Гимнастика. Секреты эффективного движения. Биомеханика. Структура. Техника

Юрий Константинович Гавердовский

В монографии профессора Ю. К. Гавердовского излагаются биомеханические основы техники современных гимнастических упражнений. На базе многолетних исследований и личного опыта работы в сборных командах страны, автор детально рассматривает физические, физиологические, системно-структурные основы построения гимнастических упражнений, с научных позиций анализирует основные виды двигательных действий гимнаста. Для тренеров, специалистов по гимнастике, студентов

Часть третья

ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ДЕЙСТВИЯ ГИМНАСТА

Глава 4. ОТТАЛКИВАНИЕ И ПРИЗЕМЛЕНИЕ

4.1. ОТТАЛКИВАНИЕ

С энергетической точки зрения гимнастические движения очень разнообразны. Так, безопорные перемещения и вращения представляют собой инерционные движения, предполагающие использование почти исключительно ранее полученной энергии. В движениях типа махов, оборотов, кругов, связок прыжков и просто при беге спортсмен также пользуется инерционным движением, но при этом осуществляет и дополнительную энергподпитку для восполнения диссипативных энергопотерь в системе.

Но наиболее радикальными в энергетическом смысле являются движения, выполняемые благодаря собственным действиям спортсмена. Таковы, прежде всего, упражнения, основанные на действиях типа отталкивания.

4.1.1. Принципиальный механизм отталкивания

Отталкивание, выполняемое в системе «тело спортсмена — опора», представляет собой биомеханически весьма сложное двигательное действие, технические детали которого могут быть чрезвычайно сложными и разнообразными. Однако в центре любого отталкивания имеется динамическое ядро-инвариант, совершенно одинаковое по смыслу и структуре независимо от сложности и техники движения в целом.

Двухфазная модель отталкивания. Динамическое ядро, то есть принципиальный механизм отталкивания, взятый, например, в простейшей форме типа прыжка вверх «с места», можно рассмотреть на модели, представляющей отталкивание как взаимодействие между опорой и системой, состоящей из двух полумасс, соединенных силовым элементом, «пружиной» (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Принципиальная модель отталкивания.

Взаимодействие происходит при участии трех решающих сил: силы тяжести Р (приложенной как к полумассам, так и к ОЦМ системы, а через нее — к опоре), активной силы F, возникающей при изменениях взаимного положения звеньев и, соответственно, масс системы (т.е. при силовом изменении позы тела спортсмена), и силы опорной реакции N, возникающей при активном контакте с опорой.

Данная модель примитивна, но позволяет, тем не менее, проследить принципиальную структуру, на которой базируется любое отталкивание, что чрезвычайно важно для обучения. Если не иметь в виду различные действия, которые в реальном движении предшествуют собственно отталкиванию или следуют непосредственно за ним, то всякое отталкивание, взятое в виде его динамического ядра, можно представить, как характерную двухфазную структуру.

Первая фаза, в энергетическом смысле — решающая: включая в активную, форсированную работу мышечный аппарат, спортсмен расталкивает массы тела в противоположные стороны. При этом сила F, действующая на звенья, прилежащие к опоре, уравновешивается опорной реакцией N, а периферические звенья получают движение в сторону от опоры. По ходу фазы — соответственно мощности движения — нарастает давление на опору, добавляющееся к весу тела спортсмена¹⁶. Возникающая при этом деформация опоры, в том числе упругая (см. ниже), порождает соответствующую опорную реакцию, играющую кардинальную роль силы, без которой принципиально невозможно активное изменение физического состояния тела в целом.

Вторая фаза отталкивания — результирующая. Меняя направленность усилий на противоположную, т.е., стремясь сблизить «маховые» и «опорные» звенья-массы, спортсмен перераспределяет в системе ранее полученные импульсы. Технически эти действия выглядят как достаточно акцентированное «торможение» свободных, наиболее быстро двигавшихся звеньев, в результате чего потерянная ими энергия, в силу реактивного взаимодействия, передается смежным, в том числе приопорным, звеньям. Следствием этого является падение давления на опору вплоть до полной потери контакта с нею, если все действия были достаточно активными.

Реальная структура и соответствующая ей техника отталкиваний в целом и в деталях гораздо сложнее описанной схемы. Однако, ее осмысление в процессе практической работы и умение выделять ее двухфазный инвариант в любом двигательном действии этого типа чрезвычайно важны для формирования правильных представлений спортсмена и выбора наиболее эффективных приемов работы над упражнением. В частности, важно уметь вычленять структурное «ядро» отталкивания в тех спортивных упражнениях, которые, на поверхностный взгляд, относятся к иным биомеханическим категориям движений. Например, так называемые «маховые» упражнения, в том числе, и в особенности — в гимнастике, очень часто включают в себя в качестве неотъемлемого структурного компонента все те же действия отталкивания.

На рис. 4.2 вновь показан т. н. подъем разгибом на брусьях (из упора на руках согнувшись), движение, которое традиционно относится к разряду «маховых» упражнений на том основании, что решающее действие, дающее возможность гимнасту поднять свое тело плечами вверх-вперед и выйти в упор, внешне представляет собой мах ногами в направлении предстоящего подъема.

Рис. 4.2. Подъем разгибом на брусьях как отталкивание.

Между тем, механизм этого движения представляет собой несомненное отталкивание, выполняемое плечами от жердей. После подготовительных действий в виде акцентированного сгибания в тазобедренных суставах (к.к. 1—2) гимнаст тут же разгибается, «бросая» ноги вперед-вверх. Это разгибание структурировано точно так же, как типовое отталкивание и строится по описанной выше двухфазной схеме. При этом в первой фазе разгибания (к.к. 2—3) гимнаст действует ускоренно, нажимая при этом сильнее обычного плечами на жерди, а во второй (к.к. 3—4) усилием на сгибание в тазобедренных суставах «притормаживает» ноги, передавая тем самым кинетическую энергию смежным звеньям — туловищу и рукам. В результате становится возможным подъем всем телом с его вращением вперед вокруг оси, проходящей через точки хвата за жерди (к.к. 3—5).

Такого рода отталкивания чрезвычайно важны для исполнения большой категории спортивных движений, в том числе, например, упражнений, в которых резко меняется направление переместительного или вращательного движения.

4.1.2. Техника отталкивания

Эффективность отталкивания зависит от целого ряда факторов. Можно обладать превосходными двигательными качествами, но не умея ими рационально распоряжаться, т.е., не владея техникой отталкивания, показывать посредственный результат в упражнениях, базирующихся на этом действии. Рассмотрим ряд наиболее важных факторов, определяющих эффективность отталкиваний в гимнастических упражнениях.

Тонус и предварительное натяжение мышц. Это одно из важнейших биомеханических условий эффективного выполнения любого отталкивания. Как было показано в главе 3, наивысшие силовые и скоростно-силовые показатели мышца обнаруживает только в том случае, когда она оптимально подготовлена к работе. Это означает выполнение двух кардинальных требований: прежде чем мышцы-синергисты, занятые в данном случае, должны будут выполнять свое основное действие — выталкивание тела спортсмена от опоры, они должны быть оптимально напряжены и наилучшим образом (по скорости и амплитуде) натянуты.

При отталкиваниях ногами эти требования обычно выполняются благодаря подготовительным действиям типа быстрого, неглубокого «темпового» подседания, если прыжок выполняется из статического положения, или посредством наскока также с ограниченным по амплитуде подседанием в фазе амортизации, если это прыжок в движении. При отталкиваниях руками решающую роль играют силовые и «рессорные» свойства мышечно-связочного аппарата не столько рук, сколько пояса верхних конечностей (движения лопатки вверх-вниз, ее отведение-приведение к позвоночнику) и туловища (его сгибание-разгибание). Во всех случаях действия в фазе амортизации носят жестко-упругий характер, предполагающий рекуперацию энергии с ее возвратом виде отскока с ускорением масс тела спортсмена. При этом требование предварительного натяжения мышц относится не только к опорным звеньям тела, но и ко всему двигательному аппарату. Это означает, в частности, что переход в исходное положение для исполнения собственно отталкивания (с «замахом» свободными звеньями, соответствующим изменением позы и т.д.) также должен соответствовать требованиям оптимального предварительного напряжения и натяжения мышц.

