Предмет биомеханики

Предмет биомеханики как науки о движениях  человека. Предмет науки – то, что наука изучает.Биомеханика – наука о законах механического движения в живых системах. В широком смысле к живым системам относятся: целостные организмы; их органы и системы органов, ткани, а также жидкости и газы в них – так называемые внутриорганизменные системы; объединения организмов.

Биомеханика спорта изучает  движения человека в процессе выполнения физических упражнений.Объектом познания в данном случае являются двигательные действия спортсмена как системы взаимосвязанных активных движений. Областью изучения являются механические и биологические причины движений и зависящие от них особенности двигательных действий в различных условиях.

Понятие о формах движения. По уровню организации различают  материю неживую, живую, мыслящую. Для  каждого уровня характерны свои свойства и закономерности существования  и развития. Всем трем уровням присущи  механическая, физическая и химическая формы движения. Всему живому присуща  биологическая форма движения, а  социальная (мышление, социальные отношения) – только мыслящей материи. Каждая сложная форма движения всегда включает в себя более простые формы, но не сводится к их сумме. Простейшая форма движения – механическая, она существует везде. Но чем выше форма движения, тем менее существенна  механическая форма.

Двигательные действия человека, которые изучаются в биомеханике, включают в себя механическое движение. В данном случае оно является целью  двигательного действия человека (переместить  себя, снаряд, партнера, соперника). Но определяющее положение при этом занимают более высокие формы  движения. Целенаправленное движение в своем пространственно-временном, количественном и качественном выражении  – это материализованная мысль, реализация которой обеспечивается комплексом физиологических систем организма (Ю.В. Верхошанский, 1988). Несколько иначе выразил эту мысль В.Т. Назаров (1984) – функции жизнедеятельности организма подчинены достижению поставленной двигательной цели, а сама цель является связующим фактором, объединяющим деятельность этих функций в систему.

Механическое  движение в живых системах. Механическое движение в живых системах проявляется как: передвижение всей системы относительно ее окружения (среды, опоры, физических тел); деформация самой биосистемы (передвижение ее частей относительно друг друга).

В классической механике весь окружающий нас мир представляется как множество твердых весомых  непроницаемых подвижных частиц. совокупности таких частиц образуют различные тела и агрегаты тел. И. Ньютон указывал, что «первичные частицы абсолютно тверды: они неизмеримо более тверды, чем тела, которые из них состоят; настолько тверды, что они никогда не изнашиваются, не разбиваются вдребезги».

Вместе с тем, надо отметить, что хотя законы Ньютона описывают  движение абсолютно твердых тел, которые не деформируются, таких  тел в природе нет. Просто в  так называемых твердых телах  деформации бывают настолько малы, что ими можно пренебречь. Для  живых систем изменения относительного расположения элементов – дело обычное  и даже необходимое, поскольку эти  деформации и есть движения. Сами элементы (части) живых систем также могут  существенно деформироваться (например, позвоночный столб). Поэтому изучая движение живой системы всегда учитывают, что работа сил тратится как на передвижение всей системы, так и на ее деформацию. Кроме того, учитывают потери энергии, ее рассеивание (диссипацию).

Механическое движение человека, изучаемое в биомеханике спорта, происходит под воздействием как  внешних, так и внутренних сил. Последние управляются центральной нервной системой (ЦНС) и обусловлены физиологическими процессами. Поэтому для достаточно полного понимания сущности механического движения в биосистеме следует рассматривать не только собственно механику движения, но и его биологическую сторону, так как именно она определяет причины организации механических сил.

Не существует особых законов  механики для живого мира. Но применяя эти законы к живым объектам всегда следует учитывать наряду с механическими их биологические особенности (способность и возможность к адаптации, коррекции движений, степень утомления).

Особенности механического движения человека. Двигательная активность человека – многоуровневая система. По мере усложнения в ней выделяют движения, то есть изменения отдельных суставных углов; двигательные действия – совокупности движений, имеющие определенную двигательную цель или решающие двигательную задачу; двигательную деятельность – целенаправленные системы двигательных действий. Следовательно, двигательная деятельность человека осуществляется в виде двигательных действий, которые организованы из многих взаимосвязанных движений (систем движений).

