CC BY
27ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПОДГОТОВКИ СПОРТСМЕНОВ И АСПЕКТЫ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ
УДК 796.696
К АНАЛИЗУ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ЛЫЖНЫХ ПЕРЕДВИЖЕНИЙ
СПОРТСМЕНОВ
А. С. Дорожко, аспирант,
Белорусский национальный технический университет
Аннотация
В статье представлены результаты пилотного эксперимента по обоснованию применения интеллектуальных сенсорных систем для исследования закономерностей биомеханической структуры движений спортсменов в лыжных локомоциях и анализа индивидуальных особенностей техники передвижения на лыжах. Применение данных средств позволило зарегистрировать показатели упругих деформаций лыжного инвентаря в опорных взаимодействиях спортсмена при передвижении на лыжероллерах. В результате проведенного эксперимента зафиксированы и проанализированы индивидуальные закономерности биомеханической структуры движений спортсмена в одновременной бесшажной технике лыжного бега. Выявлены ключевые моменты, влияющие на эффективность преобразования затраченной спортсменом энергии в полезный результат деятельности. Полученные данные об индивидуальных особенностях техники передвижения на лыжах могут использоваться для оценки специальной подготовленности лыжников-гонщиков и для корректировки программ технической подготовки на этапах многолетнего спортивного совершенствования.
ANALYSIS OF THE BIOMECHANICAL INDIVIDUAL REGULARITIES STRUCTURE OF THE SKIING ATHLETES' MOVEMENTS
Abstract.
The article presents the results of a pilot experiment for the intelligent sensor systems usage rationale to study the regularities of the biomechanical structure of athletes' movements in ski locomotion and to analyze the individual characteristics of skiing techniques. The facilities use made it possible to register elastic deformation indicators of ski equipment in the athlete's ground interactions when moving on roller skis. As a result of the pilot experiment, individual biomechanical structure patterns of the athlete's movements in the double poling skiing technique were recorded and analyzed. The key points that affect the efficiency of the energy conversion spent by the athlete into a useful result of activity are identified. The obtained data on the individual characteristics of skiing techniques can be used to assess the special preparedness of cross-country skiers and to adjust the technical training at the stages of many years of sports improvement.
Введение
Современные лыжные гонки - это преодоление дистанций различной протяжённости от 1 до 90 км. Разнообразие соревновательных дистанций, различный формат и стиль гонок, введение новых соревновательных дисциплин делает лыжные гонки одним из самых востребованных видов спорта на выносливость [1]. Лыжные гонки представляют собой сложную гоночную структуру с широким арсеналом техники передвижения по разнообразному рельефу, что выделяет данный вид спорта из ряда циклических видов спорта.
Использование различной техники в лыжных гонках, каждая из которых включает в себя работу мышц верхней и нижней части тела, предъявляет серьёзные требования к техническому мастерству спортсмена. В условиях возрастающей конкуренции в лыжных гонках, в особенности на международных стартах, достижение стабильно высоких результатов возможно только при полной реализации двигательного потенциала в соревновательных условиях. Одним из основных факторов повышения потенциала спортсменов высокого класса является рациональная, стабильная и вариативная техника движений, а способность спортсмена длительно поддерживать эффективную и стабильную технику движений является одним из основных компонентов достижения высоких результатов в соревновательной деятельности [2, 3].
На современном этапе развития лыжных гонок продолжается поиск наиболее эффективных способов техники передвижения на лыжах с учётом постоянного увеличения средней скорости скольжения по соревновательной дистанции и повышения интенсивности спортивной конкуренции [4]. Эволюция лыжных гонок привела к некоторым изменениям в содержании и направленности учебно-тренировочного процесса лыжников. Так, тренировочный процесс современных лыжников-гонщиков имеет более специализированную подготовку, направленную на повышение скорости и мощности отталкивания, особенно в классических ходах передвижения на лыжах. Исходя из данных изменений, биомеханическая структура движений спортсменов в лыжных локомоциях была адаптирована к увеличению силы и мощности отталкивания, что привело к некоторым модификациям существующих и появлению новых подтехник передвижения на лыжах [5].
Однако, несмотря на активное совершенствование методик в изучении техники бега на лыжах за последние десятилетия, ряд авторитетных специалистов сходятся во мнении, что на сегодняшний день недостаточно полно изучены кинетические показатели спортсменов в лыжных локомоциях, а также отсутствуют разработки конкретных силовых и технических моделей передвижения для увеличения мощности отталкивания и повышения эффективности двигательных действий [1, 3, 6, 7]. Кроме того, в научной литературе отсутствуют данные о взаимосвязях между биомеханической структурой движений и показателями опорных взаимодействий спортсмена в лыжных локомоциях с преобразованием метаболической и механической энергии в полезный результат деятельности.
