Биомеханические основы индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям (на примере фигурного катания на коньках)

На правах рукописи

ВИНОГРАДОВА Валентина Ивановна БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНДИВИДУАЛИЗАЦИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИМ УПРАЖНЕНИЯМ (НА ПРИМЕРЕ ФИГУРНОГО КАТАНИЯ НА КОНЬКАХ) Специальности:

13.00.08 – Теория и методика профессионального образования 01.02.08 – Биомеханика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Санкт–Петербург 2003

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете “МАМИ”.

Официальные оппоненты: заслуженный работник высшей школы, доктор биологических наук, кандидат педагогических наук, профессор Зинковский Анатолий Викторович.

член-корреспондент РАО, доктор биологических наук, кандидат педагогических наук, профессор Бальсевич Вадим Константинович.

доктор педагогических наук, профессор Грозовский Григорий Львович.

Ведущая организация: Военный институт физической культуры

Защита состоится 29 октября 2003 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д212.229.28 в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете по адресу: 195220, Санкт Петербург, Гражданский пр., д. 28, ауд. 328.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Автореферат разослан “ “ “ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г.И.Кутузова -3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертация посвящена разработке биомеханиче ских основ индивидуализации профессионального обучения физическим уп ражнениям на примере фигурного катания на коньках.

Профессиональное образование направлено на специальную подготовку человека к конкретной деятельности, становящейся основной в его трудовой и спортивной работе. Физическая культура и спорт как ее составляющая яв ляются обязательным компонентом профессионального образования в рос сийских вузах. Достижение высоких результатов в обучении исполнению фи зических упражнений возможно только при скоординированной деятельно сти преподавателя (тренера) и учащегося (спортсмена) на основе учета инди видуальных биомеханических особенностей учащегося. Выполненные в ра боте исследования позволили заложить биомеханические основы индивидуа лизации профессионального обучения физическим упражнениям.

Объектом исследования является совместная деятельность преподава теля (тренера) и учащегося (спортсмена), направленная на построение инди видуализированных образовательных, учебно-тренировочных и соревнова тельных программ, а также на выбор и использование технических средств повышения их эффективности в фигурном катании на коньках на основе биомеханики двигательных действий.

Предметом исследования являются построенные автором механико математические модели спортсмена и его двигательных действий как теоре тическое средство передачи знаний учащимся, которые используется для по строения научно обоснованного индивидуально специализированного про цесса обучения эффективному исполнению профессиональных физических упражнений, в том числе и в спорте высших достижений.

Методологией исследования являются принципы, законы и теоремы классической теоретической биомеханики, теория Н.А.Бернштейна о по строении движений и теория А.Н.Крестовникова о двигательном навыке.

Концепцией выполненных исследований и разработки биомеханических основ индивидуализации профессионального обучения физическим упраж нениям является - выбор из бесконечного числа профессиональных физических упражне ний только тех, по которым, главным образом, судят о мастерстве их испол нителя, например, о мастерстве спортсмена в рассматриваемом виде спорта;

- построение антропоморфных механизмов для изучения выбранных фи зических упражнений;

- построение математических моделей движений антропоморфных ме ханизмов для выбранных физических упражнений;

- анализ количественного влияния антропометрических характеристик человека и параметров его двигательных действий на индивидуализацию профессионального обучения физическим упражнениям.

-4 Концепция реализована в процессе индивидуализированного обучения физическим упражнениям на примере одноопорного скольжения и исполне ния прыжков в фигурном катании на коньках.

Некоторые авторы (например, Экхард Майнберг и др.) педагогику физи ческой культуры называют наукой о действии. При этом синонимом науки является теория, а действие - иное определение практики. В настоящее время наука о действии находится на эмпирической стадии своего развития, так как ее состояние характеризуется наблюдениями экспериментов, обработкой со вокупности опытных данных, представляющих собой конечное число на блюдений, обобщение опыта при переходе от конечного числа членов данной выборки к бесконечному. Построение науки на наблюдениях является субъ ективным и не позволяет разобраться в сущности быстро протекающих дви гательных действий спортсмена.

В.Н.Селуянов и Аиед Берхман в учебном пособии для студентов и слу шателей Российская государственная академия физической культуры (Моск ва-1997) указывают, что наука о действии получила существенное ускорение развития в работах Брауне и Фишера, Н.А.Бернштейна, Д.Д.Донского, Д.Хейя. Брауне и Фишер оценили действующие силы при движении человека на основе ньютоновской механики (1889, 1906). Н.А.Бернштейн один из пер вых поставил вопрос об управлении опорно-двигательным аппаратом чело века как основе теории двигательных действий. Д.Д.Донской и его последо ватели Х.Х.Гросс, В.Б.Коренберг, С.В.Дмитриев внесли свой вклад в теорию двигательных действий на основе педагогических наблюдений. Так пишут авторы указанного учебного пособия РГАФКа.

Однако, авторы учебного пособия, по которому обучают студентов, не упоминают о фундаментальных работах наших соотечественников в области теоретической биомеханики двигательных действий человека.

Наибольших успехов в создании теоретических основ науки о действии достигли С.Ю.Алешинский, Д.Г.Арсеньев, А.В.Зинковский, В.А.Шолуха.

Они построили математические модели движений антропоморфных меха низмов в дифференциальной форме. Модели оказались сложными, и резуль тат удалось получить численным интегрированием только для движений спортсменов в сагиттальной плоскости.

Общий фундаментальный подход при построении теории обучения про фессиональным физическим упражнениям, позволяющий формулировать пе дагогические рекомендации с количественным обоснованием для бесконеч ного числа движений, реализовать до настоящего времени не удалось. До сих пор в биомеханике не существует общей теории управления движениями.

На основании вышеизложенного построение биомеханических основ индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям является актуальной проблемой. Часть этой проблемы решается в выполнен ной работе на примере фигурного катания на коньках.

Фигурное катание на коньках является одним из наиболее сложных видов спорта, так как движения спортсмена в фигурном катании пространственные -5 и выполняются при одноопорном и двухопорном скольжении, а также без опоры при исполнении прыжков и зависят как от антропометрических харак теристик спортсмена, так и от параметров его двигательных действий.

В литературе описывается только качественная сторона исполнения элементов фигурного катания на коньках.

Однако, качественные количественно не обоснованные результаты не дают полного представления о путях дальнейшего развития профессиональ ных физических упражнений, в том числе и в фигурном катании на коньках, из-за субъективизма выводов на основе наблюдений почти мгновенно проте кающих двигательных действий и из-за ограниченности экспериментальных исследований в силу их технической сложности, трудоемкости и, как следст вие, высокой стоимости. Требуются научно обоснованные представления о возможных путях дальнейшего развития профессиональных физических уп ражнений. В работе они формируются на примере фигурного катания на коньках для определения дальнейших усилий тренеров и спортсменов в ор ганизации индивидуально- специализированного процесса обучения фигур ному катанию и технике достижения рекордных результатов.

Наиболее важными элементами в фигурном катании являются прыжки.

Они являются наиболее сложными как в исполнении, так и в изучении их сущности.

Построение биомеханической теории исполнения прыжков и одноопор ного скольжения по дуге как важнейших элементов фигурного катания, по исполнению которых судят о мастерстве фигуристов, может стать основой педагогической теории в этом виде спорта. Теоретические основы одно опорного скольжения по дуге и исполнения прыжков, которые изложены в диссертации, по своей сути являются новой базой для дальнейшего развития фигурного катания на коньках.

В широком смысле можно утверждать, что качественные методы про фессионального обучения, традиционно раскрывающие совокупность свойств с помощью описания признаков, развиваются успешно. До последне го времени педагогическая наука остается, главным образом, на качествен ном уровне и содержит богатейший материал наблюдений и теоретические обобщения, завершающие и систематизацию материала. Однако, пока нет другой части, характеризующей развитую науку, - математической. Допол няя качественные представления формализованными обобщениями, педаго гическая теория приобретает необходимую строгость.

Преобразующим средством педагогических исследований становится моделирование. Моделирование - это метод создания и исследования моде лей. Главное преимущество моделирования - целостность представления ин формации. Сотни лет педагогика развивалась главным образом за счет анали за - расчленения целостного на части;

синтезом как таковым пренебрегали.

Моделирование основывается на синтезе, когда вычленяются целые системы и исследуется их функционирование.

-6 В работе развивается научное направление, актуальность которого опре деляется Приказом В.В.Путина № 578 от 30.03.02г. “Перечень критических технологий РФ”. Раздел “Компьютерное моделирование”:

- теоретические основы и инструментарий для проведения математиче ского моделирования и вычислительного эксперимента, включая новые ма тематические модели для естественных и гуманитарных наук.

