CC BY
13
DOI 10.53742/1999-6799/3_2021_3
УДК: 796.012+796.952
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФАЗОВОЙ СТРУКТУРЫ СТАРТОВОГО УСИЛИЯ В БОБСЛЕЕ
И.Г. Павельев, кандидат педагогических наук, доцент кафедры биохимии, биомеханики и естественно-научных дисциплин,
А.П. Остриков, кандидат технических наук, доцент кафедры биохимии, биомеханики и естественнонаучных дисциплин,
А.А. Колесникова, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии, биомеханики и естественнонаучных дисциплин А.В. Махонина, аспирант кафедры.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма», г. Краснодар. Контактная информация для переписки: 350015, Россия, г. Краснодар, ул. Буденного, 161; e-mail: ipavelyev@gmail.com.
Аннотация.
Актуальность. В бобслейной гонке разгон имеет решающее значение. Полученное на этом этапе преимущество может увеличиться на финише в несколько раз, поэтому главной задачей разгоняющих является обеспечение максимальной скорости боба в зоне стартового разгона. При этом привести снаряд весом более 100 кг в движение значительно тяжелее, чем продолжить разгон. В этой связи эффективность стартового разгона определяется способностью разгоняющего уже на старте передать снаряду наибольшую скорость, что обусловлено уровнем развития стартовой и взрывной силы.
Целью исследования определено изучение пространственно-временной последовательности локомоции стартового усилия в бобслее.
Разработка эффективной методики через совершенствования фазовой структуры стартового усилия в бобслее затруднена недостаточностью знаний об ее пространственно-временной (кинематической) последовательности.
Методы исследования. Были получены угловые кинематические характеристики движения в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах в ходе реализации стартового усилия, установлены угловые кинематические характеристики данных компонентов стартового усилия.
Изучены кинематические характеристики реализации стартового усилия у 15 высококвалифицированных бобслеистов, принимающих участие в тренировочных сборах. Исследование проведено на основе методики маркерной высокоскоростной видеосъемки.
Результаты исследования. В ходе работы были установлены угловые биомеханические характеристики компонентов стартового усилия в фазе разгона в бобслее.
Ключевые слова: биомеханические характеристики, кинематические характеристики, бобслей, стартовое усилие, фазовая структура, угловое перемещение, методики маркерной высокоскоростной видеосъемки.
Для цитирования: Павельев И.Г., Остриков А.П., Колесникова А.А., Махонина А.В. Биомеханические характеристики фазовой структуры стартового усилия в бобслее // Физическая культура, спорт - наука и практика. - 2021. - № 3. - С. 3-8.
For citation: Pavelyev I., Ostrikov A., Kolesnikova A., Makhonina A. Biomechanical characteristics of the phase structure of the starting force in bobsleigh. Fizicheskaja kul'tura, sport - nauka i praktika [Physical Education, Sport - Science and Practice], 2021, no 3, pp. 3-8 (in Russian).
Актуальность. Стартовое усилие в бобслее осуществляется путем последовательной реализации
исходного положения, фазы принятия стартового положения, стартового положения и фазы реализации стартового усилия, включающего период двуопорного отталкивания и период одноопорного отталкивания [3, с. 45]. Литературные данные и визуальный анализ графических кривых, характеризующих изменение углов в исследуемых суставах, позволяет разделить технику реализации стартового усилия на фазу принятия стартового положения и фазу реализации стартового усилия, куда входит период двуопорного отталкивания и период одноопорного отталкивания (толчковой ногой) [1, с. 74-92; 4, с. 150]. Граничными положениями выделенных фаз являются две позы: исходное положение и стартовое положение. Биомеханический анализ фазового состава движений стартового усилия в бобслее позволит усовершенствовать технику спортсменов в фазе разгона, что даст преимущество в гонке и положительно повлияет на итоговый результат. В связи с этим была поставлена цель - исследовать пространственно-временную последовательность фазовой структуры стартового усилия.
Методы и организация исследования. Исследование проводилось на базе лаборатории анализа двигательной деятельности Кубанского Государственного университета физической культуры, спорта и туризма. Обследовались 15 высококвалифицированных бобслеистов. Входящие в комплекс видеоанализа камеры позволяют производить как видеосъемку со скоростью до 400 кадров в секунду, так и маркерную съемку, благодаря тому, что каждая камера оснащена инфракрасными светодиодами и процессором для вычисления двухмерных координат. Полученные данные поступают в программу регистрации и обработки данных, которая работает на базе операционной системы Windows и позволяет пользователям выполнять двух- и трехмерную обработку собранных данных о движениях объектов. Камеры располагались по периметру помещения, их объективы направлены в центр и сфокусированы в том месте, где испытуемым выполняется стартовый разгон [2, с. 7]. Полученные статистические данные (средние значения, среднеквадратические отклонения, ошибки среднего) рассчитывались средствами Microsoft Excell и Statistica.
