Гимнастика. Секреты эффективного движения. Биомеханика. Структура. Техника

Вторая категория движений – это безопорные перемещения. В этих случаях движение ОЦМ тела спортсмена носит исключительно баллистический характер и непосредственно никак не зависит от его произвольных действий.

Вместе с тем, оперативные – от попытки к попытке, от занятия к занятию – изменения параметров параболической траектории ОЦМ в полете также могут служить важным признаком, позволяющим направлять процесс освоения и совершенствования движения. При этом важно понимать, что желаемых изменений параметров полета можно добиться только за счет скорректированных действий на опоре. Таким образом, признаки движений ОЦМ тела спортсмена, находящегося на опоре и в полете, несмотря на изложенные выше принципиальные различия, тесно связаны друг с другом, так как первые соотносятся со вторыми как причина и следствие.

Следует также помнить, что, изменяя в безопорном положении позу, гимнаст может до известной степени менять траектории центров масс звеньев тела, но при этом, как уже подчеркивалось, все это никак не может изменить траекторию движения ОЦМ тела, который всегда перемещается исключительно по конкретной параболической траектории. Параметры это траектории заданы при переходе в полет и однозначно соответствуют векторным характеристикам начальной скорости ОЦМ, имевшейся в момент потери опоры.

Момент инерции тела гимнаста – одна из важнейших масс-инерционных характеристик, без которой невозможен анализ техники многих упражнений, связанных с вращением тела вокруг опоры и особенно в полете.

Понятие «момента инерции». Момент инерции – физическая величина, являющаяся мерой инертности материального тела при его вращательном движении вокруг оси, подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении. Простейшая модель, иллюстрирующая понятие момента инерции, выглядит как вращение точечной массы вокруг некоторой оси (рис. 2.7). В этом случае момент инерции тела (J) определяется как произведение массы m тела и квадрат радиуса R:

J = m·R2 (1)

Рис. 2.7. К понятию «момент инерции».

В применении к гимнастическим движениям это означает, что, меняя позу (то есть, изменяя радиус, на котором элементы масс тела вращаются вокруг его оси) гимнаст меняет и сопротивление тела вращательному движению, что чрезвычайно важно, как способ управления движением в упражнениях такого типа.

Величина момента инерции зависит не только от изменения позы, но и от того, вокруг какой именно оси тело вращается. На рис. 2.8. (по Д. Д. Донскому) показаны несколько примеров изменения момента инерции как при изменении позы, так и при выборе разных осей вращения. Например, если момент инерции относительно продольной оси тела в стойке на ногах – руки вниз принять за единицу (а), то руки, поднятые в стороны, увеличивают сопротивление тела вращению (то есть, вращательную массу тела) вдвое (б).

При вращении вокруг фронтальной оси тела в положении группировки (в) момент инерции уже в 4 раза больше, чем в случае «а» и, наконец, вращение вокруг той же оси с прямым телом – руки вниз (г) дает момент инерции в 12 раз превышающий этот показатель в сравнении с позой (а).

Рис. 2.8. Сравнительные значения момента инерции тела для разных поз и осей вращения.

Момент инерции относительно центральной фронтальной оси тела с вращением «по сальто» для гимнастики, акробатики и аналогичных спортивных видов особенно типичен и особенно важен характер его изменения в применении к таким вращениям.

На рис. 2.9 приводится график, иллюстрирующий изменения момента инерции относительно фронтальной оси тела гимнаста при вращении в разных позах: из предельно прогнутого положения (а) гимнаст постепенно и последовательно выпрямляется, оставляя руки вверху (б), а затем постепенно все больше группируется (в), достигая в итоге предельно плотной группировки (г).

Из приводимого графика5 можно видеть, что при переходе от предельно выпрямленного положения (б) к плотному группированию (г) момент инерции относительно центральной фронтальной оси тела уменьшается более, чем в 4 раза, что означает и такое же увеличение скорости вращения тела в полете.

Рис. 2.9. Изменения момента инерции тела относительно центральной фронтальной оси тела при группировании из прямого положения.

Особо выделяется зона группирования (б-в), в которой величина момента инерции снижается особенно быстро, но при этом гимнаст еще сохраняет возможность вводить в движение поворот вокруг продольной оси, тогда как при более плотной группировке это уже невозможно (подробнее об этом см. в главе о безопорных движениях).