Целью работы является разработка биомеханических основ индиви дуализации профессионального обучения физическим упражнениям на при мере фигурного катания на коньках с использованием механико математического моделирования фигуриста и его двигательных действий при одноопорном скольжении и в прыжках, с использованием количественной оценки влияния антропометрических параметров фигуриста, параметров его двигательных действий и с использованием технических параметров коньков для повышения эффективности одноопорного скольжения и увеличения мно гооборотности прыжков.

Научная гипотеза. Предполагалось, что классическая теоретическая механика позволит разработать биомеханические основы индивидуализации профессионального обучения физическим упражнениям на примере фигур ного катания на коньках и с использованием простейших и многозвенных систем позволит построить биомеханические модели фигуриста и математи ческие модели их двигательных действий, которые связывают антропомет рические и динамические параметры единой зависимостью, позволит опре делить количественное влияние этих параметров на одноопорное скольжение по дуге и создание начального вращения в прыжках и станет основой инди видуализации обучения одноопорного скольжения и прыжкам с поворотами, по которым судят о мастерстве в спорте высших достижений.

Научную новизну составляют:

- концепция разработки биомеханических основ индивидуализации про фессионального обучения физическим упражнениям, которая заключается в выборе из бесконечного числа только части физических упражнений, опре деляющих, например, мастерство спортсмена;

в построении для выбранных физических упражнений антропоморфных механизмов и математических мо делей их двигательных действий;

в анализе количественного влияния антро пометрических параметров человека и параметров его двигательных дейст вий на эффективность обучения физическим упражнениям;

- построение технологии обучения спортсмена двигательным действиям в фигурном катании на коньках на основе принципов, законов и теорем клас сической теоретической механики;

- профессиональные средства повышения квалификации преподавателя и обучения ученика для индивидуализации тренировочного процесса и по строения соревновательных программ в виде математических моделей двига тельных действий при исполнении основных физических упражнений в фи гурном катании на коньках;

-7 - количественная оценка влияния антропометрических параметров фи гуриста и динамических параметров его двигательных действий на одно опорное скольжение по дуге;

- количественная оценка влияния антропометрических параметров фи гуриста и параметров его двигательных действий на создание начального вращения во всех известных прыжках всеми известными способами, которая используется для индивидуализации обучения с учетом возрастных измене ний масс-инерционных характеристик спортсмена;

- определение роли настильной траектории полета фигуриста в создании художественного эффекта при исполнении прыжков;

- разработка методик совершенствования кинематической структуры одноопорного скольжения и прыжков с оборотами;

- обоснование эффективности использования упругих элементов в конь ках для увеличения многооборотности прыжков;

- теоретическое обоснование педагогического резерва обучения фигури ста увеличению многооборотности прыжков в фигурном катании на коньках;

- механико-математические модели человека и его двигательных дейст вий и количественные результаты параметрического анализа для построения научно обоснованных индивидуально специализированных программ обуче ния фигуриста технике исполнения сложнейших физических упражнений и для построения соревновательных программ.

Практическая значимость. Педагогическая польза построенных био механических основ исполнения профессиональных физических упражнений на примере фигурного катания на коньках состоит в возможности индиви дуализации обучения, так как:

- определены скрытые от наблюдения биомеханические силы инерции, которые являются причиной срыва исполнения прыжка “Сальхов” и опреде лены оптимальные двигательные действия с учетом сил инерции во время исполнения одноопорного скольжения по дуге и многооборотных прыжков;

- даны объективные оценки количественного влияния антропометриче ских параметров человека и его двигательных действий на одноопорное скольжение и увеличение многооборотности прыжков, которые позволяют управлять индивидуальным процессом обучения мастерству катания во вре мя тренировок путем отбора и установления очередности исполнения прыж ков в зависимости от возрастных изменений масс-инерционных характери стик ученика;

- получены математические модели одноопорного скольжения по дуге и исполнения всех известных прыжков всеми известными способами и их со четаниями, которые просты и доступны для повышения квалификации пре подавателей и для образования и самообразования учащихся;

- предложены конструкции коньков с упругими элементами, которые можно эффективно использовать для совершенствования техники исполне ния основных физически упражнений в фигурном катании на коньках;

-8 - результаты работы в совокупности позволяют индивидуализировать процесс обучения физическим упражнениям с учетом возрастных изменений масс-инерционных характеристик человека по научно обоснованным инди видуально специализированным тренировочным программам и строить со ревновательные программы с оптимально подобранным числом и составом многооборотных прыжков.

Достоверность результатов работы обеспечивается применением со вокупности методов классической теоретической механики, ее принципов, законов и теорем, анализом влияния полученных количественных результа тов на эффективность обучения физическим упражнениям и успешной прак тикой их внедрения в учебные и тренировочные процессы.

Организация исследования. Педагогические наблюдения, формирова ние концепции исследования, построение биомеханической теории двига тельных действий при исполнении основных физических упражнений в фи гурном катании на коньках и использование результатов в педагогической практике проводились в период работы с фигуристами и преподавателем фи зической культуры и спорта в вузе.

В период работы - 1964 - 1966 г.г. тренером сборной команды по фигурному катанию Мо сковский областной совет добровольного спортивного общества “Труд” при подготовке спортсменов КМС и МС;

- 1966 - 1967 г.г. старшим тренером Детско-юношеской спортивной шко лы по фигурному катанию треста “Мосстрой 13” с группами начальной под готовки;

- 1975 - 1979 г.г. тренером ДЮСШ по фигурному катанию Балашихин ского литейно-механического завода с учебно-тренировочными группами спортсменов 2-го и 1-го разрядов;

- 1979 - 1981 г.г. тренером по фигурному катанию ДЮСШ Московского городского совета “Зенит” с учебно-тренировочными группами спортсменов 1-го разряда и КМС на основании педагогических наблюдений сформировалась гипотеза об эф фективности оснащения коньков упругими элементами с целью повышения высоты прыжка и, следовательно, эффективности обучения учеников много оборотным прыжкам. Предложенные конструкции коньков с упругими эле ментами защищены авторскими свидетельствами.

В период работы - 1981 - 1987 г.г. тренером по фигурному катанию сборной команды СССР Центрального Совета ВДФСО “Труд” с олимпийским контингентом на централизованных учебно-тренировочных сборах для кандидатов в основ ной, молодежный, юношеский и резервный составы сборной команды СССР ВДФСО “Труд”;

- 1987 - 1991 г.г. тренером по фигурному катанию МГС ВДФСО проф союзов с олимпийским резервом и спецгруппой одиночников по разряду КМС и МС;

-9 - со сборными страны и ведущими тренерами Г.Змиевской, Т.Москвиной, А.Мишиным, Э.Плинером, Т.Тарасовой и др., стала очевидной необходимость индивидуализации учебно-тренировочного процесса обучения с учетом антропометрических параметров спортсмена и его двигательных возможностей, вызванная трудностями увеличения много оборотности прыжков, особенно у женщин. Это был трудный период освое ния исполнения прыжков в 3,5 оборота для мужчин и 2,5 оборота для жен щин.

Задача, которая ставилась практикой учебно-тренировочного процесса, решалась автором работы на основании концепции, вытекающей из опыта педагогической работы с высококвалифицированными спортсменами.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в про цесс обучения:

- студентов Российской государственной академии физической культу ры в виде учебного пособия “Биомеханика. Одноопорное скольжение фигу риста”;

- студентов Московской государственной академии физической культу ры по курсу теории и методики фигурного катания на коньках;

- учащихся и спортсменов ДЮСШ стадиона "Авангард" с целью инди видуализаии учебно-тренировочного процесса обучения прыжкам и совер шенствования исполнительского мастерства.

Основные положения, выносимые на защиту:

- концепция исследования, в основе которой лежит принцип выделения и изучения важнейших физических упражнений для индивидуализации про фессионального обучения;

- теоретическая биомеханика как основа индивидуализации профессио нального обучения физическим упражнениям и индивидуализации построе ния соревновательных научно обоснованных программ на примере фигурно го катания на коньках;

- построенные механико-математические модели фигуриста и его двига тельных действий как средство повышения квалификации тренеров и инди видуализации обучения спортсменов технике исполнения профессиональных физических упражнений спорта высших достижений;

- организация учебного процесса на основе индивидуализированных ме тодик, разработанных с учетом антропометрических и морфологических осо бенностей спортсменов;

- технология индивидуализированного профессионального обучения фи зическим упражнениям на примере одноопорного скольжения на коньках и многооборотным прыжкам;

- технические средства для повышения эффективности индивидуального обучения многооборотным прыжкам в фигурном катании на коньках.

