Развитие силы и ее измерение

Сила — это способность человека преодолевать внешнее сопро­тивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий. Под силой мышц подразумевают способность развивать в них (при максимальном усилии) напряжение той или иной величины. Силу мышц измеряют с помощью различных приборов (динамометры и др.). А. Беком определена «удельная сила мышцы» (табл. 14.1).

Для сравнения силы у людей разного веса и пола введено поня­тие «относительная сила» (отношение максимальной силы к весу).

Сила мышц зависит от многих факторов. При прочих равных усло­виях она пропорциональна поперечному сечению мышц (принцип Вебера). Максимально возможное ее сокращение (укорочение) при прочих равных условиях пропорционально длине мышечных воло­кон (принцип Бернулли).

В зависимости от вида спорта, спортсмены отдают предпочте­ние развитию тех мышечных групп, от которых в значительной мере зависит эффективность выполнения упражнений.

Например, у тяжелоатлетов высокий уровень развития силы мышц-сгибателей. У квалифицированных тяжелоатлетов отноше­ние силы мышц-разгибателей к силе мышц-сгибателей выражается следующими величинами: для плеча (локтевой сустав) — 1,6: 1, туловища (тазобедренный и поясничный суставы) — 4,3: 1, голе­ни (голеностопный сустав) — 5,4: 1, бедра (коленный сустав) — 4,3: 1. Именно в этом заключается своеобразие топографии и гар­монии развития атлетов.

В тяжелой атлетике силу мышц измеряют в позах, которые спортсмены принимают при подъеме штанги.

Наиболее значительные усилия атлеты затрачивают в фазе под­рыва, когда углы в коленных суставах равны 130—140°, а в тазо­бедренных — около 60—70° и гриф штанги находится у середины бедра. В данном положении спортсмены способны развивать уси­лие до 500 кг и более (А.Н. Воробьев, 1988).

В спортивной физиологии и педагогике широко распространен термин «взрывная сила», характеризующий предельную быстроту развития напряжения мышц.

Методика развития (тренировка) силы мышц

Сила мышц снижается после продолжительной интенсивной мышечной работы, на нее влияет характер выполняемой работы, уровень тренированности мышц.

Развитие силы мышц достигается при тренировке с применени­ем различных режимов работы мышц.

До 50-х годов для развития силы мышц в методике тренировок рассматривались частота занятий, интервалы отдыха, количество упражнений со штангой и их последовательность.

Современная спортивная методика тренировок наряду с преодо­левающим режимом мышечной работы предусматривает удержи­вающий, уступающий, а также смешанный режим.

Миометрический метод (работа в преодолевающем режиме двигательной деятельности) представляет собой работу мышц в миометрическом режиме, т. е. их напряжение в режиме укоро­чения.

Изометрический метод получил широкое распространение для развития силы. Для увеличения силы мышц и их массы Т. Хет-тингел (1966) считает оптимальной величину усилия, равную 40— 50% от максимума. При усилии, равном 20—30% от максимума, сила мышц не изменяется.

В практике спорта применяется напряжение 55—100% от мак­симума в течение 5—10 с. С увеличением напряжения уменьша­ется время удержания позы.

Необходимо учитывать индивидуальные особенности штанги­ста, а именно: количество подходов, времени, в течение которого упражняемая мышца должна напрягаться; величину напряжения в тренировке; количество тренировок в неделю для развития силы.

В спорте для развития силы часто используют метод комбини­рованного режима. Полученные данные говорят о высокой эффек­тивности тренировки при сочетании уступающего, удерживающего (изометрического) и преодолевающего режимов мышечной деятель­ности. В процентном отношении тренировки выглядели следую­щим образом: 75% — преодолевающая работа, 15% —уступающая и 10% — удерживающая (А.Н. Воробьев, 1988). Построение трени­ровок выглядит следующим образом: 1) упражнения в уступающем режиме работы мышц должны применяться с весом 80— 120% от макси­мального результата в аналогичных упражнениях в преодолевающем режиме; 2) при работе с весом 80—100% от максимума упражнения следует выполнять 1—2 раза по 6—8 с, а с весом 100—120% — 1 раз в подходе; длительность опускания снаряда — 4—6 с; 3) интер­валы отдыха между подходами должны быть 3—4 мин.

Упражнения в уступающем и удерживающем режимах целесо­образно выполнять в конце тренировки.

