Критерии за биомеханична целесъобразност на движенията

Рационалното използване на законите на механиката на базата биологичните качества на двигателния апарат на човека определят най-целесъобразната техника на спортното упражнение. Девизът „sitius, altius, fortius” установява областите, в които трябва да се насочат усилията на научните изследвания. В случаите, когато спортистът трябва да развие максимална мощност срещу съпротивлението на средата, изразходвайки в най-висока степен енергията си на преден план излиза изискването за ефективното оползотворяване на ресурсите съхранени в организма на спортиста. В други случаи преобладаващи за ефективността на двигателната дейност са качествата координация и точност съчетани с навременното използване на вътрешните и външни сили възникващи при взаимодействието с опората.

Критерий за импулса на силата спрямо ефективността на двигателната дейност

             При подготовката на спринтьори в беговите лекоатлетически дисциплини от значение е формата на импулса на силата вложена от спортиста при бягането. След стартиране състезателят се изтласква от стартовото блокче от позиция - нисък старт. Спринтовите бягания се характеризират с преимуществена фаза на оттласкване заради ниско разположения ОЦТ-амплитудите на силата в предно.задно направление е двойно по-висока на 5 метра от старта спрямо тази на 15 метра. Вертикалното усилие е приблизително два пъти по - ниско от стойността му 15 метра след старта. Впоследствие след изправянето на спортиста и разгъването на кинематичната верига, ОЦТ заема положението, при което спортистът пробягва останалата част от състезателната дистанция. Това променя формата на импулса на вертикалното усилие и в него се появяват два ясно разположени максимума отговарящи на амортизационното усилие при стъпването на предния крак върху пистата и последващото оттласкване. Спринтьорите с висока квалификация се стремят да намалят ударното натоварване, което възниква срещу посоката на бягане и намалява скоростта. Като пряк резултат от амортизационното натоварване се появява колебание във вертикала на ОЦТ, което е минимално при добра амортизация на стъпващия крак и значително колебание на ОЦТ при спринтьорите с по-ниска квалификация. Нарастването на амплитудата на вертикално колебание на ОЦТ снижава средната скорост на бягане. Очевидно е, че основната работа за преодоляване на дистанцията, отговаряща на вложената енергия принадлежи на бягането в средната и финалната част. Затова е важно да се запази висока и постоянна стойност на моментната скорост на бягане. На фигурите  са показани примерни графики на вертикалните компоненти на импулса опорната реакция - на 5 метра от старта и на 15 метра от него .

                                                   

      Импулс-5 метра от старта            Импулс-15 метра от старта

 

Графика на надлъжните усилия

На фигурата е показана примерна графика на надлъжните усилия. Моментът t2  разделя амортизационното от оттласкващото усилие в предно-задно направления. Отрицателната компонента съответства на амортизационното усилие, а положителната – на оттласкващото усилие. От значение за преодоляване на състезателната дистанция е формата на импулса. Амплитудата на вертикалното усилие преобладава значително спрямо хоризонталното по стойност и се различава значително по форма. При упражнението прав удар във футбола, от голямо значение за постигане на максимална скорост на удара на маховия крак, футболистът трябва да изпълни значителен импулс на амортизация върху опорния крак. От проведени изследвания се установява, че между скоростта на топката и силата на амортизация има значима корелационна връзка. При изпълнение на удара по топката, усилието трябва да се разпредели за по-продължително време (меко посрещане на опорната плоскост).

Критерий за дългия и праволинеен път на ускорението

Увеличаването на кинетичната енергия на движещо се тяло зависи от продължителността на действащото ускорение – показано във формулата.

Fср. . S = E кин.2 – E кин.1 = m .V2 2 / 2  -  m .V1 2 / 2  = m / 2 (V2  - V1 2 )

Fср. – действаща сила върху тялото предизвикваща ускорение върху него

S – изминат път от тялото под въздействието на силата

От формулата се прави изводът, че ако тялото трябва да увеличи кинетичната си енергия, което съответства на обстоятелството, че ще получи максимално висока скорост, трябва продължителността на действието на силата Fср. да продължи по максимално дълъг път S. Характерен пример за подобна двигателна дейност са плувните и гребни спортове. Преодоляването на плувната дистанция зависи от големината на силата и формата на импулса, която се доближава до правоъгълна.

Импулс на силата на загребване във вода

Крайниците извършват циклични действия на загребване различни по траектория в съответствие с вида на стила на плуване и индивидуалната подготовка при различни спортисти. Характерни са малки вариации във формата на импулса. При плувци с по-ниска квалификация, стойностите на импулса на силата на загребване са минимални в сравнение с тези при майсторите.

