Статья:

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНИКИ СПРИНТЕРСКОГО БЕГА УСЕЙНА БОЛТА И НАЧИНАЮЩЕГО СПОРТСМЕНА

Конференция: IX Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: гуманитарные науки»

Секция: 8. Физическая культура

Выходные данные
Поканинова Д.В. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНИКИ СПРИНТЕРСКОГО БЕГА УСЕЙНА БОЛТА И НАЧИНАЮЩЕГО СПОРТСМЕНА // Молодежный научный форум: Гуманитарные науки: электр. сб. ст. по мат. IX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 2(9). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_humanities/2(9).pdf (дата обращения: 17.09.2019)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 65 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНИКИ СПРИНТЕРСКОГО БЕГА УСЕЙНА БОЛТА И НАЧИНАЮЩЕГО СПОРТСМЕНА

Поканинова Дарья Валерьевна
студент Московского государственного университета, РФ, г. Москва
Коновалова Лилия Александровна
научный руководитель, доц. Поволжского государственного университета сервиса, РФ, г. Тольятти

 

 

  Споры о том, какой должна быть идеальная техника бега человека возникли не вчера и вряд ли утихнут в ближайшее время. Только в спринте существует несколько различных биомеханических моделей техники бега: модель бега Усейна Болта, техника Асафы Пауэлла, техника Микаэля Джонсона, азиатская техника, кубинская техника и т. д. В специальной литературе по биомеханике это направление исследований носит фрагментарный характер, поэтому до сих пор нет общепринятых критериев оценки идеальной техники бега. Как правило, в теории и практике спорта, используют сравнительный анализ характеристик бега выдающегося атлета и спортсмена, более низкой квалификации.

  В нашей работе в качестве объекта исследования был выбран «самый быстрый человек планеты» Усейн Болт, который, по мнению специалистов на сегодня является обладателем техники спринтерского бега, приближенной к идеальной модельной локомоции человека [2]. Сравнивая ее с характеристиками бега начинающего спортсмена, мы можем судить о тех или иных отклонениях от идеала, а, следовательно, исправить недочеты для достижения правильной техники.

Старт и первые шаги разбега — наиболее трудные части дистанции, требующие от спортсмена высокой координации, силы, быстроты и умения сосредоточить все внимание на команде. В выполнении этой фазы многие спортсмены испытывают наибольшие затруднения, которые происходят или от недостаточности физической подготовленности, или от неудачной позы на старте, или от неправильной установки к действию [3].

Все вышесказанное определило необходимость проведения настоящего исследования, целью которого явилось выявление особенностей кинематики и динамики идеального бега человека на основе сравнительного анализа биомеханических характеристик спринтерского Усейна Болта и начинающего спортсмена.

Исследование проводилось в 2 этапа. На первом этапе сравнивали перемещение ОЦТ тела спортсменов при выполнении ими стартовых положений. На втором этапе анализировали кинематические характеристики в стартовом разгоне спринтерского бега.

  В работе использовался метод сравнительного биомеханического анализа движений спортсменов различной квалификации. Данный подход предполагает использование, так называемых, дискриминативных признаков, то есть таких, которые закономерно изменяются с ростом спортивного мастерства и отличаются у спортсменов различной квалификации [1].

Результаты данной работы будут использованы для совершенствования техники спринтерского бега начинающего спортсмена.

  Сравнительный анализ стартовых положений Усейна Болта и начинающего спортсмена

  Основной задачей стартового положения является выведение тела спортсмена из устойчивого положения (команда «на старт») в неустойчивое (команда «внимание»).

Для определения устойчивости стартовых положений спортсмена необходимо определить общий центр тяжести (ОЦТ), к которому приложены силы, заставляющие спортсмена начать движение. Для этого мы использовали расчетный метод с использованием теоремы Вариньона.

  Результаты расчета координат ОЦТ спортсменов приведены в таблице 1 и 2. Характеризуя полученные данные можно говорить об общих тенденциях изменения положения ОЦТ в стартовых положениях начинающего и высококвалифицированного спортсменов. Это — изменение условий равновесия спортсмена, в связи с увеличением высоты ОЦТ над опорой и уменьшением углов устойчивости в положении «внимание» (табл. 3).

Таблица 1.

Расчетные характеристики ОЦТ в положении «на старт»


испытуемый


положение «на старт»


Xc (мм)


Yc (мм)


α


β


начинающий

спортсмен


66,85


60,74


45º


50º


Усейн Болт

 


62,82


57,33


28º


58º

 

Таблица 2.

