Прямой эфир

Туннель для лыжников появится в Тюмени
Она существовала и существует без всяких « тоннелей»..... совсем рядом, на Колыме)))
ALEX3M 19.04.2024

Туннель для лыжников появится в Тюмени
Да в связи с паводком, постройка туннеля очень актуальна. До следующего паводка. будет бассейн за...
ALEX3M 19.04.2024

Ангуляция как основа динамической стойки спортсмена-горнолыжника

rarebird Лента автора 31 Марта 2018 (19:09) Просмотров: 14543 91

В последнем номере научно-методического журнала была опубликована научная работа на тему: "Ангуляция как основа динамической стойки спортсмена-горнолыжника".
Предлагаю ознакомиться с данным материалом. (Заранее прошу извинить за плохо отформатированные рисунки. Возникали сложности при их загрузке на сайт).

УДК 796.015.12, 796.012.4, 796.012.5

Ангуляция как основа динамической стойки

спортсмена-горнолыжника

А.А.Ривлин¹, преподаватель УЦ ФГССР

С.Д.Леготин², к.т.н., доцент, инструктор 1 категории

¹Учебный центр Федерации горнолыжного спорта и сноуборда России, Россия, Москва, ул. Автозаводская, 19, корп. 2.
²Кафедра теоретической механики Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана, Россия, 2-я Бауманская ул., д. 5.

Аннотация

В работе рассмотрены основные движения человека, участвующие в создании ангуляции, построена биомеханическая модель ангуляции с учетом движений опорно-двигательного аппарата человека, а также линий, соединяющих парные суставы скелета. Выявлены закономерности расположения линий как относительно друг друга, так и по отношению к плоскости склона. Проанализирован и показан процесс формирования спортсменом ангуляции с учетом предложенной биомеханической модели с характерным изменением линий. Дана оценка представленного материала для последующих исследований.

Ключевые слова: горные лыжи, спорт, ангуляция, биомеханика, поворот.

Abstract

This article discusses the main movements of a sportsman involved in the creation of angulation and offers a biomechanical model of angulation adjusted to the human musculoskeletal system as well as the lines connecting the paired joints of the skeleton. There were revealed certain principles of the location of the lines relative to each other and to the surface of the slope. There was analyzed and shown the process of forming angulation by a sportsman basing on the proposed biomechanical model with specific changes of lines. The given material was also assessed for further research.
Key words: alpine skiing, angulation, biomechanics of sport, turn.

Введение

         С начала возникновения спортивных горных лыж в середине прошлого века вопросу динамического изменения стойки уделялось повышенное внимание, так как было замечено, что при достижении определенного положения тела в повороте скорость движения лыжника по трассе увеличивается, крутые повороты на трассе выполняются значительно быстрее. Такое положение увеличивало угол закантовки лыж и за счет своего характерного вида получило название «винто-угловое».

          В настоящее время получил распространение, как аналог винто-углового положения, термин – «ангуляция».

          Движение лыжника по трассе – это периодическая смена ангуляций, а динамика стойки – это процесс создания или формирования ангуляции. При этом техника спортсмена определяется характеристиками и особенностями выполнения этого процесса. Таким образом, ангуляция – это главный технический элемент движения горнолыжника, в существенной степени влияющий на время прохождения трассы.

          Именно поэтому техника выполнения ангуляции ведущими спортсменами является предметом постоянного пристального внимания и изучения специалистами, тренерами и самими спортсменами. Обучение динамически изменяющейся стойке или процессу создания ангуляции, как определяющего звена горнолыжной техники, является первостепенной задачей тренера, преподавателя, инструктора. В связи с этим, описание стойки лыжника, его положения при ангуляции, динамическое изменение стойки при ведении поворота имеют существенное значение. Знание биомеханики выполнения ангуляции – это инструмент, с помощью которого возможно эффективно и целенаправленно корректировать и совершенствовать технику спортсменов.

          Однако в специальной литературе детальное описание положений опорно-двигательного аппарата тела лыжника в повороте, анализ закономерностей динамики изменений стойки, описание ангуляции, описание движений спортсмена, приводящие к ангуляции, практически отсутствуют. В этой связи биомеханический анализ ангуляции как динамического процесса изменения стойки лыжника при выполнении поворота является актуальной задачей.

АНАЛИЗ АНГУЛЯЦИИ

         Отличительная особенность спортивных горных лыж от свободного катания на лыжах связана с всемерным уменьшением действующих на лыжника диссипативных сил (трения скольжения, трения бокового сноса, аэродинамического сопротивления, и др.) с целью минимизации времени прохождения спортивной трассы, что подразумевает выбор оптимальной траектории и скорости прохождения трассы.

