на какие подгруппы можно подразделить динамические характеристики
Кинематические и динамические характеристики двигательных действий.
Эффект техники физических упражнений определяется прежде всего её биомеханическими характеристиками (т. е. количественные характеристики) отдельного движения. Различают кинематические (математические описания движения): пространственные, временные, пространственно-временные и динамические (причинные) характеристики движений.
Соответственно различают характеристики: пространственные, временные, пространственно-временные.
Пространственные характеристики позволяют определить, каково исходное и конечное положения при движении (координата), какова между ними разница, насколько они изменились (перемещение) и через какие промежуточные положения выполнялось движение (траектория), т.е. пространственные характеристики в целом определяют пространственную форму движений человека. Основными пространственными характеристиками являются:
· координата точки— это пространственная мера местоположения точки относительно системы отсчета;
· траектория точки— это пространственная мера движения (воображаемый след движения точки), траекторию определяют, устанавливая ее длину, кривизну и ориентацию в пространстве.
Кривизна траектории показывает, какова форма движения в пространстве. Ориентация траектории в пространстве при одной и той же ее форме может быть разная.
Момент времени — это временная мера положения точки тела и системы, определяемая промежутком времени до него от начала отсчета.
Момент времени определяют не только для начала и окончания движения, но и для других важных мгновенных положений. В первую очередь это моменты существенного изменения движения: заканчивается одна часть (фаза) движения и начинается следующая (например: отрыв стопы от опоры в беге — это момент окончания фазы отталкивания и начало фазы полета). По моментам времени определяют длительность движения.
Темп движений— это временная мера повторности движений. Он измеряется количеством движений, повторяющихся в единицу времени (частота движений)
Ритм движений— это временная мера соотношения частей движений. Он определяется по соотношению промежутков времени, затраченного на соответствующие части движения.
Ритм определяют как соотношение двух периодов времени (например: опоры и полета в беге) или длительности двух фаз периода (например: фазы амортизации и фазы отталкивания в опорном периоде). Можно говорить и о ритме ряда фаз (например: соотношение длительностей пяти фаз скользящего шага в лыжном ходе). Ритм бывает постоянным и переменным.
Пространственно-временные характеристики — это скорость и ускорение. Они определяют характер перемещения тела и его частей в пространстве. От скорости движений зависят их частота (темп), величина нагрузки в процессе выполнения упражнения, результат многих двигательных действий (ходьбы, бега, прыжков, метаний и др.).
Динамические характеристики. Динамические характеристики
Инерционные характеристики раскрывают, каковы особенности тела человека и движимых им тел в их взаимодействиях. От инерционных характеристик зависит сохранение и изменение скорости.
Все физические тела обладают свойством инертности (или инерции), которое проявляется в сохранении движения, а также в особенностях изменения его под действием сил.
Отсюда видно, что момент инерции тела больше, когда его частицы дальше от оси вращения, а значит угловое ускорение тела под действием того же момента силы меньше; если частицы ближе к оси, то угловое ускорение больше, а момент инерции меньше. Значит, если приблизить тело к оси, то легче вызвать угловое ускорение, легче разогнать тело во вращении, легче и остановить его. Этим пользуются при движении вокруг оси.
Силовые характеристики. Изменение движений происходит под действием сил. Сила не причина движения, а причина изменения движения; силовые характеристики раскрывают связь действия силы с изменением движения.
Сила — это мера механического воздействия одного тела на другое в данный момент времени. Численно она определяется произведением массы тела и его ускорения, вызванного данной силой.
Чаще всего говорят про силу и результат ее действия, но это применимо только к простейшему поступательному движению тела. В движениях человека как системы тел, где все движения частей тела вращательные, изменение вращательного движения зависит не от силы, а от момента силы Сила как физическое явление измеряется динамометром.
Динамические параметры и характеристики
В реальных системах автоматики сигналы от элементов, как правило, бывают непостоянными. В большинстве случаев они меняются во времени. Для элементов, составляющих системы автоматики, основным режимом работы является режим, при котором входная и выходная величины не остаются постоянными. Такой режим называется динамическим.
Для оценки работы элемента в динамическом режиме используются динамические характеристики и параметры.
