Функциональный анализ ходьбы

Ходьба это сложное циклическое локомоторное действие, одним из основных элементов которого является шаг.

При ходьбе, как при других видах локомоторного движения, перемещение тела в пространстве происходит благодаря взаимодействию внутренних (сокращение мышц) и внешних сил - гравитация, сопротивление опорной поверхности и др. В каждом шаге, совершаемом правой и левой ногой, различают период опоры и период маха. Наиболее характерной особенностью всех видов ходьбы, по сравнению с бегом и прыжками, является постоянное опорное положение одной ноги (период одиночной опоры) или двух ног (период двойной опоры). Соотношение этих периодов обычно равно 4:1. Как период опоры, так и период маха, может быть разделён на две основные фазы, а именно: период опоры - на фазе переднего толчка и заднего толчка, разделённые моментом вертикали; маха - фазы заднего шага и переднего шага, между которыми также находится момент вертикали. [7]

Движение начинается с момента перемещения ОЦМ тела вперёд в направлении движения до момента его проекции перед площадью опоры (тянущее действие). Тянущее действие детерминирует локомоторные реакции организма. При воздействии гравитации, во время выполнения двигательных действий связки и сухожилия амортизируют вертикальные нагрузки и аккумулируют энергию. При движении необходимо сфазировать позицию проекции ОЦМ тела относительно опоры при полном переносе веса на ногу. ОЦМ тела, когда вся стопа касается поверхности пола, сначала проецируется на середину опоры, а в дальнейшем, при полном переносе веса на ногу и увеличения давления на подушечку стопы, его проекция должна быть перед площадью опоры в направлении движения. Сфазированность действий и позиций способствует максимальному накоплению энергии для выполнения шага и взаимодействию партнеров.

Импульс энергии направляет массу тела вперёд. Движущаяся масса тела в этот момент обладает кинетической энергией и двигается не только вперёд, но, как показали исследования процесса ходьбы, слегка вверх. Свободная (маховая) нога, выпрямляясь, выносится вперёд и принимает тяжесть тела на себя. Перенос тяжести тела на ногу начинается в момент, когда каблук свободной ноги касается пола. В этот момент масса тела двигается вниз. Далее инерция движущегося тела вперёд и вниз приводит стопу в положение плоско, а при дальнейшем движении каблук стопы отрывается от пола и масса тела переходит на подушечку стопы. Когда ОЦМ тела проходит ось гравитации, т.е. вертикаль - цикл шага повторяется с другой ноги.

ОЦМ тела при ходьбе, наряду с поступательным движением (вперёд), осуществляет движения в боковом и в вертикальном направлении. В последнем случае размах (вверх и вниз) достигает величины 4 см (у взрослого человека), при этом туловище опускается больше всего именно тогда, когда одна нога опирается всей

подошвой, а другая вынесена вперёд. Боковые движения (качания в стороны) центра тяжести доходят до 2 см.

^■Рис Ходьба в норме. Ширина и длина шага (а). Отклонение центра тяжести (ЦТ) во время ходьбы по вертикальной оси на 5 см (б). Отклонение ЦТ в сторону на 2^ см (в) (по S. Hoppenfeld,1983)

Колебания ОЦМ тела в
стороны связаны с

перемещением на опорную ногу всей массы тела, в результате чего траектория ОЦМ тела проходит непосредственно над

площадью опоры. Чем ходьба быстрее, тем эти колебательные движения меньше, что

объясняется влиянием инерции тела.

Размер шага в среднем принимается за 66 см, при спокойной ходьбе продолжительность его - около 0,6 сек.

Помимо мышц нижних конечностей при ходьбе включаются в динамическую работу почти все мышцы туловища, шеи и верхних конечностей.

В связи с последовательным чередованием растяжения, сокращения и расслабления различных мышечных групп, что происходит во время ходьбы, значительная нагрузка на всю мышечную систему обычно не вызывает выраженного утомления. В значительной мере это также объясняется тем, что ритмичные движения всего тела облегчают нормальную вентиляцию лёгких и улучшают кровообращение всех органов, включая центральную нервную систему (ЦНС). Таким образом, ходьба -наилучший вид физической тренировки. [7]

4.2. Накопление энергии во время шага вперёд.

