CC BY
94
Вестник Томского государственного университета. 2013. № 368. С. 148-151
УДК 796.012
А.Н. Шахдади, О.И. Загревский, В.И. Загревский
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАНИЯ МОЛОТА СПОРТСМЕНАМИ РАЗЛИЧНОЙ КВАЛИФИКАЦИИ
Рассматривается пространственная и ритмическая структура метания молота легкоатлетами различной квалификации. Подробно описаны различия в биомеханических параметрах пространственно-временной организации структурных компонентов метания молота у спортсменов различной квалификации. Проанализированы корреляционные связи между дальностью полета молота и временными параметрами выполнения структурных элементов метания, приводятся статистические параметры пространственно-временной структуры одноопорной, двухопорной фаз метания молота.
Ключевые слова: биомеханические закономерности; модель; метание; молот.
Поиск и обоснование наиболее рациональных способов выполнения физических упражнений и повышение их эффективности являются необходимыми условиями роста спортивного мастерства и результатов в соревновательной деятельности спортсменов. Поэтому проблема технической подготовки спортсменов является предметом биомеханических исследований многих специалистов [1-4]. К настоящему времени исследования, связанные с биомеханическим анализом техники спортивных упражнений, показали свою эффективность в гимнастике [2, 5-7], легкой атлетике [1, 2, 8]. Полученные результаты позволяют рассчитывать на эффективность использования такого подхода при изучении техники метания молота. В связи с этим определение пространственно-временных характеристик метания молота и использование полученных результатов в педагогическом процессе формирования ритмической структуры соревновательного упражнения могут существенно повысить эффективность учебно-тренировочного процесса метателей молота.
Цель исследования: определить биомеханические параметры повышения технического мастерства метателей молота.
Объект исследования: учебно-тренировочный и соревновательный процессы метателей молота.
Предмет исследования: пространственно-
временная и ритмическая структура метания молота.
В соответствии с целью, объектом, предметом исследования поставлены следующие задачи исследования:
1. Определить биомеханические критерии рациональной организации пространственно-временной
структуры соревновательного упражнения у метателей молота.
2. Разработать функциональные модели биомеханики движений высококвалифицированных спортсменов и выявить границы их применения.
Решение поставленных задач обеспечивалось комплексом общепринятых методов исследований:
1. Метод теоретического анализа и обобщения специальной научно-методической литературы.
2. Педагогическое наблюдение.
3. Видеосъемка исследуемых соревновательных упражнений.
4. Экспериментально-аналитический метод определения координат общего центра масс тела человека.
5. Биомеханические методы расчета кинематических и динамических характеристик упражнений.
Организация исследования. Исследования проводились в течение 2006-2010 гг. Первый этап исследования (2006-2007 гг.) включал в себя анализ существующей научно-методической литературы, а также выбор и разработку методов исследования, обобщение передового педагогического опыта тренеров.
На втором этапе исследования (2008-2009 гг.) проводилась видеосъемка метателей молота в финальных соревнованиях первенств и чемпионатов Республики Беларусь.
На третьем этапе исследования (2009-2010 гг.) проводились видеосъемки в лабораторных условиях в соответствии с требованиями, принятыми и регламентированными в биомеханических исследованиях. В эксперименте приняли участие 21 метатель молота. По материалам видеосъемки упражнений были рассчитаны кинематические и динамические характеристики, на основании которых был выполнен биомеханический анализ техники метания.
Метатели молота были разделены на две группы: высокой и средней технической подготовленности. В группу спортсменов высокой квалификации включены атлеты, имеющие спортивную квалификацию не ниже мастера спорта Республики Беларусь. Спортсмены более низкой технической подготовленности, имеющие разряд кандидата в мастера спорта и I спортивный разряд, были отнесены к группе средней квалификации.
Сравнительный биомеханический анализ техники метания молота спортсменами высокой и средней квалификации выполнялся по двум основным направлениям. В первом направлении наибольшее внимание было уделено выявлению:
- различий в биомеханических параметрах пространственно-временной организации структурных компонентов метания молота у спортсменов различной квалификации;
- корреляционной связи между дальностью полета молота и временными параметрами выполнения структурных элементов метания;
- достоверности различий по длительности выполнения структурных компонентов метания молота у спортсменов различной квалификации.
Во втором направлении рассматривались биомеханические и статистические параметры пространственно-временной структуры одноопорной, двухопорной фаз метания молота и ритмической организации структурных компонентов.
