CC BY
88
тр. - Хабаровск, 2000. - С. 30-32.
3. Экология и безопасность жизнедеятельности в условиях Дальнего Востока России / В. А. Замараев, М.И. Радивоз, В.Е. Могилев, С.В. Вдовенко // Проблемы физической культуры, спорта и здоровья на Дальнем Востоке : сб. науч. тр. - Хабаровск, 2000. -С. 33-35.
4. Замараев, В.А. Основы безопасности жизнедеятельности человека в условиях Дальнего Востока России : учеб. пособие / В.А. Замараев, В.Е. Могилёв, В.С. Бут. - Хабаровск : Изд-во Дальневосточ. гос. акад. физ. культуры, 2004. - 101 с.
5. Вредные привычки как составной компонент образа жизни студентов ДВГАФК / В. А. Замараев [и др.] // Физкультура и спорт в современном обществе : материалы Всерос. науч. конф., 23-26 марта 2005 г. / отв. ред. С.С. Добровольский. - Хабаровск, 2005. - С. 129-133.
6. Замараев, В.А. Инновационная система совершенствования непрерывного образовательного процесса по курсу анатомии в вузах физической культуры // Вестник УГТУ-УПИ. Серия «Образование и воспитание. Экономика и управление физической культуры и спорта». Современные проблемы развития физической культуры и спорта : сб. науч. статей / под ред. И.В. Брызгалова. - Екатеринбург, 2006. - № 10 (81). - Вып. 6. -Т. 1. - С. 168-173.
7. Замараев, В.А. Интегративная анатомия - инновационный поиск совершенствования учебного процесса высшей физкультурной школы // Учёные записки Дальневосточной государственной академии физической культуры. - 2007. - Вып. 2. - С. 15-21.
8. Творчески развивающая педагогика межвузовского сотрудничества в решении актуальных нравственных проблем студенческой молодёжи / В.А. Замараев, Е.А. Коли-ненко, С. А. Моисеенко, Н.В. Галахова, У.Н. Карпова, Е.Д. Мун // Физическая культура и спорт в современном обществе : материалы всерос. науч. конф. 22-23 марта 2007 г. / отв. ред. С.С. Добровольский. - Хабаровск, 2007. - С. 154-159.
9. Замараев, В.А. Педагогический опыт социально-нравственного воспитания студентов вуза физической культуры / В. А. Замараев, В.З. Мостовая // Высшее образование сегодня. - 2009. - № 4. - С. 93-95.
10. Межвузовская учебно-исследовательская работа студентов в изучении актуальных нравственных проблем современной молодёжи / В. А. Замараев, Е. А. Моисеенко, С. А. Колиненко, Н.В. Галахова // Физическая культура и спортв современном обществе : труды Всерос. науч. конф. 26-27 марта 2009 г. / под ред. д-ра пед. наук С.С. Добровольского, канд. пед. наук Г.С. Хама. - Хабаровск, 2009. - С. 83-86.
Контактная информация: [email protected]
УДК 797.122:796.022+531
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВАЖНЕЙШИХ ПАРАМЕТРОВ НОВОГО
ТРЕНАЖЁРА ДЛЯ ГРЕБЛИ
Леонид Александрович Зеленин, кандидат педагогических наук, доцент,
Чемпион мира по гребле,
Пермский государственный университет (ПГУ),
Сергей Павлович Катаев, кандидат физико-математических наук, доцент, Пермский государственный технический университет (ПГТУ),
Виктор Дмитриевич Медведков, доктор педагогических наук, профессор, Чемпион мира по дзюдо среди ветеранов,
Чайковский государственный институт физической культуры (ЧГИФК)
Аннотация
В статье рассматриваются биомеханические основы важнейших параметров скользящего в зимних условиях среды «Тренажёр-каноэ», в котором заложено всё необходимое для обучения
начинающих гребцов технике гребли в сопряжённом формировании специфического (водного) равновесия на неустойчивом тренажёре.
