test_test11111111111111111111111111111111111111111112222222222222222222222222222222222222

Глава 1. Биомеханика? Это что и для чего?

Биомеханика как наука изучает механические объекты, движение которых организованно с помощью и под контролем биологических связей.

Биомеханика человека как наука изучает рычаги его опорно-двигательного аппарата, движение которых организованно с помощью и под контролем суставно-мышечного аппарата и центральной нервной системы.

Рычаги опорно-двигательного аппарата человека также представляют собой биологические объекты, но применительно к пространственным перемещениям вполне допустимо считать их механическими объектами. Суставно-мышечная система и центральная нервная система (ЦНС) человека это и есть те биологические связи, с помощью которых организуются, контролируются и управляются движения рычагов опорно-двигательного аппарата.

Биомеханика как инструмент познания – это средство для проникновения в мир естественных движений, полноценных ощущений и эмоций. Этот мир, образов движений и их практической реализации, открыт для осознанной жизни в нем благодаря талантливым и трудолюбивым людям. Их колоссальный труд позволил установить законы природы, систематизировать и сохранить знания предшественников, а также накопить обширный практический опыт их использования.

Наверное, каждому из нас хочется, в повседневной или профессиональной деятельности, пользоваться ловкими (координированными, организованными, практичными) движениями. Чтобы они проявились, необходимо ясно представлять “для чего”, “что”, “куда” и “как” должно двигаться. Данное учебно-методическое пособие поможет ответить на эти вопросы. Движение по пути познания с помощью “Биомеханики” увлекательнее чтения любого детектива, гораздо реальнее и богаче оттенками внутренних ощущений и торжеством мысли!

При движении по дороге познания, каждый день удается одерживать самые главные и радостные победы – победы над самим собой. Информация, изложенная в этой книге как для осознанного целенаправленного управления движениями собственного опорно-двигательного аппарата, так и для воспитания Личности. Движения человека – это и есть та практика, которая не только позволяет применять приобретенные знания, но и получать ответную реакцию от среды при взаимодействии с ней.

Чем обусловлена необходимость проведения обучения и воспитания именно на основе разумной двигательной активности? Во-первых, весь наш организм сконструирован природой именно для обеспечения движений. И без них он просто спит или, хуже того, умирает. Во-вторых, только при собственной двигательной активности возможно научиться осознавать и понимать себя. В-третьих, в процессе двигательной активности происходит соединение слова, чувства и дела. В конечном итоге, человек становится Человеком в процессе двигательной активности, направленной на пользу общества.

«Высшие психические функции человека с точки зрения современной психологии представляют собой сложные рефлекторные процессы, социальные по своему происхождению, опосредствованные по своему строению и сознательные, произвольные по способу своего функционирования.» (А.Р. Лурия. Высшие корковые функции человека и их нарушения при локальных поражениях мозга. Стр. 17.)

История возникновения науки биомеханики – это история поиска путей и способов обучения человека реальному взаимодействию с самим собой, с природой и социальным окружением. Это история совершенствования методики по овладению достижениями человеческой цивилизации и воспитанию самого человека. Другими словами, это история создания методики для выращивания в человеке уважительного отношения к самому себе и к внешней среде.

Чтобы не умалять достоинств и заслуг тех талантливых и трудолюбивых личностей, которые привносили свой вклад в развитие различных наук, отметим что биомеханика как раз-то и объединяет все эти различные науки. Но в этой книге обратим внимание лишь на некоторые принципиальные вехи на пути развития биомеханики. Приступим.

В середине девятнадцатого века, в человеческом организме отыскалась область куда стекаются, где перерабатываются и хранятся разнообразные знания. Этой областью оказалась голова, и в 1863-ем году получило жизнь понятие “Рефлексы головного мозга” (сформулировано И.М. Сеченовым). А в начале двадцатого века выделилось новое направление в физиологии – физиология высшей нервной деятельности (основоположник И.П. Павлов).

Стремительное развитие научной мысли в двадцатом столетии позволило взглянуть на человека и его двигательную активность более рационально. Были созданы целые направления физиологических основ физической культуры и спорта, в которых излагались механизмы координации движений, функции мышц, сенсорных систем и нервной системы.

В середине 20-го столетия вышла книга Н. А. Берштейна «О построении движений», с которой начался новый подход к физиологии движений. С той поры человеческий организм рассматривался не как реактивная система (только лишь реагирующая на стимулы), а как активная система, стремящаяся к достижению «потребного будущего».