Результаты и их обсуждение. В исходном положении угол в тазобедренном суставе составляет 98,6±4,5 градуса, в коленном суставе 112,4±3,35 градуса, в голеностопном 75,8±4,3 градуса (рис.1).
В фазе принятия стартового положения спортсмены производят сгибание в тазобедренном суставе с 98,6±4,5 до 65,4±2,6°, угловое перемещение при этом составляет 33,2 градуса. В коленном суставе спортсмены реализуют возвратное движение, производя разгибание коленного сустава с 112,4±3,35 до 142,8±10,2 градуса, а потом сгибание до 120,4±1,4 градуса. Такой способ принятия стартового положения позволяет произвести амортизационное движение в коленном суставе в начале реализации фазы стартового усилия. В голеностопном суставе спортсмены производят сги-
бание с 75,8±4,3 до 65,2±3,4 градуса при угловом перемещении 16,6 градуса. Длительность данной фазы составляет 0,69±0,043 сек. В стартовом положении угол в тазобедренном суставе составляет 65,4±2,6 градуса, в коленном 120,4±1,4 градуса, а в голеностопном 65,2±5,4 градуса. Кроме того установлено, что стартовое положение представляет активную позу, которую спортсмен не фиксирует, переходя к реализации стартового усилия.
Изучение фазы реализации стартового усилия и ее структурных компонентов одноопорного и двуопорного отталкивания позволяет заключить, что двуопор-ное отталкивание реализуется путем одновременного воздействия на опору толчковой и маховой ноги. Оно характеризуется синхронным изменением равных параметров угловых перемещений в изучаемых суставах, что проявляется в совпадении графических кривых, отражающих данные суставные движения. В тазобедренном суставе оно осуществляется с 65,4±2,6 до 105,4±7,5 градуса при угловом перемещении 54,8 градуса, в коленном со 120,4±1,4 до 125,1±3,2 градуса при угловом перемещении 4,6 градуса и в голеностопном 65,2±5,4 до 88,3±3,1 градуса при угловом перемещении 23,1 градуса. Длительность двуопорного отталкивания составляет 0,3±0,031 сек..
Изучение доли углового перемещения в периоде двуопорного отталкивания позволяет установить, что на 67% оно осуществляется за счет углового перемещения в тазобедренном суставе, на 5% за счет углового перемещения в коленном суставе и на 28% от углового перемещения в голеностопном суставе (рис. 2).
Таким образом, приведение боба в движение, регистрируемое в процессе реализации двуопорного отталкивания, осуществляется преимущественно за счет мышечных групп, обеспечивающих разгибание в тазобедренном суставе.
Двуопорное отталкивание переходит в одноопор-ное с момента отрыва маховой ноги от опоры. Одно-опорное отталкивание осуществляется путем разгибания изучаемых суставов толчковой ноги и сгибанием данных суставов маховой ноги.
Так, разгибание в тазобедренном суставе толчковой ноги реализуется со 105,4±7,5 до 158,9±5,2 градуса при угловом перемещении 53,5 градуса, в коленном со 125,1±3,2 градуса до 173,1±3,1 при угловом перемещении 48 градусов, а в голеностопном с 88,3±3,1 градуса до 120,4±4,2 при угловом перемещении 32 градуса.
Изучение доли угловых перемещений в период одноопорного отталкивания позволяет установить, что на 40% оно осуществляется за счет углового перемещения в тазобедренном суставе, на 36% за счет углового перемещения в коленном суставе и на 24% за счет перемещения в голеностопном суставе (рис. 3). Полученные данные позволяют заключить, что фаза одноопорного отталкивания характеризуется увеличением доли углового перемещения в коленном суставе толчковой ноги при сокращении долей углового перемещения голеностопного и тазобедренного суставов.
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Тазобедренный сустав
ШШШШШШЯШШЯШШЯ^
1 30 59 88 117 146 175 204 233 262 291 320 349 378 407
дннннннннннннннннндшш
436 465 494 523 552 581 610 639 668
та та
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
Коленный сустав
ЧУ
&
1 30 59 88 117 146 175 204 233 262 291 320 349 378 407 436 465 494 523 552 581 610 639 668
та та
140 120 100 80 60 40 20
Голеностопный
0 4™
1 30 59 88 117 146 175 20 4 233 262 291 320 349 1378 407 436 465 494 523 552 581 610 639 668
та та
1
2
3 ! 4 !
