CC BY
21УДК: 796.012
БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ
анализ техники тяжелоатлета при выполнении рывка классического на основе скоростной видеосъемки и компьютерного моделирования
Кандидат педагогических наук, доцент Л.А. Хасин Научно-исследовательский институт информационных технологий Московской государственной академии физической культуры, Малаховка
£ л а
■о с
га
^
О (U ■С
Н
BIOMECHANICAL ANALYSIS OF WEIGHTLIFTER DURING CLASSIC JERK BASED ON HIGH-SPEED VIDEO RECORDING AND COMPUTER SIMULATION L.A. Khasin, associate professor, Ph.D.
Research institute of information technologies, Moscow state academy of physical culture Russian state academy of physical culture, Malakhovka Key words: weightlifting, technique, biomechanical analysis, high-speed video recording, computer simulation.
One of the main approaches currently applied when estimating weightlifters' technical skills is the use of group model characteristics resulting from the studies held on the weightlifting departments of SCOLIPhC, MSAPhC and other sports universities in the 70-80-s of the last century. They included the phase structure of competitive exercises, values of articular angles, weight speed, effort applied on the support by an athlete and weight motion path and acceleration. First of the, the technique was evaluated by the values of several variables at the phase boundaries. These model characteristics have been in the basis of training programs for weightlifting experts in the last 30 years. The purpose of the study was to analyze the technique of performance of a classic jerk using the highspeed video recording and computer simulation. The conducted statistical analysis of the measured and calculated motion characteristics showed good agreement with a part of the data presented in the literature. This are the values of average phase duration, maximum vertical velocity etc. Meanwhile, the authors calculated the number of new indicators. In respect to methodology, the important difference is the fact that the data given in the literature on the phase duration spread is much smaller than those we obtained in the study of elite athletes' movements. For example, the average duration of the amortization phase is in the range 0,13 ± 0,01 seconds. The phase length of depreciation in a classic jerk ranges from 0.09 to 0.16 s, which makes it significantly harder to use the group model characteristics.
Ключевые слова: тяжелая атлетика, техника, биомеханический анализ, скоростная видеосъемка, компьютерное моделирование.
Одним из основных подходов, применяемых в настоящее время при оценивании технического мастерства тяжелоатлетов, является использование групповых модельных характеристик, которые были разработаны в результате исследований, проводимых на кафедрах тяжелой атлетики ГЦОЛИФКа, МОГИФКа и других спортивных вузов в 70-80-е годы прошлого столетия. Они включали в себя фазовую структуру соревновательных упражнений, значения суставных углов, скорость штанги, усилие, с которым спортсмен действует на опору, траекторию движения и ускорение штанги. В первую очередь техника оценивалась по значениям ряда переменных на границах фаз. Эти модельные характеристики лежали в основе программ обучения специалистов по тяжелой атлетике в последние 30 лет.
Цель исследования - анализ техники выполнения рывка классического на основе скоростной видеосъемки и компьютерного моделирования.
Методика и организация исследования. Исследование проводилось в НИИТ в 2010-2013 гг. Объектом исследования являлась техника тяжелоатлетов высшей квалификации, а его методами - скоростная видеосъемка, компьютерное моделирование, педагогические наблюдения.
Наши исследования показали, что у сильнейших российских и зарубежных тяжелоатлетов высокой квалификации существенно изменилась техника выполнения соревновательных упражнений, в том числе их фазовая структура. Не до конца понятны механизмы создания сил. Более того, элементы движений, которые в 70-80-х гг. расценивались как ошибки, сегодня в арсенале сильнейших спортсменов. Существенным недостатком используемой сегодня методики оценивания технического мастерства тяжелоатлетов также является применение
групповых модельных характеристик, которые отражают общие тенденции и не предназначены для оценивания индивидуальной техники. Имеются и другие недостатки, в том числе: а) низкая точность измерений; б) невозможность использования бесконтактных способов измерения; в) переопределенность системы показателей, которая затрудняет принятие решений.
