Измерения выносливости. Экономичность работы

Основным мерилом выносливости считают время, в течение которого человек способен поддерживать заданную интенсивность двигательного задания.

Известны два типа показателей выносливости: явные и латентные. Явные (абсолютные) не учитывают развития силовых и скоростных качеств. Латентные (относительные) показатели учитывают уровень развития этих качеств, когда их влияние каким –либо образом исключается. В основе применения латентных показателей выносливости всегда лежит принцип сравнения эргометрических показателей в данном двигательном задании с достижением в других заданиях

Рассмотрим в качестве примера два латентных показателя выносливости.

1, Коэффициент выносливости- отношение времени преодоления всей дистанции ко времени преодоления какого-либо короткого отрезка (100 м. в беге; 50 м. в плавании и т.п.)

К В = t д: t эт.

где tд -время на дистанции (например, 400 м за 48,0 сек); t эт. -лучшее время на коротком «эталонном» отрезке (100 м. – 11,0 с.) КВ= 48: 11,0 =4, 3636

2. Запас скорости- разность между средним временем преодоления эталонного отрезка при прохождении всей дистанции и лучшим временем на этом отрезке.

ЗC = tд: n – tэт.,

Где n – число, показывающее, во сколько раз эталонный отрезок меньше всей дистанции

(400: 100= 4). Запас скорости ЗC = 48,0:4 – 11,0 =1 сек.

Чем меньше запас скорости, тем выше выносливость. С ростом спортивного мастерства запас скорости уменьшается.

При выполнении одного и того же двигательного задания энегозапрос, как правило,оказывается разным, т.е. одна и та же работа будет для разных спортсменов связана с неодинаковым расходом энергии.

Экономичность работы оценивают с помощью коэффициентов, связывающих величины выполненной работы с величинами затраченной энергии

1. Валовый коэффициент(брутто- коэффициент) экономичности работы:

К = А / Е,

где А- выполненная механическая работа (Дж.); Е – затраченная энергия (Дж.)

1. Нетто- коэффициент; из величины энергозатрат при выполнении работы вычитают величину энергозатрат в состоянии покоя:

К = А / Е – Е п,

где Е п - энергия, затрачиваемая организмом в состоянии покоя..

1. Дельта – коэффициент; здесь сравнивают величины выполненной работы и энергозатрат в двух двигательных заданиях разной интенсивности:

К =(А 2– А1) / (Е 2 -Е 1),

где А2 и А 1 - величины работы (Дж), Е1 и Е2 -энергозатраты (Дж)

Таким образом, наиболее распространенными показателями выносливости являются следующие три эргометрических параметра: время, объем и интенсивность выполнения задания. В большинстве случаев выносливость характеризуется с помощью «предельных показателей»

1. Механическая эффективность движений..

В видах спорта с преимущественным проявлением выносливости существует ряд факторов, определяющих эффективность двигательных действий и конечный результат движений.

С биомеханической точки зрения есть два различных пути повышения экономичности движений:

1)снижение величин энергозатрат в каждом цикле;

2) рекуперация энергии, т.е. преобразование кинетической энергии в потенциальную и ее обратный переход в кинетическую. Рассмотрим каждый из них подробно

1-ый путь: снижение энергозатрат в каждом цикле

Количество метаболической энергии, освобождаемой в организме при движении, конечно, также как конечна скорость ее производства. Количество выработанной энергии определяется емкостью и мощностью трех энергетических систем: окислительной, лактатной и фосфогенной. От того, насколько эффективно используется вырабатываемая энергия, зависит спортивный результат. Основные способы экономизации спортивной техники сводятся к следующему:

а) устранение ненужных движений. Например. движения высококвалифицированных спортсменов в беге на средние и длинные дистанции характеризуются относительно малой величиной вертикальных колебаний ОЦМ (5.1- 5.6 см.), что приводит к снижению энергетической стоимости пути.

б) устранение ненужных сокращений мышц. У квалифицированных спортсменов суммарное время активности мышц меньше. время расслабленного состояния больше, чем у начинающих. Достигается это за счет концентрации активности мышц. Например, характерным признаком высокого спортивного мастерства в скоростно- силовых видах спорта является импульсивность развития мышечных напряжений. Электромиограмма сжимается по оси времени при одновременном росте ее амплитуды. что указывает на развитие большей мышечной силы, при одновременном сокращении времени ее дейстывия.

