CC BY
29
Раздел 5. Теоретические и прикладные аспекты высшего профессионального образования кривые текучести, скорректированные по всем вышеописанным отклонениям. Но, так как дополнительные теоретические знания всегда полезны и интересны, в комплекс лабораторных работ включена завершающая, шестая лабораторная работа, в ходе выполнения которой учащийся знакомится с одной из математических моделей сопротивления деформации; узнаёт о том, как находить её неизвестные коэффициенты методом наименьших квадратов; получает наглядное представление о том, что такое математическая модель сопротивления деформации и о степени её расхождении с экспериментальными кривыми текучести.
Нахождение неизвестных коэффициентов математической модели сопротивления деформации достаточно сложная математическая задача, для решения которой необходимо большое количество математических выкладок, поэтому шестая лабораторная работа является ознакомительной. В ходе её выполнения учащийся только знакомится с решением такой задачи на примере нахождения коэффициентов математической модели сопротивления деформации для сплава АД35 при температуре 430оС для различных скоростей деформации, не выполняя самостоятельно соответствующих расчётов.
В данной статье представлены результаты работы, выполненной при финансовой поддержки Министерства образования и науки РФ в рамках ГК № 14.740.11.0584 (шифр проекта 2010-1.2.2-111-017-032).
Литература
1. Оспенникова ЕВ. Е-Дидактика мультимедиа: проблемы и направления исследования. // Вестник ПГТУ. Серия «ЖТ в образовании». 2005. Вып. 1. с. 14-32.
Нюансы устойчивости позы и ее связь с некоторыми морфологическими характеристиками борцов разных весовых категорий
к.п.н. доц. Казилов ММ., к.п.н. проф. Фролов В.Г., Жеребкин Н.Н.
Университет машиностроения (495) 223-05-23 *1335
Аннотация. В результате проведённых исследований определены количественные параметры резерва устойчивости позы борцов, в зависимости от величины внешних усилий, их длительности, а также выявлены два типа реакции позы, обеспечивающие сохранение равновесия или приводящие к необратимой потере устойчивости данной позы.
Ключевые слова: биомеханические показатели, устойчивость позы борцов. Изучение условий равновесия тела человека и приматов всегда представляло и теперь представляет большой интерес для педагогов, клиницистов, биологов, антропологов.
Первые исследования вертикального положения тела человека относятся к периоду формирования биомеханики как науки. Они отражают стремление анатомов использовать при изучении устойчивости тела человека уже сформулированные в механике закономерности. При анализе вертикального положения тела это сводилось, главным образом, к использованию основных положений статики, т.е. к изучению условий равновесия тела, находящегося в покое.
При этом основное внимание было направлено на определение положения общего центра тяжести (ОЦТ) тела отдельных его звеньев. С помощью разнообразных методов изучалось положение ОЦТ тела и биомеханические характеристики вертикального положения тела как в различных плоскостях, так и в различных стойках фернштейн, 1926, 1934; Бабский, Якобсон, 1954; Гурфинкель, 1961; Райцина, 1976 и др). В этих и некоторых других исследованиях ^в^щкий, 1938; Козырев, 1954; Донской, 1968, 1971) положение ОЦТ тела рассматривается также как один из важнейших признаков, дающих наиболее полное представление о строении тела человека.
Раздел 5. Теоретические и прикладные аспекты высшего профессионального образования
Высота расположения центра тяжести, согласно исследованиям Л.П. Райциной (1976), зависит от длины тела, длины ноги и степени гипертрофии (у спортсменов) мышц бедра и голени. Относительная высота положения ОЦТ определяется отношением массы туловища к весу тела и отношением средне-грудинного передне-задтего диаметра к тазобедренному (Се^янов, 1978)
Однако расположение ОЦТ тела не является единственным условием равновесия человеческого тела. При определении устойчивости человеческого необходимо также учитывать границы эффективной площади опоры, надежность сохранения граничной позы и реальную ось, или грань, опрокидывания. Ибо, как справедливо отмечает ряд авторов, исследовавших стойке на ногах (Коган, 1926; Котикова, 1939; Коренберг, 1976 и др.), как только центр тяжести человеческого тела выходит за пределы четырехугольника, составленного наружными краями стоп, падению тела не могут воспрепятствовать мышцы.