Все сказанное определяет важнейшие требования к технике подготовительных действий к отталкиваниям с предварительным натяжением мышц в фазе амортизации. Главные из них:

— активная осанка с предельно возможным вытяжением тела (выпрямленное, оттянутое тело, постановка ног «с носка», удержание рук в приподнятом положении, прежде чем они будут переводиться в положение «замаха» и т.п.);

— высокий тонус всего мышечного аппарата, особенно опорных звеньев, на которые при отталкивании падает наибольшая физическая нагрузка (упруго-жесткий контакт с опорой, увеличение напряжения мышц по мере вхождения в фазу амортизации и др.);

— ограничение амплитуды суставных движений при амортизации с сохранением оптимальных суставных углов, обеспечивающих максимально возможную силу выталкивания;

— мгновенный переход от подседания с натяжением мышц к решающей фазе отталкивания с их сокращением — во избежание потери эффекта рекуперации.

Взаимодействие с опорой. Трение. Действия типа отталкивания подразумевают полноценную связь с опорой и ее соответствующие механические свойства.

Рис. 4.3. Приопорные взаимодействия при отталкивании.

При наиболее простых выталкиваниях (рис. 4.3) опорная реакция N, вызванная активными действиями спортсмена F, направлена перпендикулярно к опоре, и прыгун получает необходимую связь с нею, как бы испытывая опору на прочность (ср. с поведением опоры при упругом отталкивании). При отталкивании под углом к поверхности опоры и активная сила F, и «отвечающая» ей реакция N имеют вертикальную и горизонтальную составляющие, последняя из которых в обычном случае есть не что иное как сила поверхностного сцепления с опорой — сила трения.

Взаимодействие приопорных и периферических звеньев. В спортивном обиходе технические представления об отталкивании нередко сводятся к сопоставлению работы непосредственно опорных звеньев и т.н. «маховых», наиболее свободных звеньев отрытой биокинематической цепи (рук при отталкивании ногами, голени/стопы при отталкивании из виса и т.п.), которой в данном случае является тело гимнаста.

Между тем, надо понимать, что с биомеханической точки зрения, «маховая работа» при отталкиваниях включает в себя не только движение легкими периферическими звеньями, но и вообще представляет собой генерализованное движение всех масс тела, располагающихся дистально, в более подвижной части тела, отделенной его ОЦТ.

На рис. 4.1 этой «маховой» половиной тела является верхняя его полумасса, включающая в себя (при отталкивании ногами) всю верхнюю часть туловища с головой и руки.

Эффективность маховых действий при отталкивании обусловливается рядом факторов.

Первый из них — ускорение свободных звеньев при их маховом движении. Чем большее ускорение приобретают в 1-й фазе отталкивания свободные звенья тела спортсмена, тем больше, в силу реактивного взаимодействия в кинематической цепи, давление на опору, и тем эффективнее, при прочих равных условиях, физически мощнее все отталкивание. При этом эффективность махового движения зависит не только от физических возможностей исполнителя, но и от техники движения.

Так, иногда выгоднее выполнять мах не прямыми руками или ногой (что может быть непосильно, хотя, в принципе, желательно), а с их взвешенным сгибанием, так как в этом случае, действуя на уровне реальных физических возможностей исполнителя, можно достичь большего ускорения движущихся масс тела и, следовательно, более высокой их энергетики.

Второй фактор, связанный с первым — оптимальная амплитуда махового движения. При прочих равных условиях, наибольший энергетический эффект даст маховое движение свободными звеньями, выполняемое лишь до того момента, пока звено продолжает наращивать скорость и, соответственно, кинетическую энергию. Например, высокий, но замедленный взмах руками при акробатическом сальто сопровождается потерей мощности (конкретно — высоты вылета и скорости «крутки»).

Третий фактор, также связанный с предыдущими — масса звеньев, вовлекаемая в маховое движение. Очевидно, что чем бóльшие массы тела участвуют в ускоренном движении, тем, при прочих равных условиях, мощнее отталкивание.

Так, при отходе на акробатическое сальто быстрый мах вверх-назад совершают не только руки прыгуна, но и массивные верхние отделы туловища вместе с головой¹⁷. При этом движение еще активнее, если действия в тазобедренных суставах выполняются синхронно с однонаправленными действиями в суставах позвоночника (см. ниже). При т. н. «бросковых» движениях в гимнастике мах выполняется не только за счет действий в тазобедренных, но и плечевых суставах, благодаря чему в активное маховое движение сразу вовлекаются не только ноги, но и туловище.

Четвертый фактор — интенсивность, «резкость» торможения маховых звеньев, т. е., мощность действий второй фазы отталкивания. Даже при самом активном начале отталкивания последующие вялые действия не дают должного эффекта и приводят к бесполезному рассеянию ранее полученной кинетической энергии, переходящей в тепловую форму. Иными словами, мощность действий в обеих фазах отталкивания должна быть соразмерной, в противном случае механизм отталкивания «не срабатывает».

Пятый фактор — направление вращения маховых звеньев. Поскольку маховая работа периферическими звеньями, как и любое суставное движение, всегда носит вращательный характер, она не может не влиять на вращательные характеристики движения тела спортсмена в целом. Поэтому, в тех случаях, когда программа движения предполагает получение активного вращения всем телом, немаловажно как именно при отталкивании действуют маховые звенья спортсмена.

На рис. 4.4 даны в сравнении характерные случаи с различными сочетаниями направления вращения свободными звеньями и последующего движения всем телом при отталкивании.

Рис. 4.4. Направление вращения маховых звеньев при отталкивании

Уже первый случай «а» в этом смысле не так прост, как может показаться. Выполняя обычный, без вращения (для тела в целом) прыжок со взмахом рук вперед-вверх (то есть с их вращением назад), исполнитель вынужден едва заметным, как правило неосознаваемым, сгибанием тела («втягивая» грудь, отводя таз назад) компенсировать вызываемый таким махом рук «отвал» назад, с тем чтобы получить в итоге правильное поступательное движение вверх.

Второй случай «б» — акробатический переворот назад — предполагает вполне естественное и биомеханически рациональное сочетание одноименного вращения и перемещения всего тела. В этом случае маховая работа свободными звеньями содействует вращению всего тела акробата, причем в полном цикле переворота такое отталкивание выполняется дважды — вначале ногами (с махом руками) и затем руками (с маховой, «курбетной» работой ногами). Принципиально так же строятся и движения, в которых маховыми звеньями являются не только руки, но и свободная нога («маховые» акробатические сальто и т.п.).

Третий случай «в» также кажется вполне естественным по структуре маховых действий. Это, например, прыжок с мостика в опорных прыжках, когда тело в целом вращается вперед. Между тем вращение маховых звеньев и тела в целом в этом случае — разноименное, т.к. руки, двигаясь в сагиттальной плоскости и вращаясь в данном случае назад¹⁸, на этот раз не содействуют основному вращению тела вперед, а ограничивают его.

Для исполнения обычных прыжков эта деталь несущественна. Например, акробатическое сальто вперед можно делать, на выбор, по-разному, включая «задний темп» (рис. 4.5). Но если бы возникла задача освоить сальто вперед в первой полетой фазе опорного прыжка, то такая техника маха руками была бы единственно приемлемой.

Рис. 4.5. Сальто вперед махом рук назад.

Описанные случаи построения маховой работы свободными звеньями при отталкивании носят как бы подстроечный характер, внося оттенки в технику движения, но не определяя его принципиальной программы. Однако существуют формы спортивных движений, в которых направление и мощность вращательного движения свободными звеньями дают более радикальный результат вплоть до принципиального формирования программы вращения.

На рис. 4.6 три сравнительные ситуации перехода в полет махом вперед из виса на продольной опоре. К моменту перехода в безопорное положение тело гимнаста имеет определенную скорость вращения назад и при пассивной работе (без изменения позы в момент ухода от снаряда, «а») может сохранить ее в неизменном виде в полете («смокрут»).

4.6. Движения маховыми звеньями как фактор программного движения.

Но результат движения может быть иным, если переход в полет на фоне ранее полученного движения будет сопровождаться еще и активным отталкиванием, а значит и маховой работой дистальных звеньев, роль которых в данном случае играют ноги гимнаста. Если они, опережая другие звенья, вращаются в исходном направлении («бросок» свободным звеном по ходу основного движения), то тело в целом получает дополнительный кинетический момент (б).

Возможна, однако, и обратная схема действий, при которой маховые звенья при переходе в полет совершают более или менее быстрое вращательное движение, направленное против начального вращения (в).

Результат такой работы будет, соответственно, совершенно иным: в зависимости от интенсивности и технической эффективности таких «контрдействий» они могут не только ослабить или полностью нейтрализовать начальное вращение, но даже изменить его на противоположное. Так делается во многих гимнастических упражнениях, образующих целый характерный класс движений, например, прыжки и соскоки «летом», соскоки и подъемы дугой, соскоки и подъемы махом вперед, «перелет Ткачева» и т. п. (см. 11.3.2).