 


 

Импулс на силата на загребване на плувен тренажор

Ефективността на придвижването се осъществява от загребващата повърхност, която при плувните спортове са крайниците на спортиста. Колкото по-голяма е повъхността на загребващата ръка, толкова по-голяма сила се влага върху водната среда реализираща реакция на опората чрез хидродинамичното водно съпротивление. Разбира се габаритите на ръката са ограничени от анатомичните особености на спортиста. Важно условие за поддържането на скоростта на плуване ще бъде постоянството на импулса на силата за запазването на скоростно-силовата издръжливост. По този начин произведението на вложената сила и дължината на траекторията (изминатият път) отговарят най-точно на кинетичната енергия на спортиста.  Измерване на формата на импулса при загребване във вода показва ефективността на плувните действия (фиг.77). В това направление се извършват тестове за оценка на скоростно-силовата издръжливост в началото, средата и края на тренировъчното занимание. Удобен вариант за тестване на скоростно-силовата издръжливост е изследване на сухо (фиг.78). Измерванията се изпълняват върху електродинамичен тренажор имитиращ напълно хидродинамичното водно съпротивление при изтегляне на ръкохватките с ръце. Двигателните действия се извършват в диапазона на мускулното усилие и включват набор от пълния брой цикли на загребване съответстващи на изследваната дистанция с темпа с който се изпълняват в естествени водни условия, така че състезателят да се постави напълно в условията на реалното натоварване, а степента на зададеното съпротивление на настройка на тренажора съответства на числена стойност отговаряща на скоростта на спортиста при преодоляване на дистанцията във вода. За подобряване на техниката на загребване се усъвършенства изтеглянето като се влага сила в края на ъгловия диапазон на движение на ръката преди излизане от водата. Характерни примери потвърждаващи значението на продължителното действие на силата за увеличаването на кинетичната енергия  са хвърлянията в леката атлетика – гюлле и копие. Закономерността е валидна и за ускорителни движения по кръгова траектория – например хвърляне на диск и чук. Във всички конкретни примери действието на силата се продължава като се правят необходимите корекции в техниката – например при хвърляне гюлле се прави обръщане на гърба по посоката на тласкане и максимално разгъване на тазобедрените и коленни стави. 

Критерий за координацията на частните импулси

            По-високи резултати в някои спортни дисциплини се получават след подобряване на координацията по време на засилващото или маховото движение. В практически аспект сумата от импулсите на силата в звената от тялото определя общия импулс на тялото на спортиста. От формулата за равенството между импулса на силата F . Δ t  и придобитото количество на движението m . Δ V означава, че количестовото на движението в отделно звено от тялото е равносилно на импулса на вложената сила в него.

F . Δ t  =  m . Δ V

Спортни дисциплини свързани с необходимост о придобиване на скорост на засилване са скок дължина, хвърляния, удар в хандбална врата и др. Времевите характеристики при стрелба в хандбала включват интервалите

-         засилване

-         спиране (амортизация) и подготовка на двигателния апарат за извършване на оттласкване за отскока

-         отскок от опората и подготовка за стрелба с топката в края на отскока

-         стрелба във вратата

-         приземяване

След ускоряването и отскока, хандбалната топка получава скоростта придобита от спортиста. По време на замахването на ръката с топката, всички звена от тялото участващи в стрелбата трябва по едно и също време да получат максимални скорости за да се придаде необходимото ускорение на топката. На фиг.6 са показани скоростите на глезена, коляното, таза, рамото, лакътя и китката.

           

Графики на скоростите на китката, лакътя, рамото, таза, коляното, глезена

Означените точки от графиките на фиг.79 са тези, които съответстват на стрелбата и достигат едновременно максимални стойности по време на удара. Тъй като разликата между двете стойности на скоростта (нарастването на скоростта) Δ V е с положителна стойност, m . Δ V също е положително. От равенството между вложения силов импулс F . Δ t  и придобитото количество на движението  m . ΔV се установява, че за успешен удар с топката е показателно, че отговарящите на парциалните количества на движение, локални силови импулси се изпълняват едновременно и в необходимата координация по време. Физическият смисъл на това обстоятелство е, че звената в кинематичната верига на спортиста трябва да действат в синхрон, за да се извлече максимално ефективното действие. Характерните изследвани точки, за които се отнасят графиките на скоростите позволяват да допуснем, че скоростта на кой да е от частните центрове на тежестта лежащ на линията съединяваща два ставни центъра се намира в интервала между стойностите на скоростите на двата съседни ставни центъра, заради интерполирането на стойностите на скоростта в двата съседни центъра. След отскока, спортистът разгъва кинематичната верига на хвърлящата ръка назад и нагоре. Хвърлянето започва от най-високата точка. Синергията на мускулните групи от проксимално към дистално направление осигурява камшикообразното замахване и необходимата скорост на топката при стрелбата.

