К обучению технике прыжка в длину желательно приступать после некоторой подготовки в спринте, которая обеспечивает стабильность длины шагов и умение развивать достаточно высокую скорость в разбеге.
Выполнение движений в прыжке в длину при условии небольшой скорости разбега несложно. Отталкивание же на высокой скорости представляет большую трудность. Поэтому обучение технике прыжка должно быть тесно связано со специальной тренировкой, направленной на развитие необходимых физических качеств. Специальные упражнения в первую очередь должны быть направлены на развитие высокой скорости в разбеге и выполнение сильного и быстрого толчка.
От чего зависит дальность прыжка
В прыжках в длину с разбега теоретическая дальность полета тела прыгуна зависит от величины начальной скорости полета, угла и высоты вылета общего центра тяжести тела. Сопротивление воздуха незначительно снижает дальность полета. В полете спортсмен уже не может воздействовать на траекторию, полученную в результате разбега и отталкивания.
Исследования техники прыжков показывают, что начальная скорость полета, которая у лучших прыгунов достигает 9,2--9,6 м/сек, определяется в основном скоростью разбега на последнем шаге--10,0--10,7 м/сек. При отталкивании прыгун изменяет направление движения, создает угол вылета (19--24°), обеспечивающий необходимые высоту прыжка (50--75 см) и дальность полета.
При отталкивании прыгун изменяет направление движения. С увеличением результатов время отталкивания сокращается. Объясняется это увеличением скорости движения в разбеге, увеличением угла постановки ноги, угла отталкивания и снижением амплитуды амортизации опорной ноги. Изменение направления движения тела на большой скорости в условиях сокращения времени взаимодействия с опорной требует от прыгуна значительно больших усилий в отталкивании и связано с частичным снижением поступательного движения. Причем снижение прогрессирует с увеличением угла вылета о.ц.т. тела и высоты прыжка.
В разбеге -- возможностью набрать наивысшую скорость на последних 2--4 шагах и умением сохранить способность к отталкиванию.
В отталкивании -- способностью изменить движение тела на определенный (в пределах 20--22°) угол с сохранением начальной скорости полета близкой к скорости разбега.
В полете -- необходимостью продолжать беговые движения и подготовиться к приземлению.
В приземлении -- умением вынести возможно дальше вперед и удержать возможно выше ступни ног.
Характер движений -- амплитуда и свобода движений, распределение величины и направления усилий и их соотношение в этих фазах -- составляет основу общего ритма прыжка в длину.
Поиск наилучшего ритма прыжка -- самая ответственная часть совместной работы тренера и спортсмена.
При совершенствовании техники прыжка следует ориентироваться на средние значения угла вылета (20-- 22°). При превышении средних значений угла вылета возрастает роль начальной скорости полета, а вместе с этим и скорости разбега (каждая 0,1 м/сек на последнем шаге разбега дает 8--10 см в дальности прыжка). И, наоборот, роль усилий при отталкивании возрастает, когда угол вылета в прыжках ниже средних значений.
Страница 5 из 23
Основы техники прыжков
Прыжки
– это упражнения, требующие преимущественного проявления скоростно-силовых качеств в непродолжительное время, но с максимальными нервно–мышечными усилиями. По виду двигательной деятельности прыжки относятся к смешанному характеру движений (циклическому – разбег и ациклическому – полет). По своим задачам прыжки различаются на: а) вертикальные – прыжки с преодолением вертикального препятствия – планки с целью прыгнуть выше (прыжки в высоту и с шестом); б) горизонтальные – прыжки с целью прыгнуть дальше (прыжки в длину и тройной прыжок). Прыжки – вид упражнений, который способствует максимальному развитию скоростно-силовых качеств, концентрации своих усилий, быстрой ориентировке в пространстве.
С помощью прыжков и прыжковых упражнений эффективно развиваются такие физические качества, как сила, быстрота, ловкость и гибкость.
Легкоатлетические прыжки делятся на два вида: 1) прыжки с преодолением вертикальных препятствий (прыжки в высоту и прыжки с шестом) и 2) прыжки с преодолением горизонтальных препятствий (прыжки в длину и тройной прыжок).
Эффективность прыжка определяется в фазе отталкивания, когда создаются главные факторы результативности прыжка. К этим факторам относятся: 1) начальная скорость вылета тела прыгуна; 2) угол вылета тела прыгуна. Траектория движения общего центра массы тела (ОЦМ) в полетной фазе зависит от характера отталкивания и вида прыжка. Причем тройной прыжок имеет три фазы полета, а прыжок с шестом - опорную и безопорную части фазы полета.
Легкоатлетические прыжки по своей структуре относятся к смешанному виду, т.е. здесь присутствуют и циклические, и ациклические элементы движения.
Как целостное действие прыжок можно разделить на составные части:
- разбег и подготовка к отталкиванию - это действие, совершаемое от начала движения до момента постановки толчковой ноги на место отталкивания;
- отталкивание - это действие, совершаемое с момента постановки толчковой ноги на опору до момента отрыва ее от места отталкивания;
- полет - это действие, совершаемое с момента отрыва толчковой ноги от места отталки-вания до соприкосновения с местом приземления;
- приземление - это действие, совершаемое с момента соприкосновения с землей до полной остановки движения тела.
Разбег и подготовка к отталкиванию. Четыре вида прыжка (в высоту, длину, тройной прыжок, прыжок с шестом) имеют свои особенности в разбеге, но также имеют определенные общие черты. Основные задачи разбега - придать телу прыгуна оптимальную скорость разбега, соответствующую прыжку, и создать оптимальные условия для фазы отталкивания. Почти во всех видах прыжки имеют прямолинейную форму, кроме прыжка в высоту способом «фосбери-флоп», где последние шаги выполняются по дуге.
Разбег имеет циклическую структуру движения до начала подготовки к отталкиванию, в которой беговые движения несколько отличаются от движений в разбеге. Ритм разбега должен быть постоянным, т.е. его не следует менять от попытки к попытке.
