Биомеханика ходьбы и бега

 
 

   1. Краткая история  развития вида 

   В программу древних олимпийских  игр спортивная ходьба не включалась, хотя известно, что греческие атлеты применяли ходьбу как средство совершенствования  своих физических способностей. Знаменитый греческий воин Фидипод, сообщивший в 490 г. до нашей эры жителям города Афин о победе греков в Марафонской  битве, был также отличным ходоком. За год до этой битвы он прошел 200 км, от Афин до Лакедемона, за два дня.

   Соревнования  по ходьбе стали проводиться в  Европе еще в XIV в., а в 1483 г. было проведено  соревнование на 140 км по маршруту Семюр - Отюн - Семюр. Можно предположить, что  это были соревнования в обычной  ходьбе, а не в спортивной.

   Первое  официальное соревнование состоялось в Англии в 1866 г. Победитель Е. Чемберс  прошел 7 миль (11 км 263 м) за 1 ч 28 с. В соревновании принимали участие всего четыре спортсмена. Примеру Англии последовали  и другие страны.

   В первый период развития спортивной ходьбы (вторая половина XIX в.) соревнования проводились  как на коротких дистанциях (1, 2, 3, 7 миль), так и на сверхдлинных, например Лондон - Брайтон (83 км), Вена - Берлин (578 км) или Турин - Марсель-Барселона (1100 км).

   Первое  крупное международное соревнование состоялось во Франции в 1892 г. по маршруту Париж - Бельфор (496 км), победил Раможе с временем 100 ч 5 мин (Л. Либотте, 1964). В 1908 г. спортивную ходьбу включили в  программу олимпийских игр (за исключением  Олимпиады 1928 г.). На олимпиадах спортивная ходьба представлена двумя дистанциями. В настоящее время основными  дистанциями у мужчин являются 20 и 50 км, а у женщин - 5 и 10 км.

   В России первое соревнование по спортивной ходьбе было проведено 12 апреля 1892 г. в  Петербурге, на Петровском острове. В  то время лучшим был А. Докучаев, имевший такие результаты: на 1 версту - 6. 47,0; на 3 версты - 21. 08,0 и на 10 верст - 1: 14. 30,2.

   Спортивная  ходьба не получила широкого распространения  в дореволюционной России. Занимались ходьбой в немногих городах: Петербурге, Риге, Киеве. Соревнования проводились  редко и с малым числом спортсменов. Результаты российских скороходов значительно  отставали от лучших достижений скороходов того времени. Так, результат чемпиона Олимпиады 1912 г. в Стокгольме в ходьбе на 10 км был равен 46. 28,4, а победитель Всероссийской олимпиады, проведенной  в 1914 г., имел результат 56. 19,4.

   После Великой Октябрьской социалистической революции соревнования по спортивной ходьбе стали проводиться чаще и  в разных городах страны. В 1924 г. (год  начала регистрации всесоюзных рекордов) результаты в спортивной ходьбе были выше результатов дореволюционных  лет (Николаев _ 10 км - 56. 07,3). Летом 1928 г. на I Всесоюзной спартакиаде в соревнованиях  по ходьбе впервые приняли участие  зарубежные спортсмены.

   В 1936 г. спортивную ходьбу на 5 и 10 км включили и в программу первенства СССР. Обе дистанции выиграл москвич  Н. Калинин (21. 38,1; 54. 21,5). Чрезвычайно  высоких результатов в 1940 и 1941 гг. достиг И. Шкодин (Смоленск). Его время  на 3 и 5 км (12. 01,0 и 20. 51,0) было в то время  лучшим в мире 
 

   2. Определение и краткая характеристика вида 
 

   Спортивная  ходьба - это циклическое движение человека, где чередуются периоды  одиночной и двойной опоры  при обязательном выпрямлении опорной  ноги в коленном суставе в момент прохождения вертикали.

   По  правилам соревнований по спортивной ходьбе необходимо: а) соблюдать непрерывный  контакт с землей, т.е. вынесенная вперед нога должна коснуться земли  до того, как нога, оставшаяся сзади, оторвется от земли; б) при прохождении  момента вертикали опорную ногу необходимо выпрямлять хотя бы на одно мгновение.

