Динамическая анатомия. Сила реакции опоры

Общие вопросы анатомического анализа положений и движений спортсмена. Рассматривая с точки зрения анатомии какое-либо положение или движение тела, взятое из практики спорта, мы неизбежно используем также данные смежных с анатомией наук. Необходимо хорошо знать как технику выполнения разбираемого движения, так и основы теоретической механики. Без этого будет непонятно соотношение между внешними и внутренними силами, действующими на тело спортсмена. В задачу анатомического анализа входят, главным образом, определение этих соотношений и специальное изучение его внутренних сил - сил его двигательного аппарата.

Все положения и перемещения тела в пространстве происходят под влиянием двух групп сил: внешних и внутренних.

Характеристика внешних сил. По отношению к человеческому телу, взятому в целом, внешними являются силы, приложенные к телу извне. К ним относятся:

- сила тяжести;

- сила реакции опоры;

- сила трения;

- сила сопротивления внешней среды;

- сила инерции.

Сила тяжести - это сила, которая действует на тело в поле земного притяжения. Как всякая сила, она должна иметь размеры, направление и точку приложения. На поверхности земли сила тяжести равна массе тела. Направлена она всегда вертикально вниз, перпендикулярно горизонту. Точка приложения - общий центр тяжести тела, являющийся равнодействующей отдельных сегментов тела, а их всего 14.

Общая масса тела распределяется между его сегментами следующим образом:

- голова - 7%;

- туловище - 43%;

- верхних конечностей 6%Г2:

- плечо - 3%,

- предплечье - 2%,

- кисть - 1%;

- нижние конечности 19%Г2:

- бедро - 12%,

- голень - 5%,

- стопа - 2%.

При движении вниз сила тяжести является силой движущей, при движении вверх - тормозящей, при движении по горизонтали - нейтральной. Сила тяжести - постоянный раздражитель рецепторного и вестибулярного аппаратов, обеспечивающих координацию движений и сохранение определенной позы. В космосе сила тяжести тела отсутствует, наступает состояние невесомости, при котором обычные для человека движения трудно совершать.

Сила реакции опоры - это сила, действующая на тело со стороны опоры при давлении на нее. Сила реакции опоры при вертикальном положении тела равна силе тяжести, но противоположна ей по направлению (рис. 146).

При ходьбе, беге, прыжках в длину сила реакции опоры направлена к телу под углом от опорной поверхности и может быть разложена по правилу параллелограмма на две составляющие - вертикальную и горизонтальную (силу нормального давления и силу трения).

Сила трения - это сила, которая возникает при контакте между телами или при движении тела. Она действует на поверхности контакта в противоположную сторону направления движения. Без силы трения невозможно любое перемещение тела. Для увеличения силы трения создаются необходимые условия, например, тартановые покрытия беговых дорожек, шипованная подошва на спортивной обуви и др.

Сила сопротивления внешней среды - сила, возникающая при движении тела в воздушной или водной среде. Она зависит от площади лобового сопротивления, скорости движения и плотности среды. С уменьшением лобовой поверхности она уменьшается. Лобовую поверхность можно уменьшить, приняв более выгодную позу, надев обтекаемый костюм, и т.д.

Сила инерции - сила, возникающая при движении тела с ускорением. В практике спорта необходимо учитывать эту силу, так как рациональное ее использование позволяет экономить мышечную энергию: у метателей - при баллистической работе мышц, у бегунов - при переносе конечностей.

• Центростремительная сила - это сила инерции, возникающая при движении тела по окружности и направленная к центру вращения.

• Центробежная сила - это сила инерции, возникающая при движении тела по окружности и направленная от центра вращения. Обе силы равны по величине, но противоположны по направлению. Например, спортсмен вращает молот, прикрепленный к тросу. Спортсмен ощущает при этом силу, приложенную к руке и тянущую ее наружу. Для удержания предмета на окружности спортсмен (посредством троса) тянет его внутрь. На предмет действует центростремительная сила, а на трос - центробежная.

Если внешние силы, действующие на тело, уравновешены, то оно находится в покое. В противном случае тело перемещается в сторону равнодействующей силы. Каждая из внешних сил может быть как движущей, так и тормозящей. Так, сила попутного ветра при ходьбе или беге является движущей силой, а сила встречного ветра - тормозящей.

