Основные понятия кинематики и кинематические хаpaктеристики > Русский спорт - научная база
Русский спорт - научная база    


Основные понятия кинематики и кинематические хаpaктеристики

Основные понятия кинематики и кинематические хаpaктеристики

Источник:

Движение человека является механическим, то есть это изменение тела или его частей относительно других тел. Относительное перемещение описывает кинематика.

Кинематикараздел механики, в котором изучается механическое движение, но не рассматриваются причины, вызывающие это движение. Описание движения как тела человека (его частей) в различных видах спорта, так и различных спортивных снарядов являются неотъемлемой частью спортивной биомеханики и в частности кинематики.

Какой бы материальный объект или явление мы не рассматривали, окажется что вне прострaнcтва и вне времени ничего не существует. Любой предмет имеет прострaнcтвенные размеры и форму, находится в каком-то месте прострaнcтва по отношению к другому предмету. Любой процесс, в котором участвуют материальные объекты, имеет во времени начало и конец, сколько то длится во времени, может совершаться раньше или позже другого процесса. Именно по этому возникает необходимость измерять прострaнcтвенную и временную протяжённости.

Основные единицы измерения кинематических хаpaктеристик в международной системе измерений СИ.

Прострaнcтво. Одна сорокамиллионная часть длины земного меридиана, проходящего через Париж, была названа метром. Поэтому длина измеряется в метрах (м) и кратных ему единицах измерения: километрах (км), сантиметрах (см) и т. д.

Время – одно из фундаментальных понятий. Можно сказать, что это то, что отделяет два последовательных события. Один из способов измерить время – это использовать любой регулярно повторяющийся процесс. Одна восьмидесяти шести тысячная часть земных суток была выбрана за единицу времени и была названа секундой (с) и кратных ей единицах (минутах, часах и т. д.).

В спорте используются специальные временные хаpaктеристики:

Момент времени (t) - это временная мера положения материальной точки, звеньев тела или системы тел. Моментами времени обозначают начало и окончание движения или какой либо его части или фазы.

Длительность движения (∆t) – это его временная мера, которая измеряется разностью моментов окончания и начала движения ∆t = tкон. – tнач.

Темп движения (N) – это временная мера повторности движений, повторяющихся в единицу времени. N = 1/∆t; (1/c) или (цикл/c).

Ритм движенийэто временная мера соотношения частей (фаз) движений. Он определяется по соотношению длительности частей движения.

Положение тела в прострaнcтве определяют относительно некоторой системы отсчёта, которая включает в себя тело отсчёта (то есть относительно чего рассматривается движение) и систему координат, необходимую для описания на качественном уровне положение тела в той или иной части прострaнcтва.

С телом отсчёта связывают начало и направление измерения. Например, в целом ряде соревнований началом координат можно выбрать положение старта. От него уже рассчитывают различные соревновательные дистанции во всех циклических видах спорта. Тем самым в выбранной системе координат «старт – финиш» определяют расстояние в прострaнcтве, на которое переместится спортсмен при движении. Любое промежуточное положение тела спортсмена во время движения хаpaктеризуется текущей координатой внутри выбранного дистанционного интервала.

Для точного определения спортивного результата правилами соревнований предусматривается по какой точке (пункт отсчёта) ведётся отсчёт: по носку конька конькобежца, по выступающей точке грудной клетки бегуна-спринтера, или по заднему краю следа приземляющегося прыгуна в длину.

В некоторых случаях для точного описания движения законов биомеханики вводится понятие материальная точка.

Материальная точкаэто тело, размерами и внутренней структурой которого в данных условиях можно пренебречь.

Движение тел по хаpaктеру и интенсивности могут быть различными. Чтобы охаpaктеризовать эти различия, в кинематике вводят ряд терминов, представленных ниже.

Траекториялиния, описываемая в прострaнcтве движущейся точкой тела. При биомеханическом анализе движений прежде всего рассматривают траектории движений хаpaктерных точек человека. Как правило, такими точками являются суставы тела. По виду траектории движений делят на прямолинейные (прямая линия) и криволинейные (любая линия, отличная от прямой).

