Цикл в биомеханике это
Введение в биомеханику тела человека.
Биомеханика бегового шага
Биомеханика – это наука о движении живого тела, в том числе она изучает, как мышцы, кости, сухожилия и связки работают вместе для создания движения. Биомеханика является частью более обширной области кинезиологии, в которой особое внимание уделяется механике движения. Это фундаментальная и прикладная наука, охватывающая исследовательскую, практическую деятельность, а также использование ее результатов.
Биомеханика включает в себя не только структуру движения костей и мышц, которые они могут производить, но также механику кровообращения, функцию почек и другие функции организма. Американское общество биомеханики говорит, что биомеханика представляет собой широкое взаимодействие между механикой и биологическими системами. Биомеханика изучает не только организм человека, но и животных, и даже распространяется на растения и механическую работу клеток.
Например, биомеханика приседа включает в себя учет положения и/или движения ног, бедер, коленей, спины, плеч и рук.
Элементы биомеханики
Анатомические зарисовки мышц плеча. Леонардо да Винчи. Королевская библиотека. Виндзорский замок. Виндзор (Великобритания)
Статика
Изучение систем, которые находятся в равновесии, либо в состоянии покоя или движутся с постоянной скоростью.
Динамика
Изучение систем, которые находятся в движении с ускорением и замедлением.
Кинематика
Описание влияния сил на систему, моделей движения, включая линейные и угловые изменения скорости во времени. Положение, смещение, скорость и ускорение.
Кинетика
Изучение причин движения, сил и моментов.
Спортивная биомеханика
Фазы бега с точки зрения биомеханики.
Спортивная биомеханика изучает движения человека во время физической деятельности спортивного характера. Физика и законы механики применяются для изучения, улучшения и модернизации техники выполнения того или иного упражнения.
Биомеханика тела человека анализирует и исследует движение тела
Для более эффективного использования его во время выполнения упражнений и в спортивных целей для достижения максимального результата. Можно изучить беговой шаг, удар гольфиста, бросок мяча и давать рекомендации по изменению или улучшению его техники.
Биомеханику можно использовать при проектировании:
Инвентаря, одежды, обуви, а также полей и спортивных сооружений. Обувь может быть также разработана для лучшей производительности, например, бегуна на средние дистанции или ракетки для лучшего захвата.
Биомеханика изучает спортивные методы и системы тренировок
Разрабатывает технику упражнений и делает их более эффективными. Она может включать фундаментальные исследования того, как, например, положение рук влияет на движение в плавании. Она может предлагать и анализировать новые методы тренировки, основанные на механических требованиях разных видов спорта, направленных на повышение производительности.
Биомеханика в медицине и военном деле
Бионический протез руки.
Биомеханика может применяться для:
Изучения причин лечения и профилактики спортивных травм. В исследованиях анализируются силы, которые могут привести к растяжению голеностопного сустава, и то, как конструкция обуви или игровая поверхность могут снизить риск получения травмы.
Изучение систем опорно-двигательного аппарата человека
В таких исследованиях используются специальные платформы для изучения сил реакции опоры, инфракрасная видеосъемка для захвата траекторий движения тела человека. В исследованиях также применяют электромиографию для изучения мышечной активации, изучения реакции мышц на внешние силы и воздействия.
Военные разработки
Экзоскелет
Многие институты биомеханики тесно сотрудничают с военными организациями. Например, Министерство по делам ветеранов США и Министерство обороны США выделяют средства различным лабораториям для помощи солдатам и ветеранам войны. Они изготавливают эргономичные, удобные, долговечные протезы различных конечностей. А также разрабатывают специальные бионические костюмы для улучшения боеспособности своих солдат.
Подписывайся на наши соц сети и жди анонсы новых статей
Источник
Одним из недостаточно используемых человеком способов улучшения своей физической формы является получение более глубокого понимания и знаний в области биомеханики. Все дело в том, что чем глубже понимание того, как тело двигается и каковы возможности суставов, костей и связок для выполнения определенных действий, тем легче улучшить выполнение движений, необходимых для каждого отдельного упражнения или вида спорта.
