Современная методология исследования биомеханики нападающего удара в волейболе

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры

Современная методология исследования биомеханики нападающего удара в волейболе

Воронов Андрей Владимирович,

Усков Владимир Андреевич,

Азевич Алексей Иванович

Аннотация

В статье рассматривается структура двигательного действия, а также комплексная инструментальная технология регистрации, обработки и оценки биомеханических характеристик спортсменов.

Ключевые слова: биоэлектрическая активность мышц., структура двигательного действия, техника штрафных бросков, тренажерно-исследовательский комплекс

Общеизвестно, что под методологией понимают «совокупность методов, применяемых в какой-либо науке». Рассмотрим методологию биомеханики нападающего удара волейболиста.

Для этого приведем серию измерений, связанных с показателями техники выполнения нападающих ударов. Они регистрировались с помощью ниже описанных методов: биомеханика удар волейбол спортсмен

1) метод трехканальной динамометрической платформы фирмы «Kastler» для регистрации и анализа опорных взаимодействий спортсмена в 3-х плоскостях (рис.1);

2) метод многоканальной (8 каналов) электрокимографический системы «Медикор», предназначенный для регистрации и анализа параметров мышечной координации спортсмена в процессе выполнения игрового двигательного действия;

3) метод видеосистемы, разработанный в лаборатории биомеханики ВНИИФК, предназначенный для биомеханического анализа игровых двигательных действий (кинематических и динамических характеристик);

4) метод оптикоэлектронной системы «Сел-спот» для регистрации и анализа кинематики игровых двигательных действий спортсмена;

5) метод интегральных датчиков для измерения фаз двигательного акта, состоящий из специальных контактных, емкостных тензодатчиков.

Для обработки полученных результатов исследования использовались: блок интерфейсов, служащих для конструктивной, энергетической и логической стыковки вышеописанных измерительных блоков и компьютера; компьютер модели IBM-486, предназначенный для обработки результатов измерений и выдачи интегральных характеристик игровых двигательных действий; принтер, служащий для цифровой и графической регистрации (отображения) биомеханических параметров игровых двигательных действий; монитор (дисплей) для визуального контроля и анализа биомеханических параметров двигательного акта.

Рис. 1 Блок-схема тренажерно-исследовательского комплекса регистрации биомеханических характеристик спортсменов

Тренажерно-исследовательский комплекс (стенд) включает в себя пакет специально разработанных компьютерных программ для измерения, регистрации и интерпретации результатов экспериментальных исследований.

В ходе наблюдений за движениями спортсменов регистрировались следующие показатели: реакции опоры, электромиограмм, углов, угловых скоростей и ускорений. В эксперименте использовалась электротензометрическая платформа «Кислер» размером 600Ч400 мм. Это позволяло регистрировать усилия левой и правой ноги спортсменов в процессе выполнения игровых приемов.

Сигналы с тензометрических датчиков платформы усиливались через многоканальный тензоусилитель, а файл данных регистрировался в памяти ЭВМ. В процессе выполнения игровых приемов в память компьютера фиксировались три составляющих, передаваемых с тензометрической платформы: вертикальное усилие , горизонтальное усилие и переднее (заднее) усилие. Параллельно с записью усилий с тензометрической платформы записывалось число кадров, отснятых видеокамерами. Метод обработки ЭМГ разработал А.В. Воронов (2001). При обработке ЭМГ выявлены несколько стадий:

1) низкочастотная фильтрация (отсекали верхнюю ЗДБ точку);

2) выпрямление или инвертирование;

3) пропуск через математическую конструкцию с целью удаления взаимовлияния каналов;

4) интегрировали с временным окном 25 м/секунд;

5) сглаживали низкочастотным 12 Гц фильтром (Баттерворта 2 порядка).

