Методика обучения стойке на голове с согнутыми ногами учеников 6-го класса (стр. 2 из 3)

Неустойчивое равновесие встречается только при нижней опоре в виде точки опоры или отрезка прямой линии. Достаточно отклонить тело в любую сторону, как его ОЦТ опускается ниже, потенциальная энергия уменьшается, момент силы тяжести является опрокидывающим. Такого равновесия в природе не существует — это абстрактная модель. В реальных условиях малейшее отклонение прекращает равновесие.

Рис. 5. Виды равновесия: а – устойчивое; б – ограниченно-устойчивое

Следует упомянуть о безразличном равновесии: при любом отклонении ОЦТ не меняет высоты расположения, момента силы тяжести не возникает (шар, цилиндр, круговой конус на горизонтальной поверхности). У человека такое равновесие может быть только в невесомости. Неустойчивого и безразличного равновесия для человека практически не существует. Равновесие устойчивое наблюдается только в висах, а ограниченно-устойчивое – при нижней опоре.

Рис. 6. Показатели устойчивости в ограниченно-устойчивом равновесии: а – статический (коэффициент устойчивости); б – динамический (угол устойчивости α)

Степень устойчивости тела человека (в разных положениях) характеризуется его статическими показателями – способностью сопротивляться нарушению устойчивости в определенных направлениях, а также динамическими – способностью восстанавливать положение.

Устойчивость определяют для ограниченно-устойчивого вида равновесия. Не следует смешивать вид равновесия со степенью устойчивости. Вид равновесия определяет лишь принципиальные пути сохранения положения. Показатели же устойчивости определяют меру возможностей сохранения положения.

Статический показатель устойчивости определяется отношением двух моментов силы: момента устойчивости к моменту опрокидывания. Это соотношение называется коэффициентом устойчивости (рис. 6, а).

Момент устойчивости (предельный) равен произведению силы тяжести тела на ее плечо относительно линии опрокидывания в самом начале отклонения от положения покоя. По мере увеличения отклонения плечо силы тяжести укорачивается и момент устойчивости становится меньше.

Момент опрокидывания равен произведению опрокидывающей силы и ее плеча относительно той же линии опрокидывания. Когда коэффициент устойчивости больше единицы, тело не опрокинуть. Он характеризует способность тела своей силой тяжести сопротивляться опрокидыванию в данных условиях.

Динамический показатель устойчивости определяется углом устойчивости. Угол устойчивости образован линией действия силы тяжести и прямой, соединяющей центр тяжести с соответствующим краем площади опоры (рис. 6, б).

Физический смысл угла устойчивости заключается в следующем. Чтобы отклонить тело до положения, когда его центр тяжести окажется над линией опрокидывания (граничное положение тела над вершиной потенциального барьера) и возникнет неустойчивое равновесие, нужно повернуть его в соответствующей вертикальной плоскости на определенный угол. Если центр тяжести расположен ниже, а его проекция дальше от края опоры, то момент устойчивости восстановит положение на большем пути отклонения, запас возможностей восстановления больше, степень устойчивости больше.

Угол устойчивости показывает, в каких пределах еще действует момент устойчивости.

Статический и динамический показатели устойчивости в полной мере применимы для оценки положения только твердого тела или в случаях, когда поза человека неизменна. Для человека (как биомеханической системы) при оценке устойчивости положения надо учитывать еще ряд обстоятельств. Во-первых, поверхность опоры почти всегда больше площади эффективной опоры. Это значит, что линия опрокидывания всегда расположена внутри границы поверхности опоры. Мягкие ткани и недостаточно сильные мышцы не могут уравновесить нагрузку, и опрокидывание будет раньше, чем линия тяжести пересечет край опорной поверхности. Во-вторых, тело человека при попытке опрокидывания не сохраняет позы, а изменяет свою конфигурацию, его звенья перемещаются в тех или иных суставах.

Рис. 7. Виды статической работы мышц при сохранении положения: а – удерживающая; б – укрепляющая; в – фиксирующая

Значит, показатели устойчивости твердого тела в применении к телу человека дают возможность только в самой общей форме оценить механические условия его устойчивости.

