Взаимосвязь кинематических и динамических характеристик техники велосипедиста-гонщика с экономичностью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Взаимосвязь кинематических и динамических характеристик техники велосипедиста-гонщика с экономичностью

План

1. Механические аспекты процесса педалирования

2. Биодинамические основы педалирования

3. Физическое и физиологическое понятие мощности

1. Механические аспекты процесса педалирования

Процесс педалирования характеризуется тремя основными параметрами: частотой, «укладкой» и характеристикой крутящего момента (ХКМ), создаваемого на оси каретки велосипеда. Частота педалирования не может увеличиваться беспредельно. Фактор продолжительного времени гонки оказывает определяющее влияние на частоту педалирования.

Механизмом, избирательно регулирующим скоростно-силовые параметры педалирования, является цепная передача гоночного велосипеда. Решение о скоростно-силовой нагрузке при ведении гонки принимает сам гонщик. Его опыт и квалификация являются определяющими в выборе передаточного соотношения цепной передачи. В велосипедном спорте показатель, аналогичный длине шагов в ходьбе и беге, называется укладкой. Укладка -- это расстояние, которое проходит велосипед при одном полном обороте ведущей шестерни. Завышение или занижение величины укладки подводит к снижению скорости передвижения.

Энергетически выгоднее режим с меньшей частотой и большей величиной укладки в гонке на шоссе. Предпочитая педалировать с меньшей силой, велосипедисты используют более высокую частоту оборотов.

Каким должно быть соотношение основных параметров процесса педалирования (частоты, шага педалирования и ХКМ), которое позволило бы достичь наивысшего качества педалирования и более высокой скорости движения?

Биологический двигатель - организм гонщика - не имеет стабильной энергетической характеристики, а двигательный аппарат (система: кривошип, педаль, стопа, голень, бедро) имеет большое число степеней свободы. Связующим звеном факторов является мощность педалирования. Мощность педалирования характеризует потенциальные возможности организма и является основным показателем скоростно-силовой подготовленности гонщика.

«Укладка» и частота педалирования неразрывно связаны с биологическими и антропометрическими особенностями человека. Эти параметры зависят от антропометрии гонщика и соответствуют наилучшим условиям напряжения и расслабления мышц в рамках цикла функционального движения.

Наиболее рациональной частотой вращения педалей является частота 120 об/мин. с последующим ее увеличением. Частота педалирования может доходить, например, при педалировании на велостанке, до 200 и более оборотов в минуту. Величина прикладываемых усилий и частота педалирования -- звенья одной цепи. Они взаимосвязаны, находятся в обратно-пропорциональной зависимости. В велосипедном спорте на выборе режимов тренировочной работы во многом базируется и направленность тренировки: большее развитие силовых качеств для использования больших передач или качества быстроты для педалирования с меньшими усилиями, но с большей частотой.

Задача выбора длины кривошипа и частоты педалирования сводится к поиску рационального соотношения этих параметров по критерию минимизации затрачиваемой мощности при длительном педалировании или максимизации мощности при кратковременном педалировании с учетом специфики каждой гонки.

Эффективность педалирования в зависимости от биомеханических факторов -- параметров посадки гонщика, мышечной активности и суставных моментов техники педалирования -- это не состояние, которого можно достичь в короткое время и надолго, а постоянно изменяющийся интегральный показатель физического и психического состояния спортсмена, степени его тренированности. В любых видах гонок при педалировании коленные суставы должны двигаться строго в вертикальных и параллельных плоскостях. На протяжении всего оборота шатунов носок стопы немного опущен вниз. Чем больше частота оборотов, тем больше угол, образуемый голенью и стопой, тем меньше амплитуда их движений. Рациональная техника педалирования характеризуется приложением усилий не только при нажиме и подтягивании, но и приложением силы в верхней части окружности, описываемой педалью, проталкивании педали, а в нижней -- проводкой ее. Визуально определить качество техники педалирования сложно в связи с тем, что стопа велосипедиста укреплена на педали, она описывает одну и ту же траекторию.

Техника педалирования с опущенным носком наиболее характерна для велосипедистов высокой квалификации. Типичны два способа педалирования: с опущенной пяткой и смешанный. Спортивное педалирование -- это умение подтягивать педаль, умение при педалировании на шоссе и треке на различных дистанциях развивать при вращении педалей как максимальную, так и оптимальную для каждого вида гонок частоту педалирования, применяя шатуны разной длины и различные передаточные соотношения; умение контролировать качество приложения усилий к педалям на протяжении всей окружности движения шатуна; умение всегда "чувствовать" педаль.

