Тензодинамометрия

Описаны основы метода тензометрии, история использования тензодинамометрии в науке и спорте. Подробно описано применение тензометрии в исследованиях в области тяжелой атлетики и пауэрлифтинга.

Тензодинамометрия в спорте

Введение

Метод тензодинамометрии позволяет зарегистрировать силу реакции опоры и тем самым оценить усилия, развиваемые спортсменом при выполнении различных физических упражнений. В процессе выполнения спортивных движений спортсмен оказывает механическое воздействие на самые разнообразные предметы: спортивный снаряд, пол, дорожку, которые в результате этого деформируются. Для того, чтобы измерить возникающие при этом силы реакции и тем самым оценить усилия, развиваемые спортсменом, не в отдельный момент времени, а в динамике, используют специальный метод — тензодинамометрию.

Основы тензодинамометрии. Тензоэффект

Для регистрации усилий, развиваемых спортсменом или прикладываемых их к опоре или к предметам применяют  тензодатчики, преобразующие механическую деформацию в электрический сигнал. В основе работы тензодатчиков лежит тензоэффект. Суть тензоэффекта – изменение сопротивления проводника при его удлинении. Доказано, что электрическое сопротивление тензодитчика (R) зависит от удельного сопротивления проводника (ρ), его длины (l) и площади поперечного сечения (S). Оно рассчитывается по формуле: R=ρl/S. Электрическое сопротивление датчика растет при его растяжении.

Тензодатчик представляет собой заклеенную между двумя полосками бумаги проволоку диаметром 0.02-0,05 мм. Он наклеивается на упругий элемент, воспринимающий усилие, задаваемое спортсменом (рис.1). Так как при измерении силы деформация упругого элемента крайне мала, для усиления сигнала используются тензоусилители.

История использования тензометрии в науке и спорте

В 1938 году были разработаны первые тензодатчики, которые работали на основе тензоэффекта. В 1947 году тензометрия впервые стала применяться в физических исследованиях.

В СССР в спортивных исследованиях тензодинамометрия стала применяться с 1954 года. М.П. Михайлюк (1954) закрепил тензодатчик на грифе штанги и зарегистрировал усилия, прикладываемые к грифу штанги. П.И. Никифоров (1957) разработал тензоплатформу для записи сил реакции опоры при отталкивании в прыжках в высоту. В 1963 году В.К. Бальсевич использовал тензодинамометрические стельки для анализа бега спринтеров различной квалификации. Им было установлено несколько типов отталкивания спортсменов (рис.2): вялый (I), ударный (II), оптимальный (III).

Н.Н.Ващилин (1978) использовал тензодинамометрию при изучении отталкивания в прыжках в длину с разбега. J. Wilson, D. Robertson, J. Stodart (1988) применили тензометрии в изучении двигательных действий в гребле.

М.Г.Лейкин (1991) использовал аппаратурный комплекс, включающий тензодинамометры и регистрирующую аппаратуру для измерения сил реакции связи в тросах при выполнении гимнастических упражнений на кольцах.

Для регистрации силы реакции опоры в течение времени при выполнении прыжков на кафедре биомеханики НГУ им. П.Ф.Лесгафта активно применяется тензометрическая установка (Кичайкина Н.Б., 1974; Бочаров А.Ф., Иванова Г.П., Муравьев В.П., 1999; Кичайкина Н.Б., Козлов И.М., Самсонова А.В., 2008; Захаров Ф.Е., 2013; Кичайкина Н.Б., Косьмин И.В., Самсонов Г.А., 2017), рис. 3. С этой целью используется тензоплатформа посредством которой регистрируются силы реакции опоры и определяются силы воздействия на опору со стороны спортсмена.

А.М.Доронин (1999) изучал с ипользованием тензодинамометрической методики различные  виды прыжков с использованием устройства, создающего дополнительную нагрузку на опорно-двигательный аппарат спортсмена в различные фазы цикла движения.

Е.М. Аксенов (2002) применил тензодинамометрию для определения характера и величины динамического взаимодействия гимнаста со снарядом. Созданные им силоизмерительные установки позволили регистрировать вертикальную составляющую силы реакции опоры при выполнении отталкивания в акробатических и опорных прыжках, а также упражнениях на перекладине и кольцах.

А.М. Скржинским (2021) при помощи тензоплатформ проведено изучение асимметрии движений спортсмена при выполнении прыжков на батуте. С этой целью применялись тензодинамометрические платформы (рис. 4), установленные под опорами батута. На основе данных, поступающих от тензоплатформ, с точностью до 10 см определялось положение спортсмена на батуте и его перемещение.

Использование тензометрии в атлетизме

Использование тензометриии в тяжелой атлетике

Методика тензодинамометрии активно применяется в тяжелой атлетике. Одна из ключевых задач тренера заключается в предоставлении информации об ошибках, то есть обратная связь от тренера к спортсмену. Обратная связь является важным элементом обучения. Спортсмен должен получать на регулярной основе информацию, которая позволяет сравнить собственную деятельность с идеалом или моделью. В результате такого сравнения, спортсмен получит знания о своей деятельности и имеет возможность работать на исправление своих ошибок.