Процесс перехода элемента из одного установившегося состояния в другое называют переходным процессом. Так как во время переходного процесса Y изменяется, то переходный процесс, следовательно, является частным случаем динамического режима.
Переходный процесс характеризуется переходной характеристикой. Под переходной характеристикой понимают зависимость выходной величины от времени Y = f(t) при скачкообразном изменении входной величины. Реакция большинства элементов на скачкообразный входной сигнал (рис. 5.3,а), т. е. их переходная характеристика (рис. 5.3, б), представляет собой нарастающую экспоненту.
Время от начала экспоненциального изменения выходной величины до момента, когда она достигает 63% ( 2 /з) установившегося значения выходной величины, называется постоянной времени элемента τ.
Чем меньше τ, тем круче будет переходная характеристика, тем меньше длительность переходного процесса и тем меньше инерционность элемента. Динамические свойства элемента принято оценивать по его реакции на скачкообразное изменение входного сигнала. При этом переходный процесс, называемый переходной характеристикой, определяется только свойствами элемента. До подачи скачкообразного сигнала на вход элемент находится в одном установившемся состоянии (режиме), после подачи скачка и окончания* изменений выходной величины элемент будет находиться в другом установившемся состоянии. Таким образом, переходная характеристика позволяет выявить и оценить инерционность элемента.
Разные по функциональному назначению элементы имеют неодинаковые динамические свойства, обусловленные разной инерционностью элементов, которая проявляется в том, что изменение выходной величины не повторяет мгновенно изменений входной величины, а происходит с некоторым запаздыванием во времени. Например, при скачкообразном изменении входной величины X за счет инерционности элемента его выходная величина Y достигнет нового установившегося значения не сразу, а только после окончания переходного процесса.
Кривая зависимости Y=f(t)при скачкообразном изменении входного сигнала является графической интерпретацией решения дифференциального уравнения элемента, которым описывается поведение элемента при переходном процессе, где входные и выходные сигналы являются функциями времени.
Различные элементы автоматики имеют различные графики переходных процессов (рис. 5.4), так как поведение элементов при воздействии на них скачкообразных входных сигналов описывается различными дифференциальными уравнениями.
На рис. 5.4, а показан переходный процесс без запаздывания, на рис. 5.4, б — переходный процесс элементов, обладающих инерцией. Степень инерционности подобных элементов оценивается постоянной времени т. Это время определяется расстоянием по оси абсцисс от начала координат
до точки пересечения а касательной к кривой переходного процесса в начале координат с установившимся значением выходного сигнала Yуст. На рис. 5.4, в показан колебательно-затухающий переходный процесс, цри котором выходная величина колеблется около ее установившегося значения Yуст с постоянной частотой fо=1/τо, где τо —период колебаний снепрерывно убывающей амплитудой. Время tуст в течение которого выходной сигнал достигает значения, отличающегося на ΔY от установившегося значения выходной величины Y, называется длительностью переходного процесса. Переходный процесс, показанный на рис. 5.4, в, называется периодическим в отличие от апериодического переходного процесса, показанного на рис. 5.4, б. Выходной сигнал, показанный на рис. 5.4, г, изменяется периодически, при этом выходной сигнал Y сдвинут по фазе на угол φ.
В любой произвольный момент времени кривые X и Y имеют разность ординат. Эта разность называется динамической погрешностью элемента. У большинства элементов абсолютная динамическая погрешность после скачкообразного воздействия с течением времени не остается постоянной, а стремится к постоянному достаточно малому установившемуся значению.
Как установить закономерность динамического режима работы элементов и описать математически характеристику переходного процесса? Метод анализа переходного процесса целесообразно рассмотреть на наиболее часто встречающихся элементах, которые описываются дифференциальным уравнением вида
(5.1)
где τ — постоянная времени; К — коэффициент пропорциональности; х — величина входного сигнала.
В установившемся режиме Y = const и, следовательно, dY/dX=0.