Синхронизация действий. Одним из важных координационных аспектов техники отталкивания является согласованность действий в суставах. При установке на высокую мощность движения, чисто с физической точки зрения, выгодно (несмотря на некоторые биомеханические особенности работы двусуставных мышц нижних конечностей) стремиться к возможно более одновременному, в идеале — синхронному включению в работу всех мышечных групп, обслуживающих при отталкивании звенья биокинематической цепи. В этом случае все элементы масс тела немедленно вовлекаются в движение (тем более быстрое, чем дальше звено располагается от опоры), а ОЦМ получает в итоге наибольшее ускорение и, как следствие, скорость по итогам всего отталкивания (рис. 4.7, а).

Рис. 4.7. Синхронизация действий в суставах при отталкивании.

Вместе с тем, синхронная работа в суставах резко повышает нагрузки на мышечный аппарат исполнителя (особенно в приопорных звеньях) и, соответственно, требования к скоростно-силовой подготовке. Поэтому при совершенствовании прыжков (как и вообще отталкиваний, в том числе руками) требуется настойчивая работа как над скоростно-силовыми возможностями спортсмена (без чего невозможно справиться с повышенными нагрузками, падающими на двигательный аппарат), так и над самим навыком синхронного отталкивания, предъявляющим высокие требования к координации действий. Последнее объясняет, почему иногда спортсмены с превосходными скоростно-силовыми данными плохо прыгают, и наоборот — почему некоторым исполнителям с относительно скромными физическими показателями удаются отличные прыжки.

Антитезой синхронному отталкиванию являются действия с последовательным, волнообразным вовлечением цепи в работу, начинающимся с маховых звеньев («б»). Такое распределение действий во времени при прочих равных условиях всегда снижает мощность отталкивания, давая меньшие максимальные усилия на опоре и бóльшую длительность действия. Но при этом оно предъявляет соответственно меньшие требования к физической подготовке спортсмена и степени его мобилизации в процессе исполнения упражнения.

Однонаправленные синхронные действия в суставах — максимальная модель отталкивания, к которой следует стремиться, но которая не всегда доступна ввиду ее трудности. Простейшим бытовым примером этого может служить вставание со стула: больной, старый человек не в состоянии быстро встать и выпрямиться сразу во всех суставах, как это может сделать, например, солдат, «вскакивающий» при появлении командира (а). Пожилой человек будет действовать не только более медленно, но и последовательно (б), снижая тем самым мощность действия и делая его для себя более доступным (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Изменение мощности и трудности действий при отталкивании.

В определенных ситуациях и спортсмен вынужден пользоваться техникой, дающей меньшую мощность движения, но открывающей, благодаря этому, возможность исполнения упражнения.

Так, гимнаст, выполняющий соскок сильным махом вперед на перекладине (рис. 4.8) должен в решающей фазе упражнения, перед переходом в полет, выполнить резкое прогибание тела с отталкиванием руками от опоры, позволяющим форсировано изменить направление вращательного движения всего тела. Чем мощнее эти действия, тем выше класс исполнения движения. Поэтому идеальной здесь была бы именно синхронная работа ногами, туловищем и руками (в). Однако, такая техническая схема создает наибольшие нагрузки на относительно слабые мышцы плечевого пояса, которые часто с такой работой не справляются.

В этом случае требованиям исполнения упражнения в большей степени отвечает «мягкий», рациональный технический вариант действий (г), при котором прогибание тела выполняется естественным, в данном случае, волнообразным движением от ног к рукам, завершающим действия отталкивания. В дальнейшем, в процессе совершенствования, спортсмен может постепенно «подтягивать» технику к более «жесткому», синхронному варианту исполнения.

Генерализация действий. Требование возможной синхронизации действий при отталкивании тесно связано с другой кардинальной технической особенностью действий этого типа — масштабом вовлечения в работу ОДА спортсмена.

Важно учитывать, что любое технически верно выстроенное отталкивание должно представлять собой действие, в исполнении которого принимает участие весь двигательный аппарат спортсмена. Глубоко ошибочно примитивно представление, будто «отталкивание» ногами или руками это действие только самими указанными конечностями тела.

При обучении и совершенствовании отталкиваний важно помнить, что решающий динамический фактор этого движения, в основном определяющий его успех, а именно — ударно нарастающее давление на опору — находится в прямой зависимости от работы всего двигательного аппарата спортсмена. При этом ускоренное маховое движение звеньев, удаленных от опоры, является вовсе не вспомогательным действием, якобы «просто повышающим» эффективность всего движения, а неотъемлемым техническим компонентом этого движения. Без указанного технического компонента в принципе нельзя развить усилие на опоре, так как махи в отталкиваниях — это вовсе не только быстрые движения легкими периферическими звеньями — руками и (или) свободной ногой при опоре ногами (ногой), но и ускоренное движение массивными звеньями в сторону от опоры, в первую очередь, верхним отделом туловища.

Завершенность выталкивания. Одно из важнейших технических требований к отталкиванию — его выполнение до полного выпрямления тела. К моменту перехода тела в безопорное положение тело спортсмена должно быть предельно растянуто в направлении выпрыгивания (рис. 4.9, а).

Рис. 4.9. Завершенность выталкивания.

Типичная грубая ошибка при этом, характерная для новичков, делающих, например, сальто — поспешное снятие ног с опоры («чтобы побыстрее сгруппироваться»). Это всегда приводит к резкому снижению всех параметров прыжка — и в высоте полета и во вращении (б).

Динамические фазы нормального отталкивания. Отталкивание от жесткой опоры скоротечно, его длительность 0,1—0,2 с. Вместе с тем, этот «миг» наполнен сложным динамическим содержанием, включающим в себя массу деталей, важных для понимания и самого процесса отталкивания и его техники¹⁹.

На рис. 4.10 три модельные динамограммы отталкивания, разные по качеству, но подчиняющиеся общим структурным закономерностям. Выделяются несколько характерных фаз этого действия.

4.10. Модельная динамограмма вертикальной составляющей отталкивания.

1—я фаза: резкое наращивание давления на опору при наскоке на нее. Это фаза амортизации, заканчивающаяся напряженным «подседом». Мышцы работают в останавливающем режиме. Как правило, именно в этой фазе фиксируются пиковые значения усилий, развиваемых на опоре, но следует знать, что они вовсе не являются главными рабочими усилиями, которые определяют эффективность толчка. Ударные значения усилий, достигающиеся в этой фазе, могут быть очень высокими при вполне посредственных итогах всего отталкивания (б).

2—я фаза связана с весьма специфической динамической подстройкой. Происходит продолжение подседания, но мышцы действуют в уступающем режиме с подрасслаблением. Это приводит к некоторому спаду давления на опору и частичному рассеиванию потенциальной энергии, накопленной в мышцах.

Как показывают многочисленные экспериментальные исследования, эта фаза практически неизбежна при мощных отталкиваниях, поскольку позволяет, как бы «сканируя» собственные усилия, выйти на тот уровень реального рабочего напряжения, при котором спортсмен способен справиться с перегрузками, падающими на опорный аппарат, и выполнить решающую часть отталкивания. Чем выше степень физической и технической подготовленности спортсмена, тем меньше эта фаза выражена, что сопровождается сближением пиков на динамограмме (см. варианты кривых на фиг. а). И, напротив, у слабых прыгунов эта фаза гипертрофирована (б).

3—я фаза — решающая. Это собственно выталкивание, которое и обеспечивает, в конечном итоге, ускорение, получаемое телом при движении от опоры, а, значит, и эффект всего отталкивания, отскока. Она характерна повторным наращиванием усилий на опоре. Достигнув в напряженном подседании оптимального для себя уровня мобилизации мышечного аппарата, спортсмен вновь активно действует на удаление масс тела от опоры, заставляя мышцы работать в преодолевающем режиме.

4—я фаза — результирующая, когда происходит притормаживание ранее ускоренных маховых звеньев тела с передачей импульса в направлении опоры и падением давления на нее.

Описанная «двухпиковая» картина динамограммы присутствует практически во всех мощных спортивных отталкиваниях. Однако в более простых условиях (например, при легких подпрыгиваниях на жестком полу, прыжках в художественной гимнастике и др.) отталкивание имеет практически «однопиковую» структуру, т.е. здесь останавливающие и преодолевающие действия не «расщепляются» промежуточной фазой динамической «подстройки» (в). В известном смысле это — идеальное отталкивание, в котором энергия двигательного действия используется наиболее просто и эффективно. К этому идеалу должны стремиться и спортсмены, выполняющие максимально мощные отталкивания с наскока. Однако этого можно достичь в обучении только посредством совершенствования скоростно-силовых и координационных возможностей прыгуна.

