Движения с разгоном перемещаемых тел

Поскольку большинство перемещающих движений связано с сообщением скорости вылета какому-нибудь снаряду (мячу, снаряду для метания), рассмотрим прежде всего механические основы полёта спортивных снарядов.

Полёт спортивных снарядов. Дальность полёта снаряда определяется: 1) начальной скоростью вылета; 2) углом вылета; 3) высотой выпуска снаряда; 4) вращением снаряда; 5) сопротивлением воздуха, которое, в свою очередь, зависит от аэродинамических свойств снаряда, силы и направление ветра, плотности воздуха (в горах, где атмосферное давление ниже, плотность воздуха меньше).

Начальная скорость вылета является той основной хаpaктеристикой, которая закономерно изменяется с ростом спортивного мастерства. В отсутствии сопротивления воздуха дальность полёта снаряда пропорциональна квадрату скорости вылета.

Увеличение скорости вылета скажем в 1,5 раза должно увеличить дальность полёта снаряда в 1,5² т. е. в 2,25 раза. Например, скорость вылета ядра 10 м/с соответствует результату в толкании ядра в среднем 12 м, а скорость 15 м/с – результату около 25 м.

У спортсменов международного класса максимальные скорости вылета снарядов равны: при ударе paкеткой (подача в теннисе) и клюшкой (хоккей) – свыше 50 м/с, при у даре рукой (нападающий удар в волейболе) и ногой (в футболе), метании копья – около 35 м/с. Из-за сопротивления воздуха скорость в конце полёта снаряда значительно снижается.

Углы вылета. Различают следующие основные углы вылета:

· Угол места – угол между горизонталью и вектором скорости вылета (он определяет движение снаряда в вертикальной плоскости: выше, ниже);

· Азимут – угол вылета в горизонтальной плоскости (правее – левее, измеряется от условно выбранного направлении отсчёта);

· Угол атаки – угол между вектором скорости вылета и продольной осью снаряда. Метатели копья стремятся, чтобы угол атаки был близок к нулю («попасть точно в копьё»). Метателям диска рекомендуется выпускать диск с небольшим положительным углом атаки. При полёте мячей, ядра и молота угла атаки нет. 

Высота выпуска снаряда – влияет на дальность полёта. Дальность полёта увеличивается примерно на столько, на сколько увеличивается высота выпуска снаряда.

Вращение снаряда и сопротивление воздуха. Вращение снаряда оказывает двойное действие на его полёт.

Во-первых, вращение как бы стабилизирует снаряд в воздухе, не давая ему «кувыркаться» (например при метании диска). Здесь действует гироскопический эффект, подобный тому, который позволяет не падать вращающемуся волчку.

Во-вторых, быстрое вращение снаряда (мяча) искривляет его траекторию (так называемый эффект Магнуса). Если мяч вращается в горизонтальной плоскости (spin - вращение), то скорость воздушного потока на разных его сторонах будет разной. Вращаясь, мяч увлекает прилегающие слои воздуха, которые начинают двигаться вокруг него рис. 1.

Рисунок 1. Появление боковой силы при полёте вращающегося мяча

В тех местах, где скорости поступательного движения мяча и его вращательного движения не совпадают, скорости складываются и скорость воздушного потока становится больше (а), с противоположной стороны мяча эти скорости вычитаются и результирующая скорость меньше (б). Поясним это на примере: наблюдатель находится в медленно двигающемся поезде, справа и слева от него поезда движутся в разных направлениях, но с одинаковой скоростью. Однако наблюдатель воспринимает скорость поезда, который движется навстречу как гораздо более быструю (а), чем тот поезд который движется с ним в одном направлении (б). Из-за этого и давление с разных сторон будет разным: больше с той стороны, где скорость воздушного потока меньше (б). Это следует из известного закона Бернулли: давление газа или жидкости обратно пропорционально скорости их движения. Эффект Магнуса позволяет например, выполняя угловой удар в футболе, послать мяч в ворота (рис. 1). Величина боковой силы, действующей на вращающийся мяч, зависит от скорости его полёта и скорости вращения. Влияние вращения мяча на его траекторию тем выше, чем больше поступательная скорость. Пытаться придать медленно летящему мячу большее вращение, чтобы повлиять на направление полёта нецелесообразно.

Теннисные мячи при соответствующих ударах вращаются со скоростью выше 100 об/с, футбольные и волейбольные – значительно медленнее.

Если направление вращения мяча совпадает с направлением полёта (в сагиттальной плоскости), такой мяч в спортивной пpaктике называют «кручёным», если мяч вращается в обратную сторону – «резаным». Кручёный мяч отскакивает от земли несколько более вперёд, чем невращающийся мяч и катится по земле в направлении своего полёта. Резаный мяч отскакивает от земли несколько более назад и катится по земле, вращаясь в обратную сторону.

Любое бросковое движение условно состоит из двух фаз. В первой фазе спортивный снаряд разгоняется в основном за счёт действия ног. Во второй фазе разгон продолжается за счёт действия мышц туловища и рук. Вторая фаза, дающая большее увеличение скорости снаряда, включает в себя последовательное возрастание угловых скоростей звеньев тела в такой последовательности: таз, верхняя часть туловища и верхняя часть руки, предплечье, кисть. Бросковое движение при проксимально-дистальной последовательности включения звеньев отличаются тем, что скорость разгоняемого звена заметно не возрастает до последних этапов движения. Но она резко увеличивается к моменту выпуска снаряда, когда все предыдущие подготовительные движения звеньев обеспечивают хлестовое движение последнего, контактирующего со снарядом звена (например, скоростное движение кисти при метании копья).

Если задача бросания предмета требует точности (например, выполнение штрафного броска в баскетболе), движения в этом случае приближаются к плоскостным, а стратегия заключается к сведению к минимуму числа звеньев, участвующих в движении.

Раздел статьи: Биомеханика