УДК: 796.012
МЕХАНИЗМ
«перевернутого маятника» в прыжках в длину
Кандидат педагогических наук, доцент В.В. Тюпа
Московский государственный педагогический университет (ПИФК), Москва Кандидат педагогических наук, профессор Е.Е. Аракелян Кандидат педагогических наук, доцент И.Н. Мироненко
Кандидат педагогических наук, мастер спорта международного класса О.Н. Мнухина Доцент, мастер спорта О.Д. Михайлова
Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК), Москва
£ л а
■о с га
О (U ■С
I—
Abstract
"INVERTED PENDULUM" MECHANISM IN LONG JUMPS V.V. Tyupa, associate professor, Ph.D.
Moscow state pedagogical university (PIPC), Moscow
E.E. Arakelyan, professor, Ph.D. I.N. Mironenko, associate professor, Ph.D.
O.N. Mnukhina, world-class athlete, Ph.D.
O.D. Mikhaylova, associate professor, master of sport Russian state university of physical culture, sport, youth and tourism, Moscow
Key words: technique, biomechan-ics, elite athletes, technique of education.
The purpose of the present research was to estimate again the contribution of the "inverted pendulum" mechanism to the vertical speed of general gravity center. Conclusions:
1. All our experimental facts prove literature data on the fact that the "inverted pendulum" mechanism is essential in creation of the vertical speed of general gravity center and jump length.
2. Flapping motions also make a substantial contribution equal approximately to 20 %.
3. The data indirectly approve the conclusions of J.G. Hay and al. on the lack of exaggerating of the mechanism of muscle deflection in the jump off phase. By the authors' data, only a half of jumping leg muscles in flying long jumps works in the yielding-overcoming regime. The addition to increase of the vertical constituent of speed of central gravity center by firm muscle features of jump off leg is not so high as it has been considered before.
Ключевые слова: техника, биомеханика, высококвалифицированные спортсмены, методика обучения.
Многочисленными исследованиями доказано, что дальность прыжка в длину зависит от скорости разбега, достигнутой к моменту постановки ноги на планку, и силы взаимодействия с опорой во время отталкивания. Чем больше скорость разбега и сила отталкивания, тем выше результат. В настоящее время эти зависимости не подвергаются сомнению и давно стали классикой. Однако предметом разногласий до сих пор является вопрос о вкладе механизма «перевернутого маятника» в вертикальную составляющую скорости общего центра масс тела прыгуна (в дальнейшем - «вертикальная скорость ОЦМ») во время взаимодействия с опорой.
Напомним, что в отечественной литературе основные механизмы отталкивания в прыжке в длину с разбега впервые анализировались в работах В. М. Дьячкова [4]. Один из этих механизмов сейчас носит название «перевернутого маятника». Этот термин был введен Ю. М. Ио-ришем [8], который на математической модели доказал его основной вклад в создание вертикальной скорости ОЦМ. Далее этот механизм получил свое обоснование в работах A. Lees a. o. [29], В. Н. Селуянова с соавт. [14] и Ан. А. Шалманова [17]. Суть механизма заключается в том, что тело прыгуна в фазе амортизации вращается на толчковой ноге относительно дистальной опоры, поднимаясь вверх, несмотря на небольшое сгибание ноги в коленном суставе в диапазоне 20-30°. Такое движение ОЦМ вверх по своему характеру является аналогичным подъему спортсмена при прыжке в высоту с шестом - он сгибается, но спортсмен поднимается [15, 16, 32]. Отметим, что в прыжке в длину этот подъем в фазе амортизации происходит ускоренно [27, 28, 34].
Наилучшим образом механизм «перевернутого маятника» проявляется при жесткой, стопорящей постановке
толчковой ноги на пятку. В связи с этим попутно коснемся содержания споров о том, как правильно ставить ногу: жестко, стопоряще с пятки, или «загребающим» движением «под себя» на всю подошву. Ответ на это можно найти в результатах экспериментальной работы М. Кагауаптэ [26]. Они примиряют оба противоположных мнения: способ постановки ноги элитных прыгунов зависит от их индивидуальных особенностей. При более остром угле постановки ноги сильнее проявляется тенденция ухода от плоской постановки и большей выраженности постановки ноги на пятку. Другими словами, существуют оба способа постановки с их переходом от одного к другому.
Итак, при стопорящей постановке ноги возрастает время опоры и потери продольной скорости ОЦМ [15, 16]. Такая техника сопровождается более значительным отклонением туловища назад к моменту постановки ноги, большим тормозящим импульсом продольной составляющей опорной реакции и, что очень важно для прыжка, большей вертикальной скоростью ОЦМ. И, наоборот, постановка ноги активным «загребающим» движением приводит к меньшим потерям продольной скорости ОЦМ, сокращению времени опоры, но зато и к меньшей вертикальной скорости ОЦМ [7, 23, 30].
