Глава 2. История биомеханики спорта в России 1 страница

А.Г. Кучумов, О.Р. Ильялов, Р.М. Подгаец, Р.Н. Рудаков, Ю.И. Няшин

БИОМЕХАНИКА СПОРТА: ИСТОРИЯ И ЗАДАЧИ. ЧАСТЬ 1

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Оглавление

Введение........................................................................................................................................ 3

Глава 1. История биомеханики спорта в мире................................................................... 5

1.1. Античность................................................................................................................... 5

1.1.1. Гиппократ........................................................................................................... 14

1.1.2. Гален................................................................................................................... 19

1.1.3. Авиценна............................................................................................................ 23

1.2. Средние века............................................................................................................. 88

1.2.1. Уильям Гарвей.................................................................................................... 84

1.2.2. Борелли................................................................................................................ 84

1.2.3. Леонардо Да Винчи........................................................................................... 84

1.3. Новое время............................................................................................................... 88

1.3.1. Исаак Ньютон..................................................................................................... 84

1.3.1. Исаак Ньютон..................................................................................................... 84

Глава 2. История биомеханики спорта в России............................................................ 57

1.2.1. Уильям Гарвей.................................................................................................... 84

1.2.2. Борелли................................................................................................................ 84

1.2.3. Леонардо Да Винчи........................................................................................... 84

Глава 3. Методы спортивной биомеханики...................................................................... 84

3.1. Видеоанализ.............................................................................................................. 84

3.2. Силовые пластины и датчики................................................................................ 88

3.3. Тензодатчики............................................................................................................. 84

3.4. Кинезиологические методы................................................................................... 84

3.5. Антропометрия......................................................................................................... 84

3.6. Клинико-физиологические методы...................................................................... 84

Глава 4. Основные теоремы динамики: применение к задачам биомеханики............ 97

Заключение................................................................................................................................. 99

Библиографический список использованной литературы.............................................. 99

Введение

 

 

В биомеханике изучается структура, функции, а также поведение биологических живых систем с помощью методов механики Спортивная биомеханика – это раздел биомеханики, который занимается различными приложениями данной науки в области спорта и спортсмена. Задачами спортивной биомеханики является не только изучение биомеханических особенностей движений спортсмена с целью улучшения его спортивных результатов, но и изучения влияния других факторов, например, спортивного инвентаря, спортивной обуви или погодных условий (в частности, ветра). Биомеханику спорта принято подразделять на общую, дифференциальную и частную. Общая (теоретическая) спортивная биомеханика решает общие проблемы спортивной биомеханики, взаимосвязь ее с другими науками. Дифференциальная спортивная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательной деятельности спортсмена, в том числе зависящие от возраста, пола, состояния здоровья, уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т. п. Частная спортивная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической подготовки в отдельных видах спорта. Кроме того, к сфере частной биомеханики относятся вопросы биомеханического взаимодействия спортсмена с различным спортивным инвентарем (ракетки, клюшки, биты, мячи, лыжи, весла), а также с механизмами, например, велосипедом.

Основой спортивной биомеханики являются механика, а также анатомия и физиология человека. С помощью механического подхода, производится анализ движений спортсмена, анализ отдельных масс-инерционных характеристик сегментов тела, анализ движения спортивных снарядов и методы обработки сигналов при различных видах анализа, в частности, видеоанализа. Биомеханика спорта основана как на методах механики (законы Ньютона, общие теоремы динамики и т.д.), так и на экспериментальных методах. Следует отметить, что механика тесно связано с применением математических концепций, которым также будет уделено внимание в данном учебном пособии.

Задачи каждой области знания определяют её содержание – её теорию и метод; последние разрабатываются для решения этих задач. Общая задача охватывает всю область учения в целом; частные же задачи важны при изучении конкретных вопросов изучаемых явлений.

Общая задача изучения движений человека в биомеханике спорта – оценка эффективности приложения сил для более совершенного достижение поставленной цели.

Изучение движений в биомеханике спорта в конечном счете направлено на то, чтобы найти совершенные способы двигательных действий и научить лучше их исполнять. Поэтому оно имеет ярко выраженную педагогическую направленность.