Ключевые слова: тренажёр-каноэ, специфическое (водное) равновесие, техника гребковых движений, биомеханические основы параметров гребли.
BIOMECHANICAL BASES OF MAJOR CHARACTERISTICS OF NEW ROWING
SIMULATOR
Leonid Aleksandrovich Zelenin, the candidate of pedagogical sciences, senior lecturer,
World champion on rowing,
Perm State University,
Sergey Pavlovich Kataev, the candidate of physical and mathematical sciences, senior lecturer,
Perm State Technical University,
Victor Dmitrievich Medvedkov, the doctor of pedagogical sciences, professor,
World champion on judo among veterans,
Tchaikovsky State Institute of Physical Culture
Annotation
The article is devoted to the biomechanical bases of major characteristics of the sliding (in winter times) “Canoe-Trainer”, which is provided with everything required for teaching beginners to rowing techniques involving formation of special (water) balance on the unsteady trainer.
Keywords: canoe-trainer, special (water) balance, rowing-type movement techniques, biomechanical bases of rowing characteristics.
ВВЕДЕНИЕ
В гребном спорте для начинающих спортсменов этап начального обучения является наиболее важным и значительным. Он длится более полгода. Отсутствие в зимний период открытой воды и специальных гребных бассейнов не позволяют зимой эффективно формировать равновесие каноистов на воде и закладывать оптимальную технику гребли. Данный период достаточен для формирования у каноистов-новичков с помощью нового тренажёра специфического (водного) равновесия в лодке ещё на суше в подготовительном периоде, т.е. до перехода к тренировкам на воде. Выработке гребцовских умений и навыков активно помогает сконструированное и созданное нами тренажёрное устройство (рис.1), позволяющее в зимний (подготовительный) период моделировать основные биомеханические параметры техники гребли в сопряжённом формировании водного равновесия [2,3,4,6,8].
Рис. 1. Скользящий «Тренажёр-каноэ» по снегу
Изобретение относится к области технических устройств, применяемых в спортивной подготовке гребцов для повышения эффективности тренировки функции равновесия в искусственных условиях [3,4,6,7] путём максимального приближения к реальным условиям моделирования естественной гребли [4].
У «Тренажёра-каноэ», хорошая внедряемость в учебно-тренировочный процесс. Он имеет небольшие габариты, малый вес, легко переносится ребёнком, обладает высокой надёжностью и простотой в обращении. В тренажёре для гребцов предусмотрено наличие обратной связи, позволяющей добиться их обучения без переучивания [2,3,4,6,8].
«Тренажёр-каноэ» скользит на полозьях (рис. 1.) повторяет все колебательные движения лодки-каноэ на воде. Он весьма эффективен для тренировки функции специфического равновесия (бокового качания) гребцов в движении с выполнением в полной координации техники гребли. Тренажёр имеет четыре вогнутые во внутрь на равном расстоянии полуопоры, которые приварены к основным скользящим полозьям, а к верхним частям полуопоры снаружи прикреплены с левой и правой сторон дюралюминевые трубы, являющиеся бортами, участвующие в подруливании, удерживающие тренажёр в прямолинейном положении. Тренажёр имеет каркас, повторяющий контуры каноэ. Расстояние между скользящими полозьями тренажёра составляет 80 мм. На них установлен полик. Он является площадкой, на которой расположена подушка под колено находящегося в соревновательной стойке каноиста. Он также имеет имитатор весла каноиста для зимних условий и моделирования гребли.
Каноист выполняет гребковые движения вонзающимися зубьями весла в уплотнённые слои снега асфальтовой дороги, по которой скользит тренажёр. Он эффективно моделирует технику гребли в лодке-каноэ на воде. Зимняя модель скользящего «Тренажёр-каноэ» максимально приближена к современной гоночной лодке - каноэ на воде, к корме которой прикреплены «лыжи-трубки», не мешающие скольжению, являющиеся обратной связью, не позволяющиеся допускать опрокидывание тренажёра.
