В гимнастике приземление, как правило, выполняется после сложного пространственного движения, т.е. на фоне перемещения ОЦМ тела спортсмена не просто по вертикали, а чаще по криволинейной траектории, с горизонтальным смещением, и обычно при одновременном вращении тела, по меньшей мере, вокруг одной из его центральных осей (табл. 4.1).
Это означает, что приземление в остановку требует одновременного гашения, как минимум, трех компонентов движения тела вертикального и горизонтального перемещений и вращения. При этом вращение тела может быть не простым, а многоосным, как это бывает, например, при акробатических сальто с поворотами. Здесь полная остановка движения должна достигаться в положении ограниченно-устойчивого равновесия.
Успех таких действий зависит от ряда факторов, главные из которых точность исполнения упражнения в целом (т.е. принципиальная возможность попадания в нужную стойку по завершении упражнения), режим амортизации при контакте с опорой, своевременность и эффективность корректирующих действий, если они необходимы в приземлении.
Рассмотрим в этой связи особенности приземления в остановку после движения в полете (рис. 4.17).
Рис. 4.17. Гашение движения при разных формах приземления.
Как отмечалось, простейший вариант этого рода приземление после отвесного падения на опору без вращения (а), когда достаточно амортизационных действий на опоре, рассеивающих энергию падения. Более сложный вариант движения отвесное приземление при наличии вращения тела. В этом случае приземление должно происходить так, чтобы одновременно с амортизацией гасилась вращательная компонента движения (б). Если этого не учитывать и действовать, как в случае (а), то спортсмена сбросит в сторону вращения. Предотвратить эту ошибку можно только заблаговременно, если прийти в положение, при котором контакт с опорой (физически подобный отталкиванию) порождает импульс, направленный противоположно тому, что был в полете (в).
Еще сложнее ситуация, в которой следует гасить также смещение по горизонтали. Если ему не противопоставить во время приземления соответствующую опорную реакцию, то спортсмена «свалит» при инерционном продолжении движения (г). Этот нежелательный эффект должен быть предусмотрен заранее (д).
Таким образом, техника приземлений связана с освоением целого ряда более или менее сложных навыков, требующих специального обучения и совершенствования. Тренер и спортсмен должны, в частности, знать, что единой техники правильного приземления (за исключением приемов демпфирования) не существует. Каждый тип сложного пространственного движения требует своих условий приземления, при которых генерируется механический импульс, обратный тому, что имеет тело спортсмена в полете (табл. 4.1).
Аналогичным закономерностям также подчиняются приходы на руки в таких элементах как сальто назад на брусьях или акробатический полупереворот назад в стойку на кистях (рис. 4.18). В этом случае дохват выполняется в положении, когда прогнутое тело еще не достигло вертикали, и завершающие действия заканчиваются уже на опоре замедленным приходом в вертикальную стойку.
Рис. 4.18. Гашение движения при приходе на руки.
В уже прокомментированной ранее табл. 4.1 отражены основные варианты сочетания вращений-перемещений тела спортсмена в полете и, соответственно, разновидности входа тела спортсмена в приземление.
Рассматривая приведенные в ней случаи, можно прийти к выводу, что освоение и совершенствование приземлений требует дифференцированного обучения девяти разным формам ДД (без учета вариантов вращения вокруг продольной оси). Однако ситуация облегчается сходством некоторых ситуаций приземления друг с другом.
Базовые формы приземления. В реальности важно, прежде всего, освоение и настойчивое совершенствование трех базовых навыков приземления (рис. 4.19):
Базовый навык простого демпфирующего приземления без горизонтального смещения и вращения тела в целом (на рис. 4.11, а, в табл. 4.1 центральный случай «Д»).
Навык приземления в движениях типа сальто назад с опережающим «стопорящим» выносом ног назад (на рис. 4.19, а, в табл. 4.1 А, Б, Г).
Навык приземления в движениях типа сальто вперед с опережающим «стопорящим» выносом ног вперед (на рис. 4.19, б, в табл. 4.1 Е, З, И).
Рис. 4.19. Базовые формы приземлений в сальто назад и вперед с одноименным перемещением и вращением в момент прихода на опору.
Существуют, как уже отмечалось, приземления с разноименным направлением перемещения-вращения тела (в табл. 4.1 В и Ж). Благодаря этому компоненты полетного движения в момент приземления в той или иной степени взаимно гасят друг друга, и задача приземления сводится к относительно простому демпфированию (как в базовом навыке первого типа). Наиболее характерный пример такого приземления в форме «ауэрбах» (сальто назад с перекладины или брусьев р.в.).
Таблица 4.1. Разновидности форм движения тела гимнаста к моменту приземления
Глава 5. МАХИ И ВРАЩЕНИЯ НА ОПОРЕ
К этой категории упражнений относятся многочисленные гимнастические упражнения типа циклических размахиваний, однонаправленных махов вперед и назад, маховых подъемов и оборотов вокруг опоры и т. п.