Объем и структура диссертации.

Работа изложена на 300 страницах машинописного текста, содержит таблиц и 57 рисунков. Она состоит из введения, 10 глав, обобщения резуль -10 татов, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложе ния. Список аннотированной литературы представлен 221 работами отечест венных и 20 работами зарубежных авторов. Приложение содержит акты о внедрении результатов научных исследований в практику и 5 авторских свидетельств на изобретения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена характеристика работы. Обосновывается акту альность рассматриваемой проблемы, формулируется цель исследования, из лагается научная новизна работы и основные положения, которые выносятся на защиту. Показывается достоверность результатов исследования и его практическая ценность.

Обзор исследований других авторов, который приводится во введении, доказывает необходимость построения биомеханической теории для индиви дуализации профессионального обучения физическим упражнениям на при мере фигурного катания на коньках.

Глава 1. Биомеханические основы обучения одноопорному скольжению по дуге В первой главе изложена техника и технология обучения одноопорному скольжению фигуриста по дуге.

Рассматривается биомеханика одноопорного скольжения фигуриста при малых углах отклонения его тела от нормали к поверхности льда.

При этом обосновывается допущение, что массу фигуриста можно со средоточить в его центре масс. В результате определяется закон движения фигуриста под действием силы его веса P, силы F трения его конька о лед и реакции опоры N (льда). Показано, что величина силы F трения конька о лед зависит от скорости v скольжения фигуриста, радиуса R кривизны траекто рии скольжения и, естественно, от массы M фигуриста. Закон скольжения позволяет определить время и пройденный путь до остановки фигуриста, которые учитываются при составлении тренировочных программ.

При моделировании фигуриста стержнем, длина которого равна росту фигу риста, а масса равна массе фигуриста, определяются геометрические пара метры равновесного скольжения фигуриста по дуге. Показано, что часто принимаемое в научных работах и учебниках допущение о прохождении ре акции опоры N через центр тяжести фигуриста не соответствует действи тельности. В наших исследованиях эта ошибка исправлена. Если угол от клонения оси тела фигуриста от нормали к поверхности льда велик, то рав новесное скольжение фигуриста по дуге описывается нелинейным уравнени ем 2 3R 2l sin sin l R sin cos =0. (1) 2 R l sin 3g 2 Результаты численного решения этого уравнения представлены в виде графиков на рис. 1 и рис. 2 для фигуриста, рост которого l=1,7 метра.

-11 Рис. 1 Зависимость угловой скорости фигуриста от радиуса R кривизны его следа и угла его наклона.

Рис.2 Зависимость угла наклона фигуриста от угловой скорости и радиуса R его следа.

-12 При обучении фигуриста должно учитываться большое изменение угла отклонения фигуриста от нормали к поверхности льда при незначительных изменениях угловой скорости равновесного скольжения его по дуге, кото рые показаны на рис. 1 и рис. 2.

Перед прыжком, когда начальное вращение создается скольжением по дуге, может случиться, что ось вращения будет пересекать тело фигуриста на расстоянии z со стороны головы. Обнаружено, что равновесное состояние фигурист может сохранять только тогда, когда это расстояние z меньше 1/ его роста l.

С целью определения влияния на динамику скольжения фигуриста по дуге его антропометрических параметров и уточнения влияния динамических параметров по сравнению с полученным для однородного стержня и с целью построения научно обоснованной программы обучения скольжению по дуге в диссертации рассмотрены трехзвенные и четырехзвенные модели фигури ста с выделением в качестве звеньев головы, туловища, ног и отдельно каж дой руки, а также головы, туловища, одной ноги и отдельно другой ноги и каждой руки соответственно. В каждой из этих моделей рассматривалась ци линдрическая и коническая формы туловища. Для количественных парамет рических исследований принимались рост l=172,2 см и масса фигуриста m=69,4 кг фигуриста. Известным способом были определены массовые па раметры k двух рук 2kр=0,09892, головы kг=0,06940 и туловища kт=0, для трехзвенных моделей, соответственно 2kр=0,09892, kг=0,06940, kт=0, и ноги kн=0,19866 для четырехзвенных моделей. Линейные размеры L опре делены с помощью уравнений регрессии. Для всех моделей фигуриста они имеют размеры Lр=0,636 м для руки, Lн= 0,6890 м для ноги и Lт=1,45 м для туловища. Дополнительно принято r=0,1 м - радиус головы, Rц=0,2 м - радиус цилиндрической модели туловища, Rк=0,3464 м - радиус основания кониче ской модели туловища, который находится из условия равенства объемов и длин моделей туловищ фигуриста, безразмерная координата =x/Lт =0, крепления ноги к туловищу фигуриста с началом в точке опоры его конька о лед. Далее для туловища, где это возможно, индекс т опускается и в форму лах длина туловища обозначается L без индекса.

С использованием принципа Даламбера в диссертации получены много параметрические (массовые доли и линейные размеры частей тела человека, а также динамические параметры его равновесного движения) формулы для определения угловой скорости скольжения по дуге радиуса R трехзвенных и четырехзвенных моделей фигуриста с цилиндрической и конической фор мами туловища. Для четырехзвенной модели фигуриста с цилиндрической формой туловища, показанной на рис. 3, формула имеет вид 1 1 2 kТ L + rk Г sin + k Н ( 1)sin 2 sin 1 L 2 = g, (2) (k Г A + 2k Р B + kТ C )cos + k Н D где 1=+, - угол отклонения ноги от оси фигуриста, -13 Рис. 3 Расчетная схема для четырехзвенной модели фигуриста с цилинд рической формой туловища. Здесь Pi, Fi (i=г, р, н, т) соответственно силы веса и равнодействующие линейно распределенных даламберовских сил инерции для головы, рук, ноги и туловища фигуриста;

Ci (j=1,…, 7) – точки приложения сил;

N x, N y - составляющие реакции опоры;

- угловая ско рость скольжения по дуге радиуса OA.

-14 A = [R (L + r )sin ](L + r ) ;

B = (R L sin )L ;

3R 2 L sin 1 C = R L sin L;

2 R L sin 3 1 3R (3 sin 2 sin 1 )L D = R sin sin 1 L cos cos1 L.

3 2 R (2 sin sin 1 )L Для четырехзвенной модели фигуриста с конической формой туловища, показанной на рис. 4, формула имеет вид (2) с той лишь разницей, что при параметре kт вместо коэффициента 1/2 получен коэффициент 2/3, и C опре деляется по формуле R L sin 2 5.

C = R L sin R L sin 3 Количественные исследования показали, что в зависимости от значений динамических параметров изменение угловой скорости скольжения по дуге многократное - до 4,5 раза - должно использоваться для создания художест венного эффекта при обучении фигуристов, так как фигурист может без от талкивания изменять угловую скорость скольжения по дуге.

Сравнение значений угловой скорости скольжения по дуге, полученных для трехзвенной модели фигуриста с цилиндрической формой туловища и полученных при моделировании фигуриста однородным стержнем показало, что они отличаются не более, чем на 0,5%. Таким образом, моделирование фигуриста однородным стержнем допустимо только при определении влия ния динамических параметров R и на угловую скорость равновесного скольжения.

Количественные исследования показали, что угловая скорость скольже ния по дуге для фигуриста с цилиндрической формой туловища выше, чем для фигуриста с конической формой туловища. В зависимости от формы ту ловища фигуриста и значений динамических параметров угловая скорость равновесного скольжения фигуриста с конической формой туловища отлича ется на 30%-40%. При обучении фигуриста и составлении соревновательных программ полученные результаты необходимо учитывать. При отборе спорт сменов для исполнения прыжков, начальное вращение в которых создается скольжением по дуге, преподаватель (тренер) должен учитывать существен ное влияние на угловую скорость равновесного скольжения формы туловища фигуриста.

С помощью закона сохранения момента количества движения при усло вии, что группировка не изменяет ни форму, ни размеры туловища фигури ста, ни его массу, получены формулы для определения угловой скорости * скольжения фигуриста по дуге. Для четырехзвенной модели фигуриста эта формула в зависимости от угловой скорости перед группировкой, от дина мических и антропометрических параметров имеет вид:

-15 Рис. 4 Расчетная схема для четырехзвенной модели фигуриста с кониче ской формой туловища. Здесь Pi, Fi И (i=г, р, н, т) соответственно силы веса и равнодействующие линейно и нелинейно распределенных даламберовских сил инерции головы, рук, ноги и туловища фигуриста;

Ci (j=1,…, 7) – точки приложения сил;

N x, N y - составляющие реакции опоры;

- угловая ско рость скольжения по дуге радиуса OA.

