Эргономическая биомеханика

    Методы  педагогической кинезиологии полезны  при освоении упражнений первой группы и совершенно необходимы при обучении сложным двигательным действиям.

    И еще одно замечание. Объединяя смысловой  образ оптимальной техники со зрительным и кинестетическим, необходимо контролировать не только правильность выполнения двигательных действий, но и знания по технике. При этом выявляются пробелы в знаниях и становится явной следующая иерархия уровней подготовленности ученика: не знаю — не делаю, знаю — не делаю, не знаю — делаю, знаю — делаю. Эти ступени, подобно лестнице, ведут к вершине технико-тактического мастерства.  

Понятие о суггестивных методах  обучения в эргономической биомеханике.

    Методы  программированного обучения и педагогической кинезиологии упорядочивают процесс передачи знаний. Они активизируют познавательную деятельность ученика, дают ему возможность осваивать эффективную технику и тактику шаг за шагом и сразу правильно, без досадных «проб и ошибок». Тем самым обучение становится более целенаправленным и значительно ускоряется. Но существуют и другие, еще более интенсивные методы обучения. Это суггестивные методы.

    Суггестология (от suggest — намекать, наводить на мысль) — наука о внушении. В соединении с педагогикой суггестология  образует суггестопедию — новый раздел педагогики, разрабатывающий приемы ускоренного обучения (Г. Лозанов, 1970 г.). В отличие от других, суггестивные методы достигают цели в обход логики, во многом напоминают игру и потому не требуют от ученика значительных волевых усилий. Как известно, именно так обучаются маленькие дети.

    Исследованиями  психологов, психиатров и нейрохирургов  установлено, что человек использует лишь ничтожную часть возможностей своего мозга. Существуют колоссальные резервы, о чем говорят, например, факты «сверхзапоминания» (до 1000 иностранных слов за сеанс) особо одаренными людьми и обычными людьми в состоянии гипноза. Суггестивные методы обучения опираются на эти резервы и активизируют их.

    Для того чтобы активизация резервов мозга стала возможной, необходимо преодолеть «критически-логический» антисуггестивный барьер, т. е. ситуацию, когда, привыкнув к ограниченности своих возможностей, человек из соображений здравого смысла не верит в свои сверхвозможности.

    Например, известно, как трудно увеличить результат спринтеру высшей квалификации, достигшему своего «потолка». И. П. Ратов и его сотрудники добивались этого с помощью приспособления, которое они назвали облегчающей подвеской. Над беговой дорожкой электромотором со скоростью бегуна перемещался блок с ремнями, подтягивающими спортсмена кверху и тем самым снижающими силу тяжести. При этом результат в спринтерском беге, естественно, оказывался выше обычного. Это способствовало формированию навыка «сверхбыстрого» бега, придавало бегуну уверенность, и в дальнейшем он улучшал свой результат на соревнованиях.

    Той же цели могут служить и другие тренажеры для физической и технико-тактической  подготовки спортсменов, а также  людей, занимающихся физкультурой.   

Кинематика  ходьбы и бега. Топография работающих мышц

    Ходьба  и бег относятся к самым  древним способам передвижения.

    За 70 лет жизни человек совершает  в среднем 500 миллионов шагов и  преодолевает путь, приблизительно равный расстоянию от Земли до Луны (384 тыс. км.).

    Мы  привыкли, что идти пешком — это значит идти медленно. Но в наш век больших скоростей и ходьба стала стремительной. Победитель Кубка мира в спортивной ходьбе в 1983 г. прошел 20 км со средней скоростью 15,9 км/ч.

    Результаты  в беге также не стоят на месте. Мужчины в 100-метровом спринте перешагнули десятисекундный барьер, а женщины освоили марафон.

    Будучи  «фундаментальными человеческими  движениями», ходьба и бег интересны  сами по себе. Но, кроме того, ввиду  своей общедоступности они используются для изучения общих закономерностей  циклических локомоций.