Такая методика разработана А.Н. Фураевым (1988). Автоматизированный стенд включает в себя тензодинамометрическую платформу, АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и компьютер. В экспертной системе компьютера заложены образцы, характеризующие правильное и неправильное выполнение двигательного действия (рывка, прыжка вверх и прыжка в глубину. Сопоставляя полученные результаты, экспертная система, построенная на анализе тензодинамограммы, позволяет спортсмену в реальном масштабе времени получить информацию об ошибках в технике двигательного действия и ввести корректировки чтобы их устранить.

Для регистрации кинематических и динамических характеристик движения ОЦМ системы «штангист-штанга и ЦМ штанги разработана комплексная методика (ГЦОЛИФК-2012), включающая в себя две тензоплатформы, а также две видеокамеры, которые устанавливались с двух сторон тяжелоатлетического помоста (А.А. Шалманов, 2017, 2022), рис. 5. Разработанное программное обеспечение позволяет рассчитать различные кинематические и динамические показатели движения отдельно для системы «штангист-штанга» и для самого снаряда и представить это в виде итогового отчета.

Применение тензометрии в пауэрлифтинге

Тензометрия активно применяется в пауэрлифтинге. B.C. Elliott, G.J. Wilson, G.K. Kerr (1989)  зарегистрировали усилие, которое спортсмен прикладывает к грифу штанги и на этой основе выделили фазу, соответствующие началу и окончанию «мертвой зоны» (Sticking Region) при выполнении жима штанги лежа, рис.6.

Помимо выявления ошибок в технике двигательных действий спортсменов тензодинамометрии активно используется для выявления степени асимметрии движений (K. Sato, G.D. Heise, 2013). С этой целью используются две тензоплатформы, рис. 7, что позволяет оценить различия в технике движений правой и левой сторонами тела.

Литература

1. Аксенов Е.М. Педагогические основы технической подготовки спортсменов. Дис… докт. пед. наук., СПб, 2002.- 80 с.
2. Бальсевич В.К. Динамика отталкивания в беговых упражнениях // Легкая атлетика, 1963.- № 6.
3. Бочаров А.Ф., Иванова Г.П., Муравьев В.П. Биомеханика: Учебное пособие.- СПб: СПбГАФК им. П.Ф.Лесгафта, 1999.- 75 с.
4. Ващилин Н.Н. Разработка и экспериментальное обоснование метода диагностики технической готовности квалифицированных спортсменов на заключительном этапе подготовки к ответственным соревнованиям: автореф. дисс…канд. пед наук.- Л.: ГДОИФК, 1978.- 25 с.
5. Захаров Ф.Е. Повышение надежности выполнения коронных приемов борцами греко-римского стиля на основе индивидуализации скоростно-силовой подготовки: автореф. дисс. канд. пед. наук.- СПб: НГУ им. П.Ф.Лесгафта, 2013.- 25 с.
6. Кичайкина Н.Б., Козлов И.М., Самсонова А.В. Биомеханика: Учебно-методическое пособие.- СПб: СПбГУФК им. П.ф.Лесгафта, 2008.- 160 с.
7. Кичайкина Н.Б., Косьмин И.В., Самсонов Г.А. Технические аспекты биомеханики двигательных действий с позиций системного подхода и моделирования: учебное пособие.- СПб6 НГУ им. П.Ф.Лесгафта, 2017.- 97 с.
8. Лейкин М.Г. Эргономическая биомеханика спорта и медицины.- Симферополь: Симферопольский госуниверситет им. М.В.Фрунзе, 1991.- 208 с.
9. Скржинский А.М. Техническая подготовка батутистов на основе коррекции асимметричности движений: Дисс. канд. пед. наук, 2021.- СПб: НГУ им. П.Ф.Лесгафта. — 195 с.
10. Фураев, А. Н. Оперативное регулирование тренировочного процесса тяжелоатлетов с использованием автоматизированной системы контроля биомеханических параметров : автореф. дис. … канд. пед. наук : 13.00.04 / Александр Николаевич Фураев. – Малаховка, 1988. – 23 с.
11. Шалманов А.А. Сравнительный анализ динамических показателей движения штанги в рывке у мужчин и женщин / А.А. Шалманов, В.Ф.Скотников, А.А. Атлас, П.Багмет // Труды кафедры биомеханики университета им. П.Ф.Лесгафта, СПб, 2017.- Вып. 11.- С. 59-68.
12. Шалманов А.А. Биомеханика движения штанги в рывке и толчке у спортсменов высокой квалификации.- М.: Торговый дом «Советский спорт», 2022.- 198 с.
13. Elliott B. C. Wilson G. J., Kerr G. A Biomechanical Analysis of the sticking region in the bench press // Medicine and Science in Sports and Exercise. 1989.- V. 21.- N 4. -P. 450-462.
14. J. Wilson, D. Robertson, J. Stodart Analysis of lower limb Muscle Funktion in Ergometer Rowing // International journal of sport biomechanics, 1988.- vol. 4.- P. 315-325.).

С уважением, А.В. Самсонова