Заметим, что в описанной структуре с четырьмя фазами действий первые две фазы связаны с возможным наскоком на опору, то есть с т.н. «подготовительными действиями», и только 3-я и 4-я фазы соответствуют базовому двухфазному циклу, описанному выше, как принципиальный инвариант всех отталкиваний.

Упругое отталкивание. Практически все современные спортивные снаряды, предназначенные для отталкивания и подобных действий, обладают свойствами упругости. В целом ряде случаев эти свойства конструктивно предусмотрены. Таковы гимнастические мостики для прыжков, помост для вольных упражнений, акробатическая дорожка, батуты разных типов, трамплин для прыжков в воду, шест для легкоатлетических прыжков и др. В отдельных случаях прыжковые снаряды оснащены устройствами для изменения модуля упругости снаряда в соответствии с индивидуальными масс-геометрическими показателями спортсмена.

Кроме того, в спорте почти все стационарные снаряды обладают более или менее выраженной пластичностью, требующей точного согласования двигательных действий спортсмена с упругими свойствами опоры. От этого существенно, часто решающим образом, зависит эффективность самых важных, прежде всего энергообеспечивающих действий спортсмена. Это относится также к разного рода специальным, как бы «твердым» покрытиям, которые на самом деле всегда обладают более или менее выраженными упругими свойствами. Таковы современные беговые дорожки, опорные поверхности для отталкивания в легкоатлетических прыжках, пол в залах для спортивных игр, художественной гимнастики и т. д.

В целом, модернизация снарядов и оборудования в направлении увеличения и специализации его упругих свойств, целесообразных с биомеханической точки зрения — одна из ведущих эргономических тенденций в современном спорте. Те же тенденции издавна и, в особенности, на современном этапе отмечаются в отношении конструирования спортивной обуви, которая должна обладать оптимальными (в идеале — индивидуально выверенными) упругими свойствами.

Биомеханика упругого взаимодействия с опорой весьма сложна, и в обучении можно руководствоваться лишь рядом наиболее общих посылок, помогающих избежать грубых ошибок в технике отталкивания от упругой опоры.

На рис. 4.11 схематически показан процесс активного взаимодействия тела спортсмена с упругой опорой при отвесном движении. Выделяется несколько принципиальных фаз такого взаимодействия на модели, построенной по схеме «наскок — отскок».

Рис. 4.11. Упругое отталкивание.

Фаза наскока (к.к. 1—3). Выполнив разбег или наскок сверху, спортсмен получает к моменту возникновения контакта со снарядом (к. 3) некоторую кинетическую энергию и встречает опору в активно выпрямленном положении, сохраняя высокий тонус мышечного аппарата.

Фаза амортизации (к.к. 3—5) чрезвычайно важна как фаза подготовительных действий к последующему активному выталкиванию. С началом контакта (к. 3) тело спортсмена и снаряд, действуя друг на друга, упруго деформируются: прыгун напряженно переходит в положение «подседа», а подвижные элементы снаряда «прожимаются» в направлении исходного движения тела или по нормали к опорной поверхности.

При этом кинетическая энергия тела преобразуется в форму потенциальной энергии упругой деформации, накапливающейся как в снаряде, так и в мышечно-связочном аппарате спортсмена, и в дальнейшем может быть до известной степени возвращена по механизму рекуперации. В фазе амортизации мышцы спортсмена, напрягаясь, натягиваются и развивают максимальные для данного случая усилия при давлении на опору. Это действие имеет самое кардинальное значение в плане подготовки последующих действий. Одновременно меняется поза в расчете на выполнение не только собственно толчковых, но и маховых движений в следующей фазе действий.

Фаза активного выталкивания (к.к. 5—7). Немедленно после напряженного подседа спортсмен начинает мощно выпрямляться, усиливая взаимодействие с опорой и прожимая ее вниз, дополнительно «погружаясь» при этом в опору. Как уже отмечалось, это действие носит генерализованный характер: выпрямляясь всем телом, спортсмен не только действует ногами на опору, но и выполняет ускоренное маховое движение свободными звеньями в направлении от опоры. В итоге активного выталкивания тело спортсмена должно быть, по возможности, предельно выпрямлено, оттянуто от опоры, а натяжение упругих элементов снаряда (к моменту мгновенной остановки движения, к. 7) достигает максимума.

Фаза «выбрасывания» (к.к. 7—9). К моменту полного (или индивидуально посильного для данного спортсмена) выпрямления тела (к. 7) упругий снаряд предельно (в применении к данному случаю) деформирован и максимально «заряжен» потенциальной энергией, которая при «выбрасывании» тела вверх может быть ему возвращена в кинетической форме. Для того, чтобы эта фаза отталкивания прошла без потерь энергии, прыгун должен сохранять предельную «оттяжку» (активное выпрямление, удлинение) тела и эффективный контакт с опорной поверхностью снаряда. В противном случае энергия упругого снаряда в буквальном смысле «уходит в воздух». Типичная грубейшая ошибка этого рода — преждевременное освобождение от опоры (к.к. 7 — 8, а — 9, а — 10, а), связанное с желанием поскорее перейти в полет. В действительности такие действия всегда идут резко в ущерб всем параметрам.

Фаза вылета (к.к. 9—10) — результирующая. В норме спортсмен должен начинать ее (к. 9) в строго оттянутом, активно выпрямленном положении. Лишь после отделения от опоры (еще лучше — с паузой после этого, к. 10) он может менять позу по своему усмотрению, реализуя дальнейшую программу движения и демонстрируя «фигуру полета».

Описанная техника упругого отталкивания — лишь один из ее вариантов, в наибольшей степени характерный для достаточно эластичной опоры (типа большого батута). Он наиболее удобен в обучении как модель для анализа структуры упругого отталкивания. Однако в реальности акценты в «отдаче» упругой опоры и динамике ее активного «прожимания» могут несколько смещаться относительно друг друга, меняя характер отталкивания. Идеален случай, когда фазы колебания упругой опоры, загруженной весом тела спортсмена, и активного деформирующего воздействия на нее при толчке совпадают по принципу параметрического резонанса (когда акценты пассивного и активного отталкивания совпадают. Это означает, что спортсмен хорошо согласует свои действия с механическими свойствами снаряда и «попадает в отталкивание».

Проще эта задача решается в случаях, когда упругие свойства снаряда могут перестраиваться с учетом индивидуального запроса спортсмена (трамплин для прыжков в воду). Однако в большинстве случаев это пока что невозможно. Поэтому в процессе обучения крайне важно учиться чувствовать упругую опору и, по возможности, подстраиваться к ней с учетом скоростно-силовых, мощностных возможностей исполнителя и рабочей массы его тела. В частности, на наиболее «мягких» опорах типа батута, где период колебания упругой опоры, загруженной весом тела спортсмена, достаточно велик, время резонансного отталкивания также должно быть относительно большим. Для отталкиваний от гимнастического мостика, акробатической дорожки, мини-батута оно меньше, а при упругих отталкиваниях от «рейтеровского» помоста в гимнастике еще короче.

Это нередко является причиной интерференции навыков отталкивания при смене опор, обладающих разным модулем упругости. Поэтому отталкивание всегда должно в этих случаях осваиваться и совершенствоваться как базовый навык с выраженными вариативными свойствами. Этот навык весьма ценен даже в тех случаях, когда спортсмен имеет возможность пользоваться снарядом с индивидуально изменяемым модулем упругости.

Вместе с тем на «мощных» упругих опорах типа большого батута возможны отталкивания как бы пассивного типа, когда спортсмен довольствуется, в основном, «извлечением» из снаряда ранее приобретенной потенциальной энергии упругой деформации, добавляя к ней собственной активной работой лишь некоторый минимум, восполняющий диссипацию. Так, прыгуны на батуте, приступая к исполнению прыжковой комбинации, вначале «распрыгиваются», набирая значительную высоту (у мужчин — до 5—6 метров над поверхностью сетки), и после этого выполняют основные прыжки. При этом они уже гораздо меньше используют собственно отталкивание ногами, маховая же работа руками исключается практически полностью.

Главное внимание в этом случае уделяется управлению ранее полученным движением. В этом случае приход на сетку рассчитывается так, чтобы ее упругая отдача сама по себе задавала телу спортсмена расчетное поступательное или сложное движение с вращением того или иного направления. Однако изъяном такой техники движения часто является постепенное снижение его энергетики, выражающееся в потере высоты прыжков, что и карается в судействе.

