Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Башкирский Государственный педагогический университет им. М Акмуллы
Хисамов Э.Н.
ОЧЕРКИ
ПО БИОМЕХАНИКЕ
Уфа 2007
УДК 612017
ББК 75.0я73
Х 676
Хисамов Э.Н. Очерки по биомеханике.
Материал пособия ориентирован на логическое обобщение знаний по морфологии, физиологии, а также теории и методике физического воспитания.
Пособие рекомендовано для студентов, обучающихся по специальности «Физическая культура».
Рецензенты:
Доктор медицинских наук,
профессор С.А. Лобанов;
Кандидат медицинских наук, доцент
О.С. Коган .
ГОУ ВПО Башкирский Государственный педагогический университет им. М Акмуллы, 2007
Содержание
Введение……………………………………………………………...3
I.Биомеханика двигательного аппарата человека……………..6
1.1. Биомеханические цепи……………………………………….6
1.2.Биодинамика мышц……………………………………………7
1.3.Строение мышц……………………………………………….15
1.4.Механическое действие мышц……………………………..17
1.5.Мышечное сокращение……………………………………….20
1.6.Возбудимость и возбуждение скелетных
мышечных волокон………………………………………………..24
1.7.Тонус мышц………………………………………………….. 29
1.8.Типы скелетных мышечных волокон……………………..30
1.9.Работа мышц………………………………………………….32
1.10. Механические свойства мышц…………………………..36
II. Биодинамика двигательных качеств……………………….40
2.1.Биомеханика силы……………………………………. 40
2.2. Характеристика двигательных (локомоций)
качеств……………………………………………………………. 46
2.3.Характеристика силы мышц……………………………….51
2.4. Соотношение между скоростью
сокращения и силой……………………………………………..55
2.5.Развитие силы и ее измерения…………………..……….56
2.6.Методика развития (тренировки)
силы мышц…………………………………………………….......59
2.7.Взаимосвязь силы мышцы и ее массы………………….. 64
2.8.Кофэциент полезнего действия .(КПД) мышцы………….69
2.9.Физическая работоспособность…………………………...71
2.10. Развитие быстроты………………………………………..74
2.11. Биомеханика упражнений, тренировок
двигательных действий…………………………………………81
2.12. Ходьба в норме…………………………………………......84
2.13. Функциональный анализ ходьбы……………………….86
2.14. Внешние силы и силы реакции опоры…………………95
2.15. Центр тяжести при ходьбы……………………………..100
2.16. Биомеханика бега………………………………………..104
2.17.Длина и частота шага(Г)………………………………..108
2.18. Кинематические факторы бега……………………….112
2.19. Центр тяжести (ЦТ) при беге………………………….117
III.Биомеханика разных видов спорта………………………119
3.1. Гребля………………………………………………………119
3.2. Плавание…………………………………………………..120
3.3. Лыжный спорт…………………………………………….225
3.4. Велосипедный спорт…………………………………….127
3.5. Прыжки…………………………………………………….132
3.6.Толкание ядра…………………………………………….135
3.7.Тяжелая атлетика……………………………………….135
3.8.Энергетика локомоций………………………………….138
Литература…………………………………………………….142
ВВЕДЕНИЕ
Биомеханика — это раздел биофизики, в котором изучаются механические свойства тканей, органов и систем живого организма и механические явления, сопровождающие процессы жизнедеятельности. До последнего времени основные исследования в области биомеханики были связаны с изучением движений человека и животных. Однако сфера приложения этой науки прогрессивно расширяется; сейчас она включает в себя также изучение дыхательной системы, системы кровообращения, специализированных рецепторов и т. д. Интересные данные получены при изучении эластичного и неэластичного сопротивления грудной клетки, движений газов через дыхательные пути. Предпринимаются попытки обобщенного подхода к анализу движения крови с позиций механики сплошных сред, в частности, изучаются упругие колебания сосудистой стенки своих транспортных функций. Полученные знания о деформационных свойствах тканей помогают решению некоторых практических задач, в частности, они используются при создании внутренних протезов (клапаны, искусственное сердце, сосуды и пр.). Особенно плодотворно применяется классическая механика твердого тела в изучении движений человека. Часто под биомеханикой понимают именно это ее приложение. При изучении движений биомеханика использует данные антропометрии, анатомии, физиологии нервной и мышечной систем. Поэтому часто, в учебных целях в биомеханику ОДА включают его функциональную анатомию, а иногда и физиологию нервно-мышечной системы, называя это объединение кинезиологией.
Настоящее пособие имеет целью осветит биодинамику опорно-двигательного аппарата, двигательных качеств и ставит следующие эадачи: связать в логическую последовательность анатомию, физиологию мышечной системы и факторов физического воспитания, а также анатомический анализ положений и движений.