Следует заметить, что здесь рассматривались только условия равновесия тела, находящегося под действием силы тяжести. При сохранении положения тела человека приходится уравновешивать не только силу тяжести, но и многие другие силы. С точки зрения задачи уравновешивания сил можно выделить три вида статической работы мышц:

1) удерживающая работа – против момента силы тяжести (рис. 7, а); моментами силы тяги мышц уравновешены моменты сил тяжести звеньев;

2) укрепляющая работа – против сил тяжести, действующих на разрыв (рис. 7, б); силы мышечной тяги укрепляют сустав, принимают на себя нагрузку;

3) фиксирующая работа – против сил тяги мышц-антагонистов (рис. 7, в) фиксирующая и других сил; силы мышечной тяги лишают звено возможностей движения, действуя друг против друга по направлению, но совместно по задаче. [6]

С точки зрения механики это одинаковые случаи – уравновешивание сил. С точки зрения биомеханики здесь имеется качественное различие в двигательной задаче и в управлении мышцами при ее решении.

Условия устойчивости тела человека

Устойчивость тела человека определяется его возможностями активно уравновешивать возмущающие силы, останавливать начинающееся отклонение и восстанавливать положение.

Уравновешивание возмущающих сил происходит при равенстве нулю главного вектора и главного момента всех внешних сил. Силы тяги мышц (уравновешивающие силы) никогда не бывают постоянными. Это зависит от не полностью упорядоченного включения и выключения групп мышечных волокон при напряжении мышц, сюда присоединяются и реакции на отклонения, возникшие по этой причине. В связи с этим устойчивость тела человека характеризуется равновесием колебательного типа.

Как уже отмечено, гимнаст не может использовать всей поверхности опоры для сохранения положения тела. Площадь эффективной опоры соответствует зоне сохранения положения. Гимнаст может расположить ОЦТ своего тела в любом месте этой зоны и сохранить положение.

Величина зоны сохранения положения зависит от физических сил гимнаста (возможности сохранения позы) и его технической подготовленности (навык сохранения положения). В ее пределах он может остановить начавшееся отклонение.

Внутри зоны сохранения положения можно выделить меньшую – оптимальную – зону положения ОЦТ тела. В пределах этой зоны гимнаст лучше всего сохраняет требуемое положение. Когда колебания тела выводят ОЦТ тела из оптимальной зоны, устойчивость еще достаточно высокая. Когда колебания тела выведут ОЦТ тела за пределы зоны сохранения положения, наступает опрокидывание. Механическая система не может в этом случае сама под действием только силы тяжести восстановить положение. Без дополнительного внешнего воздействия падение неизбежно.

Гимнаст, стремясь сохранить положение (даже утратив равновесие), с помощью активных действий может еще восстановить положение в известных пределах отклонения. Зона восстановления положения – это область, в которой невозможно равновесие, но из которой гимнаст еще способен вернуться в заданное положение.

Рис. 8. Сохранение положения тела: а – компенсаторными движениями; б – амортизацией

Все зоны (оптимальная, сохранения и восстановления положения) индивидуально очень различны. Они зависят от физических качеств, двигательных навыков, физического и эмоционального состояния спортсмена. Устойчивость тела гимнаста хотя и зависит от механических условий равновесия тела, но определяется главным образом другими факторами. [6]

При упражнениях на снарядах с использованием хвата имеют место удерживающие связи, создаются условия иные, чем при неудерживающей связи (на опоре). Однако всегда основное условие равновесия выполняется.

Управление сохранением положения

Сохранение положения тела гимнаста достигается управлением уравновешивающими и восстанавливающими силами при компенсаторных, амортизирующих и восстанавливающих движениях.

Компенсаторные (компенсация (лат.) – возмещение) движения (рис. 8, а) направлены на предупреждение выхода ОЦТ тела за пределы зоны сохранения положения при возмущающих воздействиях и при собственных движениях на месте. Компенсаторные движения нейтрализуют воздействие возмущающих сил на ОЦТ тела. Эти движения выполняются обычно в то же время, что и отклонения, одновременно с ними. Кроме того, они, как правило, выполняются автоматически, без обращения на них внимания.

Амортизирующие (амортизация (лат.) – погашение.) движения (рис. 8, б) уменьшают эффект действия возмущающих сил. Это обычно уступающие движения, которые направлены в сторону действия возмущающей силы. Они замедляют начавшееся отклонение и останавливают его. Их выполняют (как и компенсаторные движения) одновременно с действием возмущающих сил.