Часть недостатков устранялась при использовании методики, описанной нами в [1]. Однако существует принципиальная проблема оценивания технического мастерства тяжелоатлетов. Последнее невозможно на основе старой методики. Давать рекомендации в рамках прежних представлений о технике, в то время как она значительно изменилась, может быть, не только бесполезно, но даже вредно.
Для создания современной методики оценивания мастерства тяжелоатлетов требуется проведение исследований, использующих системы регистрации движений, которые обеспечивают точность измерения длительности фаз на уровне 1-2 мс. Проведенный нами в 2012 г. анализ показал, что в ряде случаев требуется видеосъемка со скоростью не менее 2000 кадр/с.
В связи с вышесказанным необходимы: а) создание описания современной техники тяжелоатлетов высшей квалификации; б) разработка методики оценивания и совершенствования технического мастерства для современной техники выполнения тяжелоатлетических упражнений; в) разработка подходов к созданию индивидуальных модельных характеристик; г) методика, используемая для регистрации движения, обеспечивающая необходимую точность измерения, а также возможность ее бесконтактного использования; д) методика анализа результатов регистрации, позволяющая рассчитывать пространственно-временные, кинематические и динамические характеристики. Используемые критерии качества технического мастерства должны быть непротиворечивыми.
Решение этих задач потребует большого объема скоростной видеосъемки и соответствующего анализа полученных данных.
Мы подошли к новому рубежу. Нам предстоит разработать методику, которая позволит оценивать индивидуальные особенности технического мастерства тяжелоатлетов высшей квалификации за счет высокой точности регистрации пространственно-временных характеристик, то есть «микроскопии живого движения», и использования современных математических методов анализа и обработки данных.
В настоящей работе представлен анализ рывка классического, выполненного (на основе скоростной видеосъемки) одним из сильнейших российских тяжелоатлетов. Вес штанги - 150 кг, что составляет более 80% от лучшего на тот период результата спортсмена.
Для расчета кинематических, динамических и пространственно-временных характеристик тяжелоатлетических упражнений на основе скоростной видеосъемки использовалась разработанная нами ранее методика.
Результаты анализа скоростной видеосъемки и обработки полученных данных позволили нам сформулиро-
вать описание современной техники выполнения рывка классического.
Были рассчитаны следующие характеристики движения снаряда: перемещения по оси Х и оси У, скорости ускорения (ах, ау), усилия Fy) в любые моменты времени, а также оценены временные интервалы.
Результаты исследования и их обсуждение. Рассмотрим кривые некоторых индивидуальных характеристик движения, рассчитанные для нашего примера.
На рис. 1 изображены кривая горизонтального перемещения штанги (торца грифа) и ее аппроксимация. Вид кривой характерен для спортсменов высокой квалификации. Видно, что в начале упражнения спортсмен поднимает снаряд практически вертикально. Величина перемещения снаряда в горизонтальной плоскости от старта до точки, соответствующей моменту времени 0,25 с, практически равна нулю. В этот момент штанга находится на уровне коленей.
Точка, отмеченная на графике, соответствует началу быстрого разгибания спины и перемещению точки касания бедер с грифом вверх и вперед. Далее спортсмен перемещает штангу вдоль бедер, а затем выталкивает ее вперед. Перемещение снаряда вперед от начала выталкивания до точки максимального горизонтального удаления штанги от спортсмена составляет около 10 см. Как видно из рис. 1, аппроксимация горизонтального перемещения
Рис. 1. Координата х перемещения конца грифа: 1 - кривая перемещения конца грифа; 2 - аппроксимация кривой перемещения
£ л а
а
' "О
с
га
^
О (U ■С
Н
50
100
150
200
250
300
350
400
450
100
Г
4» '
\У
—
.»•-*■ X: 0.992 ^^^ \ Y: 1.556
Рис. 2. Вертикальное перемещение снаряда. Поза в момент достижения Ymax
100
150
200
250
300
350
400
450
100
200
300
400
500
600
A Vy
--- X Y 0.728 1 904
02
0.4
0.6
0.8
Рис. 3. Кривая вертикальной скорости штанги. Момент достижения Vy max
х в фазе выталкивания снаряда бедрами заметно отличается от реального перемещения. Поэтому оценки Fx и V/ в вышеуказанные моменты времени не столь точны, как оценки у, Vy и Fy, для которых удалось найти хорошую аппроксимацию. Максимальная горизонтальная скорость составляет около 0,41 м/с и соответствует положению, когда спортсмен, уходя в сед, перемещает штангу на себя. В момент фиксации снаряда спортсмен гасит скорость штанги, направленную к нему, и создает силу, направленную от него.