-16 k Г A + 2 k Р B + kТ C + k Н D =, (3) k Г A + (kТ + 2k Р + k Н )C где A = 0.4r 2 + [R (L + r )sin ] ;

B = L2 + [R (L sin + LР )] ;

2 Р 1 D = L2 sin 2 1 + R 2 + LН sin 1 sin 2 R + LН sin 1 sin ;

Н 2 2 1 C = L2 sin 2 + RЦ cos 2 + R(R L sin ) - для цилиндрической формы 3 туловища;

67 C = L2 sin 2 + 0.3RК cos 2 + R R L sin - для конической формы 45 туловища.

Исследования показали, что отношение */ угловых скоростей сколь жения по дуге после и до группировки изменяется до 32% в зависимости от величины параметров R и. Влияние ноги, участвующей в группировке, из меняет отношение угловых скоростей на 12% и 10% для цилиндрической и конической форм туловища фигуриста. Более подробные количественные ис следования одноопорного скольжения фигуриста по дуге содержатся в дис сертации.

Выявлены антропометрические и морфологические особенности спорт сменов легли в основу разработки системы упражнений, направленных на индивидуализацию процесса обучения одноопорному скольжению по дуге.

Глава 2. Создание начального вращения в прыжках скольжением по дуге Известно, что способ создания начального вращения в прыжках сколь жением по дуге является основным для прыжка “Сальхов”. Для модели фи гуриста в виде однородного стержня математической моделью его движений перед прыжком при создании начального вращения является нелинейное уравнение 2 2 5 l2 l 3a + al sin + sin 2 cos a sin sin 2 = 0. (4) 3g 2 2 Результаты его решения представлены в виде графиков на рис. 5 и рис.

6. Рост фигуриста l=1,7 м. Из графиков следует, что угловая скорость скольжения по дуге для создания начального вращения особенно быстро увеличивается при малых значениях a расстояния головы фигуриста от оси вращения и малых значениях угла отклонения фигуриста от нормали к по верхности льда.

Для малых углов, когда sin=, а cos=1, из уравнения (4) следует совсем простая для использования формула =a(g/2-l/3).

-17 Рис. 5 Зависимость угла от величины угловой скорости и a – расстояния головы фигуриста от оси вращения.

Рис.6 Зависимость угловой скорости от расстояния a его головы от оси вращения.

-18 Для четырехзвенной модели фигуриста с конической формой туловища, показанной на рис. 4, зависимость начальной скорости ** вращения в прыж ках скольжением по дуге с группировкой фигуриста в момент отрыва ото льда получена с помощью закона сохранения момента количества движения k Г A + 2 k Р B + kТ C + k Н D =, (5) 0.4k Г r 2 + 0.3(kТ + 2k Р + k Н )RК где A, B, C и D определяются соотношениями из (3).

Аналогичные формулы приведены в диссертации для четырехзвенной модели с цилиндрической формой туловища, а также для трехзвенных моде лей с цилиндрической и конической формами туловища фигуриста.

Количественные исследования, результаты которых приведены в дис сертации, показали, что цилиндрическая форма туловища фигуриста пред почтительнее конической при создании начального вращения в прыжках, так как при одинаковых значениях остальных параметров позволяет увеличи вать многооборотность прыжков.

Глава 3. Техника и технология обучения созданию начального вра щения в прыжках закручиванием тела Такой способ создания начального вращения является основным для ис полнения многооборотных прыжков “Петля”, “Тулуп”, “Флип”, “Лутц”.

Исследования выполнены с использованием закона сохранения момента количества движения теоретической механики.

Предполагается, что тело фигуриста закручивается по линейному закону с началом в точке опоры конька о лед, а скорость вращения плеч в момент отрыва фигуриста ото льда обозначается 0.

При принятых допущениях для конической формы туловища получено, что скорость вращения фигуриста в полете на 20% меньше скорости вращения плеч в момент отрыва ото льда. Для цилиндрической формы туло вища скорость вращения фигуриста в полете в 2 раза меньше скорости вращения его плеч. Таким образом, показано, что форма туловища фигуриста оказывает существенное влияние на скорость его вращения в полете и, следовательно, должна учитываться при индивидуализации процесса обуче нии спортсмена технике исполнения прыжков.

Фигурист может достичь максимально возможной скорости вращения в полете и, следовательно, максимальной многооборотности прыжка при со вмещении момента отрыва ото льда с моментом достижения максимальной скорости вращения плеч. Указанное условие необходимо соблюдать всем спортсменам независимо от их индивидуальных особенностей.

Получены формулы для скорости вращения фигуриста в полете, учи тывающие его антропометрические параметры.

Для конической формы туловища фигуриста -19 1 L2 xL2 k Н sin 2 2 kГ 2 3 R 2 + 1k Р + 0.4r R 2 + 3L + kТ Р Н R2 = 0, 2 kГ 0.3(2k Р + k Н + k Т ) + 0.4r R где R - радиус основания конуса, r - радиус головы фигуриста, - угол от клонения ноги от оси фигуриста, остальные обозначения указывались выше.

Для цилиндрической формы туловища фигуриста структура формулы аналогична конической, а заменяется лишь коэффициент в знаменателе с 0, на 0,5.

Параметрический анализ влияния масс-инерционных характеристик и линейных размеров частей тела фигуриста выполнен с вариацией одного из параметров Lр, Lн, R, L, kр, kн при неизменных значениях всех остальных.

Получены следующие результаты, составляющие основу индивидуализации обучения:

- для исполнения прыжков, начальное вращение в которых создается за кручиванием тела, предпочтительнее спортсмены с конической формой ту ловища. При этом скорость вращения фигуриста в полете превышает ско рость 0 вращения его плеч в 2,23 раза для средних антропометрических па раметров;

- если форма туловища фигуриста цилиндрическая, то указанное выше превышение составляет 1,35 раза;

- перспективными для создания начального вращения закручиванием те ла являются стройные фигуристы с длинными руками. Исследования пока зывают, что если руки на 20% длиннее усредненного значения, то скорость вращения в полете увеличивается на 23%;

если радиус R тела на 20% меньше усредненного значения, то скорость вращения в полете увеличивается на 35%;

- за счет отклонения ноги наибольшего эффекта можно достичь, если угол отклонения находится в интервале значений 300-600;

- рост L, вес рук и ног фигуриста почти не оказывают влияния на ско рость вращения его в полете.

Глава 4. Техника и технология обучения созданию начального вра щения в прыжках скольжением по дуге и закручиванием тела В диссертации обосновывается механико-математическая модель дви жений фигуриста при исполнении прыжков “Сальхов”, получаемая сложени ем вращений вокруг двух параллельных осей. Вращения направлены в одну сторону с угловой скоростью 1 скольжения по дуге и скоростью 2 враще ния фигуриста вокруг его оси. Угловая скорость 2 выражается через ско рость 0 вращения плеч фигуриста при закручивании его тела. Рассматрива ется четырехзвенная модель фигуриста с конической формой туловища. По лучена формула для определения начальной скорости * вращения фигури -20 ста в прыжках, когда основным является способ создания начального враще ния скольжением по дуге D + R =, (6) 0.4k Г r 2 + 0.3(kТ + 2k Р + k Н )RК 1 8 где A = 0.4k Г r 2 + k Р L2 ;

B = kТ RК ;

C = k Н L2 sin + sin ;

Р Н 3 3 D = A( 0 + 1 ) + B(0.25 0 + 0.31 ) + C ( 0 + 1 ).

Моделирование движений при исполнении прыжка “Петля”, когда ос новным является способ закручивания тела, выполняется методом последо вательных приближений. В первом приближении получена формула R ( A + 0.3B + C ) D+ D (1) =, 0.4k Г r + 0.3(kТ + 2k Р + k Н )RК 2 где A, B, C и D определяются выражениями из (6).

Исследования показали, что использование вспомогательного способа закручивания тела при исполнении прыжка “Сальхов” позволяет увеличить начальную скорость вращения на 80%, то есть закручивание тела позволяет более, чем в 1,5 раза увеличить многооборотность прыжка.

При исполнении прыжка “Петля” влияние динамических параметров R и вспомогательного способа скольжения по дуге незначительное. Влияние же основного параметра 1/0 вспомогательного способа скольжения по дуге на увеличение отношения */0 (показатель многооборотности прыжка), как следует из графиков на рис. 7 и рис. 8, весьма значительное. Из графиков следует, что увеличение отношения 1/0 на 0,1 при прочих неизменных па раметрах приводит к увеличению отношения */0, то есть начальной скоро сти вращения в прыжках, приблизительно в 2 раза.