Критерий за противодействието и усет за точното действие (тайминг)

            В много спортни дисциплини се наблюдава разнопосочно движение на звената от тялото на спортиста. Например в ски-бягането при последователния ход се съчетава движението на долните и горните крайници в противоположни посоки.

В ски-алпийски дисциплини въведената ски-техника се базира на разнопосочното движение на раменете спрямо краката и таза. Преди началото на завъртането на ските в завоя посредством свиване на долните крайници се намалява натиска върху тях. В следващия момент тежестта на тялото се насочва върху външния на завоя крак съчетано с контразавъртане (противодействие) на раменния пояс. Образуваната двойка сили базирана на възникналата странична сила в предната част на ските и силата на натиска върху ските в зоната на обувките точно в необходимото време завърта ските в посоката на завоя. Посредством дозиран натиск и наклоняване на колената към линията на склона за контролиране на степента на закантване, скиорът определя радиуса на завоя според конкретните условия. Силно изразеното поставяне на ските на кант перпендикулярно на линията на склона предизвиква мощна спираща сила (реакция на опората изразена като презакантване) и възпрепятства вертикалното преместване на скиора. В контакта на ските със склона на действащата мускулна сила надолу съответства върнатата реакция на опората, насочена противоположно на мускулната сила. Двете сили лежат върху едно и също направление и реакцията на опората върху склона е с преобладаващо спиращо действие. Ако закантването е достатъчно краткотрайно и се изпълни преди ските да застанат перпендикулярно на линията на движение по склона, действащата мускулна сила и ответната на нея реакция на опората се разлагат на хоризонтални и вертикални съставящи, при което се осъществява оттласкване познато като „трамплинен ефект”. При ски-алпийски дисциплини и сноуборд се практикува закантването да се извършва така, че да се запази ускорителното движение надолу по склона. Усетът (тайминг) за началото на започване на кривата на завоя, свързан с контрола върху скоростта е критерий за техническата подготовка на спортистите. По този начин при извършването на завои скиорът променя мястото на закантването, което е основният атрибут за контролирането на траекторията и скоростта, а чрез противодействието на раменния пояс спрямо таза и краката изпълнява тези движения от сложно координационно естество. При завъртането на горната част на тялото на спортиста, участие взимат раменете и ръцете. При изпъването им се увеличава инерчният момент на спортиста и намалява ъгловата скорост на завъртане на скиора в завоя и при прибирането им се увеличава скоростта на завъртане. Чрез сгъване и разгъване на ръцете и забиване на щека се контролира ротационното движение на тялото.

При изпълнение на прав удар по футболната топка, се извършва мощна амортизация на опорния крак. Инерционната сила на тялото предизвиква изнасяне на таза напред и туловището се изправя максимално. Преди замахването с удрящия крак, биомеханично целесъобразно е тялото да се изпъне напред и впоследствие по време на удара, сгъването на горната част на тялото, допринася за активно ускоряване на удрящия топката крайник. Движението на тялото на спортиста може да се оприличи на еластичната деформация при лъка, който е силно огънат и при изправянето си изпраща стрелата към мишената. Тялото на спортиста е силно изпънато с изнесена напред поясна част. При замахването с крака се нанася удар по футболната топка, а горната част на тялото се изнася напред. Приложената сила на удрящия крак деформира топката като причинява еластична промяна на обема й. Впоследствие възвръщането на първоначалната форма на топката генерира мощна реактивна сила изтласкваща я в желаната траектория на движението й. Тук е важно да се знае, че ако посоката на силата на удара съвпада с оста на разположение на общия център на тежестта, топката лети, без да има въртеливо движение. Ако посоката на силата на удара не съвпада с оста на която се намира ОЦТ, тя придобива въртеливо движение. При параболичния летеж на топката в сила е челното й съпротивление и ефектът на Магнус, обясняващ отклонението на траекторията в една или в друга посока, заради въртеливото движение на топката и взаимодействието й с въздушната среда.

При баскетболистите точната стрелба се съпровожда от правилното извършване на отскока във вертикално направление.

В някои спортове като гимнастиката преди извършване на свръхтрудни упражнения възниква необходимост от задължителни действия, които подготвят спортиста преди упражнения от типа на свръхтрудни отскоци от висилка, прелитания и др. Точният момент за началото на подготвителните действия предшестващи упражнението са гаранция за правилно и безаварийно изпълнение. Подобен механизъм за завъртане на едни звена от тялото спрямо други се наблюдават при спортните игри, футбола и др. при изпълнение на финтови движения.