При обучении технике гребли тренажёр соответствует лодке-каноэ по биомеханическим параметрам (амплитуде, темпу, ритму, приложению усилий на весло, слитности движений, выразительности, лёгкости выполнения отдельных гребковых элементов и их связке), физиологическим показателям (ЧД - частоте дыхания, ЧСС - частоте сердечных сокращений, САД - систолическому артериальному давлению, ДАД - диастолическому артериальному давлению), а также психологическому настрою на предстоящую деятельность.
РАСЧЁТЫ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ТРЕНАЖЕРА
Скользящий по снегу «Тренажер-каноэ» вместе с находящимся на нём спортсменом является биомеханической системой, в которой одна часть (корпус спортсмена с веслом) перемещается относительно другой (самого тренажера). Кроме того, вся единая система движется по трассе, то есть относительно неподвижной системы отсчета.
Во время подготовки к гребку корпус спортсмена совместно с веслом-имитатором движется вперед по ходу движения «Тренажер-каноэ». При этом движущая сила, толкающая «Тренажер-каноэ» вперед, отсутствует, и на систему действуют только силы сопротивления воздуха и сила трения полозьев тренажера о снег или лед (рис. 2а).
Во время гребка корпус спортсмена вместе с веслом движется назад. При этом взаимодействие весла с неподвижной поверхностью создает движущую силу, толкающую тренажер вперед (рис. 2б). Силы сопротивления воздуха и трения действуют на систему постоянно при условии, что тренажер со спортсменом находятся в движении.
б
Рис. 2. Движение тренажера и гребца
Для описания поведения тренажера вместе с находящимся в нем гребцом следует применить дифференциальное уравнение движения центра масс системы [1], которое в векторной форме можно записать в виде:
= р + р + N + Р, (1) йї
где т - масса системы, равная сумме массы тренажера тл и массы спортсмена тсп; р - движущая сила, толкающая тренажер вперед; р - главный вектор сил сопротивле-
с
ния и трения; N - нормальная реакция поверхности, по которой движется тренажер, Р -сила тяжести. Уравнение (1) справедливо для любого момента времени, но следует учитывать, что в фазе подготовки к гребку движущая сила р равна нулю и возникает лишь в фазе гребка.
Обозначим через V абсолютную скорость тренажера (его скорость относительно неподвижной поверхности, по которой он движется), а через и - относительную скорость корпуса гребца с веслом (скорость относительно корпуса тренажера). Тогда:
= т V + тсп (V + и ). (2)
Подставив выражение (2) в уравнение (1), получим дифференциальное уравнение движения корпуса тренажера:
/ ч dV г г Гт г йи
(т + т )-= р + р + N + Р - т —. (3)
\ Л СП / 1. с СП 1,
йї йї
Будем считать, что движение тренажера прямолинейно и происходит в горизонтальной плоскости. Выберем систему координат Оху так, что ось х направлена в сторону движения тренажера, ось у - вертикально вверх, а начало отсчета О выберем в месте старта. Также предположим, что в относительном движении корпус гребца движется практически горизонтально, и пренебрежем вертикальной составляющей иу его относительной скорости. Так как предполагается, что движение тренажера происходит в горизонтальной плоскости, то и Vy=0. Обозначив через V и и проекции векторов V и и на ось х, запишем уравнение (3) в проекциях на оси х и у. Будем иметь: dV р рс тсп йи
т = т + т
(4)
йї т т т йї 0 = N - Р.