В.Б. Коренберг (1971) предложил функциональный подход к оценке устойчивости тела человека в различных статических позах. Суть этого подхода заключается в том, что автор предлагает ввести в понятие устойчивости термин «поле равновесия». Под ним понимается область горизонтальной плоскости, в пределах которой можно расположить вертикальную проекцию общего центра тяжести без потери телом устойчивости. Форма, размеры и расположение «поля равновесия» зависит от многих факторов и прежде всего от тотальных размеров и массы человеческого тела. Однако вопросы взаимосвязи количественных характеристик устойчивости тела человека с длиной и весом тела практически не исследованы. Имеющиеся данные (Латманизова, 1930; Петров, 1938; Гурфинкель, 1961) носят порой разноречивый характер и не раскрывают в полной мере указанную проблему.
В задачу настоящего исследования входило: а) определение количественных характеристик устойчивости человеческого тела под воздействием внешних усилий при определенном положении стоп; б) исследование зависимости изучаемых характеристик от веса и длины тела испытуемых.
Материал и метод
В данной работе использовалась стабилография фабский и др., 1952) с применением методики постепенно нарастающих механических стандартных возмущений, разработанной (1969) и модифицированной ММ. Казиловым (1976).
В связи с тем, что вопросы устойчивости играют чрезвычайно важную роль в спортивной борьбе при построении сложных тактико-тетадоеских действий (СТТД), настоящее исследование проводилось на высококвалифицированных спортсменах, специализирующихся в борьбе. Всего в эксперименте участвовало 159 борцов различных весовых категории (от 52 до 90 кг). В каждой весовой категории насчитывалось от 17 до 213 человек.
Результаты стабилографических исследований
Определялись количественные показатели пороговой чувствительности на механическое стандартное возмущение спереди сзади. За порог чувствительности принималась минимальная сила раздражения, при воздействии которой на биологический объект возникает возбуждение в виде местного потенциала действия (Зимкин, 1975). Мерой возбудимости служил порог раздражения - та минимальная сила раздражения, которая вызывает возбуждение.
На основании стабилографических исследований были получены средние статистические данные для всей совокупности, характеризующие пороговую возбудимость. При тяге спереди она проявляется при нагрузке 178,2±39,4 г, а при тяге сзади этот показатель составляет 167,6±26,9 г, расхождение равно 6,1 %.
Средние арифметические, стандартные отклонения и коэффициенты вариации показателей пороговой возбудимости у борцов разных весовых категорий приведены в таблице 1.
В весовых категориях 48-52 и 57 кг пороговой возбудимость при тяге сзади на 12-17% меньше, чем при тяге спереди, для весовых категорий 62 и 68кг - на 6% меньше (р^личия
Раздел 5. Теоретические и прикладные аспекты высшего профессионального образования недостоверны). Что касается весовых категорий, начиная с 74 кг и более, то пороговые возбудимости в обоих случаях примерно равны между собой.
Таблица 1
Средние арифметические, стандартные отклонения и коэффициенты вариации
показателей пороговой возбудимости
Весовая Тяга спереди Тяга сзади
категория, кг X, г а V X, г а V а
48-52 57 62 68 74 82 90 и выше 197.0 170.3 206.1 165,8 166.4 160,6 181,4 49,8 51.3 42,6 43.4 35.0 53,8 36.1 25,3 30,2 20,7 26,2 21,0 33,5 20,0 161,9 148,9 193,1 157.3 169,0 166.4 176,8 57.7 41,0 67.8 41,5 23,0 56,4 29,0 35,6 27.5 35,1 26,4 13.6 33,9 16,4
Особенности устойчивости в необратимой позе. При тяге спереди и сзади опрокидывающий момент, приводящий к необратимой потере устойчивости, составляет соответственно 11,6 и 8,40 кг-м, т. е. при тяге спереди он на 27,6% больше, чем при тяге сзади.
Полученные средние данные показателей устойчивости при тяге спереди и сзади в необратимой позе для борцов разных весовых категорий приведены в таблице 2.