Двигательная деятельность человека, а отчасти и животных, – одно из сложнейших явлений в  мире. Вместе с тем двигательная деятельность человека отличается от двигательной деятельности животных своей  осознанностью и целенаправленностью. Человек понимает смысл своей  двигательной активности, может контролировать и планомерно совершенствовать свои движения. При помощи двигательной деятельности человек в процессе физического воспитания активно  преобразует свою собственную природу, физически совершенствуется. Преобразование мира человеком выполняется также  посредством двигательной деятельности (письмо, речь).

Двигательная деятельность человека складывается из его действий. Двигательные действия осуществляются при помощи произвольных активных движений, вызванных и управляемых работой  мышц. Н.А. Бернштейн считал, что в  норме человек производит не просто движения, а всегда действия.

Движения отдельных частей тела объединены в управляемые системы  движений, целостные двигательные акты. В системы движений входит также  и активное сохранение положений  в суставах, так называемая позная активность. Сознательное управление движениями с использованием законов биомеханики обеспечивает их высокую эффективность в различных условиях исполнения.

Общая задача изучения движений. Содержание отдельного исследования или области знания (науки) составляют теория и метод. В свою очередь они определяются задачами, стоящими перед данным исследованием (отраслью науки). Движения человека в биомеханике изучаются для решения общей задачи –оценки эффективности приложения сил для более совершенного достижения поставленной цели. Отсюда следует, что изучение движений в биомеханике спорта направлено на поиск совершенных способов обучения и выполнения двигательных действий. Таким образом, биомеханика спорта имеет ярко выраженную педагогическую направленность.

Частные задачи биомеханики. Это изучение строения, свойств и двигательных функций тела спортсмена; рациональной спортивной техники; процесса технического совершенствования спортсмена.

Особенности движений любого объекта зависят от его механических свойств, а особенности движений человека определяются также физиологическими причинами. Поэтому в биомеханике  спорта изучают (с точки зрения биомеханики) строение опорно-двигательного аппарата человека, его свойства и функции (включая и показатели двигательных качеств) с учетом возрастных и половых  особенностей, уровня тренированности  и так далее. То есть первая группа задач – это изучение самих  спортсменов, их особенностей и возможностей («Кого учить?»).

Совершенство двигательных действий зависит от состава движений и от того, в какую систему они  собраны. Поэтому в биомеханике  спорта весьма подробно исследуют особенности  различных групп движений и возможности  их совершенствования. Кроме того, разрабатывают  новую, более рациональную технику  спортивных упражнений («Чему учить?»).

Данные об изменениях спортивной техники в процессе тренировки позволяют  разрабатывать основу методики технического совершенствования спортсмена. Исходя из закономерностей, присущих рациональной технике, определяют различные пути ее построения, средства и методы повышения  спортивно-технического мастерства («Как учить?»).

Таким образом, решение частных  задач биомеханики спорта или  биомеханическое обоснование технической  подготовки спортсменов подразумевает: определение особенностей и уровня подготовленности занимающихся; планирование рациональной спортивной техники; подбор вспомогательных упражнений и создание тренажеров для специальной физической и технической подготовки, оценку применяемых методов тренировки и контроль за их эффективностью. Итак, в ходе решения частных задач биомеханики спорта получают ответы на вопросы – кого, чему и как учить?

Содержание  биомеханики спорта: ее теория и  метод. Знания, оформленные в систему основных положений, составляют содержание отрасли знаний, а пути получения знаний – ее метод.

Теория биомеханики спорта. В основе современного понимания двигательных действий заложен системно-структурный подход, который позволяет рассматривать тело человека как движущуюся систему, а сами процессы движения – как развивающиеся системы движений.

Системно-структурный подход к изучению движений человека реализуется  в теории структурности движений, заложенной идеями Н.А. Бернштейна. «Движение  не есть цепочка деталей, а структура, дифференцирующаяся на детали – структура  целостная при наличии в то же время высокой дифференциации элементов и разнообразно избирательных  форм взаимоотношений между ними» (Н.А. Бернштейн, 1940).

