В биомеханике используют показатель, который называется коэффициентом механической эффективности (К_мэ), равный отношению выполненной механической работы к общим энергозатратам (Э_з):

К_мэ = А_мех : Э_з

Этот показатель аналогичен коэффициенту полезного действия в технике. Но особенностью К_мэ, присущей живым организмам, является то, что кроме энергозатрат на полезное механическое движение живому организму приходится тратить энергию на поддержание функционирования самого организма:

- на основной обмен;

- активность физиологических систем (прежде всего дыхательной и циркуляторной) при мышечной деятельности;

- активность мышц, не участвующих в движении, но обеспечивающих поддержание равновесия, сохранения позы и т.д.;

- работу мышц по преодолению внутреннего трения в суставах, сопротивления разгибателей.

Проводили множество экспериментальных исследований по оценке К_мэ в следующих физических упражнениях:

- ходьба (4-7 км/ч) - К_мэ = 0,35-0,40;

- бег (3-9,2 м/с) - К_мэ = 0,45-0,75;

- велосипедное педалирование - К_мэ = 0,22-0,25.

Коэффициент механической эффективности можно использовать как один из критериев совершенствования в движениях: его рост подтверждает правильность методической организации тренировочного процесса конкретного спортсмена.

Биомеханика двигательных качеств

Биомеханические основы выносливости

См. стр. 89-95 УЧЕБНИКА

Биомеханическая характеристика скоростных качеств

См. стр. 95-98 УЧЕБНИКА

Биомеханическая характеристика гибкости

См. стр. 98-100 УЧЕБНИКА

Биомеханическая характеристика силовых качеств

См. стр. 100-103 УЧЕБНИКА

Биомеханика устойчивости

В ФУ человеку нередко бывает необходимо сохранять неподвижное положение тела: исходные (стартовые и др.), конечные (фиксирование штанги после ее поднятия и т.п.), промежуточные (упор углом на кольцах и др.). Во всех таких случаях тело человека как биомеханическая система находится в равновесии. В равновесии могут находиться и внешние тела, связанные с человеком, сохраняющим положение (например, штанга, партнер в акробатике). Для сохранения положения тела нужно закрепить звенья в суставах и не допускать, чтобы внешние силы изменяли его местоположение, ориентацию в пространстве (исключить перемещения и повороты) и связь с опорой. Названные задачи решаются посредством уравновешивания действующих на человека сил и их моментов.

К биомеханической системе могут быть приложены силы тяжести, реакции опоры, веса, мышечные тяги, а также усилия партнера или противника и др. Все силы могут действовать как возмущающие (нарушающие положение) и как уравновешивающие (сохраняющие положение), в зависимости от положения звеньев тела относительно их опоры.

На примере силы тяжести, реакции опоры, силы мышечной тяги рассмотреть конкретные случаи (рис.)

Виды равновесия тела определяются по действию силы тяжести в случае сколь угодно малого отклонения в положении тела:

1) устойчивое – возвращение тела в прежнее положение при любом отклонении – характерно для верхней опоры (рис.), ЦМ поднимается вверх;

2) ограниченно-устойчивое – возвращение тела в прежнее положение только при отклонении в определенных границах – при нижней опоре, когда тело можно отклонять лишь до тех пор, пока линия тяжести не дойдет до до границы площади опоры (рис.);

3) неустойчивое – обязательное опрокидывание при малейшем отклонении – при нижней опоре (для человека практически не существует);

4) безразличное – ЦМ не меняет высоты расположения – у человека такое равновесие только в невесомости.

Степень устойчивости тела человека в разных положениях характеризуется:

1. Статистическим показателем – коэффициентом устойчивости (способностью сопротивляться нарушению устойчивости в определенных направлениях). Коэффициент равен отношению (делению) момента устойчивости (произведение силы тяжести тела на ее плечо) к моменту опрокидывания.

2. Динамическим показателем – углом устойчивости (способностью восстанавливать положение). Угол устойчивости образован линией действия силы тяжести и прямой, соединяющей центр тяжести с соответствующим краем площади опоры (рис.). Для того, чтобы отклонить тело до положения, когда его ЦМ окажется над линией опрокидывания и возникает неустойчивое равновесие, нужно повернуть его в соответствующей вертикальной плоскости на определенный угол (φ). Угол устойчивости показывает, в каких пределах еще действует момент устойчивости.

Не следует смешивать вид равновесия со степенью устойчивости. Вид равновесия определяет лишь основы сохранения положения. Показатели же устойчивости определяют меру возможностей сохранения положения.

Для тела человека при оценке устойчивости положения надо учитывать еще ряд обстоятельств:

1. Поверхность опоры больше площади эффективной опоры. Значит линия опрокидывания всегда расположена внутри границы поверхности опоры. Мягкие ткани и недостаточно сильные мышцы не могут уравновесить нагрузку, и опрокидывание будет раньше, чем линия тяжести пересечет край опорной поверхности.

2. Тело человека при попытке опрокидывания чаще всего не сохраняет позы, а изменяет свою конфигурацию, его звенья перемещаются в суставах.

С точки зрения задачи уравновешивания сил можно выделить три виды статической работы мышц:

1) удерживающая работа – против момента силы тяжести; моментами сил тяги мышц уравновешены моменты силы тяжести звеньев;

2) укрепляющая работа – против сил тяжести, действующих на разрыв; силы мышц тяги укрепляют сустав, принимают на себя нагрузку;

3) фиксирующая работа – против сил тяги мышц-антагонистов и других сил; силы мышечной тяги лишают звено возможностей движения, действуя друг против друга по направлению, но совместно – по задаче.

Итак, устойчивость тела человека определяется его возможностями активно уравновешивать возмущающие силы, останавливать начинающееся отклонение и восстанавливать положение.

Условия устойчивости тела человека:

1. Главный вектор и главный момент внешних сил должны быть равны нулю.

2. Все внутренние силы обеспечивали сохранение позы – все суставы должны быть зафиксированы мышцами (рис.).

3. Вектор тяжести должен лежать в пределах оптимальной площади опоры.