Способ тренировки и оценки эффективности отталкивания от опоры Российский патент 2021 года по МПК A61B5/11 A63B71/08 

Изобретение относится к области физической культуры и спорту, предназначено для тренировки и объективной оценки скоростно-силовых способностей спортсменов в различных видах спорта. Оно может быть использовано в тренировочном процессе спортсменов различной спортивной квалификации, а также для отбора и оценки профпригодности в спортивных клубах и школах. Изобретение позволяет получить экспресс информацию о технике отталкивания от опоры в простой и доступной форме, что представляет интерес для массовой физической культуры и вовлечения широкого круга населения к занятиям спортом. Особое значение оно имеет для детей, которым необходима игровая привлекательность тренировки и возможность соревноваться.

Одним из ведущих показателей технической и физической подготовленности спортсменов различных специализаций служит уровень развития скоростно-силовых способностей, который, в частности, может быть оценен высотой прыжка вверх с места. Правильная организация механизма взаимодействия с опорой важна для любого вида спорта. Эффективность прыжка зависит от силы толчка, времени или быстроты развития усилия и главное - от координированности проявления силы и скорости [1]. Слишком «медленные» отталкивания неэффективны в силу существенной диссипации энергии в мышечной системе, чрезмерно «быстрые» - также не дают высокого результата из-за большой инертности опорно-двигательного аппарата человека [2]. Индивидуальный подбор оптимального соотношения силы и скорости толчка оказывается актуальнейшей и сложнейшей задачей биомеханики спорта [3]. До сего времени эта задача решалась подбором специальных упражнений, направленных на формирование индивидуального эффективного стереотипа отталкивания у спортсмена. Очевидно, что указанный метод носит необъективный качественный характер.

Известно, что оценивают прыжки вверх с места максимальным значением - (h) подъема общего центра масс (ОЦМ), которое может быть определено различными методами. В частности, известно устройство И.В. Меськина для определения высоты прыжка [4], которое позволяет проводить измерение, используя набор световых створов (комплект излучателя и приемника света), установленных по вертикали. Недостатком указанного метода является дискретный способ измерения, что определяется конечной величиной шага установки световых створов, другим недостатком служит отсутствие объективной информации об эффективности биомеханизма отталкивания, и, следовательно, коррекции и совершенствования последнего.

Существует способ тренировки игровых действий и технических приемов [5], который позволяет повысить эффективность тренировки за счет особой организации тренировочного процесса на базе сравнения показателей разновременных тренировок. В этом случае оценивается только интегральная величина эффективности тренировочного занятия, а недостаток заключается в отсутствии возможности анализа показателей биомеханизма отталкивания с целью его совершенствования и формирования рационального двигательного стереотипа.

Наиболее близким по существу и выбранным в качестве прототипа, является устройство для определения скоростно-силовых характеристик человека [6], содержащее блок индикации, блок сигнализации, силоизмерительный блок, блок задания и компьютер, отличающееся тем, что силоизмерительный блок выполнен в виде тензометрических весов.

Технический результат заключается в том, что в прототипе в процессе выполнения тестирования производят измерение веса каждого тестируемого и времени безопорной и опорной фаз прыжка, числа прыжков, а затем определяют мощность отталкивания, точно задают эти параметры, что значительно повышает информативность о физическом состоянии человека.

Существенным недостатком прототипа является отсутствие объективной информации об эффективности выполнения отдельных прыжков вверх при использовании различных биомеханизмов отталкивания от опоры (с преимущественным участием мышц коленного или голеностопного сустава, различной глубиной приседания, различным временем фазы отталкивания и тому подобным), что необходимо для формирования правильного двигательного стереотипа как для начинающих спортсменов, так и в спорте высших достижений.

Предлагаемый в качестве изобретения способ тренировки и оценки эффективности отталкивания от опоры решает задачу повышения эффективности тренировочного процесса за счет получения экспресс информации о рациональности биомеханизма взаимодействия с опорой испытуемого при выполнении прыжка вверх с места.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет анализировать количественные показатели выполненного прыжка и проводить корректировку техники отталкивания от опоры, что также способствует повышению эффективности тренировочного процесса.

