ЛК 1. БИОМЕХАНИКА

1.

Куликова Марина Викторовна,
кандидат педагогических наук, доцент

2. Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: bios - жизнь и mexane - орудие. Биомеханика - это наука изучающая

История становления и развития
биомеханики
Термин биомеханика составлен из двух греческих
слов:
bios - жизнь и mexane - орудие.
Биомеханика - это наука изучающая
закономерности механического движения в
живых системах.

3. Первый научный трактат по биомеханике «De Motu Animalium» написан Аристотелем, которого интересовали закономерности движения

История становления и развития
биомеханики
Первый научный трактат по биомеханике
«De Motu Animalium» написан Аристотелем,
которого интересовали закономерности
движения наземных животных и человека.
Витрувианский
человек
Леонардо да Винчи:
«Наука механика потому столь
благородна и полезна более всех
прочих наук, что, как оказывается,
все живые существа, имеющие
способность к движениям,
действуют по ее законам».

4. Физиолог И.М. Сеченов в 1901г. опубликовал книгу «Очерк рабочих движений человека», в которой впервые рассмотрел некоторые

История становления и развития
биомеханики
Физиолог И.М. Сеченов в 1901г.
опубликовал книгу «Очерк рабочих
движений человека», в которой впервые
рассмотрел некоторые вопросы
биомеханики.
П.Ф. Лесгафт в 1877 году разработал курс
«Теория телесных движений», из которого позже
возникла новая учебная дисциплина «Теория
движения», переименованная в дальнейшем в
«Биомеханику физических упражнений».

5. Н.А. Бернштейн (1899-1966 гг.) разработал многоуровневую теорию построения движений, согласно которой каждая двигательная

История становления и развития
биомеханики
Н.А. Бернштейн (1899-1966 гг.) разработал
многоуровневую теорию построения движений,
согласно которой каждая двигательная задача в
зависимости от содержания и смысловой
структуры осуществляется на том или ином
ведущем уровне:
1.
2.
3.
4.
5.
- уровень тонуса
- уровень штампов
- уровень пространственного поля
- уровень предметных действий
- уровень интеллектуальных действий

6.

Цель биомеханики двигательных
действий
• повышение эффективности двигательных
действий человека и предупреждение
травм при выполнении двигательных
действий и уменьшение их последствий

7.

ЗАДАЧИ БИОМЕХНИКИ
1. Разработка биомеханических критериев и оценка двигательных действий
спортсмена с точки зрения их эффективности в решении двигательных задач
2. Разработка новых вариантов техники и оценка их эффективности
3. Моделирование новых двигательных действий и оценка возможности их
выполнения человеком
4. Разработка и биомеханически целесообразных тренажёров для занятий
физкультурно-спортивной деятельностью, совершенствование спортивного
инвентаря.
5. Оценка правильности существующей техники и выявление ошибок,
которые могут привести к травмам.
6. Разработка снаряжения спортсмена, способствующего предупреждению и
устранению травм.

8. Биомеханическая система – это упрощенная копия, модель тела человека, на которой можно изучать закономерности движений

4
1
Человек
как биомеханическая система
3
2
2
1
3
5
4
4
3
Биомеханическая система
– это упрощенная копия,
модель тела человека, на
которой можно изучать
закономерности движений
2
3
4
2
1

9. Биомеханическая система тела человека состоит из биомеханических цепей, т.е. множества частей тела, соединенных подвижно.

4
1
Человек
как биомеханическая система
3
2
2
1
3
5
4
4
3
2
Биомеханическая система тела
человека состоит из биомеханических
цепей, т.е. множества частей тела,
соединенных подвижно.
Соединенные два соседних звена тела
образуют пару, а пары, в свою
очередь, соединены в цепи.
3
4
2
1

10. Разбиение тела человека на звенья позволяет представить эти звенья как механические рычаги и маятники, потому что все эти

Человек
как биомеханическая система
Разбиение тела человека на звенья позволяет представить эти
звенья как механические рычаги и маятники, потому что все
эти звенья имеют точки соединения, которые можно
рассматривать либо как точки опоры (для рычага), либо как
точки отвеса (для маятника).

11. Поскольку тело человека выполняет свои движения в трехмерном пространстве, то его звенья характеризуются степенями свободы,

Человек как биомеханическая система
Поскольку тело человека выполняет
свои движения в трехмерном
пространстве, то его звенья
характеризуются степенями свободы,
т.е. возможностью совершать
поступательные и вращательные
движения во всех измерениях.
Следовательно, у такого тела шесть
степеней свободы движения.
Если звено закреплено в одной точке, то оно способно совершать
вращательные движения и мы можем сказать, что оно имеет три
степени свободы (например, шаровидный сустав - тазобедренный, в
котором три степени свободы из шести).

12. Всего у человека 148 подвижных костей.

Человек
как биомеханическая система
Всего у человека 148
подвижных костей.
Суставов
с тремя степенями свободы – 29
двумя степенями свободы – 33
одной степенью свободы – 85

13.