В силу сделанных предположений относительно скорости и , из второго из уравнений (4) сразу следует: N=P. Учитывая, что скорость движения тренажера и площадь миделевого сечения гребца с тренажером не велики, силой сопротивления воздуха можно пренебречь и учесть только силу трения полозьев тренажера о поверхность. Обозначая через / коэффициент трения скольжения, и учитывая второе равенство (4), можем записать:
рс = Р = УР = т. (5)
Обозначим через т - длительность фазы гребка, т.е. время от соприкосновения весла с поверхностью до выхода из соприкосновения, а через т} - длительность фазы под-
готовки гребка, т.е. время от выхода весла из соприкосновения с поверхностью до следующего соприкосновения после переноса вперед. Далее, пусть і - номер гребка (/=1, 2,
3, ...), /0і - момент времени начала і-того гребка, ґ1і - момент времени окончания і-того гребка. В силу введенных обозначений, получим:
*0і =(і - 1)(Т + Т1), ^ = іТ + (і - 1)Т1. (6)
Легко проверить, что /1Г /0і= т, а /0(ш)- ґ1і= т. Таким образом, интервал времени (/0і, /ъ) - это длительность і-того гребка, а (ґ1і, /0(ш)) - длительность фазы подготовки к (і+1)-ому гребку.
Что касается движущей силы ¥, то в фазе гребка её можно считать постоянной (рис. 3а). В действительности, конечно, эта сила быстро возрастает от нуля в момент начала контакта весла с поверхностью, затем остается приблизительно постоянной, и быстро убывает до нуля в момент выхода весла из контакта с поверхностью (рис. 36). Но эти изменения величины движущей силы происходят в течении очень малых промежутков времени, следовательно, мало влияют на характер движения тренажера.
^ т ^ ( \ ) \ N. \< ' | ( 1 | \> кі
/ \
Рис. 3. Движущая сила
Предположим, далее, что относительная скорость и корпуса гребца изменяется по синусоидальному закону, обращаясь в нуль в начале и в конце фазы движения, и достигая максимума в середине фазы (рис. 4).
Рис. 4. Относительная скорость гребца
Учитывая, что в фазе гребка корпус спортсмена вместе с веслом движется против направления движения тренажера, можем записать:
= -аэт- )), при іОІ </ < іц,
(7)
где а - некоторая постоянная величина, равная (по модулю) максимальной относительной скорости корпуса гребца.
Аналогично, учитывая, что в фазе подготовки к гребку корпус спортсмена движется в сторону движения тренажера, запишем:
'= Ь 5іп^П( - /1і )), ПРи /1і < / < *0(i■+1),
(8)
где Ь - также некоторая константа, равная максимальной относительной скорости корпуса спортсмена, причем она может быть не равна величине а в формуле (7), ибо корпус спортсмена может двигаться с разными относительными скоростями в фазах гребка и подготовки к гребку.
а
і
Таким образом, в силу сделанных предположений, первое уравнение (4) можно записать в следующем виде:
- в фазах гребка, при / < / < /
йУ Г т жа (ж , ч!
— =-----/8 +—— сое -(-/0і)1; (9)
а/ т тт \г )
- в фазах подготовки к гребку, при ^ < / < / +
йУ . т жЬ (п Л
~Г = -/8-----— сові—(/-/1 )1. (10)
й т—х ^ — )
При сделанных относительно силы Г и относительной скорости и предположениях уравнения (9) и (10) легко интегрируются. Для уравнения (9) начальное значение скорости будет У0і=У(/0і), при этом будем считать, что У01=У(0)=0, т.е. тренажер начинает движение из состояния покоя. Уравнение (10) следует интегрировать при начальном условии У1і=У(/1і), которое находится следующим образом: интегрируем уравнение (9) на интервале (/0і, /1і), затем вычисляем значение У(/1) - это и будет начальным значением для уравнения (10). Интегрируя уравнение (10) на интервале (/1ь /0(і+1)), затем вычисляем значение У(/0(і+1)), которое будет начальным значением скорости для уравнения (9) на следующей фазе гребка. Далее эта процедура повторяется.