Результаты исследования
Биомеханика поворотов системы «молот -спортсмен». Анализ временных характеристик кинематических структур вращательного режима биомеханической системы «молот - спортсмен» после предварительного раскручивания молота и входа спортсмена в поворот выявил типичные закономерности, опреде-
ляющие биомеханику рациональной временной организации поворотов биомеханической системы «молот -спортсмен».
На рис. 1 приведены количественные данные продолжительности выполнения поворотов системы «молот - спортсмен», включающие как одноопорную, так и двухопорную фазы метания спортивного снаряда.
а
га
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,64
0,78
0,51
0,62
0,40
0,50
0,50
0,64
Поворот 1 Поворот 2 Поворот 3 Поворот 4
□ Высокой квалификации
СШ Средней квалификации
Рис. 1. Время выполнения поворотов системы «молот - спортсмен» у метателей высокой и средней квалификации
Формульное выражение, связывающее длительность (У выполнения поворота с его номером (л), в кинематических структурах вращательного типа «молот-спортсмен» у атлетов высокой квалификации имеет вид
У = -0,0079л3 + 0,0962л2 - 0,3625х + 0,9117. (1)
Аналогичной математической структурой определяется длительность выполнения поворотов у спортсменов средней квалификации:
У = 0,0302л3 - 0,1572л2 + 0,097л- + 0,8089. (2)
Изменения среднего времени поворотов системы «молот - спортсмен» показано на рис. 2.
□ Высокой квалификации
Ш Средней квалификации
Рис. 2. Среднее время выполнения поворотов метателями молота высокой и средней квалификации
Длительность выполнения поворотов (см. рис. 2) и дальность полета молота в группе спортсменов высокой квалификации имеют слабую корреляционную связь, численные значения которой для каждого поворота соответственно равны: первый поворот - г = 0,01; второй поворот - г = -0,42; третий поворот - г = -0,36; 4-й поворот - г = -0,07.
В группе атлетов средней квалификации рассматриваемые показатели соответственно равны -0,61; 0,18; -0,08; -0,35. Здесь только в первом повороте проявляется значимая обратная корреляционная связь между временем его выполнения и дальностью полета молота (г = -0,61). В остальных поворотах такой значимой связи нет. Отсюда следует логический вывод о том, что круговая скорость системы «молот - спортсмен» не оказывает сильного влияния на дальность полета молота, что противоречит законам механики. Следовательно, статистические параметры рассматриваемого со-
ревновательного упражнения в данном случае не являются надежными информативными показателями и не отражают объективно взаимосвязь между скоростью вращения молота и дальностью его полета.
Сравнивая фазы метания молота по длительности их выполнения между спортсменами высокой и средней квалификации, отметим, что они имеют статистически достоверные отличия в первом, втором и четвертом поворотах.
Так, в первом вращении биомеханической системы «молот - спортсмен» 1-критерий Стьюдента равен 4,90 (Р < 0,05); во втором - 4,22 (Р < 0,05); в четвертом -2,79 (Р < 0,05); в третьем - 1,11 (Р > 0,05). Следовательно, длительность выполнения только третьего поворота не имеет достоверных различий у спортсменов высокой и средней квалификации.
Отклонения от среднестатистического показателя времени выполнения поворотов у спортсменов высо-
кой квалификации можно представить в виде верхней (Утах) и нижней (^т) границ коридора (рис. 3), представляющего диапазон отклонений, и описать уравнениями:
Ушах= 0,0355л2 - 0,2252л + 0,9464, (3)
Ушвв = 0,0382л2 - 0,2354л + 0,7106. (4)
В рамках модельных характеристик длительности поворотов (рис. 3) возможны отклонения по времени их выполнения, не приводящие к серьезным искажениям техники метания и выступающие в качестве критериев рациональной организации временной структуры движений.
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
о
а
о
а
И
«** *«•*
^ 1ШЭХ
>•* *«■«
у ~
1иип
12 3 4
Номер поворота
Рис. 3. Модельные характеристики длительности (^) поворотов у спортсменов высокой квалификации: верхняя (УшаХ) и нижняя (Уши) границы возможного отклонения от средних параметров
Сравнительный анализ свидетельствует о том, что спортсмены средней квалификации затрачивают больше времени на выполнение всех четырех поворотов (см. рис. 1). У спортсменов высокой
квалификации суммарное время четырех поворотов составляет 2,13 с, у метателей молота средней квалификации - 2,51 с, или на 18% больше. Отметим нарастающий характер длительности двух фаз с первого по третий повороты и существенный спад в четвертом повороте (рис. 4).