Биомеханические свойства костей
Кости - твердые (негибкие) звенья, соединяясь
подвижно, образуют основу биокинематических цепей.
Кости скелета под действием приложенных сил,
испытывая нагрузки, противодействуют им.
Функции костей
• Двигательная
• Защитная
• Опорная
Виды механического
воздействия на кость
• Растяжение
• Сжатие
• Изгиб
• Кручение

14.

Биомеханические свойства костей
Кости характеризуются высокой прочностью
(большеберцовая кость молодого здорового
человека способна выдерживать нагрузку,
примерно в 1500 – 3000 кг).
Некоторые участки костей проявляют относительно
слабое сопротивление механическим воздействиям.
Адаптационные изменения в костях
вследствие занятий физическими
упражнениями
• изменения химического состава
• изменения формы
• изменения внутренней структуры
• изменении роста и срока окостенения

15.

Биомеханические свойства мышц
Двигательная деятельность человека
происходит при помощи мышечной ткани,
обладающей сократительными структурами.
Как физическое тело, поперечно полосатая мышца обладает
следующими свойствами:
• упругость – появление напряжения в мышце при ее
деформации;
• вязкость – замедление деформации внутренними силами;
• ползучесть – изменение со временем соотношения длины и
напряжения мышцы;
• релаксация – постепенным уменьшением силы тяги при
постоянной длине мышцы;
• жесткость – способность противодействовать прикладываемым
силам;
• прочность – величина силы растяжения на разрыв.

16.

Биомеханические свойства мышц
Как биообъект скелетная мышца обладает
свойствами возбуждения и сокращения.
Возбуждение
• характеризуется превращением
химической энергии в механическую.
Сокращение
• изменение механического состояния
мышцы, которое проявляется в
укорочении (удлинении), и
увеличении поперечного сечения
мышцы.

17.

Групповое взаимодействие мышц
Мышцы-синергисты
Мышцы-антагонисты
• Перемещают звенья тела в
одном направлении.
• Результатом синергического
взаимодействия мышц служит
увеличение результирующей
силы действия.
• При наличии травмы, а также
при локальном утомлении
какой-либо мышцы ее
синергисты обеспечивают
выполнение двигательного
действия.
• Имеют разнонаправленное
действие.
• Если одна из них выполняет
преодолевающую работу, то
другая – уступающую.
• Существованием мышцантагонистов
обеспечивается:
высокая точность
двигательных действий;
снижение травматизма.

18.

Групповое взаимодействие мышц

19.

Биомеханические свойства суставов
Сустав с точки зрения механики представляет собой
своеобразный подшипник.
Две кости, соединенные в суставе, образуют
кинематическую пару. Создается возможность движения.
Они могут двигаться относительно друг друга.
Типы движения в суставе
• Скольжение
• Сдвиг
• Качение
Адаптационные изменения в
суставах вследствие занятий
физическими упражнениями:
• изменение химического состава
суставной жидкости
• изменение формы суставных
поверхностей костей
• изменение внутренней
структуры суставных
поверхностей костей

20.

Основные принципы движений человека
Принцип структурности построения систем движений
означает, что все движения в системе взаимосвязаны.
Именно эти связи определяют целостность и совершенство
действия.
Принцип целостности действия означает, что все движения в
двигательном действии образуют единое целое – систему
движений. Изменение каждого движения влияет на всю
систему.
Принцип
целенаправленности
систем
движений
предполагает, что человек сознательно ставит цель,
применяет целесообразные движения и управляет ими для
достижения цели.

21.

Биомеханические характеристики
движений человека
Биомеханические характеристики описывают тело
человека как объект механического движения.
Качественные
характеристики
Количественные
характеристики
• описываются словесно, без
точной количественной
меры (например, свободно,
напряженно, плавно,
рывком и т.п.)
• измеряются или вычисляются
• имеют численное значение
• выражают связь одной меры с
другой
• дают определение что это такое
• устанавливают способ
измерения

22.

Биомеханические характеристики
движений человека
Качественные характеристики
• точные движения – т.е. движения правильные,
соответствующие двигательной задаче
• экономичные – т.е. движения минимально необходимые для
достижения цели (отсутствие лишних движений)
• энергичные – т.е. выполняемые с ярко выраженными
возрастающими силой и скоростью
• плавные – т.е. без резких изменений скорости
• эластичные – т.е. движения с подчеркнуто
амортизационными моментами

23.

Биомеханические характеристики
движений человека
Количественные характеристики
Кинематические
характеристики
описывают внешнюю
картину двигательной
деятельности.
Динамические
характеристики
несут информацию о
причинах изменения
движений человека.

24.

Кинематические характеристики –
это меры положения и движения тела человека в
пространстве с течением времени
ПространственноПространственные
временные
позволяют
Временные
определяют, как
определить положение раскрывают движение
материальной точки
материальной точки изменилось положение
и движение
по координатам и
во времени
движение по
материальной точки
траектории
во времени

25.