Биомеханика физических упражнений - это ветвь биомеханики, изучающая движения человека в процессе выполнения им физических упражнений.

Прежде чем приступить к разработке более совершенных способов действий, следует оценить уже существующие. Отсюда вытекает задача определения эффективности способов исполнения изучаемого действия. Необходимо узнать, от чего зависит их эффективность, в каких условиях и как лучше их исполнять. Для этого следует оценивать их совершенство как соответствие движений поставленной цели. Наиболее полное решение этой основной задачи в спорте даёт материал, необходимый для проведения научно обоснованного тренировочного процесса.

Частные задачи биомеханики спорта состоят в изучении следующих основных вопросов: а) строение, свойства и двигательные функции тела спортсмена; б) рациональная спортивная техника и в) техническое совершенствование спортсмена.

Поскольку особенности движений зависят от объекта движений – тела человека, в биомеханике спорта изучают (с точки зрения биомеханики) строение опорно-двигательного аппарата, его механические свойства и функции с учётом возрастных и половых особенностей, влияния уровня тренированности и т.п.

Для эффективного участия в соревновательной деятельности спортсмен должен владеть наиболее рациональной для него техникой. От того, из каких движений и как построены двигательные действия, зависит их совершенство. Поэтому в биомеханике спорта детально исследуют особенности различных групп движений и возможности их совершенствования. Изучают ныне существующую спортивную технику, а также разрабатывают новую, более рациональную.

Биомеханическое обоснование технической подготовки спортсменов подразумевает: определение особенностей и уровня подготовленности тренирующихся, планирование рациональной спортивной техники, подбор вспомогательных упражнений и создание тренажёров для специальной физической и технической подготовки, оценку применяемых методов тренировки и контроль за их эффективностью.

Данное учебное пособие состоит из двух частей. В первых двух главах первой части пособия содержатся преимущественно исторические сведения о развитии биомеханики спорта как науки в мире и в России. Глава 3 посвящёна экспериментальным методам, использующимся в спортивной биомеханике. В главе 4 приведены основные теоремы динамики в приложении к задачам спортивной биомеханики.

Авторы благодарят сотрудников кафедры теоретической механики: О.В. Титову,
Р.М. Подгайца, Ф.А. Демидова, А.В. Сотина за помощь при написании данного учебного пособия.

 

 

 

		Дифференциальная биомеханика
	Рис. 1. Структура спортивной биомеханики как науки

	Общая биомеханика		Частная биомеханика
		Клиническая биомеханика
			Компьютерная биомеханика

Глава 1. История спортивной биомеханики в мире

 

Античность (Гиппократ, Гален, Авиценна)

 

Медицина в Древней Греции

 

Древняя Греция VI—IV веков до н.э. состояла из ряда мелких городов-государств (полисы). Своеобразие географических и экономических условий древней Греции способствовало тому, что ее народ сыграл крупную роль в развитии культуры. Греция была торговым посредником между более древними странами Азии и Африки и более поздно развившимися странами Южной и Западной Европы, в ней получили широкое развитие ремесла и торговля.

Высочайший внутренний расцвет античной Греции, подъем древнегреческого искусства, науки, философии и культуры был в V веке до н.э.

В поэмах Гомера «Илиада» и «Одиссея» (VIII—VII века до н. э.), описывающих Троянскую войну (XII в. до н.э.) и последующие события, нашли отражение состояние медицины и положение врачей в этот период. В «Илиаде» описаны примеры оказания медицинской помощи раненым: удаление у раненых стрел и копий, вонзившихся в тело, расширение раны и разрезывание окружающих оружие мягких частей для более свободного извлечения. В лице Подалирия и Махаона, сыновей Асклепия, выведены врачи-воины, авторитет которых стоит чрезвычайно высоко: «Стоит многих людей один врачеватель искусный: Вырежет он и стрелу, и рану присыплет лекарством...»