Указанные антропометрические различия спортсменов легли в основу создания дифференцированных комплексов физических упражнений для обучения технике начального в прыжках скольжением по дуге и закручива нием тела.

Глава 5. Техника и технология обучения созданию начального вра щения в прыжках стопорящим действием конька о лед Создание начального вращения в прыжках стопорящим действием конь ка о лед (основной способ) происходит при исполнении прыжка “Аксель”.

Для определения основных закономерностей создания начального вра щения в прыжках фигурист моделировался однородным цилиндрическим те лом, центр тяжести которого совпадал с центром тяжести фигуриста. Пред полагалось, что цилиндр точкой нижнего основания с эксцентриситетом от носительно его оси касается поверхности льда и создает стопорящее дейст вие, эквивалентное действию конька о лед, в виде силы трения F. С исполь зованием теоремы об изменении кинетической энергии вращения в работе -21 Рис. 7 Параметрические зависимости отношений.

Рис. 8 Параметрические зависимости отношений.

-22 получена формула для определения величины скорости вращения фигури ста в момент отрыва его ото льда sin = (F / m ) 2, (7) r / e + 2e где m- масса фигуриста, r - радиус цилиндра, e - эксцентриситет точки каса ния коньком льда относительно оси фигуриста, - угол поворота фигуриста перед отрывом ото льда.

Для использования на практике формулы (7) и других, приведенных в работе, необходимо знать величину силы трения F стопорящего действия конька о лед. Определить эту силу можно только экспериментально по пара метрам движения фигуриста.

В работе определено время t* стопорящего действия конька о лед по теореме об изменении количества движения ( ) m V0 V t =.

F Длина х* следа стопорящего действия конька о лед определена по вто рому закону Ньютона ( ) m V02 V x=. (8) 2F В формулах m - масса фигуриста, v0 - скорость скольжения фигуриста перед стопорящим действием конька о лед, v* - скорость скольжения фигу риста перед отрывом его ото льда.

Из формулы (8) следует, что ( ) m V02 V F=.

2 x Все величины, входящие в правую часть этой формулы, легко измеря ются экспериментально. Таким образом, экспериментально определяется си ла F стопорящего действия конька о лед.

Из формулы (7) следует, что начальная скорость вращения фигуриста достигает максимального значения *, когда угол поворота фигуриста за время стопорящего действия конька о лед будет равен =900, а sin=1. При повороте фигуриста на угол =800 начальная скорость вращения в прыжках отличается от своего максимального значения всего на 1%. Если угол пово рота составляет 500, то уменьшение скорости составляет 12,5%.

Очевиден важный вывод для организации учебно-тренировочного про цесса, связанного с его индивидуализацией. Фигурист может не стремиться к повороту на угол =900, так как при уменьшении угла поворота и, следова тельно, значительном упрощении исполнения прыжка происходит небольшая потеря начальной скорости вращения фигуриста в полете.

Используя экспериментально полученные результаты А.Н.Мишина для фигуриста, момент инерции тела которого равен 0,12 кгм в с2, рост - L=1,7 м, вес - 60 кг, а значение горизонтальной скорости v0=6,45 м/с фигуриста перед -23 стопорящим действием конька о лед и ее значение v*=4,58 м/с перед отры вом ото льда, находим радиус соответствующей модели туловища. Он равен 0,2 м.

Для различных длин х* следа стопорящего действия конька, который оставляет фигурист на поверхности льда, определены средние значения силы F трения.

Таблица1.

Значения силы F трения конька о лед в зависимости от длины х его следа.

x*, м 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0. F, Н 6188 3094 2063 1547 1238 1031 8840 7740 Исследования показали, что сокращение длины х* следа стопорящего действия конька о лед приводит к значительному увеличению начальной скорости * вращения фигуриста. При этом больших успехов в увеличении многооборотности прыжков будут добиваться фигуристы, радиус туловища которых меньше.

Полученные результаты учитываются при обучении фигуристов.

Глава 6. Техника и технология обучения созданию начального вра щения в прыжках стопорящим действием конька и закручиванием тела Самым распространенным способом создания начального вращения в прыжках фигурного катания на коньках является закручивание тела. Стопо рящее же действие конька о лед для создания начального вращения в боль шей или меньшей степени встречается во всех прыжках. Стопорящее дейст вие конька о лед является основным способом создания начального вращения в прыжке “Аксель”, вспомогательным в прыжках “Тулуп”, “Флип” и “Лутц” и сопутствующим в прыжках “Сальхов”, “Петля”.

Создание начального вращения фигуриста в прыжках основным спосо бом - стопорящим действием конька о лед - и вспомогательным способом закручиванием тела - рассматривалось на основе только трехзвенной модели фигуриста с конической формой туловища, потому что использование четы рехзвенной модели с малым влиянием группировки ноги и цилиндрической формы туловища не несет дополнительной существенной педагогически по лезной информации.

Расчетная схема модели представлена на рис. 9. Очевидно, что началь ное вращение фигуриста создается парой сил FF’. Многопараметрическая формула для определения начальной скорости вращения фигуриста в прыж ках без группировки получена с помощью теоремы теоретической механики об изменении кинетической энергии. Начальная скорость вращения фигу риста в прыжках, которая создается только стопорящим действием конька о лед и группировкой, получена с использованием закона сохранения момента количества движения, формула имеет вид:

( )( V V0 + V [ 1 kТ )LТ + k Г r ]E sin sin, = Gx -24 Рис. 9 Расчетная схема для трехзвенной модели фигуриста с конической формой туловища. Здесь Pi (i=г, р, т) - силы веса головы, рук и туловища фи гуриста;

Pi - его вес;

F - сила трения стопорящего действия конька;

F F уравновешенная система сил, модуль каждой из которых равен модулю силы F трения;

m - момент пары сил FF вращения фигуриста;

- скорость его скольжения.

-25 2 где A = 0.4r 2 +[(LТ + r )sin ]2 ;

B = L2 + LТ sin 2 ;

V = V0 V ;

Р 3 47 C = L2 + [(1 kТ )LТ + k Г r ] sin 2 + 0.3RК cos ;

Т 45 G = 0.4k Г r 2 + 0.3(2k Р + kТ )RК ;

E = k Г A + k Р B + kТ C.

Если начальное вращение в прыжках создается с использованием вспо могательного способа - закручивания тела, то формула для определения на чальной скорости вращения принимает вид = + N 0, где N = 0.4k Г r 2 + k Р L2 + 0.25kТ RК. Р В работе выполнены исследования влияния динамических параметров, угла отклонения фигуриста от нормали к поверхности льда, угла поворо та фигуриста во время стопорящего действия конька о лед и длины х* следа стопорящего действия конька, который остается на льду, на величину на чальной скорости вращения фигуриста в прыжках, которая создается толь ко стопорящим действием конька о лед. При увеличении угла отклонения фигуриста от нормали к поверхности льда во время стопорящего действия конька о лед при неизменных значениях прочих параметров начальная ско рость вращения в прыжках возрастает многократно, приблизительно в раза при увеличении угла от 50 до 200. Причина состоит в том, что с увели чением угла увеличивается момент пары сил FF’, вызывающий вращение фигуриста при стопорящем действии конька о лед. При сокращении длины х* следа стопорящего действия конька о лед начальная скорость вращения в прыжках возрастает. При сокращении, например, длины следа стопорящего действия конька о лед от 0,5 м до 0,1 м начальная скорость вращения в прыж ках возрастает более, чем в 2 раза. Подтверждается ранее полученный вывод о том, что потеря начальной скорости вращения в прыжках с уменьшением величины угла поворота фигуриста во время стопорящего действия конька о лед от 900 до 500 приводит к снижению начальной скорости вращения всего на 12,5% и к резкому упрощению исполнения прыжка.