Обычно разбег соответствует таким физическим возможностям спортсмена, которые наблюдаются у него в данное время. Естественно с улучшением физических функций будет изменяться разбег, увеличиваться скорость, количество шагов (до определенного предела), но ритм разбега меняться не будет. Эти изменения связаны с двумя основными физическими качествами прыгуна, развивать которые следует параллельно - это быстрота и сила.
Начало разбега должно быть привычным, всегда одинаковым. Прыгун может начинать разбег или с места, как бы стартуя, или же с подхода до контрольной отметки начала разбега. Задача прыгуна в разбеге - не только набрать оптимальную скорость, но и точно попасть на место оттал-кивания толчковой ногой, поэтому разбег, его ритм и все движения должны быть постоянными.
Можно выделить два варианта разбега: 1) равноускоренный разбег и 2) разбег с поддержа-нием скорости. Равноускоренный разбег – это вид разбега, когда прыгун постепенно набирает скорость, увеличивая ее до оптимальной на последних шагах разбега.
Разбег с поддержанием скорости – это вид разбега, когда прыгун почти сразу, на первых шагах, набирает оптимальную скорость, поддерживает ее на протяжении всего разбега, несколько увеличивая в конце на последних шагах. Применение того или иного варианта разбега зависит от индивидуальных особенностей прыгуна.
Отличительные особенности последней части разбега (подготовка к отталкиванию) зависят от вида прыжка. Общая отличительная черта - увеличение скорости разбега и движений звеньев тела на этом отрезке разбега, так называемое набегание.
В прыжках в длину с разбега и тройном прыжке с разбега при подготовке к отталкиванию происходит некоторое уменьшение длины последних шагов и увеличение их частоты.
В прыжках с шестом при подготовке к отталкиванию происходит выведение шеста вперед и также увеличение частоты шагов с одновременным уменьшением длины шага.
В прыжках в высоту с разбега этот этап зависит от стиля прыжка. Во всех стилях прыжка, имеющих прямолинейный разбег («перешагивание», «волна», «перекат», «перекидной»), подго-товка к отталкиванию происходит на последних двух шагах, когда маховая нога делает более длинный шаг, тем самым снижая ОЦМ, а толчковая нога делает более короткий быстрый шаг, при этом плечи прыгуна отводятся назад за проекцию ОЦМ. В прыжке «фосбери-флоп» подготовка к отталкиванию начинается на последних четырех шагах, выполняемых по дуге с отклонением корпуса тела в сторону от планки, где последний шаг - несколько короче, а частота шагов увеличивается.
Очень важно наиболее эффективно выполнить технику подготовки к отталкиванию последней части разбега. Скорость разбега и скорость отталкивания взаимосвязаны между собой. Необходимо, чтобы между последними шагами и отталкиванием не было никакой остановки или замедления движений, никакой потери скорости. Чем быстрее и эффективнее произойдет выполнение последней части разбега, тем качественнее будет выполнено отталкивание.
Отталкивание - основная фаза любого прыжка. Оно длится с момента постановки толчковой ноги на опору до момента ее отрыва от опоры. В прыжках эта фаза наиболее кратковременная и в то же время наиболее важная и активная. С точки зрения биомеханики отталкивание можно определить как изменение вектора скорости тела прыгуна при взаимодействии определенных усилий с опорой. Фазу отталкивания можно разделить на две части: 1) создающую и 2) созидающую.
Первая часть создает условия для изменения вектора скорости, а вторая реализует эти условия, т.е. созидает сам прыжок, его результат.
Угол постановки толчковой ноги – это один из главных факторов, определяющих эффективность перевода горизонтальной скорости в вертикальную. Во всех прыжках на место отталкивания нога ставится быстро, энергично и жестко, в момент соприкосновения стопы с опорой она должна быть выпрямлена в коленном суставе. Приближенно угол постановки толчковой ноги определяется по продольной оси ноги, соединяющей место постановки и ОЦМ с линией поверхности. В прыжках в высоту он наименьший, далее, по возрастанию, идут тройные прыжки и прыжки в длину, наибольший угол - в прыжках с шестом с разбега (рис. 1).
Рис. 1. Сравнительная схема положений тела в момент
Постановки ноги на место отталкивания
Чем больше надо перевести горизонтальную скорость в вертикальную, тем угол постановки ноги меньше (острее), нога ставится дальше от проекции ОЦМ. Жесткая и быстрая постановка выпрямленной толчковой ноги связана еще и с тем, что прямая нога легче переносит большую нагрузку, тем более что давление на опору в первой части отталкивания превышает в несколько раз вес тела прыгуна. В момент постановки мышцы ноги напряжены, что способствует упругой амортизации и более эффективному растягиванию упругих компонентов мышц с последующей отдачей (во второй части) энергии упругой деформации телу прыгуна. Из анатомии известно, что напряженные мышцы при их растяжении в последующем создают большие мышечные усилия.
В первой части отталкивания происходит увеличение сил давления на опору за счет горизон-тальной скорости и стопорящего движения толчковой ноги, инерционных сил движений маховой ноги и рук; наблюдается снижение ОЦМ (величина снижения зависит от вида прыжка); выпол-няется растягивание напряженных мышц и связок, которые участвуют в последующей части.
Во второй, созидающей, части вследствие увеличения сил реакции опоры происходит изменение вектора скорости движения тела прыгуна; снижаются силы давления на опору, ближе к окончанию отталкивания; растянутые мышцы и связки передают свою энергию телу прыгуна; инерционные силы движений маховой ноги и рук также принимают участие в изменении вектора скорости движения. Все эти факторы создают начальную скорость вылета тела прыгуна.
Угол вылета – это угол, образующийся вектором начальной скорости вылета тела прыгуна и горизонтом (рис. 2).
Рис. 2. Углы отталкивания и углы вылета ОЦМ в зависимости
От соотношения горизонтальной скорости разбега и вертикальной
Скорости отталкивания в различных прыжках
При V = V 1 высота ОЦМ (А), при V > V 1 угол взлета меньше (А 1 ), при V < V 1 угол взлета больше (А 2 ).
Он образуется в момент отрыва толчковой ноги от места отталкивания. Приближенно угол вылета можно определить по продольной оси толчковой ноги, соединяющей точку опоры и ОЦМ (для точного определения угла вылета применяются специальные приборы).