Мы полагаем, что определение индивидуальных закономерностей биомеханической структуры движений в лыжных локомоциях может служить для целенаправленного воздействия на отдельные элементы техники движений спортсменов с целью повышения уровня их технической подготовленности. Определение закономерностей биомеханической структуры движений возможно при помощи современных интеллектуальных
сенсорных систем, использование которых позволяет зарегистрировать интересуемые параметры с высокой точностью в структуре основных элементов соревновательного упражнения как в лабораторных, так и в полевых условиях [8-10].
Цель исследования: изучить возможности использования интеллектуальных сенсорных систем для исследования закономерностей биомеханической структуры движений спортсменов в лыжных локомоциях.
Методы и организация исследования
Пилотное исследование проводилось с участием спортсмена 28 лет, имеющего квалификацию мастера спорта по лыжным гонкам. В рамках тестового задания спортсмену предлагалось преодолеть на лыжероллерах несколько равнинных отрезков (n=5; уклон трассы - от 0 до 1,5°) продолжительностью 20 с и интенсивностью, соответствующей индивидуальному порогу анаэробного обмена. При выполнении предложенного задания спортсмен использовал исключительно одновременную бесшажную технику лыжного хода.
Для регистрации усилий, прикладываемых спортсменом, использовались лыжероллеры (Marwe, Финляндия) и лыжные палки (KV+, Швейцария) с закреплёнными на них интеллектуальными тензодатчиками, разработанными в лаборатории спортивной биомеханики Белорусского национального технического университета. Каждый датчик состоял из модуля электроники, включающего в себя аналого-цифровой преобразователь (Analog-to-digital converter, ADC), микропроцессор (СР0), цифровой интерфейс (Serial Digital Interface, SDI), и модуля для беспроводной передачи данных. При взаимодействии спортсмена с опорой регистрируемые значения упругих деформаций инвентаря передавались по беспроводному каналу Bluetooth на мобильное устройство-приемник, расположенное в экипировке спортсмена, где они обрабатывались и после завершения теста в виде цветных графиков отображались на экране. Частота дискредитации сигналов составляла 50 Гц. Синхронная регистрация данных велась одновременно с четырех датчиков, по одному на каждой лыжной палке и лыжероллере. После окончания теста полученная информация экспортировалась из устройства-приемника в персональный компьютер для последующего математического анализа.
Перед проведением исследования спортсмен проходил инструктаж о целях, задачах и правилах его проведения.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате синхронной регистрации и последующей обработки данных были получены значения, характеризующие динамику воздействия спортсмена на лыжный инвентарь при взаимодействии с опорой. При анализе материала учитывалось, что изменение значений деформации инвентаря, как правило, пропорционально значениям прикладываемых спортсменом усилий [11].
Пример графика динамики упругих деформаций лыжного инвентаря с обозначением фаз и ключевых моментов одного цикла одновременного бесшажного хода представлен на рисунке 1.
2000
1йоо !■«— 1 ---
с ----Лыжные палки
-Лыжероллеры
1 - фаза одновременного отталкивания руками;
2 - фаза свободного скольжения; 3 - контакт лыжных палок с опорой;
4 - отрыв лыжных палок от опоры
Рисунок 1 - График упругих деформаций лыжного инвентаря с обозначением фаз и ключевых моментов одного цикла одновременного бесшажного хода
В результате анализа динамики упругих деформаций инвентаря при взаимодействии спортсмена с опорой во время передвижения на лыжероллерах с использованием одновременной бесшажной техники лыжного хода были выявлены следующие закономерности, характеризующие индивидуальную биомеханическую структуру движений:
1. Минимальные значения деформации лыжероллеров были зарегистрированы в завершении фазы свободного скольжения, во время выполнения спортсменом замаха руками для последующего отталкивания. Снижение деформации лыжероллера, как следствие уменьшения его загрузки, возникает в результате действий спортсмена для принятия определенного положения туловища (управляемое падение), способствующего большему вовлечению мышц верхней части тела с целью выполнения отталкивания и создания предпосылок для трансформации потенциальной энергии массы тела в кинетическую (перемещение ОЦТ вперёд-вверх: замах руками, разгибание коленного и тазобедренного суставов, подъём на носки, увеличение наклона туловища вперёд). Данная закономерность характерна для современных представлений о биомеханике одновременной бесшажной техники лыжного хода [5, 12, 13].