          В работе [1] рассмотрена динамическая модель движения лыжника в резаном повороте при «естественной» закантовке лыж, характеризующейся равенством угла закантовки углу наклона опорной линии лыжника. Здесь: опорная линия – линия действия вектора равнодействующей опорных реакций со стороны склона, проходящая через центр масс лыжника; угол закантовки – угол между склоном и скользящей поверхностью лыжи; угол наклона опорной линии – угол между нормалью к склону и опорной линией. При естественной закантовке у лыжника отсутствует возможность менять радиус дуги поворота, поскольку угол наклона опорной линии целиком определяется кинетикой движения – скоростью, геометрией бокового выреза лыж, крутизной склона и направлением движения лыж по склону. Кроме того, естественная закантовка находится на грани устойчивого и неустойчивого скольжения лыжника. Отсюда следует, что движение с естественной закантовкой не является оптимальным и в спорте необходимо использовать другие варианты движения, позволяющие управлять траекторией и скоростью.

          Так как при резаном движении уменьшение радиуса поворота приводит к укорочению длины дуги, что сокращает время прохождения лыжником данного отрезка трассы, то спортсмену необходимо располагать возможностью уменьшать радиус кривизны путем увеличения угла закантовки лыж за счет динамического изменения положения тела (стойки). Кроме этого увеличение угла закантовки уменьшает площадь контакта лыж со склоном, что позволяет лыжам глубже врезаться в наст, сцепление со склоном увеличивается. Это способствует скольжению без проскальзывания и увеличивает диапазон равновесного положения лыжника в повороте.

          Известно, что в механике при описании движения механических систем используется понятие центра масс. При рассмотрении изменяющейся в процессе выполнения поворота стойки лыжника в качестве точки, относительно которой удобно описывать взаимные перемещения отдельных частей тела, будем использовать располагающийся на опорной линии центр масс системы «лыжник-лыжи». У лыжника, с учетом снаряжения, центр масс располагается в области таза и нижнего отдела позвоночника, имея естественное смещение в зависимости от позы самого спортсмена. Определим скрепленные с центром масс ортогональные плоскости, в которых будем рассматривать движения частей тела лыжника при выполнении поворота. Помимо опорной линии эти плоскости включают линию направления лыж и нормаль к склону. Так продольная плоскость содержит опорную линию и ориентационное направление лыж – прямую линию, лежащую в плоскости склона и проходящую через опорную точку параллельно кантам лыж в местах расположения ботинок. Поперечная плоскость задается опорной линией и нормалью к склону. В плоскостях, перпендикулярных опорной линии, происходит скручивание частей тела, или их поворот вокруг опорной линии. Это – плоскости вращения вокруг опорной линии.

          Как видно из рассмотренного подхода, ключевой характеристикой при оценке движения частей тела спортсмена в повороте служит опорная линия, которая в статике, без движения, направлена по вектору силы тяжести. Функции ориентации, достижения положения устойчивого равновесия и управления движением тела в пространстве выполняет у человека его вестибулярный аппарат. При этом основным ориентационным направлением для вестибулярного аппарата является вектор равнодействующей сил тяжести и инерции. Этому вектору соответствует равнодействующая опорных реакций, ориентированная в противоположную сторону, поэтому оба этих равных и взаимно противоположных вектора определяют направление опорной линии, проходящей через центр масс. Именно поэтому опорная линия играет важную роль и служит естественной ориентационной базой для вестибулярного аппарата лыжника.

          Стойка лыжника определяется положениями суставов опорно-двигательного аппарата (скелета человека). Если провести прямые, проходящие через парные суставы скелета: голеностопные, коленные, тазобедренные, плечевые и кисти рук, то получатся базовые линии, с помощью которых можно простейшим образом описать положение тела при ангуляции. Таковыми линиями (рис. 1) будут: линия стоп (голеностопные суставы), линия колен (коленные суставы), линия таза (тазобедренные суставы), линия плеч (плечевые суставы). Пространственное расположение перечисленных линий позволяет в основном описать положение опорно-двигательного аппарата лыжника при ангуляции.

Рис. 1
Для создания биомеханической модели спортсмена при выполнении поворота были проанализированы кинограммы ведущих мировых спортсменов с ярко выраженными ангуляциями (рис. 2).