В описании фигур приводятся указания работы стопы. Многие акты двигательных действий проходят при участии стопы и благодаря работе стопы. В технике спортивного танца работа стопы является определяющим фактором технической подготовки исполнителей. Как уже говорилось, при переносе веса работа стопы, как правило, выполняется в последовательности - Каблук—»Плоско, а когда Каблук отрывается от пола - Подушечка. В момент, касания каблуком пола начинается процесс торможения, в ноге, как уже отмечалось, начинает накапливаться энергия в основном в мышцах голени и бедра. ОЦМ тела, двигаясь по инерции вперёд и под действием гравитации вниз, обладает кинетической энергией и приводит стопу в положение плоско — начинается уступающая фаза работы мышц и продолжение аккумуляции энергии.

Энергия продолжает накапливаться и в момент отрыва каблука от пола, когда ОЦМ тела проецируется впереди площади опоры в направлении движения, а вес находится на подушечке стопы, достигает максимума (характеризуется напряжением мышц ноги). Накопленная энергия через систему рычагов опорно-двигательного аппарата направляется в ОЦМ тела, который начинает движение вверх и сообщает ему импульс энергии для дальнейшего движения (начинается преодолевающая фаза работы мышц). Далее процесс повторяется на другой ноге.

«*Рис. Степень сокращения мышц туловища и нижней конечности в течение двойного шага при обычной ходьбе (по данным электромиографического анализа, произведенного B.C. Гурфинкелем в ЦНИИТе протезирования и протезостроения).

> Черным цветом - показано максимальное
сокращение;

> двойным штрихом — сильное сокращение;

> одинарным - среднее сокращение;

> точками - слабое сокращение;

> белым - показано расслабление мышцы.

1 — прямая мышца живота;

2 — прямая мышца бедра;

3 — передняя большеберцовая мышца;

4 — длинная малоберцовая мышца;

5 — икроножная мышца;

6 — полусухожильная мышца;

7 — двуглавая мышца бедра;

8 — большая ягодичная мышца;

9 — мышца, натягивающая широкую фасцию; 10 —
средняя ягодичная мышца;

11 — крестовоостистая мышца.

Рекуперация энергии представляет собой сложный процесс. Величина кинетической энергии, которой обладает масса тела до начала взаимодействия с опорой, а также целевая установка и внешняя организация самого отталкивания вносят существенные коррективы в механизм работы двигательного аппарата и, соответственно, в динамическую структуру движения.[11]

При движении важно сфазировать внешние силы (действие гравитации, центробежные и центростремительные силы) с внутренними силами. В качестве примера рассмотрим катание на волнах с использованием доски - серфера. Почему сёрфенгист двигается перед волной, как бы скатываясь с неё? Какие силы его перемещают?

Действие гравитации в этом примере действует на всех участников движения:

> на воду оказывают действие гравитация и сила ветра, вода двигается в направлении
пологого берега, и масса двигающейся воды вытесняется вверх в сторону
наименьшего сопротивления - так возникают волны различной мощности в
зависимости от внешних сил действующих на неё (сила и направление ветра);

> серфингист, на которого также действует сила гравитации, воздействует на доску
(опору), распределяя проекцию ОЦМ своего тела таким образом, чтобы создать
наклон доски и поставить его в соответствии с углом атаки волны. Возникает
эффект качения с горы на санках, во время которого также фазируются силы,
оказывающие воздействие на участников движения (движущаяся система — санки и
человек), в результате чего масса серфингиста давит на доску наклонённую в
соответствии с углом атаки волны. Искусство серфингиста состоит в том, чтобы
удержаться на доске и поставить её под необходимым для движения углом, при
этом сам сёрфинге г затрачивает минимум энергии для движения, используя
энергию волны. Большие мастера в совершенстве владеют этим искусством и
способны выполнять технически сложные передвижения с использованием волн
гигантской силы.

В спортивном танце понятие фазировки двигательного действия состоит в том, чтобы разместить компоненты, участвующие в локомоциях (ОЦМ тела относительно оси гравитации и площади опоры, позиции партнёров относительно друг друга, шейпы партнёров относительно совместной оси и другие компоненты техники) в максимально комфортные и выгодные, с точки зрения биомеханики, позиции для решения двигательных задач. Это значит, что ОЦМ тела должен быть расположен впереди площади опоры по направлению движения, тогда сила гравитации будет участвовать в накоплении и использовании энергии, а импульс энергии при этом будет направлен в сторону вектора движения (тянущего действия). В этом случае на выполнение работы, если диссипативные потери будут сведены к минимуму, будет затрачено оптимальное количество энергии, а партнёры в закрытой позиции примут позу, необходимую для выполнения движений различных классов. (См. «5.1. Классы движений и их характеристики»).