Однако этих научных разработок оказалось еще недостаточно, для создания теории по организации и управлению движениями. Но жизнь не стоит на месте. Так получилось, что к 1984 году были завершены работы сразу по трем разделам науки биомеханики, позволившим продолжить теоретическое развитие её основ и значительно оптимизировать непосредственно тренировочный процесс:

• И.И. Коваленко сформулировал законы движения рычагов человека (парности заносов, опорной колебательности, сопряжения). Он также предложил классификацию видов сложения движений рычагов в зависимости от фаз их движения.

• В.М. Кандыба и Д.В. Кандыба описали измененное состояние психики как состояние транса, которое называется “СК” (состояние Кандыбы) и выработали механизм входа в это состояние.

• А.А. Кадочников показал примеры взаимодействия рычагов человека с объектами окружающей среды способом “катание”, а также, за счет создания из своих рычагов и из подручных предметов конструкций, подобных конструкциям эллипсографа и конхоиды. Таким образом в биомеханику вошла такая инженерная наука как теоретическая механика.

В начале 21 века развитие биомеханики активно продолжилось. А. А. Светайло предложил для организации движений рычагов и контроля над ними использовать углы Эйлера. Благодаря этому значительно упростилась организация производственных и спортивных движений человека, а также контроль над этими движениями. Кроме того были введены понятия о двигательной и ударной конструкциях. Таким образом, от кинематических пар и кинематических цепей удалось перейти к кинематическим конструкциям. Все эти знания успешно применялись в методике обучения и воспитания Личности, которая называется ТЭТА, что расшифровывается как Техника Эстетика Тактика Автоматизмы. Это критерии подготовки и как бы ступеньки, по которым ученики поднимаются к вершинам мастерства.

Информация, накопленная в биомеханике, помогает продвигаться по пути познания. Но надо помнить, что количество полученных знаний, конечно же, может привести к качественным изменениям в нас – расширится кругозор, жизнь, вероятно, покажется интересней. Но качество в использовании знаний может дать только достаточное количество практической работы по их применению. Это означает, что для умения применять полученные знания, необходимо проживать их в практической деятельности.

Вполне определённо можно сказать, что биомеханика это наука по изучению правил эксплуатации, написанных природой для человека. Предметом исследования в книге «Большой теннис. Успех и спортивное долголетие» являются двигательные возможности рычагов опорно-двигательного аппарата человека, а также конструкции, которые могут быть собраны из его рычагов. Их работа анализируется с помощью кинематических характеристик движения без учёта сил, под действием которых какое-либо движение происходит.

На основании информации, преподнесенной в данном труде, удастся решить следующие задачи:

• познакомиться с естественными движениями собственного опорно-двигательного аппарата,

• получить первичные навыки по управлению элементами опорно-двигательного аппарата с помощью представлений и ощущений,

• сформировать пространственное мышление,

• научиться ощущать течение времени, через ощущения скорости и ускорения,

• заложить двигательные основы рациональной и стабильной спортивной техника,

• ряд других задач, в зависимости от степени подготовленности ученика на текущий момент.

Можно ли в процессе спортивной деятельности обойтись без биомеханики? Ну, без биомеханики не обойтись и даже не спортсмену, поскольку она живёт в нас в виде законов и принципов психофизиологического состояния и двигательной активности. Хорошо, сформулируем вопрос по-другому, можно ли спортсмену обойтись без знания законов и закономерностей установленных биомеханикой. Наверное, можно, ведь многие спортсмены и тренеры восполняют дефицит нужных и систематизированных знаний чрезмерным увеличением физической активности. Конечно, какие-то успешные приёмы и действия будут найдены, так как существует различные способы познания такие как чувственный, рациональный или интуитивный. Вот только находки эти будут, скорее всего, случайными. А далее непременно возникнут трудности с определением области применения приобретённых знаний. Ну что ж, кто какой путь выбрал – выбирая цель и способы её достижения выбираешь свою судьбу!

В философии интуиция относится к иррациональным способам познания. Она описывается как внутреннее озарение, духовное видение, созерцание, наитие, предчувствие, как способность прямого непосредственного постижения истин без предварительных логических рассуждений и доказательств. В методике ТЭТА, поскольку познание идёт на основе персональной двигательной активности, интуитивному способу познания и организации своих движений отведено не малое значение. Однако в этой методике придерживаются той точки зрения, что интуиция базируется на огромных знаниях и большом трудолюбии.

Эта книга для тех кто нуждается в систематизированных знаниях и выводах, которые из них следуют. Любая наука определяется системой понятий, которые являются опорными пунктами для деятельности в ней. Поскольку сознание не поднимает тяжести, не бегает на побитие мирового рекорда и даже не читает, но оно может побудить вас делать и то, и другое, и даже совсем не то. И для того чтобы пословица “Дурная голова ногам покоя не дает” обходила вас стороной, любая деятельность должна предваряться мыслительной работой. В соответствии с вашими понятиями о том, что такое поднимать, бежать, читать, вы и станете это делать. Чем реальнее понятия, чем яснее виден за ними образ, тем легче действовать.