2. Возрастание деформации лыжных палок и лыжероллеров в начальной фазе выполнения отталкивания руками, которое происходит одновременно. После контакта лыжных палок с опорой происходит быстрое и значительное увеличение их деформации, вызванное усилиями спортсмена. Вместе с возрастанием приложенных усилий на лыжные палки происходит увеличение значений деформации лыжероллеров, возникающее в результате опускания спортсменом на пятки и выполнением незначительного подседания. Закономерности действий спортсмена в данной фазе согласуются с утверждением, что для повышения эффективности
отталкивания необходимо достижение наивысших значений приложенного усилия на лыжные палки в максимально короткий временной промежуток [5].
3. В большей части циклов (68 %) максимальная деформация лыжероллера приходится на фазу одновременного отталкивания руками (рисунок 2). Деформация лыжероллеров возникала в результате акцентированного опускания спортсмена на пятки. При передвижении на лыжероллерах данная закономерность не будет иметь значительных негативных моментов для эффективной трансформации приложенных спортсменом усилий в ускорение. Однако, как мы полагаем, перенос данной закономерности техники передвижения на лыжероллерах на технику передвижения на лыжах будет иметь существенные отрицательные последствия. Динамика деформаций лыжероллеров свидетельствует о существенном возрастании нагрузки на них в фазе одновременного отталкивания руками, а подобное действие при движении на лыжах приведёт к увеличению давления на опорную поверхность и, следовательно, к увеличению силы трения скольжения, противодействующей продвижению спортсмена. Кроме того, возрастание давления на лыжу неизбежно приведёт к увеличению площади соприкосновения скользящей поверхности лыж с опорой. При этом стоит отметить, что на соревнованиях в лыжных гонках классическим стилем, а одновременный бесшажный ход является разновидностью классической техники в лыжных гонках, используются специальные мази «держания», увеличивающие коэффициент трения, наносимые на скользящую поверхность лыж с целью недопущения скольжения лыжи назад в фазах отталкивания ногами. Увеличение площади соприкосновения опоры (снежного покрова лыжной трассы) с частью скользящих поверхностей лыж, на которые нанесена мазь «держания», приводит к заметному увеличению силы трения скольжения. Следовательно, от спортсмена требуется прикладывать значительные усилия для поддержания требуемой скорости, т.к. необходимы дополнительные усилия для преодоления возрастающей силы трения скольжения между собственной скользящей поверхностью лыжи и снегом, противодействующей движению вперёд. Таким образом, испытуемый спортсмен, предварительно создав предпосылки для вовлечения потенциальной энергии массы тела в продвижение вперед, совершает техническую ошибку, в результате которой потенциальная энергия массы тела трансформируется в кинетическую с точкой приложения силы не по оси лыжных палок, а в области стоп спортсмена, приводя к излишней нагрузке на лыжи/лыжероллеры. Более рациональным действием в данной фазе будет максимально возможный перенос массы тела на лыжные палки, что увеличит силу отталкивания и снизит нагрузку на лыжи/лыжероллеры.
2000
1в00
Т. С
Рисунок 2 - Динамика упругих деформаций инвентаря при взаимодействии
спортсмена с опорой в пяти последовательных циклах двигательных действий. Промежуток максимальной деформации лыжероллеров в циклах
выделен прямоугольниками
Заключение
Одними из важнейших средств предсезонной подготовки лыжников-гонщиков в бесснежный период являются имитационные упражнения и передвижение на лыжероллерах. Используя эти средства можно целенаправленно воздействовать на развитие определённых физических качеств спортсмена и совершенствование элементов техники избранного вида лыжного хода. Следовательно, основной задачей применения таких средств является моделирование техники передвижения на лыжах, а кроме того, овладение двигательными навыками, способствующими максимальной реализации физического и функционального потенциала спортсмена на соревнованиях различного уровня. Однако существует определённое различие в характеристике сил, действующих на лыжника при его движении на лыжах, по сравнению с передвижением на лыжероллерах. Так, при взаимодействии лыж с опорой возникает сила трения скольжения, а при взаимодействии лыжероллера с опорой - сила трения качения. Отличия в способах контакта между движущимся телом и опорной поверхностью обуславливает несколько различные требования к эффективной технике лыжных локомоций. Данная особенность может приводить к возможному отрицательному переносу двигательных умений и навыков, характерных для передвижения на лыжероллерах, на технику передвижения на лыжах.