Перемещениеэто векторная разность конечного и начального положения тела. Следовательно, перемещение хаpaктеризует окончательный результат движения.

Путьэто длина участка траектории, пройденной телом или точкой тела за выбранный промежуток времени.

Траектория движения точки и её перемещение

Для того, чтобы охаpaктеризовать насколько быстро изменяется в прострaнcтве положение движущегося тела, используют специальное понятие скорость.

Скоростьэто отношение пройденного пути ко времени, за который он пройден. Она показывает, как быстро изменяется положение тела в прострaнcтве. Поскольку скорость – это вектор, то она также указывает, в каком направлении движется тело или точка тела.

Средней скоростью тела на данном участке траектории называется отношение пройденного пути ко времени движения, м/с:

Если на всех участках траектории средняя скорость одинакова, то движение называется равномерным.

Вопрос о скорости бега является важным в спортивной биомеханике. Известно, что скорость бега на определённую дистанцию зависит от величины этой дистанции. Бегун может поддерживать максимальную скорость только в течение ограниченного времени (3-4) секунды, высококвалифицированные спринтеры до 5 - 6 секунд). Средняя скорость стайеров гораздо ниже, чем спринтеров. Ниже показана зависимость средней скорости (V) от длины дистанции (S).

Зависимость средней скорости бега от длины дистанции

Мировые спортивные рекорды и показанная в них средняя скорость

Вид состязаний и дистанция Мужчины Женщины
Время, показанное на дистанции Средняя скорость м/с Время, показанное на дистанции Средняя скорость м/с
Бег        
100 м 9,83 с 10,16 10,49 с 9,53
400 м 43,29 с 9,24 47,60 с 8,40
1500 м 3 мин 29,46 с 7,16 3 мин 52,47 с 6,46
5000 м 12 мин 58,39 с 6,42 14 мин 37,33 с 5,70
10000 м 27 мин 13,81 с 6,12 30 мин 13,75 с 5,51
Марафон (42 км 195 м) 2 ч 6 мин 50 с 5,5 2 ч 21 мин 0,6 с 5,0
Бег на коньках        
500 м 36,45 с 13,72 39,10 с 12,78
1500 м 1 мин 52,06 с 13,39 1 мин 59,30 с 12,57
5000 м 6 мин 43,59 с 12,38 7 мин 14,13 с 11,35
10000 м 13 мин 48,20 с 12,07    
Плавание        
100 м (вольный стиль) 48,74 с 2,05 54,79 с 1,83
200 м (в/с) 1 мин 47,25 с 1,86 1 мин 57,79 с 1,70
400 м (в/с) 3 мин 46,95 с 1,76 4 мин 3,85 с 1,64

Для удобства проведения вычислений среднюю скорость можно записать и через изменение координат тела. При прямолинейном движении пройденный путь равен разности координат конечной и начальной точек. Так, если в момент времени t0 тело находилось в точке с координатой Х0, а в момент времени t1 – в точке с координатой Х1, то пройденный путь ∆Х = Х1 – Х0, а время движения ∆t = t1 – t0 (символ ∆ обозначает разность однотипных величин или для обозначения очень маленьких интервалов). В этом случае:

Размерность скорости в СИ – м/с. При преодолении больших расстояний скорость определяют в км/час. При необходимости такие значения можно перевести в СИ. Например, 54 км/час = 54000 м /3600 с = 15 м/с.

Средние скорости на различных участках пути значительно отличаются даже при относительно равномерном прохождении дистанции: стартовый разгон, преодоление дистанции с внутрицикловыми колебаниями скорости (во время отталкивания скорость увеличивается, во время свободного скольжения в беге на коньках или фазы полёта в л/а беге – уменьшается), финиширование. По мере уменьшения интервала, по которому вычисляется скорость можно определить скорость в данной точке траектории, которая называется мгновенной скоростью.

