CC BY
21
подрастающему поколению. Во - вторых, одарённость личности напрямую связана с наличием природных задатков (способностей). И наконец, развитие способностей и одарённости осуществляется благодаря и в процессе обучения и воспитания в рамках инновационной педагогической деятельности. Данная проблематика нашла отражение в работах российских исследователей [6, 7, 8].
ЛИТЕРАТУРА
1. Платон. Собрание сочинений : в 4 т. Т. 3 : Государство / Платон. - М. : Мысль, 1994.- 654
с.
2. Аристотель. Сочинения : в 4 т. Т. 4 : Политика / Аристотель. - М. : Мысль, 1983. - 830 с.
3. Кант, И. Собрание сочинений : в 8 т. Т. 7 : К вечному миру. Спор факультетов. Антропология. Успехи метафизики / И. Кант. - Москва : ЧОРО, 1994. - 494 с.
4. Гегель, Г.В. Энциклопедия философских наук. Философия духа / Г.В. Гегель. - М. : Мысль, 1979. - 471 с.
5. Маркс, К. Избранные произведения. Т. 3 / К. Маркс, Ф. Энгельс. - М. : Политиздат, 1979.
- 637 с.
6. Гижов, В.А. Традиции и инновации в среде российского студенчества / В.А. Гижов, А.И. Капичников // Актуальные проблемы воспитания в образовательном процессе вуза : сборник статей всероссийской научно-практической конференции. - Саратов, 2016. - С. 31-37.
7. Вяткин, Л.Г. Развивающее обучение: проблемы и решения / Л.Г. Вяткин, Ю.И. Тарский, О.Б. Капичникова. - Саратов : [б.и.], 1994. - 92 с.
8. Капичников, А.И. Развитие учебной мотивации студентов в условиях новой системы высшего образования / И.В. Рыжкова, А.И. Капичников, О.Б. Капичникова // Актуальные вопросы и тенденции развития в современной науке : материалы Международной научно-практической конференции. - Челябинск, 2014. - С. 160-162.
REFERENCES
1. Platon (1994), State, Collection of essays, Vol. 3, Thought, Moscow.
2. Aristotle (1983), Politics, Works, Vol. 4, Thought, Moscow.
3. Kant, I., (1994), Collected works, Vol. 7. To the eternal world; Controversy of faculties; Anthropology; The successes of metaphysics, CHORO, Moscow.
4. Hegel, G. V. (1979), Encyclopedia of philosophical Sciences, Vol. 3, Thought Moscow.
5. Marx, K. and Engels, F. (1979), Selected works, Vol.3, Politizdat, Moscow.
6. Gizhov, V.A. and Kapichnikov, A.I. (2016), "Of tradition and innovations in the environment of the Russian students", Current problems of education in educational process of higher education institution: collection of articles of the all-Russian scientific and practical conference, Saratov, pp. 31-37.
7. Vyatkin, L.G., Tarskiy, Yu.I. and Kapichnikov,a O.B. (1994), Developmental learning: problems and solutions, Saratov.
8. Ryzhkova, I.V., Kapichnikov, A.I. and Kapichnikova, O.B. (2014), "Development of educational motivation of students in the new system of higher education. In the collection", Current issues and trends in modern science: materials of the International scientific and practical conference, Chelyabinsk, pp. 160-162.
Контактная информация: alexsgau@yandex.ru
Статья поступила в редакцию 14.10.2019
УДК 796.926
ОСНОВНАЯ СТОЙКА ГОРНОЛЫЖНИКА И АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ С ПОЗИЦИИ БИОМЕХАНИКИ
Геннадий Андреевич Гилев, доктор педагогических наук, профессор, Московский
педагогический государственный университет, Московский политехнический университет; Сергей Дмитриевич Леготин, кандидат технических наук, доцент, Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана; Александр Александрович Ривлин, учебный центр Федерации горнолыжного спорта и сноуборда
России, Москва
Аннотация
В статье с позиции биомеханики рассматривается основная стойка как базовый элемент горнолыжной техники. Ее устойчивое равновесное состояние обеспечивается тонусом мышц (величиной угловой жесткости), создающих уравновешивающий момент внешним силам. На примере механической модели бедра показано, что повышенный мышечного тонус приводит к многократному увеличению вертикальной жесткости опорно-двигательного аппарата лыжника. При движении на скоростях, когда сознанный, управляемый контроль становится невозможным, чрезмерное повышение мышечного тонуса приводит к блокировке амортизационных возможностей и падению.