Расчетные характеристики ОЦТ в положении «внимание»


испытуемый


положение «внимание»


Xc (мм)


Yc (мм)


α


β


начинающий

спортсмен


109,99


84,32


23º


42º


Усейн Болт

 


62,04


81,76


21º


39º

 

Таблица 3.

Механические критерии устойчивости равновесия статического положения.


Положение спортсмена


Высота ОЦТ (м)


Размер площади опоры в направлении потери устойчивости (м)


Углы устойчивости


Оценка устойчивости


(переднее направление)


ß

(заднее направление)


Положение «На старт» начинающего спортсмена


0,3696


0,3696


45


50


устойчиво в обоих направлениях


Положение «На старт» Усейна Болта


0,7475


0,40625


28


58


потеря устойчивости в переднем направлении


Положение «Внимание» начинающего спортсмена


0,6552


0,2772


23


42


потеря устойчивости в переднем направлении


Положение «Внимание» Усейна Болта


1,2025


0,455


21


39


потеря устойчивости в переднем направлении

 

При переходе из положения «На старт» в положение «Внимание» основной задачей является поднятие ОЦТ на достаточную высоту, чтобы возник опрокидывающий момент, который заставляет спортсмена быстрее выбежать с колодок, и соответственно меньше времени потратить на старт. Но также важно сделать это, совершив минимальную работу, затратив меньше энергии.    Исследовав положения при командах «На старт» и «Внимание» Усейна Болта мы получили следующие результаты: абсцисса ОЦТ спринтера остается на месте, т. е. расстояние, которое проходит ОЦТ равно перемещению по оси ординат. Его старт более экономичен, все энерготраты сведены к минимуму.

  Таким образом, технику стартовых положений Усейна Болта отличают худшие условия равновесия в положениях «на старт» и «внимание», что позволяет создавать наиболее благоприятные условия для быстрого начала бегового шага при минимальных энерготратах.

  Сравнительный анализ кинематических характеристик спортсменов в стартовом разгоне по кинограмме (рис. 1,2).

 

Рисунок 1. Кинограмма стартового разбега начинающего спортсмена

 

 
 

Рисунок 2. Кинограмма стартового разбега Усейна Болта


Основу стартового разбега составляет «выбегание» с колодок, которое обеспечивает начальное ускорение тела. В данной работе мы изучим временную и пространственно-временную структуру бегового шага, и на этой основе произведем анализ и оценку техники этого движения.

  Для анализа временной структуры была выполнена хронограмма бегового шага (рис. 3,4). Длительность отдельных фаз бегового шага спортсменов, а также ритм их движения представлены в таблице 4.

 



Правая нога


фаза переноса


фаза полета


фаза переднего шага


фаза заднего шага


фаза полета


Левая нога


фаза заднего шага


фаза переноса


кадры


1


2


3


4


5


6


7


8


9


10


11

                       

Рисунок 3. Хронограмма бегового шага начинающего спортсмена в стартовом разгоне

 

Правая нога


фаза заднего шага


фаза полета


фаза переноса


фаза полета


Левая нога


фаза переноса


фаза переднего шага


фаза заднего шага


кадры


1


2


3


4


5


6


7


8


9


10


11

                       

 

Рисунок 4. Хронограмма бегового шага Усейна Болт в стартовом разгоне

 

Таблица 4.

Длительность фазы опоры и полета спортсменов


Испытуемый


Длительность фазы опоры – ∆tопоры (сек)


Длительность фазы полета – ∆tполета (сек)


Ритм движения: R=∆tопоры/∆tполета


Начинающий спортсмен


0,24


0,04


6


Усейн Болт


0,2


0,08


2,5

 

Пространственно-временная структура бегового шага.

Работа в этом направлении включала измерение линейных перемещений по кинограмме 1, 2 и расчет ускорений тазобедренного сустава спортсменов (таблица 5). На качество стартового разбега существенно влияет быстрота и сила отталкивания на первых 2—4 шагах. В связи с этим интересен анализ динамики отталкивания на кадре 3.

Таблица 5.