Тот, кто правильно использует знания о биомеханике — будь то профессиональный спортсмен или спортсмен-любитель, стремящийся к улучшению физической формы и ежедневному хорошему самочувствию, — способен полностью раскрыть свой потенциал, минимизировав при этом вероятность получения травмы.
Другая причина — понимание сути выражений, используемых фитнес-тренерами, улучшает общее понимание со стороны слушателей. Нередко спортивные инструкторы, используя, по их мнению, обыденные термины по фитнесу, предполагают, что в большинстве случаев слушатели их понимают, а те на самом деле считают эти термины запутанными. Люди могут неохотно обращаться за разъяснениями, поскольку не хотят выглядеть невеждами. Кроме того, инструкции к некоторому оборудованию могут содержать биомеханические термины и положения, поэтому понимание их значения обеспечит максимально эффективное использование оборудования.
Анализ механики движений человека называется биомеханикой. Это наука, объясняющая, как и почему тело человека двигается так, а не иначе. Сюда относится взаимодействие между выполняющим движение, используемым оборудованием и окружающей средой. Биомеханика играет главную роль при разработке и дальнейшем производстве линейки оборудования Technogym.
Наглядным примером использования биомеханики для обеспечения комфорта и функциональности для пользователя является тренажер Unica. Разработанный и изготовленный из тех же материалов, что и профессиональное оборудование тренажерного зала, а также обладающий утонченным и элегантным дизайном, тренажер Unica представляет собой самое комплексное оборудование для занятий физкультурой и тренировки мышц из существующего на сегодняшний день. Компактный дизайн обеспечивает возможность выполнения 25 различных упражнений на площади всего полтора квадратного метра без замены какой-либо части тренажера. Биомеханика и система легкого старта обеспечивают правильное и безопасное использование оборудования, независимо от имеющегося у пользователя опыта.
В биомеханике можно найти понятия кинетики (анализ сил, воздействующих на тело) и кинематики (анализ движений тела). Пятью важными компонентами в биомеханике являются перемещение, сила, импульс, рычаги и равновесие.
Перемещение — это движение тела или предмета в пространстве. Важными характеристиками перемещения являются скорость и ускорение.
Сила — это толчковое или тяговое усилие, в результате которого человек или предмет ускоряет либо замедляет перемещение, останавливается или меняет направление перемещения.
Импульс представляет собой произведение массы тела на его скорость при перемещении.
Рычаги. Наши руки и ноги выступают в роли рычагов. Тремя характеристиками рычага являются плечо рычага, точка опоры и ось вращения.
Под равновесием подразумевается достижение устойчивости. Важным принципом равновесия является размещение центра тяжести тела над основой поддерживающей конструкции. Достичь равновесия важно во многих видах спорта и при выполнении различных упражнений.
В биомеханике каждое перемещение тела описывается, начиная с анатомической позиции. Анатомическая позиция — это когда человек стоит вертикально и смотрит прямо перед собой, руки по бокам с обращенными вперед кистями, пятки немного расставлены, пальцы на ногах направлены вперед. В анатомической позиции различают три анатомические или основные плоскости, описанные ниже.
Сагиттальная, или срединная, плоскость разделяет тело на две стороны (правую и левую); за немногими исключениями, движения сгибания (уменьшение угла сустава / сгибание сустава) и разгибания (увеличение угла сустава / разгибание сустава) происходят в сагиттальной плоскости.
Вторым делением тела является фронтальная, или коронарная, плоскость, которая разделяет тело на переднюю и заднюю части. И здесь есть некоторые исключения; движения отведения (движение конечности от центральной/средней линии тела) и приведения (движение конечности в направлении центральной/средней линии тела) происходят во фронтальной плоскости.
И наконец, поперечная, или горизонтальная, плоскость разделяет тело на верхнюю и нижнюю части. В поперечной плоскости происходят вращательные движения. При одновременном сочетании компонентов всех трех основных плоскостей осуществляется движение по диагонали.
