В Нормативы испытаний (тестов) Всероссийского физкультурно-спортивного комплекса «Готов к труду и обороне» (ГТО) включено упражнение «рывок гири 16 кг». Гиревой спорт в России популярен с незапамятных времен. Также упражнения с гирями и соревнования по гиревому спорту становятся популярными во всем мире [1, 2]. Термин «Гиревой спорт» в зарубежных странах используется в двух вариантах: «Kettlebell Sport (KS)» и «Girevoy Sport (GS)». Многие зарубежные профессионалы в области силовой и физической подготовки рекомендуют использовать упражнения с гирями в качестве эффективного средства для повышения мышечной силы, мощности и максимального потребления кислорода [2]. Цель некоторых зарубежных исследований в упражнениях гиревого спорта состоит в том, чтобы количественно оценить показатели кардиореспираторной и сердечно-сосудистой систем. В первую очередь при выполнении упражнения «рывок» в высоком темпе оцениваются потребление кислорода и частота сердечных сокращений. Эти показатели сравниваются, например, с общепринятыми показателями максимальной нагрузки на гребном эргометре [3]. Область других зарубежных исследований касается анализа модельных антропометрических особенностей, функции физиологических систем и опорно-двигательного аппарата в гиревом спорте [4]. В современном гиревом спорте увеличивается количество научных и методических исследований по совершенствованию как методов тренировки спортсменов-гиревиков [5, 6], так и техники двигательных действий в соревновательных упражнениях [7]. Однако в процессе подготовки к выполнению норм ГТО не спортсменов, а обычных здоровых людей большие объемы физической нагрузки и высокая интенсивность выполнения упражнений недопустимы. Процесс подготовки в упражнении «рывок гири 16 кг», на наш взгляд, должен быть направлен на обучение и получение навыка выполнения упражнения в течение всего контрольного времени выполнения упражнения – 4 мин. Для этого обучаемым людям необходимо путем многих повторений получить навык в рациональной технике упражнения «рывок». Контроль двигательных действий в упражнении требует определения критериев рациональной техники.
Целью исследования является исследование динамических мер движения системы, таких как импульс силы (S_верт, N*с) и количество движения (Q_верт, кг*м/с), в проекции на вертикальную ось в качестве критериев техники в упражнении «рывок».
Материал и методы исследования. В исследовании принимали участие 9 студентов 18–20 лет на протяжении 3 месяцев учебных занятий. В работе проводилось измерение вертикальной реакции опоры (R(t)_верт, N) с помощью тензоплатформы, а также вертикальной составляющей ускорения туловища (а(t)_верт, м/с2) с помощью акселерометра. Испытуемые выполняли упражнение в течение 1 мин в произвольном темпе, стоя на тензоплатформе. Датчик акселерометра укреплялся на пояснице у испытуемого с помощью эластичного пояса. Датчики подключались к универсальному регистратору сигналов на основе микропроцессора ATmega328. Сигналы R(t)_верт и а(t)_верт передавались на компьютер через Bluetooth. Вычисления и анализ полученных данных проводились с помощью программы Logger Pro 3. Для наглядного представления отдельные фазы движения спортсмена (рис. 1) были обозначены буквами латинского алфавита: a – фиксация, b – поворот туловища для выведения гири вперед, c – опускание гири, d – перехват дужки гири, e – амортизация, f – замах назад, g – замах вперед, h – подрыв, i – перехват дужки гири, j – остановка гири. В соответствии с указанными фазами движения были обозначены характерные зубцы R(t)_верт и а(t)_верт (рис. 2).
Рис. 1. Техника выполнения соревновательного упражнения «рывок» МСМК Д. Бенидзе (по видеосъемкам ЧР 2013 г.)
По графикам R(t)_верт и а(t)_верт у испытуемых выявлялись особенности техники выполнения упражнения (рис. 3). Движение системы «спортсмен – гиря» можно охарактеризовать такими динамическими мерами движения системы, как полный импульс силы (S, N*с) и количество движения (Q, кг*м/с), которые теоретически должны быть равны в данной системе. Для определения показателей «S_верт» вычислялась площадь под графиком R(t)_верт (интеграл, N*с) за время каждого цикла упражнения (рис. 4). Для определения показателей «Q_верт» также вычислялась площадь под графиком a(t)_верт (интеграл, м/с2*с = м/с) за время каждого цикла упражнения, полученное значение умножалось на массу системы «спортсмен-гиря» (рис. 4).
Рис. 2. Графики вертикальной составляющей реакции опоры R(t)_верт и вертикальной составляющей движения туловища а(t)_верт двух циклов упражнения «рывок»
Рис. 3. Графики R(t)_верт и а(t)_верт трех циклов упражнения «рывок» студентов Б-ва (а) и Д-ва (б) с гирями 16 кг
Результаты исследования и их обсуждение. Обзор научной литературы показал, что составляющие реакции опоры при выполнении упражнения «рывок» на тензометрической платформе позволяет выявить характерные точки, которые соответствуют различным фазам двигательного действия [8, 9]. Следует отметить, что единого правила буквенного обозначения для отдельных фаз движения, а также их единого названия пока не существует. Например, нами принято, что на графиках R(t)_верт и а(t)_верт положению фиксации соответствует изолиния «а» (рис. 2). Таким образом, зубцы, которые находятся выше изолинии, являются положительными, а ниже изолинии – отрицательными. Положительные зубцы показывают приложение спортсменом усилия, а отрицательные – снятие усилия.