2.2.2. Рабочее положение тела спортсмена

Выполнение энергетически насыщенных гимнастических упражнений, связанных с быстрым движением, полетами и т. п. всегда требует высокого энергообеспечения. Как правило, это означает не только координированную мышечную работу, но и активное взаимодействие с внешними телами, с опорой, поскольку лишь на опоре возможно радикальное изменение энергетического состояния тела спортсмена – его ускоренное перемещение, вращение, форсированная перемена направления движения, остановка и т. д.

Правда, сложные движения могут выполняться и в безопорном положении, но прежде, чем спортсмен получит такую возможность, он все равно должен их отработать на опоре, например – выполнить отталкивание.

Понятие «рабочего положения». Положение тела, в котором должны выполняться двигательные действия, обеспечивающие решение задачи энергообеспечения движения, представляют собой его кардинальный структурный и технический компонент, который может быть назван рабочим положением (РП) (Ю. К. Гавердовский, 1968).

РП должно отвечать ряду условий, главные из которых:

– для опорных положений: механически эффективная опора, позволяющая максимально реализовать двигательный потенциал спортсмена (ее необходимая прочность, адекватные упругие свойства, достаточность размеров и удобство опорной поверхности, наличие нужного сцепления за счет трения или возможности захвата, упора и т.д.);

– достаточные мощностные возможности опорных звеньев, которые должны быть способны противостоять ожидаемым динамическим нагрузкам, развивающимся при взаимодействии с опорой и, одновременно, участвовать в активных энергорегулирующих действиях на опоре (отталкивания, ударные действия при возвращениях на опору и др.);

– достаточные кинематические и динамические возможности периферических, «маховых» звеньев, которые могли бы решать задачи исполнения координированных и, одновременно, энергонасыщенных движений (типа «бросковых» действий при переходах в полет, отталкиваниях и др.);

– устойчивость РП в силовом поле. В решающих фазах упражнения спортсмен должен действовать в положении, сохранение которого физически удобно и не отвлекает на себя значительных двигательных ресурсов, позволяя одновременно концентрировать основные усилия и управляющие воздействия на выполнении программного движения.

В движениях естественного типа, таких как бег, прыжки, описанным условиям в полной мере отвечает РП, предусмотренное самой природой, а именно – стойка на ногах, представляющая собой открытую кинематическую цепь. Мышечный аппарат нижних конечностей способен развивать мощные усилия при отталкиваниях, приземлениях и т. п. действиях; он идеально приспособлен для сохранения устойчивости, балансирования, а периферические звенья этой цепи – верхний отдел туловища, руки могут выполнять действия самые разнообразные по скорости, мощности и точности.

Вместе с тем, как уже было показано, в гимнастике, культивирующей искусственные формы движения, РП не только очень разнообразны, но и в большинстве случаев носят «противоестественный» характер, определяя тем самым целый ряд проблем построения техники, обучения и специальной физической подготовки гимнастов и гимнасток. На рис. 2.10 показаны разнообразные РП на опоре, а также некоторые безопорные положения, не являющиеся РП, но ярко отражающие двигательную специфику спортивной гимнастки.

Рис. 2.10. Рабочие положения в гимнастике.

Рабочее положение в силовом поле. Рассмотрим на примерах из спортивной гимнастики некоторые важные динамические свойства опорных РП.

На рис. 2.11. изображен гимнастический вис, на примере которого показано процентное распределение относительных нагрузок, приходящихся на разные звенья кинематической цепи (с учетом как веса тела, так и инерционных нагрузок, зависящих от движения). Видно, что наибольшая мера этих нагрузок падает на приопорные звенья, в данном случае – предплечье и кисти. Если учесть, что при быстрых вращениях на опоре (например, разгонных больших оборотах) максимальные нагрузки в несколько раз превышают вес тела гимнаста, можно понять насколько существенны требования к надежности и безопасности исполнения таких упражнений, включая специальные силовые качества, особенности техники махов, хвата, использования накладок, магнезии и др.

Рис. 2.11. Распределение нагрузок в висе в зависимости от удаления звеньев от опоры.

Вместе с тем, чем дальше звенья расположены от опоры и чем массивнее связь, соединяющая их с опорой, тем меньше нагрузки, действующие на эти звенья. Наиболее характерна при этом «разгрузка» самых мобильных, «маховых» звеньев (для РП типа виса – это голени, бедра), которые не только обладают максимальным количеством степеней свободы, но и обладают наивысшей окружной скоростью движения, т.е. являются наиболее энергонасыщенными.