Оси тела представляют собой прямые линии, проходящие через тело подобно стрелам, перпендикулярно друг другу. Тогда как основные плоскости используются для описания пространственных зон, в которых двигается тело, оси описывают основные поворотные/вращательные точки телодвижений. Тремя основными осями являются:
Поперечная, которая проходит слева направо через область талии.
Продольная, проходящая непосредственно через центр тела от головы до стоп.
Медиальная ось, которая соединяет бедра и плечи по диагонали.
Следующие термины используются для описания отдельных телодвижений, которые происходят в основных плоскостях и вдоль осей. Некоторые из них попали в язык повседневного общения, поэтому полезно знать эти термины ввиду их частого использования в указаниях по выполнению упражнений:
Дорсифлексия — уменьшение угла голеностопного сустава
Подошвенное сгибание — увеличение угла голеностопного сустава
Поднятие — перемещение части тела вверх (по направлению к голове)
Опускание — перемещение части тела вниз (по направлению от головы)
Эверсия — поворот голеностопного сустава таким образом, что подошвенная поверхность стопы разворачивается в противоположную от другой ноги сторону
Инверсия — поворот голеностопного сустава таким образом, что подошвенная поверхность стопы разворачивается по направлению к другой ноге
Латеральный поворот — поворот по направлению от центральной/медиальной линии тела
Медиальный поворот — поворот конечности по направлению к центральной/средней линии тела
Пронация — поворот предплечья таким образом, что при согнутом предплечье ладонь обращена вниз
Супинация — поворот предплечья таким образом, что при согнутом предплечье ладонь обращена вверх
Ретракция — движение руки назад (по направлению к задней части тела) в плечевом суставе
Протракция — движение руки вперед (по направлению к передней части тела) в плечевом суставе
Боковой наклон — наклон позвоночника в сторону, по направлению от центральной/средней линии тела
Другим важным понятием, которое необходимо усвоить для понимания телодвижений, является сочленение. Сустав представляет собой подвижное сочленение двух или более костей. В организме есть суставы трех типов, но только суставы одного из них — синовиальные — обеспечивают наибольшую амплитуду движений, и поэтому их изучение имеет очень важное значение для понимания того, как двигается тело.
В местах синовиальных сочленений между костями, покрытыми хрящом, находится смазывающая жидкость. Синовиальные суставы характеризуются обеспечением относительно большой амплитуды движения. Существует девять основных элементов синовиальных суставов:
- Суставной хрящ
- Связки
- Сухожилия
- Мышцы
- Синовиальная оболочка
- Синовиальная жидкость
- Кости
- Фиброзная капсула
- Суставная полость
В организме есть синовиальные суставы шести типов:
Шаровидный — это чемпион среди всех суставов. Состоит из головки шаровидной формы, которая плотно входит в суставную впадину. Его строение обеспечивает возможность движения по всем осям: сгибание, разгибание, отведение, приведение, поворот и циркумдукцию (сочетание всех других движений при осуществлении кругового движения). В организме два шаровидных сустава: тазобедренній и плечевой. Тазобедренный сустав имеет более глубокую впадину, что обеспечивает его стабильность, но ограничивает амплитуду движения. Впадина плечевого сустава неглубокая, что обеспечивает более широкую амплитуду движения, но уменьшает стабильность, что является одной из причин высокой распространенности вывиха плеча.
Тугоподвижный/плоский — две плоские поверхности, размещенные одна поверх другой. Эти поверхности могут скользить или поворачиваться. Такие суставы встречаются в руках и в ногах.
Блоковидный — очень простой сустав, обеспечивающий возможность движения только по одной оси, так как его строение не допускает осуществление поворота. Блоковидный сустав обеспечивает возможность сгибания и разгибания, например в локте.
Цилиндрический — обеспечивает возможность поворота вдоль одной, продольной, оси. С помощью цилиндрического сустава лучевая кость крепится к локтю, что дает возможность предплечью поворачиваться (пронация и супинация).
Эллипсовидный — очень похож на шаровидный, однако его связки и овальная форма не допускают осуществление поворота на всем осям. При этом он все же способен поворачиваться на двух осях, что обеспечивает возможность сгибания, разгибания, отведения, приведения и циркумдукции, например, как на запястье.
