CC BY
4РАСЧЕТ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДЪЕМА ШТАНГИ НА ГРУДЬ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТОЛЧКА
УДК/UDC 796.886
Поступила в редакцию 30.08.2023 г.
Информация для связи с автором: niit1995@mail.ru
Кандидат педагогических наук, доцент Л.А. Хасин1 А.Л. Дроздов2
1Московская государственная академии физической культуры (МГАФК), Москва
2Научно-исследовательский институт информационных технологий, Малаховка, Московская область
CALCULATION OF KINEMATIC AND DYNAMIC CHARACTERISTICS OF LIFTING A BAR TO THE CHEST WHEN PERFORMING A CLEAN AND JERK
PhD, Associate Professor L.A. Hasin1 A.L. Drozdov2
1Moscow State Academy of Physical Culture (MGAFK), Moscow
2Research Institute of Information Technologies (NIIT MGAFK), Malakhovka, Moscow region
Аннотация
Цель исследования - разработка методики расчета проекций на фронтальную плоскость горизонтальных составляющих биомеханических характеристик движения спортсмена и штанги при подъеме штанги на грудь. Методика и организация исследования. Применялась скоростная съемка (250 к/с) подъема штанги на грудь одной камерой. Подъем штанги 180 кг на грудь выполнялся мастером спорта.
Результаты исследования и выводы. Предложенная методика позволяет рассчитывать горизонтальные составляющие перемещений спортсмена и штанги, а также находить горизонтальные составляющие сил, приложенных спортсменом к штанге при подъеме штанги на грудь, и угловые скорости поворотов туловища.
Ключевые слова: подъем штанги на грудь, фазовая структура, анализ техники, пространственно-временные, кинематические и динамические характеристики, скоростная видеосъемка.
Abstract
Objective of the study was to develop a methodology for calculating the projections on the frontal plane of the horizontal components of the biomechanical characteristics of the movement of an athlete and the barbell when lifting the barbell to the chest.
Methods and structure of the study. High-speed shooting (250 fps) of lifting the barbell to the chest with one camera was used. Lifting the barbell 180 kg to the chest was performed by a master of sports.
Results and conclusions. The proposed method makes it possible to calculate the horizontal components of the movements of the athlete and the barbell, as well as to find the horizontal components of the forces applied by the athlete to the barbell when lifting the barbell to the chest, and the angular velocities of the body turns.
Keywords: chest lift, phase structure, technique analysis, spatio-temporal, kinematic and dynamic characteristics, high-speed video filming.
□ и
£ г. CL
4—
О OJ и
CL ' -о с
га
^
О (U .с Н
Введение. Необходимым компонентом анализа техники подъема штанги на грудь является определение горизонтальных сил взаимодействия спортсмена со штангой. Анализ научно-методической литературы показал, что методика расчета проекций горизонтальных составляющих биомеханических характеристик подъема штанги на грудь на фронтальную плоскость представлена фрагментарно. В настоящей работе представлена методика расчета проекций вышеперечисленных характеристик на фронтальную плоскость для каждого момента времени. Пространственно-временные, кинематические и динамические характеристики подъема штанги на грудь с применением математического моделирования и скоростной видеосъемки изучались в [3-6] и др.
Проводилась оценка горизонтальных сил от момента отрыва до фиксации штанги «в седе», включая отбив и фазу амортизации, финальный разгон и т.д. Для расчета горизонтальных сил взаимодействия спортсмена со штангой при
отбиве используется математическое моделирование [3]. Рассмотрены силы взаимодействия спортсмена со штангой в безопорной фазе и в момент фиксации штанги. Рассчитаны изменения угла наклона туловища к горизонту и угловой скорости туловища.
Цель исследования - разработка методики расчета проекций на фронтальную плоскость горизонтальных составляющих биомеханических характеристик движения спортсмена и штанги при подъеме штанги на грудь.
Методика и организация исследования. Применялась скоростная съемка (250 к/с) подъема штанги на грудь одной камерой. Съемка проводилась «в торец» штанги, оптическая ось камеры направлена параллельно грифу. Расчет биомеханических характеристик проводился по оцифрованным координатам ряда точек на туловище спортсмена и на конце грифа штанги. Маркировка и оцифровка точек производились с помощью программы МахТгаск. Для расчета координат и скорости движения отмаркированных точек использова-
12
http://www.teoriya.ru
№10 • 2023 Октябрь | October
лось разработанное в НИИТ МГАФК ПО [1, 2]. Подъем штанги 180 кг на грудь выполнялся МС М-ым.