Так, при выполнении маховых гимнастических движений в висе на перекладине и в подобных ему положениях, быстро движущиеся ноги спортсмена, особенно при т.н. «бросках», имеют запас кинетической энергии в несколько раз больший, чем такое массивное звено, как туловище. Это подчеркивает чрезвычайно важную роль правильного освоения действий именно периферическими звеньями. Хотя тут совершенно ясно, что эффективность движения в целом определяется верным исполнением всех его элементов, включая действия всей кинематической цепи – от первого опорного до последнего периферического звена.

Устойчивость рабочего положения. РП – важнейший структурообразующий компонент гимнастического упражнения. Чтобы выполнить свою функцию энергообеспечения движения и управления им, РП должно быть устойчивым в динамично меняющемся силовом поле.

В спортивной гимнастике к естественным РП (при перемещениях, прыжках на ногах и т.п.) добавляются многочисленные РП, носящие выраженно аномальный, а подчас «эксцентрический» характер. Это висы, упоры и стойки с прямым и согнутым телом, висы и упоры сзади (в том числе с «выворотным» положением в плечевых и лучезапястных суставах), упоры обеими и одной кистями, предплечьем, плечом, тазом, совместно головой и руками, только головой, шеей и т. д. (см. рис. 2.10)6. Тем не менее, эти РП также должны в достаточной степени отвечать приведенным выше требованиям.

На рис. 2.12 показан пример с положениями типа виса согнувшись на перекладине. Здесь, как в статике, так и при вращениях вокруг опоры, устойчивыми остаются только такие РП, в которых суммарный момент внешних сил, действующих относительно плечевой оси гимнаста, равен нулю или достаточно мал, чтобы без труда компенсироваться силой разгибателей плеча (а). При увеличении оттягивающих воздействий, возникающих при вращении за счет центробежной силы инерции, возникающая в таких РП суммарная сила F лишь дополнительно «складывает» тело гимнаста, не нарушая устойчивости положения (б). Поэтому устойчивое положение в висе согнувшись достигается только при определенном сгибании тела, позволяющем установить ОЦМ тела на линии, соединяющей гриф снаряда и плечевую ось (а, б). Если же гимнаст опускает таз (в) или просто выпрямляется (г), направление вектора суммарных внешних сил существенно меняется, и гимнаста срывает в вис, т.е. устремляется в физически более устойчивое РП (в, г).

Рис. 2.12. Устойчивость РП (на примере виса согнувшись).

2.2.3. Динамические взаимодействия в кинематической цепи

Техника гимнастических упражнений в значительной мере определяется характером взаимодействия звеньев в кинематической цепи тела гимнаста.

Взаимодействия в кинематических парах. На рис. 2.13 показаны примеры движений в кинематической паре, которую в данном случае составляют звенья всего тела, расположенные по разные стороны от тазобедренной оси. В случае «а» показано, как выглядели бы движения со сгибанием-разгибанием тела в полете без начального вращения всего тела спортсмена, например, в полете во время «кача» на батуте. В данном случае звенья пары будут вращаться в противоположных направлениях навстречу друг другу, имея при этом одинаковые по величине, но разнонаправленные кинетические моменты, в сумме равные нулю.

Рис. 2.13. Модель взаимодействия звеньев тела в кинематической паре.

Поскольку изменения позы в полете выполняются исключительно за счет внутренних сил, то это ни при каких обстоятельствах не повлияет на общее состояние системы, которая попросту «не будет замечать» действий гимнаста в полете, что бы он ни предпринимал. В конкретном примере это означает, что не изменятся ни траектория ОЦТ тела, ни его движение, лишенное вращения в целом. Если же аналогичные движения будут выполняться с использованием активного давления на опору F и соответствующей опорной реакции N (когда гимнаст держится, например, за гриф перекладины б, в), то ситуация принципиально меняется: ОЦТ будет несколько смещаться как бы вслед за движением наиболее подвижных и массивных звенев, а тело может получить вращение со скоростью ω в направлении махового движения ногами, что принципиально важно для исполнения многих упражнений7.

Неотъемлемый элемент динамики взаимодействия звеньев КП – их реактивный характер, показанный уже на предыдущих примерах, особенно на примере в позиции (а). При анализе движения и его построении в процессе обучения важно помнить, что никаких изолированных движений, исполняемых «только одним» звеном КП, не существует в принципе. Любое изменение состояния движения или покоя, вызванное внешними или внутренними силами, приложенными к «отдельному» звену, так или иначе, вызывает реактивное «эхо», действующее на смежное звено пары и дальше по всей цепи настолько, насколько это возможно при связях, наложенных на суставы.