Расчет ускорения тазобедренного сустава и силы отталкивания



Испытуемый


Ускорение ТЗ сустава по оси абсцисс ах

(м/с2)


Ускорение ТЗ сустава по оси ординат ау (м/с2)

 


Ускорение ТЗ сустава

a=√ ах2+ аy2 (м/с2)


Сила отталкивания F=m*a (Н)


ἀ=arctg (ау /ах)


Начинающий спортсмен


18,75


28,75


34,3


2058


≈56º


Усейн Болт


33,75


46,25


≈57,3


5386,2


≈54º

 

 

Сравнительный анализ временных и пространственно-временных характеристик стартового разгона спортсменов.

Анализируя величину угла отталкивания обоих испытуемых (рис. 5), отмечаем, что Усейн Болт отталкивается под более острым углом, что способствует более эффективному наращиванию горизонтальной скорости.

Известно, что бег, где тело спортсмена будет продвигаться более горизонтально, характеризует рациональную технику локомоции. Если отталкивание направлено значительно вверх, то при просмотре техники на экране заметно, что бег получается как бы скачками, с ноги на ногу.

На основе полученных данных из таблиц 4 и 5 мы построили графики зависимости перемещения от времени движения (рис. 6,7).

 

 
 

Рисунок 6. График зависимости горизонтальных перемещений ТЗ сустава от времени

 

 

Рисунок 7. График зависимости вертикальных перемещений ТЗ сустава от времени

 

Сравнивая траектории движения тазобедренного сустава по горизонтали, наблюдаем более высокие значения перемещений у Усейна Болта. Вероятно, что численные значения перемещения находятся в прямой зависимости от силы отталкивания. Так, сила отталкивания Усейна Болта превышает силу отталкивания начинающего спортсмена в 2,6 раза, при том, что масса спортсменов отличается в 1,6 раз. Графики вертикальных перемещений ТЗ сустава у спортсменов практически идентичны и стремятся к прямой линии, что минимизирует нерациональные затраты энергии спортсменов.

Сравнение скорости движения ТЗ сустава у спортсменов позволило выявить следующие особенности техники (рис. 8,9):

1.  На рис. 8 у начинающего спортсмена падает горизонтальная скорость движения во время отталкивания (кадры 3—4), в то время, как у Усейна Болта отталкивание характеризует рост величины горизонтальной скорости. Данная особенность техники начинающего спортсмена указывает на несформированность механизма взаимодействия с опорой в беговом шаге.

2.  В фазе опоры у Усейна Болта отмечено прогрессирующее увеличение горизонтальной скорости (рис. 8, кадр 6—8). Окончание фазы опоры характеризует торможение ТЗ сустава (кадр 9—10). За счет этого создается мощное загребающее движение ног для передачи дополнительной скорости телу спортсмена в полетной фазе (рис. 8, кадр 11).

3.  Амплитуда изменений горизонтальной скорости начинающего спортсмена незначительна и имеет отрицательную динамику (рис. 8, кадр 5—10). Это указывает на пассивность опорных взаимодействий системы движений спортсмена в наращивании мощности бегового шага.

 

Рисунок 8. Графики горизонтальных скоростей ТЗ сустава спортсменов

 

4.  Анализ вертикальной составляющей скорости ТЗ сустава спортсменов показал высокую амплитуду изменений данной величины. Вероятно, что в стартовом разгоне при выбегании со старта на первых 2—4 шагах сложно исключить перемещение спортсменов по вертикали. Но у Усейна Болта формирование оптимальной траектории движения тела происходит в более короткий промежуток времени, а именно с 8 кадра уже нет вертикальных колебаний ОЦТ (рис. 9). Начинающему спортсмену для этого требуется больше времени.

 

Рисунок 9. Графики вертикальных скоростей ТЗ сустава спортсменов

 

5.  Средняя скорость движения Усейна Болта на первых шагах стартового разгона: Vср=(х11-х1)/11*0,04≈5 м/с . Средняя скорость движения начинающего спортсмена на первых шагах стартового разгона: Vср=(х11-х1)/11*0,04≈2,5 м/с. Данные значения подтверждают, что техника стартового разгона Усейна Болта более эффективна.

 

Список литературы:
1.    Козлов И.М. «Практикум по биомеханике». М.: ФиС, 1980, 112 с.
2.    Математическая модель Усейна Болта — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.gazeta.ru/science/2013/07/29_a_5528157.shtml (дата обращения 25.12.2013).
3.    Петровский В.В. Бег на короткие дистанции / В.В. Петровский, Г.И. Чевычалов // Учебник тренера по лёгкой атлетике / Под ред. Л.С. Хоменкова. М.: Физкультура и спорт, 1982. — С. 116–161.