Ключевые слова: стойка горнолыжника, спуск, скорость, бедро, угол наклона, равновесие.
MAIN SKI STANDS AND ANALYSIS OF THE CONDITIONS OF ITS IMPLEMENTATION FROM THE POSITION OF THE BIOMECHANICS
Gennady Andreevich Gilev, the doctor of pedagogical sciences, professor, Moscow Pedagogical State University, Moscow Polytechnic University; Sergey Dmitrievich Legotin, the candidate of technical sciences, senior lecturer, Bauman Moscow State Technical University; Ale-ksandr Aleksandrovich Rivlin, Training center of the Russian alpine ski and snowboard
federation, Moscow
Annotation
In the article, from the perspective of biomechanics, the main stand is considered as the basic element of ski equipment. Its stable equilibrium state is ensured by muscle tone (the value of angular stiffness), creating the balancing moment to external forces. Using the mechanical model of the thigh as an example, it is shown that increased muscle tone leads to the multiple increase in the vertical stiffness of the musculoskeletal system of the skier. When moving at speeds, when conscious, controlled control becomes impossible, the excessive increase in muscle tone leads to the blocking of depreciation opportunities and fall.
Keywords: skier stand, descent, speed, hip, tilt, balance.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из главных элементов горнолыжной техники является стойка горнолыжника. Она основывается на обеспечении некоего устойчивого равновесного положения, которое позволяет с наименьшими энергетическими затратами осуществлять спуск по склону, преодолевая возможные неровности рельефа, и в которое он возвращается после завершения двигательных действий по коррекции движения. Отметим, что при коррекции двигательных действий, в том числе при выполнении поворота, применение термина "стойка" весьма условно в силу отсутствия равновесного положения и возможности даже кратковременной его фиксации, поскольку коррекция предполагает постоянное динамическое изменение неуравновешенного положения. Иногда положение лыжника при выполнении им коррекционных действий (поворота) визуально может совпадать со стойкой. Однако силовая конструкция коррекционного действия (поворота) и стойки принципиально отличается. При выполнении поворота положение горнолыжника является неуравновешенным, динамичным, тогда как в стойке - уравновешенным и статичным.
Стойка горнолыжника, принимаемая на прямом спуске, при всех ее вариациях в зависимости от крутизны склона и скорости его движения, индивидуального стиля и квалификации горнолыжника, сводится к совокупности нескольких элементов. Ноги, согнутые в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах, находятся на ширине плеч или чуть уже, голени ног параллельны друг другу. Руки разведены в стороны, согнуты в локтевых суставах и поданы вперед приблизительно на высоте чуть выше талии, так, чтобы пространственным зрением видеть кисти рук. Плечи горнолыжника располагаются над передними креплениями, голова приподнята. Если при фиксации такой стойки требуется загружать носки лыж, препятствуя падению лыжника вперед, то это - передняя стойка; загружать задники лыж для предотвращения опрокидыванию назад - это задняя стойка.
При равномерной загрузке лыж по всей длине обеспечивается центральная, или основная стойка горнолыжника. В таком положении лыжник находится в наибольшей готовности к необходимым адекватным действиям по преодолению неровностей рельефа, входу в поворот и т.д.