Для развития силы мышц используется и статико-динамичес-кий метод. Подняв штангу до уровня колен, штангист удерживает ее в этом положении в течение 5—6 с, затем продолжают тягу; точно так же выполняются и приседания.

Все виды приседаний связаны с уступающей работой. На при­седания тяжелоатлеты отводят около 10—25% всей тренировоч­ной нагрузки. Обычно уступающую работу высококвалифициро­ванные тяжелоатлеты выполняют с весом 110—120% от лучшего результата при преодолевающей работе, но не чаще одного раза в 7—Юдней.

Помимо описанных, существуют нетрадиционные методы раз­вития силы. А.Н. Воробьевым разработан метод принудительного растяжения мышц. В регуляции напряжения мышц следует при­держиваться такого правила: чем интенсивнее растяжение, тем меньше должно быть время воздействия. При очень сильных рас­тяжениях достаточно 30 с. В системе тренировок каждый атлет должен применять упражнения с принудительным растяжением мышц; они наиболее целесообразны после серии подходов в каком-либо упражнении. Регулярное включение в тренировки принуди­тельного растяжения «рабочих» мышц ведет к большому уве­личению силы мышц.

Таким образом, принудительное растяжение мышц может слу­жить одним из эффективных методов повышения работоспособ­ности.

«Безнагрузочный» метод развития силы мышц был разработан А.Н. Анохиным (1909). Он заключается в «волевом» согласованном напряжении мышц-антагонистов без внешней нагрузки. Рекомен­дуется пятнадцать простых упражнений, при которых «волевым» напряжением развивается сила мышц.

«Безнагрузочный» метод развития силы мышцможно применять во время утренней зарядки.

Влияние различных факторов на проявление силы мышц. Си­ла сокращения мышц зависит от многих причин, в частности, от анатомического строения мышц (перистые, веретенообразные и мышцы с параллельными продольными волокнами); возбудимо­сти ЦНС; гуморальных механизмов; оксигенации тканей и т. д.

При динамической работе максимальной интенсивности орга­низм обеспечивается кислородом всего лишь на 10%.

Мышечная работа существенно изменяет гормональный фон. Так, после средней и тяжелой тренировки содержание норадрена-лина в крови может увеличиться в два раза, значительно возрас­тает содержание гормона роста. Уровень кортизола повышается только после тяжелых тренировок, тогда как содержание инсули­на уменьшается.

На работоспособность существенно влияют глюкокортикоиды и андрогены.

Взаимосвязь силы мышц и ее массы. Известно, что чем боль­ше мышечная масса, тем больше сила. Эту зависимость можно вы­разить формулой: F = а • Р ■ 2/3, где F — сила; а — некоторая постоянная величина, характеризующая физическую подготовлен­ность атлета; Р — вес атлета.

У ведущих тяжелоатлетов мышечная масса составляет 55— 57% веса тела (А.Н. Воробьев, Э.И. Воробьева, 1975—1979).

Значение положения тела при выполнении силовых упраж­нений. Сила, которую может проявить человек, зависит от положе­ния его тела. Для каждого движения существуют такие положения тела, в которых проявляются наибольшие и наименьшие величины силы (рис. 14.8). Например, во время сгибания в локтевом суставе максимум силы достигается при угле 90°; при разгибании в лок­тевом и коленном суставах оптимальный угол около 120°; при из­мерении становой силы максимальные показатели проявляются, когда угол около 155°, и т. п.

Возникает вопрос: какие положения надо выбирать при выпол­нении силовых упражнений? Нередко используют положения,

когда собственная сила активных мышц максимальна, т. е. когда мышцы напрягаются в растянутом состоянии. Вследствие усиле­ния потока проприоцептивных импульсов такое положение тела вызовет увеличение рефлекторной стимуляции и тем усилит воз­действие упражнений.

Энергетика мышцы. Энергия мышечного сокращения. Во время активации мышцы повышение внутриклеточной концентра­ции Са ведет к сокращению и к усиленному расщеплению АТФ;

при этом интенсивность метаболизма мышцы возрастает в 100— 1000 раз. Согласно первому закону термодинамики (закону со­хранения энергии), химическая энергия, высвобождаемая в мыш­це, должна быть равна сумме механической энергии (мышечной работы)и теплообразования.

