Построение модели объекта.
Наиболее простой и адекватной моделью опорно-двигательного аппарата спортсмена может быть плоская модель, состоящая из двух рук (предплечье с кистью, плечо), двух ног (бедро, голень, стопа), туловища с головой. Поскольку мышцы ног выполняют в беге основную работу, то следует моделировать мышцы нижних конечностей для двух ног (опорной и маховой).
Умозрительный эксперимент.
Спринтер имеет перед началом приземления большой запас кинетической и потенциальной энергии. Это обуславливает особенность техники отталкивания.
Рассмотрим сначала функционирование опорной ноги за период опоры. Нога ставится вперед слегка согнутой, поскольку только в этом случае, мышцы разгибатели коленного и тазобедренного сустава могут преодолеть внешние силы, а часть кинетической и потенциальной энергии накопить в себе. Для увеличения момента силы в мышцах ТБС следует еще в полете активировать мышцы задней поверхности бедра.
В этом случае двусуставные мышцы (длинная головка двуглавой, полусухожильная и полуперепончатая) помогут удержать туловище от падения вперед, уменьшат глубину подседа, повысят эффективность функционирования биомеханизма перевернутого маятника, т. е. вращения всего тела вокруг точки опоры, перевода поступательной энергии тела во вращательную. Дальнейшая активность мышц-разгибателей ТБС, очевидно создаcт основную величину импульса силы, направленного на поддержание горизонтальной скорости движения ОЦМТ. Следовательно, кинематическая цепь — туловище, бедро, голень, стопа — обеспечивает действие биомеханизмов:
- перевернутого маятника;
- загребающей постановки ноги;
- накопления энергии упругой деформации в растягиваемых мышцах;
- разгибания суставов ноги с акцентом на разгибание ТБС.
Рассмотрим вклад биомеханизма махового движения ноги. При торможении тела энергия не исчезает, в частности, она вызывает ускорение вращения маховой ноги. Центробежные силы в центрах масс звеньев маховой ноги увеличивают загрузку опорной ноги, а после прохождения ЦМ маховой ноги вертикали и начала торможения маховой ноги кинетическая энергия ее переходит в кинетическую энергию вертикального вылета ОЦМТ.
Рассмотрим вклад биомеханизма махового движения двух рук. В беге руки двигаются на встрече друг к другу, поэтому они не могут способствовать созданию продвигающей силы (в отличие от маховой ноги), горизонтальные составляющие силы всегда направлены на встречу друг к другу и взаимно компенсируются.
Иначе соотносятся вертикальные составляющие силы, возникающие в центрах масс звеньев рук. На опоре обе руки сначала двигаются вниз, а значит сначала разгружают опорную ногу. При прохождении около вертикали ЦМ рук центробежные силы начинают загружать опору, как и инерционные силы, возникающие при ускоренном движении ЦМ рук вверх. Торможение рук в конце опоры должно передать их кинетическую энергию ОЦМТ, т. е. должно произойти увеличение длительности полета.
Очевидно, что центробежные силы, действующие на руки, должны увеличить загрузку мышц-разгибателей тазобедренного (ТБС) и коленного (КС) и голеностопного (ГС) суставов, однако увеличение запасов энергии упругой деформации может произойти только в разгибателях голеностопного сустава, т. е. в основном в икроножной и камбаловидной мышцах, поскольку коленный сустав по ходу отталкивания почти не меняет своей формы.
Следовательно, вертикальное положение ЦМ рук должно согласовываться с максимальным сгибанием коленного сустава опорной ноги. В этот же момент должно произойти максимальное ускорение в разгибании маховой ноги в ТБС, что также должно увеличить вертикальную составляющую опорной реакции. Далее идет разгибание в ГСС, КС и ТБС одновременно. Руки продолжают вращение и начинают тормозится, что облегчает процесс отталкивания.
Таким образом, рациональное отталкивание характеризуется одновременным и скоординированным использованием биомеханизмов:
- перевернутого маятника, т. е. падения тела вперед как целого для увеличения вертикальной скорости вылета ОЦМТ и загрузки мышц-разгибателей коленного сустава опорной ноги, вклад этого механизма, видимо, минимален, поскольку время амортизации (опускания ОЦМТ) составляет более 40 % длительности опоры;
- махового движения ноги и рук для увеличения загрузки суставов (увеличения моментов) опорной ноги, с последующим их торможением для увеличения вертикальной скорости вылета ОЦМТ, следовательно, длины шага;
- накопления в мышцах-сгибателях ( подошвенных разгибателях) ГСС опорной ноги энергии упругой деформации (эти мышцы должны растягиваться);
- загребающей постановки опорной ноги, для более раннего приведения основных двигателей — мышц-разгибателей ТБС в активное состояние.
Экспериментальное обоснование эффективности функционирования биомеханизмов в спринтерском беге.
С целью проверки степени влияния геометрии масс тела на технику бега был выполнен эксперимент на трех испытуемых (масса 60–90 кг, длина тела 170–190 см, квалифицированные легкоатлеты). Каждый атлет выполнял имитацию бега на месте для определения максимального темпа движений руками, бег на отрезке 50 м, последние 20 м пробегались с постоянной скоростью.
С начала выполнялось 5 попыток в нормальных условиях, от попытки к попытке скорость возрастала от 3 до 9 м/с. Затем опыт повторялся с грузом 1 кг в каждой кисти. Бег фиксировался на видеопленку. Камера устанавливалась на высоте 1,4 м, отстояла от линии бега на расстоянии 30 м. Далее при покадровом просмотре определялось время преодоления отрезка 12,2 м, длительность цикла бега, а далее вычислялись скорость, темп и длина шага.