Изискванията за ъгъла на отскока в леката атлетика са различни като стойността му се променя значително според естеството на упражнението - например висок или дълъг скок.  Точният момент зависи от управлението на движенията при разгъването на кинематичната верига (позиционирането на ОЦТ спрямо вертикалата) и е свързан с получаването на обратна информация за двигателната дейност по външния и вътрешен кръг на управление – чрез сетивата и чрез проприорецепторната усетливост. Усетът за правилното техническо изпълнение на спортната техника е качество присъщо на подготвените спортисти намиращи се в добра кондиция.

Критерий за запазването на импулса

            При въртеливи движения в гимнастиката, фигурното пързаляне, акробатиката, скокове от трамплин във вода се използва законът за запазване на момента на количеството движение, според който той не се изменя, тъй като произведението J . w = const. при липса на външно силово въздействие. Трябва да се има предвид, че при ротационно движение всеки спортист се характеризира с количество движение, което е индивидуално според скоростта и масата му. Евентуалната промяна на инерчния момент (сгъване или разгъване на крайниците) изисква увеличаване или намаляване на ъгловата скорост за запазване на постоянна стойността на произведението

J1. w1 = J2 . w2

            Във фаза на летеж изменението на инерчния момент се използва за контролирано изменение на ъгловата скорост (Фиг.7). При наличие на опора изменението на инерчния момент  изменя ъгловата скорост, което чрез опората (висилката) увеличава амплитудата и дава възможност за успешно извършване на въртежите на висилката.

Контролирано изменение на ъгловата скорост

Съставяне на комплекси за оздравителна дейност за рехабилитация на човека

Упражненията в този комплекс са продължение на показаните рехабилитационни упражнения при радикулит и болка в кръста, които се използват в началото на острия период. Те се включват на следващ етап, когато упражненията от първия комплекс започнат да изпълняват без затруднения и болка, а след изпълнението им не настъпва обостряне на симптомите.

При този втори етап от острия период, рехабилитационните упражнения също имат за цел да възстановят подвижността на ставите и гръбначния стълб и да запазят мускулната сила, противодействайки на обездвижването. В него обаче се включват допълнително и упражнения с изометричен характер (статично напрягане на мускулите) и такива от колянна опора, а натоварването е малко по-голямо.

В по-леките случаи на радикулит и болки в кръста може да се премине директно към този комплекс от упражнения, но преценката за това е най-добре да бъде направена от лекар или кинезитерапевт.

!Някои от тези упражнения може да имат противопоказания за изпълнение, така че преди изпълнението им е да бъде поставена диагноза и да бъде установена причината за болките в кръста.

Упражненията се правят обикновено веднъж или два пъти дневно, всеки ден. Ако при някое от упражненията се усеща болка или дискомфорт, то се изключва и се включва на по-късен етап.

Разтягат се тазобедрените мускули, които обхващат зоната от кръста до предната част на бедрената кост. Седнете на ръба на масата, пейката или леглото. Легнете по гръб и хванете коленете си. Кръстът ви трябва да е прилепнал плътно към повърхността. С две ръце задръжте левия крак към гърдите, а десния пуснете свободно надолу. Задръжте така 10 секунди, след което стегнете мускула, които разтягате. Повторете и направете същото с другия крак. Направете по 2 повторения на всяка страна.

Упражненията в този комплекс са продължение на показаните рехабилитационни упражнения при радикулит и болка в кръста, които се използват в началото на острия период. Те се включват на следващ етап, когато упражненията от първия комплекс започнат да изпълняват без затруднения и болка, а след изпълнението им не настъпва обостряне на симптомите.

При този втори етап от острия период, рехабилитационните упражнения също имат за цел да възстановят подвижността на ставите и гръбначния стълб и да запазят мускулната сила, противодействайки на обездвижването. В него обаче се включват допълнително и упражнения с изометричен характер (статично напрягане на мускулите) и такива от колянна опора, а натоварването е малко по-голямо.

В по-леките случаи на радикулит и болки в кръста може да се премине директно към този комплекс от упражнения, но преценката за това е най-добре да бъде направена от лекар или кинезитерапевт.

Някои от тези упражнения може да имат противопоказания за изпълнение, така че преди изпълнението им е да бъде поставена диагноза и да бъде установена причината за болките в кръста.

Упражненията се правят обикновено веднъж или два пъти дневно, всеки ден. Ако при някое от упражненията се усеща болка или дискомфорт, то се изключва и се включва на по-късен етап.

