Биомеханика ходьбы и бега - Во власти снега

Биомеханика ходьбы и бега - Во власти снега - LoveToSki.ru
13.12.2010 15:53 - Обновлено 23.10.2015 15:59
Обе локомоции, ходьба и бег обладают некоторыми общими особенностями,
выражающимися в том, что каждая нога поочерёдно бывает опорной и переносной.
Поэтому фазовый состав каждой их локомоций сходен по строению.
Разделение на фазы.
При ходьбе и беге важную роль играют цикл движений одной конечности и цикл шагов,
выполняемых обеими конечностями одновременно. Цикл движений одной конечности
имеет общие для обеих форм локомоций закономерности.
Цикл движений конечностей при беге и ходьбе можно разделить на две фазы: опоры и
маха или переноса ноги. Если внутри выделенных фаз рассмотреть более подробно
характер двигательных действий, то каждую из фаз можно разделить следующим
образом:
·
в фазе опоры есть подфаза амортизации и подфаза активного отталкивания
ногой;
·
в фазе переноса маховой ноги выделяются подфазы маха назад и маха вперёд.
Каждая конечность человека проходит через обозначенные фазы, то есть фазу опоры и
фазу маха (фаза маха в беге называется фазой полёта). Положения конечностей,
обозначающие границы фаз имеют следующее деление:
·
в фазе опоры: постановка ноги на опору, опора на всю стопу, отталкивание носком
опорной ноги;
·
в фазе переноса маховой ноги: мах назад, прохождение вертикали, мах вперёд.
Шаговый цикл в ходьбе и беге связан с понятиями одиночного и двойного шагов. В цикле
одиночного шага можно выделить две фазы: опорную и переносную (табл. 1).
Таблица 1. Шаговый цикл в ходьбе и беге
Фаза цикла
одиночного шага
Название фаз цикла
в ходьбе
в беге
1/6
Биомеханика ходьбы и бега - Во власти снега - LoveToSki.ru
13.12.2010 15:53 - Обновлено 23.10.2015 15:59
Опорная
Переносная
Одиночная опора
Двойная опора
Опора
Полёт
Одиночный шаг в ходьбе и беге можно описать следующей формулой:
Шо = Ол + П,
Где Ол – опорная фаза левой ноги, П - переносная фаза.
В двойном шаге замыкается полный цикл ходьбы или бега, однако часто измеряется
длина отдельного шага. При этом необходимо помнить, что на фазы шагового цикла
накладываются соответственно фазы цикла движения одной и другой ноги. Двойной
шаг можно описать следующей формулой:
Шд = Ол + П + Оп + П,
где Оп – опорная фаза правой ноги.
Величина силы реакции опоры.
Динамометрические платформы позволяют зарегистрировать в обычной ходьбе три
составляющие силы реакции опоры: вертикальную и горизонтальные (переднезаднюю и
боковую). Повышенной скорости спортивной ходьбы сопутствуют более высокие, чем при
обычной ходьбе, составляющие силы реакции опоры. Например, первый пик
вертикальной составляющей может быть почти в два раза больше, чем при обычной
ходьбе, но второй, относящийся к отталкиванию, больше только на 10 – 20 %.
Переднезадняя составляющая обычно больше на 50 – 60 % в обеих своих частях, т. е.
тормозящей и ускоряющей. Если движения бёдер и туловища, а также компенсирующие
движения верхних конечностей выполняются технически правильно, то они уменьшают
размах колебательного движения более высоко расположенных точек тела: таза,
середины туловища и головы.
Скорость бега и способ постановки стопы на опору связаны с характером и величиной
силы реакции опоры в беге. Нагрузка на нижние конечности, как правило, больше во
время амортизации, чем отталкивания. При спринтерских скоростях в начале фазы
опоры появляется высокий пик силы реакции опоры, который в пять раз превышает вес
2/6
Биомеханика ходьбы и бега - Во власти снега - LoveToSki.ru
13.12.2010 15:53 - Обновлено 23.10.2015 15:59
тела. Этот амортизационный пик снижается в соответствии со скоростью бега и
способом постановки стопы на опору.