Кроме врачей в войсках во время войн, позднее (к V—IV векам до н. э.) появились врачи и в крупных городах. Общины приглашали этих врачей обычно временно, при возникновении чрезвычайных обстоятельств. Купцов, ремесленников и свободных земледельцев обслуживали врачи, странствовавшие по общинам и городам и останавливавшиеся в них на некоторое время для практики.

В Греции имелись школы, где готовились врачи по типу ремесленного ученичества. Наиболее известны школы у берегов Малой Азии, в Книдосе и Косе. Из школы на острове Кос вышел знаменитый врач Гиппократ.

В ряде городов (Афины, Эгина, Самос) имелись общественные врачи для безвозмездного лечения бедных граждан и проведения мер против эпидемий, домашние врачи у знати и богачей. Странствующие врачи – периодевты обслуживали торговцев и ремесленников Наряду с асклепеионами (помещения, предназначавшиеся для лечения при храмах), продолжали существовать носившие то же название лечебницы и школы врачей не жрецов; имелись и мелкие ятрейи (тип частной лечебницы на дому у врача).

Название «асклепейон» происходит от имени Эскулап – по преданию живший в северной Греции врач, впоследствии был обожествлен и вошел в греческую и мировую литературу в качестве бога врачебного искусства – сына Аполлона «исцеляющего». Обычно Эскулап изображался с большим посохом, вокруг которого обвилась змея – эмблема здоровья и медицины (рис. 1). Существует предание, что символ медицины – чаша со змеёй (рис. 2) – появилось именно в это время. Многие крупные врачи древней Греции и Рима считались его потомками. Покровительницы отдельных отраслей медицины: Гигиея (отсюда термин «гигиена») и лекарственной терапии (Панакея) (рис. 3) считались его дочерьми.

Рис. 1. Эскулап Рис. 2. Чаша со змеёй

 

 

Рис. 3. Панакея

Стоит отметить, что и первые соревнования – Античные олимпийские игры – также зародились в Древней Греции. Проводились соревнования на Пелопоннесе. Согласно легендам Олимпийские игры впервые организовал Геракл и проводились они раз в 5 лет.

Вначале Олимпийские игры не нумеровались, а назывались по имени победителя в единственном виде состязаний, беге на стадию. Имена победителей впервые собрал Парабаллон из Элиды. Гиппий из Элиды упорядочил, расставил по порядку и пронумеровал Олимпийские игры на рубеже V—IV вв. до н. э. Соревнования Античных Олимпийских игр проводились по следующим дисциплинам:

 

Бег (рис. 4)

· Бег на стадию (греч. στάδιον, лат. stadium) — бег с одного конца стадиона до другого на дистанцию в одну олимпийскую стадию (192 м). Первый и единственный вид состязаний с 1-й по 13-ю Олимпиаду.

· Двойной бег (греч. Δίαυλος, diaulos) – бег на две стадии (384 м). Атлеты пробегают стадион, поворачивают вокруг столба и возвращаются назад к старту.

· Долгий бег (греч. δόλιχος, dolichos) — бег на 7 стадий (1344 м). Атлеты, пробегая стадию, разворачивались вокруг столба на одном конце стадиона, затем бежали стадию назад и разворачивались вокруг другого столба. Добавлен в Олимпийские состязания на 15-й Олимпиаде в 720 до н. э.[5] Длина дистанции менялась в разные годы от 7 до 24 стадий (до 4608 м).

· Бег в полном вооружении или бег гоплитов (греч. ὁπλίτης, hoplitodromos) – бег в шлеме, поножах и со щитом на две стадии. Позднее из вооружения оставили только щит. Добавлен в Олимпийские состязания на 65-й Олимпиаде в 520 до н. э. Атлеты соревнуются обнажёнными, как и в других Олимпийских видах за исключением скачек. Бегом гоплитов игры завершались.

 

Единоборства

· Бокс (греч. πυγμή, лат. pugilatus) добавлен в Олимпийские состязания на 23-й Олимпиаде (688 до н. э.). Особым уважением пользовались боксёры, сумевшие победить, не получив удара от соперника. Правилами в боксе запрещался захват соперника, подножки и удары ногами. Боксёры обматывали кисти кожаными ремнями, тем не менее, этот вид состязаний считался самым опасным.