Исследования выполнены для начальных скоростей вращения фигури ста в прыжках, создаваемых основным способом - стопорящим действием конька о лед - и вспомогательным способом - закручиванием тела - в зависи мости от динамических параметров,, х* основного и 0 вспомогательно го способов создания начального вращения в прыжках. Исследования вы полнены при условии, что максимальная величина скорости вращения плеч совпадает с моментом прекращения стопорящего действия конька, то есть с моментом отрыва фигуриста ото льда, и моментом группировки фигуриста. В случае несогласованности перечисленных моментов двигательных действий фигуриста неизбежно снижение начальной скорости вращения фигуриста в прыжках. Количественный анализ показал, что с уменьшением значений уг -26 лов отклонения фигуриста от нормали к поверхности льда вклад вспомога тельного способа в увеличение начальной скорости вращения фигуриста в прыжках возрастает. Увеличение скорости за счет уменьшения длины х* следа стопорящего действия конька о лед особенно проявляется при умень шении вклада вспомогательного способа на создание начального вращения в прыжках. Количественные значения влияния указанных и других параметров на увеличение многооборотности прыжков, создаваемых основным и вспо могательным способами, приводятся в работе. Влияние параметров в различ ных сочетаниях на увеличение многооборотности прыжков изменяется от 20% до 100% и должно учитываться при обучении фигуристов при составле нии тренировочных и соревновательных программ. Выявленное количест венное влияние различных параметров и их комбинаций на величину началь ной скорости вращения в прыжках открывает педагогические резервы в дос тижении рекордной величины многооборотности исполнения прыжков “Лутц”, “Тулуп” и “Флип”.

Глава 7. Обучение созданию начального вращения в прыжках на основе пятизвенного антропоморфного механизма" Антропоморфный механизм как механическая модель фигуриста для по строения математических моделей его двигательных действий при создании начального вращения в прыжках скольжением по дуге, закручиванием туло вища фигуриста и стопорящим действием конька о лед построен в виде шар нирно соединенных модели туловища в виде однородного цилиндра, моделей рук в виде однородных стержней и моделей ног в виде однородных конусов;

голова моделировалась однородным шаром, жестко соединенным с тулови щем.

Для различных способов создания начального вращения в прыжках на основе антропоморфного механизма получены математические модели его двигательных действий в виде зависимостей скорости начального вращения от антропометрических параметров и параметров его двигательных действий.

Выполнен сравнительный анализ влияния параметров на скорость на чального вращения в прыжках на основе трехзвенного, четырехзвенного и пятизвенного механизмов, когда вращение создается скольжением по дуге, закручиванием туловища и стопорящим действием конька о лед. Максималь ное расхождение в результатах для трехзвенного и пятизвенного механизмов не превышало 54%, а для четырехзвенного и пятизвенного механизмов не превышало 12%. Таким образом, дальнейшее увеличение числа звеньев ан тропоморфного механизма с целью построения параметров в ряд по степени их влияния на увеличение многооборотности прыжков лишено практическо го смысла.

На рис. 10 показан пятизвенный антропоморфный механизм фигуриста и система сил, действующая на фигуриста при создании начального вращения в прыжках, которое создается стопорящим действием конька о лед. Основ ные обозначения на рис. 10 те же, что и на рис. 9.

-27 Рис. 10 Антропоморфный механизм фигуриста.

-28 Формула зависимости скорости начального вращения от антропомет рических параметров фигуриста и параметров его двигательных действий для случая создания начального вращения в прыжках стопорящим действием конька о лед имеет вид :

V02 V 2 k Г (r + LТ + LН ) + 2k Р ( LТ + LН ) + kТ LТ + LН sin + 2 x = 0.42kТ r 2 + 0.5(2k Р + + k Н LН (5 sin sin 1 )(k Г A + k Р B + kТ C + k Н D ) sin, + k Г )RЦ + 0.6k Н RЦ 2 где A = 0.4r 2 + (r + LТ + LН ) sin 2 ;

1 B = 2 L2 + ( LТ + LР ) sin 2 + RЦ cos 2 ;

2 Р 3 1 C = L2 sin 2 + 0.5 RЦ cos 2 + LТ + LН sin 2 ;

Т 2 ( ) ( ) 1 D = L2 112 sin 2 + 0.52 sin 2 1 sin sin 1 + 0.75RЦ cos 2 + cos 2 1.

Н 45 Аналогичные формулы для создания начального вращения в прыжках скольжением по дуге и закручиванием туловища фигуриста приводятся и анализируются в диссертации.

Результаты, необходимые для индивидуализации профессионального обучения фигуриста, мало отличаются от полученных на основе четырех звенных механизмов.

Глава 8. Обучение фигуристов полету при исполнении прыжков Рассматривается свободный полет фигуриста в прыжках после создания начального вращения.

Считая, что вес фигуриста сосредоточен в центре его тяжести, приходим к академически решенной задаче о движении точки, брошенной под углом к горизонту в однородном поле тяжести. Из формулы для определения гори зонтальной дальности полета х=(v02sin2)/g при одной и той же начальной скорости v0 следует, что фигурист может попасть в одну и ту же точку на поверхности льда по двум траекториям: на стильной, когда угол между вектором начальной скорости v0 и поверхностью льда меньше 450;

и навесной, когда тот же угол больше 450.

Полет по настильной или навесной траекториям зависит от величины скорости скольжения фигуриста перед прыжком. Чем больше скорость скольжения, тем более настильной становится траектория полета.

После завершения полета по настильной траектории скорость скольже ния фигуриста по поверхности льда будет большой. Если прыжок завершает -29 ся расположением лезвия конька с отклонением от направления движения фигуриста при приземлении, то фигуристу трудно сохранить равновесие, ес ли его горизонтальная скорость движения большая. Только фигуристы с вы сокой техникой исполнения прыжков способны прыгать по настильной тра ектории, которая высоко оценивается судьями и хорошо воспринимается зрителями на соревнованиях.

После завершения полета по навесной траектории горизонтальная ско рость скольжения фигуриста по поверхности льда небольшая. Хотя при этом удается без срыва прыжка исправить неточное исполнение приземления, су дьи такое исполнение прыжка по навесной траектории оценивают с незначи тельной ошибкой.

Известно из академического решения, что высота H и время t полета фи гуриста не зависят от траектории полета, то есть не зависят от скорости скольжения фигуриста перед прыжком, а зависят только от силы толчка фи гуриста в вертикальном направлении.

Знание преподавателями и самими спортсменами описанных законо мерностей и внедрение их в профессиональное обучение способствует по вышению художественного мастерства при исполнении прыжков.

Увеличение многооборотности прыжков фигурист может достичь с по мощью увеличения высоты прыжка и, следовательно, времени полета, а по мочь этому могут технические средства. В работе показано, что из многих наиболее эффективным будет то средство, которое использует накопленную энергию в упругих элементах, например, в сжатых пружинах. Определив в этом случае коэффициент k динамичности, нами показано, что высота прыж ка Hд после первого отталкивания будет 2 H Дi H Д = kH, ki +1 = 1 + 1 +, f СТ где i - номер последовательно исполняемого прыжка, fст - статическая осадка пружины под действием веса фигуриста.

После очередного отталкивания высота полета и, следовательно, время полета возрастают. В работе выполнено исследование рассматриваемого яв ления и обоснована перспективность наделения коньков упругими элемента ми.

Глава 9. Коньки для обучения исполнению многооборотных прыжков Предложены различные конструкции коньков, наделенных упругими элементами для повышения высоты полета с целью увеличения многообо ротности прыжков, которые признаны изобретениями и защищены автор скими свидетельствами. Жесткость упругих элементов подбирается индиви дуально в зависимости от веса фигуриста, что позволяет использовать их как эффективные тренажеры при обучении исполнению прыжков различной сложности. Все коньки для исполнения заданного числа прыжков каскада программы катания вручную с помощью тяг приводятся в состояние готов -30 ности. После исполнения каскада прыжков упругие элементы технических средств автоматически блокируются и коньки становятся жесткими.

В одних коньках в качестве упругого элемента используется набор коак сиально установленных пружин различной длины. Последовательное вклю чение в работу пружин смягчает толчок в прыжке и удар при контакте конька фигуриста с поверхностью льда после его полета. Возможен индивидуальный подбор пружин.

В других коньках в качестве упругого элемента предложено использо вать рессору. Эти коньки по сравнению с использующими пружины проще приводятся в состояние готовности. Однако они сложнее подбираются по индивидуальным признакам спортсменов.

В коньках с качающимся упругим элементом предложено использовать пружину, которая по мере сжатия и сближения подподошвенной пластины с полозом отклоняется от вертикального положения, изменяя силу упругого сопротивления сжатию.

Глава 10. Способ определения триботехнических характеристик пары конек-лед Особенность способа состоит в том, что триботехнические характери стики пары конек-лед определяются непосредственно перед катанием. По предложенному способу определяется коэффициент трения конька о лед под действием веса фигуриста для одноопорного скольжения при заданном на клоне полоза конька к поверхности льда.