Пространственные характеристики
Траектория
Положение тела
движения - путь
и его частей, в
совершаемый
том числе
телом или
исходное
частью тела в
положение
пространстве
Амплитуда
движения - это
размах
движения

26.

Пространственные характеристики
Перемещение - это векторная
разность конечного и
начального положения тела.
Перемещение характеризует
окончательный результат
движения.
Путь - это длина участка
траектории, пройденной телом
или точкой тела за выбранный
промежуток времени.

27.

Временные характеристики
Длительность
движений (положений)
Темп - частота
Ритм – это
движений (циклов) в
соотношение временных
единицу времени. Это
промежутков частей
величина обратная
двигательного действия
между собой. Например,
длительности
соотношение периода
движений. Больше
длительность, меньше опоры и периода полета
между собой в беге и т.д.
темп и наоборот.

28.

Пространственно-временные
характеристики
Скорость – это отношение пройденного
пути ко времени, за который он
пройден. Скорость характеризует
быстроту движения и направление.
Виды скоростей:
средняя – т.е. за весь путь,
мгновенная – т.е. скорость в данный
момент времени,
линейная – т.е. скорость в
прямолинейном движении,
угловая – т.е. скорость при
вращательном движении.
Ускорение - это есть изменение
скорости в единицу времени.
Это тоже векторная величина.
Различают линейное и угловое
ускорения.

29.

Динамические характеристики –
раскрывают механизм движения, причины
возникновения и изменения движений человека
Инерционные
Понятие об инерции
выводится из закона
Ньютона: «Всякое
тело сохраняет
состояние покоя или
равномерного
прямолинейного
движения до тех пор,
пока внешние силы не
изменят это»
состояние».
Силовые
раскрывают связь
действия силы и
изменения движения
Энергетические
показывают, как
меняются виды
энергии в процессе
движения

30.

Инерционные характеристики
Масса тела (m)
мера инертности
тела при
поступательном
движении.
Инертность –
изменение скорости
Инерция – это
с течением времени
сохранение скорости
под действием сил
неизменной. Инерция
(внешних и
не имеет меры, т.е.
внутренних).
единиц измерения.
Инертность имеет
меру.

31.

Силовые характеристики
Внутренние силы:
1 – активные силы двигательного
аппарата человека – сила тяги мышц.
2 – пассивные силы двигательного
аппарата человека (эластичные силы
мышц, силы вязкости мышц, силы трения
между мышечными волокнами).
3 – реактивные силы, т.е. отражённые
силы, возникающие при взаимодействии
звеньев тела в процессе движений с
ускорениями.
Внешние силы (силы,
которые действуют на
человека извне):
1-сила реакции опоры
2- сила тяжести
собственного тела
3- сила сопротивления
внешней среды (воды,
воздуха соперника, и т.д.).

32.

Силы, действующие на
человека во время
ходьбы и бега:
G — сила тяжести
F ин — сила инерции
Р — вес тела
F в — сила
сопротивления воздуха

33.

Энергетические характеристики
Кинетическая
энергия Работа
мера действия
силы на тело при
некотором его
перемещении.
Мощность
мера быстроты
приращения
работы силы.
энергия
механического
движения,
определяющая
возможность
совершить
работу.
Потенциальная
энергия –
это энергия
положения тела,
обусловленная
взаимным
расположением
тел или его
частей и
характером их
взаимодействия.

34. Локомоторные движения локус – место, мотиус - движения У всех локомоторных движений общая двигательная задача – усилиями мышц

передвигать тело человека
относительно опоры или среды.
Локомоторные движения – это такие движения,
которые обеспечивают перемещение тела человека с
места на место при взаимодействии с внешней средой.
Локомоторные движения:
- основные, система движений представляет собой при
этом активные перемещения в пространстве.
- вспомогательные, обеспечивают передвижение тела
человека или системы тела и играют вспомогательную
роль.

35. Локомоторные движения По способу взаимодействия с внешней средой локомоторные движения могут быть: - отталкивание от внешней

среды (опоры) – шагательные
- притягивание к внешней среде – гребок в плавании
- сочетание отталкивания и притягивания
Локомоторные движения можно разделить на
- циклические движения,
с фиксированной опорой (ходьба и бег),
со скольжением (лыжный ход),
в водной среде (плавание),
с механическим преобразованием движений на опоре (велоспорт) и на воде
(академическая гребля)
- ациклические движения (цикл не повторяется)

36. Переместительные (перемещающие) движения Переместительные или перемещающие движения – это перемещение каких-либо тел или своего

тела
(метания, удары, прыжки, броски в борьбе и т.д.)
К переместительным движениям обычно
предъявляют требования достичь максимальных
величин:
- силы действия (при подъеме штанги)
- скорости перемещающего тела (в метаниях, ударных
действиях
в волейболе)
- точности (бросок мяча в баскетболе)