Механическая эффективность движений

С точки зрения биомеханических закономерностей существует ряд факторов, определяющих эффективность двигательных действий и их высокий конечный результат.

1. Количество метаболической энергии, освобождаемой в организме при выполнении соревновательных упражнений в различных видах спорта (предельные возможности спортсмена хаpaктеризуются такими показателями, как максимальное потрeбление кислорода, максимальный кислородный долг и т. п.). Метаболическая энергопродукция конечна, так же как конечна скорость её производства. Количество выработанной энергии определяется ёмкостью и мощностью трёх энергетических систем: окислительной (вторая зона интенсивности), лактацидной (четвёртая зона интенсивности) и фосфагенной (пятая зона интенсивности).

2. Способность использовать как можно большую часть освобождённой энергии для выполнения механической работы (то есть механической эффективностью, который равен отношению полезной механической работы к валовым энергозатратам Кмэ = Амех / Эз ). Поэтому эффективность движения можно повысить как за счёт увеличения числителя, так и за счёт уменьшения знаменателя.

Механическая работа увеличивается при увеличении интенсивности выполнения упражнений. Но валовые энергозатраты растут ещё быстрее, поскольку:

• увеличиваются тепловые потери в результате нагревания тела;

• увеличиваются энерготраты на работу внутренних органов (в первую очередь на усиление функционирования кровеносной и дыхательной систем);

• растёт величина внутренней работы, которая тратится на движения звеньев тела – разгон, торможение. Это касается не только двигательных действий в направлении перемещения, но и перепроизводства усилий в других направлениях, затрачиваемых на излишние колебания тела и звеньев тела;

• растёт сопротивление внешней среды пропорционально квадрату скорости передвижения спортсмена или спортсмена и спортивного инвентаря по дистанции. Предпринято очень много биомеханических исследований, направленных на снижение отрицательных эффектов сопротивления среды. В результате сделано много разработок: это лыжные мази, понижающие коэффициент трения лыж по снегу, дисковые колёса на велосипеде, уменьшающие турбулизацию потока воздуха за ними, что ослабляет сопротивление воздушной среды, гидрокостюмы для пловцов, уменьшающие сопротивление водной среды и т. п. Снизив энергозатраты, можно сэкономленную часть энергии использовать в осуществлении полезного результата движения;

3. Умение передвигаться с большей скоростью, выполняя при этом меньшую механическую работу. С биомеханической точки зрения есть два пути повышения экономичности движений: 1) снижение энергозатрат в каждом цикле (например в каждом шаге), 2) рекуперация энергии, т. е. перехода кинетической энергии движения в потенциальную энергию деформации мышц и сухожилий и обратно.

3.1. Снижение энергозатрат в каждом шаге:

• Устранение ненужных движений (например, в вертикальном направлении, ведь каждая работа по подъёму тела требует затрат энергии и оправдана лишь постольку, поскольку она абсолютно необходима для продвижения вперёд);

• Устранение ненужных сокращений мышц. У квалифицированных спортсменов суммарное время активности мышц меньше, время расслабленного состояния больше, чем у новичков. Это достигается за счёт так называемой концентрации активности мышц. Внешне это выражается в лёгкости и свободе движений;

• Уменьшением внешнего сопротивления среды (выбор обтекаемого положения тела);

• Уменьшение внутрицикловых колебаний скорости. Повышение скорости (после её падения) требует затрат энергии. По возможности такие колебания надо уменьшить.

• Выбор оптимального соотношения между длиной и частотой шагов. В ходьбе оптимальная (по затратам энергии), длина и частота шагов подбирается человеком без специального обучения.

3.2. Рекуперация энергии:

• Кинетическая энергия движения превращается в потенциальную энергию упругой деформации мышц и сухожилий, а накопленная потенциальная энергия частично снова превращается в полезную работу – идёт на сообщение скорости разгибаемого сустава (например при отталкивании ногой во время бега на лыжах или на коньках). В модельных опытах (прыжки на месте) показано, что рациональное использование упругих сил мышц может повысить экономичность работы почти в два раза.

Повышение экономичности работы – основное направление совершенствования техники в видах спорта циклического хаpaктера, особенно на длинных и сверхдлинных дистанциях. Экономичность техники хаpaктеризуется рациональным использованием энергии, времени и прострaнcтва при выполнении приёмов и действий. В спортивных играх, единоборствах, сложнокоординационных видах спорта важным показателем экономичности техники является способность спортсменов к выполнению эффективных действий при их небольшой амплитуде и наименьшей затрате времени.

Раздел статьи: Биомеханика