Максимальная горизонтальная скорость перемещения штанги от спортсмена составляет 0,38 м/с. Горизонтальное усилие в различные моменты времени колеблется от -42 до 62 кГ. Последнее соответствует моменту, когда спортсмен воздействует на снаряд после выталкивания и когда руки находятся практически в горизонтальном положении. В данном случае х, V/ и Fx рассчитаны по кривой аппроксимации перемещения х торца грифа и по вышеуказанным причинам имеют высокую погрешность (см. рис. 1).
На рис. 2 представлен момент достижения максимальной высоты подъема штанги. Максимальная вертикальная скорость подъема снаряда составляет 1,9 м/с и соответствует положению (рис. 3), когда спортсмен стоит на носках, коленные и тазобедренные суставы выпрямлены. На рис. 3 видно, что замедление роста скорости штанги начинается в момент времени 0,25 с. Замедление роста скорости начинается за 0,15 с до начала фазы амортизации. Максимальное вертикальное усилие, создаваемое в фазе предварительного разгона (рис. 4), соответствует моменту времени 0,152 с и равняется 150% веса снаряда. Начало фазы амортизации (рис. 5) соответствует моменту 0,4 с. При выполнении выталкивания (рис. 6, момент времени 0,612 с) достигаемое усилие составляет 191 кГ, что соответствует «120 % веса снаряда. При уходе спортсмена в сед максимальная тормозящая сила достигается в момент 0,96 с и составляет 28 кГ. Значение вертикальной силы сжатия при фиксации штанги над головой составляет 257 кГ, что соответствует «170 % веса снаряда. В начале отрыва значение вертикальной силы - 224 кГ. Максимальная вертикальная сила в фазе выталкивания составляет 191 кГ (см. рис. 4).
Классические представления о технике выполнения тяжелоатлетических упражнений (представления 70-80-х гг. прошлого века) задавали следующую последовательность действий: предварительный разгон, фаза амортизации, финальный разгон, в конце которого спортсмен встает на носки. Предварительный разгон выполняется на полной стопе.
Проведенный нами видеокомпьютерный анализ движений спортсмена показывает, что длительность стартового разгона составляет 0,48 с. В процессе выполнения фазы амортизации спортсмен встает на носки через 0,5 с после старта (рис. 7). Если учесть, что длительность фазы амортизации равняется 0,134 с, то момент отрыва пяток происходит в начале этой фазы. Данный факт противоречит ранее описанным представлениям о рациональной технике.
Рис 4. Кривая вертикальной силы Гу, приложенной к штанге. Положение первого максимума Гу
Рис. 6. Кривая вертикальной силы Гу, приложенной к штанге. Положение, соответствующее началу одновременного разгибания коленных и тазобедренных суставов и выталкиванию штанги бедрами
Рис. 5. Кривая вертикальной силы Гу, приложенной к штанге. Положение, соответствующее началу фазы амортизации
Рис. 7. Кривая вертикальной силы Гу, приложенной к штанге. Положение, соответствующее отрыву пяток
£ л а
а
' "О
с га
О (U ■С
I—
Рис. 8. Кривая вертикальной силы Гу, приложенной к штанге. Уход спортсмена в сед
Другим существенным отличием является выталкивание штанги, которое происходит через 0,64 с. Этому же моменту времени соответствует максимальное вертикальное усилие, оказываемое спортсменом на снаряд. В начале выталкивания штанги происходит очень быстрое разгибание в тазобедренных суставах и затем выпрямление ног. Можно говорить о двухтактном выполнении этого фрагмента движения. Анализ данного фрагмента движения требует использования скоростной видеосъемки. Этот факт хорошо согласуется с представлениями физиологии «силы», то есть поочередное включение отдельных групп мышц позволяет создавать этими группами мышц большие усилия, чем если бы разгибание происходило одновременно в коленных и тазобедренных суставах.
