Рис. 7. Виды статической работы мышц при сохранении положения: а – удерживающая; б – укрепляющая; в – фиксирующая

Значит, показатели устойчивости твердого тела в применении к телу человека дают возможность только в самой общей форме оценить механические условия его устойчивости.

Следует заметить, что здесь рассматривались только условия равновесия тела, находящегося под действием силы тяжести. При сохранении положения тела человека приходится уравновешивать не только силу тяжести, но и многие другие силы. С точки зрения задачи уравновешивания сил можно выделить три вида статической работы мышц:

1) удерживающая работа – против момента силы тяжести (рис. 7, а); моментами силы тяги мышц уравновешены моменты сил тяжести звеньев;

2) укрепляющая работа – против сил тяжести, действующих на разрыв (рис. 7, б); силы мышечной тяги укрепляют сустав, принимают на себя нагрузку;

3) фиксирующая работа – против сил тяги мышц-антагонистов (рис. 7, в) фиксирующая и других сил; силы мышечной тяги лишают звено возможностей движения, действуя друг против друга по направлению, но совместно по задаче. [6]

С точки зрения механики это одинаковые случаи – уравновешивание сил. С точки зрения биомеханики здесь имеется качественное различие в двигательной задаче и в управлении мышцами при ее решении.

Условия устойчивости тела человека

Устойчивость тела человека определяется его возможностями активно уравновешивать возмущающие силы, останавливать начинающееся отклонение и восстанавливать положение.

Уравновешивание возмущающих сил происходит при равенстве нулю главного вектора и главного момента всех внешних сил. Силы тяги мышц (уравновешивающие силы) никогда не бывают постоянными. Это зависит от не полностью упорядоченного включения и выключения групп мышечных волокон при напряжении мышц, сюда присоединяются и реакции на отклонения, возникшие по этой причине. В связи с этим устойчивость тела человека характеризуется равновесием колебательного типа.

Как уже отмечено, гимнаст не может использовать всей поверхности опоры для сохранения положения тела. Площадь эффективной опоры соответствует зоне сохранения положения. Гимнаст может расположить ОЦТ своего тела в любом месте этой зоны и сохранить положение.

Величина зоны сохранения положения зависит от физических сил гимнаста (возможности сохранения позы) и его технической подготовленности (навык сохранения положения). В ее пределах он может остановить начавшееся отклонение.

Внутри зоны сохранения положения можно выделить меньшую – оптимальную – зону положения ОЦТ тела. В пределах этой зоны гимнаст лучше всего сохраняет требуемое положение. Когда колебания тела выводят ОЦТ тела из оптимальной зоны, устойчивость еще достаточно высокая. Когда колебания тела выведут ОЦТ тела за пределы зоны сохранения положения, наступает опрокидывание. Механическая система не может в этом случае сама под действием только силы тяжести восстановить положение. Без дополнительного внешнего воздействия падение неизбежно.

Гимнаст, стремясь сохранить положение (даже утратив равновесие), с помощью активных действий может еще восстановить положение в известных пределах отклонения. Зона восстановления положения – это область, в которой невозможно равновесие, но из которой гимнаст еще способен вернуться в заданное положение.

Рис. 8. Сохранение положения тела: а – компенсаторными движениями; б – амортизацией

Все зоны (оптимальная, сохранения и восстановления положения) индивидуально очень различны. Они зависят от физических качеств, двигательных навыков, физического и эмоционального состояния спортсмена. Устойчивость тела гимнаста хотя и зависит от механических условий равновесия тела, но определяется главным образом другими факторами. [6]

При упражнениях на снарядах с использованием хвата имеют место удерживающие связи, создаются условия иные, чем при неудерживающей связи (на опоре). Однако всегда основное условие равновесия выполняется.

Управление сохранением положения

Сохранение положения тела гимнаста достигается управлением уравновешивающими и восстанавливающими силами при компенсаторных, амортизирующих и восстанавливающих движениях.

Компенсаторные (компенсация (лат.) – возмещение) движения (рис. 8, а) направлены на предупреждение выхода ОЦТ тела за пределы зоны сохранения положения при возмущающих воздействиях и при собственных движениях на месте. Компенсаторные движения нейтрализуют воздействие возмущающих сил на ОЦТ тела. Эти движения выполняются обычно в то же время, что и отклонения, одновременно с ними. Кроме того, они, как правило, выполняются автоматически, без обращения на них внимания.

Амортизирующие (амортизация (лат.) – погашение.) движения (рис. 8, б) уменьшают эффект действия возмущающих сил. Это обычно уступающие движения, которые направлены в сторону действия возмущающей силы. Они замедляют начавшееся отклонение и останавливают его. Их выполняют (как и компенсаторные движения) одновременно с действием возмущающих сил.

Восстанавливающие движения направлены на возвращение ОЦТ тела в зону сохранения положения из зоны восстановления положения. Гимнаст уже выведен из состояния равновесия и согласно законам механики должен упасть. Однако есть два пути восстановления положения: либо под действием внешней силы вернуть ОЦТ тела, переместить его в зону сохранения равновесия, либо, переместив точку опоры, "подвести" ее под ОЦТ тела.

Нередко приходится сочетать два, а то и все три способа сохранения и восстановления положения в виде одного комбинированного действия. Таким образом, сохраняя положение, гимнаст управляет своими движениями, борется со сбивающими силами активно, что принципиально отличается от пассивного уравновешивания неживых тел.

Во всех гимнастических упражнениях с сохранением положения тела приходится решать две задачи: сохранить заданную позу и обеспечить устойчивость тела.

Стойки представляют собой положения тела с вертикальной ориентацией и нижней опорой. Они выполняются с опорой ногами, а также в положении ногами вверх.

Стойки могут выполняться как на опорной плоскости (полу), так и на гимнастических снарядах. Обычно это ограниченно-устойчивый вид равновесия.

Стойка на предплечьях (рис. 9). В этом положении туловище, ноги и плечи ориентированы вертикально (ногами вверх), руки согнуты в локтевых суставах под прямым углом, голова и шея в разогнутом положении. Опора тела происходит на предплечья и кисти, которые пронированы и расположены на опоре ладонными поверхностями вниз.

На все части тела действуют их силы тяжести, приложенные к соответствующим центрам тяжести. Каждое вышерасположенное звено действует своим весом на нижерасположенные. Вес всего тела (кроме предплечий и кистей) через локтевые суставы приложен к предплечьям. Действие на опору передается через предплечья и кисти. Во многих случаях можно условно считать, что вес всего тела передается на опору в том месте, где проходит направление равнодействующей всех сил тяжести (проекция ОЦТ тела гимнаста). Однако никогда нельзя забывать, что любая равнодействующая представлена мысленно и в действительности как одна сосредоточенная сила, приложенная к данной точке, не существует. В действительности вес всего тела – это сила распределенная, поверхностная, приложенная как бесчисленное множество сил ко всем точкам опорной поверхности. Причем в зависимости от позы распределение давления на опору может изменяться. Это очень важно, так как именно поза и ее изменение определяют устойчивость тела.