С учетом этого из (5.1) получим уравнение статической характеристики такого элемента
Пусть в момент времени t=0 входная величина изменилась скачкообразно от Х=0 до Х=Х, где Х— величина входного скачкообразного сигнала (см. рис. 5.3). При Х=0 и Х=Х из уравнения (5.2) получаем, что установившееся значение выходной величины до подачи скачкообразного сигнала было Y=0, а после подачи должно быть
. (5.3)
(5.4)
где С — постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий, т. е. при t = 0 и
. (5.5)
Уравнение (5.5) — уравнение нарастающей, экспоненты и есть уравнение переходной характеристики для элементов, описываемых’ дифференциальным уравнением вида (5.1).
Динамические характеристики движений
Любое тело, движущееся в воде, испытывает действие движущих сил и сил гидродинамического сопротивления.
При горизонтальном положении тела равнодействующая движущих сил и сил гидродинамического сопротивления располагаются на одной горизонтальной линии. При плавании спортивными способами положение тела по отношению к горизонтали меняется. При положительном угле атаки (если плечи выше таза) возникает дополнительная подъемная, при отрицательном угле атаки (плечи ниже таза) – топящая гидродинамическая сила.
Техника плавания
Под техникой спортивного плавания понимают систему движений, позволяющую пловцу преодолевать соревновательную дистанцию с возможно более высокой скоростью, оптимальной затратой сил и в соответствии с правилами соревнований. Соревновательная деятельность пловца включает выполнение старта, передвижение по дистанции, выполнение поворота, финиш. Спортивными способами плавания являются:
| кроль на груди | брасс |
| кроль на груди | баттерфляй (дельфин). |
Элементы движений пловца.
Техника спортивных способов плавания условно расчленяется на отдельные элементы: движения туловищем, руками и ногами.
В зависимости от способа плавания туловище может выполнять движения вокруг продольной и поперечной осях. Вращения вокруг продольной оси наблюдается при плавании кролем на груди и на спине и носят название «крены». Вращения вокруг поперечной оси характерны для способов брасс и дельфин.
В движениях ног выделяют ударные и подготовительные движения, однако в способе брасс движения разделяются на гребковые и подготовительные. Гребковые и ударные движения часто называют рабочими движениями. Рабочие и подготовительные движения делятся на фазы, отдельные части движения, отличающиеся друг от друга функциями, направлением и формой движения. В отдельных способах плавания граничные моменты и функции отдельных частей движений ног различны.
Общее согласование движений должно обеспечивать непрерывное продвижение пловца вперед с наиболее высокой скоростью и оптимальной затратой сил. Движения руками и неразрывно связанное с ними дыхание являются основами координации.
Контрольные вопросы и задания
· Что понимают под техникой спортивного плавания?
· От чего зависят плавучесть тела пловца и гидростатическое равновесие тела?
· Какие причины (факторы) вызывают увеличение гидродинамического сопротивления продвижению пловца вперед?
· Что такое кинематические характеристики движений?
· Что такое динамические характеристики движений?
· Охарактеризуйте общие требования к рациональному положению тела пловца в воде и движениям ногами.
· Что включает соревновательная деятельность пловца?
· Охарактеризуйте общие требования к рациональной технике движений руками при плавании.
· На какие фазы можно условно разделить цикл движений руками?
· Дайте характеристику гребковым и подготовительным движениям
Кроль на груди
* 50, 100, 200, 400, 800, 1500 м;
* в эстафетах 4х100 и 4х200 м вольным стилем;
* в эстафетах 4х100 м комбинированной (последний этап);
* последний этап дистанции комплексного плавания 200 и 400 м;
* дальних проплывов на 5 и 25 км на открытых водоемах;
* в разных видах спортивного многоборья, включающих плавание (триатлон, современное пятиборье, спасательное многоборье и др.).
Прикладное значение плавания кролем на груди заключается в том, что он используется в различных условиях для преодоления водных преград, плавания в одежде, оказания помощи тонущему и т.д.
Положение тела. При плавании кролем на груди тело пловца находится почти в горизонтальном положении у поверхности воды. Голова опущена лицом в воду (за исключением момента вдоха), бедра находятся у поверхности воды.
Кроль на спине.
Общая характеристика. В настоящее время кроль на спине с успехом применяется в начальном обучении плаванию. Этому способствует благоприятное устойчивое положение тела и выполнение выдоха над водой, что облегчает условия для дыхания. Спортивное значение. На соревнованиях разыгрываются следующие дистанции у мужчин и женщин:
· первый этап комбинированной эстафеты 4х100 м;
· второй этап дистанции комплексного плавания 200 и 400 м.