Таким образом упругое отталкивание этого типа складывается из фаз наскока (рис. 4.8, к.к.1—3), инерционного прожимания снаряда (к.к. 3—7, но без промежуточного изменения позы), выбрасывания тела спортсмена снарядом (к.к. 7—9) и вылета (к.к. 9—10).

Наконец, прыжки, выполняемые на жесткой опоре (где период упругой деформации опоры на порядки меньше, чем на специальных упругих снарядах), практически не доступны для резонансного режима действий и в этом (но только в этом) смысле координационно проще, так как зависят по преимуществу от скоростно-силовых возможностей исполнителя.

Отталкивание в движении. За краткое время отталкивания меняются не только количественные значения сил, действующих при опоре, но, как правило, меняется и их векторная направленность. Этого не происходит лишь в простых отталкиваниях, направленных перпендикулярно к опоре, тогда как в более сложных ситуациях векторная картина отталкивания оказывается весьма разнообразной, что не всегда учитывается при обучении движениям.

На рис. 4.12 показаны четыре положения, которые можно рассматривать как отдельные моменты одного отталкивания (например, акробатического переворота назад) с соответствующими векторами опорной реакции и ее составляющими.

Рис. 4.12. Пофазное изменение векторной картины при отталкивании в движении.

Можно убедиться, что в разных фазах такого отталкивания его конкретный физический эффект совершенно различен. Если в приведенном примере (с переворотом назад) тело с самого начала имело перемещение и вращение назад, то в положении (а) оба этих компонента движения будут «гаситься», хотя именно они и требуются в данном упражнении более всего. Далее, в положении (б), отталкивание содействует вращению тела назад, но никак не влияет на перемещение по горизонтали. И лишь позднее, в положениях (в, г) опорная реакция, вызванная активными действиями акробата, будет, наконец, все больше содействовать необходимому в перевороте перемещению и вращению назад.

Весьма показательна тензорная картина такого отталкивания (рис. 4.13), показывающая как меняются в этом случае величина и направление опорной реакции. Это чрезвычайно важно понимать в процессе обучения движениям, так как с этим связан выбор наиболее эффективной техники отталкивания и приемов исправления ошибок.

Рис. 4.13. Тензор опорной реакции при отталкивании в движении.

Дополняя разбор ситуаций отталкивания, обратимся еще раз к рис. 4.9 и представим себе, что каждое из четырех показанных там положений является определяющим при отталкивании в упражнениях определенного типа. Тогда отталкивание, показанное на к.е (а), соответствовало бы сальто вперед с продвижением вперед; положение (б) было бы ключевым для сальто назад «на месте», т.е. с вылетом вверх, но без смещения по горизонтали. Ситуация (к.к в) отвечала бы требованиям исполнения движения типа невысокого быстрого сальто назад с одноименным смещением (типа «темпового»), а последний (к. г) — быстрому низкому движению в перевороте назад («фляке»).

Таким образом, «одно и то же» отталкивание, взятое в его разных фазах, содержит в себе «зародыши» совершенно разных движений и может, при определенных условиях, дать сложное (составное) пространственное движение с совершенно разными результатами.

Перемещающий и вращающий эффекты отталкивания. Анализируя векторную картину, характеризующую отталкивание, можно также заметить, что его физический результат определяется соотношением параметров переместительного (с учетом только горизонтального смещения) и вращательного движений. Анализируя характер отталкивания и его возможные эффекты можно также убедиться, что переместительные и вращательные составляющие опорной реакции, связаны обратной зависимостью (рис. 4.14): чем больше одна из составляющих, тем меньше другая, и наоборот. Это и понятно: переместительная и вращательная составляющие отталкивания не могут выходить за пределы своей геометрической суммы. Поэтому, образно говоря, все нужды отталкивания могут «оплачиваться» только из «бюджета» равнодействующей опорной реакции, и если большая ее часть «тратится», например, на перемещение тела, то его вращение «субсидируется» по остаточному принципу, и наоборот.

Рис. 4.14. Взаимосвязь составляющих опорной реакции при отталкивании.

Поэтому в относительно высоких прыжках (а) обычно ограничено интенсивное вращение тела, а прыжки с вращательной доминантой (б), напротив, лимитированы в отношении высоты перемещения. То же самое имеет место с соотношением составляющих переместительной компоненты опорной реакции (в). Чем больше, при прочих равных условиях, вертикальная составляющая прыжка (определяющая его высоту), тем меньше будет горизонтальное смещение тела спортсмена и наоборот.

Из сказанного ясно, что в процессе учебной работы над прыжковыми движениями важно найти наиболее рациональное сочетание параметров движения, когда исключаются технические крайности, и для решения сложной двигательной задачи должно избираться оптимальное решение.

4.2. ПРИЗЕМЛЕНИЕ

Возвращение на опору после безопорного движения — действие, обратное по физическому смыслу отталкиванию: если последнее сообщает телу спортсмена движение, то приземление, напротив, имеет своей целью его упорядоченное преобразование с полным или частичным гашением энергетики движения.

4.2.1. Динамические взаимодействия при приземлениях

Характер взаимодействия с опорой, в том числе амортизация при приземлении, зависят как от техники, так и от самой цели движения.

Рассмотрим четыре модели прихода спортсмена на твердую опору после обычного соскока сверху на ноги. Спортсмен может при этом сообщать ему различные физические свойства, отраженные ниже в образных названиях каждой модели (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Модели приземления

Модель «пружинного человечка» (а) — случай, когда спортсмен, попадая на опору «с лёта», стремится сохранить упругие свойства опорно-двигательного аппарата. Мышцы спортсмена еще до прихода на опору заблаговременно напряжены, а с началом амортизации его тело, стремясь по инерции двигаться в направлении опоры, упруго «подседает», заставляя мышцы (в основном разгибатели ног и туловища) без снижения тонуса действовать в останавливающем режиме. При такой технике приземления возможна рекуперация энергии, то есть преобразование кинетической энергии безопорного движения в потенциальную энергию упругой деформации и ее возврат в форме нового «пружинного» отскока, который в данном случае неизбежен.

Движение такого типа идеально для выполнения, например, беговых шагов, многоскоков, серийных акробатических прыжков и т. п. Но оно совершенно непригодно в тех случаях, когда приземление должно закончиться остановкой в «доскок», т.е. не сохранением, а, напротив, полным рассеянием кинетической энергии тела, переходящей в тепловую форму.

Модель «фарфоровой статуэтки» (б). Практически возможен приход на опору с полностью фиксированными суставами, исключающими амортизационное подседание тела. С физической точки зрения это означает, что все элементы масс тела спортсмена (и ОЦМ) останавливаются одновременно, вызывая очень большое отрицательное ускорение и, как следствие — сильнейший удар, который действует на ноги и вдоль позвоночника, приводя к самым опасным последствиям (б). Для сравнения: технически грамотный «прыжок в глубину», например, с высоты стола, абсолютно безопасен, в то время как приземление с той же высоты, выполненное на пятки и с жестко фиксированными суставами ног и туловища чревато страшными травмами вплоть до перелома позвоночника.

Модель «тряпичной куклы» (в) — приземление, при котором тело спортсмена в момент прихода на опору полностью расслаблено. В этом случае звенья тела стремятся падать как бы автономно, а перегрузки, возникающие при их столкновении с опорой, действуют, прежде всего, на мышечно-связочный аппарат и суставы. Такое приземление не только весьма травмоопасно, но и совершенно неуправляемо.

Модель «пластилиновой фигурки» (г). К моменту приземления тело гимнаста должно сохранять заданную форму, соответствующую равновесной стойке на ногах, и если полет необходимо завершить полной остановкой, то оно, как было показано, не должно быть ни упругим, ни абсолютно жестким, ни слишком податливым. При этом тело должно рассеивать свою энергию не одномоментно, как при опасных ударах, а постепенно «вминаясь» в опору.

Таким образом, в данном случае требуется пластичная модель поведения. Это возможно, если гимнаст будет умело использовать биомеханические свойства мышечного аппарата. Для этого во время приземления в остановку мышцы должны последовательно, начиная от приопорных звеньев, постепенно подрасслабляться, теряя свои упругие свойства, причем темпы подрасслабления должны как можно точнее соответствовать скорости инерционного подседания в позе «доскока». Если это требование не выдерживается, тело спортсмена будет вести себя либо как «пружинная» модель (скорость подрасслабления отстает от скорости натяжения мышц при подседании), либо как «тряпичная» (темпы расслабления быстрее, чем требуется в данном конкретном случае).

Сказанное означает, что верное приземление в остановку требует овладения тонким двигательным навыком, который нужно тщательно осваивать и совершенствовать, тем более что двигательные действия приземления скоротечны и трудно поддаются осознанному управлению.

