Расчет движения тела спортсмена на линейной хронограмме

Сравнение значений углов в плечевых, тазобедренных, коленных и голеностопных суставах с рациональным значением углов, приведенных в табл. 13, позволяет дать рекомендации по совершенствованию позы спортсмена при динамическом старте.

Для оценки рациональности динамического старта нужно воспользоваться данными таблиц, чтобы ответить на следующие вопросы:

Какой тип пропорций тела характерен для данного спортсмена?

Относительно каких суставов наблюдаются наибольшие и наименьшие значения моментов сил тяжести?

Затруднено ли сохранение динамического равновесия, и в каком направлении?

Какие рекомендации можно дать спортсмену по совершенствованию динамического старта?

8. Расчет кинематики и динамики ударного действия

Цель работы - провести анализ фазового состава, характера и вида удара по мячу в теннисе.

Исходные данные:

I) осциллограммы характеристик теннисного удара: № I - отметка времени (расстояние между вершинами зубцов соответствует 0,02 с); № 2 - гониограмма локтевого сустава бьющей руки теннисиста; № 3 - электромиограмма длинного лучевого разгибателя запястья (р.з.); № 4 - тензометрическая отметка времени ударного взаимодействия ракетки с мячом;

2) варианты заданий: Vн мяча относительно центра ракетки в момент начала контакта с нею; Vк - то же в момент окончаний контакта; щн - угловая скорость ракетки относительно земли до удара; щк - то же после удара; Jр - момент инерции ракетки относительно поперечной оси, проходящей через ее ручку = 0,04 кгм2; Mm - масса мяча = 0,057 кг.

Задания.

Определить фазовый состав ударного действия по углу локтевого сустава, изменение этого угла и ритма ударного действия,

Определить характер удара ("хлесткий" или "давящий") по длительности электрической активности (ЭА) мышцы - разгибателя запястья;

Определить вид удара (с отскока, по приему подачи с лета) по соотношению вклада кинетической энергии ракетки и энергии напряженных мышц руки теннисиста (за время ударного взаимодействия).

Порядок выполнения работы

Этап 1. Определение фазового состава ударного действия

По гониограмме локтевого сустава бьющей руки теннисиста определить границы фаз ударного действия:

I фаза: замах - уменьшение угла локтевого сустава (),

II фаза: разгон ракетки - увеличение ;

III фаза: удар - отметки на тензограмме от начала до окончания ее изменения;

IV фаза: торможение - начальное уменьшение до начала его резкого уменьшения;

V фаза: возвращение в исходное положение - быстрое сгибание руки.

Этап, П. Определение ритма и характера удара

Рис. 14. Характеристики удара справа в теннисе (I - отметка времени = 0,02 с, 2 - электрогониограмма - изменение угла в локтевом суставе; 3 - тензометрическая отметка удара; 4 - электрическая активность длинного лучевого разгибателя запястья; 5 - хронограмма удара)

Под осциллограммой нарисовать хронограмму фазового состава, измерить по отметкам времени длительности фаз, углы локтевого сустава, граничные моменты и формулу ритма (соотношение длительностей фаз):

(рис.14)

Измерить длительность ЭА мышцы - разгибателя запястья во II фазе ударного действия. При длительности больше 0,24 с характер удара "давящий". Здесь больше используется работа напряженных мышц в течение ударного взаимодействия. Такой удар обычно применяется при ударах по мячу с лета. Уровень ЭА мышц в подготовительной фазе средний, а во время удара - высокий.

При длительности ЭА мышцы - разгибателя запястья меньше 0,24 с характер удара "хлесткий". Здесь больше используется кинетическая энергия ракетки и бьющих звеньев, накопленная при подготовке удара. Такой удар чаще применяют при игре с отскока. Уровень ЭА мышц в подготовительных фазах невысокий, а в фаза самого удара - высокий.

Если длительность ЭА мышцы близка к 0,24 с±0,02 с, вклады энергии примерно равны и характер удара как бы смешанный, Это бывает при приеме подачи, а также при выполнении ударов с отскока в сложных условиях.