Рассмотрим пункт 3) более подробно. Предполагая, что максимальная амплитуда реального сигнала ЭМГ (Ер) равна 1, а амплитуда шума (Еш) вследствие взаимовлияния каналов усилителя и распространения накожного электрического сигнала ЭМГ и возведении в квадрат предполагаемых амплитуд Ер, Еш получим, что «полезный» сигнал ЭМГ Ер = Ер2 + Еш2 = 1,037 будет изменен не более, чем на 3,7%. Интегрирование проводили с шагом (окном) 25 мс. Определяли максимум интегрированного сигнала ЭМГ (ИЭМГ). Если величина сигнала в окне меньше 3,7% от максимума, то его значение обнуляли. Для получения плавной ИЭМГ сглаживали фильтром Баттерворта 2-ого порядка с частотой отсечки 12 Гц (пример зарегистрированной и обработанной по данной методике ЭМГ).

Для повышения точности расчетов биоэлектрической активности мышц при ходьбе анализировалась не отдельная попытка, а усредненный показатель по методике Soles, включающий пять попыток, а также среднее значение биоэлектрической активности мышцы.

В ходе эксперимента была рассчитана суммарная электрическую активность мышц рук и ног по усредненной активности ИЭМГ.

Подведем некоторые итоги проведенных исследований с использованием комплексной инструментальной методики регистрации, обработки и оценки биомеханических характеристик спортсменов в ходе выполнения нападающего удара в волейболе. Анализ структуры движений технического приема «нападающий удар» проведен с участием квалифицированных волейболистов, которым было дано задание «попасть в центр мишени». В эксперименте приняли участие 6 волейболистов, из них МС 1, перворазрядников - 5. Эксперимент проводился в 1998 на базе лаборатории А.В. Воронова (ВНИИФК). Средние данные по всем характеристикам обработаны и представлены ниже. На рис. 2 а, б представлены средние значения (Х) и стандартные отклонения (у) электрической активности мышцы - синергиста (А), а также вертикальная составляющая реакции (Б) при выполнении волейболистом нападающего удара. Время выполнения нападающего удара принято за 100%.

Рис. 2 а, б. Электрическая активность мышц и вертикальной составляющей реакции опоры при нападающем ударе

Таблица 1 Динамика показателей времени появления пиков возбуждений на мышцах рук и ног игрока

За начало и окончание игрового действия принято положение ОЦМ, совпадающее с минимальным значением вертикальной составляющей реакции опоры. Длительность выполнения нападающего удара равнялась 0,96 сек. при вариативности (V) равной 8,2%. Удар осуществляется в точке 57,2% на отметке времени 0,55 секунды от начала цикла движения с вариативностью 4,4%, что в два раза меньше значения (V) для длительности всего нападающего действия. В точке касания мяча наблюдалась значительная вариативность в электрической активности мышцы-синергиста (21%). Различия в значении вертикальной составляющей реакции опоры между попытками в точке экстремума составляют 20%. В таблице 1 представлены показатели времени появления пиков возбуждения на мышцах рук и ног в процессе выполнения нападающих ударов.

Анализ таблицы 1 показывает, что пики возбуждения (электрической активности) на 3 мышцах в подготовительной фазе игрового действия появляются на 1-й секунде. Коэффициенты вариации изучаемого признака выявлены в пределах от 8,2 до 9,0%. В спортивной практике колебания результатов измерений в зависимости от величины коэффициента вариации считают небольшими в пределах от 0 до 10%. Вариационный разброс показателей на мышцах ног составил 0,02с. Коэффициенты вариации времени пиков возбуждения на мышцах ног установлены в пределах от 12,5 до 14,3%.

В основной фазе выполнения нападающего удара коэффициенты вариации показатели времени пиков возбуждения выявлены в пределах от 1,3 до 2,7%. Вариационный разброс показателей времени пиков возбуждения на всех мышцах рук и ног составил 0,02 секунды. Среднее значение времени пиков возбуждения мышц в подготовительной фазе составляет в 3,7 раза больше, чем в основной фазе выполнения игрового действия.