Даже изометрическое сокращение сопровождается непрерыв­ной циклической активностью поперечных миозиновых мостиков и «внутренняя» работа, связанная с расщеплением АТФ и тепло­образованием при этом значительна. Недаром даже такая «пас­сивная деятельность», как стойка «смирно», утомительна. Когда мышца поднимает груз, совершая «внешнюю» работу, расщепля­ется дополнительное количество АТФ. При этом усилие интенсив­ности метаболизма пропорционально выполняемой работе (эффект Фенна).

Обычно первоисточником энергии для мышечного сокращения служит гликоген или жирные кислоты. В процессе расщепления этих субстратов вырабатывается АТФ, гидролиз которого достав­ляет энергию непосредственно для самого сокращения: АТФ —> АДФ + Ф_н + энергия.

Мышцы, сокращаясь, превращают весьма значительную часть (1/4—1/3) химической энергии в механическую работу, выде­ляя при этом теплоту; это — один из главных источников образо­вания ее в организме.

Гидролиз одного моля АТФ дает примерно 48 кДж энергии. Од­нако лишь около 40—50% ее превращается в механическую энер­гию работы, а остальные 50—60% рассеиваются в виде тепла при запуске (начальная теплота) и во время сокращения мышцы, тем­пература которой при этом несколько повышается. Таким образом, КПД элементарного преобразования АТФ в миофибриллах со­ставляет примерно 40—50%. Однако в естественных условиях механический КПД мышц обычно гораздо ниже — около 20—30%, так как во время сокращения и после него процессы, требующие затрат энергии, идут и вне миофибрилл. Эти процессы, например, работа ионных насосов и окислительная регенерация АТФ, сопро­вождаются значительным теплообразованием (теплота восстанов­ления). Чем больше совершенная работа, тем больше образуется тепла и расходуется энергоресурсов (углеводов, жиров) и кисло­рода.

Такая закономерность, кстати, объясняет усталость, усиленное потоотделение и одышку при подъеме в гору, но не при спуске.

Мышцы способны производить механическую работу, обеспечи­вая перемещение человека, движение воздуха в дыхательных пу­тях, движение крови и многие другие жизненно важные процессы.

Коэффициент полезного действия (КПД) мышцы. Когда мышцы совершают работу, в них освобождается химическая энер­гия, накопленная в процессе метаболизма; она частично превра­щается в механическую работу, а частично теряется в виде тепла.

S. Dickinson (1929) измеряла КПД превращения химической энергии в механическую работу у спортсмена, работающего на так называемом велоэргометре, где человек приводит во вращение ко­лесо, нажимая ногами на педали. Через колесо переброшен матер­чатый привод, который действует как тормоз. К одному концу этого привода подвешен груз, а другой конец прикреплен к пружинным весам (рис. 14.9). Если груз имеет массу т, то он будет тянуть привод с силой mg. На другой конец привода действует меньшая сила F, измеряемая пружинными весами. Таким образом, сила тре­ния тормоза, приложенная к ободу колеса, равна mgF. Если коле­со имеет радиус г и совершает п оборотов в единицу времени, то скорость движения его обода составляет 2кгп. Мощность, необхо­димая для того, чтобы вращать колесо с такой скоростью, преодо­левая силу трения, равна 2nrn(mg — F), и ее можно вычислить. Хотя описанная работа может показаться бессмысленной, эта мощ­ность служит мерой «полезной работы» в том смысле, в каком это понятие входит в определение КПД.

С помощью велоэргометра можно измерять КПД мускулатуры ног, а также и максимальную мощность, которую она способна развить.

D.A. Раггу (1949) показал, что мощность мускулатуры ног дос­тигает 40 Вт на 1 кг мышечной ткани. На таком уровне она может оставаться лишь короткое время, так как мышцы не могут получать кислород с необходимой для этого скоростью.

Затрату химической энергии в единицу времени можно изме­рить косвенным путем, собирая выдыхаемый воздух испытуемого и исследуя его. На каждый мл 0₂, использованного в процессе ды­хания, освобождается около 5 кал химической энергии. Более точно эту величину можно определить, если известно относитель­ное содержание жиров и углеводов в пище, но скорость освобож­дения химической энергии можно вычислить вполне точно, если определять содержание в выдыхаемом воздухе не только кислоро­да, но и углекислоты.

S. Dickinson измеряла у испытуемых использование химической энергии в покое и во время работы на велоэргометре. Разность меж­ду этими величинами в каждом случае показывала, какое количество химической энергии расходовалось в единицу времени на создание механической мощности, необходимой для вращения колеса. Она на­шла, что КПД варьирует в зависимости от скорости вращения педа­лей (рис. 14.10) и достигает максимальной величины — 22% — при нажимании ногой на педаль через каждые 0,9 с (т. е. при одном обо­роте педалей за 1,8 с).