Этап III. Определение вида удара по динамическим характеристикам ударного действия

За время удара ударный импульс (Р) равен изменению количества движения мяча:

Р = Mм(Vк+Vн)

поскольку он уменьшает скорость мяча (до удара) до нуля и придает ему скорость в обратном направлении.

Определив величину ударного импульса и использовав его в уравнении

,

получить полную энергию ударного взаимодействия (Е), затраченную на остановку мяча и придание ему начальной скорости. Величина полной энергии ударного взаимодействия приближенно складывается из разности кинетической энергии ракетки до и после удара (ДЕр), кинетической энергии прилетающего мяча (Ем) и энергии напряженных мышц (ДЕн.м.):

Е = ДЕр+Ем. +Ен.м.

Определив первые два слагаемых:

Подсчитать вклад энергии мышц (Ен.м.):

Ен.м. = Е-ДЕР-Ем

Показателем динамической структуры удара (р) служит соотношение вкладов кинетической энергии в энергии мышц. Соотношение этих вкладов при ударах: а) с отскока n> I (примерно в 3 раза), б) по приему подачи n?1; в) при ударах о лёта n< I (примерно 1/3).

Таким образом, можно определить по вкладу энергии вид удара.

В результате работы следует ответить на вопросы:

Какой фазовый состав ударного действия и его ритм?

Какой характер удара по осциллограмме?

Каково соотношение вкладов энергии в полную энергию ударного взаимодействия?

4.Какой вид удара (по динамическим характеристикам)?

Варианты заданий приведены в табл. 15.

Таблица 15 Варианты данных для расчета динамики ударных действий

9. Биомеханическое обоснование локомоторного движения

Исходные данные.

1. Тензограмма горизонтальной составляющей реакции опоры двух беговых шагов спринтера.

2. Масштаб силы.

3. Масштаб времени.

4. Вес тела спортсмена.

5. Максимальная скорость его бега.

Цель работы. Провести биомеханическое обоснование локомоторного движения -- двух беговых шагов спринтера на основе изучения горизонтальной составляющей опорных реакций.

Задание. 1. Определить фазовый состав движений спринтера и построить хронограмму цикла бега спортсмена.

Определить кинематические характеристики бега спринтера.

Определить взаимосвязь кинематических и динамических характеристик при беге с разной скоростью.

Порядок выполнения работы. Работу следует делать поэтапно, последовательно выполняя указанные задания.

Этап I. Определение фазового состава движений спринтера и построение хронограммы.

Для определения состава движений нужно выделить в нем элементы во времени или фазы движения. Фаза - это такая часть движения, на протяжении которой решается определенная двигательная задача. В начале и в конце фазы лежат граничные моменты, именно здесь происходит смена двигательной задачи. Поэтому для граничных моментов характерно существенное изменение характеристик движения (наличие экстремальных и нулевых значений).

Несколько фаз могут быть объединены в период (полета, опоры), а периоды, в свою очередь, в циклы.

Определить по горизонтальной составляющей опорных реакций правой и левой ноги спринтера, а также по приведенным в табл. 16 граничным моментам длительность фаз и периодов двух беговых шагов спринтера.

Длительность отдельных фаз и периодов бега спринтера отложить на оси времени, как показано на рис. 15, и построить хронограмму. Хронограмма - это временная диаграмма движения.

Этап II. Определение кинематических характеристик спринтерского бега.

Определение кинематических характеристик бега спринтера осуществляется на основе графического интегрирования, т. е. по полученной тензограмме горизонтальной составляющей реакции опоры определяются горизонтальное ускорение, скорость и перемещение ОЦМ тела спортсмена (рис. 16).

Рис. 15 Хронограмма двух беговых шагов спринтера

В некоторых исследованиях спринтерского бега было установлено, что полученные таким образом графики кинематических характеристик соответствуют изменениям аналогичных характеристик непосредственно ОЦМ тела спринтера.

Для решения поставленной задачи необходимо:

1. Определить значения горизонтальной составляющей опорной реакции и ускорений ОЦМ.

На полученной тензограмме проводятся от нулевого значения Fx вертикальные линии до пересечения их с кривой горизонтальной составляющей.