5.1. ДИНАМИКА МАХОВ НА ОПОРЕ
Движения, описываемые в данной главе, самая характерная часть упражнений спортивной гимнастики, наиболее определенно отражающая специфику этого вида спорта. По большей части это маховые движения, выполняемые в висах и упорах в переднезадней плоскости. Динамика данных движений в основном связана с действием трех сил силы тяжести, Кориолисовой и центробежной сил инерции.
5.1.1. Действие силы тяжести
Действие силы тяжести это фактор, определяющий состояние тела спортсмена в рабочих положениях на опоре и главное это один из кардинальных механизмов, используемых для исполнения упражнений «махового» гимнастического типа.
Рис. 5.1. Пофазное действие силы тяжести при движениях типа больших оборотов на перекладине.
Давление на опору. Действие силы тяжести на тело гимнаста наиболее очевидно в ситуациях, когда она уравновешена нормальной опорной реакцией и стремится деформировать тело, воздействуя через него на опору с силой веса. Таковы все положения, при которых проекция силы тяжести проходит через опору, например, в статической или «проходной» стойке на руках, висах и др.
С точки зрения обучения упражнениям соответствующие состояния важны как фазы, требующие четко контролируемой осанки и соответствующего мышечного тонуса. Так, в положениях над опорой (рис. 5.1, а) сила тяжести прижимает тело гимнаста к снаряду, и ей необходимо сопротивляться, сохраняя должную техническую осанку в заданном (не обязательно прямом) положении. В чисто висовых положениях (д) та же сила «оттягивает» тело от опоры, стремясь привести его к максимально низкому положению, и спортсмен должен научиться рационально использовать этот эффект.
При вращениях вокруг опоры, происходящих с изменением высоты положения ОЦМ тела, действие силы тяжести носит более сложный характер. Составляющие силы тяжести, действующие на вращающееся тело спортсмена, пофазно изменяются. Сжимающее действие силы тяжести F
сж
(а)(а-в)от
(в-д)В свою очередь, тангенциальная, вращательная составляющая F
вр
(а)(а-в)(в-д)(д)(д-е-а)Таким образом, при вращении вокруг опоры исполнитель упражнения движется в сложно изменяющемся поле силы тяжести, что непосредственным образом связано с процессом формирования соответствующих двигательных навыков.
Действие момента силы тяжести и управление им. Целенаправленно меняя на опоре позу и, благодаря этому, плечо силы тяжести P
r
Рис. 5.2. Схема энергетической «подпитки» махов на снаряде.
На рис. 5.2 показана схема действий гимнаста при активных маховых движениях в висе. В начале каждого маха, на спаде, спортсмен должен доступным техническим приемом удалять, «оттягивать» массу тела от оси снаряда, а при подъеме, напротив, сближать их с опорой. Чем больше при этом разница в моментах силы тяжести, разгоняющих тело гимнаста при спаде и тормозящих его при подъеме, тем выше энергоподпитка движения, больше его амплитуда при размахиваниях или общая скорость при оборотах вокруг опоры.
Та же схема действий используется в ситуации, когда активность движения (амплитуда маха, скорость вращения) не изменяется, но ее необходимо поддерживать, восполняя активной работой неизбежные потери энергии на трение. Если действия гимнаста рациональны, то при их повторениях в виде размахиваний, оборотов и т. п. общая энергия в системе может прогрессивно нарастать. Это эффект, известный в механике как параметрический резонанс, простейшей внеспортивной иллюстрацией которого могут служить раскачивания на качелях20.
Существует и противоположная ситуация, когда перед спортсменом стоит задача ограничить силу маха на опоре. В этом случае действует противоположная схема, при которой на спаде масса тела сближается с опорой, а во время подъема, происходящего по инерции, в нужной мере удаляется от нее. Это приводит к форсированному рассеянию энергии в системе и соответствующему ограничению скорости маха и его амплитуды.
Конкретная техника, которой исполнитель может пользоваться, реализуя описанный выше механизм управления вращением вокруг опоры, зависит от многочисленных биомеханических особенностей движения и избранного способа исполнения упражнения (см.).
5.1.2. Действие Кориолисовой силы инерции (КСИ)
При активных вращениях вокруг опоры поза спортсмена неизбежно меняется. Это означает, что масса его тела совершает не только вращательное движение вокруг оси снаряда, но и перемещается по радиусу этого вращения, сближаясь с его осью или удаляясь от нее. В этой ситуации появляются т. н. Кориолисовы силы21, одна из которых Кориолисова сила инерции (КСИ) наиболее интересна в данном случае как фактор, существенно влияющий на движения тела спортсмена, технику упражнений.
На рис. 5.3 показано, в каких условиях возникает и как именно действует КСИ в условиях опоры.
Рис. 5.3. Принцип действия Кориолисовой силы инерции при вращениях на опоре.