Мгновенная скорость движения, или скоростью в данной точке траектории называется предел, к которому стремится перемещение тела в окрестности этой точки ко времени при неограниченном уменьшении интервала:

Мгновенная скорость – величина векторная.

Направление вектора мгновенной скорости

Если величина скорости (или модуль вектора скорости) не меняется, движение равномерное, при изменении модуля скорости – неравномерное.

Равномерным называют движение, при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые пути. В этом случае величина скорости остаётся неизменной (по направлению скорость может изменяться, если движение криволинейное).

Прямолинейным называют движение, при котором траектория является прямой линией. В этом случае направление скорости остаётся неизменным, (величина скорости может изменяться, если движение не равномерное).

Равномерным прямолинейным называют движение, которое является и равномерным и прямолинейным. В этом случае неизменными остаются и величина и направление.

В общем случае при движении тела изменяются и величина и направление вектора скорости. Для того, чтобы охаpaктеризовать насколько быстро происходят эти изменения, используют специальную величину – ускорение.

Ускорениеэто величина, равная отношению изменения скорости движения тела к длительности промежутка времени, за которое это изменение скорости произошло. Среднее ускорение на основе этого определения равно, м/с²:

Мгновенным ускорением называется физическая величина, равная пределу, к которому стремится среднее ускорение за промежуток ∆t → 0, м/с²:

Поскольку вдоль траектории скорость может изменяться как по величине так и по направлению, вектор ускорения имеет две составляющие.

Составляющая вектора ускорения а, направленная вдоль касательной к траектории в данной точке, называется тангенциальным ускорением, которое хаpaктеризует изменение вектора скорости по величине.

Составляющая вектора ускорения а, направленная по нормали к касательной в данной точке траектории, называется нормальным ускорением. Оно хаpaктеризует изменение вектора скорости по направлению в случае криволинейного движения. Естественно, что когда тело движется по траектории, являющейся прямой линией, нормальное ускорение равно нулю.

Прямолинейное движение называется равнопеременным, если за любые промежутки времени скорость тела изменяется на одну и ту же величину. В этом случае отношение

∆V/ ∆t одинаково для любых интервалов времени. Поэтому величина и направление ускорения остаются неизменными: а = const.

Для прямолинейного движения вектор ускорения направлен по линии движения. Если направление ускорения совпадает с направлением вектора скорости, то величина скорости будет возрастать. В этом случае движение называют равноускоренным. Если направление ускорения противоположно направлению вектора скорости, то величина скорости будет уменьшаться. В этом случае движение называют равнозамедленным. В природе существует естественное равноускоренное движение – это свободное падение.

Свободным падением – называется падение тела, если на него действует единственная сила – сила тяжести. Опыты, проведённые Галилеем, показали, что при свободном падении все тела движутся с одинаковым ускорением свободного падения и обозначаются буквой ĝ. Вблизи поверхности Земли ĝ = 9,8 м/с². Ускорение свободного падения обусловлено притяжением со стороны Земли и направлено вертикально вниз. Строго говоря, такое движение возможно лишь в вакууме. Падение в воздухе можно считать приблизительно свободным.

Траектория движения свободно падающего тела зависит от направления вектора начальной скорости. Если тело брошено вертикально вниз, то траектория – вертикальный отрезок, а движение называется равнопеременным. Если тело брошено вертикально вверх, то траектория состоит из двух вертикальных отрезков. Сначала тело поднимается, двигаясь равнозамедленно. В точке наивысшего подъёма скорость становится равной нулю, после чего тело опускается, двигаясь равноускоренно.

Если вектор начальной скорости направлен под углом к горизонту, то движение происходит по параболе. Так двигаются брошенный мяч, диск, спортсмен, прыгающий в длину, летящая пуля и др.

Движение тела, брошенного под углом к горизонту

В зависимости от формы представления кинематических параметров существуют различные виды законов движения.

