положение ЦМ человека относительно опорной поверхности.

Статическая устойчивость человека тем выше, чем больше угол φ. Следовательно, для повышения статической устойчивости необходимо увеличивать опорную базу d и понижать положение ЦМ. Так, например, в любом поединке это есть главное условие для принятия стойки – исходного положения (рис. 42). Выбор стойки диктуется не только требованиями обеспечения первоначальной статической устойчивости, но и возможностью реагирования на изменение внешнего воздействия.

Понятно, что стоящий на выпрямленных ногах человек может, сохраняя вертикальное положение позвоночника, перемещать ЦМ только вниз.

Рис. 42

«Ноги на ширине плеч, колени согнуты так, что расположены в одной вертикальной плоскости с мысками обуви. Корпус прямой. Руки согнуты в локтях, предплечья вертикальны, пальцы на уровне глаз, руки не выходят за пределы корпуса».


Человек, который, согнув колени, присел, оставляя позвоночник в вертикальном положении, получает дополнительные преимущества. Он может теперь перемещать свой ЦМ не только вниз, но и вверх. Эта на первый взгляд незначительная деталь имеет существенное значение для повышения ответной реакции на действия противника.

Угол статической устойчивости изменяется в процессе двигательного действия. Так, например, если боец, не меняя опорной базы, согнет одну ногу, одновременно выпрямив другую (рис. 43), то произойдет смещение ЦМ на некоторую величину е.

Угол φ определяется как φ = arctg [(0,5d ± e)/ φцм].

Рис. 43


Знак «плюс-минус» в формуле означает, что угол φ уменьшается относительно линии опрокидывания а—b (точка О), но увеличивается относительно линии е—f(точка О1). Следовательно, устойчивость поддается контролю и управлению. Однако в общем случае на спортсмена, помимо силы тяжести О, в основных плоскостях тела действуют внешние силы (силы воздействия со стороны соперника или окружающей среды). Потеря устойчивости в сагиттальной плоскости из-за меньшей опорной базы d1 наиболее вероятна, а значит, более опасна.

Выведение из состояния равновесия

Существует множество способов выведения противника из состояния равновесия.

Равновесие тела сохраняется до тех пор, пока проекция ЦМ (на рис. 44 – точка С) не выходит за пределы площади опорной базы abefa. Удержание ее в этих пределах может быть осуществлено путем маневрирования («перешагивания» в стороны, вперед-назад), то есть изменения конфигурации и смещения опорной площади.

Итак, задача выведения человека из равновесия сводится к смещению его ЦМ за границы площади опоры.

В качестве примера приведем лишь один вариант выведения из равновесия, а именно: создание опрокидывающего момента.

Пусть сила тяжести G создает относительно линии опрокидывания аb (точка О1 на рис. 45) момент устойчивости Муст = Gа.

Достаточный для его преодоления опрокидывающий момент М1 можно создать незначительной по величине силой Р1, приложенной на относительно большом плече с. Но в этом случае возникает необходимость «фиксировать» линию опрокидывания (иначе противник легко защищается, переступив ногой и отодвигая линию опрокидывания).

Если приложить силу Р2, направив ее не только в сторону, но и вниз, то на плече b она создаст опрокидывающий момент М2 = Р2b.

Приседая, не только добавляют свою массу (т. е. прикладывают дополнительную инерционную силу F = ma), но и лишают противника возможности защищаться (переступив ногой, сместить ЦМ и отодвинуть линию опрокидывания).

Одновременно можно поменять направление атаки, переведя ее из фронтальной плоскости ХОY в сагиттальную – YOZ. Для этого достаточно сдвинуть точку приложения силы Р2 «из плоскости» в сторону задней линии опрокидывания a-f2 (рис. 44). Это резко уменьшает опорную базу, и потеря устойчивости катастрофически неизбежна.

Рис. 45


Рис. 46

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 счёт варьирования факторов устойчивости, которыми являются:

1. Величина площади опоры. Это площадь, заключённая 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 повёрнуто на угол, превышающий величину угла устойчивости, то потеряет устойчивость и перейдёт 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.

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

Ещё 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. Дальнейшим развитием этого принципа является использование рекуперации энергии, т. е.:

– выбирать наименее энергоёмкое сочетание проявляемой силы и быстроты;

– использовать энергию, переходящую от одного сегмента тела к другому (например, выхлест голени за счёт 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 для управления противником и его поражения, использовать в рукопашном бою 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 ещё раз подчеркнуть важность теоретических основ рукопашного боя и логичность извлечения из них практических выводов.

Теги: методика силовой подготовки, Армейский рукопашный бой, самозащита, рукопашный бой, система рукопашного боя, боевые искусства.

    Загрузка...

    Полное библиографическое описание

    Кадочников Алексей Алексеевич — Основы биомеханики мышц // Один на один с врагом: русская школа рукопашного боя. - 2006.Основы биомеханики мышц.

    Посмотреть полное описание