Реферат: Движение в пространстве, пространство движения и геометрический образ движения: опыт топологического подхода

На то что стандартизированные "в анатомии человека оси и плоскости оказываются малопригодными для анализа движений человека", указывал В.Т. Назаров (1970) и предлагал уточнить и обобщить понятие "оси" и "плоскости" тела человека на случай изменения его позы. Первый шаг к обобщенному пониманию системы координат человеческого тела был сделан М.С. Лукиным (1964), рассматривавшим новое, "неклассическое" основное положение тела - стойка руки вверх и предложившим провести продольную ось через центры тяжести верхней и нижней частей тела. Но системы координат, предложенные М.С. Лукиным и обобщенные В.Т. Назаровым, остаются ортогональными, в то время как введение криволинейной системы координат, изоморфной позе человеческого тела было бы более адекватным сложности описываемого движения.

При разборе структуры движения часто вызывает путаницу смешение понятий "положение человеческого тела", "поза" и "осанка". Вместе с тем при структурном анализе движения эти понятия существенно различаются. Если положение тела - это конфигурация, форма тела человека в данный момент времени в инерциальной системе координат, то поза - это форма человеческого тела, постоянная на определенном отрезке времени в неинерциальной системе координат, связанной с движущимся телом. В сложном движении человеческого тела часто можно выделить отрезки времени сохранения позы в неинерциальной системе координат при изменении положения тела в пространстве (в инерциальной системе координат). На таких временных отрезках сохранения позы можно, в свою очередь, рассматривать изменение динамической осанки тела как навыка по удержанию заданной позы всего тела или части его в переменном силовом поле, писал В.Т. Назаров [36-38]. Следует помнить, что система отсчета и система координат суть не одно и то же. При решении уравнения движения в неинерциальной системе отсчета часто пользуются формализмом д'Аламбера для приведения системы уравнений движения к "инерциальному виду", то есть введением компенсирующего поля, что в общем случае не некорректно. Идею неинерциальной системы координат также можно "увидеть" в трудах великого мистика:

Место само находится в тебе.

Это не ты находишься в месте, но место в тебе:

Отбрось его - и вот уже вечность.

Ангелиус Силезиус,

"Паломник Херувима"

Следуя Г.В. Кореневу [30, 31] и В.Т. Назарову [36 - 38], в современной гимнастике сложное движение часто рассматривается как перемещение и вращение

неинерциальной прямоугольной системы координат и изменения позы тела в этой системе. Этот же способ рассмотрения движения и лег в основу концепции программности движений как "программы места и ориентации", "программы поступательного, вращательного движения и программы изменения позы тела", что является прямым и довольно ограниченным переносом методов механики в педагогику.

Рассматриваемые Ю.К. Гавердовским "непрограммные движения" заставляют заново пересмотреть концепцию программности движения Коренева-Назарова. Следующим этапом осознания дидактической сложности движения является его "небиомеханический анализ": "Классический всеспортивный пример такого рода - взаимодействие артиста балета, работающего над ролью, и балетмейстера -репетитора, сопровождающего исполнителя своими указаниями, апеллирующего вовсе не к биомеханике движения артиста, а к его художественному мышлению, психике и тем самым помогающими извне формировать систему произвольного управления движением", - писал Ю.К. Гавердовский [19].

А, может быть, движение подобно тому, … "как музыка слагается из звуков, не известных живой природе", и понимать его надо с позиций гармонии и теории музыки, выделяя контрапункт, тональности и полифонию структурно-ритмического построения…, где принципы симметрии построения музыкальной формы не менее важны.

Анатомо-физиологическая сложность строения человеческого тела отражается в его пространстве движения , которое уже не будет однородным, изотропным и евклидовым. В философском понимании пространство движений человеческого тела будет формироваться под влиянием экзистенции бытия человеческого тела, то есть будет "хайдеггеровским".

Пространство движений человеческого тела имеет ряд существенных свойств:

Первое свойство - это его ограниченность . Классическое физическое пространство потенциально бесконечно. Ограниченность пространства движения определяется конечностью длины частей человеческого тела.