В литературе отмечается: «Полученные данные свидетельствуют о том, что тренировочный процесс начинающих спортсменов целесообразно строить в направлении повышения силы реакции опоры в момент выполнения подрыва. Вопросы, связанные с повышением значений силы реакции опоры в фазе торможения, как у высококвалифицированных спортсменов, так и у начинающих нуждаются в дополнительной разработке» [8, с. 68]. Однако в других источниках данные, полученные при исследовании биомеханики упражнения «рывок» на тензоплатформе показывают, что выполнение упражнения в течение 6 мин приводит к снижению пиков прилагаемых усилий [9].
Действительно, нами замечено, что в разных циклах упражнения у испытуемых амплитуды положительных и отрицательных зубцов не имеют одинаковых значений. Поэтому было принято решение оценивать не амплитуду усилий R(t)_верт, а сумму импульсов силы в системе «спортсмен – гиря» в каждом цикле упражнения. Также посредством метода акселерометрии оценивалось не амплитудное значения a(t)_верт, а вычисляемое количество движения за время каждого цикла упражнения.
«Полный импульс силы F за время t, или импульс силы S определяют по формуле» [10, c. 297]:
. (1)
Для системы «спортсмен – гиря» это выражение в проекции на вертикальную ось представляется в виде:
. (2)
«Количество движения системы Q можно выразить через массу системы М и скорость центра масс 
» [10, c. 296]:
. (3)
В нашей работе для системы «спортсмен – гиря» это выражение в проекции на вертикальную ось представляется в виде:
(4)
Из курса высшей математики известно, что определенный интеграл от неотрицательной функции численно равен площади криволинейной трапеции, ограниченной сверху графиком функции, снизу – осью абсцисс, слева – вертикальной линией Х=Х1, а справа – Х=Х2.
Таким образом, на рисунке 4 площади, ограниченные снизу осью абсцисс, сверху – графиками R(t)_верт и а(t)_верт, сбоку – прямыми t = н и t = к (н – начало, к – конец цикла), равны суммам интегралов в правой части уравнений 2 и 4. Эти площади были вычислены с помощью программы Logger Pro 3.
На рисунке 2 показаны два цикла упражнения. В первом цикле графики R(t)_верт и а(t)_верт имеют три высоких зубца – e, h и j. Во втором цикле зубец j имеет незначительную положительную амплитуду. Появление высокого зубца j свидетельствует о том, что при остановке гири перед фиксацией происходит удар гирей по предплечью. Из-за слабых навыков выполнения упражнения у испытуемых удар по предплечью получается довольно ощутимым, и, чтобы компенсировать это удар, испытуемые делают небольшой подсед под гирю в фазе j. Вследствие таких избыточных движений увеличиваются значения S_верт и Q_верт. На рисунке 3 представлены графики R(t)_верт и а(t)_верт трех циклов упражнения «рывок» студентов Б-ва (а) и Д-ва (б) с гирями 16 кг. В первом случае (рис. 3а) наблюдается избыточное количество положительных зубцов, которое устраняется по мере совершенствования навыка в выполнении упражнения (рис. 3б).
На рисунке 4 приведен пример уменьшения от цикла к циклу импульса силы (от 2531 до 2198 N*с) и скорости движения системы (от 24,81 до 21,36 м/с). Это указывает на улучшение техники выполнения упражнения, а также на повышение экономичности двигательного действия. Было обнаружено, что в ходе выполнения упражнения значения S_верт и Q_верт уменьшаются до определенного индивидуального оптимального значения.
Рис. 4. Вычисление площади (интеграла) R(t)_верт и а(t)_верт для системы «спортсмен – гиря», где «Интеграл»: в верхнем ряду – импульс силы R(t)_верт, в нижнем ряду – скорость движения системы
Количество движения Q_верт, согласно (3), определялось умножением массы системы «спортсмен – гиря» на скорость движения системы. Согласно теореме импульсов для системы: «изменение количества движения системы за какое-либо время равно векторной сумме всех импульсов внешних сил, действующих на систему за то же время» [10, c. 299]. Однако реальные значения Q_верт у всех испытуемых оказались меньше значений S_верт. Ниже в таблице для примера из рисунка 4 представлены вычисления этой разности при массе системы «спортсмен – гиря» 89 кг. Разность этих значений зависит от степени наклона туловища у испытуемого в различных фазах упражнения, поскольку проекция вектора а(t)_верт на ось, связанную с позвоночником, будет меньше, чем при вертикальном положении этой оси. Ошибка значений Q_верт более 10% (табл.) указывает на то, что Q_верт можно использовать только в случае индивидуальной оценки техники упражнения «рывок».
Различие амплитудных показателей S_верт и Q_верт системы «спортсмен – гиря»
|
Номера подъемов |
I |
II |
III |
IV |
|
|
24,81 |
23,11 |
22,15 |
21,36 |
|
Q_верт = М* |
2208,09 |
2056,79 |
1971,35 |
1901,04 |
|
S_верт, N*с |
2531 |
2327 |
2252 |
2198 |
|
S_верт – Q_верт |
322,91 |
270,21 |
280,65 |
296,96 |
|
Ошибка Q_верт, % |
12,8 |
11,6 |
12,5 |
13,5 |
Заключение
1. Применение тензоплатформы и акселерометра позволяет обнаружить избыточные движения в различных фазах упражнения «рывок» по форме и амплитуде зубцов графиков вертикальных составляющих усилия и ускорения туловища у испытуемого.
2. Данные S_верт, полученные с помощью тензоплатформы, позволяют более точно определить импульс силы в каждом цикле упражнения и количественно оценить экономичность двигательных действий.
3. Значения импульсов силы, полученные с использованием тензоплатформы и значения количества движения, вычисляемые из показателей акселерометра, можно принять как индивидуальные динамические критерии техники в упражнении «рывок» для каждого испытуемого при подготовке к сдаче норм ГТО в упражнении «рывок гири 16 кг».