Кинетическая энергия

Представим, что тренировочный снаряд, скажем штанга, имеет какую-то скорость, полученную, например, в. результате падения с некоторой высоты, и задача спортсмена заключается в том, чтобы сначала активным усилием остановить ее падение, а затем быстро оттолкнуть в противоположном направлении, т. е. вверх (рис. 51). В подобных условиях средняя суммарная величина рабочей силы тяги мышц развивается при уступающей

Рис. 51. Отталкивание штанги после падения ее с некоторой высоты

Рис. 52. Динамика развития усилия при различных вариантах прыжка вверх: выпрыгивание из низкого приседа (1), обычный прыжок с амортизацией (2), после прыжка в глубину с высоты 0,4 м (3). Высота взлета соответственно равна 0,67, 0,74 rf 0,80 м. На оси ординат — значение веса испытуемого мортизирующей и затем при активной отталкивающей работе, т. е. имеет место:

Принципиальная в смысле мышечной динамики особенность такого движения заключается в том, что в фазе амортизации кинетическая энергия снаряда трансформируется в некоторый потенциал напряжения мышц, который затем используется в качестве силовой добавки при отталкивающей работе. В принципе величина этого потенциала равна кинетической энергии снаряда в конце его падения (зависит от веса и высоты падения), а абсолютная сила тяги мышц, развивающаяся в момент переключения от уступающей работы к преодолевающей, будет тем больше, чем меньше амортизационный путь и время торможения. Естественно, что рассмотренные условия соответствуют такому случаю, когда действие в целом по своей двигательной установке преимущественно ориентировано на максимально быстрое отталкивание снаряда сразу же после его торможения. Таким образом, речь идет о совершенно отличном от традиционных принципе стимуляции напряжения мышц, при котором в качестве внешнего механического раздражителя выступает не столько вес отягощения (и его инертное сопротивление), сколько энергия, накопленная последним при свободном падении.

Если обратиться к динамике работы мышц, например, при различных вариантах отталкивания вверх двумя ногами с максимальным усилием (рис. 52), то нетрудно убедиться в значительных преимуществах такого способа стимуляции мышечного напряжения. Во-первых, он обеспечивает очень быстрое развитие максимума динамического усилия. Во-вторых, величина этого максимума значительно больше, чем в других случаях. В-третьих (и это следует подчеркнуть), большая величина максимума силы достигается без использования дополнительного отягощения. В-четвертых, переключение мышц от уступающей работы к преодолевающей происходит намного быстрее, чем в других случаях. И, наконец, в-пятых, значительный потенциал напряжения мышц, накопленный в фазе амортизации, и отсутствие дополнительного отягощения тела обеспечивают более мощную работу мышц в фазе отталкивания и большую скорость их сокращения, о чем можно судить по большей высоте взлета тела после отталкивания.

Таким образом, стимуляция мышечного напряжения путем поглощения энергии падения тела спортсмена или тренировочного снаряда может обеспечить значительную величину силы (что невозможно при других способах механической стимуляции) без применения отягощения или с небольшим весом отягощения и не только без замедления скорости сокращения мышц, но даже с увеличением ее по сравнению с обычными условиями. Нетрудно видеть здесь еще большие возможности для преодоления рокового противоречия между внешним сопротивлением и скоростью движения, чем в рассмотренном ранее случае, когда сила мышц действует против силы инерции преодолеваемого отягощения.

Первые экспериментальные шаги в изучении особенностей рассматриваемого принципа стимуляции мышц выявили его исключительную эффективность для развития взрывной силы, и главным образом такого ее компонента, как стартовая сила мышц. Существует предел возможностей развития стартовой силы, обусловленный способностью человека к той или иной степени концентрации волевого усилия, в связи с чем процесс тренировки этой силы протекает весьма медленно. Требуются особые, стрессовые, условия, раздражитель такой силы, который способен обеспечить соответствующие приспособительные реакции нервно-мышечного аппарата. Однако, как правило, распространенные в практике силовые упражнения с отягощением не отвечают этим требованиям хотя бы потому, что элемент включения мышц в активное состояние (т. е. направленное воздействие на фазу развития усилия от нуля) в большинстве из них отсутствует.

Вместе с тем ряд исследований наводит на мысль, что такие условия могут иметь место, если, например, резко, толчками растягивать напряженную мышцу (R. Ramsey, 1944; A. Hill, 1955; A. Tweit а. о., 1963), что, собственно, и происходит в момент торможения падения тела или снаряда. Следует подчеркнуть, что значительное и мгновенно развиваемое напряжение мышц в данном случае является следствием экстренной мобилизации скрытых моторных ресурсов двигательного аппарата — это и обеспечивает условия для направленного развития стартовой силы и взрывных способностей мышц.

Таким образом, речь идет о специфическом рабочем режиме, который ни одно упражнение с отягощением имитировать не может. Действительно, при стимулировании мышечной активности за счет отягощения движение в его рабочей части замедляется, равно как и быстрота переключения мышц от уступающей работы к преодолевающей. При использовании же для механической стимуляции энергии предварительного падения тела или снаряда мышцы оказываются в таких условиях, в которых они вынуждены сначала развить значительный потенциал напряжения, а затем использовать его на преодоление инерции относительно небольшого отягощения, быстро переключившись на преодолевающую работу и проявив при этом высокую скорость сокращения.