О качестве заточки коньков для заданного состояния льда судят по ве личине сдвига (срыва) коньков по льду в направлении, перпендикулярном полозу конька. При этом коньки нагружены весом, равным весу фигуриста, а испытания выполняются при различных наклонах полоза конька к поверхно сти льда. Важнейшие характеристики взаимодействия конька и льда опреде ляются за небольшой промежуток времени для каждого фигуриста перед его катанием, что обеспечивает успех обучения фигурному катанию и исполне ния соревновательных программ.

ВЫВОДЫ Предложенная концепция исследований для индивидуализации обуче ния оправдала себя на примере изучения двигательных действий в фигурном катании на коньках.

На основании принципов, законов и теорем классической теоретической механики получены многопараметрические математические модели двига тельных действий спортсмена при исполнении тех физических упражнений, по технике исполнения которых, в основном, судят о его мастерстве. Полу ченные математические модели являются основой формирования теоретиче ских знаний преподавателя(тренера) и учащегося(спортсмена), необходимых для профессионального обучения.

Исследование механических моделей спортсмена и математических мо делей его двигательных действий позволило обнаружить и научно обосно -31 вать имеющиеся резервы обучения спортсмена технике одноопорного сколь жения по дуге и исполнения всех известных прыжков всеми известными спо собами и их сочетаниями.

Результаты исследования влияния антропометрических параметров (массовые доли и линейные размеры частей тела человека) спортсмена и па раметров его двигательных действий (динамические параметры равновесного движения человека) на технику исполнения основных физических упражне ний представляют собой теоретическую базу построения индивидуализиро ванного процесса профессионального обучения физическим упражнениям спортсмена технике двигательных действий в спорте высших достижений и построения научно обоснованных соревновательных программ с учетом из менения его масс-инерционных характеристик.

Предложена организация учебного процесса на основе индивидуализи рованных методик, разработанных с учетом антропометрических и морфоло гических особенностей спортсменов.

Созданы технические средства обучения спортсмена исполнению мно гооборотных прыжков, которые защищены авторскими свидетельствами.

Разработана принципиально новая технология обучения и совершенст вования техники одноопорного скольжения и выполнения многооборотных прыжков.

Конкретные научно обоснованные результаты, полученные для индиви дуализации профессионального обучения спортсмена основным физическим упражнениям, состоят в следующем:

- в механико - математическом моделировании двигательных действий спортсмена однородным стержнем, цилиндром, конусом, трехзвенной, четы рехзвенной и пятизвенной системами, выполненными со строго сформулиро ванными допущениями;

- моделирование фигуриста однородным стержнем при изучении сколь жения по дуге и при создании начального вращения способом скольжения по дуге позволило обнаружить, что опасность падения или срыва исполнения прыжка объясняется действием сил инерции. Если ось вращения при сколь жении отсекает треть и более роста спортсмена со стороны головы, то, как показано, падение становится неизбежным;

- на основе трехзвенной и четырехзвенной моделей показано, что изме нение угловой скорости скольжения по дуге в зависимости от антропометри ческих параметров спортсмена и параметров его двигательных действий мо жет быть многократным (до 4,5 раза) и должно использоваться для обучения созданию художественного эффекта. В зависимости от формы туловища спортсмена скорость скольжения по дуге изменяется на 30% -40%. Группи ровка и разгруппировка изменяют угловую скорость скольжения спортсмена по дуге на 32%;

- моделирование спортсмена однородным стержнем позволяет просто и достаточно точно определять влияние динамических параметров на создание начального вращения в прыжках;

-32 - при создании начального вращения в прыжках способом скольжения по дуге цилиндрическая форма туловища спортсмена оказалась предпочти тельнее, так как позволяет при прочих равных условиях получить большую начальную скорость вращения по сравнению с соответствующей скоростью для конической формы туловища спортсмена;

- при создании начального вращения способом закручивания тела пока зано, что спортсмен с конической формой туловища обладает возможностью создавать скорость вращения в полете в 1,7 раза большую, чем спортсмен с цилиндрической формой туловища, а влияние на скорость вращения услов ного радиуса туловища и длины рук составляет 23% - 35%. Увеличение ско рости вращения фигуриста в полете, которая создается способом закручива ния тела, достигается увеличением скорости вращения его плеч в момент от рыва ото льда;

- при создании начальной скорости вращения в прыжках основным спо собом - скольжением по дуге - показано, что вспомогательный способ - за кручивание тела - позволяет более, чем в 1,5 раза увеличить многооборот ность прыжков;

- при создании начальной скорости вращения в прыжках основным спо собом - закручиванием тела показано, что вспомогательный способ - сколь жение по дуге позволяет приблизительно в 2 раза увеличить многооборот ность прыжков;

- при создании начальной скорости вращения в прыжках способом сто порящего действия конька о лед и при моделировании спортсмена цилин дром показано, что угол поворота спортсмена менее, чем на 900 за время сто порящего действия конька незначительно снижает скорость вращения в по лете и позволяет индивидуализировать процесс обучения технике исполне ния прыжков;

- при создании начальной скорости вращения в прыжках способом сто порящего действия конька о лед, при моделировании спортсмена конусом, при использовании вспомогательного способа создания начального вращения показано, что зависимости аналогичны зависимостям, полученным при мо делировании спортсмена цилиндром. Показано, что сокращение длины следа стопорящего действия конька о лед от 0,5 до 0,1 метра позволяет увеличить почти в 2 раза многооборотность прыжков;

- при исследовании влияния антропометрических параметров спортсме на и параметров его двигательных действий на совершенствование техники двигательных действий в спорте высших достижений фигурного катания на коньках доказано, что достаточно ограничиться пятизвенным антропоморф ным механизмом;

- использование в конструкции коньков упругих элементов позволяет индивидуализировать процесс обучения фигурному катанию на коньках;

- способ определения качества поверхности льда перед катанием на коньках позволяет добиваться успехов на соревнованиях.

-33 Список работ, опубликованных по теме диссертации 1.А.с. 1389791 СССР МКИ А63 С1/24. Коньки для тренировки спорт сменов/В.И.Виноградова, А.Ю.Виноградов (СССР). -№4134425/ 28-12;

заяв.

14.10.86;

опубл. 23.04.88. -Бюл. №15. -4 с.

2.А.с. 1389792 СССР МКИ А63 С1/24. Коньки для тренировки спорт сменов/В.И.Виноградова, А.Ю.Виноградов (СССР), -№4138499/ 28-12;

заявл.

23.10.86;

опубл. 23.04.88. -Бюл. №15. -2 с.

3.А.с. 1440515 СССР МКИ А63 С1/24. Коньки для тренировки спорт сменов/В.И.Виноградова, А.Ю.Виноградов (СССР). -№4138498/ 28-12;

заявл.

23.10.86;

опубл. 30.11.88 -Бюл. №44. -4 с.

4.А.с. 1509100 СССР МКИ А63 С1/24. Конек для фигурного ката ния/В.И.Виноградова, А.Ю.Виноградов (СССР). -№4135928/28-12;

заявл.

10.10.86;

опубл. 23.09.89. -Бюл. №35. -3 с.

5.А.с, 1783384 СССР МКИ G01 №19/02. Способ определения триботех нических характеристик пары конек-лед/В.И.Виноградова (СССР). №4839577/28;

заявл. 15.06.90;

опубл. 23.12.92. -Бюл. №47. -3 с.

6.Виноградова В.И. Некоторые задачи биодинамики одноопорного скольжения фигуриста//Теория и практика физической культуры. -1991. -№5.

-С.55-63.

7.Виноградова В.И. Движения фигуриста при создании начального вра щения в прыжках закручиванием тела//Теория и практика физической куль туры. -1993. -№1. -С.13-16.

8.Виноградова В.И. Технические средства увеличения многооборотно сти прыжков фигуристов//Теория и практика физической культуры. -1993. №3. -С.28-30.

9.Виноградова В.И. Волшебные коньки//Тренер. -1993. -№4. -С.41.

10.Виноградова В.И. Параметрический анализ движения фигуриста пе ред отрывом ото льда//Теория и практика физической культуры. -1995. -№3. С.38-39.

11.Виноградова В.И. Исследование влияния динамических и антропо метрических параметров на скорость одноопорного скольжения фигуриста по дуге//Теория и практика физической культуры. 1995. -№12. С.58.

12.Виноградова В.И. Биодинамика вращения фигуриста при стопорящем действии его конька о лед//Теория и практика физической культуры. -1995. №11. -С.42.

13.Виноградова В.И. Секреты “ВОЛЧКА”//Тренер. -1995. -№10. -С.36.

14.Виноградова В.И. Простых прыжков не бывает//Тренер. -1995. -№11.

-С.32.

