Биомеханика шагательных движений и ходьбы

Основные понятия

Ходьба - это двигательное действие в результате реализации двигательного стериотипа (выполняются автоматически без участия сознания).

Походка - особенности поз и движений при ходьбе, характерные для конкретного человека.

Осанка - привычное положение тела человека в покое и движении, в том числе при ходьбе.

Опорная нога - нога, которая в данный момент опирается об опору, другая нога выносится вперёд - переносимая или свободная нога. При ходьбе тело не теряет соприкосновения с землей: оно опирается на землю то одной, то двумя ногами.

Передний и задний шаг (рис.5)

Рисунок 5. Характеристики переднего и заднего шага.

 

Полный цикл движений при ходьбе (рис.6).

 

Цикл хотьбы – полный комплекс движений от контакта пятки стопы опоры до следующего контакта этой же пятки. Полный цикл состоит из двойного шага, включающего 2 одиночных (коротких) шага. Одиночный шаг, в свою очередь, состоит из двух простых шагов, заднего и переднего. Короткий шаг при ходьбе - это расстояние между точкой опоры пятки одной ноги и центром опоры пятки контралатеральной ноги.

	Рисунок 6. Короткий и двойной шаг при ходьбе.

Полный цикл ходьбы для каждой ноги состоит из фазы опоры (60% от цикла двойного шага) и фазы переноса конечности (40%) (рис. 7 и 8). Имеется 2 вида опоры при полном цикле ходьбы: двойная опора – опора двумя ногами; одинарная опора – только одной ногой.

Рисунок 7. Фазы полного цикла хотьбы.

Рисунок 8. Характеристики фазы опоры и фазы переноса конечности при ходьбе.

 

Параметры ходьбы (рис.9):

n Линия перемещения центра масс тела,

n База опоры - расстояние между двумя параллельными линиями, проведёнными через центры опоры пяток параллельно линии перемещения

n Разворот стопы - угол, образованный линией перемещения и линией, проходящей через середину стопы (центр опоры пятки и точка между 1 и 2 пальцами)

n Ритмичночть ходьбы — отношение длительности переносной фазы одной ноги к длительности переносной фазы другой ноги.

n Скорость ходьбы — число больших шагов в единицу времени (для взрослого - 113 шагов в минуту)

Рисунок 9. Основные параметры ходьбы.

 

 

Особенности «Спортивной ходьбы» (рис.11).

n Приземление на более выпрямленную, нежели при обычной ходьбе, ногу. При этом коленные суставы находятся почти все время в разогнутом положении.

n Движения рук, отведенных и приподнятых, порывисты.

n Период двойной опоры очень сокращен, но в то же время нет фазы полета.

 

Рисунок 11. Фазовый анализ спортивной хотьбы. Периоды опоры заштрихованы; вверху — левая нога, внизу — правая

 

 

Биомеханика бега

Особенности биомеханики бега (рис.12)

n Цикл движения похож на ходьбу, те же силы и группы мышц.

n Отсутствие фазы двойной опоры

n Наличие фазы полета (вместо двойной опоры)

n Более быстрое отталкивание и под более острым углом, чем при ходьбе

n Больший наклон туловища

n При приземлении нога частично согнута в коленном суставе (амортизация)

n Приземление может быть:

q С носка (при большой скорости): больше длина шага, больше амортизация, но больше напряжение сгибателей стопы и пальцев, которые выполняют толчок, следовательно, они не отдыхают и быстро устают

q С пятки (при небольшой скорости). слабая амортизация, сильный удар.

q С латерального края стопы ( это лучше, чем с пятки), но для это-

го нужно в фазу полета расслабить все мышцы голени (это умеют

только квалифицированные спортсмены)

 

Рисунок 11. Фазовый анализ бега.

 

Биомеханика прыжка

Прыжок с места

 

n Сложное, ациклическое, переместительное, одновременно – симметричное движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности, полетом и приземлением.

n ОЦТ описывает параболу (аналогичен броску).

n Для прыжка важно, чтобы в момент отделения от земли все части тела оставались неподвижными относительно друг друга, иначе часть энергии расходится зря.

n Силы: сила тяжести – во все фазы, сила реакции опоры – кроме фазы полета.

 

Фазы прыжка с места

I. Подготовительная фаза.

n Приседание

n Разгибание в голеностопном суставе, сгибание – в коленном и тазобедренном суставах.

n Тело выдвигается вперед, ОЦТ выносится за площадь опоры, начинается падение.

II. Фаза отталкивания.

n Сгибание в голеностопном суставе, разгибание в коленном и тазобедренном суставах, взмах руками вверх (поднимает ОЦТ).

n Передача толчка на центр тяжести тела

n Сокращение мышц создаёт силу, которая преодолевает силу тяжести

III. Фаза полета.

n Траекторию центра тяжести задана (изменить ее могут внешние силы)

n Изменение в положении ОЦТ (сгибание ног, взмах рук) удлиняет фазу полета.

IV. Фаза приземления.

n Мышцы нижней конечности производят уступающую работу, уменьшая сотрясение тела.

n Амортизация сгибанием в коленном и тазобедренном суставах

n ОЦТ вынесен назад, но падению препятствует инерция верхних частей тела.

n Вдох – в момент отрыва (подъем рук), выдох – при приземлении.

 

Биомеханика плавания

 

Плавание (наряду с греблей) относится к циклическим локомоциям, осуществляемым по принципу отталкивания от жидкой среды. Взаимодействие пловца с водой создаёт силы, продвигающие его в воде и удерживающие на ее поверхности. При плавании силы, тормозящие продвижение, значительны, переменны и действуют непрерывно. Постоянная опора для отталкивания вперед отсутствует, опора создается во время гребковых движений и остается переменной по величине.

 

Динамика плавания: Силы, действующие на тело человека в воде

По направлению различают вертикально- и горизонтально-направленные силы. Суммируясь, силы обеспечивают плавучесть тела в неподвижном состоянии и продвижение вперед при плавании.

В е р т и к а л ь н о - н а п р а в л е н н ы е силы (рис.12):

n С и л а т я ж е с т и G = mg, где т - масса тела, кг; g - ускорение свободного падающего тела, м/с2.

n В ы т а л к и в а ю щ а я (архимедова) сила F = Q-pв,

где Q - объем тела, см3; рв - удельный вес воды, г/см3.

q Приложена к центру объема тела, который не совпадает с ОЦМ → возникновение вращающего момента → опускание ног человека, неподвижно лежащего в воде

Рис.12. Направление и точки приложения силы тяжести и выталкивающей силы.

n Подъемная сила (Рис. 13)

q Появляется при обтекании тела потоком воды

q Пропорциональна площади горизонтального сечения тела и скорости набегающего потока и зависит от угла атаки

Рисунок 13. Характеристики подъемной силы.

 

Горизонтально-направленные силы (рис.13)