2. Биодинамические основы педалирования

Основу педалирования велосипедиста, с точки зрения механики, составляет создание крутящего момента на оси каретки для продвижения шатунов по окружности. Крутящий момент силы представляет собой произведение силы на плечо рычага. Плечо, состоящее из шатуна, остается всегда постоянным, а сила, прилагаемая гонщиком к педали, все время изменяется в зависимости от конкретных условий.

Педалирование носит циклический характер, т.е. состоит из повторяющихся в определенной последовательности движений. В цикле одного оборота шатуна различают две основные части: первая -- когда нога давит на педаль, вторая -- когда нога подтягивает ее, и две дополнительные «проводка» и «проталкивание» педали. Чем перпендикулярнее будет направлено усилие, прилагаемое к шатуну, тем больше коэффициент полезного действия, затрачиваемого на создание крутящего момента. Основным фактором, обеспечивающим движение велосипедиста, является крутящий момент, создаваемый усилием, приложенным велосипедистом к педали. Многочасовые, многодневные велогонки требует от спортсмена осмысленной экономии энергии, находящей свое выражение в рациональной технике педалирования. Экономичное педалирование -- залог успеха гонщика при прочих равных условиях. В момент максимальной усталости организма оно позволяет при незначительных усилиях поддерживать высокую скорость движения, а на решающих этапах гонки -- выполнять работу с наивысшей отдачей.

Общая схема техники движения нижних конечностей у велосипедистов одинакова. Во время цикла оборота шатуна бедро и голень производят маятникообразное движение, передаваемое через стопу во вращательное движение.

Во время педалирования происходит движение в трех суставах -- тазобедренном, коленном и голеностопном. Кости бедра, голени и голеностопного суставов с прикрепленными к ним мышцами выполняют неодинаковую работу с различными амплитудами. Во время педалирования бедро двигается примерно на треть своей возможной амплитуды.

Максимальная амплитуда движения бедра при разгибании и сгибании - 150-160°, при движении по дуге - не превышает 50-55°. Амплитуда движения голени при разгибании и сгибании составляет 130-140°.

Во время педалирования угол сгибания и разгибания в коленном суставе составляет 70-75°, т.е. немногим более половины "максимальной амплитуды". Голеностопный сустав способен работать с амплитудой 85-95°. Однако во время педалирования амплитуда вполовину меньше возможной -- 40-45°. Мышцы во время педалирования работают в выгодных условиях. При педалировании, «стоя на педалях», разгибание и сгибание бедра происходит с большей амплитудой -- примерно 90°. Амплитуда работы голени при разгибании и сгибании - 100°. Амплитуда сгибания и разгибания голеностопного сустава доходит до 50°.

При нажиме на педаль работают три группы мышц, производящие разгибание бедра, голени и подошвенное сгибание стопы. В разгибании бедра принимают участие пять мышц, расположенных сзади тазобедренного сустава и идущих как с таза на бедро, так и с таза на голень: большая ягодичная, двуглавая мышца бедра, полусухожильная, полуперепончатая и большая проводящая мышца. Эта группа мышц осуществляет основное движение педалирования -- сильный нажим на педаль. Сила, развиваемая при разгибании бедра у велосипедистов, достигает 270-300 кг.

Разгибание голени осуществляется одной четырехглавой мышцей бедра. Она расположена на передней поверхности бедра и имеет четыре головки. Велосипедисты способны развивать силу при разгибании голени до 200 кг. Сгибание стопы в голеностопном суставе осуществляется семью мышцами, расположенными на задней и наружной поверхности голени: трехглавой мышцей голени, подошвенной, задней большой берцовой, длинным сгибателем большого пальца, длинным сгибателем пальцев, длинной малой берцовой, короткой малой берцовой мышцами. Велосипедисты могут развивать силу при сгибании стопы до 180 кг.

В сгибании бедра принимают участие пять мышц: подвздошно-поясничная, портняжная, мышца-натягиватель широкой фасции, гребешковая и прямая мышца бедра. Сила этой группы мышц значительно слабее. Велосипедисты при сгибании бедра способны развивать силу, равную 96-105 кг. При динамической работе мышц во время педалирования происходит их напряжение и расслабление, т.е. сокращение и расслабление. Во время работы одна группа мышц выполняет действие, преодолевающее сопротивление, а другая -- уступающее. Без участия в движении мыщц-антагонистов одни мышцы-синергисты могли бы производить только порывистые движения.