Качество этих понятий (их реальность или степень соответствие сути явления, процесса) влияет на направление развития самой науки. Понятия, на основе которых излагается материал, соответствуют школьному и вузовскому курсам обучения по самым различным научным дисциплинам. Изменение, уточнение привычных или введение новых понятий – результат получения более полных знаний. При необходимости, первичные знания, на основании которых были синтезированы изложенные ниже, могут быть восполнены из учебной или какой-либо справочной литературы.

Рассмотрим несколько примеров как определённые понятия формируют определённые действия. Для примера выберем описание двигательных возможностей рычагов человека, которую привёл Н. А. Берштейн в своей книге «Физиология движений и активность» на стр. 24 пишет:

«Число степеней свободы взаимной подвижности звеньев кинематической цепи (или, иными словами, свободы деформируемости кинематической цепи), есть не что иное, как необходимое и достаточное количество независимых друг от друга координат, которые должны быть назначены для того, чтобы поза органа оказалась вполне определённой. Так, например, для определения положения плеча относительно лопатки (при наличии у лопаточно-плечевого сустава трёх степеней свободы) необходимо и достаточно назначить три координаты (например, координаты сгибания – разгибания, отведения – приведения, продольной ротации). Очень важно отметить, что количество степеней свободы не зависит от выбора той или иной системы координат или обозначений, т. е. является объективно присущим самой цепи. Заметим ещё, что число степеней свободы деформации многозвенной цепи либо равно сумме чисел степеней свободы всех её сочленений (так называемы незамкнутые цепи), либо несколько меньше её (замкнутые цепи).

Подвижности кинематических цепей человеческого тела огромны и исчисляются десятками степеней свободы. Подвижность запястья относительно лопатки и подвижность предплюсны относительно таза насчитываю по 7 степеней, кончика пальца относительно грудной клетки – 16 степеней.»

В дальнейших рассуждениях, после определения числа степеней свободы следует, что чем больше суставных соединений в рычажной кинематической цепи, тем больше количество степеней свободы у конечного рычага. Такое утверждение сложно комментировать по одной простой причине – не известно о чём идёт речь, потому как понятие о количестве степеней свободы куда-то исчезло при подсчёте возможных движений, например, «кончика пальца относительно грудной клетки – 16 степеней».

Интересный вывод по отношению к кончику пальца. Если вернуться к определению числа степеней свободы – число необходимых и достаточных по количеству независимых друг от друга координат, которые должны быть назначены для того, чтобы поза органа оказалась вполне определённой. Какое количество независимых координат нужно, чтобы определить положение кончика пальца относительно грудной клетки?

Если рассматривать кончик пальца как точечный объект то получается, что у него не может быть числа степеней свободы более трёх, как и у любого другого точечного объекта. И вовсе не важно относительно какого ребра это количество определяется, хоть от 5-го, хоть от 8-го и даже не важно от чьей грудной клетки. Если рассматривать кончик пальца как объёмное тело, то количество степеней свободы ограничиться шестью.

Так откуда появилось «лишнее количество степеней свободы»? Ответить можно сразу и без заминки – из-за подмены понятия. Попробуем разобраться о чём шла речь, когда подсчитывались движения кончика пальца (точки). Итак у нас есть 3 независимых направления для перемещения, и на каждом из них кончик пальца может разнообразно двигаться и конечно же перемещаться из одного направления на другие. Но в данном случае речь уже идёт не о количестве степеней свободы для точки, а о возможных перемещениях кончика пальца (точки) в каком-то одном или в двух или трёх направлениях одновременно. И действительно, чем больше подвижных звеньев составляют кинематическую цепь и чем больше у каждого из них число степеней свободы, тем разнообразнее двигательные возможности конечного элемента в этой самой кинематической цепи. Но количество степеней свободы конечного звена (рычага) больше 6 штук не будет, так же как и у любого другого объекта.

В приведенном фрагменте текста из книги «Физиология движений и активность» понятие о числе независимых координат плавно слилось с понятием о разнообразных перемещениях на этом количестве (числе). Получилось так, что количество независимых направлений складывалось с двигательными возможностями по перемещению, на них. Но ведь количество степеней свободы выражается числами (размерность «штуки»), а двигательные возможности на них или между ними выражаются размерностями длины (мм, см и т. д.). Если у кого-то ещё остались сомнения в том, что число степеней свободы не может быть больше 6-ти, то назовите хотя бы 10 независимых перемещений для кончика пальца или 7 независимых координат, которые определят его положение.