· Панкратион (греч. παγκράτιον) – рукопашный бой, в котором соединялись удары руками и ногами и борцовая техника. Слово является производным от греческих слов «пан» и «кратос», то есть означает примерно «всей силой». Удушение было разрешено, запрещены укусы и выдавливание глаз. Этот вид состязаний ввели в Олимпийские игры в честь мифического основателя игр Геракла, который сумел одолеть огромного льва, только задушив его, потому как шкура льва была неуязвима для оружия.

· Борьба (греч. πάλη, лат. lucta) добавлена в Олимпийские состязания на 18-й Олимпиаде (708 до н.э.). Правилами запрещались удары, но толчки разрешались. Греческий язык имел много терминов для обозначения различных приёмов и позиций. Борьба разделялась на две основные позиции: в стойке и на земле, вернее мягком грунте, посыпанном песком.

· Пентатлон (греч. πενταθλον, лат. quinquertium, pentathlon) — пятиборье, включавшее бег на стадию, метание диска, метание копья, прыжок в длину и борьбу. Добавлено в Олимпийские состязания на 18-й Олимпиаде в 708 до н.э.

 

Конные бега

· Гонки квадриг (рис. 5) (колесницы с четырьмя лошадьми в упряжке). Были введены на 25-й Олимпиаде (680 до н. э.). В гонках квадриги совершали 12 кругов на ипподроме, нередко колесницы опрокидывались на поворотах, калеча возниц. В отличие от бега и единоборств в скачках могли принимать участие только богатые греки и царственные особы, которым под силу было содержать лошадей. Именно владельцы лошадей, а не возницы считались победителями.

· Скачки на лошадях.

· Гонки колесниц с двумя лошадьми в упряжке.

 

 

 

 

Рис. 6. Древнегреческий храм

 

При проведении Античных Олимпийских Игр случались травмы спортсменов, которые зародили так называемую клиническую спортивную медицину. Как уже упоминалось, лечение проводилось в асклепейонах при храмах (рис. 6) (главный из них был при святилище Эскулапа в Эпидавре).

Из лечебных процедур уделялось внимание водолечению и массажу. Но иногда имело место и более активное вмешательство, до хирургических операций включительно. При раскопках обнаружены остатки хирургического и другого медицинского инструментария: ножи, ланцеты, иглы, пинцеты, крючки для ран, костные щипцы, зубные щипцы, долота, шпатели, зонды.

При раскопках обнаружены также слепки больных органов, приносившиеся больными в храмы иногда как жертвоприношения в ожидании излечения, иногда, как благодарность за излечение. Слепки эти изготовлялись из глины, мрамора, драгоценных металлов, представляя в этом случае своеобразный вид гонорара жрецам. Одновременно они дают представление как о болезнях, по поводу которых обращались в храмы, так и об уровне анатомических сведений у древних греков.

Характерной чертой древнегреческой культуры было большое внимание к физическим упражнениям, к закаливанию и в связи с этим к личной гигиене. В современной физкультуре сохранились древнегреческие термины, например стадион и др. Молодежь училась в гимнасиях — школах физических упражнений. На многочисленных греческих вазах – предметах повседневного обихода и одновременно произведениях искусства – сохранились художественные изображения ухода за телом: обливаний, растираний, массажа и т. д. Древнегреческие скульптуры в многочисленных статуях отразили культ здоровья и красоты тела в Древней Греции.

Аристотель (384–322 гг. до н.э.) был самым видным ученым древности. Он был энциклопедист и разрабатывал различные области знания. Сын врача, Аристотель получил также и медицинское образование. Он подвел итоги предшествующего развития науки и изложил их в своих сочинениях, посвященных физике, зоологии, философии, истории и т. п. Сочинения Аристотеля представляют собой сумму сведений того времени о неорганической и органической природе. В «Истории животных» излагалась описательная зоология, в сочинении «О частях животных» — строение органов животных и их функции, работа «О происхождении животных» трактовала начала эмбриологии. Аристотель ставил ряд вопросов, в частности в области медицины, на которые могло дать ответ только последующее развитие науки.