Второе свойство - это его анизотропность . То есть движение зависит от направления. На человеческое тело (которое также асимметрично) как на представителя вида и как на конкретного человека как индивида действует ряд ограничений движения по некоторым направлениям. Ограничения движений фактически определяют зависимость движения от направления, то есть анизотропность пространства движений. Влияние на анизотропию пространства движения направления гравитационного поля отмечал А.Н. Лапутин [33]. Вспомним, что рабочая осанка по В.Т. Назарову - это поза в переменном поле. То есть рабочая осанка есть проявление анизотропии движения в пространстве. Да и вообще полная изотропность и однородность свойственн ы разве лишь абсолютному вакууму, который является идеализацией.

Упорядочение системы движений при превращении ее в двигательное действие сопровождается "уменьшением симметрии системы движений и возникновением коллективных степеней свободы", - отмечал Д.Д. Донской [25]. Уменьшение симметрии также определяет анизотропию пространства движений.

Третье свойство - это его неоднородность (однородность - это равноправие всех систем отсчета относительно операции сдвига). Динамическая структура пространства движения человеческого тела неоднородна в силу особенностей мышечного аппарата и наличия силы тяготения. Так, при поднятии выпрямленной ноги вперед по достижении угла 900 динамика движения изменяется в силу повышения роли силы тяжести - веса самой поднимаемой ноги. "Рука, выполняя, к примеру, одно и то же разгибание в различных угловых зонах, заставляет очень по-разному работать мышечный аппарат: одно дело начать разгибание из положения рука вверх и совершенно другое - выполнять его, поднимая руку назад-вверх-за спину. Название движения одно и то же, но двигательные функции нисколько не дублируются", отмечал Ю.К. Гавердовский [17].

Четвертое свойство - это его нелинейность . Пространственная динамическая картина при любом мышечном движении нелинейна в силу нелинейности работы самой мышцы. Нелинейность мышечной динамики порождает нелинейность пространства. Нелинейность биологической системы необходима для реализации управления этой системой [14]. Следует также учитывать, что при движении человеческое тело подвергается неупругой деформации .

Мы получили набор негативных характеристик пространства движения человека: неоднородность, анизотропность, нелинейность, ограниченность. Пространство движения человеческого тела обладает намного меньшей симметрией (как группа инвариантных преобразований), нежели трехмерное евклидово пространство. Инвариантные преобразования говорят о сохранении форм, траекторий, физических величин. Законы сохранения физических величин - это утверждения о сохранении физических величин во времени при определенной группе преобразования. Каждая группа симметрии фактически определяет закон сохранения, и наоборот. Нарушение симметрии влечет невыполнение закона сохранения. Однородность и изотропность пространства характеризуются независимостью физических явлений в замкнутой (изолированной) системе от ее положения и ориентации как целого. С однородностью пространства связано сохранение импульса, с изотропностью - сохранение момента импульса. Необходимым условием применимости закона сохранения импульса является инерциальность системы отсчета. Нарушение однородности и изотропности пространства влечет нарушения закона сохранения импульса и момента импульса соответственно.

Законы сохранения в сложнокоординированных видах спорта будут выполняться лишь при движении человеческого тела в "относительно симметричных" структурах, часто характеризуемых однотипной рабочей осанкой. При выраженной смене рабочей осанки, например по типу "курбет-антикурбет", неизбежно происходит смена симметрии и самой структуры движения, сопровождающейся нарушением законов сохранения сопряженных этим видам симметрии. Классическая биомеханика применима в рамках структур с постоянной симметрией. При биомеханическом анализе сложные движения можно рассматривать как набор простых структур с постоянной симметрией. Важно помнить, что разложение сложного движения на простые структуры - это лишь метод анализа, в действительности никакая сумма простых движений не даст сложного, подобно непредставимости системы набором ее элементов. Если разложить сложное движение в линейную по времени последовательность простых движений, то окажется, что каждое последующ