Анализ существующего уровня техники не выявил совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ поясняется с помощью рисунков, приведенных на фиг. 1 и 2, где:

фиг. 1 - блок-схема, реализующая способ;

фиг. 2 - динамограмма отталкивания от опоры;

Указанная задача достигается за счет того, что известном способе тренировки и оценки эффективности отталкивания от опоры, включающим измерение вертикальной составляющей реакции опоры при прыжках вверх с места, для чего (см. фиг. 1) испытуемый встает на платформу (1) измерителя реакции опоры, имеющую, по крайней мере, одну вертикальную компоненту развиваемого усилия, соединенную с центральным блоком (2) измерителя реакции опоры, который регистрирует усилие, равное весу испытуемого, затем испытуемый выполняет прыжки вверх с места, центральный блок (2) измерителя реакции опоры обрабатывает сигнал мгновенного значении реакции опоры (динамограмму) и передает информацию на устройство отображения информации (3), прыжки вверх с места выполняют последовательно с помощью различных техник выполнения прыжков, устройство отображения информации (3) измерителя реакции опоры показывает количественные параметры каждого выполненного прыжка, а именно высоту (h) и коэффициент эффективности (k) прыжка, которые с помощью центрального блока измерителя реакции опоры (2) рассчитывают по формулам:

где: h - высота прыжка;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

t_пол. - время полетной фазы, определяемое по динамограмме;

k - коэффициент эффективности прыжка;

Р_ст.- вес испытуемого;

S - импульс силы отталкивания, определяемый по динамограмме, затем по полученной информации о высоте и коэффициенте эффективности каждого из прыжков, выполненных с помощью различных техник, определяют наиболее рациональный индивидуальный двигательный стереотип отталкивания от опоры при выполнении испытуемым серии прыжков.

На фиг. 2, где представлена динамограмма отталкивания от опоры, реальную высоту прыжка (h) рассчитывают, в частности, по времени "полетной" (безопорной) фазы (интервал времени t_c-d), что следует из законов классической физики для равнопеременного движения в поле гравитации. С другой стороны, затраты живой системы определяют импульсом силы отталкивания от опоры (S). Очевидно, что идеальным отталкивание быть не может, так как живая система не может быть абсолютно упругой и существует диссипация энергии при любых режимах работы мышц. Уменьшить потери возможно правильной, наиболее рациональной техникой выполнения отталкивания, которая помимо общих рекомендаций, основанных на законах естественных наук, имеет мощный вектор индивидуальных особенностей строения тела каждого человека и биомеханизма выпрыгивания. Для поиска наиболее рациональной индивидуальной техники отталкивания необходимо создать такие условия, в которых живая система может сама найти собственные резервы, для этого, по выражению Н.А. Бернштейна [7], «ей необходимо дать напробоваться», чтобы сформировать наилучший стереотип выпрыгивания. Количественным критерием правильной организации отталкивания может служить, так называемый нами, коэффициент эффективности (k), равный отношению реальной высоты прыжка (h), рассчитанной по времени полетной фазы, к идеализированному, модельному ее значению (h_м), определяемому по импульсу силы отталкивания. Это будет своего рода КПД отталкивания, чем больше коэффициент эффективности отталкивания, тем более рациональную индивидуальную технику удалось найти человеку с учетом особенностей его организма и поставленных тактических задач.

Алгоритм расчета импульса силы отталкивания следующий (см. фиг. 2). Согласно законам классической механики для выпрыгивания необходимо наличие неуравновешенной внешней силы, которая равна векторной разности силы реакции опоры, определяемой по динамограмме, и силы тяжести (Р_ст). Импульс силы отталкивания для идеальной модели (S_м), где вся масса сосредоточена в точке, которую называют общим центром масс (ОЦМ), определяют:

где S_м - импульс силы отталкивания в случае идеальной модели,

P(t) - мгновенное значение силы реакции опоры,

Р_ст. - сила веса.

В точке «b» после отрыва ОЦМ человека от опоры начинается дополнительная работа внешних сил, связанная с усилиями ног при их разгибании, что принципиально не существует в идеальной точечной модели, где вся масса сосредоточена в ОЦМ. Дополнительный импульс силы отталкивания (S_д) равен:

где S_д - дополнительный импульс силы отталкивания,

P(t) - мгновенное значение силы реакции опоры.

Тогда суммарный импульс силы отталкивания определяется:

где S - импульс силы отталкивания,

S_м - импульс силы отталкивания в случае идеальной модели,

S_д - дополнительный импульс силы отталкивания,

P(t) - мгновенное значение силы реакции опоры,

P_ст. - сила веса,

(t_b - t_a) - временной интервал от точки «а» до точки «b».

Выводимая на экран монитора экспресс информация о высоте прыжка и коэффициенте эффективности отталкивания позволяет испытуемому корректировать свои двигательные действия, находить наиболее рациональные решения, открывать ранее неизвестные возможности собственной живой системы.

Предлагаемый способ позволяет объективно количественно оценивать эффективность отталкивания при выполнении прыжка вверх с места по соотношению реальной высоты прыжка и идеализированной модельной, определяемой по затратам энергии живой системы. Возможность экспресс контроля результата выполнения прыжка по показателям его высоты и эффективности вносит элемент осознанности в процесс формирования наиболее рационального стереотипа биомеханизма отталкивания от опоры. Таким образом, обратная связь между количественными показателями прыжка и техникой толчка позволяет не только измерять и контролировать результативность действий спортсмена, но и активно участвовать в тренировочном процессе и формировании оптимального двигательного стереотипа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Уткин, В. Л. Биомеханика физических упражнений: учебное пособие / В.Л. Уткин. - М.: Просвещение, 1989. - 210 с.

