Биомеханика двигательной деятельности

Контрольная работа по биомеханике выполнена на 5, состоит из ответов на вопросы ...

5. Разносторонность технической подготовленности: разновидности и что характеризует каждая из них.

Техническая подготовка представляет собой процесс управления формированием знаний, двигательных умений и навыков, необходимых для успешных состязаний в избранном виде спорта. Ее основная задача - обучение основам техники соревновательных действий и доведение их до высокой степени совершенства.
Различают общую и специальную техническую подготовку. Общая техническая подготовка направлена на освоение разнообразных двигательных умений и навыков, являющихся предпосылкой для формирования техники в избранном виде спорта. Специальная техническая подготовка направлена на освоение специальных знаний и формирование навыков основных соревновательных упражнений, а также системы подводящих упражнений, позволяющих изучать сложные формы соревновательных действий.

Контрольная работа 1. Тема: Строение и функции биомеханической системы двигательного аппарата.
Контрольная работа 2. Тема: Биодинамика мышц.
Контрольная работа 3. Тема: Биомеханические характеристики тела человека и его движений.
Контрольная работа 4. Тема: Биодинамика двигательных качеств.
Контрольная работа 5. Тема: Равновесие тела человека. Перемещающие движения. Спортивно - техническое мастерство.

Из формулы (10) следует также, что вектор ускорения точки а равен отношению элементарного приращения вектора скорости  к соответствующему промежутку времени Найдем, как располагается вектор а по отношению к траектории точки. При прямолинейном движении вектор а направлен вдоль прямой, по которой движется точка. Если траекторией точки является плоская кривая, то вектор ускорения а, так же как и вектор  лежит в плоскости этой кривой и направлен в сторону ее вогнутости. Если траектория не является плоской кривой, то вектор  направлен в сторону вогнутости траектории и лежит в плоскости, проходящей через касательную к траектории в точке М и прямую, параллельную касательной в соседней точке .В пределе, когда точка  стремится к М, эта плоскость занимает положениа так называемой соприкасающейся плоскости, т. е. плоскости, в которой происходит бесконечно малый поворот касательной к траектории при элементарном перемещении движущейся точки  Следовательно, в общем случае вектор ускорения а лежит в соприкасающейся плоскости и направлен в сторону вогнутости кривой.Работа силы во вращательном движении.Рассмотрим абсолютно твердое тело, вращающееся вокруг неподвижной оси. Если мысленно разбить это тело на n точек массами m1, m2, …, mn, находящихся на расстояниях r1, r2, …, rn от оси вращения, то при вращении они будут описывать окружности и двигаться с различными линейными скоростями v1, v2, …, vn. Так как тело абсолютно твердое, то угловая скорость вращения точек будет одинакова:   Кинетическая энергия вращающегося тела есть сумма кинетических энергий его точек, т.е.      Учитывая связь между угловой и линейной скоростями, получим:                                               (4.9)      Сопоставление формулы (4.9) с выражением для кинетической энергии тела, движущегося поступательно со скоростью v, показывает, что момент инерции является мерой инертности тела во вращательном движении.      Если твердое тело движется поступательно со скоростью v и одновременно вращается с угловой скоростью ω вокруг оси, проходящей через его центр инерции, то его кинетическая энергия определяется как сумма двух составляющих:                                                                                       (4.10)253047520383500где vc – скорость центра масс тела; Jc - момент инерции тела относительно оси, проходящей через его центр масс.      Моментом силы относительно неподвижной оси z называется скалярная величинаMz, равная проекции на эту ось вектора M момента силы, определенного относительно произвольной точки 0 данной оси. Значение момента Mz не зависит от выбора положения точки 0 на оси z.      Если ось z совпадает с направлением вектора M, то момент силы представляется в виде вектора, совпадающего с осью:Mz = [rF]z      Найдем выражение для работы при вращении тела. Пусть сила F приложена к точке В, находящейся от оси вращения на расстоянии r (рис. 4.6); α – угол между направлением силы и радиусом-вектором r. Так как тело абсолютно твердое, то работа этой силы равна работе, затраченной на поворот всего тела.right000      При повороте тела на бесконечно малый угол dφ точка приложения В проходит путь ds = rdφ, и работа равна произведению проекции силы на направление смещения на величину смещения:dA = Fsinα*rdφ      Учитывая, что Frsinα = Mz можно записать dA = Mzdφ, где Mz - момент силы относительно оси вращения. Таким образом, работа при вращении тела равна произведению момента действующей силы на угол поворота.      Работа при вращении тела идет на увеличение его кинетической энергии:dA = dEk         (4.11)      Уравнение (4.11) представляет собой уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси.Задание №10Способы задания положения системы тел, изменяющей свою конфигурацию.