Одна из наиболее эффективных форм приземления, в связи с этим — приход на опору из положения с возможно более выпрямленным телом с поднятыми вверх руками и последующим глубоким вязким приседанием (рис. 4.16, а). Только в этом случае тормозной путь масс тела и время приземления оказываются достаточно большими, чтобы сделать возвращение на опору мягким, безопасным и лучше управляемым.

Рис. 4.16. «Мягкое» и «жесткое» приземления.

Всякие попытки быстро и «жестко» погасить движение ради зрелищного эффекта (в гимнастике, акробатике) не только опасно усиливают удар и компрессионное воздействие на опорный аппарат спортсмена, но и резко снижают возможности управления действиями приземления (б). Начинать обучение приземлению в любом случае следует с освоения глубокого мягкого «подседа» и лишь по мере приобретения мастерства, такое движение может постепенно сменяться более компактными, «сухими» действиями.

4.2.2. Гашение сложного движения при приземлениях

В гимнастике приземление, как правило, выполняется после сложного пространственного движения, т.е. на фоне перемещения ОЦМ тела спортсмена не просто по вертикали, а чаще по криволинейной траектории, с горизонтальным смещением, и обычно при одновременном вращении тела, по меньшей мере, вокруг одной из его центральных осей (табл. 4.1).

Это означает, что приземление в остановку требует одновременного гашения, как минимум, трех компонентов движения тела — вертикального и горизонтального перемещений и вращения. При этом вращение тела может быть не простым, а многоосным, как это бывает, например, при акробатических сальто с поворотами. Здесь полная остановка движения должна достигаться в положении ограниченно-устойчивого равновесия.

Успех таких действий зависит от ряда факторов, главные из которых — точность исполнения упражнения в целом (т.е. принципиальная возможность попадания в нужную стойку по завершении упражнения), режим амортизации при контакте с опорой, своевременность и эффективность корректирующих действий, если они необходимы в приземлении.

Рассмотрим в этой связи особенности приземления в остановку после движения в полете (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Гашение движения при разных формах приземления.

Как отмечалось, простейший вариант этого рода — приземление после отвесного падения на опору без вращения (а), когда достаточно амортизационных действий на опоре, рассеивающих энергию падения. Более сложный вариант движения — отвесное приземление при наличии вращения тела. В этом случае приземление должно происходить так, чтобы одновременно с амортизацией гасилась вращательная компонента движения (б). Если этого не учитывать и действовать, как в случае (а), то спортсмена сбросит в сторону вращения. Предотвратить эту ошибку можно только заблаговременно, если прийти в положение, при котором контакт с опорой (физически подобный отталкиванию) порождает импульс, направленный противоположно тому, что был в полете (в).

Еще сложнее ситуация, в которой следует гасить также смещение по горизонтали. Если ему не противопоставить во время приземления соответствующую опорную реакцию, то спортсмена «свалит» при инерционном продолжении движения (г). Этот нежелательный эффект должен быть предусмотрен заранее (д).

Таким образом, техника приземлений связана с освоением целого ряда более или менее сложных навыков, требующих специального обучения и совершенствования. Тренер и спортсмен должны, в частности, знать, что единой техники правильного приземления (за исключением приемов демпфирования) не существует. Каждый тип сложного пространственного движения требует своих условий приземления, при которых генерируется механический импульс, обратный тому, что имеет тело спортсмена в полете (табл. 4.1).

Аналогичным закономерностям также подчиняются приходы на руки в таких элементах как сальто назад на брусьях или акробатический полупереворот назад в стойку на кистях (рис. 4.18). В этом случае дохват выполняется в положении, когда прогнутое тело еще не достигло вертикали, и завершающие действия заканчиваются уже на опоре замедленным приходом в вертикальную стойку.

Рис. 4.18. Гашение движения при приходе на руки.

В уже прокомментированной ранее табл. 4.1 отражены основные варианты сочетания вращений-перемещений тела спортсмена в полете и, соответственно, разновидности входа тела спортсмена в приземление.

Рассматривая приведенные в ней случаи, можно прийти к выводу, что освоение и совершенствование приземлений требует дифференцированного обучения девяти разным формам ДД (без учета вариантов вращения вокруг продольной оси). Однако ситуация облегчается сходством некоторых ситуаций приземления друг с другом.

Базовые формы приземления. В реальности важно, прежде всего, освоение и настойчивое совершенствование трех базовых навыков приземления (рис. 4.19):

— Базовый навык простого демпфирующего приземления без горизонтального смещения и вращения тела в целом (на рис. 4.11, а, в табл. 4.1 — центральный случай «Д»).

— Навык приземления в движениях типа сальто назад с опережающим «стопорящим» выносом ног назад (на рис. 4.19, а, в табл. 4.1 — А, Б, Г).

— Навык приземления в движениях типа сальто вперед с опережающим «стопорящим» выносом ног вперед (на рис. 4.19, б, в табл. 4.1 — Е, З, И).

Рис. 4.19. Базовые формы приземлений в сальто назад и вперед с одноименным перемещением и вращением в момент прихода на опору.

Существуют, как уже отмечалось, приземления с разноименным направлением перемещения-вращения тела (в табл. 4.1 — В и Ж). Благодаря этому компоненты полетного движения в момент приземления в той или иной степени взаимно гасят друг друга, и задача приземления сводится к относительно простому демпфированию (как в базовом навыке первого типа). Наиболее характерный пример такого приземления — в форме «ауэрбах» (сальто назад с перекладины или брусьев р.в.).

Таблица 4.1. Разновидности форм движения тела гимнаста к моменту приземления

Глава 5. МАХИ И ВРАЩЕНИЯ НА ОПОРЕ

К этой категории упражнений относятся многочисленные гимнастические упражнения типа циклических размахиваний, однонаправленных махов вперед и назад, маховых подъемов и оборотов вокруг опоры и т. п.

5.1. ДИНАМИКА МАХОВ НА ОПОРЕ

Движения, описываемые в данной главе, самая характерная часть упражнений спортивной гимнастики, наиболее определенно отражающая специфику этого вида спорта. По большей части это маховые движения, выполняемые в висах и упорах в переднезадней плоскости. Динамика данных движений в основном связана с действием трех сил — силы тяжести, Кориолисовой и центробежной сил инерции.

5.1.1. Действие силы тяжести

Действие силы тяжести — это фактор, определяющий состояние тела спортсмена в рабочих положениях на опоре и главное — это один из кардинальных механизмов, используемых для исполнения упражнений «махового» гимнастического типа.

Рис. 5.1. Пофазное действие силы тяжести при движениях типа больших оборотов на перекладине.

Давление на опору. Действие силы тяжести на тело гимнаста наиболее очевидно в ситуациях, когда она уравновешена нормальной опорной реакцией и стремится деформировать тело, воздействуя через него на опору с силой веса. Таковы все положения, при которых проекция силы тяжести проходит через опору, например, в статической или «проходной» стойке на руках, висах и др.

С точки зрения обучения упражнениям соответствующие состояния важны как фазы, требующие четко контролируемой осанки и соответствующего мышечного тонуса. Так, в положениях над опорой (рис. 5.1, а) сила тяжести прижимает тело гимнаста к снаряду, и ей необходимо сопротивляться, сохраняя должную техническую осанку в заданном (не обязательно прямом) положении. В чисто висовых положениях (д) та же сила «оттягивает» тело от опоры, стремясь привести его к максимально низкому положению, и спортсмен должен научиться рационально использовать этот эффект.

При вращениях вокруг опоры, происходящих с изменением высоты положения ОЦМ тела, действие силы тяжести носит более сложный характер. Составляющие силы тяжести, действующие на вращающееся тело спортсмена, пофазно изменяются. Сжимающее действие силы тяжести F_сж от максимальных значений у верхней вертикали (а) сходит к минимуму у горизонтали (а-в), а затем сменяется возрастающим до максимума оттягивающим действием силы F_от у нижней вертикали (в-д).

В свою очередь, тангенциальная, вращательная составляющая F_вр, начинаясь от нулевых значений у вертикали (а), по мере движения тела возрастает до максимума у горизонтали (а-в), сообщая телу положительное ускорение, а затем вновь сходит «на нет» (в-д). После прохождения ОЦМ тела нижней вертикали (д) оно движется против действия силы тяжести, которая сообщает телу отрицательное ускорение, замедляя подъем и изменяясь по тому же принципу, что и во время спада (д-е-а).

Таким образом, при вращении вокруг опоры исполнитель упражнения движется в сложно изменяющемся поле силы тяжести, что непосредственным образом связано с процессом формирования соответствующих двигательных навыков.