Можно было бы не останавливаться так подробно на приведенной выше цитате, если бы понятия, которыми мы пользуемся не влияли на наши действия. Далее Н. А. на стр. 27 делает вывод:

«В этом преодолении избыточных степеней свободы движущегося органа, т. е. в превращении последнего в управляемую систему, как раз и заключается основная задача координации движений.»

Т.е. предлагается организация движений, при которой ограничиваются движения рычагов.

Рассмотрим, например, что кто-то из спортсменов ограничит движения бедра в каком-то направлении. Но хорошо если это сделает биатлонист во время стрельбы, а если во время бега? Да собственно это утверждение легко проверить на себе во время ходьбы. Попробуйте лишить бедро возможности перемещаться в поперечном направлении относительно выбранного для движения. Только не очень усердствуйте, так как это может печально завершиться. Как же быть с возможностями рычагов человека занимать определённое положение (закрепляться) относительно друг друга? Это тоже управление рычагами, но в статике. Другими словами суть организации движений в этом случае заключается в придании рычагу статического положения относительно соседнего (сопрягаемого) рычага или определённой статической формы системе рычагов. Но это процесс характеризуется отсутствием какого-либо количества степеней свободы и каких-либо двигательных возможностей. И в этом случае действительно достаточно назначить определённое число координат, которые определят положение конкретной точки или конкретного рычага или системы рычагов.

Как же всё-таки считать количество степеней свободы одного рычага или кинематической цепи. Запишем понятие о количестве степеней свободы следующим образом. Количество (число) степеней свободы объекта это сумма одновременных перемещений объекта, в определенной системе координат в независимых друг от друга направлениях.

Так как же на основе этого понятия определить суть организации движений? Во-первых, отметим что данное понятие непосредственно связано с движением объекта, а во-вторых, поможет биомеханика поскольку в ней есть понятия, с помощью которых удастся получить ответ.

Обратимся к нужным понятиям.

• Движение это изменение положения одного объекта относительно другого.

• Система координат – система отсчёта для определения положения и параметров движения рычага или системы рычагов.

• Независимая координата – это такая координата, изменение которой не влечет за собой изменение других координат.

• Независимое направление в координатных системах – это какое-то одно направление, при движении объекта по которому величины координат на других направлениях остаются неизменными.

• Степень свободы или двигательные возможности объекта – величина возможных перемещений объекта на одном или нескольких независимых направлениях.

Вооружившись знаниями определим что понятия о количестве степеней свободы и о степени свободы отличаются друг от друга. А во-вторых, двигательная задача решается за счёт перемещения рычага или системы рычагов в соответствии с определёнными для них природой количествами степеней свободы и двигательными возможностями на каждой из них. И отметим, что управляемое движение рычага заключается в перемещении рычага по намеченной траектории и запланированным способом. При этом действия на всех независимых направлениях активно помогают в управлении рычагами и проведении их по нужной траектории.

Из вышесказанного вытекает, что организация движений рычага заключается в решении двигательной задачи за счёт нужного перемещения рычага в соответствии с его двигательными возможностями. Это достигается созданием определённых двигательных или ударных конструкций из собственных рычагов. О таких конструкциях заранее известно, для чего они собираются, какие в них исполнительные рычаги. А также заранее известны схемы движения каждого из рычагов, их качественный и количественный вклады в общее дело. Появляется возможность планировать результат двигательного действия ещё до начала самого действия.

Из определения сути организации движений вытекает то, что нам уже известно: прежде чем начать движение, необходимо ясно представлять, «для чего», «что», «куда» и «как» должно двигаться. В этой книге как раз и будем устанавливать, для какой двигательной задачи какие рычаги подходят и что от них требовать. Более полно поможет прояснить эти вопросы техника теннисистов.

Если вновь вернуться к вопросу о значении биомеханики в организации двигательной активности, то можно отметить, что отсутствие необходимых знаний не позволяет однозначно отвечать на вопросы «что?», «куда?» и «как?». В связи с этим ответ на вопрос «для чего?», действительно, достигается интуитивно. Только трудиться до проявления нужной интуиции придётся много, очень много, а вот результат будет мало, очень мало предсказуем!

Глава 2. Знакомство с самим собой

В биомеханике изображение опорно-двигательного аппарата отличается от изображения анатомического. Анатомическое, с соответствующими названиями элементов, изображение скелета человека спереди и сзади показано на рис. 1. и 2.

Обозначения на рис. 1:

Названия рычагов и суставов опорно-двигательного аппарата человека приведены непосредственно на рисунке.

Обозначения на рис. 2:

Названия рычагов опорно-двигательного аппарата человека приведены непосредственно на рисунке. На нём также обозначены отделы позвоночника так как это принято в анатомии.