Основные факторы, определяющие результативность прыжков, - начальная скорость вылета ОЦМ прыгуна и угол вылета.
Начальная скорость ОЦМ прыгуна определяется в момент отрыва толчковой ноги от места отталкивания и зависит от:
Горизонтальной скорости разбега;
Величины мышечных усилий в момент перевода горизонтальной скорости в вертикальную;
Времени действия этих усилий;
Угла постановки толчковой ноги.
Характеризуя величину мышечных усилий в момент перевода части горизонтальной скорости в вертикальную, необходимо говорить не о чистой величине усилий, а об импульсе силы, т.е. величине усилий в единицу времени. Чем больше величина мышечных усилий и меньше время их проявления, тем выше импульс силы, который характеризует взрывную силу мышц. Таким образом, чтобы повысить результат в прыжках, необходимо развивать не просто силу мышц ног, а взрывную силу, характеризующуюся импульсом силы. Эта особенность наглядно выражена при сравнении времени отталкивания в прыжках в высоту стилями «перекидной» и «фосбери».
В первом стиле время отталкивания значительно больше, чем во втором, т.е. в первом случае наблюдается силовое отталкивание, а во втором - скоростное (взрывное) отталкивание. Резуль-таты прыжков в высоту во втором случае выше. Если рассмотреть анатомические признаки этих различий, то увидим, что прыгуны стиля «перекидной» более крупные, с большей мышечной массой ног, чем прыгуны стиля «фосбери», которые худощавы и с меньшей мышечной массой ног.
Угол вылета зависит от угла постановки толчковой ноги и величины мышечных усилий в момент перевода скорости, об этом говорилось выше.
Полет. Эта фаза целостного действия прыжка является безопорной, кроме прыжка с шестом, где полет делится на две части: опорную и безопорную.
Необходимо сразу уяснить, что в фазе полета прыгун никогда не сможет изменить траекторию движения ОЦМ, которая задается в фазе отталкивания, но сможет изменять положения звеньев тела относительно ОЦМ. Для чего прыгун выполняет различные движения руками, ногами, изменяет положение тела в воздухе? Зачем изучать технику полета? Ответы на данные вопросы заключаются в цели этой фазы прыжка. В прыжках в высоту спортсмен своими движениями создает оптимальные условия для преодоления планки. В прыжках с шестом в первой опорной части - это создание оптимальных условий для сгибания и разгибания шеста (для наиболее эффективного использования его упругих свойств). Во второй безопорной части - создание оптимальных условий для преодоления планки. В прыжках в длину - сохранение равновесия в полете и создание оптимальных условий для приземления. В тройном прыжке - сохранение равновесия и создание оптимальных условий для последующего отталкивания, а в последнем прыжке та же цель, что и в прыжках в длину.
Траекторию движения ОЦМ в полете нельзя изменить, но можно менять положения звеньев тела относительно ОЦМ. Так, в гимнастике, акробатике, прыжках в воду происходят различные вращения, но все они выполняются вокруг ОЦМ. Из биомеханики спорта известно, что изменения положений одних звеньев тела прыгуна вызывают диаметрально противоположные изменения в других дистальных звеньях. Например, если опустить руки, голову, плечи в момент перехода через планку в прыжках «фосбери» в высоту, то это облегчает поднятие ног; если поднять руки вверх в прыжках в длину, то такое действие вызовет опускание ног, сократив тем самым длину прыжка.
Следовательно, движениями звеньев тела в полете, мы можем или создать оптимальные условия полета, либо нарушить их и тем самым снизить результативность прыжка. А когда победителя и призеров в прыжках разделяют 1-2 см, то рациональная и эффективная техника движений в полете может сыграть решающую роль.
Приземление. Каждый прыжок завершается фазой приземления. Цель любого приземления в первую очередь - создание безопасных условий спортсмену, исключающие получение различных травм.
Тело прыгуна в момент приземления испытывает сильное ударное воздействие, которое приходится не только на звенья тела, непосредственно соприкасающиеся с местом приземления, но и на дистальные, наиболее удаленные от него звенья. Такому же ударному воздействию подвергаются и внутренние органы, что может привести к различного рода нарушениям их жизнедеятельности и заболеваниям. Необходимо снизить вредное воздействие этого фактора. Здесь два пути: первый - улучшение места приземления; второй - овладение оптимальной техникой приземления. Первый путь получил свое отражение в прыжках в высоту и с шестом. Сначала спортсмены приземлялись в песок, уровень которого был приподнят над поверхностью отталкивания, но все же приземляться было жестко, и спортсмен уделял много времени изучению безопасной техники приземления. Затем пришел век поролона, и место приземления стало значительно мягче, возросли результаты, появился новый вид в прыжках в высоту («фосбери-флоп»), появились фиберглассовые шесты. Стало возможным больше времени уделять самим прыжкам, не задумываясь над приземлением.
Аннотация:
Цель работы заключается в теоретическом обосновании оптимальных биомеханических характеристик в прыжках в высоту. Разработана математическая модель для определения влияния на высоту прыжка: скорости и угла вылета центра масс во время отталкивания, положения центра масс тела спортсмена в фазах отталкивания и перехода через планку, силы сопротивления воздушной среды, влияния момента инерции тела. Выделены основные технические ошибки спортсмена при выполнении упражнений. К биомеханическим характеристикам, повышающим результативность прыжков в высоту относятся: скорость вылета центра масс спортсмена (4.2-5.8 метров в секунду), угол вылета центра масс тела (50-58 градусов), высота вылета центра масс тела (0.85- 1.15 метра). Показаны направления выбора необходимых биомеханических характеристик, которые способен реализовать спортсмен. Предложены рекомендации по повышению результативности прыжков в высоту.
Ключевые слова:
биомеханический, траектория, поза, спортсмен, прыжок, высота.
Введение.