Если проекция ОЦМ тела во время движения будет находиться ближе к вертикали, тогда нога, принимающая тяжесть тела будет противодействовать движению тела, при этом не будет накоплено необходимое количество энергии, а дальнейшее движение потребует приложения больших усилий с использованием метаболической энергии. Кроме этого, возникнут проблемы связанные с взаимодействием партнёров.

Если проекция ОЦМ тела во время движения будет проецироваться за пределами площади опоры в направлении движения, то это может привести к опрокидыванию. Даже если в этом случае спортсмену удастся удержаться на ногах и не упасть, его движение будет плохо контролироваться, при этом процесс рекуперации энергии и её использование будет хаотичным. Обычно это проявляется в том, что танцоры двигаются быстрее музыки, с трудом контролируют ритм и скорость движения. В этом случае также возникают проблемы взаимодействия партнёров.

Чтобы сфазировать позицию для движения необходимо при переносе веса на ногу добиться того, чтобы, ОЦМ тела в процессе движения стремился быть впереди в пределах границы площади опоры в момент перехода на подушечку стопы при исполнении шага, а также при опускании на подушечку стопы (состояние неустойчивого равновесия). Искусство танцора состоит в том, чтобы привести в соответствие все компоненты участвующие в движении к взаимодействию в реализации требований техники танца.

Лекция 5.

4.3. Равновесие механической системы.

«Состояние системы, находящейся под действием сил, при котором все её точки покоятся по отношению к какой-нибудь системе отсчёта». Так определяет физика равновесие, т.е. «баланс». Используя это понятие в лексике спортивного танца необходимо быть корректным. Из выше изложенного ясно, что баланс это состояние системы при котором на систему действуют только внешние силы - гравитация. Когда тренер, делая замечание танцорам, говорит: «У тебя нет баланса!», то, прежде всего, следует понимать, что если достигается состояние баланса, то возникают проблемы с движением как таковым. По всей видимости, тренер имел ввиду недостаточный контроль за параметрами движения. На самом деле для того чтобы начать движение необходимо нарушить баланс.

Баланс. Синоним этому слову - равновесие. Известно, что существует три типа равновесия.

В соответствии с правилом моментов для равновесия необходимо, чтобы сумма моментов всех этих сил относительно оси равнялась нулю.

Можно показать, что для каждого тела существует единственная точка, где сумма моментов сил тяжести относительно любой оси, проходящей через эту точку, равна нулю. Эта точка называется центром тяжести (обычно совпадает с центром масс).

Центром тяжести тела (ЦТ) называется точка, относительно которой сумма моментов сил тяжести, действующих на все частицы тела, равна нулю.

Таким образом, сила тяжести не вызывает вращения тела вокруг центра тяжести. Поэтому все силы тяжести можно было бы заменить единственной силой, которая приложена к этой точке и равна силе тяжести.

Для тела спортсмена часто вводится понятие «общий центр тяжести» (ОЦТ). Основные свойства центра тяжести:

> если тело закреплено на оси, проходящей через центр тяжести, то сила тяжести не
будет вызывать его вращения;

> центр тяжести является точкой приложения силы тяжести;

> в однородном поле тяжести центр тяжести совпадает с центром масс.

Равновесным называется такое положение тела, при которым оно может оставаться в покое сколь угодно долго. При отклонении тела от положения равновесия, силы, действующие на него, изменяются, и равновесие сил нарушается. Существуют различные виды равновесия для тела, опирающегося на одну точку:

- устойчивое равновесие — при малом отклонении тела от положения равновесия возникает сила, стремящаяся возвратить тело в исходное состояние;

- безразличное равновесие — при малом отклонении тело остается в положении равновесия;

- неустойчивоеравновесие — при малом _ отклонении тела из положения равновесия возникают силы, стремящиеся увеличить это отклонение.

Примером безразличного равновесия является равновесие тела, закрепленного на оси, проходящей через его центр тяжести. Если ось проходит через другую точку и центр тяжести расположен выше оси, то возможно только неустойчивое равновесие. Равновесие будет устойчивым, если центр тяжести расположен низке оси.