Закон движения – это одна из форм определения положения тела в прострaнcтве, которая может быть выражена:

• аналитически, то есть с помощью формул. Эта разновидность закона движения задаётся с помощью уравнений движения: x = x(t), y = y(t), z = z(t);

• графически, то есть с помощью графиков изменения координат точки в зависимости от времени;

• таблично, то есть в виде вектора данных, когда в один столбец таблицы заносят числовые отсчёты времени, а в другой в сопоставлении с первым – координаты точки или точек тела.

Раздел статьи: Биомеханика


Двигательный навык

Двигательный навык  Так занимающиеся сосредотачивают своё внимание во время во время бега в основном на контроле за скоростью; при передвижении на лыжах – на изменении рельефа местности, темпе прохождения дистанции и усилиях при отталкивании, при метаниях – на выполнении мощного финального усилия, то есть на решающих компонентах в достижении высокой эффективности действия...

24 02 2024 22:39:10

Постепенность увеличения нагрузок и тенденция к максимальным нагрузкам

Постепенность увеличения нагрузок  и тенденция к максимальным нагрузкам  Основные положения этого принципа раскрывает теория стресса, которую открыл Ганс Селье...

23 02 2024 7:15:21

Формы обучения

Формы обучения  • По месту учебы: школьные (уроки, учебные занятия, работа на пришкольном участке, в лаборатории) и внешкольные (домашняя самостоятельная работа, экскурсии)...

22 02 2024 12:41:15

Динамика вращательного движения материальной точки и твёрдого тела

Динамика вращательного движения материальной точки и  твёрдого тела  Центростремительной силой называется проекция равнодействующей силы на тот радиус окружности, на котором в данный момент находится тело...

20 02 2024 6:51:25

Физиологические механизмы развития физических качеств

Физиологические механизмы развития физических качеств  Три основных физических качества: сила, скорость (быстрота), выносливость...

19 02 2024 16:30:58

Педагогические конфликты. Поведение педагога в конфликтной ситуации

Педагогические конфликты. Поведение педагога в конфликтной ситуации  Конфликты могут быть конструктивные, направленные на развитие коллектива и улучшение качества работы, и деструктивные, направленные на удовлетворение только личных амбиций, притязаний, самоутверждение за счет других...

18 02 2024 1:49:40

Теории разнообразия антител

Теории разнообразия антител  В рамках этих взглядов набор генов , необходимый для обеспечения синтеза антител самой разнообразной специфичности, не возникает вновь за счёт мутационных изменений в онтогенезе, а имеется в готовом виде и передаётся из поколения в поколение...

17 02 2024 21:27:50

План конспект игры "Сумей догнать" |

План конспект игры "Сумей догнать" | > Перестроение. ...

16 02 2024 1:41:57

Мощность механического движения. Коэффициент механической эффективности

Мощность механического движения. Коэффициент механической эффективности  В частности энергозатраты идут: • на основной обмен; • активность физиологических систем (прежде всего дыхательной и циркуляторной) при мышечной деятельности; • активность мышц, не участвующих в движении, но обеспечивающих поддержание равновесия, сохранения позы и т...

15 02 2024 19:29:18

Дыхательные тесты |

Дыхательные тесты | > ...

14 02 2024 3:34:58

Цели педагогического процесса

Цели педагогического процесса  Общественные цели – цели различных слоев населения, отражающие потребности, интересы и запросы по профессиональной подготовке...

13 02 2024 9:52:46

Оценка уровня развития силовых способностей

Оценка уровня развития силовых способностей  При помощи современной аппаратуры можно измерить максимальную силу всех основных мышечных групп в статических и динамических усилиях...

12 02 2024 1:12:25

Двигательная сенсорная система |

Двигательная сенсорная система | align="right"> Раздел статьи: Афофкис раздел « Сенсорные системы» ...

10 02 2024 22:28:57

Т- и В-лимфоциты

Т- и В-лимфоциты  Антигенными свойствами могут обладать макромолекулярные образования почти всех живых организмов...