Важной составляющей повышения эффективности движений спортсмена является выбор оптимальных параметров, которые предопределяют успешность выполнения технических действий. Одно из ведущих позиций в таком движении занимают биомеханические аспекты техники и возможности ее моделирования на всех этапах подготовки спортсмена. В свою очередь процесс моделирования требует учета как общих закономерностей построения техники движения, так и индивидуальных особенностей спортсмена. Такой подход во многом способствует поиску оптимальных параметров техники и ее реализации на определенных этапах подготовки спортсмена
Теоретической основой исследований о биомеханических закономерностях спортивных движений являются работы Н.А. Бернштейна , В.М. Дьячкова , В.М. Зациорского , А.Н. Лапутина , G. Dapena , P.A. Eisenman . Необходимость предварительного построения моделей и последующего выбора наиболее рациональных биомеханических параметров движений спортсмена отмечается в работах Адашевского В.М. , Ермакова С.С. , Чинко В.Е. и других.
Важное значение при этом приобретает поиск оптимального сочетания кинематических и динамических параметров прыжка спортсмена с учетом закономерной передачи механической энергии от звена к звену . Такой подход позволяет успешно влиять на результат спортивной деятельности при выполнении прыжка в высоту . При этом рекомендуется использовать математические модели движений , характеристики поз и перемещений спортсмена .
Спортивный результат в прыжках в высоту во многом определяется рациональными биомеханическими характеристиками, которые способен реализовать спортсмен, а именно: скоростью разбега, скоростью отталкивания, углом вылета центра масс тела спортсмена, положением центра масс тела спортсмена в фазах отталкивания и перехода через планку.
Вместе с тем, требуют уточнения некоторые изложенные выше позиции применительно к прыжкам в высоту.
Так Лазарев И.В. отмечает, что определение особенностей техники фосбе-ри-флоп на этапе становления спортивного мастерства, выявление структуры и механизмов отталкивания, разработка и использование в тренировке моделей прыжка является одной из актуальных проблем технической подготовки прыгунов в высоту с разбега. Наибольшее влияние на улучшение спортивных результатов в прыжках в высоту с разбега способом фосбери-флоп оказывают кинематические (высота взлета в безопорной фазе прыжка, скорость разбега) и динамические (импульс отталкивания по вертикальной составляющей, средняя сила отталкивания по вертикальной составляющей, усилия в экстремуме) показатели .
Заборский Г. А. считает, что сравнение модельных характеристик двигательного оптимума с реально воспроизводимой структурой движения прыгуна в отталкивании, позволит выявить такие элементы его технической и скоростно-силовой подготовленности, коррекция и развитие которых позволят ему сформировать индивидуально-оптимальную технику отталкивания в прыжках .
Вместе с тем, в построении моделей прыжка для современных условий соревновательной деятельности все еще остро ощущается необходимость проведения исследований.
Исследования проводились по госбюджетной теме М0501. «Разработка инновационных методов и методов диагностики ведущих видов подготовленности спортсменов разной квалификации и специализации» 2012-2013г.г.
Цель, задачи работы, материал и методы.
Цель работы - теоретическое обоснование основных рациональных биомеханических характеристик в прыжках в высоту, а также в составлении рекомендаций по повышению результативности прыжков в высоту.
Задачи работы
- анализ специальной литературы,
- построение модели для определения влияния на высоту прыжка скорости и угла вылета центра масс во время отталкивания, положения центра масс тела спортсмена в фазах отталкивания и перехода через планку, силы сопротивления воздушной среды, влияния момента инерции тела,
- составление рекомендации по совершенствованию результатов в прыжках в высоту способом «фосбери-флоп».
Предметом исследования были биомеханические характеристики спортсмена, которые способствуют повышению результативности прыжков в высоту.
Объект исследования - спортсмены высокой квалификации - прыгуны в высоту.
В решении задач использовался специальный программный комплекс «КИДИМ», разработанный на кафедре теоретической механики НТУ «ХПИ».
Результаты исследования.
Спортивный результат в прыжках в высоту определяется в основном рациональными биомеханическими характеристиками, которые способен реализовать спортсмен, а именно: скоростью разбега, а, следовательно, скоростью и углом вылета центра масс тела спортсмена, положением центра масс тела спортсмена в фазах отталкивания и перехода через планку. Поэтому очевидна необходимость проведения теоретических и практических исследований для реализации всех перечисленных выше биомеханических параметров с целью получения максимального результата в прыжках в высоту способом «фосбери-флоп».
При этом следует исходить из следующих предпосылок. Высота прыжка определяются в основном биомеханическими характеристиками, которые способен реализовать спортсмен, а именно:
- скоростью разбега,
- скоростью вылета центра масс во время отталкивания,
- углом вылета центра масс спортсмена во время отталкивания,
- положением центра масс тела спортсмена в фазах отталкивания и перехода через планку.
Скорость и угол вылета центра масс спортсмена во время отталкивания являются основными биомеханическими характеристиками в прыжках в высоту.
Скорость вылета центра масс спортсмена во время отталкивания является результирующей скоростью вертикальной и горизонтальной составляющими скорости отталкивания спортсмена.
У мужчин - мастеров высокого класса горизонтальная скорость разбега 6.5 - 8 м/с, а результирующая скорость вылета центра масс спортсмена во время отталкивания 4.5-5.4 м/с.
Высота центра масс тела при отталкивании зависит от антропометрических параметров и способа прыжка. При переходе через планку центр масс тела в зависимости от способа прыжка может быть выше планки (перекидной) или ниже способом «фосбери-флоп».
Угол вылета центра масс спортсмена во время отталкивания выбирается как наиболее рациональный в пределах 56 - 58 градусов к горизонту с учетом силы сопротивления воздуха.
При рациональном сочетании этих биомеханических параметров результат прыжков способом «фосбери-флоп» 2.2 - 2.4м.
Рассмотрим, используя расчетную схему, влияние на скорость отталкивания, а, следовательно, скорость вылета центра масс тела спортсмена, вертикальной, горизонтальной составляющих скорости и угла вылета центра масс тела спортсмена (рис. 1).
v 0 = v = г г + v v ,
Здесь V 0 начальная скорость отталкивания (вылета) центра масс тела спортсмена,
V r =V X - горизонтальная скорость разбега тела (горизонтальная составляющая),
Vв=V Y - вертикальная составляющая скорости отталкивания,
h C0 - высота центра масс тела при отталкивании,
0 =? в - угол вылета центра масс спортсмена во время отталкивания
В проекциях на оси декартовый абсолютной системы координат это равенство имеет вид:
v 0 =v r ; v 0 = v B ; v =v 0 cos?; v =v 0 sin?.