Например, по Аристотелю грудобрюшная преграда имеет назначение защищать благородные органы грудной полости от влияния вредных газов, поднимающихся из желудка.

Александрийские врачи Герофил и Эразистрат наряду с лечебной практикой занимались запрещавшимися прежде вскрытиями трупов. Они значительно приумножили знания врачей о строении организма, а отчасти о его функциях. Особенно большой след оставили исследования названных медиков в области изучения нервной и сердечно-сосудистой систем. В Александрии впервые появились аптеки. Врачи александрийской школы своими исследованиями способствовали накоплению знаний по анатомии и физиологии.

Герофил (около 300 г. до н.э.) был приверженцем гуморальной теории и последователем Платона. Он считал, что организмом правит душа посредством «сил»: мыслящей, чувствующей, согревающей, питающей. Герофил много занимался анатомией, описал сердце, кровеносные сосуды, легочную вену и артерии, оболочки головного мозга, сосудистые сплетения, венозные синусы, желудочки мозга (IV желудочек он считал местопребыванием души), описал сетчатку и стекловидное тело глаза, двенадцатиперстную кишку, проследил ход нервов, обнаружил их связь с головным и спинным мозгом. Он наблюдал сокращения сердца и различал систолу, паузу и диастолу, с помощью водных часов считал пульс и описал его свойства: наполнение, частоту, силу и ритм. В терапии Герофил ввел много лекарственных средств, был предшественником учения о специфическом действии лекарств.

Эразистрат (умер в 280 г. до н.э.) производил вскрытия человеческих трупов и на живых животных изучал функции органов пищеварения, наблюдал перистальтику желудка, считал, что пищеварение происходит благодаря «давлению» желудка на пищу, путем механического перетирания нищи, описал печень и желчные ходы, клапаны сердца и крупных сосудов, высказал предположение о сообщении между артериями и венами, различал двигательные и чувствительные нервы.

Эразистрат создал учение о пневме. Пневма, «жизненный дух», входит в тело с воздухом, проходит в левую половину сердца и далее распространяется по артериям. Пневму Эразистрат считал причиной биения сердца, источником теплоты в теле, процессов питания и пищеварения. Избыток или недостаток пневмы, неправильное и задержанное движение, по мнению Эразистрата, япляется источником многих болезней. Эразистрат различал в теле две системы: 1) сосудистую систему, артерии и брюшные органы и 2) нервную систему. Эразистрат считал, что артерии содержат пневму, вены—кровь. Вены, которые после смерти находили наполненными кровью, считались носителями теплоты. Артерии же, представляющиеся после смерти пустыми, казались египтянам, а позднее грекам и даже средневековым врачам наполненными пневмой, и их центральными пунктами считались крылья носа. Нужная (годная) пневма поступает через нос, трахею и артериями при вдыхании доставляется органам.

Излагая взгляды Эразистрата, Гален писал: «Было бы непонятно, как природа, которая ничего ненужного (излишнего) напрасно не делает, вдруг создала бы два рода различных сосудов, которые должны были бы нести одну и ту же влагу (кровь). Непонятно было бы, куда девается масса воздуха, которую мы постоянно вдыхаем, если бы не было особых сосудов, разносящих ее по всему телу, как бы совершались функции организма, какие при помощи этой пневмы, которая как учили все древние, служит местопребыванием жизненной силы тела».

Появление кровотечений при ранениях артерий Эразистрат объяснял тем, что при этом сначала со свистом выходит пневма, и дабы не образовалось пустое пространство, она тотчас же замещается кровью из соседних вен, сообщающихся с артериями посредством особых соединительных веточек, которые в норме -закрыты, а при патологических процессах открываются. Деятельность мускулов, их сокращение и расслабление Эразистрат ставил в зависимость от наполнения их воздухом или от освобождения их от воздуха. Главной причиной болезней Эразистрат считал плетору, появляющуюся в результате излишества в пище и несварения ее. Избыточная или непереваренная пища засоряет сосуды, отсюда возникают воспаления, лихорадки, язвы и т. п.