На рис. 2.14 изображена характерная картина реактивного взаимодействия звеньев при исполнении подъема с разгибом на брусьях с выходом в положение упора: во время подготовительного сгибания (к.к. 1—2) ноги гимнаста ускоренно вращаются назад, тогда как туловище, опускаясь тазом, проявляет тенденцию к вращению вперед. В следующей фазе, во время высокого «броска» ногами вперед, туловище имеет тенденцию к вращению в обратном направлении – назад (к.к. 2—3). Наконец, вновь следует резкое переключение в работе мышц с переходом к сгибанию в тазобедренных суставах. Последнее движение вызывает здесь не только «притормаживание» ног, но и их частичный возврат с вращением назад, во время которого туловище ускоренно вращается вперед, сближаясь с ногами и позволяя тем самым гимнасту подняться в упор высоким углом и завершить подъем (к.к. 3—4).

Рис. 2.14. Подъем разгибом на брусьях как пример активного им взаимодействия звеньев тела гимнаста.

Циклические взаимодействия звеньев в кинематических парах также играют в технике гимнастических упражнений важную роль, так как при этом проявляются свойства двигательного аппарата спортсмена как колебательной системы.

Вернемся к рис. 2.13, на котором (фиг. б-в) показаны т.н. размахивания изгибами в висе. Гимнаст может, циклически повторяя сгибания и разгибания тела, постепенно увеличивать амплитуду и общую энергию этих движений. Это возможно в том случае, если импульсные усилия, прилагаемые гимнастом для наращивания размаха, будут согласованы с направлением и периодичностью естественных колебательных движений тела. Иначе говоря, если гимнаст будет действовать в резонансном режиме, при котором мышечные усилия, «разгоняющие» колебательные движения, будут точно совпадать по направлению и фазе с вращением звеньев тела. Если это условие соблюдается, то двигательный аппарат спортсмена может, от одного колебательного цикла к другому, наращивать энергию движения, действуя в наиболее рациональном режиме. При этом двигательный аппарат «стремится» действовать изохронно, т.е. «навязывает» спортсмену определенный темпоритм повторения колебаний, при котором они выполняются наиболее естественно, удобно, экономично, и оказываются более всего доступными в исполнении, в том числе при обучении. Последнее наиболее ярко проявляется в технике т.н. «бросковых» махов, мощность и точная направленность которых обеспечивается лавинообразно нарастающими колебательными действиями в КЦ.

Взаимодействия в кинематических цепях. Взаимодействия в кинематических цепях соответственно сложнее и разнообразнее, чем в одной КП. Будучи мобильно связанными друг с другом, звенья цепи постоянно взаимодействуют, подчиняясь не только внешним силам и управляющим воздействиям, исходящим от мышечного аппарата гимнаста, но проявляя и собственные свойства, обусловленные инертностью звеньев и их динамической реактивностью. Наиболее интересно и важно в этом отношении явление т.н. бегущей поперечной волны, известное каждому, кто видел, как гимнастка «художница» приводит в непрерывное колебательное движение свою ленту. Физически это явление представляет собой смещение по цепи механического импульса, возбужденного внешним воздействием или внутренними силами, и передающегося затем от одного подвижного звена или элемента массы к другому благодаря их реактивному взаимодействию.

На рис. 2.15 эффект волны схематически показан на пластичной модели (I), модели жесткого трехзвенника (II) и на примере реального гимнастического упражнения – соскока махом вперед с перекладины (III).

Не трудно видеть, что структура движения инспирируется именно волнообразным реактивным взаимодействием в КЦ, которое возникает после первичного импульса, а затем распространяется по цепи в виде вторичного импульса, имеющего реактивную природу. Реальная техническая форма спортивных движений формируется, однако, «на стыке» естественных механизмов, не зависящих от воли исполнителя, и произвольных факторов движения, связанных с мышечной работой. Спортсмен имеет возможность пользоваться природными свойствами КЦ в той или иной степени – либо освобождая цепь для свободного реактивного взаимодействия ее звеньев, либо, напротив, противопоставляя ему активные мышечные усилия.

Рис. 2.15. Эффект волнообразной передачи механического импульса по кинематической цепи.

2.2.4. Телосложение гимнаста

Телосложение гимнаста – это интегральная масс-геометрическая характеристика строения его тела. Индивидуальные антропометрические показатели людей существенно различаются. Разнятся не только абсолютные, весоростовые индивидуальные показатели, но и, при прочих равных условиях, соотношения парциальных показателей, определяющих особенности телосложения, конституции человека.