Действие момента силы тяжести и управление им. Целенаправленно меняя на опоре позу и, благодаря этому, плечо силы тяжести P_r (как следствие, ее момент относительно оси вращения), гимнаст получает возможность управлять ее вращающим эффектом. Этот механизм лежит в основе исполнения множества маховых движений в висах и упорах, построенных на вращении вокруг неподвижной опоры.

Рис. 5.2. Схема энергетической «подпитки» махов на снаряде.

На рис. 5.2 показана схема действий гимнаста при активных маховых движениях в висе. В начале каждого маха, на спаде, спортсмен должен доступным техническим приемом удалять, «оттягивать» массу тела от оси снаряда, а при подъеме, напротив, сближать их с опорой. Чем больше при этом разница в моментах силы тяжести, разгоняющих тело гимнаста при спаде и тормозящих его при подъеме, тем выше энергоподпитка движения, больше его амплитуда при размахиваниях или общая скорость при оборотах вокруг опоры.

Та же схема действий используется в ситуации, когда активность движения (амплитуда маха, скорость вращения) не изменяется, но ее необходимо поддерживать, восполняя активной работой неизбежные потери энергии на трение. Если действия гимнаста рациональны, то при их повторениях в виде размахиваний, оборотов и т. п. общая энергия в системе может прогрессивно нарастать. Это эффект, известный в механике как параметрический резонанс, простейшей внеспортивной иллюстрацией которого могут служить раскачивания на качелях²⁰.

Существует и противоположная ситуация, когда перед спортсменом стоит задача ограничить силу маха на опоре. В этом случае действует противоположная схема, при которой на спаде масса тела сближается с опорой, а во время подъема, происходящего по инерции, в нужной мере удаляется от нее. Это приводит к форсированному рассеянию энергии в системе и соответствующему ограничению скорости маха и его амплитуды.

Конкретная техника, которой исполнитель может пользоваться, реализуя описанный выше механизм управления вращением вокруг опоры, зависит от многочисленных биомеханических особенностей движения и избранного способа исполнения упражнения (см.).

5.1.2. Действие Кориолисовой силы инерции (КСИ)

При активных вращениях вокруг опоры поза спортсмена неизбежно меняется. Это означает, что масса его тела совершает не только вращательное движение вокруг оси снаряда, но и перемещается по радиусу этого вращения, сближаясь с его осью или удаляясь от нее. В этой ситуации появляются т. н. Кориолисовы силы²¹, одна из которых — Кориолисова сила инерции (КСИ) — наиболее интересна в данном случае как фактор, существенно влияющий на движения тела спортсмена, технику упражнений.

На рис. 5.3 показано, в каких условиях возникает и как именно действует КСИ в условиях опоры.

Рис. 5.3. Принцип действия Кориолисовой силы инерции при вращениях на опоре.

В качестве типичного примера взят активный мах в висе на перекладине. В данном случае тело спортсмена вращается вокруг оси снаряда по часовой стрелке. Если при этом поза не изменяется (к.к. 1—4), то КСИ не возникает, так как в этой фазе маха отсутствует перемещение массы тела по радиусу. После прохождения нижней вертикали (к. 4) гимнаст выполняет «бросковое» движение, благодаря которому тело, продолжая вращение, притягивается к опоре, то есть получает некоторую скорость, направленную по радиусу (к.к. 4—6). Автоматически возникающая при этом КСИ направлена по ходу основного вращения и будет «подталкивать» тело гимнаста, ускоряя его движение вокруг оси снаряда (или поддерживая угловую скорость тела на относительно более высоком уровне, несмотря на ее снижение по абсолютной величине).

Природа этого явления проста: окружная скорость звеньев, удаленных от опоры (здесь — ног), всегда выше, чем у звеньев, приближенных к оси вращения, и, если масса «быстрых» звеньев, перемещается на меньший радиус относительно «медленных» звеньев, они их «подталкивают» в направлении исходного движения. Если же движение по радиусу направлено в противоположную сторону — от опоры, то КСИ дает, соответственно, обратный эффект — «притормаживает» начальное вращение тела. Это показано на рисунке (к.к. 6—8), когда гимнаст, завершая мах вперед, выпрямляется всем телом, «оттягиваясь» в висе.

Действие КСИ прямо пропорционально скоростям вращения тела вокруг опоры и перемещения его масс по радиусу вращения. Обусловленные этим эффекты могут быть весьма ощутимыми даже при незначительных, но быстрых изменениях позы в движении. Это одна из причин, по которой техника мастеров высокого класса отличается как бы внешней экономностью, изяществом, когда, казалось бы, сдержанные действия²² с незначительными изменениями в позе дают неожиданно высокий эффект.

Важной особенностью КСИ является также то, что она, действуя независимо от силы тяжести, при надлежащих условиях будет проявлять себя в любой фазе движения.

Так гимнаст, выполняющий из упора мах «не касаясь» (рис. 5.4), быстро приближает ОЦМ к оси вращения уже на спаде, вызывая тем самым значительное ускорение вращения тела вокруг грифа несмотря на то, что при этом плечо, на котором действует сила тяжести, уже на спаде начинает уменьшаться.

Рис. 5.4. Действие Кориолисовой силы инерции на спаде из упора.

Суммарное действие тангенциальных сил. В упражнениях типа махов, оборотов сила тяжести и КСИ, как вращающие (тангенциальные) силы, действуют совокупно, но независимо друг от друга, часто давая парадоксальные технические эффекты, связанные с вращением тела на опоре. Причем, в зависимости от структуры и скорости движения, наиболее важную роль может играть либо тот, либо другой динамический фактор, порождая как бы противоречивые требования к технике упражнения.

Так, если спортсмен стремится к увеличению активности движения в обороте на перекладине, то предельная «оттяжка» с выпрямлением тела, вполне естественная при исполнении «спокойного» большого оборота на перекладине (рис. 5.5, а), абсолютно противопоказана при быстром прохождении стойки на руках (б), так как в первом случае наиболее существенную роль играет механизм управления моментом силы тяжести, а во втором — действие КСИ.

Рис. 5.5. Замедляющее и ускоряющее действие Кориолисовой силы инерции в большом обороте.

Таким образом, техника завершающей стадии медленного и быстрого оборотов оказывается принципиально разной.

5.1.3. Действие центробежной силы инерции

Центробежная сила инерции (ЦБС), действующая по радиусу вращения (по нормали), при опорных вращениях типа махов в переднезадней плоскости проявляет себя в виде перегрузок, которые могут достигать значительных величин и поэтому в существенной мере определяют технику движений и требования к физической подготовленности, а, значит — и к методике подготовки.

Как известно, величина ЦБС находится в прямой зависимости от массы движущегося тела m, квадрата скорости движения V и в обратной зависимости от радиуса кривизны траектории ОЦМ тела R:

F_цбс = m·V²/R (2)

Практически это означает, что спортсмены, имеющие бóльшую массу тела, испытывают и бóльшие перегрузки, падающие на двигательный аппарат. В известном смысле, они быстрее амортизируются (это одна из причин, по которой легкие гимнасты более работоспособны). Вращательные движения, выполняемые по малым радиусам и, в особенности, движения с резким уменьшением кривизны траектории ОЦМ тела, сопровождаются, при прочих равных условиях, увеличенными перегрузками, иногда приводящими к срывам со снаряда. Наконец, наиболее важный фактор — скорость движения, от которой перегрузки зависят экспоненциально.

В табл. 5.1 даются в сравнении три условных примера максимальных механических нагрузок, действующих на тело гимнаста при исполнении большого оборота на перекладине (момент прохождения нижней вертикали) и зависящих от массы, длины тела спортсмена (радиуса ОЦМ) и максимальной скорости движения, достигнутой им при вращении вокруг опоры. При медленном обороте, исполняемом «маленьким» и легким гимнастом (пример 1), нагрузки, тем не менее, превышают вес его тела более чем в 4,5 раза. При средних показателях (пример 2) — уже в 5,5 раз, а при максимально быстром обороте в исполнении рослого и относительно тяжелого гимнаста (пример 3) почти в 6,5 раз.

Таблица 5.1. Модельные нагрузки на ОДА гимнаста при вращениях на опоре.

Однако, приведенные величины перегрузок легко преодолеваются спортсменами при верной технике упражнений и достаточной физической подготовленности.

Суммарное действие нормальных сил, отраженное в максимальных значениях нагрузок (табл. 5.1), может характеризовать физическую напряженность этих движений, но не дает полной динамической картины взаимодействия гимнаста с опорой, сопровождающего исполнение опорных вращений типа махов и оборотов. Между тем, техника этих упражнений существенно зависит от пофазных изменений нормального (т.е. направленного по радиусу) давления на опору.