Результаты исследования и их обсуждение. Для описания техники использовались фазовая структура подъема штанги на грудь (рис. 1) и графики горизонтального перемещения конца грифа штанги и точки на верхней части спины спортсмена (рис. 2), сил взаимодействия спортсмена со штангой (рис 3). На рис. 2 и 3 ось абсцисс направлена слева направо. Для вычисления поворотов туловища использовалась точка в нижней части спины спортсмена.
В момент начала фазы предварительного разгона (т. «а» на рис. 2, кадр 1 на рис. 1) горизонтальная координата конца грифа имеет начальное значение 1,146 м. При выполнения предварительного разгона горизонтальная координата уменьшается (огибание коленей штангой) и достигает
минимального значения 1,121 м в момент времени 0,448 с. До конца фазы предварительного разгона спортсмен перемещает штангу на себя, и горизонтальная координата в конце фазы (т. «Ь» на рис. 2, кадр 2 на рис. 1) достигает значения 1,142 м. Увеличение горизонтальной координаты конца грифа продолжается до начала отбива штанги (т. «с» на рис. 2, кадр 4 на рис. 1) до значения 1,154 м в момент времени 0,66 с. Во время отбива горизонтальная координата конца грифа достигает максимального значения 1,166 м в момент времени 0,696 с, после чего начинает уменьшаться (двигается влево) и в конце отбива (т. на рис. 2, кадр 5 на рис. 1) достигает значения 1,12 м. Монотонное уменьшение горизонтальной координаты конца грифа продолжается до начала первого опорного подседа (кадр 6 на рис. 1, 1=0,844 с) до значения 1,065 м и далее до начала безопорной
Рис. 1. Фазовая структура подъема штанги на грудь. М-в, вес штанги 180 кг
№10 • 2023 Октябрь | ОСоЬег
http://www.tEoriya.ru
□ и
£ г. CL
ч—
О 0J и
CL ' -о с
га
^
о
(U .с Н
Рис. 2. Графики зависимости горизонтальных координат конца грифа штанги и точки на туловище спортсмена от времени
Рис. 3. График зависимости горизонтальных сил, приложенных спортсменом к штанге от времени
фазы (т. «е» на рис. 2, кадр 7 на рис. 1) до значения 1,06 м. После начала безопорной фазы в момент времени 1=0,952 с координата конца грифа начинает увеличиваться, в конце безопорной фазы (т. «Ь на рис. 2, кадр 8 на рис. 1) достигает значения 1,065 м и далее продолжает расти до значения 1,104 м в момент времени 1,196 с.
В процессе выполнения подъема штанги на грудь наблюдается горизонтальное перемещение верхней части туловища и поворот туловища. Перемещение верхней части туловища является суммой поворота туловища и плоскопараллельного перемещения. Значительный поворот туловища, главным образом, начинается после окончания предварительного разгона и продолжается до конца финального разгона. Величина поворота составляет 74 град. Во время предварительного разгона перемещение верхней части туловища и штанги практически синхронно. После отбива перемещения штанги и спортсмена происходят разнонаправленно до начала безопорной фазы. Во время безопорной фазы расстояние между спортсменом и штангой уменьшается.
Динамика взаимодействия спортсмена со штангой представлена рис. 3. В фазе предварительного разгона сила меняется незначительно и вычисляется по формуле F=mxa, где т - масса штанги, а - ускорение конца грифа. В конце фазы амортизации происходит увеличение горизонтального ускорения конца грифа, сила взаимодействия увеличивается до 345 N. В момент времени 0,66 с начинается отбив штанги. Максимальная сила при отбиве достигает значения 1919 N. Продолжительность отбива - 0,092 с. После отбива происходит возникновение сил взаимодействия спортсмена со штангой. На штангу действует положительная сила (рис. 3), на спортсмена - такая же сила с противоположным знаком. В безопорной фазе сила, действующая на штангу, незначительна. При выполнении второго опорного подседа возникают разнонаправленные силы, действующие на спортсмена и штангу, модуль которых равен 240 Н.
Выводы. Разработана методика расчета горизонтальных сил взаимодействия спортсмена и штанги при подъеме штанги на грудь, а также горизонтальных перемещений конца грифа штанги и спортсмена. При подъеме штанги на грудь горизонтальные составляющие сил и перемещений штанги бывают разнонаправленным. Такие движения наблюдаются: а) в фазе отбива - спортсмен и штанга перемещаются в противоположных направлениях; б) в финале подъема штанги на грудь -спортсмен и штанга перемещаются навстречу друг к другу.
Литература
1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017613826 Российская федерация. Расчет кинематических и динамических характеристик движения штанги № 2015660178: заявка № 2017610836 от 01.02.2017: опубл. (зарег.) 03.04.2017 / Л.А. Хасин, С.Б. Бурьян.
