Статья: Совершенствование учебного процесса по курсу "биомеханика" на основе применения компьютерных технологий

(4)

и на рис. 6 представляется в виде графиков , где k - количество кадров в видеофрагменте. На графиках кинетических энергий и количеств движения выделены участки, соответствующие моменту удара (интервалу контакта кулака и мишени).

4. Рассмотрение ударных взаимодействий с помощью МПК "МБ". В качестве меры взаимодей ствия соударяющихся тел в теории удара рассматривают не сами ударные силы, а их импульсы [4]. Импульс силы вычисляется по теореме об изменении количества движения в интегральной форме [1]. Удар рукой состоит из трех основных фаз: фазы предварительного разгона (характеризуется переносной скоростью о.ц.т.); фазы ударного движения (определяется разгоном ударной руки до максимальной скорости) и затем ударного взаимодей ствия с мишенью (характеризуется временем удара и ударным импульсом). Анализ промера техники "Ой-Дзуки" показал, что длительность контакта руки (кулака) с мишенью составляет два-четыре кадра, т.е. 0,08-0,15 с.

Рис. 5. Графики кинетических энергий при выполнении техники "Ой-Дзуки"

Если на систему действуют ударная сила и некоторая медленнее изменяющаяся во времени сила (например, сила инерции туловища или силы отталкивания опорной ногой), то их общий импульс за время удара будет равен:

(5).

При первое слагаемое - это ударный импульс, по определению удара он остается постоянным, а второе слагаемое стремится к нулю. На этом основании при исследовании процессов, происходящих при ударе, медленно меняющиеся, ограниченные по модулю силы не учитываются [1].

Однако в реальной спортивной технике при резком торможении биомеханической системы силы инерции и силы отталкивания резко меняются от максимума к нулю и становятся соизмеримыми с ударным импульсом руки или ноги, поэтому они могут существенно изменять общий ударный (приведенный к кулаку) импульс системы. Отсюда мы считаем, что необходимо стремиться к тому, чтобы на графике кинетической энергии системы (см. рис. 5) максимальный пик смещался как можно дальше вправо к ударному импульсу руки, а траектория снижения графика количества движения (фаза торможения системы) была бы как можно круче.

5. Хронограмма технического действия "Ой-Дзуки". На основе промеров рассматриваемой техники (см. рис. 4) и графиков траекторий движения характерных точек (суставов и центров тяжести) системы и их скоростей (см. рис. 3) построена обобщенная хронограмма данного двигательного действия. Основу техники "Ой-Дзуки" составляет ацикличное локомоторное движение туловища, на которое накладываются дополнительные двигательные вариации: опускание о.ц.т. туловища; вращение (ротация) туловища; встречное ударное движение рук; ударное взаимодействие с мишенью; стабилизация волновых процессов после удара. Каждые двигательные вариации имеют стандартные фазы: разгон, движение с максимальной скоростью, торможение, амортизация.

6. Сравнительный анализ выполнения техники "Ой-Дзуки" разными спортсменами с помощью МПК "МБ":

1) спортсмены № 1, 3 и 4 в технике "Ой-Дзуки" дополнительно используют скручивание и ротацию туловища, а спортсмены № 3 и 4 еще и опускание о.ц.т. Спортсмен № 3 для создания динамической реакции отталкивания включает в структуру движения фазу предварительного подседания. Спортсмен № 2 в момент удара (контакта) поднимает плечо ударной руки и сильно поворачивает плечевой пояс вперед, что является ошибкой;

2) графики кинетических энергий на рис. 5 (характеризуют способность биомеханических систем совершать работу) имеют похожую внешнюю форму (явно выраженный максимальный всплеск в середине техники, затем начало торможения, переход кинетической энергии движения в потенциальную энергию тела и снова всплеск при относительном ударном движении руки), но отличаются максимальными значениями и площадью под кривой. Спортсмен № 3 имеет максимальную площадь под кривой и наибольшее максимальное значение энергии (Е3,max = 160 дж; Е1,max = 130 дж; Е2, max = 120 дж; Е4, max = 130 дж). Если накопленная потенциальная энергия тела сразу не реализуется, то она быстро рассеивается;