Прикладное значение. Кроль на спине применяют при транспортировке не умеющего плавать, при оказании помощи тонущему, а также при плавании с различными грузами и т.п.
Движение руками и дыхание. Полный цикл движений рукой делят на фазы: захват, подтягивание, отталкивание (гребковое движение) и выход руки из воды, пронос, вход руки в воду (подготовительное движение).
Гребковое движение. В фазе захвата (после входа руки в воду) рука скользит ребром ладони вниз и немного в сторону. Ощутив ладонью давление встречного потока воды, пловец начинает сгибать кисть, захватывая ею воду. Голова спортсмена остается неподвижной относительно продольной оси тела.
Брасс на груди.
* 50, 100 и 200 м у мужчин и женщин;
* второй этап комбинированной эстафеты 4х100 м;
* третий этап дистанций комплексного плавания 200 и 400 м.
Правила соревнований строго регламентируют технику плавания способом брасс. Основные пункты правил гласят:
1. Начиная с первого гребка после старта и поворота, пловец лежит на груди, линия плеч параллельна поверхности воды;
2. Руки выполняют движения одновременно и симметрично под водой или по ее поверхности, во время гребка руки не должны заходить за линию бедер, после гребка руки одновременно вытягиваются от груди таким образом, что кисти двигаются под поверхностью воды, по или над ней (локти все время должны находиться под водой);
3. Ноги выполняют движения одновременно и симметрично, во время рабочего движения ногами стопы должны быть развернуты носками наружу и двигаться назад по дугам (движения сомкнутыми ногами вверх и вниз не разрешаются);
4. Во время плавания голова спортсмена может временно погружаться в воду, однако в каждом цикле движений она должна появляться на поверхности воды.
Прикладное значение. Способ плавания брасс на груди применяется при нырянии, спасении тонущих, транспортировке различных предметов, переправах через водные рубежи и т.д. Так как продвижение обеспечивается в большей степени движением ног, то можно руками транспортировать различные предметы и грузы. Возможность держать голову свободно над водой позволяет хорошо ориентироваться вокруг, что особенно важно в прикладном плавании.
Движения ногами. Движения ногами можно условно разделить на подготовительное и гребковое (рабочее).
Подготовительное движение. Из исходного положения ноги без излишнего напряжения одновременно сгибаются в тазобедренных и коленных суставах и разводятся в стороны, а стопы движутся как можно ближе к поверхности воды. Во время сгибания ног бедра сохраняют обтекаемое положение и не опускаются вниз. Стопы постепенно расходятся в стороны и движутся по направлению к туловищу. В конце подготовительного движения голени и стопы поворачиваются наружу, одновременно происходит дополнительное тыльное сгибание стоп. Подготовительное движение ногами увеличивает общее сопротивление и является тормозящим, поэтому его выполняют несколько медленнее, чем гребок.
Движения руками и дыхание. Движения руками в брассе выполняются одновременно и симметрично. Их можно расчленить по подготовительные и гребковые и выделить следующие фазы: движений рук в стороны (гребок), движение рук к туловищу (сгибание), выведение рук вперед (разгибание).
Во время гребка руки разводятся в стороны и немного вниз. Кисти при этом развернуты ладонями наружу, чтобы хорошо опираться о воду и отталкиваться от нее. Начало гребка выполняется почти прямыми руками, затем они сгибаются в локтях. На протяжении всего гребка локти удерживаются выше кистей и развернуты в стороны. Как только кисти приблизятся к линии плечевого пояса, они с ускорением направляются пловцом внутрь, под подбородок. Эта завершающая часть гребка, самая быстрая и энергичная. В это время пловец, хорошо опираясь о воду кистями и предплечьями, как бы выталкивает себя вперед и немного вверх. Плечевой пояс и голова приподнимаются над поверхностью воды, и пловец выполняет вдох (его называют «поздним»). Во время вдоха руки не прекращают своих движений, и гребок переходит в выведение рук вперед (разгибание). Кисти сближаются под подбородком, поворачиваются ладонями немного внутрь и пловец, разгибая руки в локтевых суставах, вытягивает их вперед для начала очередного гребка.