Таблица 2
Средние значения показателей устойчивости позы в необратимой позе
при тяге спереди и сзади
Весовая Величина внешних воз- Опрокидывающий мо- Длительность реакции,
категория, действии, кг мент кг-м с
кг спереди сзади спереди сзади спереди сзади
Х±(7 х±ст х±а х±о х±ст х±ст
48-52 1,664±0,56 1,378±0,56 8,9±1,9 7,2±1,3 25,5±8,7 21,2±8,6
57 1,846±0,76 1,584±0,56 8,8±2,9 7,2±1,7 28,4±11,8 21,3±8,6
62 1,787±0,92 1,448±0,74 8,0±2,5 8,0±2,5 27,5±14,8 19,8±12,0
68 1,800±0,72 1,317±0,79 11,9±3,0 8,8±2,0 27,7±11,0 21,8±12,1
74 2,028±0,52 1,560±0,59 13,3±3,2 9,6±1,3 31,2±8,0 24,0±9,0
82 2,385±0,97 1,453±0,74 14,3±4,5 9,1±3,5 36,7±14,9 23,9±11,4
и выше 2,112±0,63 1,826±0,48 16,9±4,8 11,0±3,0 32,5±9,8 28,1±7,3
Большинство показателей устойчивости независимо от направления механических возмущений существенно зависит от веса испытуемых.
Особенность устойчивости у борцов разных весовых категорий в корригирующей позе. Средние значения показателей устойчивости борцов различных весовых категорий при тяге спереди и сзади в корригирующей позе представлены в таблице 3.
Как видно из таблицы 3, при тяге спереди и сзади время стояния до начала коррекции, величина смещения ОЦТ до начала коррекции, амплитуда восстановления равновесия, величина внешних воздействий в данной позе и длительность стояния в данной позе имеют тенденцию к увеличению с возрастанием веса спортсменов.
Примечание: верхнее число - среднее арифметическое; нижнее число - стандартное отклонение длительность восстановления равновесия в корригирующей позе также имеет тенденцию к росту с увеличением веса спортсмена, но этот показатель имеет большую вариабельность, и различия его у разных испытуемых статистически недостоверны.
к
ё си о
Н
г
К> О
ы н
ил
а
П)
Я р
И * ||
§ 8
й » а а
Я о а
33
ё
I
а р
я о я
п> ы
с5
Не
^
О Яс Л
О о
03
я о
•о я
ё 3
в
о Я«
а о
и> п>
ё
п> 3=1 о н
ё
Средние показатели устойчивости в корригирующей позе у борцов разных весовых категорий при тяге спереди и сзади
Весовая Время до начала коррекции, с Смещение ОЦТ до начала коррекции, см Амплитуда восстановления равновесия, см Внешнее воздействие, кг Время восстановления равновесия, с Общее время сохранения устойчивости, с Период колебаний, с
категория, кг спереди сзади спереди сзади спереди сзади спереди сзади спереди сзади спереди сзади спереди сзади
48-52 ,7,2 ±2,9 ,6,6 1,8 ==2.5" .6,4 ±1,9 + 6,9 ± 2,6 ,5,9 ±1,8 ,6,31 ±1,48 .3,98 ±1,00 .2,2 ±1,4 +1,6 ±0,6 ,103,6 ± 3,7 ,62,8 ±17,4 ,14,7 ±5,1 ,10,4 ± 3,6
57, 7 7 -и ' ±2,8 .6,4 =2,0 8,6 ±3,8 .6,0 ±1,7 , 5,7 ± 3,3 ,5,0 ±2,1 ,6,18 ±1,14 ,5,35 ±1,35 ,3,3 ±1,5 ,1,6 ±0,6 ,95,1 ±18,9 ,82,4 ±23,8 +12,6 * 3,6 ,14,2 ±16,4
62 ,7,4 ±2,4 ,6,1 ±2,3 8,8 2,2 ,6,8 —3,0 , 6,2 ± 2,9 ,5,2. ±2,6 ±1,59 5,57 ±0,91 ,3,0 ±1,1 +2,4 ±1,0 ,102,0 ± 24,6 +85,7 ±16,5 11,8 ±3,9 ± 2,7
68 4.8,1 2,8 6,3 ±2,2 ,9,5 2,5 лА5 ±1,8 ± И ±3,0 ,6,7 ±2,8 ,6,07 ±1,53 5,58 ±1,59 ■ .2,4 ±1,1 +2,0 ±0,7 +93,4 ±26,1 ,85,6 ±25,0 ,13,9 ± 4,7 ,11,0 ± 3,3
74 • ,7,3 ±2,5 л.6'0 3,7 ,10,5 ± 3,5 -.6,0 ±3,3 ,7,9 ± 3,3 ,6,7 1,5 • ,6,87 ±1,16 ,6,60 ±1,58 +2,5 ±0,9 +2,7 ±1,1 ,105,8 ± 24,4 ,101,6 ± 24,4 ,11,6 ±3,1 ±5,3