Различают исходное и конечное положения, т. е. положение, из которого движение начинается, и положение, которым оно заканчивается. От исходного положения (например, стартового) часто зависят многие особенности последующего движения. Конечное положение, к которому надо прийти, также может сильно влиять на выполнение движения (приземление после соскока со снаряда в гимнастике, после прыжка в длину в легкой атлетике, после выпуска снаряда в метаниях). Иногда исходное положение не очень существенно (перед началом разбега при прыжке в высоту); в некоторых случаях и конечное почти безразлично (после передачи мяча в футболе).Все движения можно представить себе как сплошной ряд мгновенных (непрерывно сменяющихся) промежуточных по­ложений. Так выглядит движение на кадрах кинопленки. По этим положениям можно приближенно восстановить внешнюю кар­тину выполнения движения. С точки зрения механики описать движение точки — значит определить ее поло­жение в любой момент времени.Намного сложнее определить перемещение биомеханической системы, изменяющей свою конфигурацию. В самых упрощенных случаях движение биомеханической системы рассматривают как движение одной материальной точки — обычно его общего центра тяжести (ОЦТ). Тогда можно проследить за перемещением всего тела человека «в целом», оценить в известной мере общий результат его двигательной деятельности. Но остается неизвестным, в результате каких именно движений достигнуто перемещение ОЦТ. Иногда перемещение тела представляют в виде перемещения условно связанной с ним линии (линия отсчета). Положение системы тел, которая может изменять свою конфигурацию, определяют по положению каждого звена в пространстве. В этом случае удобно использовать угловые координаты, например, суставные углы или углы поворота звеньев, и по ним устанавливать позу тела как взаимное расположение звеньев. При изучении движения определяют исходное положение, из которого движение начинается, конечное положение, в котором движение заканчивается, мгновенные (промежуточные) положения.Изучение у человека движений звеньев позволяет более подробно рассмотреть перемещение его тела. В некоторых случаях подвижные части (например, все кости стопы, кисти, предплечья, даже туловища) рассматриваются как одно звено. Здесь уже можно в общих чертах уловить особенности движений, хотя взаимное движение многих звеньев не учитывается и их деформациями пренебрегают. Однако получить полную картину перемещений всех существенных элементов тела (включая и внутренние органы, и жидкие ткани) при существую­щих методах исследования пока еще невозможно. Всегда приходится прибегать к более или менее значительному упрощению, которое неиз­бежно вообще в любом научном исследовании.В большей части случаев движения звеньев в суставах рассматривают как вращательные и определяют угловые перемещения звеньев относительно смежных с ними.Ускорение точки: среднее и мгновенное. Ускорение как векторная величина. Разложение вектора линейного ускорения на составляющие: как вычисляется каждая составляющая и что определяет в движении.Ускорением называют физическую величину, характеризующую быстроту изменения мгновенной скорости тела. Как и скорость, ускорение − одна из наиболее важных физических величин. Природа такова, что силовое воздействие на тело порождает именно ускорение тела (не саму скорость, а быстроту ее изменения).Различают среднее ускорение материальной точки за данный промежуток времени и мгновенное ускорение точки в данный момент времени. Среднее ускорение aср за время от t до t + Δt определяют соотношением Мгновенное ускорение a(t) определяют как предел последовательности средних ускорений при Δt → 0:Именно мгновенное ускорение является основным понятием, так как именно оно определяется силовым воздействием на тело. В различных задачах важно уметь находить ускорение в каждой точке траектории. Используя в дальнейшем термин «ускорение», будем иметь в виду именно мгновенное ускорение. Среднее же ускорение, как и средняя скорость по перемещению, играет, как правило, вспомогательную роль. В случае прямолинейного движения векторное соотношение (1) можно заменить на соответствующее скалярное соотношение: Если скорость v(t) со временем возрастает (если v(t + Δt) > v(t)), то ускорение положительно: a(t) > 0 (тело ускоряется). Если же скорость v(t) со временем уменьшается (если v(t + Δt) < v(t)), то ускорение отрицательно: a(t) < 0 (тело замедляется). При равномерном прямолинейном движении выполняется равенство v(t + Δt) = v(t), ускорение равно нулю, т. е. отсутствует. Подчеркнем, что ускорение равно нулю только в случае равномерного прямолинейного движения. Если точка движется по какой-либо криволинейной траектории, она будет иметь ускорение даже при равномерном движении. При равномерном движении по криволинейной траектории модуль мгновенной скорости остается неизменным, однако изменяется направление скорости. Поэтому и появляется ускорение.Сила как векторная величина: как вычисляется и как обнаруживает себя в движениях.