Третье отличие состоит в том, что в конце финального разгона спортсмен значительно отклонен назад и за счет этого продолжает воздействовать на снаряд. Об этом также свидетельствует тот факт, что после выпрямления голеностопных, коленных и тазобедренных суставов движение штанги не является баллистическим. Максимальная высота подлета несколько больше, чем для свободного движения штанги со скоростью, соответствующей моменту разгибания вышеперечисленных суставов.
Соответственно за счет отклонения спортсмена назад и расположения рук под углом 45о к горизонту создается дополнительное вертикальное усилие.
Уходя в сед, спортсмен должен переместить штангу в положение над головой. Это достигается за счет того,
что спортсмен тянет штангу к себе. Сила направлена вдоль рук, ее можно разложить на две составляющее: горизонтальную, перемещающую штангу к спортсмену, и вертикальную, тормозящую снаряд (рис. 8). Если горизонтальное отклонение штанги слишком велико, то, как видно из графика, будет создано большое вертикальное усилие, что нежелательно.
Представленный нами пример подчеркивает необходимость дальнейшего изучения техники выполнения тяжелоатлетических упражнений.
Вывод. Проведенный нами статистический анализ измеренных и расчетных характеристик движения показал хорошее совпадение с рядом данных, представленных в литературе. Это средние значения длительностей фаз, максимальная вертикальная скорость и др. В то же время нам удалось рассчитать ряд новых показателей (вертикальные и горизонтальные скорости, силы, ускорения снаряда в различные моменты выполнения рывка классического). Важным в отношении методики отличием является тот факт, что представленные в литературе данные о разбросе длительностей фаз существенно меньше, чем полученные нами при изучении движений спортсменов высокой квалификации. Например, средняя длительность фазы амортизации оценивается в ряде источников как 0,13±0,01 с. Полученная нами длительность фазы амортизации в рывке классическом колеблется от 0,09 до
0.16 с. Это существенно затрудняет использование групповых модельных характеристик.
Как правило, в литературе подразумевается тождественность фазовой структуры (по длительности) спортсменов высокой квалификации, что является основанием для утверждения идеологии модельных характеристик. Между тем, по нашим данным, в индивидуальных показателях наблюдаются существенные различия. Так, средняя длительность фазы амортизации у сильнейших российских спортсменов может отличаться почти в два раза. Если принять гипотезу о равенстве длительности фазы амортизации у двух сильнейших на сегодня российских тяжелоатлетов, то вероятность существования полученных нами данных будет менее одного процента.
Это является аргументом в пользу создания и применения на практике индивидуальных модельных характеристик. В предыдущих исследованиях нами было показано, что для получения индивидуальных характеристик необходим анализ микроструктуры движений, для проведения которого можно использовать скоростную видеосъемку и современные методы обработки информации.
Литература
1. Хасин Л.А. Диагностика ошибок в тяжелоатлетических упражнениях на основе скоростной видеосъемки / Л.А. Хасин, В.И. Фролов // Теория и практика физ. культуры. - 2013. - № 1. - С. 34-36.
References
1. Khasin, L.A. Diagnostics of faults in weightlifting exercises based on highspeed video recording / L.A. Khasin, V.I. Frolov // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. - 2013. - № 1. - P. 34-36. (In Russian)
Информация для связи с автором:
Поступила в редакцию 05.08.2013 г.