Выражение абсолютной начальной скорости вылета
G - сила тяжести, Mc - момент сил сопротивления воздушной среды, h C - текущая высота центра масс тела, Rc - сила сопротивления воздушной среды.
Сила аэродинамического сопротивления Rc для тел, движущихся в воздушной среде плотностью р, равна векторной сумме R c = R n + R T подъёмной силы -R =0.5c ?sV 2 и силе лобового сопротивления R =0.5c ?sV 2 . При подсчёте этих сил безразмерные коэффициенты лобового сопротивления (c n и c ? ) определяют экспериментально в зависимости от формы тела и его ориентации в среде. Величина S (мидель) определяется значением проекции площади поперечного сечения тела на плоскость перпендикулярную оси движения, V - абсолютная скорость тела.
Рис. 1. Расчетная схема для определения начальных параметров при отталкивании
Рис. 2. Расчетная схема для определения рациональных биомеханических характеристик в фазе полета
Рис.3. Графические характеристики траектории центра масс для различных значений начальной скорости вылета
Известно, что плотность воздуха - ? = 1,3 кг/м 3 . Необходимо отметить, что тело, в полете имеет общий случай движения. Углы поворотов тела в анатомических плоскостях изменяются и при этом, соответственно, изменяется величина S. Определение переменных значений миделя S и коэффициента лобового сопротивления c требуют основательных дополнительных исследований, поэтому при решении данной задачи примем их усреднённые значения.
Также возможно определить и средние значения коэффициента (к), стоящего при V 2 - абсолютной скорости полёта тела в прыжке.
Без учёта подъёмной силы, величина которой очень мала, получим средние значения коэффициента. k=0.5с? ?s
k=0-1 кг/м.
Тогда, R ? =R c =kV 2 .
Составим уравнения динамики плоскопараллельного движения в проекциях на оси координат
Здесь m - масса тела,X c ,Y c - соответствуют проекциям ускорения центра масс, P e x , P e y - проекции равнодействующей внешнихсил действующих на тело, J z - момент инерции относительно фронтальной оси, ? - соответствует угловому ускорению при повороте тела вокруг фронтальной оси, M e z - суммарный момент внешних сил сопротивления среды относительно фронтальной оси.
При движении в плоскости xAy, систему уравнений можно записать так:
Угол между текущими проекциями скорости центра масс тела и вектором скорости.
Решение этой задачи требует интегрирования дифференциальных уравнений движения.
Рассмотрим влияние скорости и угла вылета центра масс тела спортсмена, положения центра масс тела спортсмена в фазах отталкивания, момента инерции относительно фронтальной оси с учетом сил сопротивления воздушной среды.
Результаты расчетов на математических моделях и полученные графические характеристики показывают:
- различные значения моментов инерции тела относительно фронтальной оси во время полёта изменяют значение угловой скорости, а, следовательно, и изменяют значения чисел оборотов N, что при рациональных позах может способствовать более быстрым вращениям вокруг фронтальной оси при переходах через планку,
- для реальных скоростей полёта тела спортсмена, сила сопротивления среды для различных миделей оказывает малое влияние на изменение результата.
- для достижения высоких результатов необходимо увеличивать горизонтальную скорость разбега и, как следствие, начальную скорость вылета, угол вылета центра масс тела, высоту центра масс тела во время отталкивания при их рациональном сочетании.
Полученные расчетные биомеханические характеристики прыжка в высоту являются модельными и в практической деятельности будут несколько отличаться.
В исследованиях Лазарева И.В. были выявлены основные показатели, оказывающие наибольшее влияние на улучшение спортивных результатов в прыжках в высоту с разбега способом фосбери-флоп : А) кинематические показатели:
- высота взлета в безопорной фазе прыжка 0,74 -0,98м;
- скорость разбега 0,55м/с; Б) динамические показатели:
- импульс отталкивания по вертикальной составляющей 0,67 - 0,73;
- средняя сила отталкивания по вертикальной составляющей 0,70 - 0,85;
- усилия в экстремуме 0,62 - 0,84.
Также были установлено, что особенности формирования внутрииндивидуальной структуры техники квалифицированных прыгунов по мере роста спортивного результата характеризуются целенаправленным изменением показателей скорости разбега, угла постановки ноги на отталкивание, пути вертикального перемещения общего центра масс (о.ц.м.) тела в отталкивании, угла вылета о.ц.м. тела. При выполнении отталкивания следует акцентировать внимание на характере постановки ноги на опору с последующим, а не одновременным, ускорением маховых звеньев. Постановка ноги на отталкивание должна выполняться активным беговым движением от бедра. Прыгун должен выполнять постановку ноги с полной стопы, при этом стопа должна располагаться вдоль линии последнего шага разбега .
В работе Заборского Г. А. установлено, что сближение реальных характеристик движения в отталкивании с теоретически оптимальными значениями достигается через увеличение угла склонения центра масс над опорой при входе в отталкивание в условиях постоянства скорости разбега. При этом доля тормозных действий спортсменов в отталкивании уменьшается, а ускоренные маховые движения звеньев тела непосредственно в фазе отталкивания активизируется за счет переноса доли этих движений из фазы амортизации в фазу отталкивания .
Рис. 4. Графические характеристики зависимости траектории центра масс для различных значений углов вылета центра масс тела
Рис. 5. Графические характеристики траектории центра масс для различных значений высоты центра масс тела во время отталкивания
Выводы
Анализ специальной литературы показал, что для обеспечения высокого результата в прыжках в высоту необходимо учитывать ряд многосвязных факторов, которые обеспечивают максимальную высоту полёта тела.
В основном спортивный результат в прыжках в высоту определяются биомеханическими характеристиками, которые способен реализовать спортсмен, а именно: скоростью разбега, скоростью и углом вылета центра масс тела спортсмена, высотой отталкивание центра масс тела спортсмена.