Физическая работоспособность. Сокращаясь и напрягаясь мышца производит механическую работу, которая в простейшем случае (варианте) может быть определена по формуле А = РН, где А — механическая работа (кгм), Р — вес груза (кг), Н — высота подъема груза (м).

Таким образом, работа мышц измеряется произведением ве­личины веса поднятого груза на величину укорочения мышцы. Из формулы легко вывести так называемое правило средних нагрузок, согласно которому максимальная работа может быть произведена при средних нагрузках. Действительно, если Р = 0, т. е. мышца сокращается без нагрузки, то и А = 0. При Н = 0, что можно на­блюдать, когда мышца не способна поднять слишком тяжелый груз, работа также будет равна 0.

Движения человека весьма разнообразны. В процессе этих движе­ний мышцы, сокращаясь, совершают работу, которая сопровождается как их укорочением, так и их изометрическим напряжением. В этой связи различают динамическую и статическую работу мышц. Дина­мическая работа связана с мышечной работой, в процессе которой сокращения мышц всегда сочетаются с их укорочением. Статиче­ская работа связана с напряжением мышц без их укорочения. В обычных условиях мышцы человека никогда не совершают дина­мическую или статическую работу в строго изолированном виде. Ра­бота мышц всегда является смешанной. Тем не менее, в локомоциях может преобладать либо динамический, либо статический характер мышечной работы. Поэтому характеризуя мышечную деятельность в целом, говорят о ее статическом или динамическом характере. Бег, игры, плавание являются динамической работой, а удерживание на весу штанги, гири или гантелей — статическая работа.

Величина механической работы, совершаемой сокращающейся мышцей выражается в килограммометрах (кг/м), как произведе­ние веса груза, поднимаемого мускулом, на высоту поднятия. Сила, проявляемая мышцей, зависит от числа составляющих ее мускуль­ных волокон.

Длина мышечного брюшка обусловливает высоту поднятия гру­за; в среднем, мускулы при полном сокращении укорачиваются приблизительно на половину своей длины (длина сухожилия, разу­меется, не изменяется — оно только передает движение на опре­деленный пункт).

Найдено, что наибольший груз, который в состоянии удержи­вать мускул с поперечником в 1 см², в среднем равняется 10 кг —

так называемая абсолютная мышечная сила. Зная это, не трудно определить силу той или другой мышцы¹.

Конечно, вычисленная таким путем величина лишь в большей или меньшей степени приближается к истинной, так как не у всех людей и даже не у всех мускулов одного и того же субъекта мы­шечная сила одинакова.

Развитие быстроты. Под быстротой понимаются двигатель­ные действия, выполняемые в минимальный отрезок времени.

Быстрота зависит от скорости мышечного сокращения, мощности мобилизации химической энергии в мышечном волокне и в превра­щении ее в механическую энергию сокращения.

Наибольший эффект в развитии быстроты можно достичь в воз­расте от 8 до 15—16 лет.

Быстрота развивается при повторном выполнении скоростных упражнений. Выполнение скоростной работы с сокращенными ин­тервалами отдыха ведет к развитию скоростной выносливости.

Биохимические процессы, происходящие в мышцах при скоро­стных и силовых нагрузках, очень похожи, поэтому развитие бы­строты положительно влияет на развитие силы.

Быстрота развивается с помощью упражнений, выполняемых в максимально быстром темпе. К таким упражнениям можно от­нести:

1) бег на короткие дистанции (20—30—50 м);

2) прыжки в длину, высоту, прыжки с места, прыжки-подскоки на ровном месте и в гору, прыжки на тумбу, на гимнастического козла и т. д.

3) метание;

4) быстро выполняемые упражнения с блином (от штанги), с грифом или со штангой, имеющей-небольшой вес;

5) «боксирование» с гантелями в руках в течение 5—10 с.
Тренироваться надо чаще, повторять нагрузку при полном вос­
становлении скоростных качеств.

Развитие ловкости. Ловкость — это способность быстро овладевать новыми движениями и перестраивать двигательную

¹ Предположим, что какой-нибудь мускул имеет поперечник в 5 см². Следова­тельно, он будет сокращаться с силой, равной 10- 5 = 50 кг. Если уменьшение его длины, происходящее при сокращении, достигает 5 см (0,05 м), то величина ме­ханической работы данного мускула равняется 50 • 0,05 = 2,5 кг/м. Это значит, что мускул в состоянии произвести работу, равную поднятию 2,5 кг на высоту одного метра.