2. Донской, Д.Д. Биомеханика: учебник /Д.Д. Донской, В.М. Зациорский. - М.: ФиС, 1979. - 264 с.

3. Курамшин, Ю.Ф. Теория и методика физической культуры: учебник /Ю.Ф. Курамшин. - М.: Советский спорт, 2003. - 464 с.

4. Авторское свидетельство СССР №337778, А63В 5/00, кл. G06 F3/14. Устройство И.В. Меськина для определения высоты прыжка /И.В. Меськин - №4230872/12, Заявл. 16.04.1987; Опубл. 20.11.1996.

5. Пат. 2620921 РФ, МПК А61В 5/16. Способ тренировки игровых действий и технических приемов /В.Е. Афонышин - №2016109696; Заявлено 17.03.2016; Опубл. 28.03.2017 Бюл. №10.

6. Пат. 2218962 РФ, МПК А63 В 24/00, А63В 5/00. Устройство для определения скоростно-силовых характеристик человека/В.Н. Зуев, О.В. Силина, М.В. Василюк, Г.Г. Зуева - №2002130209/12; Заявлено 10.11.2002; Опубл. 20.12.2003 Бюл. №35- прототип.

7. Бернштейн, Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. - М.: Медицина, 1966. - 349 с.

Способ относится к области физкультуры и спорта, а именно к способу тренировки и оценки эффективности отталкивания от опоры. При исполнении способа измеряют вертикальную составляющую реакции опоры при прыжках вверх с места. Для этого испытуемый встает на платформу измерителя реакции опоры. При этом платформа измерителя реакции опоры имеет вертикальную компоненту развиваемого усилия. Компонента соединена с центральным блоком измерителя реакции опоры. Блок измерителя реакции опоры регистрирует усилие, равное весу испытуемого. Затем испытуемый выполняет прыжки вверх с места. Центральный блок измерителя реакции опоры обрабатывает сигнал мгновенного значения реакции опоры и передает информацию на устройство отображения информации. При этом прыжки вверх с места выполняют последовательно с помощью различных техник выполнения прыжков. Устройство отображения информации измерителя реакции опоры показывает количественные параметры каждого выполненного прыжка, а именно высоту и коэффициент эффективности прыжка. Эти параметры рассчитывают с помощью центрального блока измерителя реакции опоры по формулам:

где: h - высота прыжка;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

t_пол. - время полетной фазы, определяемое по динамограмме;

k - коэффициент эффективности прыжка;

Р_ст. - вес испытуемого;

S - импульс силы отталкивания, определяемый по динамограмме,

затем по полученной информации о высоте и коэффициенте эффективности каждого из прыжков, выполненных с помощью различных техник, определяют наиболее рациональный индивидуальный двигательный стереотип отталкивания от опоры при выполнении испытуемым серии прыжков. Обеспечивается способ тренировки и оценки эффективности отталкивания от опоры, повышается эффективность тренировочного процесса за счет получения информации о рациональности биомеханизма взаимодействия с опорой испытуемого при выполнении прыжка вверх с места. 2 ил.

Способ тренировки и оценки эффективности отталкивания от опоры, включающий измерение вертикальной составляющей реакции опоры при прыжках вверх с места, для чего испытуемый встает на платформу измерителя реакции опоры, имеющую, по крайней мере, одну вертикальную компоненту развиваемого усилия, соединенную с центральным блоком измерителя реакции опоры, который регистрирует усилие, равное весу испытуемого, затем испытуемый выполняет прыжки вверх с места, центральный блок измерителя реакции опоры обрабатывает сигнал мгновенного значения реакции опоры и передает информацию на устройство отображения информации, отличающийся тем, что прыжки вверх с места выполняют последовательно с помощью различных техник выполнения прыжков, устройство отображения информации измерителя реакции опоры показывает количественные параметры каждого выполненного прыжка, а именно высоту и коэффициент эффективности прыжка, которые с помощью центрального блока измерителя реакции опоры рассчитывают по формулам:

где: h - высота прыжка;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

t_пол. - время полетной фазы, определяемое по динамограмме;

k - коэффициент эффективности прыжка;

Р_ст. - вес испытуемого;

S - импульс силы отталкивания, определяемый по динамограмме,

затем по полученной информации о высоте и коэффициенте эффективности каждого из прыжков, выполненных с помощью различных техник, определяют наиболее рациональный индивидуальный двигательный стереотип отталкивания от опоры при выполнении испытуемым серии прыжков.