К биомеханическим характеристикам, повышающим результативность прыжков в высоту относятся такие их диапазоны:
- скорость вылета центра масс спортсмена - 4.2-5.8 м/с,
- угол вылета центра масс тела - 50 0 -58 0 ,
- высота вылета центра масс тела - 0.85- 1.15м.
Установлено, что для достижения высоких результатов необходимо увеличивать горизонтальную скорость разбега и как следствие начальную скорость вылета, угол вылета центра масс тела, высоту центра масс тела во время отталкивания при их рациональном сочетании.
Рис. 6. Графические характеристики количества оборотов для различных значений момента инерции относительно фронтальной оси
Рис. 7. Графические характеристики траектории центра масс для различных значений сил сопротивления воздушной среды
Литература:
- Адашевский В.М. Теоретические основы механики биосистем. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2001. - 260 с.
- Адашевський В.М. Метрологія у спорті. – Харків: НТУ «ХПІ», 2010. – 76 с
- Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. - М.: Медицина, 1966. -349 с.
- Біомеханіка спорту / За ред. А.М. Лапутіна. – К.:Олімпійська література, 2001. – 320 с.
- Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1988. - 400 с.
- Дернова В.М. Эффективность применения прыжка в высоту способом «фосбери» в пятиборье у женщин// Вопросы физического воспитания студентов. -Л.: ЛГУ, 1980. -вып.Х1У -С.50-54.
- Дьячков В.М. Прыжок в высоту с разбега// Учебник тренера по легкой атлетике. -М.: Физкультура и спорт, 1974. С.287-322.
- Ермаков С.С. Обучение технике ударных движений в спортивных играх на основе их компьютерных моделей и новых тренажерных устройств: автореф. дис. ... д-ра пед. наук: 24.00.01. - Киев, 1997. - 47 с.
- Заборский Г.А. Индивидуализация техники отталкивания у прыгунов в длину и в высоту с разбега на основе моделирования движений. Автореф.дис.канд.пед.наук. Омск, 2000, 157 c.
- Зациорский В.М., Аурин А.С., Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. - М.: Фис, 1981. - 143 с.
- Лазарев И.В. Структура техники прыжков в высоту с разбега способом Фосбери-Флоп. Автореф.дис.канд.пед.наук, Москва, 1983, 20 с.
- Лапутин А.Н. Обучение спортивным движениям. - К.: Здоров"я, 1986. - 216 с.
- Михайлов Н.Г., Якунин H.A., Лазарев И.В. Биомеханика взаимодействия с опорой в прыжках в высоту. Теория и практика физической культуры, 1981, №2, с. 9-11.
- Чинко В.Е. Особенности технической подготовки прыгунов в высоту с разбега: Автореф. дис. . канд. пед.наук. -Л., 1982. -.26 с.
- Athanasios Vanezis, Adrian Lees. A biomechanical analysis of good and poor performers of the vertical jump. Ergonomics, 2005, vol.48(11-14), pp. 1594 - 1603.
- Aura O., Viitasalo J.T. Biomechanical characteristics of jumping. International Journal of Sports Biomechanics, 1989, vol.5, pp. 89-98.
- Canavan P.K., Garrett G.E., Armstrong L.E. Kinematic and kinetic relationships between an olympic style lift and the vertical jump. Journal of Strength and Conditioning Research, 1996, vol.10, pp. 127-130.
- Dapena G. Mechanics of Translation in the Fosbury Flop.-Medicine and Science in Sports and Exercise, 1980, vol. 12, №1, p.p.37 44.
- Duda Georg N., Taylor William R., Winkler Tobias, Matziolis Georg, Heller Markus O., Haas Norbert P., Perka Carsten, Schaser Klaus-D. Biomechanical, Microvascular, and Cellular Factors Promote Muscle and Bone Regeneration. Exercise & Sport Sciences Reviews. 2008, vol.36(2), pp. 64-70. doi: 10.1097/JES.0b013e318168eb88
- Eisenman P.A. The influence of initial strength levels on responses to vertical jump training. Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 1978, vol.18, pp. 227 - 282.
- Fukashiro S., Komi P.V. Joint moment and mechanical flow of the lower limb during vertical jump. International Journal of Sport Medicine, 1987, vol.8, pp. 15 - 21.
- Harman E.A., Rosenstein M.T., Frykman P.N., Rosenstein R.M. The effects of arms and countermovement on vertical jumping. Medicine and Science in Sports and Exercise, 1990, vol.22, pp. 825 - 833.
- Hay James G. Biomechanical Aspects of Jumping. Exercise & Sport Sciences Reviews. 1975, vol.3(1), pp. 135-162.
- Lees A., Van Renterghem J., De Clercq D., Understanding how an arm swing enhances performance in the vertical jump. Journal of Biomechanics, 2004, vol.37, pp. 1929 - 1940.
- Li Li. How Can Sport Biomechanics Contribute to the Advance of World Record and Best Athletic Performance? Measurement in Physical Education and Exercise Science. 2012, vol.16(3), pp. 194-202.
- Paasuke M., Ereline J., Gapeyeva H. Knee extension strength and vertical jumping performance in Nordic combined athletes. Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 2001, vol.41, pp. 354 - 361.
- Stefanyshyn D.J., Nigg B.M. Contribution of the lower extremity joints to mechanical energy in running vertical jumps and running long jumps. Journal of Sports Sciences, 1998, vol.16, pp. 177-186.
- Volodymyr Adashevsky, Sergii Iermakov, Krzystof Prusik, Katarzyna Prusik, Karol Gorner. Biomechanics: theory and practice. Gdansk, Zdrowie-Projekt, 2012, 184 p.
Легкоатлетические прыжки относятся к упражнениям со смешанной циклически-ациклической структурой. Освоение техники этих упражнений содержит ряд переходных фаз, связывающих ее отдельные части. Сложность этих фаз в том, что в них происходит переключение координации движений с изменением их структуры и перераспределением скорости и усилий. Особенно трудной по характеру переключений и техническому выполнению является фаза перехода от разбега к отталкиванию. В ней заключается динамическая и техническая основы, обусловливающие достижение высоких спортивных результатов. Поэтому главной проблемой во всех прыжках является техническое решение двигательной задачи - в эффективном использовании горизонтальной скорости перемещения прыгуна и мощности отталкивания, т. е. необходимости сообщить телу спортсмена наибольшую начальную скорость вылета под оптимальным углом.
