Контрольная работа: Методика обучения стойке на голове с согнутыми ногами учеников 6-го класса

К биомеханической системе приложены силы тяжести, опорные реакции, мышечные тяги, веса, а также усилия партнера или противника и др. (рис. 46). Все силы могут быть и возмущающими (нарушающими положение), и уравновешивающими (сохраняющими положение).

Силы тяжести (дистантные) приложены к центрам тяжести звеньев и ОЦТ тела гимнаста. В зависимости от конкретных особенностей положения тела они могут либо опрокидывать его, либо уравновешивать другие возмущающие (отклоняющие, опрокидывающие) силы.

Опорные реакции представляют собой противодействие опоры действию на нее тела. Чаще всего они совместно с другими силами уравновешивают опорные звенья, закрепляют их неподвижно.

Рис. 3. Силы, приложенные при сохранении положения: G– силы тяжести; R– реакция опоры; М – сила мышечной тяги; Р – вес

Вес звеньев тела (контактные силы) приложен к соседним звеньям как следствие земного тяготения, действия сил тяжести.

Силы мышечной тяги при сохранении положения обычно уравновешивают своими моментами моменты силы тяжести соответствующих звеньев и веса, связанных с ними других звеньев. Эти же силы могут и изменять положение тела, и восстанавливать его. Силы тяги мышц сохраняют позы, фиксируя положения звеньев в суставах. Именно управляя мышечными силами, гимнаст обеспечивает сохранение положения своего тела.

Условия уравновешивания действия сил

Для уравновешивания действия на тело всех сил необходимо, чтобы главный вектор и главный момент внешних сил были равны нулю, а все внутренние силы обеспечивали сохранение позы.

Все внешние силы можно условно привести к ОЦТ тела гимнаста (присоединяя соответствующие моменты сил). Равнодействующая сил, приложенных к ОЦТ, – главный вектор – обусловливает его линейное ускорение. Если главный вектор равен нулю, то и ОЦТ не изменит своей скорости (а если она равна нулю, то и своего положения). [6]

Сумма всех моментов внешних сил, приложенных к телу, дает главный момент (рис. 4). Он обусловливает угловое ускорение тела. Если главный момент и главный вектор равны нулю, то тело не изменит своего положения. Иначе говоря, в этом случае внешние силы не смогут ни сдвинуть, ни повернуть тело, его положение сохранится неизменным.

В случае если до приложения рассматриваемых (уравновешенных) сил и их моментов тело двигалось, естественно, тело не изменит этого движения. Это частный случай уравновешивания сил, но не сохранения положения. Так, например, можно сохранить позу (но не положение!) в полете, в движении без опоры.Подчеркнем, что для сохранения положения тела гимнаста необходимо сохранение его позы (как бы "отвердение тела"), но не всегда сохранение позы достаточно для сохранения положения всего тела. Так называемая динамическая осанка при выполнении упражнений есть сохранение в основном позы группы звеньев, но не положения тела в целом.

Виды равновесия тела и егоустойчивость

Рис. 4. Главный момент при сохранении положения ("флажок" на гимнастической стенке) равен нулю

Вид равновесия тела определяется по действию силы тяжести в случае сколь угодно малого отклонения в положении тела: а) устойчивое – возвращение тела в прежнее положение при любом отклонении; б) ограниченно-устойчивое – возвращение тела в прежнее положение только при отклонении в определенных границах; в) неустойчивое – обязательное опрокидывание при малейшем отклонении.

Вид равновесия тела определяется по действию силы тяжести на него во время отклонения. Если при отклонении тела его ОЦТ поднимается вверх, потенциальная энергия тела (в поле тяготения Земли — притяжение к Земле) повышается, а сама сила тяжести образует момент, направленный на восстановление положения (рис. 5, а). Это устойчивое равновесие. Оно характерно для верхней опоры, когда тело к ней подвешено. При нижней опоре тело можно отклонять до тех пор, пока линия тяжести (или вертикальная проекция ОЦТ) не дойдет до границы площади опоры. До этой границы сила тяжести образует момент устойчивости, который может восстановить положение равновесия. До этой же границы по мере отклонения тела его ОЦТ поднимается вверх, что требует затрат энергии, которая превращается в добавочную потенциальную энергию тела. Если продолжать опрокидывать тело, перейдя эту границу, потенциальная энергия начнет уменьшаться (преодоление "потенциального барьера"), момент силы тяжести будет уже опрокидывающим моментом. В пределах "потенциального барьера" равновесие ограниченно-устойчивое (рис. 5, б).

Неустойчивое равновесие встречается только при нижней опоре в виде точки опоры или отрезка прямой линии. Достаточно отклонить тело в любую сторону, как его ОЦТ опускается ниже, потенциальная энергия уменьшается, момент силы тяжести является опрокидывающим. Такого равновесия в природе не существует — это абстрактная модель. В реальных условиях малейшее отклонение прекращает равновесие.

Рис. 5. Виды равновесия: а – устойчивое; б – ограниченно-устойчивое

Следует упомянуть о безразличном равновесии: при любом отклонении ОЦТ не меняет высоты расположения, момента силы тяжести не возникает (шар, цилиндр, круговой конус на горизонтальной поверхности). У человека такое равновесие может быть только в невесомости. Неустойчивого и безразличного равновесия для человека практически не существует. Равновесие устойчивое наблюдается только в висах, а ограниченно-устойчивое – при нижней опоре.

Рис. 6. Показатели устойчивости в ограниченно-устойчивом равновесии: а – статический (коэффициент устойчивости); б – динамический (угол устойчивости α)

Степень устойчивости тела человека (в разных положениях) характеризуется его статическими показателями – способностью сопротивляться нарушению устойчивости в определенных направлениях, а также динамическими – способностью восстанавливать положение.

Устойчивость определяют для ограниченно-устойчивого вида равновесия. Не следует смешивать вид равновесия со степенью устойчивости. Вид равновесия определяет лишь принципиальные пути сохранения положения. Показатели же устойчивости определяют меру возможностей сохранения положения.

Статический показатель устойчивости определяется отношением двух моментов силы: момента устойчивости к моменту опрокидывания. Это соотношение называется коэффициентом устойчивости (рис. 6, а).

Момент устойчивости (предельный) равен произведению силы тяжести тела на ее плечо относительно линии опрокидывания в самом начале отклонения от положения покоя. По мере увеличения отклонения плечо силы тяжести укорачивается и момент устойчивости становится меньше.

Момент опрокидывания равен произведению опрокидывающей силы и ее плеча относительно той же линии опрокидывания. Когда коэффициент устойчивости больше единицы, тело не опрокинуть. Он характеризует способность тела своей силой тяжести сопротивляться опрокидыванию в данных условиях.