Биомеханика

БИОМЕХАНИКА

Да, нелегко истине проникнуть в сопротивляющийся ум.

Х.Л. Борхес 

БИОМЕХАНИКА — наука  о рычагах человеческого тела. Изучает виды и взаимодействие рычагов  в теле человека при выполнении технических  действий:

— Чем больше опора  — тем сильнее удар.

— При смещении центра тяжести в сторону удара возрастает его мощность.

— Чем ниже находится  центр тяжести тела, тем устойчивей будет позиция, тем сильнее будет  удар.

— М х V = F, масса х скорость = сила удара (для увеличения силы удара необходимо увеличить массу или скорость).

— При последовательном участии большего количества мышц увеличивается  сила удара.

— Если большую силу применить в меньший отрезок  времени, резко возрастает эффект от действия этой силы.

— Дистанция играет большую роль в ударе (или толчок, или удар не достает).

— Сильнее удар по прямой линии (параллельно полу).

— Мощность удара  Р = Ркинет.+ Рстатич.

— Скорость тела (передв.) = ударная скорость конечностей + Рк Рст

— Скорость удара  зависит:

1. От реакции мозга.

2. От реакции тела (импульс).

3. От скорости  работы мышц (координация), конечностей.

4. От скорости  движения тела.

— Разница между  закрепощением и расслаблением  определенных мышц увеличивает скорость удара.

— Разрушительная сила удара зависит от того, под каким  углом он нанесен к ударяемой  плоскости.

— Сила удара на плоскости  разделяется на:

1. Разрушительную (которая входит в эту плоскость).

2. Скользящую (которая скользит вдоль плоскости). 

— При изменении  угла, под которым нанесен удар к плоскости тела от 90 град. (cos 90 град. = 0, потери 0) разрушительная сила уменьшается, а сила скольжения увеличивается (cos 0 = -1, вся сила уходит в потери).

— Надо, чтобы потери были минимальными, т. е. сила скольжения равнялась 0, значит, удар должен наноситься под углом 90 град. (cos 90 град. = 0).

— Чем больше удар отклоняется от перпендикуляра к  плоскости тела, тем меньше разрушения в этом ударе.

— При защите нужно  использовать свое тело под таким  углом, чтобы больше было потерь в  ударе, принятом на ваш участок тела.

— В КАРАТЕ-ДО практически  все удары, блоки, передвижения тела построены таким образом, что  всегда присутствует вращение, т. е. движение по окружности.

— При линейном и  круговом ударе рукой присутствует вращение бедер, плеч, кулака.

Биомеханическая модель, участвующая в движении, выверена веками. Нельзя отказываться от столь  богатого опыта, дабы не изобретать новое  колесо. Движения, выполняемые каратэком, кажутся естественными и произвольными. При тщательном рассмотрении оказывается, что все движения подчинены определенным физическим принципам.

Один из важнейших  принципов — сохранение энергии. Рассмотрим пример движения маятника. При колебательных движениях  маятнику необходим лишь начальный  импульс потенциальной энергии, после чего движение осуществляется практически без расходования этого  запаса энергии, и для осуществления  работы по преодолению сил, препятствующих движению, требуется периодически добавлять  маятнику минимальный импульс энергии. Максимально возможная работа по перемещению массы тела маятника в пространстве при маятниковом  движении происходит в момент полного  перехода потенциальной энергии  в кинетическую, т. е. в момент наибольшей скорости. Если направление совершения работы будет совпадать с направлением вектора скорости, то, согласно закона сохранения энергии, "при любых процессах, происходящих в замкнутой системе, ее полная энергия не изменяется".

Тело человека можно  рассматривать как систему рычагов. Движение этой системы полностью  подчинено законам биомеханики. Поэтому, если требуется совершение работы в определенном направлении  системой "человек", используя  принцип сохранения энергии в  замкнутой системе, необходимо наличие  перехода одного вида энергии в другой. Так, например, боксер при нанесении  серии сильных ударов руками скручивает бедра и плечи то в одну, то в другую сторону. И именно в момент окончания движения рукой происходит резкое снижение скорости движения руки, и, одновременно с этим — сильное  скручивание в бедрах и плечах, что создает накопление импульса потенциальной энергии, позволяющее  произвести следующий удар. Рассмотрим рисунок.