Ключевым, решающим моментом в основной стойке, как, впрочем, и во многих других элементах горнолыжной техники, является полусогнутость суставов опорного двигательного аппарата (ОДА) горнолыжника. Эта полусогнутость суставов означает их готовность к выполнению последующих сгибаний или разгибаний.
Цель исследования. Обосновать с позиции биомеханики связь тонуса мышц, обеспечивающих равновесное положение горнолыжника при принятии им основной стойки, с вертикальной жесткостью его ОДА для различных углов наклона бедра.
Методы исследования. В работе использовались следующие методы: видеосъемка, математическое моделирование, анализ литературных источников, педагогические наблюдения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Одно из наиболее нагруженных звеньев ОДА горнолыжника является бедро. В качестве механической модели бедра рассмотрим стержень длиной £ с шарнирами (суставами) на концах стержня (рисунок1).
Нагрузка на бедро (Q и О') передается через тазобедренный (т. A) и коленный (т. B) суставы, и уравновешивается вращательным моментом, создаваемым мышцами спины, ягодиц и бедра через верхний и нижний суставы. Пусть М - это величина момента их совокупного вращательного действия на бедро, P - собственный вес бедра, приложенный к его центру тяжести, a - расстояние от него до коленного сустава, ф - угол наклона бедра от вертикали. В указанном положении при статической нагрузке (основной стойки горнолыжника) величина М определяется моментным условием равновесия относительного нижнего шарнира:
M = (Q£ + Pa)sin ф = (Q + eP)£ sin ф (1) (здесь безразмерная величина e определена как e = a/£ ). Введем величину эффективной нагрузки: G = Q + eP, тогда уравнение (1) приобретет вид: M = G£ sin ф . (2)
Считая, что изменяемые параметры в уравнении (2) - М, G и ф, проанализируем его с использованием возможных бесконечно малых отклонений от заданного положения (дф):
5M = 5G£ sin ф + G£ cos ф^ф (3)
Отсюда следует, что в отсутствии изменения величины уравновешивающего момента (дМ = 0, система неуправляемая, пассивная) знаки между изменениями угла дф и силы dG противоположны: 5G = —G ■ ^ф • ¿ф.
Это означает, что для выполнения условий равновесия при увеличении наклона бедра ф нагрузка G должна уменьшаться. Если же нагрузка не меняется, система становится неустойчивой и наклон бедра будет возрастать неуправляемо. В случае, когда момент меняется статически в соответствии с уравнением (2), изменение угла наклона бедра не приводит к изменению нагрузки (dG = 0). В этом случае система занимает новое положение, не стремясь возвратиться в исходное, т.е. является безразличной. Таким образом, устойчивой такая система может стать только при наличии обратной связи, роль которой осуществляет нервная система человека.
Рисунок 1 - Модель бедра в виде стержня с шарнирами А (тазобедренный сустав) и В (коленный сустав).
Фиксация любого положения осуществляется одновременной работой мышц-антагонистов, или мышц разгибателей и сгибателей, причем разница усилий в этих мышцах должна соответствовать приложенной нагрузке. Сами же усилия в мышцах-антагонистах зависят от их тонуса, и чем он выше, тем более напряженными, загруженными они будут. Отметим, что мышцы, в отличие от механических систем, как часть биомеханической системы, выполняют работу и при статической нагрузке. Эта работа обусловлена физиологической особенностью создания усилий в мышцах [1, 2]. Выведение из положения равновесия, обусловленное преодолением неровностей рельефа, приводит к отклонению системы из статического состояния и связано с дополнительными мышечными усилиями. При преодолении неровностей в условиях, когда скорость движения позволяет анализировать их характер и величину, основным фактором является навык лыжника по выполнению упреждающих движений. В случае опытного лыжника - это дополнительное сгибание суставов тела при наезде на бугор, и их разгибание при преодолении впадин рельефа.