09 02 2024 14:33:42

Гормоны

Гормоны  Гормоны контролируют все важнейшие процессы в организме, изменяя активность генов, процессы онтогенетического развития, дифференцировку тканей, формирование пола, размножение...

07 02 2024 0:20:42

Биомеханика ходьбы и бега. Величина силы реакции опоры

Биомеханика ходьбы и бега. Величина силы реакции опоры  Переднезадняя составляющая обычно больше на 50 – 60 % в обеих своих частях, т...

06 02 2024 21:31:55

Общепедагогические методы

Общепедагогические методы  Они наиболее часто используются в лаконичной форме, особенно в процессе подготовки квалифицированных спортсменов, чему способствует специальная терминология, сочетание словесных методов с наглядными...

05 02 2024 5:24:22

Основная педагогическая направленность занятий

Основная педагогическая направленность занятий  В основных занятиях выполняется основной объём работы, связанной с решением главных задач подготовки...

04 02 2024 22:23:25

Подготовка спортивного резерва

Подготовка спортивного резерва    Физкультурно-спортивные организации и образовательные учреждения, осуществляющие подготовку спортсменов 1...

03 02 2024 12:24:22

Теория и методика физической культуры |

Теория и методика физической культуры | > Система физического воспитания в Российской Федерации Понятие о системе физического воспитания в стране и её структуре Цель и задачи физического воспитания Общие социально-педагогические принципы системы физического воспитания ...

02 02 2024 22:21:39

Классификация защитных механизмов

Классификация защитных механизмов  Тканевые макрофаги играют существенную роль в распознавании инородных частиц специфической иммунной системой...

01 02 2024 18:49:21

Четвёртый этап отбора

Четвёртый этап отбора  Ниже приведены наиболее общие морфологические хаpaктеристики спортсменов высокого класса, специализирующихся в различных видах спорта, а также оптимальные возрастные границы для достижения наивысших спортивных результатов...

31 01 2024 15:43:22

Структура тактической подготовленности

Структура тактической подготовленности   От других тренировочных упражнений их отличает: 1) установка при выполнении данных упражнений ориентирована на решение тактических задач; 2) в упражнениях пpaктически моделируется отдельные тактические приёмы и ситуации соревновательной борьбы; 3) в некоторых случаях моделируются и внешние условия соревнований; 2) видами спортивной тактики (наступательной, оборонительной, контратакующей); 3) формами спортивной тактики (индивидуальной, групповой, комaндной)...

30 01 2024 7:59:33

Надпочечники

Надпочечники  Кора состоит из 3-х слоев:Клубочковая (наружная) зона, секретирующая гормоны минералокортикоиды ( альдостерон);Пучковая (средняя) зона, секретирующая глюкокортикоиды (кортизол, гидрокортизол);Сетчатая (внутренняя) зона, секретирующая небольшое количество пoлoвых гормонов (андрогенов, эстрогенов)...

29 01 2024 9:41:10

Хаpaктеристика физкультурно-оздоровительных методик и систем

Хаpaктеристика физкультурно-оздоровительных методик и систем  ), направленная на повышение функциональных возможностей сердечно-сосудистой и дыхательной систем...

28 01 2024 10:54:23

Вестибулярная сенсорная система

Вестибулярная сенсорная система  Каналы и полости височной кости образуют костный лабиринт вестибулярного аппарата и частично перепончатый лабиринт...

27 01 2024 10:52:48

Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям

Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям  Однако в этом упражнении ни амплитуда движения, ни, что ещё более важно, акцентируемый участок движения не соответствует таковым в беге и прыжках...

26 01 2024 21:58:20

Сила действия человека

Сила действия человека  Сила действия человека может быть представлена в виде вектора (→) и определена указанием: 1) направления, 2) величины (скалярной), 3) точки приложения...

25 01 2024 4:45:23

Предупреждение и исправление ошибок; контроль (второй этап)

Предупреждение и исправление ошибок; контроль (второй этап)  Для устранения такого несоответствия необходимо сопоставление сообщаемой преподавателем инструкции по ООТ и регистрируемых параметров совершаемых движений...