Итак, в силу выше изложенного, обозначая через У1 скорость тренажера в фазе гребка и через У2 - в фазе подготовки к гребку, можем записать:
- на интервалах времени / < / < /
У1 (/) = У0і + — ( - /0і) - /8( - /0і) + —8іп- /0і)'); (11)
т т ^ — )
У2 () = У1і - /8 ( - /1і )- — віп
т
(12)
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При проведении расчетов примем следующие исходные данные. Масса корпуса тренажера приблизительно равна масса каноэ одиночки, т.е. тл=16 кг. Массу спортсмена возьмём равной 80 кг. Однако следует учесть, что в движении относительно корпуса тренажера участвует не всё тело спортсмена: движением ног относительно тренажера можно пренебречь. В движении с достаточно большой относительной скоростью, следовательно, находится верхняя часть туловища и руки гребца с веслом. На основании этих соображений примем тсп=60 кг, а оставшиеся 20 кг отнесём к массе тренажера, таким образом, тл=36 кг.
Что касается коэффициента трения скольжения / то, как известно, он зависит от многих факторов и, строго говоря, требует экспериментального определения в каждом конкретном случае. Для приближенных расчетов, учитывая, что полозья тренажера стальные, а движение будет происходить по снегу или по льду, примем, согласно [5], /=0,015.
Поскольку тренажер в первую очередь предназначен для обучения начинающих спортсменов, то темп гребли не должен быть очень большим, следовательно, возьмем т=2 с, а т1 = 1,5 с. Величины же а и Ь в выражениях (7) и (8) примем равными а=0,7 м/с, Ь= 0,8 м/с.
При назначении величины движущей силы Е учтем, что сначала нужно разогнать тренажер, следовательно, следует приложить большие усилия, а после разгона можно только поддерживать достигнутую скорость - для этого достаточно прикладывать мень-
шие усилия. Поэтому возьмем для 1-ого, 2-ого, 3-его и 4-ого гребков следующую последовательность величин: Е = 200; 150; 100; 80 Н. Далее величину Е считаем постоянной и равной 80 Н.
5
О
с~
§
и
012Э45«78#10
Время, с
Рис. 5. Поведение скорости V тренажера при гребле
Для выбранных выше исходных данных результаты расчетов по формулам (11), (12) приведены на рис. 5. Видно, что в фазе гребка скорость тренажера возрастает, причем тем сильнее, чем больше модуль силы К В фазе же подготовки к гребку за счет действия только силы трения, а также за счет относительного движения корпуса гребца в направлении движения тренажера скорость тренажера несколько уменьшается. Степень уменьшения скорости зависит от длительности г1 фазы подготовки, коэффициента трения /и величины Ь в выражении (8).
Характер движения тренажера, показанный на рис. 5, соответствует графику движения лодки по воде, приводимому в работе [9]. Следует только учесть, что в работе [9] приведены графики движения академической лодки, а в этом случае направления относительного движения корпусов гребцов прямо противоположны направлениям движения каноистов. Поэтому на рисунках, приводимых в [9], графики в фазе гребка имеют выпуклость вниз, а в фазе подготовки - вверх.
Изменение поведения в движении тренажера в зависимости от изменения рассмотренных выше исходных данных легко проследить с помощью выражений (11), (12), поэтому здесь не приводятся графики скорости при измененных исходных данных.
ВЫВОДЫ
Приведенные расчеты показывают, что характер движения тренажера по поверхности снега или льда полностью соответствует движениям спортивной лодки-каноэ на воде. Поэтому рекомендуем созданный тренажер использовать на этапах начальной, учебно-тренировочной и группах спортивного совершенствования гребцов для тренировки техники гребковых движений. Сконструированный тренажёр активно позволяет формировать и поддерживать равновесие в сопряжённом воздействии совершенствовать технику гребли во время движения на «Тренажёр-каноэ». Разработанный «Тренажёр-каноэ» позволяет положительно переносить устойчивость положения тела (специфическое (водное) равновесие) непосредственно на открытую воду для занятий на каноэ на воде, а также сохранять это равновесие в зимнем периоде в учебно-тренировочных группах и группах спортивного совершенствования.