Начинающий лыжник полностью сконцентрирован на фиксации кажущейся равновесной стойки, что приводит к возрастанию мышечного тонуса, мышцы напряжены, стремясь закрепить (закрепостить) свое положение. В результате начинающий лыжник теряет способность адекватно реагировать на препятствия, его действия выглядят неуклюже и ассоциируются со сленговым термином «деревянные ноги». При повышенном тонусе мышц их избыточная жесткость, то есть неспособность выполнять сравнительно большие перемещения относительно положения равновесия, приводит к неустойчивости лыжника и его последующему падению. Кроме того, поддержание равновесия при повышенном тонусе мышц связано с большим расходом энергии, лыжник быстро устает. Все это сдерживает прогресс при его обучении.
Оценим скорость движения, при которой становится невозможным осознанный, управляемый контроль над лыжами. Считается, что среднее время реакции человека на звуковой раздражитель составляет приблизительно 0,16 секунды. Если принять за минимальное расстояние между неровностями рельефа, способное повлиять на характер скольжения лыж, величину порядка 0,25-0,5 длины лыжи и минимальное время осознанной реакции человека 0,15-0,2 секунды, получим максимальную величину скорости контролируемого движения около 3 м/с, или 10 км/ч. В условиях рельефа с большим расстоянием между неровностями (2-3 м и более) контролируемая скорость возрастает до 40 и более километров в час. Иначе говоря, чем больше расстояния между неровностями, тем с большей скоростью можно их преодолевать, контролируя при этом лыжи. Разумеется, динамическое (инерционное) воздействие на лыжника возрастает с увеличением скорости спуска и величины неровности рельефа.
В реальных условиях лыжник часто движется с большей скоростью. В этом случае решающими факторами становятся тренированность лыжника по сохранению равновесия и мышечный тонус, связанный с основной стойкой. При превышении скорости движения, выше осознанно контролируемой роль мышечного тонуса, становится основной. В этих условиях обратная связь выполняется на уровне проприоцептивной системы по афферентным нервным путям (т.н. «мышечное чувство»), что существенно сокращает время рефлекторной реакции на внешнее воздействие.
Для фиксации тела в стойке прямого спуска необходимо обеспечить возврат биомеханической системы в исходное положение при ее отклонении от положения равновесия. Для этого система должна обладать способностью стремиться в исходное положение, то есть упругостью. Рассмотрим механическую модель бедра горнолыжника с проприоцеп-тивной системой обратной связи в виде стержня АВ (рисунок1) с линейно упругим уравновешивающим моментом: М = с(ф - ф^ ), (4)
где с - жесткость угловой пружины, ф^ - положение бедра, при котором момент мышечных усилий отсутствует, или такой угол наклона бедра, к которому стремятся
привести приложенные мышцами моменты. В условиях равновесия (2) чем больше деформация (ф - ф^) модельной угловой пружины, тем меньше жесткость c , а
следовательно мышцы более податливы, пластичны, менее напряжены, имеют меньший тонус. Таким образом, величина С (угловая жесткость) характеризует тонус мышц, создающих уравновешивающий момент внешним нагрузкам.
Анализ такой системы может быть сведен к оценке величины вертикальной
жесткости бедра k = SGjSy , где Sy - элементарное взаимное вертикальное смещение
суставов бедра под действием изменения нагрузки SG (см. рисунок 1). Эта величина характеризует жесткость, а ее обратная величина, податливость - амортизационную способность биомеханической системы в вертикальном направлении. Эти величины непосредственно связаны с энергетическими затратами горнолыжника и его возможностями по преодолению неровностей рельефа. Выразим величину SG из (3),
8Ы 8Ы приняв за SM =-Sф: SGí sin ф =-Sp - Gí cos ф^
8ф 8ф
Воспользуемся очевидной геометрической связью Sy = í siny-Sty , и тогда
SG
вертикальная жесткость бедра приобретет вид: k =-=
Sy
Ш/ - gí cos ф / дф
2
(5)
í sin ф
Из уравнения (4) следует, что первое слагаемое в числителе правой части выражения (5) - это жесткость c . Определим безразмерные оцениваемые параметры системы, а
именно: безразмерную угловую жесткость С как С =-, и безразмерную вертикальную
Gí
_ í с - cos ф
жесткость kc = — k =-2--(6)
G sin ф
Как и в случае определения c и k эти безразмерные параметры определяют тонус мышц лыжника (с) и вертикальную жесткость системы (к).