Рис. 2

Ангуляция ведущих лыжников независимо от технической дисциплины сводится к сгибанию тела в поперечной и продольной плоскостях и скручиванию в областях таза, колен, стоп, плеч и позвоночного столба вокруг опорной линии. При этом позвоночный столб и ноги лыжника образуют в поперечной плоскости характерный тупой угол с вершиной, направленной внутрь поворота. Принято различать бедренную, коленную и совместную ангуляции. При бедренной ангуляции в поперечной плоскости положения голени и бедра располагаются по одной линии. При коленной в поперечной плоскости на одной линии располагаются положения бедер и туловища.

У лыжника в области таза и нижнего отдела позвоночника находятся связи, позволяющие реализовать необходимые степени свободы тела лыжника (рис. 3а). Используя эти степени свободы, тело способно сгибаться в поперечной (рис. 3б) и продольной (рис. 3в) плоскостях и скручиваться (рис. 3г) вокруг опорной линии. Эти степени свободы реализуются в области с наибольшей локализацией сгибаний, разгибаний и скручиваний позвоночника, которую назовем узлом локализации подвижности туловища, выделенный кругом на рис. 3а.

   Рис. 3а                  Рис. 3б                 Рис. 3в                    Рис. 3г

          В биомеханике опорно-двигательный аппарат человека рассматривают как многозвенную систему, состоящую из подвижно соединенных твердых звеньев (костей, суставов, связок). Многозвенность опорно-двигательного аппарата человека обеспечивают ему необходимую подвижность. Количественной мерой подвижности звеньев тела человека являются степени свободы движений. Всего у человека свыше двухсот степеней свобод [2].

          Ограничившись минимальным числом степеней свободы опорно-двигательного аппарата человека, построим простую биомеханическую модель ангуляции, позволяющую адекватно описывать положение лыжника в горнолыжном повороте.

          Ангуляционное положение достигается благодаря выполнению спортсменом следующих трех действий:

          1). Действие по созданию бедренной ангуляции.

В этом варианте простая биомеханическая модель бедренной ангуляции сводится к двум звеньям: верхнему и нижнему, соединенных сферическим шарниром в узле локализации подвижности туловища, объединяющем подвижность тазобедренных суставов и нижнего отдела позвоночника. При бедренной ангуляции позвоночный столб и бедра лыжника образуют в поперечной плоскости характерный тупой угол с вершиной в области тазобедренных суставов, направленной внутрь поворота.

         Тогда с учетом принятой биомеханической модели бедренная ангуляция достигается благодаря следующим, одновременно выполняемым, движениям:
а) Движение тела в поперечной плоскости, приводящее к изменению положения тела при сгибании туловища вбок с целью увеличения угла закантовки лыж (рис.4а). На рисунке 3б показано простейшее сгибание вбок, аналогичное сгибанию при создании ангуляции (рис.4а). Положение лыжника и его двухзвенная биомеханическая модель показаны в поперечной плоскости на рис.4б. Кругом выделен узел локализации подвижности.

Рис. 4а

Рис. 4б
б) Движение тела в продольной плоскости, выполняемое сгибанием тазобедренных суставов ног и нижнего отдела позвоночного столба (рис. 5а). На рис. 3в показано простейшее сгибание в пояснице, как компонент движений для создания ангуляции (рис. 5а). Положение лыжника и его двухзвенная биомеханическая модель показаны в продольной плоскости на рис.5б. Кругом выделен узел локализации подвижности.

Рис. 5а

Рис. 5б

в). Скручивание тела в плоскостях вращения вокруг опорной линии за счет разнонаправленного поворота линий таза и плеч относительно опорной линии (рис. 6). На рис. 3г показано простейшее скручивание тела, которое используется при создании ангуляции.

                                                                          Рис. 6

          2). Действие по созданию коленной ангуляции

          Коленная ангуляция реализуется за счет наклона наружу поворота верхней части туловища по отношению к нижним частям ног – голеням, которые наклоняются внутрь поворота. В результате в поперечной плоскости образуется угол с вершиной в области коленей, направленной внутрь поворота. В такой двухзвенной модели одним звеном является тело лыжника от колена и выше, вторым – голени ног от колена и ниже. В результате в поперечной плоскости возникает угол с вершиной в области коленных суставов, направленной внутрь поворота.

          Коленная ангуляция, так же как и бедренная, приводит к увеличению угла закантовки лыж. Реализация коленной ангуляции возможна при сильном сгибании ног лыжника в коленных суставах.

          Введем по аналогии с узлом подвижности тела, узел подвижности коленей. Тогда схема коленной ангуляции представляется в виде, изображенном на рис.7 (кругом выделено шарнирное соединение двух звеньев в области колен).

Рис. 7

3). Действие по смещению плеч и рук лыжника.

