Часто при исследовании механических свойств тела человека и его отдельных элементов не учитывается влияния сухожилий. Сухожилия нередко рассматривают как абсолютно нерастяжимую, гибкую часть мышцы. А сухожилия способны амортизировать резкие толчки и обладают жестко-демпфирующими свойствами.
Прочность сухожилий превышает прочность мышц в 2 раза. Сухожилия человека разрываются в основном в месте крепления к мышцам.
Сила, скорость и экономичность движений зависят от того, в какой степени человеку удается использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения могут быть повышены за счет использования упругих сил, экономичность — за счет использования рекуперации (повторного использования) механической энергии и уменьшения потерь на рассеивание.
Кроме того, необходимо знать, что с возрастанием скорости активного сокращения мышцы величина ее предельного напряжения уменьшается и наоборот, т. е. для того чтобы нанести как можно более быстрый (резкий) удар (рукой или ногой), необходимо предварительно как можно больше расслабить ту часть тела, которой этот удар наносится. Создание точки опоры и рациональное использование рычагов тела для полноценного направления энергии удара в выбранную точку, а также выключение избыточных степеней свободы в суставах бьющей конечности за счет вращательного движения вдоль длинных рычагов позволяют в полной степени использовать скоростные свойства мышц.
Биомеханические свойства мышц в решающей мере влияют на это. Общеизвестно, что в прыжках вверх с места, выполняемых из приседа после паузы, результат будет ниже, чем в прыжке из приседа без паузы, так как во втором случае используются силы упругой деформации предварительно растянутых мышц. Эта энергия складывается с энергией сокращения мышц. Считается, что рекуперация энергии упругой деформации является основной причиной высокой экономичности бега человека, прыжков кенгуру.
В мышечных и сухожильных структурах может накапливаться значительное количество энергии упругой деформации. Однако накопленная энергия упругой деформации не всегда используется в полной мере. Степень ее использования зависит от условий выполнения движений, в частности, от времени между растяжением и укорочением мышцы. Необходимо научиться правильно использовать эту энергию при действиях в рукопашном бою.
В процессе тренировок надо учитывать, что механическая прочность сухожилий и связок увеличивается сравнительно медленно. При форсированном развитии скоростно-силовых качеств может возникнуть несоответствие между возросшими скоростно-силовыми возможностями мышечного аппарата и недостаточной прочностью связок и сухожилий. Это грозит потенциальными травмами. Поэтому во время тренировок необходимо обращать внимание на укрепление сухожильно-связочного аппарата. Это достигается объемной тренировочной работой невысокой интенсивности. Желательно, чтобы движения выполнялись с максимально возможной для данного сустава амплитудой и во всех направлениях.
Кроме всего сказанного существует еще одна функция связочно-суставного аппарата, которая реализуется в ходе деятельности мышц. Связки создают своеобразные «связочные браслеты» и «кольца» в области крупных и мелких суставов, особенно там, где функция сустава требует изменения направления мышечной тяги и приложения усилия к тянущему сухожилию: над лодыжками, на запястьях, межфаланговые суставы. Эти «перехваты» образуют подобие механических блоков, перенаправляющих и умножающих мышечное усилие. Снижение упругости связочного аппарата этой области приводит к тому, что сила мышцы используется нерационально, не до конца. Этот резерв можно использовать, искусственно усилив связочное кольцо. Например, если простейшим лейкопластырем усилить (просто обмотать) последовательно плюсневые суставы (в самом широком месте стопы), лодыжечные (сразу над лодыжкой), коленный — сразу выше надколенника, а еще и тугим бинтованием создать простейшее подобие «пояса штангиста», то человек сможет поднять вес, значительно превышающий его обычные способности.
Структура ударов и их биомеханика
Элементом двигательного действия является временная структурная единица — фаза.
Фаза — это последовательность двигательных действий, решающая конкретную двигательную задачу; меняется двигательная задача — меняется фаза. Введение данного понятия позволяет разложить сложный двигательный акт на составляющие, что важно как для его анализа, так и в процессе обучения. Особенно это важно при рассмотрении быстропро-текающих и кратковременных процессов, например таких, как удар.
В рукопашном бою ударные элементы являются одной из важных составляющих, поэтому рассмотрению этого понятия — «удар» — и связанным с ним процессам стоит уделить серьезное внимание.
Удар как физическое явление — это кратковременное взаимодействие двух (или более) тел, при котором возникают большие по величине силы.