На рисунке 2 приведены зависимости безразмерной
вертикальной жесткости к как функции от угла ф, выраженного в радианах. Нижняя кривая
соответствует близкой к минимально возможной безразмерной угловой жесткости системы (тонусу) ( с =1,0005), у всех остальных кривых угловая безразмерная жесткость с последовательно возрастает, и соответствует значениям 1,05; 1,15; 1,3; 1,6; 2; 3. Следует отметить ' 7 особенности приведенных
Рисунок 2 - Безразмерная вертикальная жесткость как зависимостей: функции от угла ф, выраженного в радианах
1) По мере возрастания С (тонуса), вертикальная жесткость также увеличивается.
2) Каждая кривая имеет минимум вертикальной жесткости при определенном угле
наклона бедра, причем по мере возрастания тонуса этот минимум все ближе смещается от малых значений (порядка 0,3 рад , или -17°) к прямому углу ф =
3) Угол наклона бедра для кривой с низшим тонусом мышц, при котором имеет место минимальное значение вертикальной жесткости, приблизительно соответствует естественному наклону бедра опытного горнолыжника.
4) Увеличение тонуса при фиксированном положении бедра приводит к многократному возрастанию вертикальной жесткости и резкому снижению амортизационных возможностей лыжника, что, как следствие, приводит к падению при попытке преодолений неровностей рельефа, а также к быстрому исчерпанию энергетических запасов мышц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты исследования, проведенного на примере механической модели бедра, показывают, что возрастание тонуса мышц, участвующих в обеспечении принятия им основной стойки прямого спуска, приводит к многократному увеличении жесткости и резкому снижению амортизационной способности его ОДА.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гилев, Г.А. Определение лимитирующих звеньев при совершенствовании скоростно-си-ловой подготовленности пловца / Г.А. Гилев, В.В. Владыкина, А.М. Каткова // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. - 2016. - № 9 (139). - С. 28-32.
2. Физиология человека : в 3 томах / под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. - М. : Мир, 2005.
REFERENCES
1. Gilev, G.A., Vladykina, V.V. and, Katkova, A.M. (2016), "The definition of limiting links in the improvement of speed-power readiness of a swimmer", Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, No. 9 (139), pp. 28-32.
2. Ed. Schmidt, R. and Teus, G. (2005), Human physiology: In 3 volumes, Mir, Moscow.
Контактная информация: ga.gilev@mpgu.edu
Статья поступила в редакцию 28.10.2019
УДК 796.011
ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБУЧЕНИЯ ПО ПРЕДМЕТУ «ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА» У ВОСПИТАННИКОВ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ МО РФ С УЧЕТОМ ПОСТУПЛЕНИЯ В ВОЕННО-УЧЕБНЫЕ ЗАВЕДЕНИЯ
Михаил Юрьевич Гливяс, капитан, старший преподаватель, Ставропольское президентское кадетское училище, Алексей Леонидович Старовойтов, полковник, начальник кафедры, Военный институт физической культуры, Санкт-Петербург, Галина Васильевна Гливяс, старший лейтенант, преподаватель, Ставропольское президентское кадетское училище
Аннотация
В статье рассматриваются организационно-методические и возрастные особенности проведения занятий по физической культуре с воспитанниками общеобразовательных организаций Министерства обороны Российской Федерации и анализ поступления в военно-учебные заведения. Основные причины не поступления в военно-учебные заведения МО РФ. Основные средства физической культуры для развития силы, быстроты, ловкости, выносливости. Порядок проведения учебных занятий с использованием комплексного подхода.