Понятие сила возникает при механическом воздействии одного материального тела на другое или при помещении частицы или тела в какое-либо поле (гравитационное, внутриядерное, электрическое, магнитное и т. д.). Механическое воздействие всегда имеет точку приложения на материальном теле, направление и количественное значение (модуль). Точка приложения силы - начало вектора, направление воздействия - направление вектора, количественное значение воздействия - модуль вектора. Такую силу называют механической. При воздействии поля на тело или частицу оперируют понятиями материальная точка и центр масс, к которым приложена сила поля - это начало вектора, направление воздействия поля - направление вектора, количественное значение воздействия - модуль вектора. Силу называют по названию поля - гравитационная, магнитная и т. д. Таким образом сила имеет все составляющие, которые есть у математического понятия - вектора. Для полной ясности нужно добавить к вектору силы ещё продолжительность воздействия (время) и картина будет полной. Примеры механического воздействия - двигатель автомобиля и колёса, пружина часов и стрелки. Пример воздействия полей - система Земля-Луна, ядро и электроны в атоме. Для обозначения силы обычно используется символ F — от лат. fortis (крепкий, сильный). Сила считается заданной, если известна ее величина, направление и точка приложения.Количество движения и кинетический момент: что они оценивают и как вычисляются. Приведите формулы, связывающие эти величины с импульсом силы и импульсом момента силы.МОМЕНТ КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ (кинетический момент, момент импульса, орбитальный момент, угловой момент) - одна из динамичных характеристик движения материальной точки или механической системы; играет особенно важную роль при изучении вращательного движения. Как и для момента силы, различают M. к. д. относительно центра (точки) и относительно оси.Для вычисления момента количества движения K материальной точки (тела) справедливы те же формулы, что и для вычисления момента силы, если заменить в них вектор силы на вектор количества движения mv, т. е. K = [r·mv], где r — расстояние до оси вращения. Сумма моментов количества движения всех точек системы относительно центра (оси) называется главным моментом количества движения системы (кинетическим моментом) относительно этого центра (оси). При вращательном движении твёрдого тела главный момент количества движения относительно оси вращения z тела выражается произведением момента инерции Iz на угловую скорость ω тела, т. е. Kz = Izω.Количество движения 1 — это мера поступательного движения шла, характеризующая его способность передаваться другому телу в виде механического движения. Количество движения тела измеряется произведением массы тела на его скорость.Кинетический момент 1 — это мера вращательного движения тела, Характеризующая его способность передаваться другому телу в виде Механического движения. Кинетический момент равен произведению момента инерции относительно оси вращения на угловую скорость тела.Связь изменения кинетической энергии с работой внешних и внутренних сил.Кинетическая энергия является характеристикой поступательного и вращательного движения системы. На ее изменение влияет действие внешних сил и так как она является скаляром, то не зависит от направления движения частей системы. Теорема об изменении кинетической энергии системы в дифференциальной форме.Дифференциал (приращение) кинетической энергии системы при некотором ее перемещении равно сумме дифференциалов работ на этом перемещении всех приложенных к системе внешних и внутренних сил. Теорема об изменении кинетической энергии системы в интегральной форме.Изменение кинетической энергии системы при некотором ее перемещении равно сумме работ на этом перемещении всех приложенных к системе внешних и внутренних сил.Изменение кинетической энергии тела равно работе, совершенной приложенными к телу внешними силами за рассматриваемый промежуток времени. Если работа внешних сил положительна, то кинетическая энергия увеличивается. Если отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается. Если работа внешних сил равна нулю – кинетическая энергия тела за это время не меняется. Контрольная работа 4. Тема: Биодинамика двигательных качеств.Задание №2«Двигательное качество» - определение понятия и с какой целью оно введено в теорию и методику ФК и спорта.В любом человеке заложены некоторые двигательные возможности, которые не могут проявиться иначе как в двигательной деятельности. Двигательные действия человека, особенно в спорте очень разнообразны (локомоторные, ударные, переместительные и др.). Но как сопоставить возможности одного человека, но проявляемые в разных ситуациях, или возможности разных людей, но проявляемые в одинаковых условиях? Необходима некоторая качественная мера и количественные критерии для сравнения и оценки. Из этих потребностей и возникло классификационное деление возможностей человека на двигательные (физические) качества.Двигательное (физическое) качество – это некоторая качественная мера проявления физических возможностей человека в различных двигательных ситуациях. Сопоставляемые с этой мерой биомеханические параметры (сила, скорость, время) являются количественной оценкой интенсивности проявления тех или иных качеств. Оказалось, что всю многосторонность двигательных возможностей человека можно охарактеризовать через достаточно ограниченное число следующих двигательных качеств: силовые, скоростно-силовые, быстрота, выносливость, гибкость. В действительности эти качества проявляются не в «чистом» виде, а в некотором комплексном, так как в большой степени взаимозависимы: развитие одного физического качества существенно влияет и на другие (развитие силы ведёт к уменьшению выносливости и гибкости; развитие выносливости – к уменьшению силы и т. д.).