Тензодинамометрия

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

Электронный тензодинамометр

Тензодинамометрия в спорте

Введение

Метод тензодинамометрии позволяет зарегистрировать 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 значения развиваемых спортсменом усилий 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.

 Тензодатчик
Рис.1. Тензодатчик

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 усилий 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).

Типы отталкиания в спринтерском беге (В.К. Бальсевич, 1963)
Рис.2. Типы отталкиания в спринтерском беге (В.К. Бальсевич, 1963)

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 напряжений в тросах при выполнении гимнастических упражнений на кольцах.

На кафедре биомеханики НГУ им. П.Ф.Лесгафта тензометрическая установка активно применяется как в учебном процессе, так и в научных исследованиях (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.

Тензодинамограмма прыжка вверх с места (А.Ф.Бочаров, Г.П.Иванова, В.П.Муравьев, 1999)
Рис.3. Тензодинамограмма прыжка вверх с места (А.Ф.Бочаров, Г.П.Иванова, В.П.Муравьев, 1999)

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 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.

Тензоплатформы, посредством которых определяется перемещание спортсмена на батуте (А.М. Скржинский, 2021)
Рис. 4. Тензоплатформы, посредством которых определяется перемещание спортсмена на батуте (А.М. Скржинский, 2021)

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.

Кинематические и динамические характеристики движения, положение атлета в момент максимума мощности в финальном разгоне и траектория снаряда в рывке, полученные посредством программы ГЦОЛИФК-2012 (А.А. Шалманов, 2013)
Рис. 5. Кинематические и динамические характеристики движения, положение атлета в момент максимума мощности в финальном разгоне и траектория снаряда в рывке, полученные посредством программы ГЦОЛИФК-2012 (А.А. Шалманов с соавт., 2017)

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 при выполнении жима штанги лежа, рис.6.

Изменение вертикальной составляющей силы давления на гриф во время фазы подъема при жиме штанги с отягощением 100% от максимума (B.C. Elliott, G.J. Wilson, G.K. Kerr, 1989)
Рис.6. Изменение вертикальной составляющей силы давления на гриф во время фазы подъ-ема при жиме штанги с отягощением 100% от максимума (B.C. Elliott, G.J. Wilson, G.K. Kerr, 1989)

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.

Использование двух тензоплатформ для исследования асимметрии движений при выполнении приседа со штангой на плечах (K. Sato, G.D. Heise, 2013)
Рис. 7. Использование двух тензоплатформ для исследования асимметрии движений при выполнении приседа со штангой на плечах (K. Sato, G.D. Heise, 2013)

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

Похожие записи:


Общий центр масс (ОЦМ) и общий центр тяжести (ОЦТ) тела
Введено понятие ОЦМ (ОЦТ) тела человека. Описаны методы определения положения ОЦМ (ОЦТ) тела человека. Приведены данные о положении…

Деформация растяжение-сжатие материала
Даны определения деформации растяжение-сжатие, механического напряжения, абсолютной и относительной деформации материала. Введено понятие модуля Юнга (модуля продольной…

Связь биомеханики с другими науками
Описана взаимосвязь биомеханики двигательных действий с научными дисциплинами: анатомией, биохимией, физиологией, спортивной медициной, математикой, механикой, информационными технологиями и…

Прочность материала
Дано определение прочности, предела прочности и временного сопротивления материала. Приведены значения прочности элементов опорно-двигательного аппарата (ОДА) человека.

Механическое напряжение
Дано определение механического напряжения и предела прочности материала. Приведены значения механического напряжения, возникающего в мышечных волокнах при их…

Деформация тела
Дано определение деформации тела и видов деформации (упругой и пластической). Рассмотрены способы деформирования тела: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб…

Способы восстановления мышц после силовой тренировки
Приглашение к участию в анкетном опросе, посвященному способам восстановления мышц после силовой тренировки. Анкетный опрос проводит магистрантка кафедры…

Зависимость «сила-длина» мышцы
Описаны: история исследования зависимости «сила-длина мышцы», компоненты мышцы, зависимость «сила-длина» расслабленной (пассивной) и активной мышцы; «сила-длина»…

Отсроченное начало болезненности мышц. Стратегии лечения и факторы эффективности
Описаны симптомы, причины, теории отсроченного начала болезненности мышц (запаздывающих болезненных ощущений, DOMS), а также способы уменьшения этих болей:…