Существенную роль в создании ангуляционного положения играет позвоночный столб. Инициирующим фактором сгибания и скручивания позвоночного столба является работа плеч и рук лыжника. При этом линия плеч лыжника при выполнении поворота разворачивается в сторону поворота. Положение линии рук определяющим образом связано с местоположением кисти внешней руки лыжника (рис. 8), которая двигается в плоскости действия инерционных сил параллельно склону.

Рис. 8

Создание ангуляции

Поворот лыжника осуществляется по мере создания и последующего акцентирования (развития) ангуляционного положения. Процесс начинается в начале движения по дуге поворота со смещения таза внутрь поворота (рис. 9а).

Рис. 9а

Для увеличения ангуляции необходимо большее смещения таза. Для этого лыжник разворачивает бедра, линии колен и таза от поворота, приводящие к разножке (опережению внешнего ботинка внутренним по направлению движения) (рис. 9б). При этом линии стоп и колен двигаются синхронно.

Рис. 9б

Одновременно со смещением таза внутрь поворота лыжник сгибается в пояснице, вбок и скручивается (рис.9в) (действие 1). Расположение и дальнейшее смещение рук и плеч лыжника способствуют скручиванию позвоночника и акцентированию ангуляционного положения (действие 3).

Рис. 9в

Внешнее от поворота колено, двигаясь внутрь поворота, прижимает лыжу к поверхности и добавляет угол закантовки (действие 2), увеличивая сцепные свойства лыжи и, соответственно, ангуляцию (рис. 9г), что приводит к уменьшению радиуса траектории поворота.

Рис. 9г

В результате выполнения ангуляции в плоскости склона линии таза и колен разворачиваются от поворота, линия плеч и рук в сторону поворота (рис.9д).

Рис.9д

Линия плеч подвержена вращению наименьшим образом и при ангуляционном положении лыжника располагается, как правило, в поперечной плоскости.

Степень ангуляции зависит от величины расхождения в плоскости склона проекций линий таза, рук и плеч; большее расхождение – показатель большей ангуляции. В процессе движения по дуге поворота лыжник постепенно увеличивает как бедренную, так и коленную ангуляции. Поскольку степень ангуляции влияет на радиус поворота, то это автоматически изменяет наклон опорной линии. В случае уменьшения ангуляции угол наклона уменьшается, в случае увеличения – увеличивается. Для завершения поворота и возможности выполнения противоположного лыжник уменьшает ангуляцию, выполняя движения по созданию ангуляции в противоположном направлении. При этом расхождение линий в плоскости склона таза, плеч и рук будет уменьшаться.

Заключение

Ангуляция, как основа динамической стойки спортсмена, изменяет угол закантовки, уменьшая радиус кривизны, позволяя выполнять без сноса более крутые повороты, расширяя этим в большую сторону возможный скоростной диапазон движения спортсмена по трассе.

В результате проведенного анализа техники сильнейших мировых спортсменов: М. Хиршера, Г. Кристофферсена, А. Хорошилова, М. Шифрин, Т. Вайратер и др., выявлены закономерности и особенности процесса создания ангуляции, определено и описано понятие ангуляции исходя из скелетного строения человека; определена взаимосвязь и взаимозависимость положений стоп, колен, таза, плеч и рук спортсмена при выполнении ангуляции. Практическое значение представленной работы заключается в том, что предлагаемое рассмотрение биомеханики ангуляции может служить основой для создания методических и педагогических рекомендаций для обучения спортсменов и анализа их техники. Введенная структура ангуляции является основой для построения полной биомеханической модели спортсмена. Детальный анализ структуры движений спортсмена при выполнении поворота с ангуляцией выходит за рамки объема одной журнальной статьи и этому будет посвящена отдельная публикация.

Список литературы

1. Леготин С.Д., Ривлин А.А., Данилин В.И. Механика горных лыж: резаный поворот без ангуляции. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 7. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2017-7-1632.
2. Самсонова А.В. Гипертрофия скелетных мышц человека: монография /А.В. Самсонова; Национальный гос. ун-т физ. культуры, спорта и здоровья им. П.Ф. Лесгафта.– СПб.: [б.и.], 2011.- 203 с. ил.

List of references

1. S.Legotin, A.Rivlin, V.Danilin. Mechanics of alpine skiing: mathematical modelling of carve turn without angulation. Engineering journal: science and innovation, 2017, №7. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2017-7-1632.
2. A.Samsonova Hypertrophy of skeletal muscle of man: monograph/A.Samsonova; National state University of physical culture, sport and health them. P. F. Lesgaft.– Saint Petersburg: [b.i.], 2011.-203p.il.