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
□ Высокой квалификации
□ Средней квалификации
1 2 3
Номер поворота
- о более акцентированной и активной работе в
двухопорной фазе спортсменов высокой квалификации, направленной на повышение угловой скорости биомеханической системы «молот -
спортсмен»;
- о большей продолжительности двухопорной фазы в заключительном повороте и финальном усилии у спортсменов высокой квалификации.
Отношение длительности одноопорной фазы к двухопорной фазе поворота (У) у спортсменов высокой квалификации в математической форме имеет вид:
У = -0,0683л3 + 0,399л2 - 0,5803х + 1,0742. (5)
Отклонения от среднестатистического показателя отношения длительности одноопорной фазы к двухопорной фазе поворота у спортсменов высокой квалификации можно представить в виде верхней (Утах) и нижней (Ут1п) границ коридора. Диапазон отклонения для всех поворотов описывается уравнениями:
Ушах = -0,2275л3 + 1,4466л2 - 2,4357х + 2,4545, (6)
Ушвв = 0,091л3 - 0,6486л2 + 1,2751х - 0,3061. (7)
В рамках модельных характеристик отношение длительности одноопорной фазы к двухопорной фазе поворота показано на рис. 5.
Для спортсменов средней квалификации характерным является более равномерное изменение отношения длительности одноопорной и двухопорной фаз поворотов в процессе метания молота.
1^
Рис. 4. Отношение длительности в различных поворотах одноопорной (оп1) и двухопорной (дп2) фаз метания молота у спортсменов высокой и средней квалификации
Для спортсменов средней квалификации характерно:
- неярко выраженное нарастание отношения длительности одноопорной фазы к двухопорной от первого к третьему повороту;
- отсутствие резкого спада в четвертом повороте.
Полученные данные свидетельствуют:
- о более размытой и неточной дифференцировке пространственно-временных соотношений у спортсменов, не достигших технического совершенства;
Номер поворота
Рис. 5. Отношение длительности одноопорной и двухопорной
фаз поворотов у спортсменов высокой (- ) и средней (.. )
квалификации и граница возможного отклонения (-) от средних
параметров
По рассматриваемому биомеханическому показателю (рис. 5) спортсмены средней квалификации не выходят за границу технических погрешностей и ошибок и достаточно близки к атлетам высокой квалификации.
Скоростные параметры метания молота в сравнительном сопоставлении у спортсменов высокой и средней квалификации использовались при анализе трех биомеханических характеристик: угловой скорости, углового ускорения спортивного снаряда и горизонтальной составляющей линейной скорости общего центра масс (ОЦМ) спортсменов.
Начиная со второго структурного компонента метания молота происходит постепенный разрыв между угловой скоростью молота у спортсменов высокой и средней квалификации. К концу третьего поворота разница в угловой скорости молота достигает 2 рад/с, что
4
составляет около 15% от результатов спортсменов высокой квалификации. Таким образом, спортсмены средней квалификации выполняют метание молота по скоростным характеристикам на уровне 85% от результатов спортсменов высокой квалификации.
Для спортсменов высокой квалификации характерно наличие глобального максимума по угловому ускорению молота между первым и вторым поворотом метателя, который приближается к отметке 5 рад/с2.
У спортсменов средней квалификации такого ярко выраженного глобального максимума углового ускорения молота нет. После завершения второго раскручивания и по окончании третьего поворота максимум углового ускорения молота имеет форму плато, значения которого варьируются в пределах 2,8-3,2 рад/с2. Следовательно, по угловому ускорению молота спортсмены средней квалификации реализуют 6070% от результатов, показанных атлетами высокой квалификации.
Если у спортсменов высокой квалификации с каждым последующим поворотом биомеханической системы «молот - спортсмен» отмечается возрастающий характер горизонтальной составляющей линейной скорости ОЦМ, то у атлетов средней квалификации на третьем повороте достигается максимум значения анализируемой биомеханической характеристики с последующим снижением к четвертому повороту.