Помимо половых различий, пропорции тела (включая соотношения линейных, окружных и весовых показателей звеньев) сильно изменяются с возрастом, различаясь в зависимости от двигательного режима, направленности физической тренировки, а главное, изначально разнятся в соответствии с наследственными, генетическими причинами. Все подобные различия становятся на разных этапах подготовки спортсмена существенными факторами подготовки в гимнастике.

Фактор телосложения при ориентации и отборе. Спортивная гимнастика представляет собой род искусства, основанного на управлении своим телом. Уровень развития двигательных качеств гимнаста, его спортивное мастерство можно оценить лишь постольку, поскольку он может оперировать собственными движениями. Поэтому для гимнаста важны не абсолютные, а относительные показатели проявления двигательных качеств, особенно таких, как сила и связанные с нею скоростно-силовые характеристики. При этом известно, что названные показатели всегда, при прочих равных условиях, выше у людей с относительно малым ростом и весом тела. По этой причине понятно, что, например, массивный юноша с ростом более 180 см и генетически предрасположенный к дальнейшему физическому росту, даже при хороших координационных способностях, к серьезным занятиям спортивной гимнастикой мало пригоден. И, напротив, невысокий (родители – не выше 162—165 см), пропорционально сложенный мальчик (не имеющий никаких перспектив стать хорошим прыгуном в высоту или баскетболистом) может быть рекомендован для занятий прыжками с шестом, гимнастикой или прыжковой акробатикой. Более детально морфологические требования к отбору для занятий гимнастикой изложены в гл. 20.

Телосложение и техника гимнастических упражнений. Представления о наилучшем «гимнастическом» типе телосложения относительны. Гимнаст может в полной мере отвечать общим требованиям этого рода (прежде всего абсолютным – рост, вес), но это вовсе не означает, что его конституция одинаково хорошо подходит для выполнения любых гимнастических упражнений. Спортивная гимнастика – многоборный вид, и биомеханические предпочтения в части требований к телосложению гимнаста в отношении разных видов многоборья существенно различаются. Хорошо известно, что спортсмены-многоборцы всегда имеют свои «коронные» специальности, за счет которых, прежде всего, стремятся поднять общий результат. В значительной мере это связано именно с морфотипом гимнаста или гимнастки.

Так, спортсмены долихоморфного типа, т.е. относительно высокие, узкоплечие (с массами тела, «растянутыми» по продольной оси тела), лучше других осваивают различные маховые, «бросковые» движения, махи ногами на коне, а также упражнения с виртуозными поворотами вокруг продольной оси. Последнее парадоксальным образом относится также к гимнасткам, которые, благодаря менее выраженной торакальности телосложения и меньшей массивности плечевого пояса, успешно (в отдельных случаях даже лучше мужчин) осваивают сложные многоосные вращения.

В свою очередь, гимнасты брахиморфного типа (небольшой рост, широкие плечи и грудная клетка, относительно короткие ноги) испытывают затруднения с освоением махов ногами на коне8, но могут иметь преимущество в освоении мощностных, импульсных движений (акробатические и опорные прыжки, и т.п.).

Особенно показательны случаи, когда успех или отставание в отдельных видах многоборья связаны с парциальными морфометрическими показателями, пропорциями тела. Так, гимнасты с относительно длинными руками (с коротким туловищем) и длинными легкими ногами лучше других приспособлены для исполнения махов на коне. Но для силовых и маховых упражнений на кольцах, напротив, выгоднее относительно короткие руки.

Наконец, гимнасты, принадлежащие к промежуточному, мезоморфному типу, реже имеют выраженные предпочтения в отдельных видах и, при надлежащих остальных качествах, скорее добиваются успеха именно в многоборье, не выделяясь в отдельных дисциплинах.

Таким образом, строго говоря, идеального многоборного телосложения не существует. Гимнаст, гимнастка с усредненными, сбалансированными признаками телосложения могут быть хорошими многоборцами, но одновременно это означает, что яркие достижения в отдельных дисциплинах им, скорее всего, менее доступны. И, напротив, спортсмены со специфическим телосложением могут не быть сильными многоборцами, но показывают отличные результаты в отдельных видах. Именно такие «специалисты» наиболее активно содействуют развитию сложности гимнастических упражнений и совершенствованию их техники9. В этом отношении соревнования в отдельных видах гимнастического многоборья, в том числе на самом высоком, олимпийском уровне, наиболее прямой путь к прогрессированию гимнастики как вида спорта в целом.