Так вот, рядом экспериментальных исследований было доказано, что в фазе амортизации толчковой ноги, когда продольная скорость ОЦМ падает, происходит основной прирост вертикальной скорости [15, 16, 21, 22, 32]. При этом используется механизм «перевернутого маятника», благодаря которому происходит так называемая «трансформация» продольной скорости разбега в вертикальную скорость ОЦМ тела прыгуна. Все упомянутые выше исследователи приходят к выводу, что этот механизм является решающим для прыжка в длину с разбега.
Однако некоторые авторы, основываясь на сопоставлении результатов различных литературных данных, пришли к иному выводу. По их мнению, вертикальная скорость вылета ОЦМ создается за счет разгона свободных конечностей, направленного на использование механизма энергии упругой деформации и сокращения мышц опорной ноги. При этом вклад механизма «перевернутого маятника» несуществен и составляет наряду с другими неучтенными механизмами величину менее 10-15 % [13].
Таким образом, имеется два совершенно противоположных мнения о вкладе обсуждаемого механизма «перевернутого маятника»: от решающего до несущественного. Именно эта интрига и явилась причиной публикации нашей статьи, в которой мы поставили задачу заново оценить вклад механизма «перевернутого маятника» в вертикальную скорость ОЦМ. Тем более что с момента начала расхождения мнений о вкладе этого механизма прошло много лет и появилось достаточное количество экспериментальных исследований, подтверждающих наши выводы.
В работе использованы не только литературные, но и собственные экспериментальные данные, методика и результаты которых были изложены в ряде предыдущих публикаций [15, 16].
Результаты исследования и их обсуждение. Итак, начнем развернутый анализ механизма перевернутого маятника, который проявляется в фазе амортизации, притом
только в прыжках в длину с разбега и при прыжках в высоту с шестом.
После своих экспериментальных исследований F. Dick [21, 22] пришел к выводу, что результат в прыжках в длину с разбега почти полностью обеспечивается работой толчковой ноги в уступающем режиме в течение фазы амортизации. Образно прыжок он представляет так: по рельсам мчится тележка, а некий механизм, закрепленный под ее днищем, подбрасывает ее вверх. Благодаря этому продольная скорость частично трансформируется в вертикальную, обеспечивая длинный полет тележки. Примерно так же выражается R. J. Mackenzie [32]. Сравнивая технику прыгунов различной квалификации, он приходит к категорическому выводу, что толчковая нога ничего существенного для отталкивания сделать не может, кроме одного - изменить направление скорости разбега. В этом движении он сравнивает толчковую ногу с шестом при прыжках в высоту. Благодаря восходящему движению тазобедренного сустава толчковой ноги в фазе амортизации туловище со всеми сегментами тела на нем ускоренно поднимается практически до конца фазы амортизации, до момента вертикали.
Как уже упоминалось, для эффективного проявления механизма «перевернутого маятника» необходима постановка ноги под острым углом, притом жестко. Жесткость толчковой ноги можно создать за счет двух факторов -большого угла в коленном суставе (около 170-175°) одновременно с постановкой ноги на пятку, а также предварительного напряжения мышц, обеспечивающих движение в коленном и голеностопном суставах. Согласно данным W. Kakihana и S. Suzuki [25], уже перед постановкой ноги наблюдается сильная активация мышц - разгибателей коленного сустава - прямой и наружной широкой мышц бедра. Одновременно сильно активируются мышцы - антагонисты голеностопного сустава - наружная головка икроножной мышцы и передняя большеберцовая мышца голени. Двуглавая мышца бедра проявляет слабую активность как перед постановкой, так и в течение первых двух третей фазы амортизации. Именно эти факторы обеспечивают изменение направления движения ОЦМ под неким углом и эффективную реализацию механизма упругой деформации мышц толчковой ноги. И, наоборот, постановка ноги со слишком согнутым коленным суставом приводит к недобору вертикальной скорости ОЦМ и недостаточной реализации механизма упругой деформации мышц, что невозможно компенсировать в фазе отталкивания [27, 37].
Жесткая толчковая нога обеспечивает передачу механической энергии тела прыгуна через костно-связочную и мышечную ткани с минимальными диссипативными потерями, что увеличивает вклад механизма перевернутого маятника в вертикальную скорость ОЦМ в фазе амортизации [37]. Одновременно с этим установлено, что для эффективного проявления упругой деформации мышц достаточно минимальной жесткости толчковой ноги и что для каждого уровня жесткости имеется соответствующий угол в коленном суставе. Эти результаты были получены благодаря определению моментов сил в суставах [36]. Другими словами, здесь должно быть соответствие между механическими свойствами мышц и величиной силы
инерции тела прыгуна, достигнутой к моменту начала взаимодействия с опорой [18].
Понятно, что величина силы инерции, действующей на толчковую ногу, зависит от скорости разбега и массы тела прыгуна. И чем квалифицированнее спортсмен, чем больше его скорость разбега, те
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.