Отмечаемые различия являются довольно существенными, так как в заключительной части четвертого поворота у спортсменов средней квалификации горизонтальная составляющая линейной скорости ОЦМ выходит за границы диапазона, в рамках которого техника метания молота считается эталонной для атлетов групп спортивного совершенствования.
Исследование кинематической структуры метания молота у спортсменов различной спортивной квалификации позволило сделать следующие выводы о биоме-
ханических закономерностях построения рациональной техники соревновательного упражнения:
1. Общая тенденция временной организации движений предварительного раскручивания и поворотов молота заключается в уменьшении времени выполнения каждого последующего структурного компонента метания.
2. С приближением к финальному усилию существенно уменьшается диапазон вариативности выполнения отдельных структурных компонентов метания молота по их длительности, и технический «сбой» на любом из них уже невозможно компенсировать в дальнейших поворотах.
3. Верхнюю и нижнюю границы воронки вариативности структурных компонентов длительности метания молота можно описывать математическими уравнениями, что позволяет определять оптимальные параметры длительности поворотов.
4. Выявлено, что выполнение технических действий метателя в границах воронки вариативности не ведет к техническому нарушению системы движений.
5. Функциональная модель временного ритма структурных компонентов вращательных движений биомеханической системы «молот - спортсмен» в математическом описании имеет вид полиномиальной зависимости.
6. С первого по третий поворот биомеханической системы «молот - спортсмен» отмечается нарастающий характер длительности отношения одноопорной фазы к двухопорной и существенный спад в четвертом повороте, что является характерным для спортсменов высокой квалификации.
7. Большая длительность выполнения поворотов биомеханической системы «молот - спортсмен» приводит к потере линейной скорости вылета молота. У спортсменов высокой квалификации суммарное время четырех поворотов составляет 2,13 с, у метателей молота средней квалификации - 2,51 с, или на 18% больше.
ЛИТЕРАТУРА
1. Масловский ЕА, Загревский ВИ. Управление технической подготовкой метателей молота на основе срочной информации о
биомеханических характеристиках метания // Вісник Чернігівського національного педагогічного університету імені Т.Г. Шевченка. Серія: педагогічні науки. 2012. Вип. 102, т. ІІ: Фізичне виховання та спорт. С. 73-78.
2. Гавердовский Ю.К. Обучение спортивным упражнениям. Биомеханика. Методология. Дидактика. М. : Физкультура и спорт, 2007. 912 с.
3. Загревский В.О. Компьютерная обработка материалов видеосъемки для анализа техники гимнастических упражнений // Вестник Томского
государственного университета. 2011. № 351. С. 124-128.
4. Загревский ВИ., Шахдади АН., Эльхвари ФМ. Методика определения общего центра масс плоской разветвленной многозвенной
биомеханической системы // Актуальные проблемы физического воспитания, спорта и туризма : материалы II Междунар. науч.-практ. конф., 9-10 октября 2008 г., г. Мозырь / редкол.: С.М. Блоцкий (отв. ред.) [и др.]. УО МГПУ им. И.П. Шамякина, 2008. С. 106-107.
5. Загревский ВИ., Загревский В.О., Шилько В.Г. Влияние фазового состава биомеханических событий в спортивных упражнениях на
структурный компонент двигательных действий // Теория и практика физической культуры. 2012. № 12. С. 33-37.
6. Загревский В.И. Программирование обучающей деятельности спортсменов на основе имитационного моделирования движений человека на
ЭВМ: автореф. дис. ... д-ра. пед. наук: 01.02.08, 13.00.04. М., 1994. 48 с.
7. Загревский О.И. Построение техники гимнастических упражнений на основе математического моделирования на ЭВМ: автореф. дис. ... д-ра
пед. наук: 13.00.04. ТГПУ. Омск, 2000. 52 с.
8. Загревский ВИ, Масловский ЕА, Шахдади АН, Эльхвари ФМ. Биомеханические основы совершенствования кинематической и
динамической структуры ациклических упражнений прогрессирующей сложности // Вучоныя запіскі Брэсцкого дзяржаунага універсітзта імя А.С.Пушкина: зб. навук. прац: у 2 ч. / заснавальнік - установа адукацьіі «Брэсц. Дзярж. у-нт імя А.С. Пушкина». 2005. Брэст: БрДУ, 2008. 1 раз у год. ISBN 978-985-473-355-5. Т. 4, ч. 2. 2008. С. 162-168.
Статья представлена научной редакцией «Психология и педагогика» 14 января 2013 г.