Различают четыре способа постановки стопы на опору. Основной заключается в том, что
сначала в контакт с опорой вступает пятка и внешняя часть стопы: таким способом
бегают спортсмены на всех дистанциях, но наиболее типичен он для стайеров. Плоскую
постановку стопы применяют чаще на средних дистанциях. Более раннее вхождение в
контакт с опорой внешней частью плюсны и последующая плоская опора на всю стопу
типична для большинства спринтеров.
Отталкивание от опоры осуществляется посредством: 1) собственно отталкивания
ногами от опоры; 2) маховыми движениями свободных конечностей тела. Эти движения
должны быть тесно взаимосвязаны в едином действии – отталкивании. От их
согласованности в значительной мере зависит совершенство отталкивания.
Во время отталкивания бегуна от опоры стопа зафиксирована неподвижно (трение
покоя). На стопу как на опорное звено со стороны голени действует давление
ускоряемых звеньев тела, направленное вниз и назад (F отт). Через стопу оно
передаётся на опору. Противодействием этому давлению служит реакция опоры (R оп).
Она приложена к стопе и направлена вперёд – вверх.
Реакция опоры и давление голени приложены к стопе в противоположных
направлениях; они взаимно уравновешиваются и фиксируют стопу на опоре. Реакция
опоры и является той внешней силой, сообщающей ускорение ОЦТ тела во время
отталкивания.
Маховые движения при отталкивании – это быстрые движения свободных звеньев тела,
одинаковые в основном по направлению с отталкиванием ногой от опоры. При маховых
движениях перемещаются ЦМ соответствующих звеньев тела.
Когда ускорения маховых звеньев направлены от опоры вверх вперёд, возникают силы
инерции этих звеньев, направленные к опоре вниз назад. Совместно с весом тела
бегуна, силой отталкивания опорной ноги – они увеличивают силу отталкивания, что
дает прирост количества движения, т. е. увеличивают скорость ОЦМ тела.
Таким образом, маховые движения свободных звеньев тела, одинаковые по
направлению с отталкиванием ногой от опоры, можно считать составной частью
отталкивания. Маховые движения увеличивают силу отталкивания и создают условия
для быстрого завершения отталкивания.
Биодинамика бега.
Бег можно рассматривать как непрерывный ряд прыжков вперёд с одной ноги на
другую. Во время бега фаза опорной ноги чередуется с безопорной фазой полёта, когда
обе ноги находятся в воздухе, т. е. фазы опоры и фазы полёта.
3/6
Биомеханика ходьбы и бега - Во власти снега - LoveToSki.ru
13.12.2010 15:53 - Обновлено 23.10.2015 15:59
В фазе опоры скорость сначала снижается при тормозящем действии реакции опоры, а
потом вновь повышается благодаря движениям отталкивания.
В фазе полёта горизонтальная скорость ОЦМ тела незначительно снижается из-за
сопротивления воздуха.
При умеренных скоростях бега мах ногой длится примерно втрое дольше, чем опорный
период.
Опорный период. Движение в суставах опорной конечности, определяемых
кинематографическим методом свидетельствует, что немедленно после контакта ступни
с землёй в течении короткого промежутка времени в коленном суставе происходит
сгибание, а в голеностопном происходит тыльное сгибание. Когда центр тяжести (ЦТ)
обгоняет опорную ногу и опорное бедро наклоняется вперёд от вертикали,
голеностопный сустав сгибается (подошвенное сгибание), а в коленном и тазобедренном
суставах происходит разгибание, в результате чего ЦТ продвигается в направлении
вверх и вперёд.
Отмечено, что в опорной фазе точкой опоры рычажной системы нижних конечностей
является поясничный отдел позвоночника.
От скорости бега зависит, какая часть ступни первой касается земли. При малых
скоростях нога ставится на опору с пятки или на всю ступню, а при более высоких
скоростях опора начинается с латеральной стороны ступни.
Период опоры при увеличении скорости бега значительно уменьшается. В фазе
отталкивания суставы опорной ноги разгибаются. При беге выявлены вертикальные
колебания тела. Отмечено, что в период опоры ЦТ снижается, а в фазе отталкивания
поднимается.