в ) снижение внешнего сопротивления. Например, уменьшение сопротивления воды в плавании за счет выбора оптимального положения тела.Коэффициент механической эффективности составляет у пловцов 1-5 % (при наземных локомоциях человека 20-40 %) и увеличивается по мере повышения квалификации. Энергетическая стоимость метра пути у пловцов международного класса примерно на 40 % ниже по сравнению с пловцами невысокой квалификации Из тормозящих сил наиболее значительна сила лобового сопротивления воды и сила сопротивления вихреобразования. Обе они уменьшаются при снижении угла атаки- угла между продольной осью тела и направлением движения. Следовательно, пловец должен выбрать положение тела по - возможности горизонтальное и вытянутое в направлении передвижения.

г ) выбор оптимального соотношения между силой действия и скоростью рабочихдвижений. В некоторых видах спорта (велосипед, гребля) можно сохранить одну и туже скорость передвижения при разном соотношении силы действия и скорости отдельных движений. Для каждой заданной скорости передвижения (мощности) существует свое оптимальное соотношение между силой действия и скоростью рабочих движений. Например, при велосипедном педалировании энергетический оптимум соответствует 60- 70 об/мин.

д) выбор оптимального соотношения между длиной шага и частотой шагов.

На рис 1 показано. как изменяется расход энергии при ходьбе с одной и той же скоростью, но при разном соотношении длины и частоты шагов. Оптимум энергозатрат обозначен толстой линией, идущей из левого нижнего угла в правый верхний Если длина и частота шагов соответствует точкам данной линии, затраты энергии на 1 м. пути минимальны.при выбранной скорости передвижения.

Анализ техники бега на средние и длинные дистанции (Г.И.Попов, В.Д.Кряжев), проведенный на группе высоко квалифицированных бегунов, показал, что повышение соревновательной скорости с 5,8 до 8,3 м/сек происходит в основном за счет удлинения бегового шага от 151 см. до 234 см. при слабо возрастающих значениях темпа (3,33 до 3.57 Гц). Следовательно, увеличение механической работы в шаге при повышении скорости бега происходит за счет больших перемещений звеньев в пространстве При этом. увеличение соревновательной скорости на 2 м/с требует увеличения полной мощности механической работы звеньев тела бегуна по верхней оценке с 750 до 1500 Вт., т.е. прибавка скорости на 1 м/ с «стоит «в среднем 475 Вт.

Рис. 1

Расход энергии при ходьбе с разным соот­ношением длины и частоты шагов (Атцлер и Хербст).

2-ой путь- рекуперация энергии

Если бы тело представляло собой отдельные сегменты, кото­рые двигаются так же, как при движении человека, то затраты энергии были бы в 3 — 5 раз больше, чем в действительности. Вслед­ствие сохранения механической энергии тела метаболические ис­точники мышц подводят только 20 —35 % необходимой энергии в естественных локомоциях. В настоящее время считается, что со­хранение и повторное использование (или рекуперация) механи­ческой энергии происходит за счет действия трех механизмов:

1) перехода кинетической энергии в потенциальную энергию
гравитации и обратно;

2) перехода (или передачи) механической энергии от одного
звена к другому;

3) перехода кинетической энергии движения в потенциаль­ ную энергию деформации мышц и сухожилий и обратно.

Во время бега с любой скоростью сохраняется около 80 % пол­ной механической энергии звеньев тела. С ростом скорости пере­движения существенно увеличивается доля энергии, сохраненной за счет ее передачи между звеньями тела, и уменьшается ее пере­дача за счет перехода кинетической энергии движения в потенци­альную в поле силы тяжести и обратно.

Первый механизм рекуперации. Сохранение полной энергии по этому механизму требует строго противофазного изменения ки­нетической и потенциальной фракций энергии. Такое явление на­блюдается не во всех звеньях тела. Например, в беге и ходьбе по­тенциальная и кинетическая энергии стопы одновременно дости­гают нулевого значения в опорной фазе. Чем выше над опорой располагается звено, тем больше энергии оно может сохранить. Считается, что первый механизм рекуперации энергии обеспечи­вает в целом в естественных локомоциях экономию энергии в диапазоне 12 — 23%.

Второй механизм рекуперации. Механическая энергия может передаваться от звена к звену тела человека двумя путями: за счет воздействия через суставные сочленения посредством контактных сил, совершающих работу по изменению энергии соседнего зве­на; за счет действия мышц (односуставных, а также двусустав-ных, передающих энергию через два сустава от звена к, звену, непосредственно несоединенным суставным сочленением).