В качестве типичного примера взят активный мах в висе на перекладине. В данном случае тело спортсмена вращается вокруг оси снаряда по часовой стрелке. Если при этом поза не изменяется (к.к. 14), то КСИ не возникает, так как в этой фазе маха отсутствует перемещение массы тела по радиусу. После прохождения нижней вертикали (к. 4) гимнаст выполняет «бросковое» движение, благодаря которому тело, продолжая вращение, притягивается к опоре, то есть получает некоторую скорость, направленную по радиусу (к.к. 46). Автоматически возникающая при этом КСИ направлена по ходу основного вращения и будет «подталкивать» тело гимнаста, ускоряя его движение вокруг оси снаряда (или поддерживая угловую скорость тела на относительно более высоком уровне, несмотря на ее снижение по абсолютной величине).
Природа этого явления проста: окружная скорость звеньев, удаленных от опоры (здесь ног), всегда выше, чем у звеньев, приближенных к оси вращения, и, если масса «быстрых» звеньев, перемещается на меньший радиус относительно «медленных» звеньев, они их «подталкивают» в направлении исходного движения. Если же движение по радиусу направлено в противоположную сторону от опоры, то КСИ дает, соответственно, обратный эффект «притормаживает» начальное вращение тела. Это показано на рисунке (к.к. 68), когда гимнаст, завершая мах вперед, выпрямляется всем телом, «оттягиваясь» в висе.
Действие КСИ прямо пропорционально скоростям вращения тела вокруг опоры и перемещения его масс по радиусу вращения. Обусловленные этим эффекты могут быть весьма ощутимыми даже при незначительных, но быстрых изменениях позы в движении. Это одна из причин, по которой техника мастеров высокого класса отличается как бы внешней экономностью, изяществом, когда, казалось бы, сдержанные действия22 с незначительными изменениями в позе дают неожиданно высокий эффект.
Важной особенностью КСИ является также то, что она, действуя независимо от силы тяжести, при надлежащих условиях будет проявлять себя в любой фазе движения.
Так гимнаст, выполняющий из упора мах «не касаясь» (рис. 5.4), быстро приближает ОЦМ к оси вращения уже на спаде, вызывая тем самым значительное ускорение вращения тела вокруг грифа несмотря на то, что при этом плечо, на котором действует сила тяжести, уже на спаде начинает уменьшаться.
Рис. 5.4. Действие Кориолисовой силы инерции на спаде из упора.
Суммарное действие тангенциальных сил. В упражнениях типа махов, оборотов сила тяжести и КСИ, как вращающие (тангенциальные) силы, действуют совокупно, но независимо друг от друга, часто давая парадоксальные технические эффекты, связанные с вращением тела на опоре. Причем, в зависимости от структуры и скорости движения, наиболее важную роль может играть либо тот, либо другой динамический фактор, порождая как бы противоречивые требования к технике упражнения.
Так, если спортсмен стремится к увеличению активности движения в обороте на перекладине, то предельная «оттяжка» с выпрямлением тела, вполне естественная при исполнении «спокойного» большого оборота на перекладине (рис. 5.5, а), абсолютно противопоказана при быстром прохождении стойки на руках (б), так как в первом случае наиболее существенную роль играет механизм управления моментом силы тяжести, а во втором действие КСИ.
Рис. 5.5. Замедляющее и ускоряющее действие Кориолисовой силы инерции в большом обороте.
Таким образом, техника завершающей стадии медленного и быстрого оборотов оказывается принципиально разной.
5.1.3. Действие центробежной силы инерции
Центробежная сила инерции (ЦБС), действующая по радиусу вращения (по нормали), при опорных вращениях типа махов в переднезадней плоскости проявляет себя в виде перегрузок, которые могут достигать значительных величин и поэтому в существенной мере определяют технику движений и требования к физической подготовленности, а, значит и к методике подготовки.
Как известно, величина ЦБС находится в прямой зависимости от массы движущегося тела m, квадрата скорости движения V и в обратной зависимости от радиуса кривизны траектории ОЦМ тела R:
F
цбс
2
Практически это означает, что спортсмены, имеющие бóльшую массу тела, испытывают и бóльшие перегрузки, падающие на двигательный аппарат. В известном смысле, они быстрее амортизируются (это одна из причин, по которой легкие гимнасты более работоспособны). Вращательные движения, выполняемые по малым радиусам и, в особенности, движения с резким уменьшением кривизны траектории ОЦМ тела, сопровождаются, при прочих равных условиях, увеличенными перегрузками, иногда приводящими к срывам со снаряда. Наконец, наиболее важный фактор скорость движения, от которой перегрузки зависят экспоненциально.
В табл. 5.1 даются в сравнении три условных примера максимальных механических нагрузок, действующих на тело гимнаста при исполнении большого оборота на перекладине (момент прохождения нижней вертикали) и зависящих от массы, длины тела спортсмена (радиуса ОЦМ) и максимальной скорости движения, достигнутой им при вращении вокруг опоры. При медленном обороте, исполняемом «маленьким» и легким гимнастом (пример 1), нагрузки, тем не менее, превышают вес его тела более чем в 4,5 раза. При средних показателях (пример 2) уже в 5,5 раз, а при максимально быстром обороте в исполнении рослого и относительно тяжелого гимнаста (пример 3) почти в 6,5 раз.