Маховое движение ноги. Движение ноги при беге можно разделить на две фазы. Во
время контакта с землёй нога поддерживает тело и выталкивает его вперёд. После
отталкивания нога движется из положения сзади в положение впереди туловища – эта
фаза маха (переноса) или фаза возвращения ноги.
В начале фазы маха, когда бедро быстро сгибается в тазобедренном суставе,
происходит также быстрое сгибание голени в коленном суставе. Анализ бега
спринтеров показывает, что когда маховая нога движется вперёд, то сгибание колена и
пронос пятки выполняется бегуном ближе к тазу.
Второй характерной особенностью бега при максимальном проталкивании
высококвалифицированного спринтера является вынос бедра вперёд вверх до
горизонтали в момент, когда толчковая нога отрывается от опоры.
Частота и длина шагов. Длина шага при ходьбе является, очевидно, функцией роста
человека, но изменяется она, как и частота шагов, с увеличением скорости ходьбы. При
4/6
Биомеханика ходьбы и бега - Во власти снега - LoveToSki.ru
13.12.2010 15:53 - Обновлено 23.10.2015 15:59
относительно малых скоростях ходьбы (1 – 2,5 м/с) прирост длины шага больше, чем
частоты: при обычной ходьбы прирост составляет 0,8 – 0,9 м, частота – 110 – 120 шагов в
1 мин (1,8 – 2,0 Гц).
При больших или спортивных скоростях ходьбы (3,9 – 4,7 м/с) дальнейшего прироста
длины шага уже не происходит, однако возрастает его частота. Это связано с
сокращением продолжительности времени шага, прежде всего фазы опоры, и в меньшей
степени – с укорочением фазы маха. В спортивной ходьбе длина шага изменяется от
1,05 до 1,3 м, а частота от 180 до 200 шагов в 1 мин (3,0 – 3,3 Гц).
Длину и частоту бегового шага следует рассматривать в зависимости от скоростей,
развиваемых в беге на различные дистанции. Средние скорости в рекордных забегах на
короткие дистанции достигают 10 м/с и более, в марафонском беге – меньше 6 м/с.
Скорости, развиваемые женщинами, меньше примерно на 15 % в марафонском беге и на
8 – 10 % в спринтерском.
Скорость бега (V) является функцией длины (L) и частоты шага (f): V = L · f.
Средняя скорость бега с увеличением длины дистанции уменьшается: в беге на 100 м.
средняя скорость около 10 м / с., а на марафонской дистанции – свыше 5 м / с.
Кривая рисунка показывает, что при низких скоростях (3,5 – 6.5 м / с) длина шага
увеличивается практически линейно по мере того как увеличивается скорость. При
больших скоростях (7 м / с. и выше) длина одиночного шага меняется относительно мало.
Длина шага в зависимости от длины дистанции изменяется незначительно: в беге на 100
м. ~ 2,20 – 2,10 м., а в беге на 5000 м. ~ 1, 90 – 2,00 м.
Намного существеннее изменяется частота шагов в беге.
Частота шагов увеличивается со скоростью бега. Но линейная зависимость между
частотой шагов и скоростью бега наблюдается лишь до скорости 6,1 м / с., увеличение
скорости за этой точкой происходило больше за счёт частоты, чем длины шагов. То есть
в зоне низких скоростей (3 – 6 м / с) отмечается небольшое увеличение частоты шагов по
мере возрастания скорости. Если же скорость увеличивается от умеренно быстрой до
максимальной (6 – 9 м / с), наблюдается пропорционально большее увеличение частоты
шагов.
Частота шагов по сравнению с длиной шагов увеличивается намного существеннее: с 3,2
шагов / с. – на дистанции 5000 м., до 4,3 шагов / с. – на 100 м.
Время опоры почти в два раза короче, чем во время полёта, причём более резко это
проявляется в спринте.
Время, затрачиваемое на один шаг удлиняется с увеличением длины дистанции:
5/6
Биомеханика ходьбы и бега - Во власти снега - LoveToSki.ru
13.12.2010 15:53 - Обновлено 23.10.2015 15:59
с 1,4 с. – на 100 м., до 2,1 с. – на 5000 м.
6/6