По различным оценкам рекуперирование энергии по механиз­му ее передачи от звена к звену составляет от 30 до 42 % от пол­ной энергии.

Третий механизм рекуперации энергии. Вследствие того что мышцы человека работают только на сокращение, основному движению предшествует движение в противоположном направлении. Проис­ходящее в таких предварительных движениях растяжение мышц приводит к накоплению в них энергии упругой деформации, ис­пользуемой затем в основном движении. Если быть совсем точным, то растягиванию подвегаются мышечно- сухожильные структуры.

Степень использования энергии упругой деформации зависит от условий выполнения движений, в частности от времени между растягиванием и укорочением мышц. При увеличении паузы меж­ду предварительным растягиванием и последующим укорочением за счет релаксации мышц и сухожилий снижается энергетическая экономичность, а значит, и эффект выполнения основного уп­ражнения. Интервал времени, за который должна накопиться и использоваться энергия упругой деформации, определяется по­стоянной времени релаксации, например для сгибания коленно­го сустава она равна 1,4 с (R. Margaria et al, 1963).

Если время движения больше времени релаксации, накоплен­ная энергия полностью рассеивается и последующая фаза движе­ния полностью осуществляется за счет метаболической энергии мышечного сокращения.

П. Коми, К. Боско (С. Bosco) (1978) писали, что свойство мышц накапливать энергию упругой деформации коррелирует с процен­тным соотношением быстрых и медленных мышечных волокон: чем выше процент медленных волокон, тем лучше используется энергия упругой деформации.

По разным данным рекуперация энергии в мышечно-сухожиль-ных структурах составляет от 6 до 37 %. Такой большой разброс объясняется тем, что исследовали различные мышцы и условия опытов не были полностью идентичны, кроме того, испытуемые были различного возраста и уровня физической подготовленности.

1. Основы эргометрии

Предметом эргометрии является совокупность количественных методов измерения физической работоспособности человека. Эргометрические измерения позволяют охарактеризовать различные режимы выполнения двигательных заданий и выработать

правила сравнения этих заданий на количественном уровне.

Термин «физическая работоспособность» употребляется достаточно широко, однако ему не дано пока единого. теоретически и практически обоснованного определения. По определению А.С. Солодкова и Е.Б.Сологуб / / под «физической работоспособностью» понимают способность человека выполнять в заданных параметрах и конкретных условиях профессиональную деятельность, сопровождающуюся обратимыми (в сроки регламентированного отдыха) функциональными изменениями в организме.

Среди факторов, определяющих физическую рабо­тоспособность человека, есть такие, проявление кото­рых наблюдается во всех видах двигательной актив­ности человека (основные) или же только в конкрет­ном виде деятельности. Среди основных факторов, имеющих всеобщее значение, обычно выделяются следующие: 1 — биоэнергетические (аэробные и ана­эробные) возможности человека; 2 — нейромышечные (мышечная сила и техника выполнения упражнения); 3 — психологические (мотивация и тактика ведения спортивного состязания).

Мышечная сила и биоэнергетические возможности составляют группу факторов потенций; техника, такти­ка и психическая подготовка объединяются в группу факторов производительности, которые определяют степень реализации факторов потенций в конкретных условиях избранного вида деятельности. Рациональная техника выполнения упражнений позволяет в большей степени и более эффективно реализовывать силовые и биоэнергетические возможности в каждом цикле движения или в отдельных его элементах Совершенная тактика ведения соревновательной борьбы позволяет лучше реализовать силовые и биоэнергетические потенции в ходе спортиного соревнования или в отдельных его эпизодах

В практике спорта используются прямые и косвенные показатели (критерии) работоспособности. Прямые показатели у спортсменов позволяют оценить их спортивную деятельность как с количественной (метры, секунды, килограммы, очки т.д.), так и качественной (надежность и точность выполнения конкретных физических упражнений) стороны. К косвенным критериям относят различные клинико-физиологические показатели,биохимические и психо- физиологические показатели, характеризующие изменения функций организма в процессе работы. Следовательно,

Косвенные критерии работоспособности представляют собой реакции организма на определенную нагрузку и указывают на то.какой физиологической ценой для человека обходится эта работа, Следует также учитывать, что косвенные показатели работоспособности в процессе выполнения физических упражнений ухудшаются значительно раньше, чем прямые критерии.