32 .8,8 1.8 ±1,6 .11,0 ± 2,5 ±2,1 ,9,4 ± 4,8 4.6,4 ±3,5 ,6,65 ±1,53 ,6,95 ±1,55 ,2,3 ±0,7 .2,3 ±0,7 102,4 ± 13,5 ,107,0 ± 28,9 16,0 4,9 т ,15,7 3,4
90 и выше ,8,9 4,8 4.7 Д 2,4 13,7 ±5,7 ,9,5 ±3,2 ,11,0 ± 5,0 4.8,2 ±3,6 +7,52 ±0,81 ,6,91 ±1,46 +3,1 ±1,2 +2,6 ±1,1 115,7 ± 11,2 ,106,4 * 22,6 ,14,9 ± 5,1 +12,2 * 2,9
с р
тэ
й л а
Н «г
0 чз
ст
1 Л ст о
ст Я
Я
43
е
я Е 5
я
I
60
Е о
В
О)
п о
я
43 о
►е-
о!
о §
о я
ё (Г
я о
о о о> 43
о в
е
Раздел 5. Теоретические и прикладные аспекты высшего профессионального образования
Таблица 4
Корреляции между соматическими и показателями устойчивости
в корригирующей позе
Тяга Время Смеще- Амплиту- Внеш- Время вос- Общее Период
до на- ние ОЦТ да восста- нее воз- стано- время со- колеба-
чала до начала но- дей- влениярав- хране- нии
коре- коре-щии влениярав- ствие нове-сия нияу-
кции нове-сия стоичи-восги
Спе- 0,145 0,298 0,178 0,145 0,138 0,164 0,163
реди 0,106 0,411 0,396 0,262 0,234 0,215 0,153
Сзади 0,177 0,244 0,189 0,502 0,328 0,485 0,255
0,186 0,186 0,331 0,322 0,495 0,370 0,486
Примечание. Верхняя цифра - для длины, нижняя - для веса тела.
Анализ корреляций соматических размеров с показателями устойчивости в заданной позе показал, что длина и вес тела испытуемых влияют главным образом на величину смещения ОЦТ тела до начала коррекции, амплитуду восстановления равновесия и на временные характеристики сохранения позы. При этом на характер связей существенно влияет и направление внешних механических воздействий (направление тяги).
Обращает на себя внимание и тот факт, что отдельные показатели устойчивости в большей степени зависят от веса человека и в меньшей - от длины тела.
Обсуждение результатов
Анализ результатов исследования устойчивости позы методом стабилографии, регистрирующей динамику позных реакций испытуемых на постепенные нарастающие механические возмущения, показывает, что усилие не более 200 г способно вызвать ответную реакцию испытуемого независимо от его соматипа. По-видимому, имеется охранительная реакция организма, направленная на поддержание равновесия в данной позе. При этом величина пороговой возбудимости практически не зависит от соматипа человека.
Последующее увеличение силы возмущения показало, что возможны два различных по характеру вида позных реакций. В одних случаях испытуемые пытаются сохранить данную позу за счет непрерывного повышения тонуса необходимых групп мышц (необратимые позы). В других случаях с целью сохранения данной позы испытуемые, в целом отклоняя ОЦТ тела в направлении действия механического возмущения, периодически теряют и восстанавливают равновесие за счет серии усилий противодействия (корригирующая поза). Это говорит о том, что испытуемый не только имеет возможность различным образом реагировать на механическое возмущение, но в условиях действия такого возмущения он должен сделать правильный выбор. Таким образом, расширяются возможности атакуемого борца, и в месте с тем осложняется задача сохранения устойчивости данной позы. Сложность такой задачи (в частности, в борьбе) объясняется жестким лимитом времени, отводимым условиями спортивного поединка.