Напомним, что это давление обязано двум силовым компонентам (рис. 5.6.): силе тяжести (а), прижимающей тело к опоре в верхней половине условного оборота и оттягивающей его от нее во второй, висовой половине движения. Второй компонент — центробежная сила инерции, всегда оттягивающая тело от опоры, но значительно зависящая от скорости движения тела (б).

Рис. 5.6. Суммарное давление на опору при исполнении движений типа больших оборотов на перекладине.

Наиболее интересна и практически важна суммарная картина действия двух этих сил (в). Выделяются две неравные зоны такого движения.

В верхней из них, меньшей по охвату, преобладает сжимающее действие силы тяжести, требующее от исполнителя активного контроля осанки и «оттяжки» от опоры. В другой зоне, преобладающей, решающую роль играет оттягивающее действие. По ходу оборота активность этого оттягивающего действия в широких пределах изменяется — от нуля до максимальных значений (см. табл. 5.1).

Эти изменения характерным образом отражаются в деформации опорных частей снаряда. Меняющееся по величине и направленности давление на опору, показанное на рис. 5.7, а, деформирует гриф снаряда, центр которого описывает в пространстве фигуру, носящую название «улитка Паскаля» или «кардиоида» (т.е. «подобная сердцу», б).

Рис. 5.7. Деформация опоры при исполнении оборотовых движений.

Практически важную и интересную особенность пофазных изменений давления на опору составляют пограничные зоны между фазами сжатия и оттяжки, когда какое бы то ни было давление на опору и связанные с этим деформации тела практически исчезают, благодаря чему становятся наиболее доступными различные перегруппировки — перехваты, повороты и т. п. В динамическом смысле эти пограничные зоны подобны «невесомости».

Другое, очень важное следствие изменений давления на опору связано с технической осанкой работы на снарядах типа перекладины или брусьев р. в. Современная техника работы на снарядах требует постоянной активной оттяжки от опоры с посильным для гимнаста удлинением тела. На первый взгляд кажется, что для выполнения этого требования достаточно контроля осанки в зоне сжатия (см. рис. 5.7, а), тогда как в зоне оттяжки все должно получаться «само собой», и нужно лишь расслабленно провиснуть, подчиняясь «даровым» вешним силам.

Действительно, в применении к зонам, где оттягивающее воздействие на тело гимнаста составляет сотни килограмм, это достаточно верно, но в зонах ослабленных внешних воздействий этого совершенно недостаточно. В особенности это относится к зонам движения около стойки на руках и прилегающим к ним зонам «невесомости».

5.1.4. Активное взаимодействие с опорой

Выполняя маховые движения на опоре, гимнаст активно взаимодействует с ней. Это действия обычно играют как бы регулирующую роль, являясь средством использования описанных выше внешних, «даровых» факторов движения. Но в отдельных случаях, когда возможности непосредственного активного взаимодействия с опорой оказываются более значительными, они используются как механизм непосредственного (за счет мышечных усилий) энергонасыщения маховых движений на опоре.

Характерный пример — маховые движения в упоре на брусьях (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Силовое взаимодействие с опорой при маховых движениях.

Попеременно действуя на махах разного направления мышцами плечевого пояса, гимнаст может существенно изменять скорость и амплитуду размахиваний. Вместе с тем, эти действия тесно связаны с изменениями момента силы тяжести P_r (здесь — относительно плечевой оси, а также фронтальной оси, проходящей через точки хвата) и условий равновесия: совершая силовые действия «от опоры», гимнаст умышленно провоцирует нарушение равновесия с тем, чтобы в критический момент (при прохождении вертикального упора) временно восстановить его. Фактически, это случай сохранения динамического равновесия в системе.

5.1.5. Действие диссипативных сил

Действие диссипативных сил (сил, рассеивающих энергию) играет внешне малозаметную, но в действительности, весьма существенную роль при исполнении упражнений типа махов и оборотов на опоре. Если силой сопротивления воздуха в данном случае можно пренебречь ввиду невысокой скорости движения тела²³, то трение опорных звеньев гимнаста о снаряд рассеивает существенную часть общей энергии тела.

Рис. 5.9. Потери энергии на трение.

Так, если бы гимнаст попытался сделать полный большой оборот на перекладине, действуя все время со строго неизменной позой (т.е., фактически, не работая, рис. 5.9), он не дошел бы до конечного положения стойки на руках на угол, достигающий (в зависимости от силы хвата, коэффициента трения на грифе и др.) величины порядка 60^о. Это соответствует потере при подъеме более 20% кинетической энергии. Именно эти потери энергии должны, как минимум, восполняться за счет собственной мышечной работы спортсмена на опоре.

5.2. ОСНОВЫ ТЕХНИКИ ВРАЩЕНИЙ НА ОПОРЕ

Физические закономерности, образующие механизм вращательных движений типа махов и оборотов на практике, могут реализовываться посредством весьма разнообразной техники, опирающейся на ряд ключевых приемов. Рассмотрим ряд моментов на примере больших оборотов на перекладине.

5.2.1. Техника спадов

Техника спадов в движениях типа махов-оборотов предполагает решение трех типовых задач: 1) управление энергетикой спада, подготовка активных действий маха/оборота; 2) темпоритмическая организация движения.

Решение первой задачи практически целиком вытекает из физических закономерностей управления движением, в первую очередь, связанных с изменением момента силы тяжести, действующего на тело гимнаста при спаде.

Сравним характерные случаи изменения энергетики при спадах.

При максимальной «оттяжке» в избранном рабочем положении движение в поле тяготения дает к окончанию спада максимальную скорость и кинетическую энергию тела в целом. Любое отклонение от этой схемы приводит, по чисто физическим причинам, к более или менее значительному снижению энергетики спада. Этим, в частности, объясняются проблемы с разучиванием большого оборота на «старых» брусьях разной высоты, имевших сильно сведенные жерди (рис.5.10).

Рис. 5.10. Спад на узких брусьях р.в.

Нарочитые формы таких «нарушений» используются для гашения силы маха, если он в данной ситуации избыточен. Парадоксальной особенностью спадов является то, что движение, выполняемое на полной «оттяжке», медленнее развивается (начальные фазы длительнее во времени), но в итоге оказывается наиболее энергонасыщенным.

В то же время спады с промежуточным приближением тела к оси вращения в целом быстротечны и производят впечатление активного движения, хотя в действительности, как уже отмечалось, сопровождаются потерями кинетической энергии, и у нижней вертикали дают скорость движения меньшую, чем при спаде с полной «оттяжкой». Иногда это вводит тренеров в заблуждение.

Вторая типовая задача спада связана с потребностью получения наиболее благоприятного режима деятельности мышц, приближающих массы тела к опоре в решающей фазе движения. Это означает, прежде всего, необходимость предварительного оптимального (по величине, скорости) натяжения мышц, занятых в последующей фазе движения.

Классический пример такой подготовки мышц во время махового спада представлен на рис. 5.11, а: прежде чем сделать «бросок» ногами вперед, гимнаст выполняет «замах», позволяющий быстро натянуть мышцы вентральной группы, сгибателей. Аналогичным образом строится движение на махе в висе противоположного направления, с подготовительным сгибанием тела и натяжением мышц-разгибателей (б)

Конец ознакомительного фрагмента.

Примечания

16

При наиболее активных действиях на опоре (отталкивания ногами с разбега сила воздействия на опору может на порядок превосходить вес тела гимнаста.

17

Одним из приемов обучения акробатическому сальто с места является его исполнение с легкими гантелями в руках. Это помогает спортсмену не только лучше понять важность махового движения руками, но и, как правило, заметно улучшает качество прыжка.

18

Не следует путать вращение с перемещением.

19

Для того, чтобы веко мигнуло, тоже нужно около одной десятой секунды.

20

Показательно также сравнение нарастающих по амплитуде махов с прыжками на батуте, высота которых также может увеличиваться при повторениях благодаря параметрическому резонансу.

21

По имени французского физика Гаспара Кориолиса (1792—1843). Выделяются две силы Кориолиса: т.н. «поворотная» сила и Кориолисова сила инерции, соотношение которых, условно говоря, такое же, как в случае центростремительной силы и центробежной силы инерции.

22

На самом деле, разумеется, такая техника отличается самой высокой мощностью действий.

23

Максимальная скорость движения тела гимнаста при исполнении упражнений на снарядах обычно не превышает величин порядка 8—9 м/с, к тому же фазы движения с такой скоростью очень непродолжительны. Между тем, существенные механические эффекты, связанные с сопротивлением воздушной среды, начинают сказываться только при скоростях порядка 50 м/с.