Для поиска оптимальной биомеханической структуры движений спортсмена в лыжных локомоциях тренеру необходимо знать и понимать закономерности взаимодействия его с опорой, а также поведение инвентаря при выполнении определённых двигательных действий. В лыжных гонках единственным достоверным способом определить степень воздействия спортсмена на инвентарь и опорную поверхность является использование средств тензометрии. Информация об упругих деформациях, получаемая при тензометрических измерениях, позволяет определить характер приложения усилий в различных фазах и моментах циклических движений и выявить индивидуальные закономерности биомеханической структуры движений у каждого спортсмена. Данная информация может использоваться для оценки специальной подготовленности лыжников-гонщиков и корректировки
биомеханической структуры движений спортсмена в лыжных локомоциях. С помощью интеллектуальных сенсорных систем можно существенно повысить эффективность тренировочного процесса и создать предпосылки для повышения спортивного результата.
Список использованных источников
1. Holmberg, H.-C. Nordic skiing biomechanics and physiology / H.-C. Holmberg, G. Smith // Biomechanics in Sports: 28th Conference of the International Society, Michigan, USA, July 2010 / Northern Michigan University. -Michigan, USA, 2010. - Р. 308-312.
2. Новикова, Н.Б. Проблемы совершенствования техники коньковых ходов квалифицированных лыжников-гонщиков / Н. Б. Новикова, Г. Г. Захаров, Н. Б. Котелевская // Ученые записки университета имени П. Ф. Лесгафта. - 2017. - № 7 (149). - С. 161-165.
3. Sandbakk, 0.A reappraisal of success factors for Olympic cross-country skiing / 0. Sandbakk, H.C. Holmberg // International Journal of Sports Physiology and Performance. - 2013. - Vol. 9, № 1. - P. 117-121.
4. Раменская, Т.И. Техническая подготовка лыжника / Т.И. Раменская. -М.: Физкультура и спорт, 1999. - 264 с.
5. Holmberg, H.-C. Biomechanical analysis of double poling in elite crosscountry skiers / H.-C. Holmberg, S. Lindinger, T. Stöggl, E. Eitzlmair, E. Müller // Med. Science Sports Exercise. - 2005. - Vol. 37, № 5. - P. 807-818.
6. Welde, B. The pacing strategy and technique of male cross-country skiers with different levels of performance during a 15-km classical race /
B. Welde [et al.] // PLoS One. - 2017. - Vol. 12, № 11. - P. 135-164.
7. Losnegard, T. Physiological determinants of performance in modern elite cross-country skiing: Thesis for: PhD / T. Losnegard; Norwegian school of sport sciences. - Oslo, 2013. - P. 140.
8. Vassiouk, V. Testing of speed-strength readiness of ski athletes using intelligent sensory-based systems / V. Vassiouk, A. Darozhka, A. Minchenya // Sporto mokslas. - 2019. - № 2 (96). - P. 46-56.
9. Васюк, В.Е. Оценка генерации продвигающих сил при взаимодействии спортсмена с опорой в лыжных локомоциях / В. Е. Васюк, А. С. Дорожко // Мир спорта. - 2019. - № 3 (76). - C. 91-98.
10. Дорожко, А.С. Оценка эффективности лыжных передвижений спортсменов с использованием методики мобильной тензодинамографии / А.С. Дорожко // II Европейские игры - 2019: психолого-педагогические и медико-биологические аспекты подготовки спортсменов: материалы Международной науч.-практ. конференции, Минск, 4-5 апреля 2019. / Белорусский государственный университет физической культуры; редкол. :
C.Б. Репкин (гл. ред.) [и др.]. - Минск, 2019. - С. 108-112.
11. Анцыперов В. В. Технология тензометрического измерения в спорте : монография / В. В. Анцыперов. - Волгоград: ФГОУВПО «ВГАФК», 2013. - 129 с.
12. Biomechanical and energetic determinants of technique selection in classical cross-country skiing / B. Pellegrini [et al] // Human movement science. -2013. - Vol. 32, № 6. - P. 1415-1429.
13. Van Hall, G. Leg and arm lactate and substrate kinetics during exercise / G. Van Hall [et al.] // American journal of physiology-endocrinology and metabolism. - 2003. - Vol. 284, № 1. - P. 193-205.
11.05.2020