Характеристика внутренних сил. Внутренними силами являются те, которые возникают в самом теле и обуславливают взаимодействие между звеньями или точками какой-либо системы. Однако понятие это условное. Так, при движении тела мышцы являются внутренней силой, при движении одной части тела относительно другой (сгибание предплечья в локтевом суставе) - внешней. Внутренние силы делятся на активные и пассивные.

К активным силам относится сила сокращения скелетных мышц. Сила мышц определяется в свою очередь:

- физиологическим поперечником;

- площадью начала и прикрепления;

- видом рычага, в котором происходит движение.

Поскольку большинство мышц действуют на сустав на некотором расстоянии от него, они имеют плечо рычага, и поэтому правильнее говорить не о силе мышц, а о моменте вращения мышечной силы (произведению величины силы на ее плечо).

К пассивным силам относятся сила эластической тяги мягких тканей (связок, фасций), сила сопротивления хрящей, костей, сила молекулярного сцепления синовиальной жидкости.

Анализируя работу пассивной и активной частей опорно-двигательного аппарата при различных положениях тела, необходимо учитывать следующее. При различных стойках сила тяжести, направленная вниз, действует всегда на сжатие и стремится согнуть или разогнуть отдельные звенья тела в зависимости от того, спереди или сзади проходит вертикаль силы тяжести. В отдельных случаях, когда вертикаль проходит через середину сустава, внутренние силы не включаются в работу (момент вращения мышечной силы равен нулю). При положениях тела в висе сила тяжести действует на растяжение, стремясь оторвать тело от перекладины, разорвать все звенья тела в суставах.

Понятие об общем центре тяжести. Общий центр тяжести (ОЦТ) слагается из центров тяжести отдельных звеньев тела, или парциальных центров тяжести (табл. 16).

Определение ОЦТ играет важную роль при решении различных вопросов механики движений. Например, равновесие тела и степень устойчивости тела определяются положением ОЦТ. Положение ОЦТ является также одним из показателей телосложения человека (рис. 147).

Когда речь идет о живом человеке, то подразумевается не геометрическая точка, а сфера величиной 5-10 мм, расположенная в положении стойки в области малого таза на уровне V поясничного - I крестцового позвонка. Индивидуальные колебания высоты ОЦТ очень заметные и зависят от пола, возраста, телосложения человека, времени суток и др. У женщин в положении стоя ОЦТ обычно находится ниже, чем у мужчин. У детей высота ОЦТ расположена выше, чем у взрослых.

Понятие о площади опоры. Площадь опоры - это площадь всех частей тела, которыми мы опираемся на опору и пространство, заключенное между ними (рис. 148).

Величина площади опоры при различных статических положениях тела спортсмена заметно варьирует. Так, в стойке на фигурном коньке она равна площади соприкосновения лезвия конька со льдом, а в висе на перекладине площадь опоры равна площади соприкосновения кистей рук с перекладиной и пространством между ними.

Виды равновесия тела. В механике различают три вида равновесия твердого тела: устойчивое, неустойчивое и безразличное Устойчивым называется равновесие, при нарушении которого ОЦТ тела повышается. В устойчивом равновесии находится гимнаст в висе на перекладине.

Неустойчивым называется равновесие, при нарушении которого ОЦТ понижается. Безразличное равновесие характеризуется тем, что при любом положении ОЦТ над площадью опоры остается постоянной.

В большинстве видов физических упражнений мы встречаемся с ограниченно устойчивым равновесием (стойки, седы и упоры).

Характеристика степени устойчивости тела. Степень устойчивости тела зависит от высоты ОЦТ и величины площади опоры. Чем больше площадь опоры и чем ниже ОЦТ, тем выше степень устойчивости тела (рис. 149).

Количественным выражением степени устойчивости является угол устойчивости. Угол устойчивости - это угол, образованный вертикалью силы тяжести и касательной, проведенной к краю опоры. Чем больше угол устойчивости, тем выше степень устойчивости.

При симметричном положении тела вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит через центр площади опоры. Углы устойчивости будут одинаковыми. Примером такого положения является упражнение «шпагат».

При асимметричном положении тела вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, перемещается к одному из краев площади опоры. Углы устойчивости при таком положении будут разными. При выведении тела из равновесия движение произойдет в сторону наименьшего угла. Например, положение в «упоре лежа».