Например, нюансы техники лыжника-гонщика зависят от особенностей профиля трассы, погоды, намеченной им тактики гонки, складывающейся в течение самой гонки ситуации и т.д. — именно эти задачи и решает по ходу гонки спортсмен; сознание же новичка и этих условиях занято тем, что надо сделать, чтобы не упасть, каким лыжным ходом лучше идти в данном месте.Что собой представляют: а) параметрические зависимости; б) лимитные показатели движенияЕсли спортсмен несколько раз выполняет одно и то же движение (например, толкание ядра с места), стремясь показать в каждой попытке наилучший результат, а параметры двигательного задания (в частности, вес ядра) при этом меняются, то величины силы действия, приложенной к ядру, и скорость вылета ядра будут связаны друг с другом параметрической зависимостью.Под влиянием тренировки параметрическая зависимость «сила — скорость» может измениться по-разному. Это определяется тем, какие тренировочные средства и методы использовались спортсменом .Существенно, что прирост скорости при движениях со средними сопротивлениями (а такими сопротивлениями в реальных спортивных условиях могут быть, например, вес и масса собственного тела или снаряда) может происходить при разном соотношении прироста си­ловых и скоростных качеств: в одних случаях (рис. 52, А) — за счет роста скоростных качеств ( v mm ) b других (рис. 52, Б) — за счет роста силовых качеств ( F mm ).Какой путь роста скоростных по­казателей является в тренировке более выгодным, зависит от многих причин (возраста спортсмена, стажа занятий, вида спорта и др.), и в частности от величины сопротивления (в % от F mm ), которое приходится преодолевать спортсмену: чем оно больше, тем более важно повышение силовых качеств. Это подтверждается, в част­ности, величинами непараметриче­ских зависимостей между показате­лями силовых качеств спортсмена ( F mm ) и скоростью выполнения движе­ний ( v т ) при разных величинах сопро­тивления. Так, в одном из экспери­ментов (Ю. И. Смирнов) коэффициен­ты корреляции были равны: без отяго­щения—0,131, с отягощением 1 кг — 0,327, с отягощением 3 кг —0,630, с отягощением 8 кг — 0,824.Специфической особенностью биомеханики являются биомеханические характеристики движений. Это показатели количественной оценки, описания и анализа механического состояния в результате двигательной деятельности. Все биомеханические характеристики делятся на кинематические, динамические и энергетические. Биомеханические характеристики являются одним из основных вопросов биомеханики. Без их усвоения нельзя рассчитывать на успех в изучении и практическом применении биомеханики.Какие факторы необходимо учитывать, выбирая положение тела при тренировках на развитие силовых качеств.Значение положения тела при выполнении силовых упражнений. Сила, которую может проявить человек, зависит от положения его тела. Для каждого движения существуют такие положения тела, в которых проявляются наибольшие и наименьшие величины силы. Например, во время сгибания в локтевом суставе максимум силы достигается при угле 90°; при разгибании в локтевом и коленном суставах оптимальный угол около 120°; при измерении становой силы максимальные показатели проявляются, когда угол около 155°, и т. п.Возникает вопрос: какие положения надо выбирать при выполнении силовых упражнений? Нередко используют положения, когда собственная сила активных мышц максимальна, т. е. когда мышцы напрягаются в растянутом состоянии. Вследствие усиления потока проприоцептивных импульсов такое положение тела вызовет увеличение рефлекторной стимуляции и тем усилит воздействие упражнений. При выборе положения тела следует учитывать индивидуальные особенности тренирующегося. Что характеризует и как измеряются импульс силы и градиент силы. Какие двигательные качества они характеризуют.Импульс силы — это мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении). За конечный промежуток времени он равен определенному интегралу от элементарного импульса силы, где пределами интегрирования являются моменты начала и конца промежутка времени действия силы: импульс силы .Скорость изменения силы (градиент силы):Слово «скорость» употребляется для обозначения не только быстроты изменения положения тела или его частей в пространстве, но и для характеристики так называемых «взрывных усилий». Скорость нарастания силы – градиент силы, особенно важен при изучении движений, где необходимо проявлять большую силу в возможно более короткое время – «взрывом». Математически градиент силы равен первой производной от силы по времени: dF / dt.Двигательные качества отражают качественные и количественные характеристики движения. Обычно выделяют пять таких качеств: силу, быстроту, выносливость, ловкость и гибкость.Импульс силы (S) – мера воздействия силы на тело за промежуток времени. Эта механическая характеристика равна произведению силы на промежуток времени. Импульс силы характеризует площадь под кривой «время – сила».Элементарные формы проявления скоростных качеств и их корреляционная взаимосвязь.Скоростные качества или быстрота – это способность совершать двигательные действия в минимальный для данных условий отрезок времени.Выделяют следующие элементарные формы проявления скоростных качеств:латентное время двигательной реакции (т.е.