Из этого рисунка  видно, что начало движения "А" соответствует окончанию движения "В". Эти моменты накладываются один на другой и между ними нет временного разделения. В отрезок времени t' совершается максимальная работа импульса В, но в то же время происходит начало движения А, вследствие того, что в А в этот момент времени максимальное накопление энергии Р. Поэтому во время t' происходит как бы 2 движения одновременно А и В (потенциальное и кинетическое). Чтобы движение не прерывалось, а переходило одно в другое, необходимо следить, чтобы всегда одно движение служило источником энергии другого движения. При соблюдении этого принципа происходит минимальный расход энергии и в два раза сокращается время на совершение следующего движения. За время t" совершается движение В и половина А.

Принцип эффективности  криволинейного движения, который применяется  в КАРАТЕ-ДО.

Рассмотрим задачу по перемещению тела массой m из точки А в точку В. Расстояние между А и Б равно S. Работа по перемещению массы m из А в В зависит от величины приложенной силы и расстояния, на котором действует сила:

А = FS

Согласно первого закона Ньютона, во время равномерного прямолинейного движения на тело не действуют внешние силы, а значит, — и не совершается работа. Если пренебречь силой трения на пути АВ, то при перемещении массы m по прямой АВ со скоростью V на тело будет действовать сила F, на отрезке АА' разгоняющая массу из состояния покоя до скорости V и на отрезке В'В останавливающая массу m.

График изменения  скорости при таком движении представляет собой равнобедренную трапецию.

При перемещении  тела по окружности АВ с той же скоростью

величина силы F и  время воздействия на тело массы  m практически то же самое. Бесконечно малый отрезок дуги можно рассматривать как отрезок прямой. За счет увеличения пути увеличивается лишь время перемещения.

t=S/V

Если учесть присутствие  силы трения Fтр., то при движении по прямолинейному отрезку воздействие этой силы максимально, т. к. оно направлено против движения.

В случае движения по окружности сила трения компенсируется центробежной силой и с увеличением  скорости стремится к 0. Поэтому, при  движении тела по окружности сила трения минимально воздействует на движущееся тело, а значит, — и расход энергии  минимальный.

Q1 — количество  энергии, расходуемой при прямолинейном  движении тела, учитывая скорость  трения. Q2 — количество энергии,  расходуемой при движении тела  по окружности. S — длина пути.

Может показаться, что  при движении по окружности за счет удлинения пути должно произойти  увеличение времени движения. Это  не совсем так. При движении по окружности легче увеличить скорость за счет присутствия центробежной силы.

Во вращательном движении происходит увеличение силы удара выпрямленной руки, если направление  разгиба совпадает с направлением центробежной силы, т. е. разгиб происходит от центра вращения по радиусу. Тогда  сила выпрямленной руки складывается с центробежной силой.

Скорость движения тела по окружности изменяется обратно  пропорционально квадрату радиуса вращения.

Возможность выигрыша в скорости дает существенный выигрыш  в силе, т. к. энергия удара пропорциональна  первой степени массы и квадрату скорости (Е = mV/2). Следовательно, если вдвое утяжелить вес, то и удар будет в 2 раза сильнее, а если увеличить в 2 раза скорость, то удар в 4 раза будет сильнее (круговой удар на 30% -40% быстрее прямого).

— Устойчивость

Устойчивость повышается при:

— понижении центра тяжести;

— при увеличении площади опоры;

— при вращении (устойчивость будет тем выше, чем больше скорость).

Итак, устойчивость зависит от трех компонентов, и для  того, чтобы сохранить или увеличить  устойчивость, необходимо сохранить  или увеличить суммарный потенциал  устойчивости.