1 - исходное положение; 2 - фаза приятия стартового положения; 3 - двуопорное отталкивание; 4 - одноопорное отталкивание Рисунок 1. Динамика угловых перемещений в суставах толчковой и маховой ноги в ходе реализации стартового усилия
5%
28%
67%
Рисунок 2. Доли углового перемещения в процессе реализации двуопорного отталкивания
24%
40%
36%
Рисунок 3. Доли углового перемещения в процессе реализации одноопорного отталкивания
0
Движение маховой ноги характеризуется сгибанием в тазобедренном суставе со 105,4±7,5 до 88,9±14,5 градуса, в коленном со 125,1±3,2 до 83,3±7,5 градуса и в голеностопном суставе с 88,3±3,1 до 58,2±4,3 градуса. Длительность одноопорного отталкивания составляет 0,21± 0,012 сек.
Изучение динамики и максимальных значений угловых скоростей в изучаемых суставах в ходе двуопор-ного и одноопорного отталкивания позволяет установить, что при двуопорном отталкивании наибольшее
значение угловой скорости отмечается при разгибании тазобедренного сустава и составляет 319±31,8 град\сек. Значения угловых скоростей разгибания коленного и голеностопного суставов достоверно ниже. При одноопорном отталкивании достоверных изменений угловой скорости разгибания тазобедренного сустава не происходит. Достигая своего максимального значения (337±24,3 град\сек) к началу одноопорного отталкивания, она стабилизируется до его окончания. Наибольшая скорость разгибания установлена в голе-
Уугл, град/сек
600 400
200 0 -200 -400 -600 -800 -1000
800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000
1200 1000 800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800
Тазобедренный сустав
а р
д
а к
а р
д
а к
а р
д
а к
1 - исходное положение; 2 - фаза приятия стартового положения; - двуопорное отталкивание; 4 - одноопорное отталкивание. Рисунок 4. Изменение скорости угловых перемещений в изучаемых суставах толчковой и маховой ноги
Vm Т
Vm К
Vm Г
0,69± 0,043сек 0,3± 0,031сек 0,21± 0,012сек
Фаза принятия стартового положения Двуопорное отталкивание Одноопорное отталкивание
1,2 ± 0,21сек
Ут Т - момент проявления максимальной скорости в тазобедренном суставе Ут К - момент проявления максимальной скорости в коленном суставе Ут Г - момент проявления максимальной скорости в голеностопном суставе
Рисунок 5. Проявление максимальной скорости разгибания тазобедренного, коленного и голеностопного суставов в фазовой
структуре движения
ностопном суставе и составляет 500,5±25,1 град\сек. Достоверно ниже (Р<0,001) значения скорости разгибания коленного сустава (423±23,9 град\сек.). Таким образом, при самом большом угловом перемещении разгибание в тазобедренном суставе имеет самую низкую скорость, а разгибание в голеностопном суставе при самом низком угловом перемещении имеет самую высокую скорость.
Изучение очередности достижения максимальных значений угловой скорости позволяет установить, что быстрее всего максимальное значение угловой скорости проявляется при разгибании тазобедренного сустава, это происходит на 0,99±0,1 секунде, что соответствует концу двуопорного отталкивания, либо началу одноопорного отталкивания. Максимальное значение скорости разгибания коленного сустава установлено (1,12±0,03 сек) в середине одноопорного отталкивания, а максимальное значение скорости разгибания голеностопного сустава (1,17±0,04 сек) при его завершении (рис. 4, 5).
Заключение. В ходе работы были установлены угловые биомеханические характеристики описанных выше компонентов стартового усилия.
Стартовое положение представляет активную позу, которую спортсмен не фиксирует при переходе к реализации двуопорного отталкивания.
Фаза реализации стартового усилия включает период двуопорного и период одноопорного отталкивания.
В структуре двуопорного отталкивания перемещение в кинематических цепях двигательного аппарата спортсмена на 67% осуществляется за счет разгибания в тазобедренном суставе, на 5% за счет разгибания в коленном и на 28% за счет разгибания в голеностопном суставе. Наибольшее значение угловой скорости в ходе двуопорного отталкивания установлено в ходе разгибании тазобедренного сустава.
Реализация одноопорного отталкивания позволяет нарастить скорость разгоняемого снаряда, полученную в результате двуопорного отталкивания. При одноопорном отталкивании достоверных изменений скорости разгибания тазобедренного сустава не происходит, достигая своего максимального значения к началу одноопорного отталкивания, она стабилизируется до его окончания.