 

Медицина в Древнем Риме.

 

Под свою властью Рим объединил большое число стран от Пиренейского полуострова на западе до границ Армении и Персии на востоке, от Британии на севере до Египта на юге.

В Риме в условиях обширного государства медицина получила значительно большие возможности развития, чем в Древних восточных рабовладельческих государствах с их более низким уровнем производительных сил, с их патриархальными пережитками и чем в Древней Греции, раздробленной на ряд мелких городов-государств. Высокий уровень развития государственности выразился в создании постоянной армии. Далекие походы римских легионов в местности, резко различающиеся по климату и санитарным условиям, способствовали возникновению разнообразных заболеваний. Чтобы сохранить боеспособность армии и оказывать хирургическую помощь в сражениях, нужна была организованная военно-медицинская служба. Были созданы военные госпитали (валетудинарии, буквально – здравницы), выделены лагерные врачи, врачи легионов и т. п.

До нашего времени сохранились следы санитарных сооружений, обслуживавших мирные нужды крупных городов римского государства и прежде всего самого Рима. Большое число рабов позволяло осуществлять строительство крупных сооружений по городскому благоустройству и санитарии: водопроводов, канализации, бань и пр. Памятником городского благоустройства Древнего Рима остаются и крупные бани-термы (с III века до н.э. и позднее); некоторые из них были рассчитаны на тысячи купающихся одновременно. При термах имелись площадки для физических упражнений и состязаний, для отдыха и принятия пищи, для народных собраний и пр.

В законах римлян имелись постановления санитарного характера: запрещение хоронить внутри города, предписание пользоваться для питья водой не из Тибра, на берегах которого расположен Рим, а ключевой водой с Сабинских гор и др. Наблюдение за проведением санитарных мероприятий входило в обязанность специальных городских чиновников (неврачей) — эдилов.

В императорском Риме была введена должность архиятров — главных врачей, наблюдавших за другими врачами. Впоследствии архиятры были введены в отдаленных провинциях Римской империи как должностные лица для наблюдения за здоровьем римских воинов и чиновников. Врачи состояли при цирках, театрах, общественных садах, а позднее при возникших объединениях ремесленников.

Врачеванием в Древнем Риме занимались обычно иноземцы – сначала рабы из военнопленных, затем вольноотпущенники и приезжие; иностранцы: преимущественно греки или выходцы из стран Востока—„ Малой Азии, Египта и др. Положение врачей в Риме отличалось от их Положения в Древней Греции. В Греции врачебная деятельность являлась делом личного соглашения больного и лечащего его врача; государство привлекало врачей к работе во время эпидемий или войн. В Риме были элементы государственной врачебной деятельности и врачебного дела. В Риме медицина получила большие возможности для своего развития и в значительной степени утратила связи с религиозными установлениями. Храмовая медицина в Риме играла незначительную роль.

Асклепиад (128–56 г. до н.э.) в основу своих медицинских воззрений положил философское учение Эпикура и Лукреция. Асклепиад происходил из греческого города Прузы в Малой Азии.

Асклепиад поселился в Риме, где занимался врачебной деятельностью. По учению Асклепиада, человеческий организм состоит из атомов. Они образуются из воздуха в легких и из пищи в желудке, затем поступают в кровь и разносятся ею по организму, где и потребляются тканями для питания и восстановления вещества. В тканях атомы движутся по невидимым канальцам (порам). Если атомы движутся в порах беспрепятственно и в тканях располагаются правильно, то человек здоров. Причину болезни Асклепиад видел в нарушении правильного расположения атомов, в смешении жидких и газообразных атомов и в нарушении движения атомов, их застое, который приводит к изменению плотных частей. Ближайшей причиной нарушения движения атомов в порах и расположения их в тканях Асклепиад считал излишнее сужение или расслабление пор. Состояние пор зависит от вредностей климата, местности и образа жизни человека — вредностей питания, недостатка движения.