В первом случае, когда испытуемые проявляют непрерывные усилия противодействия механическому возмущению, вынужденное изменение позы наступает при действии усилий спереди величиной 1,5 кг, при действии сзади - 1,9 кг. Соответствующее различие наблюдается и в длительности проявления усилий противодействия, предшествующих необратимой потере устойчивости. Максимальное усилие в этом случае при действии спереди равно 8,95 кг-м, при действии сзади - 11,5 кг-м. Различия в величине усилий объясняются прежде всего анатомическим строением стопы. Очевидно, испытуемые обладают резервом устойчивости в данной позе даже в случаях, когда не проявляют активных реакций, противодействующих ее изменению.
Раздел 5. Теоретические и прикладные аспекты высшего профессионального образования
Во втором случае, когда испытуемые проявляют периодические усилия противодействия постепенно нарастающему механическому возмущению, наблюдается общее отклонение тела испытуемых. Вынужденное изменение позы наступает, когда сила механического воздействия достигает 5,6 кг при действии спереди и 6,6 кг - при действии сзади.
Следовательно, при активном противодействии испытуемые имеют возможность проявлять значительно большие усилия по сохранению данной позы, даже в положении значительного отклонения ОЦТ тела. Сравнение величины усилий позных реакций в первом и во втором случаях также говорит о том, что устойчивость стояния вперед больше, чем назад.
Характерна динамика проявлений позных усилий противодействия. За время, пока сила возмущения достигает 5-6 кг, испытуемый в среднем девять раз проявляет усилия противодействия. Средняя величина усилий противодействия достигает 7,47 кг-м при действии возмущения сзади и 6,0 кг-м при противодействии спереди. Причем время, предшествующее проявлению усилий противодействия, при отклонении тела вперед на 21,5% больше, чем при отклонении назад.
Кроме того, средние показатели времени проявления усилий противодействия в первом случае на 20% больше, чем во втором.
Следовательно, при отклонении тела вперед испытуемые имеют возможность проявлять усилия противодействия относительно реже и более длительное время, чем при отклонении назад. Этот факт говорит о том, что не только анатомические, но и физиологические особенности строения организма человека в целом обеспечивают большую устойчивость стояния к возмущениям, направленным на отклонение тела вперед, чем назад.
Относительно динамики устойчивости атакуемого борца в целом можно сказать, что при проекции ОЦТ тела борца на центр площади его опоры наблюдается постоянное перемещение этой точки. Это говорит об естественных спонтанных колебаниях ОЦТ тела. Такое положение можно рассматривать как наиболее устойчивое, и возможности атакуемого борца при нем - как наиболее благоприятные. Площади опоры амплитуда перемещений значительно снижается, что говорит о более целенаправленной деятельности испытуемых по сохранению данной позы, по организации противодействия определенному механическому возмущению. Что касается зависимости различных показателей устойчивости тела от его соматических признаков, то здесь необходимо отметить следующее: с увеличением веса увеличивается ряд показателей устойчивости позы.
При механической тяге сзади с увеличением длины и веса тела спортсменов увеличивается и период колебаний в необратимой позе. Однако существенного влияния длины тела на большинство испытуемых показателей устойчивости не обнаружено, за исключением максимального усилия противодействия, предшествующего необратимой потере устойчивости. Подобные данные не согласуется с данными ВС. Гурфинкеля др.(1965), но это связано, по-видимому, с тем, что авторы изучали устойчивость стояния человека в непринужденной позе.
Выводы
1. Устойчивость тела человека определяется различными факторами, важнейшими из которых являются: поза, величина механических возмущений, приводящих к необратимой потере устойчивости; амплитуда и период колебаний при противодействии механическим возмущениям; пороговая возбудимость и время усилия противодействия, а также длина и вес тела испытуемых. При этом для высокорослых и более тяжелых спортсменов характерно увеличение максимального усилия противодействия, предшествующего необратимой потере устойчивости, и периода колебаний в необратимой позе.