По характеру проявления двигательных качеств легкоатлетические прыжки относятся к упражнениям с преимущественным проявлением скоростно-силовых качеств , которые определяются как способность к проявлению больших величин силы в наименьший промежуток времени.
По направлению движения легкоатлетические прыжки делят на горизонтальные и через вертикальные препятствия. Определение наиболее эффективной техники прыжков объясняется необходимостью достижения наибольшей высоты или длины полета ОЦМТ спортсмена.
Дальность и высота полета тела зависят от начальной скорости и угла вылета и определяются по формулам:
S=(V 0 2 sin2a)/g, h=(V 0 2 sin2a)/2g
где S - дальность полёта ОЦМТ; h - высота полета ОЦМТ (без учета его высоты в момент отталкивания и приземления); V 0 - начальная скорость вылета ОЦМТ; а -угoл вылета ОЦМТ; g - ускорение свободного падения.
Рис. 1. Начальная скорость вылета в прыжках в высоту и в длину
На Рис. 1 представлен график определения начальной скорости вылета в прыжках.
Начальная скорость вылета определяется горизонтальной (Vx) и вертикальной (Vy) составляющими, которые зависят от скорости разбега, угла постановки ноги на отталкивание, величины мышечных усилий и времени их действия в отталкивании.
Угол вылета образуется вектором начальной скорости вылета и линией горизонта. Как известно, максимальная дальность полета тела под углом к горизонту достигается при угле вылета равном 45° (при любой начальной скорости и без учета сопротивления воздуха). Однако при прыжках с разбега прыгун не может перевести свое тело в полет под углом 45°, так как для этого необходимо равенство горизонтальной и вертикальной составляющих. Анализ современной техники прыжков в длину свидетельствует о ведущей роли начальной скорости полета, которая определяется скоростью разбега. Оптимальный угол вылета в прыжках в длину составляет 18-21°. Максимальная высота полета тела достигается при угле вылета равном 90° (при любой начальной скорости и без учета сопротивления воздуха). Однако при прыжках без разбега величины проявления силы в отталкивании значительно ниже. В современных прыжках в высоту угол вылета составляет 50-60°.
Таким образом, основной проблемой во всех прыжках является техническое решение двигательной задачи, заключающейся в эффективном использовании горизонтальной скорости перемещения прыгуна и мощности отталкивания, т. е. необходимости придать телу спортсмена наибольшую начальную скорость вылета под оптимальным углом.
Определенное влияние на дальность полета оказывают скорость и направление ветра, Рекорды в прыжках в длину и тройном прыжке фиксируются при скорости ветра не более 2 м/с.
При описании техники легкоатлетических прыжков выделяют следующие части: разбег, отталкивание, полет, приземление.
В разбеге решаются следующие задачи:
- набрать оптимальную горизонтальную скорость;
- обеспечить положение туловища для эффективного выполнения отталкивания.
В прыжках в длину, тройном прыжке и с шестом необходимо стремиться к достижению максимально контролируемой скорости. При этом в первых двух прыжках на последних метрах скорость разбега спортсмена составляет около 11 м/с. Разбег выполняется прямолинейно, его длина - 21 - 24 беговых шага (40 м). В прыжках в высоту разбег выполняется прямолинейно (способ «перешагивание») или дугообразно (способ «фосбери»), скорость оптимальная, у квалифицированных спортсменов - 7,5 - 8 м/с; длина разбега - 9-11 беговых шагов.
Разбег имеет циклическую структуру до начала подготовки к отталкиванию, когда движения прыгуна несколько изменяются. Ритм разбега должен быть постоянным, т. е. не изменяться от попытки к попытке. В прыжках всегда нужно точно попадать на место отталкивания, поэтому важно сохранять стандартность разбега при изменяющихся условиях его выполнения (ветер, различные покрытия, температура воздуха и др.).
Рис. 2. Соотношение угла отталкивания (бета)и угла вылета (а) в прыжках в длину (а) и в высоту (б)
Важной частью разбега является подготовка к отталкиванию, которая происходит на последних шагах разбега. Во время опоры на маховой ноге происходит некоторое понижение ОЦМТ, что выражается в некотором увеличении угла сгибания ноги в коленном суставе в фазе опоры. Туловище в прыжке в длину и тройном прыжке занимает вертикальное положение, в прыжках в высоту несколько отклоняется назад до 10°. Между последними шагами разбега и отталкиванием не должно быть остановки, замедления движений, потери скорости.
Отталкивание - основная часть прыжка: здесь решается задача сообщить телу максимальную начальную скорость вылета, создать оптимальный угол вылета.
Угловые параметры, характеризующие отталкивание , представлены в табл. 1 и на рис. 2. К ним относятся:
- угол постановки - угол между осью толчковой ноги, проведенной через ОЦМТ (условно основание кости бедра) и точку соприкосновения ноги с грунтом, и горизонталью;
- угол амортизации -ferri угол в коленном суставе толчковой ноги в момент наибольшего сгибания;
- угол отталкивания - угол между осью толчковой ноги и горизонталью в момент отрыва ноги от грунта.
Нога ставится на отталкивание быстро, почти выпрямленная в коленном и тазобедренном суставах, сверху на всю стопу, мышцы должны быть напряжены. В момент постановки толчковая нога испытывает нагрузку в несколько раз превышающую вес тела прыгуна. В первой части отталкивания сила давления на опору увеличивается, нога сгибается, мышцы работают в уступающем режиме. Во второй части отталкивания происходит разгибание толчковой ноги в тазобедренном, коленном суставах и подошвенное сгибание в голеностопном, мышцы работают в преодолевающем режиме. Выпрямление ноги в суставах происходит в определенной последовательности: вначале начинают разгибаться тазобедренные суставы, затем коленные, заканчивается отталкивание подошвенным сгибанием голеностопного сустава. В работу вначале включаются более крупные и медленные мышцы, затем более мелкие и быстрые. Они включаются в работу последовательно, а заканчивают сокращаться одновременно. При этом чем короче и быстрее будет сгибание и растягивание мышц в фазе амортизации (в оптимальных пределах), тем сильнее и быстрее будет их сокращение.