Общее согласование движений. Чтобы лучше представить, как согласуются движения ног, рук и дыхания при плавании брассом на груди, целесообразно расчленить эти движения на фазы. Первая фаза. Из исходного положения (тело вытянуто и находится почти в горизонтальном положении, ноги вытянуты и расслаблены) руки выполняют гребок с опущенным в воду лицом, спортсмен производит выдох. В конце гребка ноги начинают немного сгибаться в коленях. Вторая фаза. Руки совершают движение к туловищу (сгибание), при этом голова поднимается над водой и следует вдох, ноги быстро выполняют основную часть подтягивания, разворачиваются носками в стороны и вслед за выведением рук вперед выполняют отталкивание.Третья фаза. В начале фазы руки возвращаются в исходное положение и выпрямляются, ноги выполняют гребок. Выдох производится на протяжении всей фазы. Основная часть отталкивания приходится на тот момент, когда руки почти полностью вытянуты вперед и тело пловца хорошо обтекаемо.
По окончании отталкивания ногами пловец какое-то мгновение скользит в горизонтальном положении с вытянутыми ногами и руками.
Баттерфляй (дельфин).
Общая характеристика. Способ плавания дельфин как самостоятельный способ применяется лишь с 1954 года. Характерной особенностью дельфина является то, что обе руки, закончив гребок, выполняют подготовительные движения над водой, а ноги непрерывно движутся наподобие дельфиньего хвоста вверх и вниз. Два полных удара стопами вниз приходятся на один цикл движений руками. По правилам соревнований движения руками и ногами должны быть одновременными и симметричными. Спортивное значение. Квалифицированные пловцы всегда плывут в соревнованиях, используя наиболее рациональную разновидность баттерфляя – дельфин. Разыгрываются следующие дистанции:
* третий этап комбинированной эстафеты;
* первый этап дистанций комплексного плавания 200 и 400 м.
Прикладное значение. Движение ногами дельфином используются при нырянии, буксировке и т.д. В значительной мере дельфин используется спортсменами, занимающимися подводным спортом, синхронным плаванием.
Положение тела. При плавании дельфином пловец находится в воде, в положении на груди, тело вытянуто, ноги сомкнуты, руки вытянуты вперед на ширине плеч с ладонями, обращенными вниз.
Движения ногами. Движения ногами делятся на подготовительное (снизу вверх) и гребковое или ударное (сверху вниз).
Гребковое движение. Движение ногами сверху вниз начинаются с ускоренного разгибания ног в коленных и в конце движения в голеностопных суставах, при этом ноги выпрямляются. Одновременно туловище сгибается в поясничной части углом кверху. В результате этого голени и стопы движутся вниз, а таз вверх. В конце движения тело пловца принимает положение, согнутое в тазобедренных суставах, под некоторым углом вверх по отношению к поверхности воды и направлению движения, выпрямленное в коленных суставах. Верхняя часть туловища погружена в воду, голова опущена, руки вытянуты вперед.
Последовательное сгибание и разгибание ног и туловища создают благоприятное условие для движения пловца. Движения ногами имеют захлестывающий, непрерывный, упругий характер и вносят большой вклад в создание сил, продвигающих пловца вперед.
Движения руками и дыхание. В плавании дельфином движения руками характеризуются попеременным чередованием гребковых движений в воде и подготовительных движений над водой.
Гребковое движение включает фазы захвата, подтягивания и отталкивания. Во время захвата кисти движутся наружу и немного вниз, как бы захватывая воду. Ощутив опору о воду, пловец переходит к основной части гребка.
Во время подтягивания руки сгибаются в локтевых суставах (локти развернуты в стороны) и движутся спереди назад, опираясь о воду кистями и предплечьями. К середине гребка, когда подтягивание переходит в отталкивание, кисти сближаются под животом, ладони развернуты строго назад. В фазе отталкивания кисти энергичным, но плавным, движением направляются назад и наружу. Гребок завершается у бедер выпрямлением рук в локтевых суставах. После этого кисти поворачиваются мизинцами вверх и расслабляются, руки выходят из воды.