Седловидный — похож на эллипсовидный, но его поворот ограничен строением/формой костей. Одна из костей, образующих этот сустав, имеет форму седла, а другая кость размещается на ней, как наездник на лошади. Кость, крепящаяся при помощи седловидного сустава, может сгибаться, разгибаться, отводиться, приводиться, осуществлять вращательные движения и едва заметно поворачиваться. Примером седловидного сустава является сустав большого пальца руки.
Другим типом соединения, обеспечивающего движение, является хрящевое соединение. Здесь кости соединены гиалиновым хрящом или волокнистым хрящом. Эти соединения имеют ограниченную амплитуду движения, например ребра и позвоночник.
В отношении суставов общеизвестна следующая зависимость: повышение гибкости приводит к уменьшению стабильности. Когда это происходит в результате желания повысить гибкость с целью улучшения спортивных результатов (растяжка, йога), это в некоторой степени может компенсироваться укреплением мышц вокруг сустава.
Наука биомеханика играет главную роль в повышении спортивных результатов людей и улучшении функциональности спортивного оборудования. Хотя для того, чтобы стать специалистом по биомеханике, нужны годы, общее понимание самых простых принципов может помочь людям, выполняющим упражнения и занимающимся спортом, эффективно управлять своим телом.
Источник
Что такое биомеханика?
Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ. В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией. Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.
Биомеханическая мускульная работа
Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.
Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия. Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна. Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.
Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями. Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф. Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.
Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях. По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой. Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.
Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста. Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом. Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами. Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки. Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.
В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.
Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:
- рычаг 1 рода, где точки приложения силы расположены с противоположных сторон от оси;
- рычаг 2 рода, где точки приложения силы располагаются по одну сторону от оси, но на разном от нее расстоянии, поэтому здесь применимы два вида рычага, условно называемые «рычаг силы» и «рычаг скорости».
Рассмотрим виды рычагов более подробно:
Рычаг 1 рода
В биомеханике он называется «рычагом равновесия». Поскольку точка опоры расположена между двумя точками приложения силы, рычаг еще называют «двуплечим». Такой рычаг нам демонстрирует соединения позвоночника и черепной коробки. Если вращающий момент силы, действующей на затылочную часть черепа равен вращающему моменту силы тяжести, действующему на переднюю часть черепа, и они имеют одинаковое плечо рычага, достигается равновесие. Нам удобно, мы не замечаем разнонаправленного действия, и мышцы не напряжены.
Рычаг 2 рода
В биомеханике он подразделяется на два вида. Название и действие этого рычага зависят от места расположения приложения нагрузки, но у рычагов обоих видов точка приложения силы точка приложения сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, поэтому оба рычага являются «одноплечими». Рычаг силы образуется при условии, что длина плеча приложения силы мышц длиннее плеча приложения силы тяжести (сопротивления). В качестве наглядного примера можно продемонстрировать человеческую стопу. Осью вращения здесь являются головки плюсневых костей, пяточная кость служит точкой приложения силы, а тяжесть тела образует сопротивление в голеностопном суставе. Здесь имеет место выигрыш в силе, за счет боле длинного плеча приложения силы и проигрыш в скорости. Рычаг скорости имеет более короткое плечо приложения мышечной силы, чем плечо силы противодействия (силы тяжести). Примером может служить работа мышц сгибателей в локтевом суставе. Бицепс крепится вблизи точки вращения (локтевой сустав) и с таким коротким плечом необходима дополнительная сила мышце сгибателю. Здесь имеет место выигрыш в скорости и ходе движения, но проигрыш в силе. Можно заключить, что чем ближе от места опоры будет крепиться мышца, тем короче будет плечо рычага, и тем значительнее будет проигрыш в силе.
При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.
Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов. Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища. В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса. В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.
Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии. Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз. Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.
Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях. В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.
Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.
Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).
Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения. В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося. Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.
В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться. Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения. В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.
Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.
Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе. Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей. В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.
Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.
Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.
Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.
Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.
Источник