Таблица 1. Угловые параметры отталкивания
Большое значение имеет работа в отталкивании маховых звеньев: рук и маховой ноги. Совместно с весом тела они нагружают мышцы толчковой ноги и этим увеличивают их напряжение и продолжительность сокращения. Как только взмах замедляется, нагрузка на мышцы толчковой ноги резко уменьшается, чем обеспечивается более быстрое и мощное окончание их сокращения. Мах выпрямленными конечностями требует больших мышечных усилий, выполняется медленнее, чем согнутыми, что не выгодно для отталкивания.
В прыжках в длину туловище при отталкивании занимает вертикальное положение. В прыжках в высоту в момент постановки толчковой ноги оно несколько отклонено назад, не более чем на 10°, а в момент окончания отталкивания должно быть вертикально, составляя с толчковой ногой одну линию.
Таким образом, эффективность отталкивания зависит от ряда условий: величины мышечных усилий толчковой ноги, времени их проявления, амплитуды, слитности и одновременности маховых усилий, волевых усилий и умения концентрировать усилия на отталкивании, координации движений.
Полет в прыжках характеризуется параболической формой траектории ОЦМТ прыгуна. В полете прыгун движется по инерции и под действием силы тяжести; в первой половине полета он равнозамедленно поднимается, во второй - равноускоренно падает. В полете никакие внутренние силы прыгуна не могут изменить траекторию движения ОЦМТ. Движениями в полете прыгун может только изменить расположение частей тела относительно ОЦМТ. При этом изменение положения одних частей тела вызывает противоположные изменения в других.
Рис. 3. Вертикальные составляющие результата в прыжках в высоту
В прыжках в высоту в полетной фазе решается задача эффективной реализации набранной высоты взлета.
Результат в прыжках в высоту состоит из трех основных вертикальных составляющих (Рис. 3):
h-1 - высота расположения ОЦМТ в момент отрыва от опоры; h-2 - вертикальное перемещение ОЦМТ после отрыва от опоры; h-3 - эффективность перехода планки, расстояние между максимальной высотой взлета (h-1 + h-2) и планкой.
- Величина h-1 определяется ростом прыгуна, длиной ног, расположением маховых звеньев тела в момент окончания отталкивания.
- Величина h-2 определяется начальной скоростью и утлом вылета, о чем подробно было сказано выше.
- Величина h-3 зависит от расположения отдельных частей тела прыгуна относительно ОЦМТ в полете. Желание уменьшить эту составляющую являлось движущей силой эволюции техники в прыжках в высоту. Так, расстояние между ОЦМТ и планкой при прыжках способом «перешагивание» составляет 10-15 см. При прыжках способом «фосбери» у некоторых высококвалифицированных спортсменов эта составляющая равна 0. Таким образом, действия прыгуна в высоту в полете оказывают непосредственное влияние на результат - преодоление планки на возможно большей высоте.
В горизонтальных прыжках в полетной фазе решаются задачи сохранения равновесия и принятия положения («группировки») для эффективного выполнения приземления. В силу превышения точки вылета ОЦМТ над точкой его приземления нисходящая часть траектории полета является более крутой. Для предотвращения вращения вперед после отталкивания прыгун должен вывести таз вперед и слегка отклонить туловище, немного выпрямить маховую ногу вперед, а затем опустить вниз.
Выбор способа движений в полете определяется индивидуальными возможностями прыгуна. Для новичков способ «согнув ноги» является самым доступным, помогает быстрее овладеть равновесием, вынесением ног и удержанием стоп перед приземлением.
Выполнение группировки начинается с движения бедер вперед, высокого поднимания коленей и небольшого наклона туловища вперед. Ведущим в этом движении должен быть подъем ног, а не наклон туловища. Преждевременный наклон вперед ограничивает возможность подъема коленей и приводит к раннему опусканию ног. Руки должны быть слегка согнуты в локтевых суставах и двигаться вперед, а затем вниз и назад. Опускание рук можно отнести к компенсаторным движениям, за счет которых остальные части тела поднимаются вверх относительно ОЦМТ, что позволяет приземлиться несколько дальше. Если бы прыгун поднял руки, то это вызвало бы опускание ног и, соответственно, раннее приземление.
Роль приземления в разных прыжках неодинакова. Так, в вертикальных прыжках главной задачей является обеспечение безопасности. При проведении занятий и соревнований должно быть организовано место приземления, соответствующее требованиям проведения соревнований.
Рис. 4. Горизонтальные составляющие результата в прыжках в длину
В горизонтальных прыжках (в длину) правильная подготовка и выполнение приземления позволяют улучшить результат, который складывается из трех основных горизонтальных составляющих (Рис. 4):
- Х-1 - расстояние между стопой толчковой ноги и проекцией ОЦМТ в момент окончания отталкивания;
- Х-2 - дальность полета ОЦМТ;
- Х-3 - расстояние между ближним к месту отталкивания следом на песке и проекцией ОЦМТ в момент касания стопами песка.
- Величина X-1 зависит от угла отталкивания и составляет около 3,5 % результата.
- Величина Х-2 определяется начальной скоростью и углом вылета, о чем подробно было сказано выше, и составляет около 88,5 % результата.
- Величина Х-3 зависит от эффективности действий прыгуна при приземлении и составляет около 8 % результата. Стопы касаются песка несколько ближе, чем траектория полета ОЦМТ. Завершается группировка выпрямлением ног и тела с продвижением таза вперед. После касания песка ноги быстро сгибаются в коленных суставах, таз проходит вперед. При полном использовании траектории полета прыгун опускается на ягодицы за следами от приземления пяток.
Безопасность приземления в прыжках в длину обеспечивается приземлением под углом к плоскости песка, а также за счет амортизационного сгибания ног в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах при нарастающем напряжении мышц.