В основе теории структурности  движений лежат принципы структурности, целостности, целенаправленности. Принцип структурности построения систем движений означает, что все движения в системе взаимосвязаны. Именно эти связи определяют целостность и совершенство действия. Принципцелостности действия означает, что все движения в двигательном действии образуют единое целое – систему движений. Изменение каждого движения влияет на всю систему. Принцип целенаправленности систем движений предполагает, что человек сознательно ставит цель, применяет целесообразные движения и управляет ими для достижения цели.

В основы теории биомеханики спорта входят предпосылки  механической обусловленности и  рефлекторной природы движений. Это положение означает безусловное признание того, что все движения человека осуществляются под воздействием механических сил различного происхождения в соответствии с законами механики; для всех движений в целом характерна рефлекторная природа управления двигательными действиями на основе принципа нервизма.

Метод биомеханики  в наиболее общем виде имеет в  своей основе системный анализ и  системный синтез действий с использованием количественных характеристик, в частности  моделирование движений. В изучении движений специфика данного метода заключается в определении конкретных способов системного анализа действий и их синтеза. Выявление состава элементов системы движений – это этап познания целостного двигательного действия. Биомеханика как наука экспериментальная опирается на опытное (практическое) изучение движений. При помощи аппаратной регистрации выявляются количественные особенности (характеристики) движений, что позволяет затем сравнивать между собой различные (удачные и неудачные и т.п.) движения. Это позволяет также устанавливать состав системы движений. В этом заключается системный анализ действий.

Как уже указывалось, система  движений как целое не сводится к  простой сумме ее элементов. Многочисленные взаимосвязи придают частям системы  новые, не свойственные им ранее качества. Способ взаимосвязи частей в систему, закономерности этих взаимосвязей называются структурой системы.Системный синтез действия таким образом, заключается в том, что на основе изучения изменений количественных характеристик выявляются законы взаимодействия элементов системы, определяются причины целостности системы.

Знание количественных характеристик  движения позволяет также строить  модели системы движений – физические, математические (высший этап синтеза). Синтез систем движений производится не только теоретически, но также (и  чаще всего) практически – при  реальном построении систем движений (овладении спортивной техникой).

Несмотря на огромные возможности, которыми обладает системно-структурный  подход, наиболее широко в современных  биомеханических исследованиях  применяется функциональный метод. С его помощью изучают функциональную зависимость между свойствами и состояниями предметов, процессов, явлений. При этом не ставится задача изучения структуры предмета исследования, исследуется только его функция (назначение).

Не может быть противопоставления вышеназванных методов. Выбор подхода (системно-структурный или функциональный) определяется в зависимости от постановки и условий задачи исследования.

Следует отмечать метод биомеханики как принципиальный путь познания сложных систем движений от частных методик биомеханического исследования (то есть методик регистрации  и обработки экспериментальных  данных).

Развитие биомеханики спорта. Биомеханика, изучающая механику движений живых организмов с учетом их анатомо-физиологических особенностей, развивалась вместе с развитием человеческого общества, как и другие науки. Ее успехи наиболее тесно связаны с достижениями медико-биологических наук, теоретической и прикладной математики.

Первой серьезной  работой в области биомеханики  движений человека следует считать  опыты римского врача школы гладиаторов  Клавдия Галена (131-201 гг. н.э.). Он первым экспериментально установил связь  работы мышц человека с суставными движениями, обратил внимание на группы мышц, работающие в одном и противоположном  направлениях.

Мысль о том, что  законы механики могут быть применены  для исследования движений живых  существ, была впервые высказана  великим Леонардо да Винчи (1451-1519).

Первая книга  по механике живого вышла в свет в Риме в 1679 г. Ее автор – профессор  математики Джованни Альфонсо Борели (1608-1679) подвел итог накопившемуся опыту  в этой области и дал существенный толчок дальнейшим исследованиям движений живых существ. К этому времени  достаточно стройную систему знаний составляла статика, указывающая условия  равновесия механических систем. Почти  все ее основные законы уже были сформулированы Архимедом (287-212 гг. до н.э.), Леонардо да Винчи, Убальди (1545-1607), Стевином (1548-1620) и Вариньоном (1654-1722). Хотя в современном виде законы статики были изложены значительно позже французским геометром Пуансо ().