Механическая работа мышц в фазе опускания туловища.

В фазе опускания туловища работа мышц направлена на то, чтобы предотвратить слишком быстрое падение тела и тем самым уменьшить ударную нагрузку на пальцы в момент прихода в ИП. Скорость опускания туловища спортсмен регулирует величиной тормозящего усилия мышц. На выбор величины тормозящего усилия оказывают влияние такие факторы, как надёжность хвата, жесткость грифа перекладины, темп подтягиваний и др.

Взаимосвязь между работой мышц в фазе опускания туловища и изменениями потенциальной и кинетической энергии выражается соотношением:

(1.6)

где: - работа мышц в фазе опускания туловища, дж; - масса тела, кг; - ускорение свободного падения, м\с*с; - высота опускания, м; - скорость тела в момент прихода в ИП, м\с.

Если работа мышц равна нулю, т.е. осуществляется свободное падение тела, потенциальная энергия по мере опускания тела на нулевой уровень полностью переходит в кинетическую. И в этом случае в момент прихода в ИП тело спортсмена имеет максимальную скорость, и ее необходимо быстро погасить. Гашение инерции тела сопровождается кратковременной ударной нагрузкой на мышцы, обеспечивающие фиксацию суставов, а также - и это самое главное - на мышцы-сгибатели пальцев, которые обеспечивают надежность хвата.

Видимо, опасность проскальзывания ладоней в месте хвата в момент воздействия ударной нагрузки при гашении скорости и вынуждает спортсмена развивать тормозящее усилие в фазе опускания туловища. Работа мышц при этом будет тем больше, чем меньшую скорость будет иметь тело спортсмена к моменту прихода в ИП. Так, при неуверенном хвате и (или) сильном утомлении мышц-сгибателей пальцев спортсмен медленно, с осторожностью опускается в вис. В этом случае работа мышц (с механической точки зрения) практически равна их работе в фазе подъема туловища, в чем нетрудно убедиться, подставив в формуле (1.6) .

Медленное опускание туловища - это в большинстве случаев вынужденная мера, на которую спортсмену приходится идти для того, чтобы не сорвать хват.

 

Внутренняя энергия.

Рассматривая работу мышц в различных фазах подтягивания, мы до сих пор учитывали только такую работу, при которой сокращение мышц сопровождается перемещением звеньев тела спортсмена, т.е. механическую работу. Но довольно часто при сокращении мышц не происходит видимого перемещения, как, например, при статическом напряжении мышц-сгибателей пальцев во время фиксации хвата. В соответствии с формулой (1.5) механическая работа, в этом случае равна нулю. Но любой спортсмен знает, что удерживать хват в течение длительного времени ничуть не легче, чем выполнять подтягивания, что означает, что с физиологической точки зрения какая-то работа все-таки выполняется. Следовательно, затраты организма при выполнении подтягивании и производимая при этом полезная механическая работа далеко не равнозначные понятия. Таким образом, существует необходимость разделения понятий "работа" в физико-механическом смысле и затрат организма при выполнении этой работы. В связи с этим механическую работу, производимую при выполнении какой-либо физической нагрузки, относят к внешней стороне, а физиологические сдвиги, происходящие при этом в организме - к внутренней стороне нагрузки.

Как выполнение полезной механической работы, так и поддержание статических усилий связано с "переводом функционального состояния организма на более высокий, чем в покое, уровень активности" [1] и невозможно без определенных затрат энергии, количество и скорость превращения которых зависят от величины запросов, предъявляемых организму физическим упражнением.

Другими словами, механическая работа и статические усилия осуществляются благодаря превращению потенциальной химической энергии в сокращение мышечных волокон в процессе расщепления высоко-энергетического вещества аденозинтрифосфата (АТФ). В результате сокращения в мышечных волокнах возникает напряжение, которое либо вызывает движение звеньев тела при укорочении мышцы, либо - если мышца не изменяет своей длины - приводит к развитию статических усилий. Таким образом, и движение и фиксация позы осуществляется за счет убыли потенциальной химической энергии при расщеплении АТФ.

Химическая энергия является одной из форм внутренней энергии, т.е. такой энергии, которая зависит от состояния физического тела.