Быстрее всего максимальное значение угловой скорости обнаруживается при разгибании тазобедренного сустава, что соответствует концу двуопорного отталкивания, либо к началу одноопорного отталкивания. Максимальное значение скорости разгибания коленного сустава установлено в середине одноопорного отталкивания, а максимальное значение скорости разгибания голеностопного сустава при его завершении.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Аруин А.С. Эргономическая биомеханика / А.С. Ару-ин, В.М. Зациорский. - М.: Машиностроение, 1989. -256 с.
2. Павельев И.Г. Кинематические характеристики техники реализации стартового усилия в бобслее / И.Г. Павельев, А.Г. Заболотний // Физическая культура, спорт - наука и практика. - 2013. - № 2. - С. 7-10.
3. Стеблецов Е.А. Естественная классификация отталкиваний / Е.А. Стеблецов // Теория и практика физической культуры. - 2003. - № 11. - С. 45-48.
4. Юрков А.С. Исследование взаимосвязи между временем разгона специализированного технического тренировочного средства и спортивным результатом стартового разгона в бобслее / А.С. Юрков, А.Н. Савчук // Вестник ТПГУ. - 2009. - № 10. - С. 150-154.
BIOMECHANICAL CHARACTERISTICS OF THE PHASE STRUCTURE OF THE STARTING FORCE IN BOBSLEIGH
I. Pavelyev, candidate of pedagogical sciences, associate professor of biochemistry, biomechanics and natural-scientific disciplines department,
A. Ostrikov, candidate of technical sciences, associate professor of biochemistry, biomechanics and natural-scientific disciplines department,
A. Kolesnikova, candidate of biological sciences, associate professor of biochemistry, biomechanics and natural-scientific disciplines department,
A. Makhonina, graduate student of anatomy and sports medicine department.
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kuban State University of Physical Culture, Sports and Tourism", Krasnodar.
Contact information for correspondence: 161, Budennogo str., Krasnodar, 350015, Russia, e-mail: ipavelyev@gmail.com
Annotation.
Relevance. In a bobsleigh race, acceleration is crucial. The advantage obtained at this stage can increase several times at the finish line, so the main task of the overclockers is to ensure the maximum speed of the bob in the starting acceleration zone. At the same time, it is much harder to set a projectile weighing more than 100 kg in motion than to continue acceleration. In this regard, the effectiveness of the starting acceleration is determined by the ability of the accelerating one to transfer the highest speed to the projectile already at the start, which is due to the level of development of the starting and explosive force.
The aim of the study is to study the space-time sequence of the locomotion of the starting effort in bobsleigh.
The development of an effective method by improving the phase structure of the starting effort in bobsleigh is complicated by the lack of knowledge about its spacetime (kinematic) sequence.
Research methods. Angular kinematic characteristics of movement in the hip, knee and ankle joints were obtained during the implementation of the starting force, angular kinematic characteristics of these components of the starting force were established.
The kinematic characteristics of the implementation of the starting effort were studied in 15 highly qualified bobsledders taking part in training camps. The study was conducted on the basis of the technique of marker highspeed video shooting.
The results of the study. In the course of the work, the angular biomechanical characteristics of the components of the starting force in the acceleration phase in the bobsleigh were established.
Keywords: biomechanical characteristics, kinematic characteristics, bobsleigh, starting force, phase structure, angular displacement, methods of marker high-speed video shooting.
References:
1. Aruin A.S., Zatsiorsky V.M. Ergonomicheskaya biome-khanika [Ergonomic biomechanics]. Moscow, Mashi-nostroenie, 1989, 256 p.
2. Paveliev I.G., Zabolotny A.G. Kinematic characteristics of the technique of implementing the starting effort in bobsleigh. Fizicheskaya kul'tura, sport - nauka i praktika [Physical Culture, Sport - Science and Practice], 2013, no. 2. pp. 7-10. (in Russian)
3. Stebletsov E.A. Natural Classification of Repulsions. Teo-riya ipraktika fizicheskoj kul'tury [Theory and Practice of Physical Culture], 2003, no. 11, pp. 45-48. (in Russian)
4. Yurkov A.S., Savchuk A.N. Investigation of the relationship between the acceleration time of a specialized technical training vehicle and the sports result of starting acceleration in bobsleigh. Vestnik TPGU [Vestnik TPSU], 2009, no. 10, pp. 150-154. (in Russian)
Поступила / Received 10.08.2021 Принята в печать / Accepted 24.09.2021