Величина кинетической энергии (Wfe ==-""—) определяется, как известно, весом тела и высотой его падения. Поэтому в методических интересах важно знать, как изменяется стимулирующее влияние энергии при изменении того и другого. Для этого в лабораторных условиях на специально сконструированном экспериментальном стенде измерялась высота взлета груза, который испытуемый отталкивал рукой после предварительного падения его с некоторой высоты (от 0,5 до 3 м). Величина кинетической энергии, используемой для стимуляции мышц,

Рис. 53. Изменение высоты взлета (As) различного по весу груза (Р) при отталкивании его после падения с разной высоты (hi) и коэффициента реактивности (R} в зависимости от кинетической энергии падающего груза (Wk) варьировалась как весом (3,3; 6,6; 9,9; 13,6% от максимальной изометрической силы), так и высотой падения груза. Эксперимент показал, что увеличение кинетической энергии за счет веса груза приводит к снижению высоты его взлета, а увеличение за счет высоты падения груза — к увеличению высоты его взлета. Аналогичная картина наблюдалась при исследовании реактивной способности мышц (рис. 53). Рассмотренные тенденции в общем свойственны и движениям, выполняемым в других условиях, хотя там они имеют свои особенности (рис. 54 и 55). Из этих примеров следует, что увеличение кинетической энергии за счет веса груза явно невыгодно, Поэтому целесообразно рассмотреть более подробно изменение характеристик отталкивания по мере увеличения высоты на примере прыжка в глубину (см. рис. 55), тем более что это имеет непосредственное практическое значение для развития прыгучести. И так, значение максимума силы растет до высоты 1,5 м и затем резко снижается, а время движения при этом вначале изменяется несущественно, затем резко возрастает. Максимальные значения мощности работы и реактивности соответствуют высоте 0,75 м. Таким образом, оптимальный диапазон глубины прыжка для стимуляции активности мышц находится в пределах 0,75—1,15 м, причем вначале его работа мышц характеризуется наибольшей мощностью, а в конце — наибольшим максимумом динамического усилия. Эти данные легли в свое время в основу рекомендаций по использованию прыжка в глубину для квалифицированных прыгунов (Ю. В. Верхошанский, 1963, 1964, 1966

Рис. 54. Характеристики отталкивания после прыжка в глубину без отягощения (Р) и с отягощением 10, 20, 30, 40 кг;

< — время, ha — высота взлета, Р — средняя суммарная сила, R — коэффициент реактивности

Рис. 11. Характеристики отталкивания после прыжка в глубину с постепенно повышающейся высоты (ft);

(t — время, Рmах - максимальная сила, N — мощность работы, R — коэффициент реактивности)

Видимо, заслуживает внимания тот факт, что дальнейшее увеличение глубины прыжка существенно меняет динамические параметры отталкивания. Время опоры быстро растет, и главным образом за счет удлинения момента переключения мышц от уступающей работы к преодолевающей. Величина максимума динамического усилия и скорость сокращения мышц стабилизируются. Происходит четкое разделение отталкивания на два действия — амортизацию, при которой поглощается кинетическая энергия падения, и собственно отталкивание. Амортизация характеризуется увеличением глубины приседания, а собственно отталкивание — постоянной скоростью сокращения мышц.

Таким образом, положительный эффект стимуляции мышц путем поглощения кинетической энергии падения может быть с успехом использован только в определенных условиях, учитывающих оптимальные значения выты падения и веса тела или снаряда, а также в том случае, если действие в целом ориентировано преимущественно на быстрое отталкивание. Однако условия работы нервно-мышечного аппарата в момент амортизации падения тела со значительной высоты могут иметь самостоятельное тренировочное значение. Мгновенное развитие напряжения при этом совершенствует способнее, мышц к быстрому переходу в деятельное состояние, Во всяком случае опыт свидетельствует, что вреда скоростно-силовой подготовленности и опорному аппарату это не приносит. Хотя для того, чтобы серьезно говорить о каких-то практических рекомендациях в этом отношении требуются дополнительные исследования.

Итак, стимуляция мышц за счет поглощения энергии падения тела или снаряда является весьма эффективным методическим приемом. В его основе лежит способность мышц к более мощному сокращению после предварительного резкого ударного растягивания. Природа издала этот механизм для того, чтобы человек выходил победителем в борьбе с силами инерции своего тела в экстремальных ситуациях. Остается только хорошо его др. пользовать в спортивной практике.

Предварительное растягивание мышц имеет место в целом ряде силовых упражнений с отягощением, например при приседаниях или выпрыгиваниях со штангой да плечах. Однако оно не столь интенсивно, как в условиях торможения скорости предварительного свободного падения, где носит резкий ударный характер. Поэтому метод стимуляции мышц путем поглощения кинетически энергии падения и был назван ударным (Ю. В. Верхошанский, 1966, 1968). Наши исследователи (1958—1976) сделали лишь первые шаги в изучении и оформлении этого метода. Целый ряд последующих работ (В. В. Кузнецов, 1966; В. Н. Папышева, 1966; В. И. Чудиццр 1966; Л. Я. Черешнева, 1967; В. Г. Семенов, 1967; В, т-}' Савин, 1974; В. В. Татьян, 1974; А. В. Ходыкин, 19?5) подтвердили эффективность этого метода и дали некоторый материал для его использования. Однако предстоит еще большая работа как в лаборатории, так и в естественных условиях тренировки, прежде чем он обреет исчерпывающую завершенность.