Таким образом, более продолжительные по времени средние показатели электрической активности мышц в подготовительной фазе по сравнению с основной фазой говорят о том, что игрок в процессе выполнения нападающего удара больше времени тратит на восприятие элементов содержания задач и на их решение, чем на выполнение удара. Кроме того, установлено, что динамическая стереотипия в основной фазе более стабильна, чем в подготовительной фазе. С физиологической точки зрения это объясняется тем, что чем дольше человек выполняет движение, тем больше оно корректируется высшей нервной системой. Об этом свидетельствует последовательное проявление электрической активности на мышцах спортсмена.

У нападающих игроков в подготовительной фазе коэффициенты вариации показателей биоэлектрического тока возбуждения мышц выявлены в пределах от 12,5 до 13,6 %. В основной фазе выполнения у тех же нападающих волейболистов - в пределах от 2,3 до 3,1%.

Показатели биоэлектрического тока мышц при выполнении точного нападающего удара у волейболистов представлены на рис. 3.

Рис. 3 Пики электрической активности мышц при выполнении точного нападающего удара

Показатели электрической активности мышц у спортсменов в подготовительной фазе и основной фазе соответственно составили 1,8 и 0,8 мкв. Коэффициенты вариаций показателей электрической активности мышц у спортсменов в подготовительной фазе соответственно значительно лучше, чем в основной фазе. На рис.3 приведена электрическая активность мышц при выполнении точного нападающего удара в волейболе.

В заключительной фазе выполнения нападающего удара пики возбуждения на мышцах рук и ног не появляются. Коэффициент вариаций времени в заключительной фазе выполнения нападающего удара составил 5,7%.

Отметим, что при выполнении точных нападающих ударов наиболее высокие коэффициенты вариаций показателей электрической активности наблюдаются в основной фазе движений. Следовательно, внутренние механизмы когнитивной программы игрового действия формируются в подготовительной фазе, а реализуются в основной фазе через моторную программу под контролем высшей нервной системы.

В процессе исследований выявлены некоторые модельные характеристики выполнения нападающего удара, а именно:

- время опоры в процессе выполнения нападающего удара - 270±9 мс; V=3,3%;

- время безопорной фазы полета игрока - 966,0±81,7 мс; V=8,2%;

- время приземления на опору - 160±81,7 мс; V=3,1%;

- вертикальное усилие (Fz) на опору при отталкивании от нее - 2402,7±480,5 Н; V=2,0%;

- горизонтальное усилие (Fx) на опору - 22,7±0,8 Н; V=3,5%;

- переднее и заднее усилие на опору (Fy) - 15,4±0,7 Н; V=4,5;

- вертикальное усилие (Fz) на опору при приземлении - 1796,0±133 Н; V=7,4%;

- время пиков возбуждения всех мышц - 680,6±23,4 с; V =3,4%;

- время нанесения удара по мячу от момента отталкивания - 559,3±14,0 мс; V=2,5%;

- вариационный размах средних значений пиков возбуждения мышц ног - 30±2,7 мс; V=9%;

- размах средних значений пиков возбуждения мышц рук - 150±7,8; V=5,2%.

Показатели электрического возбуждения мышц в подготовительной фазе и основной фазе отмечаются в пределах от 0,8 до 1,8 мкВ. Коэффициенты вариации возбуждения мышц в подготовительной фазе значительно выше, чем в основной фазе. На рис.3 приведена электрическая активность мышц при выполнении точного нападающего удара.

В заключительной фазе выполнения нападающего удара пики возбуждения на мышцах рук и ног не появляются. Коэффициент вариаций времени в заключительной фазе выполнения нападающего удара составил 5,7%. Отметим, что при выполнении точных нападающих ударов наиболее высокие коэффициенты вариаций показателей электрической активности наблюдаются в основной фазе движений. Следовательно, внутренние механизмы когнитивной программы игрового действия формируются в подготовительной фазе, а реализуются в основной фазе через моторную программу под контролем высшей нервной системы.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Восприятие условий игровой деятельности при решении оперативно-тактических задач определяется фиксированием внимания спортсменов на объектах в процессе поиска и осознания содержания задачи; при этом выделяется приоритетное направление оси симметрии, вокруг которой осуществляется поиск цели.