деятельность в соответствии с требованиями внезапно меняю­щейся обстановки. Критериями ловкости служат координация и точность движений.

Для развития ловкости используют спортивные игры, элемен­ты акробатики и спортивной гимнастики, борьбу и т. д.

Развитие ловкости связано с возрастом, полом, телосложени­ем и т. д.

Развитие выносливости. Выносливость — способность чело­века выполнять работу длительное время без снижения работо­способности.

Основным фактором, лимитирующим продолжение работы, яв­ляется утомление. Раннее наступление утомления свидетельствует о недостаточном уровне развития выносливости. Более позднее на­ступление утомления — следствие повышения уровня развития выносливости. Степень выносливости у спортсменов определяется по физиологическим показателям: кардиореспираторная система, биохимические показатели и т. д.

Выносливость можно рассматривать как способность преодо­левать утомление, ее следует считать основным фактором, опре­деляющим развитие выносливости. Только работа до утомления (до «не могу») и преодоление наступающего утомления способст­вует повышению выносливости организма,

Выносливость лучше вырабатывается, если работа выполняет­ся в среднем темпе.

Различают общую и специальную выносливость. Общая вынос­ливость приобретается при разносторонней физической подготовке, но обязательно должны включаться тренировки (бег по пересечен­ной местности, ходьба на лыжах, академическая гребля и т. д.).

Выносливость имеет специфические особенности в том или ином виде спорта. Например, легкоатлеты-стайеры (или лыжни­ки-гонщики) обладают значительно большей выносливостью в беге на длинные дистанции, чем тяжелоатлеты (или борцы); в то же время легкоатлеты в подъеме тяжестей менее выносливы, чем тя­желоатлеты. Мышечная деятельность у легкоатлетов-стайеров происходит в аэробном режиме, а у тяжелоатлетов — в близких к анаэробным условиям. Исследования показывают, что работа на выносливость (например, бег на длинные дистанции, кросс и пр.) отрицательно сказывается на развитии силы, и наоборот, трениров­ки «на силу» (подъем штанги, гирь и др.) отрицательно сказыва­ются на развитии выносливости у бегунов-стайеров.

Специальная выносливость в разных видах спорта вырабатыва­ется различными способами (методами). Например, специальная выносливость тяжелоатлета развивается за счет увеличения ко­личества подъемов штанги на тренировке.

Выносливость возрастает под влиянием регулярных трениро­вок в большей мере, чем сила и особенно быстрота.

Развитие гибкости. Гибкость, или подвижность в суставах — важный компонент физической подготовленности во многих ви­дах спорта и особенно в спортивной гимнастике, акробатике и дру­гих видах спорта. Гибкость определяют как способность человека выполнять движения с большей или меньшей по величине предель­ной амплитудой (рис. 14.11).

Плохая подвижность в суставах во многих случаях затрудняет сильное, быстрое сокращение мускулатуры. Если доступна большая амплитуда движений, значит мышцы-антагонисты легко растягива­ются и оказывают меньшее сопротивление мощным агонистам, со­кращение которых обеспечивает выполнение упражнения. Развитие

гибкости, как и других физических качеств, имеет свои особенности в соответствии с требованиями вида спорта, возраста, пола и тело­сложения.

На рис. 14.12 показаны амплитуды движений в различных сус­тавах.

В каждом виде спорта для развития гибкости спортсмен регу­лярно выполняет комплекс специальных упражнений.

Отмечено, что с ростом мышечной силы значительно уменьша­ется подвижность в суставах.

У молодых атлетов обычно более высокие показатели гибкости. С возрастом гибкость снижается, особенно у тяжелоатлетов, в свя­зи с сильнейшей компрессионной нагрузкой на позвоночник.

Кроме того, на гибкость оказывает существенное влияние гене­тическая (наследственная) предрасположенность к гибкости, к ее развитию. Не у всех можно развить гибкость. В этой связи при отборе в спортивные секции (гимнастика, акробатика и др.), и в балет используют тест на гибкость. Не всегда удается развить гибкость, а при силовом варианте ее развития возникают раз­личные заболевания суставов.

Глава 15

Дата добавления: 2015-05-09