15.Виноградова В.И. Теоретические основы обучения прыжку “Петля” для преподавателей и тренеров, студентов и спортсменов//Моск. гос.акад. ав том. и трактор. машиностроения. -М., 1995. -12 с. -Библиогр.: 3 назв. -Деп. в НИИ ВО 31.08.95, №171-95 деп.

16.Виноградова В.И. Теоретические основы обучения прыжку “Саль хов” для преподавателей и тренеров, студентов и спортсменов//Моск. гос.

-34 акад. автом. и трактор. машиностроения. -М., 1995. -12 с. -Библиогр..;

2 назв.

-Деп. в НИИ ВО 31.08.95, №170-95 деп.

17.Виноградова В.И. Биомеханические основы высших достижений в фигурном катании//111 Всероссийская конференция по биомеханике/Тез.

докл. -Н.Новгород, 1996. -С.211-212.

18.Виноградова В.И. Механико-математическое моделирование фигури ста и его двигательных действий - теоретическая основа совершенствования мастерства фигурного катания на коньках//Актуальные вопросы физического воспитания в современном обществе/Тез. 111 Всероссийской межвузовской научно-практической конференции. -Карачаевск, 1998. -С.32-33.

19.Виноградова В.И. Влияние антропометрических параметров фигури ста и его двигательных действий на одноопорное скольжение по ду ге/Актуальные вопросы физического воспитания в современном общест ве/Тез. 111 Всероссийской межвузовской научно-практической конференции.

-Карачаевск, 1998. -С.35.

20.Виноградова В.И. Исследование влияния некоторых параметров на создание начального вращения в прыжках скольжением фигуриста по ду ге/Актуальные вопросы физического воспитания в современном общест ве/Тез. 111 Всероссийской межвузовской научно-практической конференции.

-Карачаевск, 1998. -С.34.

21.Виноградова В.И. Биомеханика создания начального вращения сто порящим действием конька в прыжке Аксель/Физическая культура и спорт в системе высшего профессионального образования/Тез. Всероссийской юби лейной научно-практической конференции. -Тула, 1998. -С.75-77.

22.Виноградова В.И. Перспективы развития биомеханики фигурного ка тания на коньках/Физическое воспитание и спорт учащейся молоде жи/Материалы 1V-й Межвузовской научно-методической конференции. -М., 1998. -С.49.

23.Виноградова В.И. Некоторые проблемы биомеханики спортивных движений фигуриста на коньках/Физическое воспитание и спорт учащейся молодежи/Материалы 1V-й Межвузовской научно-методической конферен ции. -М., 1998. -С.50.

24.Виноградова В.И. Биомеханика прыжков фигурного катания на конь ках в свете идей Н.А.Бернштейна/Научно-методическое обеспечение физиче ского воспитания, спортивной тренировки и оздоровительной физической культуры: Сб. научн. трудов. -Вып. 2. -Челябинск, 1998. -С.118-121.

25.Виноградова В.И. Динамика создания начального вращения в прыж ках закручиванием туловища при моделировании фигуриста неидеальным пятизвенным антропоморфным механизмом/Материалы Всероссийской на учно-практической конференции “Актуальные проблемы оздоровительной физической культуры и подготовки спортивного резерва.” -Волгоград, 1998. С.34-35.

26.Виноградова В.И. Динамика создания начального вращения в прыж ках скольжением по дуге при пятизвенном моделировании фигури -35 ста/Подготовка спортивного резерва и здоровье//Материалы Всероссийской научно-практической конференции “Актуальные проблемы оздоровительной физической культуры и подготовки спортивного резерва”. -Волгоград, 1998. С.32-34.

27.Виноградова В.И. Моделирование фигуриста и его двигательных действий при создании начального вращения в прыжках стопорящим дейст вием конька о лед//Теория и практика физической культуры. -1999. -№5. С.34-36.

28.Виноградова В.И. Количественная биомеханика в подготовке специа листов по фигурному катанию/Тез. Международной научно-практической конференции “Новые направления в системе подготовки специалистов физи ческой культуры и спорта и оздоровительной работе с населением”. -Ижевск, 1999. -С.115-117.

29.Виноградова В.И. Биомеханика в индивидуализации фигурного ка тания на коньках//Тез. Международной научно-практической конференции “Новые направления в системе подготовки специалистов физической культу ры и спорта и оздоровительной работе с населением”. -Ижевск, 1999. -С.117 120.

30.Виноградова В.И. Моделирование прыжков в фигурном катании на коньках/Тез. научно-практической конференции “Моделирование спортив ной деятельности человека в искусственно созданной среде (стенды, трена жеры, имитаторы)”. -М., 1999. -С.152- 31.Виноградова В.И. Моделирование двигательных действий в фигур ном катании на коньках для учащейся молодежи/Материалы Международной научно-практической конференции “Образовательная, воспитательная и оз доровительная роль физического воспитания и спорта в современных усло виях”. -М., 2000. -С27- 32.Виноградова В.И. О силе трения конька о лед при скольжении по ду ге в фигурном катании на коньках/Материалы Международной научно практической конференции “Образовательная, воспитательная и оздорови тельная роль физического воспитания и спорта в современных условиях”. М., 2000. -С.28-29.

33.Виноградова В.И. Совершенствование антропоморфного механизма для моделирования двигательных действий в фигурном катании на коньках при создании начального вращения в прыжках закручиванием туловища//Сб.

научных работ “Физическое воспитание и спорт учащейся молодежи”. -М., 2000. -С.38-42.

34.Виноградова В.И. Создание начального вращения в прыжках стопо рящим действием конька о лед и закручиванием тела//Теория и практика фи зической культуры. -М., 2000. -№1. -С.31-32.

35.Виноградова В.И. Совершенствование индивидуальной подготовки для исполнения прыжков в фигурном катании на коньках//Труды XVI Все российской научно-практической конференции “Актуальные проблемы со -36 вершенствования системы подготовки спортивного резерва”. -М., 1999. С.143-144.

36.Виноградова В.И. Биомеханика. Одноопорное скольжение фигуриста по дуге. Учебное пособие. -М., 1994. -60 с.

37.Виноградова В.И. Биомеханика и педагогика фигурного катания на коньках в изменяющемся мире//Материалы Х научно-практической конфе ренции по проблемам физического воспитания учащихся “Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире”. -Коломна, 2000. -С.107.

38.Виноградова В.И. Биомеханика - теоретическая основа организации спортивно-технической подготовки//Материалы международной VI Межу ниверситетской научно-методической конференции “Организация и методи ка учебного процесса, физкультурно-оздоровительной и спортивной работы”.

-Ростов-на-Дону, 2000. -С.222-224.

39.Виноградова В.И. Проблемы преподавания биомеханики двигатель ных действий спортсмена в фигурном катании на коньках//Тез. докл. на Ме ждународной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 30-летию основания Великолукского государственного института физиче ской культуры. -Великие Луки, 2000. -С.35-37.

40.Виноградова В.И. Биомеханика элементов двигательных действий высших спортивных достижений в фигурном катании на коньках//Тез. докл.

V Всероссийской конференции по биомеханике, “Биомеханика-2000”. Нижний Новгород, 2000. -С.154.

41.Виноградова В.И. Моделирование двигательных действий при ис полнении физических упражнений высших спортивных достижений//Тез.

докл. V Всероссийской конференции по биомеханике, “Биомеханика-2000”. Нижний Новгород, 2000. -С.155.

42.Виноградова В.И. Перспективы увеличения многооборотности прыж ков в фигурном катании на коньках с упругими элементами//Физическое воспитание и спорт учащейся и студенческой молодежи. -М., 2001. -С.69-71.

43.Виноградова В.И. Перспективы развития спортивно-педагогической биомеханики двигательных действий//Аннотации докладов на Восьмом Все российском съезде по теоретической и прикладной механике. -Пермь, 2001. С.156-157.

44.Виноградова В.И. Основы анализа и синтеза спортивных движе ний//Тез. докл. VI Всероссийской конференции по биомеханике, “Биомеха ника-2002”. -Нижний Новгород, 2002.

45.Виноградова В.И. Биомеханика в учебнике по фигурному катанию на коньках//Тез. докл. VI Всероссийской конференции по биомеханике, “Биоме ханика-2002”. -Нижний Новгород, 2002.

46.Виноградова В.И. Совершенствование мастерства одиночного фигур ного катания на основе положений теоретической биомеханики//Материалы международной VII Межуниверситетской научно-методической конферен ции “Организация и методика учебного процесса, физкультурно оздоровительной и спортивной работы”. -Ростов-на-Дону, 2002. -С.46-47.