2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022682211 Российская федерация. Расчет пространственно-временных, кинематических и динамических характеристик движения штанги и поворотов грифа штанги при выполнении подъема на грудь на основе скоростной 3D съемки четырьмя видеокамерами: Заявка № 2022668998 от 12.10.2022: опубл. (зарег.) 2022682211, 21.11.2022 / Л.А. Хасин, А.Л. Дроздов.
3. Хасин Л.А. Расчет горизонтальных сил, прикладываемых спортсменом к штанге, при выполнении рывка с применением скоростной видеосъемки и математического моделирования / Л.А. Хасин, С.Б. Бурьян // Теория и практика физической культуры. - 2019.
- № 6. - С. 29-31.
4. Хасин Л.А. Методика расчета сил, прикладываемых спортсменом к штанге при выполнении толчка, использующая математическое моделирование и алгоритмы фильтрации / Л.А. Хасин, С.Б. Бурьян, А.Л. Дроздов // Ученые записки университета им. П.Ф. Лес-гафта. - 2019. - № 1 (167). - С. 307-312.
5. Хасин Л.А. Фазовая структура и анализ техники подъема штанги на грудь по результатам скоростной 3d съемки и математического моделирования / Л.А. Хасин, А.Л. Дроздов // Теория и практика физической культуры. - 2022. - № 11. - С. 46-48.
6. Хасин Л.А. Анализ толчка от груди. Фаза «подсед» / Л.А. Хасин, А.Л. Дроздов // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта.
- 2020. - № 6 - (184). - С. 381-386.
References
1. Khasin L.A., Buryan S.B. Svidetelstvo o gosudarstvennoy registratsii programmy dlya EVM № 2017613826 Rossiyskaya federatsiya. Raschet kinematicheskikh i dinamicheskikh kharakteristik dvizheniya shtangi № 2015660178 [Certificate of state registration of the computer program No. 2017613826 Russian Federation. Calculation of the kinematic and dynamic characteristics of the movement of the rod No. 2015660178]. Application No. 2017610836 dated 01.02.2017: publ. (registered) 04.03.2017
2. Khasin L.A., Drozdov A.L. Svidetelstvo o gosudarstvennoy registratsii programmy dlya EVM № 2022682211 Rossiyskaya federatsiya. Ra-schet prostranstvenno-vremennykh, kinematicheskikh i dinamicheskikh kharakteristik dvizheniya shtangi i povorotov grifa shtangi pri vypolnenii podyema na grud na osnove skorostnoy 3D syemki chetyrmya video-kamerami [Certificate of state registration of the computer program No. 2022682211 Russian Federation. Calculation of spatio-temporal, kinematic and dynamic characteristics of the movement of the barbell and turns of the barbell bar during the lift on the chest based on high-speed 3D shooting with four video cameras]. Application No. 2022668998 dated 10.12.2022: publ. (reg.) 2022682211, 11.21.2022
3. Khasin L.A., Buryan S.B. Raschet gorizontalnykh sil, prikladyvayemykh sportsmenom k shtange, pri vypolnenii ryvka s primeneniyem skorostnoy videosyemki i matematicheskogo modelirovaniya [Calculation of the horizontal forces applied by an athlete to the bar when performing a snatch using high-speed video filming and mathematical modeling]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. 2019. No. 6. pp. 29-31.
4. Khasin L.A., Buryan S.B., Drozdov A.L. Metodika rascheta sil, prikladyvayemykh sportsmenom k shtange pri vypolnenii tolchka, ispolzuyushchaya matematicheskoye modelirovaniye i algoritmy filtratsii [A method for calculating the forces applied by an athlete to the bar during a push, using mathematical modeling and filtering algorithms]. Uchenye zapiski universiteta im. P.F. Lesgafta. 2019. No. 1 (167). pp. 307-312.
5. Khasin L.A., Drozdov A.L. Fazovaya struktura i analiz tekhniki podyema shtangi na grud po rezultatam skorostnoy 3d syemki i matematicheskogo modelirovaniya [Phase structure and analysis of the technique of lifting the barbell to the chest based on the results of high-speed 3d shooting and mathematical modeling]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. 2022. No. 11. pp. 46-48.
6. Khasin L.A., Drozdov A.L. Analiz tolchka ot grudi. Faza «podsed» [Chest thrust analysis. Phase "hooked"]. Uchenye zapiski universiteta im. P.F. Lesgafta. 2020. No. 6 (184). pp. 381-386.
http://www.teoriya.ru
№10 • 2023 Октябрь | October