Определение уровня физической работоспособности у человека осуществляется пу тем применения тестов с максимальными и субмаксимальными мощностями физических нагрузок. Принципы исследования общей физической работоспособности подробно изложены в специальных руководствах по спортивной медицине и спортивной физиологи

(см.,например, / /), В настоящее время для косвенного определения работоспособности наиболее широко используются три пробы: PWC -170 и Гарвардский степ-тест, а для прямого определения- тест Новакки.

Рассмотрим биомеханический поход в измерении физической работоспособности спортсмена.

Когда человек выполняет достаточно длительное двигательное задание. всегда имеют дело с тремя основными переменными: интенсивность,объем и время выполнения. двигательного задания.. Показатели интенсивности,объема и времени выполнения двигательного задания называются эргометрическими показателями. Один из них всегда как параметр двигательного задания,; два других - измеряютсязадается (таблица 3)

1. Интенсивность выполняемого двигательного задания. Этим обо­значается одна из трех механических величин: а) скорость движения спортсмена (например, в беге; единица измерения — м/с);

б) мощность (например, при педалировании на велоэргометре; единица измерения — Вт); в) сила (например, при статическом удержании груза; единица измерения — Н).

2. Объем выполненного двигательного задания. Этим обозначается одна из следующих трех механических величин: а) пройденное расстояние (например, в ходьбе, беге, лыжных гонках; единица измерения — м); б) выполненная работа (в физическом

смысле, например, при вращении педалей велоэргометра, подъеме штанги в тяжелоатлетических упражнениях; единица измерения — Дж);

Таблица 3. Основные варианты измерения физической работоспособности человека.

в) импульс силы (при опорном взаимодействии по измерению площади под кривой силы по динамограмме; единица измере­ ния — Н с.).

3. Время выполнения (единица измерения — с).

Например, при беге на фиксиро­ванную дистанцию (100, 200, 5000 м) ее длина является заданным параметром, а время бега и средняя скорость В тесте Купера время бега — 12 мин — задается, а измеряются дистанция и скорость; при беге с заданной скоростью «до отказа» измеряются дистанция и время. Не всегда берут все три показателя: например, в тесте Купера задается время, а измеряется только расстояние. Но при этом нужно дать указание бежать, например. с максимальной скоростью

Если величины времени, интенсивности и объема двигатель­ных заданий соответствуют друг другу, то, как экспериментально доказано, при разных вариантах заданий получаются совпадающие результаты. Например, если спортсмены пробегают дистанцию 3 км за 12 мин (средняя скорость -4,1 м/с), то при задании про­бежать наибольшую дистанцию за 12 мин они тоже пробегут 3 км, а если им предложить бежать с постоянной скоростью 4,1 м/с, то они будут в состоянии поддерживать ее в среднем лишь 12 мин (это для них предельная длительность данного двигательного за­дания) и пробегут за это время те же 3 км. Таким образом, конк­ретный вариант задания (что именно — дистанция, скорость или время — задается, а что измеряется) для эргометрических пока­зателей не имеет значения. Поэтому результаты, полученные в заданиях одного типа (например, в беге с заданной скоростью), можно переносить на задания другого типа (например, бег на определенную дистанцию), если только задаваемые или регистри­руемые значения времени, интенсивности и объема двигательных заданий совпадают. Это так называемое правило обратимости дви­гательных заданий.

ЛИТЕРАТУРА

1 Попов Г.И. Биомеханика: Учебник для студ. высш. учеб. заведений.-М.:

Изд. центр «Академия», 2005.- 256 с.

2 Донской Д.Д.,Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры.- М: «Физкультура и спорт»,1979,-264 с.

3 Дубровский В.И.,Федорова В.Н. Биомеханика: Учебник для сред. и высш.учебн. заведений.-М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС,2003,- 672 с.

4 Холодов Ж.К.,Кузнецов В.С. Теория и методика физического воспитания и спорта.:

Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений.-3-е изд.. стер.-М.: Изд. центр «Академия», 2004-;480 с.

5 Солодков А.С.,Сологуб Е.Б. Физиология человека.Общая. Спортивная. Возрастная: Учебник, Изд. 2-е,испр. и доп..-М.: Олимпия Пресс,2005,-528 с.

6 Макарова Г.А. Спортивная медицина: Учебник. – 2-е изд,стереотип. – М.: Советский спорт,2006, -480с.

7 Граевская Н.Д., Долматова Т.И. Спортивная медицина: Курс секций и практические занятии.Учебное пособие.-М.: Советский спорт, 2004.- 304 с.

Дата добавления: 2014-01-05