2. В целом для позных реакции характерно то, что обеспечивающие их физиологические механизмы в ответ на внешние возмущения, прежде всего, направлены на сохранение данной позы, а не на изменение такого положения.
3. Минимальная величина внешних возмущений, вызывающих колебания ОЦТ тела, со-
Раздел 5. Теоретические и прикладные аспекты высшего профессионального образования ставляет при тяге спереди 178,2+ 39,4 г, при тяге сзади -167,6+ 26,9г.
4. Максимальная величина внешнего возмущения, приводящая к потере устойчивости в необратимой позе, составляет при тяге спереди 1,933+ 0,720 кг, при тяге сзади-1,509+ 0,632кг. В корригирующей позе (с противодействием механическим возмущениям) эта величина составляет: при тяге спереди - 6,586+ 1,290 кг, при тяге сзади - 1,603 кг.
Литература
1. Бабский Е.Б. Гурфинкель В С., Ромель ЭЛ. и др. Методика исследования степени опор-ности нижних конечностей - В кн.: Труды Ин-та протезирования и протезостроения. М.,
1952.
2. Бабский Е.Б., Якобсон Я.С. Методика исследования опорных реакций при стояниии различных движениях Человека - «Бюл. Эксп. Биол. И мед.»,1954, № 6.
3. Казилов ММ. Совершенствование системы подготовки борцов высокого класса - В сб. Мат-лы Всесоюз. конф. «Совершенствование тактико-те^шческого мастерства борцов высших разрядов». М. ,1976
4. Казилов ММ, Фролов ВТ, Жеребкин Н.Н. Исследование структуры биомеханических показателей устойчивости позы борцов высокой квалификации. Известия МГТУ «^^МИ». Научный рецензируемый журнал. М.: 2010 № 2(10), 269-273с.
5. Казилов ММ, Фролов ВТ, Жеребкин Н.Н. Применение количественных характеристик позной устойчивости при построении сложных тактико-те^шческих действий борца. Международная научно-те^шческая конференция «Автомобиле- и тракторостроение в России приоритеты развития и подготовки кадров» посвященная 145-летию МГТУ «^^МИ». Материалы круглого стола по проблемам физического воспитания студентов в техническом вузе. М.: 2010, часть 2, 47-48с.
6. Казилов ММ. Пути оптимизации тактико-те^шческих действий борца в связи с меняющейся устойчивости позы противника. Автореф. канд. дис. М.: 1979, 24с.
7. Козырев Г.С. Методика определения центра тяжести у человека - В кн.: Труды Харьковского науч.-метод. о -ва. Ортопедия, травматология и протезное дело. Киев, 1954.
8. Коренберг В.Б. Устойчивость тела в позных равновесиях и ее возрастные изменения у школьников. Автореф. канд. дис. М., 1971.
9. Коренберг В.Б. Упражнение на бревне М., ФиС, 1976.
10. Моргунов Ю.А, Патратий Р.С, Александров В Н. Квантификация технико-т^^ческого мастерства спортсменов. Известия МГТУ «^^МИ». Научный рецензируемый журнал. М., 2010 № 1(9).
11. Рицина Л Л. Морфологические особенности и положение центра тяжести у некоторых групп спортсменок. Автореф. канд. дис. М., 1976.
12. Рокицкий П.Ф. Биомеханическая статистика. Минск, 1967.
13. Селуянов В Л. Геометрия масс тела человека и ее связь с соматическими особенностями телосложения. Автореф. канд. дис. М., 1978
Пути повышения эффективности обучения сложным техническим действиям студентов, занимающихся спортивной борьбой
к.п.н. доц. Казилов ММ., к.п.н. проф. Фролов В.Г., Жеребкин Н.Н.
Университет машиностроения (495) 223-05-23 *1335
Аннотация. Статья посвящена проблеме обучения технике и тактике спортивной борьбы студентов и осуществлению при этом воспитания сильных психологических качеств, необходимых для достижения высоких спортивных результатов