В биомеханике различают следующие фазы удара:
1. Замах — движение, предшествующее ударному движению и приводящее к увеличению расстояния между ударным звеном тела и предметом, по которому наносится удар. Эта фаза наиболее вариативна.
2. Предударное движение — от конца замаха до начала удара.
3. Ударное взаимодействие (или собственно удар) — столкновение ударяющихся тел.
4. Послеударное движение — движение ударного звена тела после прекращения контакта с предметом — целью, по которой наносится удар.
Главной фазой является ударное взаимодействие, которое характеризуется импульсом силы. Импульс силы равен произведению силы на время действия силы (в поступательном движении); это мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (рис. 3).
Графически импульс силы определяется площадью под кривой зависимости силы от времени (t и t2 — моменты времени, соответствующие началу и концу ударного взаимодействия; t = t2 - tl). Данный график показывает, что эргономически не выгодны концентрированные, мощные и редкие удары, а более рационально использование действий, использующих не более 1/4 физического потенциала бойца, но при этом сохраняющих его работоспособность в течение всего промежутка схватки. В механике удары делятся на:
– центральные (если тела до удара движутся вдоль прямой, проходящей через их центры масс);
– прямые (если скорость V центра масс тела в начале удара направлена по нормали п в направлении к другому телу);
– косые (если вектор скорости центра масс отличен от нормали).
Теория удара разработана И. Ньютоном. В процессе ударного взаимодействия происходит механическая деформация тела; кинетическая энергия движения переходит в потенциальную энергию упругой деформации, затем эта энергия вновь частично превращается в кинетическую энергию движения, а частично рассеивается (переходит в тепло). В зависимости от того, каковы потери на рассеяние энергии упругой деформации, удары делятся на:
а) вполне упругие (отсутствуют потери на рассеяние, например, удар по бильярдному шару);
б) не вполне упругие (лишь часть энергии упругой деформации переходит в кинетическую энергию; например, удары в спортивных играх по мячу);
в) неупругие (энергия упругой деформации вся переходит в тепло, например, удары в боксе, каратэ, приземления в прыжках, соскоках).
В теории удара в механике предполагается, что удар происходит настолько быстро и ударные силы настолько велики, что всеми остальными силами можно пренебречь. Однако многие действия в рукопашном бою нельзя рассматривать как «чистый» удар и в них такие допущения не оправданы.
Время удара в рукопашном бою (да и в таких видах спорта, как бокс, каратэ и т. п.) хотя и мало, но пренебречь им нельзя; путь ударного взаимодействия, по которому во время удара движутся вместе соударяющиеся тела (например, в спортивном рукопашном бое, боксе и т. п.), может достигать 20-30 см.
В таких случаях ударное взаимодействие внешне проявляется как сложное движение, т. е. включает в себя элементы как поступательного, так и вращательного движения, т. е. фаза ударного взаимодействия, характеризуется суммой импульса силы и импульса момента силы:
F*t + Mf*t, где: Mf — момент силы, t — время действия момента силы.
При совершении во время удара кроме поступательного еще и вращательного движения ударной поверхности, телу, по которому наносится удар, передается механическое движение в виде вращательного. В этом случае увеличивается так называемая ударная масса. Величина ее не постоянна. Если, например, выполнять удар за счет сгибания кисти или с расслабленной кистью, то тело, по которому ударяют, будет взаимодействовать только с массой кисти. Если же в момент удара ударяющее звено закреплено активностью мышц-антагонистов (сочленение «кисть-предплечье») и представляет собой как бы единое твердое тело, то в ударном взаимодействии будет принимать участие масса всех жестко закрепленных звеньев. Можно не отличаться большой мышечной массой, но владеть при этом очень сильным ударом. По этому принципу наносятся удары в восточных единоборствах, где, к примеру, происходит «стопорение» запястного сустава мышцами непосредственно перед моментом соударения. Однако выключить избыточную степень свободы в суставе можно и за счет вращательного движения. Чем больше элемент вращательного движения, тем больше «ударная» масса и тем более сильный удар можно нанести. Таким образом, в рукопашном бою удар, в основном, имеет целью обеспечить большую силу ударного взаимодействия и за счет заданной траектории движения обеспечить попадание в конкретную конечную точку. Обеспечить большую силу удара можно, во-первых, за счет придания максимальной скорости ударяющему звену в момент ударного взаимодействия и, во-вторых, за счет увеличения «ударной» массы.