Вертикальные линии проводятся через одинаковые промежутки времени Дt=0,005 c. Далее измеряется их длина в мм и заносится в табл. 17. Длина этих линий пропорциональна значениям горизонтальной составляющей опорных реакций. Для определения искомых усилий в кг используется масштаб, а полученные значения также заносятся в табл. 17.

Рис. 5. Графики динамической и кинематических характеристик двух беговых шагов спринтера

FХ - горизонтальная составляющая опорной реакции

аХ - горизонтальное ускорение ОЦМ спринтера

VХ - горизонтальная скорость ОЦМ спринтера

SХ - горизонтальное перемещение ОЦМ спринтера

Таблица 17 Определение значений опорных и расчет ускорений ОЦМ

При определении ускорения ОЦМ тела спринтера нужно учесть, что сила давления на опору к горизонтальном направлении, развиваемая спортсменом в опорном периоде при беге, численно равна горизонтальной составляющей опорной реакции и имеет следующее выражение:

Fx=±max

где: m - масса тела спортсмена;

ах -- ускорение ОЦМ тела

Зная массу тела спортсмена

,

где Р - вес тела,

g - ускорение свободного падения = 9,8 м/с2 и величину горизонтальной составляющей опорной реакции, определяются значения ускорения по формуле

Используя вышеприведенные данные, вычислить значения ускорения для указанных моментов времени и занести в табл. 17. Затем построить график ускорения ОЦМ тела спринтера.

2. Определить скорости ОЦМ для отмеченных моментов в периоде опоры.

Для определения скорости ОЦМ используется формула среднего ускорения:

,

векторный ускорение кинематический промер

откуда

Средняя скорость в некоторый момент:

VX=VX-1 + Дt

Результаты расчетов по формуле следует заносить в табл. 18

За начальную скорость принять максимальное значение скорости бега спринтера, данное в задании.

Значения для вычисления ДV следует брать из табл. 17. Величина Дt равна 0,005 с. Значения VX следует использовать для построения графика горизонтальной скорости ОЦМ тела бегуна всегда имеет положительное значение. В начале периода опоры значение скорости несколько уменьшается до момента аХ=0, а затем начинает возрастать до максимального, которое наблюдается опять-таки при аХ=0 и соответствует отрыву ноги бегуна от опоры. В период полета горизонтальную скорость можно принять постоянной.

Таблица 18 Расчет скоростей ОЦМ

3. Определение горизонтального перемещения ОЦМ в опорном и полетном периодах бега.

При определении перемещения в опорном периоде используется формула средней скорости:

откуда:

Перемещение за некоторый промежуток времени

Результаты расчетов по формуле следует занести в табл. 19.

Таблица 19 Расчет перемещений ОЦМ

Значения VX следует брать из таблицы 18 и графика скорости. Величина Дt такая же, как и при определении скоростей. На основании табл. 19 построить график горизонтального перемещения ОЦМ бегуна.

Этап III. Определение взаимосвязи кинематических и динамических характеристик при беге с разной скоростью.

Следует выяснить, как влияет на скорость бега изменение минимального значения горизонтальной составляющей реакции опоры, а также длительность периодов опоры и полета.

Для решения поставленной задачи нужно воспользоваться уравнениями регрессии.

Минимальное значение реакции опоры (FXmin) связано со скоростью бега (V) следующей зависимостью:

FXmin =-3,4722·V2+43,3·V-175,548 )

зависимость длительности периода опоры tоп от скорости бега (х) имеет такой вид:

tоп = -0,014·V+0,238;

зависимость длительности периода полета tпол от скорости бега (V) выражается следующим уравнением (регрессии:

tпол = 0,0008·V2-0,0314·V+0,322.

Вычислить указанные характеристики, подставляя в уравнения регрессии значения скорости, приведенной в табл. 20.

Таблица 20 Расчет характеристик бега

Производя анализ кинематических и динамических характеристик, необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Как изменяются значения FXmin, Tоп, Tпол с ростом квалификации спортсмена?

2. определить длительность бега на 100 м в изучаемом вами случае.

3. Какие недостатки в технике бега могут быть отмечены у изучаемого спортсмена?

4. Какие рекомендации могут быть предложены данному спортсмену для увеличения скорости бега?

Как при этом должны измеряться FX, aX, SX (изобразить графически).

Размещено на Allbest.ru