2. Процедура поиска объектов среды, составляющих содержание оперативно-тактической задачи, определяется типом мышления и квалификацией спортсмена: так, спортсмены высокой квалификации используют чаще всего наглядно-образный способ мышления (Р=0,560), спортсмены средней квалификации - логический способ мышления (Р=0,744), спортсмены низкой квалификации - угадывание (Р=0,750).

3. Правильность выбора направления и точность выполнения мяча при реализации оперативно - тактических решений зависит от восприятия числа элементов содержания задачи. При этом с увеличением количества фиксированных элементов содержания вероятность правильного решения задачи и точность выполнения мяча повышается от квалификации спортсмена.

4. У квалифицированных спортсменов при решении оперативно-тактических задач в процессе игровой деятельности наблюдается так называемое «свертывание решения», исключение «лишних ходов», основанное на прогнозировании развития событий.

5. Между показателем правильного тактического решения игровых задач и восприятием объектов среды действует неразрывная прямая связь.

6. Выполнение технических приемов в спортивных играх, связанных с точным выполнением мяча в цель, наблюдается синхронизация в последовательном включении в движение «рабочих» мышц, обеспечивающих реализацию целевой функции, а также относительная стабильность показателей работы этих мышц по амплитуде, времени и порядку их включения в работу; относительная стабильность кинематических характеристик движения - время и значения составляющих реакции опоры, угловых величин, угловых скоростей звеньев тела и т. д.

7. Выполнение технических приемов в спортивных играх, не обеспечивающих точного выполнением мяча в цель, характеризуется: отсутствием синхронизации в последовательном включении «рабочих» мышц (позднее включение, рассогласование в порядке включения и т.д.), а также высокой вариативностью показателей работы этих мышц по амплитуде, времени и порядку включения; высокой вариативностью кинематических характеристик движения по всем показателям реакции опоры и угловых значений; увеличением времени реакции опоры по всем составляющим (Fx, Fy, Fz) и увеличением значений показателей горизонтальной и передней и задней составляющих реакции опоры до 12% (относительно точных попыток).

8. Показатель технико-тактического мастерства спортсмена в спортивных играх, связан с успешной реализацией оперативно-тактических решений. Он может служить для более точного выполнение технических приемов при оптимальном значении стабильности кинематических характеристик (формы движения), а также определенной последовательности включения в работу необходимых мышц и стабильность их показателей (механизм движения).

9. Факторы, регулирующие точное движение в спортивных играх, являются:

- оптимальное принятие решения выполнить движение и т.д.;

- время конечного движения перемещающих мяч звеньев тела (руки, ноги) в направлении цели, определяющее точность выполнения передачи мяча при реализации оперативно-тактического решения;

- сокращение количества операций действия в основной части по сравнению с подготовительной;

- увеличение времени подготовительной фазы выполнения игрового действия;

- оптимальное время выполнения точных движений, которое всегда меньше времени неточных движений.

10. В ходе глубоких и длительных научных исследований выявлено фундаментальное положение о междисциплинарной интеграции комплекса биологических, медицинских и педагогических наук, имеющих общую методологическую структуру: цель, предмет и результат исследования.

Библиографический список

1. Воронов А.В., Усков В А. Методика оценки точных и неточных действий в игровых видах спорта на примере штрафных бросков в баскетболе.// Моделирование спортивной деятельности человека в искусственно созданной среде (стенды, тренажеры, имитаторы): Сб. тезисов научно-практической конференции. - М.: Физкультура, образование и наука, 1999. - С.7-9.

2. Усков В А. Педагогическая технология программированной тактико-технической подготовки спортсменов в игровых видах спорта. // Автореферат диссертации доктора педагогических наук. - М.: РГУФК, 2004. - 56 с.

3. Усков В.А. Методология исследования психологической и методической деятельности в спорте. - М.: МГПУ, 2010. - 192 с.

Размещено на Аllbest.ru