I. БИОМЕХАНИКА ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА
1.1. Биомеханические цепи
Среди многочисленных физиологических функций организма двигательная функция является единственной, обеспечивающей активное воздействие человека на внешнюю среду, преодоление ее сопротивления, приспособление к условиям внешней среды. Движения человека подчиняются законам механики. С точки зрения механики, человек представляет собой систему подвижно соединенных звеньев, обладающих определенными размерами, массой, моментами инерции и снабженных мышечными двигателями. Анатомическими структурами, образующими эти звенья и соединения являются кости, сухожилия, мышцы и фасции, фиброзные и синовиальные соединения костей, а также внутренние органы, кожа и т. д. Количество соединений звеньев и число степеней свободы живого организма определяемое как общее число возможных независимых перемещений частей тела намного превышает то, с чем имеет дело теория механизмов и машин.
Ясно, что нервно-мышечное управление движениями, состоящее в ограничении этих степеней свободы, должно сильно отличаться от системы управления в технике. Своеобразие процессов управления движениями человека или животного обусловлено также особенностями мышечной системы как системы двигателей, преодолевающих избыточные степени свободы. Мышцы разнообразны по форме, размерам, особенностям прикрепления, величине максимально развиваемого усилия, не обладают обратным действием. Количество мышц превышает число звеньев тела. Каждая мышца состоит из большого числа двигательных единиц и каждая единица управляется через собственный мотонейрон. Основной функцией каждой мышцы, состоящей из поперечнополосатых мышечных волокон, является сократимость.
Начинаются и прикрепляются мышцы чаще всего на костях, значительно реже на хрящах, фасциях, сухожилиях. Концы мышцы, как правило, состоят из фиброзных соединительнотканных пучков и лишь иногда бывают мышечными. Если один или оба соединительнотканных конца мышцы имеют вид тяжа с поперечным сечением в форме овала или круга, говорят о сухожилии, если же конец мышцы представлен в виде фиброзного листка или пластинки, его называют сухожильным растяжением, или апоневрозом,
В организме насчитывается около 600 произвольных мышц, различных по форме, строению, развитию и функциям, в связи с чем классификация мышц представляет большие затруднения. По форме различают мышцы плоские, длинные, квадратные, трапециевидные, ромбовидные и др.
Большинство длинных мышц имеет брюшко, но есть мышцы двубрюшные (с сухожильной перемычкой на протяжении), двуглавые, трехглавые и четырехглавые.
Направление мышечных пучков различно. В мышцах, сохранивших свое эмбриональное положение, мышечные пучки следуют либо строго продольно, либо косо. В сместившихся мышцах различают направления пучков: поперечное, косое, продольное, одно- и двуперистое.
Сокращение мышц приводит в движение части скелета — рычаги с точками опоры в области суставов. Второй силой, воздействующей на эти рычаги, служит сила тяжести или какое-либо другое сопротивление. В теле человека, как и в механике вообще, принято различать рычаги первого и рычаги второго рода.
Если мышцы или отдельные мышечные группы оказывают при сокращении противоположное действие (сгибание, разгибание и т. п.), они носят название антагонистов. Мышцы, выполняющие однотипные движения, получили название синергистов. Однако работа мышц-антагонистов и синергистов весьма разнообразна: мышцы, являющиеся для одного движения синергистами, для другого вида движений того же самого звена могут быть антагонистами (например, лучевой и локтевой сгибатели запястья при сгибании кисти являются синергистами, а при отведении и приведении — антагонистами).
1.2.Биодинамика мышц
Особенности структуры и биомеханика мышечной ткани
Живой организм — сложная, постоянно изменяющаяся, развивающаяся целостная система, находящаяся в постоянной связи с внешней средой и образующая с ней неразрывное единство.
Произвольная мускулатура составляет значительную часть тела человека (у взрослого до 40%) и представлена в виде отдельных мышц, расположенных в определенном порядке и выполняющих определенные движения.
Мышечные ткани характеризуются тем, что элементы их способны к сокращению.
Форма мышц весьма разнообразна. В зависимости от расположения мышц, их формы, направления мышечных волокон, отношения к суставам выделяют поверхностные и глубокие, медиальные и латеральные, наружные и внутренние мышцы. Форма мышц связана с их функцией. Различаются мышцы длинные, широкие и короткие; последние встречаются в большом количестве в глубоких слоях спины между отдельными позвонками, а также между ребрами; их размер в длину лишь немногим больше их поперечного сечения. Широкие мускулы располагаются преимущественно на туловище (особенно они развиты на груди, животе, в поверхностных слоях спины); они имеют вид пластов. Длинных мышц, особенно веретенообразной формы, больше всего на конечностях.