3) сравнение графиков скоростей о.ц.м. спортсменов (рис. 7) показало, что спортсмен № 3 имеет наибольшую скорость при разгоне и при торможении. За счет этого происходит более быстрое преодоление расстояния до мишени, что очень важно в атаке. Спортсмен № 3 использует более длинную стойку и находится от мишени дальше, чем другие спортсмены, поэтому время выполнения техники "Ой-Дзуки" у него примерно такое же, как у остальных;

Рис. 6. Графики количества движения

Рис. 7. Сравнение графиков скоростей о.ц.м. спортсменов № 2 и № 3

Рис. 8. Графики скоростей ОЦТ, плечевого сустава и кулака спортсмена №1

4) на графиках количества движения систем (см. рис. 6) выделены участки, соответствующие ударному взаимодействию. По теореме импульсов для биомеханической системы [1, 4] площади выделенных участков равны ударному импульсу. Из хронограммы строения двигательного действия "Ой-Дзуки" и графиков траекторий и скоростей движения конечностей системы "спортсмен" видно, что в момент начала удара все относительные движения завершаются, подвижности в суставах фиксируются (устраняются) система переходит как бы в одно монолитное твердое тело, действующее на мишень.

У спортсменов № 1 и 4 в момент контакта с мишенью (tнач.удара) и в конце ударного взаимодействия (tкон.удара) значительно различается количество движения системы, что создает достаточно большую силу удара. Уменьшение времени контакта руки спортсмена с мишенью при том же импульсе ведет к увеличению силы удара;

5) на рис. 8 представлены графики скоростей о.ц.т., правого плечевого сустава и правого кулака спортсмена № 1. Графики отражают переносное локомоторное движение спортсмена (Vо.ц.м.), относительное ротационно-скручивающее движение туловища (Vплеч.сустава) и относительное движение кулака (Vкулака). Совмещение и сравнение графиков наглядно показывает разделение медленных движений туловища и быстрых движений рук, а также их ранжированное волнообразное соединение в одну ударную технику (от медленных к более о.ц.м. быстрым). В момент начала удара происходит резкое торможение локомоторного и вращательного движений туловища, а скорости руки и кулака имеют максимальное значение. Эта модель похожа на разогнавшийся автомобиль, который резко затормозил и из которого "все что внутри" стремится вылететь под действием силы инерции.

В рамках статьи ставилась задача продемонст рировать некоторые примеры и возможности сравнительного исследования, а не проведения глубокого сравнительного анализа спортивной техники.

Выводы.

1. Одним из направлений развития и совершенс твования учебной дисциплины "Биомеханика" является применение в учебном процессе мультимедиа информационных технологий. "Погружение" пользователя в виртуальную, интерактивную среду области знания "Биомеханика" позволяет усилить гуманитарную направленность данного предмета.

2. Методико-программный комплекс "Мультимедиа биомеханика" обладает достаточно большими возможностями организации как качествен ного биомеханического исследования двигательных действий в различных видах спорта, так и сравнительного анализа полученных результатов между собой и с базой данных, что позволяет применять комплекс при совершенствовании спортивного мастерства, улучшении качества учебно-тре нировочного процесса и при выполнении УИРС.

3. В статье описана структура МПК "МБ", приводятся примеры проведения биомеханического исследования и сравнительного анализа двигательных действий предметной области "Каратэ-до". Полученные при этом данные и выводы могут широко использоваться для формирования частной биомеханики: "Биомеханика каратэ-до".

Список литературы

1. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. Том 2. Динамика. - М.: Наука, 1971. - 464 с.

2. Дмитриев О.Б., Ахмедзянов Э.Р., Калинина Е.А. Методико-программный комплекс "Мультимедиа биомеханика" для исследования двигательных действий в восточных единоборствах //Восточные единоборства - воинское искусство, спорт и система оздоровления: Сб. статей по матер. междунар. научн.-практ. конф.,18 - 20 ноября 1998 г. /Под ред. Дмитриева О.Б. - Ижевск: УдГУ, 1998, с. 148 - 155.