Разтягат се тазобедрените мускули, които обхващат зоната от кръста до предната част на бедрената кост. Седнете на ръба на масата, пейката или леглото. Легнете по гръб и хванете коленете си. Кръстът ви трябва да е прилепнал плътно към повърхността. С две ръце задръжте левия крак към гърдите, а десния пуснете свободно надолу. Задръжте така 10 секунди, след което стегнете мускула, които разтягате. Повторете и направете същото с другия крак. Направете по 2 повторения на всяка страна.

Разтяга се мускулът в долната част на гърба, който е разположен между горната част на бедрената кост и началото на ребрата. Легнете на земята върху дясната страна на вашето тялото, като използвате за опора предмишницата си. Свийте левия крак и го доближете до стомаха без да отлепяте стъпалото от пода. Бавно повдигнете горната част на тялото си така, че дясната ви ръка да остане изправена. Спрете когато усетите леко разтягане в дясната страна на кръста. Направете по 2 повторения на всяка страна.

Чрез това упражнение се разтягат мускулите обхващащи глутеуса и тазобедрената става. Застанете прави с лице към масата или към друга повърхност с височина стигаща до горната част на бедрата ви. Повдигнете дясното си коляно и поставете крака си така, че цялата му външна част да е върху масата. Кракът ви трябва да е в L-образна форма и да е в една линия с ханша. Наведете се леко напред като опрете ръце върху масата. Направете по две повторения от упражнението.

Изходно положение: тилен лег с изпънати крака. Едновременно повдигане на двете ръце нагоре. Изтегляне на ръцете нагоре, отлепяне на лопатките и задържане за 4-6 секунди. На следващ етап може да заедно с изтеглянето на ръцете може да отлепите леко и главата и горната част на гърба. Направете 5-6 повторения.

Изходно положение: тилен лег с изпънати крака. Свиване на ръцете в юмруци и разтваряне на пръсти. Едновременно с това свиване и разгъване на ходилата в глезените. При всяко свиване на ръцете в юмруци и повдигне на ходилата се задържа по 4-6 секунди с напрягане на мускулите. Направете 10 повторения.

Изходно положение: тилен лег с изпънати крака. Изпълнява се чрез статично напрежение на мускулите на тялото. Стегнете мускулите на гърба, бедрата и ръцете и се притиснете към кушетката или пода за 4-6 секунди, след това ги отпуснете и починете за 7-8 секунди. Повторете няколко пъти.

Изходно положение: тилен лег със сгънати в коленете крака. Издишване и повдигане на главата и горната част на гърба. Задържане за 4-6 секунди в крайно положение със статична работа на мускулите на коремната преса. Повторете 5-6 пъти.

Изходно положение: тилен лег със сгънати в коленете крака. Повдигане на едната ръка нагоре и вдишване. Протягане и докосване на противоположното коляно с повдигане на главата и рамото от земята - издишване. Повторете същото с другата ръка. Направете по 5 повторения за всяка ръка-крак, като ги редувате.

Изходно положение: тилен лег с изпънати крака. Последователно сгъване на ляв и десен крак в коляното. При сгъването петата се движи по постелята.

Изходно положение: тилен лег с изпънати крака.  Едновременно сгъване на двата крака в колене.  При сгъването петите се плъзгат по постелята .

Изходно положение: тилен лег с валяче под глезените. Повдигане на таза със задържане за 4-6 секунди в горно положение.

Изходно положение: колянна опора. Извиване на гърба като дъга. При връщането коремът не се спуска допълнително надолу, а само до неутрално положение.

Изходно положение: колянна опора Спускане на седалището назад и сядане върху пети. Задържане за 4-6 секунди и връщане до изходно положение, без избутване на тялото напред.

Изходно положение: Тилен лег с ръце повдигнати нагоре Изтегляне на гръбнака, чрез избутване с ръце и пети

Методи за биомеханични изследвания

Методите се разделят на два вида - кинематографични и динамографични

Кинематографичните са с предназначение за кинематични изследвания, които са измерване на координати, траектории, скорости, премествания и др. За средни по големина премествания се използват видеометрични методи, които представляват заснемане на движението на спортиста в полето на заснемане на видеокамера и след това кинематичният анализ се извършва с компютърна програма. Това са индиректни методи, тъй като видеокамерата не влиза в контакт със спортиста. За разлика от индиректните методи има и директни динамографични методи, които влизат в контакт със спортиста. Това са велоергометър, динамометрична платформа, станови динамометър, теглилка, ръчен динамометър и др. Динамометричните методи измерват силата на взаимодействие между телата.