1) Наиболее существенным признаком созданного тренажёра является искусственность управляемой среды, заключающаяся в освоении с самого начала обучения упрощённого аналога мастерского варианта техники гребковых движений [3,4,6,7,8], направленной на формирование необходимых знаний, умений и навыков, соответствующих по биомеханической структуре технике гребли, и необходимых качеств юных гребцов [2,3,4,7];
2) «Тренажёр-каноэ»:
- является неотъемлемой частью предлагаемой методики, способствует стиму-
лированному формированию, развитию специфического координационного качества равновесия у начинающих гребцов на тренажёре;
- позволяет получать знания о правильной посадке на тренажёре в лодку и выхода из неё [4];
- позволяет добиться стабильности и автоматизма в технике гребли на каноэ;
- активизирует до необходимой степени совершенства индивидуальные черты техники гребковых движений на тренажёре, такие же, как на каноэ;
- эффективно повышает техническую, физическую и функциональную подготовку, а также улучшает физиологические основы работоспособности вестибулярного анализатора;
- сокращает процесс обучения и позволяет выполнять технику гребли на соревнованиях более стабильно, надёжно, уверенно и с лучшим результатом;
- даёт возможность получить объективную информацию о действиях занимающихся и значительно сократить вероятность образования ошибок;
- повышает уверенность занимающихся в своих силах в преодолении стеснительности при освоении новых заданий и отработке новых элементов техники гребли;
- активизирует повышение интереса занимающихся в освоении техники гребли на каноэ у начинающих гребцов и значительно сокращает их отсев от занятий греблей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бухгольц, Н.Н. Основной курс теоретической механики. Ч. II / Н.Н. Бухгольц.
- М. : Наука, 1969. - 332 с.
2. Бурбыгина, В.В. Использование тренажёров в тренировочном процессе в айкидо // Учёные записки университета им. П.Ф. Лесгафта. - 2009. - № 7 (53). - С. 15-18.
3. Евсеев, С.П. Формирование двигательных действий в гимнастике с помощью тренажёров : учеб. пособие / С.П. Евсеев ; Гос. ин-т физ. культуры им. П.Ф. Лесгафта. -Л. : [б.и.], 1987. - 91 с.
4. Зеленин, Л.А. Повышение равновесия начинающих каноистов-новичков с использованием специальных физических упражнений и тренажёра : дис. ... канд. пед. наук / Зеленин Л.А. - Чайковский, 2004. - 198 с.
5. Кухлинг, Х. Справочник по физике : пер. с нем. / Х. Кухлинг. - М. : Мир, 1982.
- 520 с.
6. Овчинников, В.А. Управление равновесием как один из факторов успешного владения боевыми приёмами борьбы // Учёные записки университета им. П.Ф. Лесгафта.
- 2009. - № 1 (47). - С. 80-84.
7. Ратов, И.П. Методология концепции «искусственная управляющая среда» и перспективы её практической реализации в процессе подготовки спортсменов / И.П. Ра-тов // Методологические проблемы совершенствования системы спортивной подготовки квалифицированных спортсменов : сб. трудов / под ред. В.В. Кузнецова. - М., 1984. - С. 127-145.
8. Руденко, С.А. Оценка способности к статическому равновесию у детей 6-7 лет, занимающихся спортивной аэробикой / С.А. Руденко, Л.К. Руденко // Учёные записки университета им. П.Ф. Лесгафта. - 2008. - № 11 (45). - С. 80-83.
9. Caplan, N. Modeling the Influence of Crew Movement on Boat Velocity Fluctuations during the Rowing Stroke / Nicholas Caplan, Trevor Gardner // International Journal of Sports Science and Engineering. - 2007. - V. 01. - № 03. - P. 165-176.
Контактная информация: [email protected]