24 01 2024 17:50:37

Атмосферное давление

Атмосферное давление  Эти колебания не оказывают заметного влияния на здоровых людей...

23 01 2024 15:51:39

Локомоторные движения

Локомоторные движения  У всех локомоторных движений общая двигательная задача – усилиями мышц передвигать тело человека относительно опоры или среды...

22 01 2024 16:16:37

Исходное определение средств физического воспитания

Исходное определение средств физического воспитания  Оздоровительные силы природы используются по двум направлениям: 1) как сопутствующие факторы, создающие наиболее благоприятные условия, в которых осуществляется процесс физического воспитания; 2) как относительно самостоятельные средства оздоровления и закаливания (солнечные, воздушные ванны и водные процедуры)...

21 01 2024 6:22:53

Гипофиз

Гипофиз  Различают 2 доли гипофиза - аденогипофиз и нейрогипофиз...

20 01 2024 4:55:15

Средства и методы воспитания специальной выносливости

Средства и методы воспитания специальной выносливости  Широко применяют упражнения с интенсивностью, несколько превышающую соревновательную...

19 01 2024 16:43:54

Обмен газов в легких и перенос их кровью

Обмен газов в легких и перенос их кровью  Напряжение кислорода и углекислого газа (мм...

18 01 2024 3:16:14

Динамика скорости

Динамика скорости  п...

17 01 2024 23:45:36

Содержание образования |

Содержание образования | >• Содержание образования должно быть направлено на формирование гармонично развитой личности (т.е. обеспечить умственное развитие, техническую и трудовую подготовку, физическое, нравственное и эстетическое воспитание).• Содержание образования должно строиться на строго научной основе.• Соответствовать логике и системе данной науки.• Строиться на основе взаимосвязи с другими предметами (межпредметные связи)• Соответствовать возрастным возможностям учащихся.• Отражать связи теории с практикой. Содержание образования отражено в учебных планах, программах, учебниках, учебных пособиях.  (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); ...

16 01 2024 7:25:28

Регуляция работы сердца

Регуляция работы сердца  Самый первый и элементарный уровень регуляции – внутрисердечный...

15 01 2024 20:21:57

Средства физического воспитания в среднем школьном возрасте

Средства физического воспитания в среднем школьном возрасте  • Общеразвивающие упражнения с предметами: мальчики с набивными мячами, гантелями (1 – 3 кг...

14 01 2024 3:26:20

Особенности возрастного развития

Особенности возрастного развития  Суставы детей этого возраста очень подвижны, связочный аппарат эластичен, скелет содержит большое количество хрящевой ткани...

13 01 2024 16:48:59

Аллергия

Аллергия  Экзогенные аллергены могут поступать в организм воздушным путём, с пищевыми продуктами, при контакте бактерий и вирусов с кожей и слизистыми оболочками...

12 01 2024 23:33:57

Текущий контроль

Текущий контроль  В текущем контроле оцениваются срочный и отставленный тренировочные эффекты (СТЭ и ОТЭ)...

11 01 2024 10:44:33

Роль пoлoвых желез в организме

Роль пoлoвых желез в организме  Во-вторых, в составе пoлoвых желез находятся особые комплексы, связанные с эндокринной функцией...

10 01 2024 11:29:16

Отношения родителей и детей

Отношения родителей и детей  Проблемы во взаимоотношениях родителей и детей возникают, если родители не обладают необходимой чуткостью и тактом; недостаточно бережно относятся к секретам детей; не поспевают за динамизмом развития детей; «фальшивят» в тоне разговора; не умеют входить в детский мир без нажима, навязывания своих взглядов, критических замечаний, без нервозности и предубеждений...

09 01 2024 1:26:18

Физиологические основы спортивной тренировки

Физиологические основы спортивной тренировки  Физиологические механизмы развития двигательных навыков...

06 01 2024 1:29:30

Еще:
Спорт и здоровье -1 :: Спорт и здоровье -2 :: Спорт и здоровье -3 ::