велосипедист педалирование кинематический динамический

Искусство педалирования гонщик постигает быстрее и качественнее, если специально тренировать мышцы -- разгибатели, обеспечивающие активный перевод педали через верхнее положение, и сгибатели, участвующие в подтягивании педали во время завершения этого движения.

Основу педалирования составляет тонкий механизм преемственности в передаче усилий с одних мышечных групп на другие. В процессе тренировки сила мышц увеличивается не только за счет увеличения мышечной массы, но и, главным образом, за счет образования новых условно-рефлекторных связей, обеспечивающих более совершенную координацию движений.

3. Физическое и физиологическое понятие мощности выполняемого движения

Механическая или физическая мощность выполняемого движения измеряется:

физическими величинами -- в ваттах, кгм/мин., определяющими физической нагрузки. В циклических упражнениях мощность (физическая нагрузка) и скорость перемещения (при неизменной технике выполнения движений) связаны линейной зависимостью: чем больше скорость, тем выше физическая нагрузка.

Совокупность физиологических (и психофизиологических) реакций организма на физическую нагрузку позволяют определить физиологическую мощность нагрузки или физиологическую нагрузку на организм работающего человека.

«Физиологическая нагрузка» или «физиологическая мощность» -- понятия, близкие к термину «тяжесть работы». У каждого человека при выполнении упражнения одного и того же характера в одинаковых условиях внешней среды физиологическая мощность нагрузки находится в прямой зависимости от физической нагрузки. Так, чем выше скорость велосипедиста, тем больше физиологическая нагрузка.

Физическая нагрузка вызывает неодинаковые физиологические реакции у людей разного возраста и пола, у людей с различной степенью функциональной подготовленности (тренированности), а также у одного и того же человека в разных условиях (например, при повышенных или пониженных температуре или давлении воздуха).

Следовательно, показатели физической мощности упражнения не могут быть использованы в качестве критерия для единой физиологической классификации различных спортивных упражнений, выполняемых людьми разного пола и возраста, с различными функциональными возможностями и уровнем подготовленности (тренированности) или одним и тем же спортсменом в различных условиях. Поэтому в качестве классификационного признака чаще используются показатели физиологической мощности или физиологической нагрузки.

Одним из таких показателей служит предельное время выполнения данного упражнения. Чем выше физиологическая мощность («тяжесть работы»), тем короче предельное время выполнения работы. Проанализировав по данным мировых рекордов зависимость между скоростью преодоления различных дистанций и предельным (рекордным) временем, В. С. Фарфель разделил «кривую рекордов» на четыре зоны относительной мощности: с предельной продолжительностью упражнений до 20 с. (зона максимальной мощности), от 20 с. до 3--5 мин. (зона субмаксимальной мощности), от 3--5 до 30--40 мин. (зона большой мощности) и более 40 мин. (зона умеренной мощности). Такая классификация спортивных циклических упражнений получила широкое распространение.

Другой подход к характеристике физиологической мощности состоит в определении относительных физиологических сдвигов. Характер и величина ответных физиологических реакций на одну и ту же физическую нагрузку зависят, прежде всего, от предельных функциональных возможностей и ведущих (для данного упражнения) физиологических систем. При выполнении одинаковой физической нагрузки у людей с более высокими функциональными возможностями ведущих систем величина реакций (физиологические сдвиги) меньше, и, следовательно, физиологическая нагрузка на ведущие (и другие) системы и соответственно на организм в целом относительно меньше, чем у людей с более низким уровнем функциональных возможностей. Одинаковая физическая нагрузка будет относительно труднее («тяжелее») для вторых, и, следовательно, предельное время ее выполнения у них будет короче, чем у первых. Соответственно первые способны выполнять такие большие физические нагрузки, которые недоступны вторым.

Таким образом, для физиологической классификации спортивных упражнений используются показатели относительной физиологической мощности: физиологической нагрузки, физиологической напряженности, тяжести работы.

Такими показателями служат относительные физиологические сдвиги, которые возникают в ведущих функциональных системах в ответ на данную физическую нагрузку, выполняемую в определенных условиях внешней среды. Эти сдвиги выявляются путем сравнения текущих рабочих показателей деятельности ведущих физиологических систем с предельными (максимальными) показателями.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные параметры педалирования.

2. Опишите общие закономерности педалирования.

3. Дайте определение термину «мощность» с точки зрения физики.

4. Дайте определение термину «мощность» с точки зрения физиологии.

Размещено на Allbest.ru