    Как и во всех циклических локомоциях, при ходьбе и беге скорость передвижения прямо пропорциональна длине  шага и темпу (рис. 69):

    

    Рис. 69. Скорость как произведение длины и частоты шагов; пунктир — изоспида  
(все точки изоспиды соответствуют одной и той же скорости)

    

    где v — скорость передвижения (м/с); l — длина шага (м); п — частота шагов (1/мин). Чтобы определить темп ходьбы или бега, обычно регистрируют число шагов в минуту, или частоту шагов (Так же поступают и в конькобежном спорте. Но в плавании, гребле и велоспорте определяют темп как число циклов в минуту, а длиной шага считают расстояние, преодолеваемое за один цикл. В велоспорте это расстояние называется укладкой).

    Одна  и та же скорость может быть достигнута при разных сочетаниях длины и  частоты шагов. Кривая, все точки  которой соответствуют одной  и той же скорости, называется изоспидой. На рис. 69 изображены две изоспиды. Видно, что увеличить скорость можно тремя способами: повысив длину шага, подняв темп и увеличив одновременно и длину, и частоту шагов.

    На  рис. 71 показано, что каждый полуцикл обычной ходьбы состоит из пяти фаз (римские цифры). Фазы отделены друг от друга пятью граничными позами (арабские цифры). Шагающий человек на рисунке изображен в граничных позах. Назовем эти позы и фазы между ними для одного полуцикла:

    1 —  отрыв стопы правой ноги от опоры;

    I — подседание на левой (опорной) ноге, ее сгибание в коленном суставе;

    2 — начало разгибания левой ноги;

    II — выпрямление левой ноги, ее  разгибание в коленном суставе;

    3 — момент, когда правая нога в процессе переноса начала опережать левую;

    III — вынос правой ноги с опорой  на всю стопу левой ноги;

    4 — отрыв пятки левой ноги от опоры;

    IV — вынос правой ноги с опорой на носок левой ноги;

    5 — постановка правой ноги на опору;

    V — двойная опора, переход опоры с левой ноги на правую.

    Во  втором полуцикле фазы и граничные позы те же, только в их названиях правую ногу нужно заменить левой, а левую — правой.   

    

    Рис. 71. Фазы ходьбы, граничные позы и элементарные действия 
(по Д. Д. Донскому, переработано)    
 
 

    

    Рис. 73. Фазы и граничные позы бега 
 (по Д. Д. Донскому, переработано)   
 

    Когда говорят о фазовом составе  двигательного действия, имеют в виду движения всего тела (в данном случае обеих ног). Но для понимания механизмов ходьбы нужно знать, какие элементарные действия выполняются каждой ногой. По времени они не всегда совпадают с фазами ходьбы (см. рис. 71). В периоде опоры выполняются: амортизация, перекат с пятки на всю ступню, отталкивание и перекат со всей ступни на носок. В периоде переноса нога сначала сгибается, а затем разгибается в коленном суставе. Из элементарных действий формируются фазы.

    Фазовый состав бега показан на рис. 73. Каждая половина цикла состоит из четырех фаз (римские цифры), отделенных друг от друга граничными позами (арабские цифры). В том числе:

    1 —  отрыв левой стопы от опоры;

    I — разведение стоп;

    2 — начало выноса левой ноги вперед;

    II — сведение стоп с выносом левой ноги вперед;

    3 — постановка правой стопы на опору;

    III — амортизация, или подседание со сгибанием правой (опорной) ноги;

    4 — начало разгибания правой ноги;

    IV — отталкивание с выпрямлением правой ноги до отрыва от опоры.

    Вторая  половина цикла симметрична первой. В названиях фаз и граничных поз правая нога заменяется левой и наоборот.  

Динамика  ходьбы и бега.

    Человек является самодвижущейся системой, поскольку  первопричиной его движений служат внутренние силы, создаваемые мышцами  и приложенные к подвижным звеньям тела. К внутренним относятся и силы инерции, приложенные к центрам масс разгоняемых и тормозимых звеньев тела («фиктивные» силы инерции) или к другим звеньям тела либо к внешним предметам («реальные» силы инерции) (рис. 74).