   Спортивная  ходьба имеет большое сходство с  обычной ходьбой, но в то же время  отличается от нее большой координационной  сложностью, эффективностью и относительной  экономичностью. Эти виды ходьбы относятся  к наиболее простым локомоциям человека.

   Основные  характерные черты спортивной ходьбы:

   а) высокая скорость передвижения. Спортсмены высокого класса в ходьбе на 20 км развивают  среднюю скорость более 35 км/ч, что  в 3 раза превышает скорость обычной  ходьбы

   б) высокая частота движений (темп). 210 шаг/мин и даже несколько больше может достигнуть скороход, не нарушая  основного правила ходьбы - перехода ходьбы в бег. Таким образом, движения одиночного шага выполняются примерно за 0,285-0,333 с;

   в) длина шага превышает ПО см, а  у некоторых скороходов - 115-120 см;

   г) выпрямленная опорная нога в момент вертикали;

   д) значительное движение таза вокруг поперечной, сагиттальной и особенно вокруг вертикальной оси;

   е) активные движения согнутых рук в  переднезаднем направлении.

   Соревнования  по спортивной ходьбе проводятся как  по беговой дорожке стадиона, так  и по шоссе, с определенным ограничением длины соревновательного отрезка. Например, на 50 км замкнутый круг должен иметь длину 2,5-5 км. В соревнованиях  по спортивной ходьбе принимают участие  мальчики и девочки, юноши и девушки, мужчины и женщины.

   По  физиологической характеристике спортивную ходьбу (20 и 50 км) относят к зоне умеренной  мощности, где длительная работа осуществляется за счет аэробных возможностей человека. Более короткие дистанции (3, 5, 10 км) по времени работы относятся к  зоне большой мощности, которая характеризуется  наличием незначительного кислородного долга сразу после финиша. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3. Кинематика ходьбы и бега 

   3.1ТОПОГРАФИЯ РАБОТАЮЩИХ МЫШЦ 

   Как и во всех циклических локомоциях, при ходьбе и беге скорость передвижения прямо пропорциональна длине  шага и темпу (рис.1):

   

   где v — скорость передвижения (м/с); l —  длина шага (м); п — частота  шагов (1/мин). Чтобы определить темп ходьбы или бега, обычно регистрируют число шагов в минуту, или частоту  шагов (Так же поступают и в  конькобежном спорте. Но в плавании, гребле и велоспорте определяют темп как число циклов в минуту, а  длиной шага считают расстояние, преодолеваемое за один цикл. В велоспорте это расстояние называется укладкой). Одна и та же скорость может быть достигнута при разных сочетаниях длины и частоты шагов. Кривая, все точки которой соответствуют одной и той же скорости, называется изоспидой. На рис. 1 изображены две изоспиды. Видно, что увеличить скорость можно тремя способами: повысив длину шага, подняв темп и увеличив одновременно и длину, и частоту шагов. 

   

  Рис. 1. Скорость как произведение длины и частоты шагов; пунктир — изоспида  
(все точки изоспиды соответствуют одной и той же скорости)  
 

   Для того чтобы понять, как человек  ходит или бегает, прежде всего  нужно изучить фазовый состав этих локомоций. На рис. 2 представлены простейшие хронограммы ходьбы и бега. Из них видно, что по мере увеличения скорости передвижения: при ходьбе сокращается период двойной опоры (когда обе ноги находятся на земле) вплоть до почти полного его исчезновения при спортивной ходьбе; при беге увеличивается отношение длительности периода полета (когда обе ноги не касаются опоры) к длительности периода опоры. 

   

  Рис.2. Простейшие хронограммы обычной  ходьбы, спортивной ходьбы, бега трусцой  и спринтерского бега; 
 периоды опоры заштрихованы; вверху — левая нога, внизу — правая (по В. Е. Панфилову, Nigg, Denoth, M. А. Каймин, В. В. Тюпе)  
 

   На  рис.3 показано, что каждый полуцикл обычной ходьбы состоит из пяти фаз (римские цифры). Фазы отделены друг от друга пятью граничными позами (арабские цифры). Шагающий человек на рисунке изображен в граничных позах. Назовем эти позы и фазы между ними для одного полуцикла:

   1 — отрыв стопы правой ноги  от опоры;

   I — подседание на левой (опорной)  ноге, ее сгибание в коленном  суставе;

   2 — начало разгибания левой  ноги;

   II — выпрямление левой ноги, ее  разгибание в коленном суставе;

   3 — момент, когда правая нога  в процессе переноса начала  опережать левую;

   III — вынос правой ноги с опорой  на всю стопу левой ноги;

   4 — отрыв пятки левой ноги  от опоры;

   IV — вынос правой ноги с опорой  на носок левой ноги;

   5 — постановка правой ноги на  опору; 

   V — двойная опора, переход опоры  с левой ноги на правую.