В организм человека разнообразные, богатые потенциальной химической энергией вещества поступают с растительной и животной пищей. Находящаяся в белках, жирах и углеводах пищи потенциальная химическая энергия в процессе обмена веществ превращается в различные формы химической и физической энергии. Энергия, освобождаемая при расщеплении АТФ - единственного прямого источника для мышечных сокращений - при мышечной деятельности переходит в механическую энергию, а также рассеивается в виде тепла [17].

Так как запасы АТФ в мышцах ограничены, необходимо постоянное ее восстановление. Чем интенсивнее протекает мышечная деятельность, тем большее количество АТФ требуется затратить и восстановить. В зависимости от силы и продолжительности сокращения мышц восстановление запасов АТФ может происходить несколькими способами. Способы восстановления (ресинтеза) АТФ неравноценны по эффективности, а это означает, что техника и тактика выполнения физических упражнений могут оказывать существенное влияние на результат. Ресинтез АТФ, а также другие биохимические и физиологические процессы в дальнейшем будут рассмотрены более подробно.

 

 

Мощность работы.

До 1994 года правилами соревнований по полиатлону было предусмотрено подтягивание без учета времени. Тогда результат спортсмена определялся по количеству технически правильно выполненных подъёмов туловища, которые он был в состоянии выполнить, подтягиваясь в удобном для себя режиме. При подтягивании с жестким контролем времени, спортивный результат определяется тем количеством подтягиваний, которые спортсмен успевает выполнить в течение заданного времени. В таких условиях решающую роль играет не столько способность спортсмена длительное время поддерживать определённые мышечные усилия, сколько его способность за ограниченное время выполнить максимальный объем работы.

Кроне того, запрещение использования клеящих веществ для обработки ладоней сильно усложнили задачу тем спортсменам, которые использовали липкие свойства канифоли для компенсации недостаточного уровня развития статической выносливости мышц-сгибателей пальцев. Дело в том, что ту часть работы мышц по удержанию хвата, которая раньше выполнялась за счет липких свойств наносимых на ладони веществ, теперь - при использовании магнезии - вынуждены выполнять сами мышцы.

Таким образом, фактор лимита времени вынуждает спортсмена выполнять подтягивания более интенсивно, чем прежде, а запрет на использование клеящих веществ заставляет его увеличить силу статического напряжения мышц-сгибателей пальцев. В обоих случаях это ведет к увеличению скорости превращения потенциальной химической энергии в сокращение мышечных волокон, а значит требует и увеличения мощности ресинтеза АТФ.

Под мощностью в данном случае будем понимать количество энергии (АТФ), образующейся в единицу времени.

(1.7)

где: - мощность энергопродукции, Дж/с; - количество энергии, Дж; - время, с

Если же рассматривать только механическую работу, производимую при выполнении подтягиваний, то мощностью следует называть величину, равную отношению произведенной работы ко времени, в течение которого она произведена.

(1.8)

где: - мощность механической работы, Дж/с; - механическая работа мышц, Дж; - время, с.

Когда работа и энергия измеряются в джоулях, а время - в секундах, мощность измеряется в дж/с. Эта единица имеет специальное название - ватт (вт).

Так как в полезную механическую работу превращается только часть химической энергии, энергетическая мощность более полно характеризует интенсивность мышечных усилий при выполнении нагрузки. Но химическую энергию измерить сложно, поэтому при расчетах обычно пользуются мощностью механической работы, так как работа, произведенная при подтягивании, легче поддается вычислению.

Для примера попробуем рассчитать механическую мощность, развиваемую спортсменом массой 70 кг в фазе подъема туловища, если высота подъема 0.5м, а время подъёма 1с.

Учитывая, что движение тела спортсмена в фазе подъема туловища не является равномерным и, следовательно, мощность в процессе подъема изменяется по неизвестному нам закону, на основе приведенных данных мы можем рассчитать среднюю мощность, развиваемую мышцами в фазе подъема туловища.

 

где: - средняя мощность работы мышц, вт; - работа мышц, дж; - время работы, с; - масса тела, кг; - ускорение свободного падения, м/c*c; - высота подъема, м.

 

Следует иметь в виду, что оперируя понятием "мощность механической работы" мы совершенно не учитываем затраты энергии на поддержание статических усилий, которые в некоторых случаях могут достигать значительных величин. Так, в момент "зависания" спортсмена в верхней части траектории, когда он пытается дотянуться подбородком до уровня грифа перекладины, на удержание положения виса на согнутых руках затрачивается огромное количество энергии, в то время как механическая работа при отсутствии движения равна нулю.