    Сила  инерции (F_ин) равна произведению массы всего тела или отдельного звена на его ускорение и направлена в сторону, противоположную ускорению. Поэтому сила инерции замедляет и разгон, и торможение.

    Наряду  с внутренними на человека действуют  внешние силы. При ходьбе и беге к ним относятся: сила тяжести, сила реакции опоры, сила сопротивления воздуха (см. рис. 74).  

    

    Рис. 74. Силы, действующие на человека во время ходьбы и бега: G — сила тяжести, F_ин — сила инерции, Р — вес тела, R_ст и R_дин — статический и динамический компоненты реакции опоры, F_B — сила сопротивления воздуха; обратите внимание: 1) F — сила действия ноги на опору (как и сила реакции опоры) содержит две составляющие: вертикальную и горизонтальную; 2) если линия действия опорной реакции не проходит через общий центр масс тела, то возникает опрокидывающий момент (показано круговой стрелкой)  

    Сила  тяжести (гравитационная сила) приложена  к центру масс и равна произведению массы тела на ускорение земного тяготения:

    

    Например, при массе тела 50 кг сила тяжести  близка к 500 Н.

    Сила  лобового сопротивления воздуха  приложена к центру поверхности тела. Она увеличивается пропорционально квадрату скорости. Например, при скорости 9 м/с сила лобового сопротивления воздуха в 4 раза больше, чем при скорости 4,5 м/с, и в 9 раз больше, чем при скорости 3 м/с. Расчеты показывают, что при скорости бега 8 м/с ее величина достигает 20 Н.

    Сила  реакции опоры не является движущей силой. Но ее измеряют и изображают графически (см. рис. 74), для того чтобы  определить результат совместного  действия всех сил (и внутренних, и  внешних). Как же формируется опорная реакция?

    Отталкиваясь  от опоры, человек воздействует на нее  с силой отталкивания, которая  состоит из двух компонентов: статического — веса (постоянного и равного  силе тяжести) и динамического компонента. Динамический компонент может иметь место только при движениях, выполняемых с ускорением, когда все тело или отдельные звенья разгоняются или тормозятся. Наиболее отчетливо это видно на динамограммах подтягивания, приседания и т. п.  

Энергетика  ходьбы и бега.

    При ходьбе и беге механическая энергия определяется скоростями движения тела и его звеньев и их расположением, т. е. кинетической и потенциальной энергией. При ходьбе и беге человек затрачивает энергию не только на горизонтальные, но и на вертикальные и поперечные перемещения общего центра масс.

    В зависимости от фазы цикла величина кинетической и потенциальной энергии  тела изменяется. Характер этих изменений  в ходьбе и беге принципиально  различен. Кинетическая и потенциальная  энергия в ходьбе изменяется в  противофазе; например, в момент постановки ноги на опору максимум кинетической энергии совпадает с минимумом потенциальной, а в беге — синфазно (например, в высшей точке полета максимум кинетической энергии совпадает с максимумом потенциальной). Следовательно, при ходьбе происходит рекуперация энергии, т. е. ее сохранение путем перехода кинетической энергии в потенциальную энергию гравитации и обратно, а при беге этот вид рекуперации практически отсутствует. Зато при беге значительно более выражен другой вид рекуперации, когда кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию сокращающихся мышц, действующих подобно пружине.

    Энергозатраты на 1 м пути при ходьбе меньше, чем  при беге, но только при низких скоростях  передвижения. При высоких скоростях  бег, наоборот, экономичнее ходьбы. Зона, где более выгоден бег, отделена от зоны, где более выгодна ходьба, граничной скоростью. Граничная скорость определяется числом Фруда (Ф), которое вычисляется по формуле

    

    где g — ускорение земного тяготения (м/с²); v —скорость передвижения человека (м/с); L_o —высота общего центра масс тела в основной стойке (м).  

    

    Рис. 77. Энергетическая стоимость метра пути при различных сочетаниях длины и частоты шагов: пунктир — изоспиды; сплошные линии— линии одинаковых величин частоты пульса; стрелками указаны оптимальные по экономичности сочетания длины и частоты шагов