   Во  втором полуцикле фазы и граничные  позы те же, только в их названиях  правую ногу нужно заменить левой, а  левую — правой. 

   

   Рис.3. Фазы ходьбы, граничные позы и элементарные действия

   (по  Д. Д. Донскому, переработано) 
 

   

   Рис.4. Мышцы туловища и ног, на которые приходится основная нагрузка при ходьбе (по В. С. Гурфинкелю):1 — прямая м. живота; 2 — четырехглавая м. бедра; 3 — передняя большеберцовая м.; 4 —длинная малоберцовая м.; 5 — трехглавая м. голени; 6 — полусухожильная м.; 7 — двуглавая м. бедра; 8 — большая ягодичная м.; 9 — напрягатель широкой фасции; 10 — средняя ягодичная м.; 11 — м., выпрямляющая позвоночник; цифры в кружках — номера граничных поз в соответствии с рис.3 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   Рис.5. Фазы и граничные позы бега

   (по  Д. Д. Донскому, переработано) 

   Когда говорят о фазовом составе  двигательного действия, имеют в  виду движения всего тела (в данном случае обеих ног). Но для понимания  механизмов ходьбы нужно знать, какие  элементарные действия выполняются  каждой ногой. По времени они не всегда совпадают с фазами ходьбы (см. рис.3). В периоде опоры выполняются: амортизация, перекат с пятки на всю ступню, отталкивание и перекат со всей ступни на носок. В периоде переноса нога сначала сгибается, а затем разгибается в коленном суставе. Из элементарных действий формируются фазы.

   Топография  мышц, работающих при ходьбе, показана на рис.4.

   Фазовый состав бега показан на рис. 5. Каждая половина цикла состоит из четырех фаз (римские цифры), отделенных друг от друга граничными позами (арабские цифры). В том числе:

   1 — отрыв левой стопы от опоры;

   I — разведение стоп;

   2 — начало выноса левой ноги  вперед;

   II — сведение стоп с выносом  левой ноги вперед;

   3 — постановка правой стопы  на опору;

   III — амортизация, или подседание  со сгибанием правой (опорной)  ноги;

   4 — начало разгибания правой  ноги;

   IV — отталкивание с выпрямлением  правой ноги до отрыва от  опоры.

   Вторая  половина цикла симметрична первой. В названиях фаз и граничных  поз правая нога заменяется левой  и наоборот. 
 
 
 

   3.2ДИНАМИКА ХОДЬБЫ И БЕГА 

   Человек является самодвижущейся системой, поскольку  первопричиной его движений служат внутренние силы, создаваемые мышцами  и приложенные к подвижным  звеньям тела. К внутренним относятся  и силы инерции, приложенные к  центрам масс разгоняемых и тормозимых звеньев тела («фиктивные» силы инерции) или к другим звеньям тела либо к внешним предметам («реальные» силы инерции) (рис.6)

   Сила  инерции (Fин) равна произведению массы  всего тела или отдельного звена  на его ускорение и направлена в сторону, противоположную ускорению. Поэтому сила инерции замедляет  и разгон, и торможение.

   Наряду  с внутренними на человека действуют  внешние силы. При ходьбе и беге к ним относятся: сила тяжести, сила реакции опоры, сила сопротивления воздуха (см. рис.6). 

   

   Рис.6. Силы, действующие на человека во время ходьбы и бега: G — сила тяжести, Fин — сила инерции, Р — вес тела, Rст и Rдин — статический и динамический компоненты реакции опоры, FB — сила сопротивления воздуха; обратите внимание: 1) F — сила действия ноги на опору (как и сила реакции опоры) содержит две составляющие: вертикальную и горизонтальную; 2) если линия действия опорной реакции не проходит через общий центр масс тела, то возникает опрокидывающий момент (показано круговой стрелкой)