Угол устойчивости и угол равновесия
Описаны критерии динамической устойчивости равновесия тела, то есть способности тела восстанавливать равновесие в определенной плоскости. Этими критериями являются: углы устойчивости и угол равновесия. Приведены примеры расчета углов устойчивости и угла равновесия в различных статических положениях человека.
УГЛЫ УСТОЙЧИВОСТИ И УГОЛ РАВНОВЕСИЯ — ПОКАЗАТЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛА
Как было показано ранее, коэффициент устойчивости характеризует статическую устойчивость равновесия тела. Для оценки динамической устойчивости равновесия тела, то есть способности тела восстанавливать равновесие в определенной плоскости, используются два показателя:
- угол устойчивости;
- угол равновесия.
Углом устойчивости называется угол, образованный двумя отрезками, один из которых проводится из ЦМ тела вертикально вниз, а другой — к граничной точке опоры. На рис.1 эти углы обозначены как: угол a и угол b. Другими словами, угол устойчивости равен углу поворота тела в определенной плоскости и определенном направлении, чтобы перевести его из устойчивого положения в неустойчивое.
Угол равновесия равен сумме двух углов устойчивости в одной плоскости. Обозначим его буквой С. То есть С = a + b. Этот угол характеризует запас устойчивости в определенной плоскости, то есть определяет диапазон перемещения ЦМ тела до опрокидывания в одном и другом направлении (Кичайкина Н.Б., Самсонова А.В., 2018).
Факторы, влияющие на углы устойчивости и угол равновесия твердого тела
Угол равновесия C, как и углы усточивости a и b определяют два фактора: высота расположения ЦМ тела и ширина основания тела. Чем ниже расположен ЦМ тела и чем шире основание тела, тем больше динамическая устойчивость равновесия тела в определенной плоскости. Например, если сделать более тяжелым основание тела, его ЦМ понизится, поэтому углы устойчивости и угол равновесия увеличатся. В этом случае для опрокидывания тела потребуется повернуть его на больший угол. Следует заметить, что для определения углов устойчивости и угла равновесия необходимо вначале определить положение ЦМ тела и граничные точки опоры.
Углы устойчивости и углы равновесия в статических положениях человека
Применительно к телу человека угол устойчивости – это угол, образованный двумя отрезками, один из которых проходит через крайнюю точку опоры, а другой является перпендикуляром, опущенным из ОЦМ тела человека к площади опоры. В сагиттальной плоскости углы устойчивости обозначаются: угол a (или α) и угол b (или β). В статическом положении человека «основная стойка» (рис.2), углы устойчивости в сагиттальной плоскости в переднем и заднем направлении составляют: а=8 град, b=9 град, угол равновесия С равен 17 град. Однако это примерные значения, так как значения углов устойчивости зависят от размера стопы, роста, осанки и других факторов. В среднем в основной стойке углы устойчивости в сагиттальной плоскости в переднем и заднем направлении составляют 10 град (Кичайкина Н.Б., Самсонова А.В., 2018).
Углы устойчивости и углы равновесия в статических положениях человека при выполнении физических упражнений
По сравнению с основной стойкой (рис. 3.а) в статическом положении со штангой на плечах, положение ОЦМ системы «спортсмен-штанга» над площадью опоры повышается (рис.3б). Это приводит к уменьшению динамической устойчивости равновесия системы (углы устойчивости и угол равновесия уменьшаются). Расчеты показывают, что в основной стойке (рис.3.а) значения углов устойчивости равны: угол а=10 град; b=10 град, угол равновесия С=20 град. В статическом положении «штанга на плечах» (рис.3.б) угол а= 7 град; b=10 град, угол равновесия С=14 град. Таким образом, повышение общего центра масс системы «человек-штанга» (ОЦМс), при расположении штанги на плечах уменьшает динамическую устойчивость равновесия системы «человек-штанга» и может отрицательно сказаться на решении двигательной задачи.
Как было показано ранее, при выполнении различных физических упражнений человек может занимать различные статические положения. Степень устойчивости равновесия тела человека при выполнении физических упражнений может очень сильно различаться.
Например, при выполнении физического упражнения «мост» (рис. 4а) углы устойчивости в сагиттальной плоскости равны: угол альфа (α) = 47 град, угол бета (β) = 47 град. Тогда угол равновесия равен: С= α+β= 94 град. Таким образом, несмотря на то, что спортсменка находится в достаточно непривычном статическом положении, степень устойчивости равновесия ее тела достаточно высокая, так как углы устойчивости большие.
При выполнении физического упражнения «присед руки вперед» (рис.4б) углы устойчивости почти одинаковы: угол альфа (α) = 4 град, угол бета (β) = 3 град. Угол равновесия равен: С= α+β= 7 град. Если значения углов устойчивости меньше 5 град, равновесие тела считается неустойчивым (Ю.А. Гагин, Н.Б. Кичайкина, 1974; А.Ф. Бочаров, Г.П. Иванова, В.П. Муравьев, 2000).
Важно учитывать цель статического положения. Например, целью положения низкого старта по команде “Внимание!” в легкой атлетике является максимально быстрый переход от статического положения атлета к бегу. Поэтому запас устойчивости статического положения низкого старта по команде “Внимание!” в сагиттальной плоскости должен быть минимальным в направлении движения, однако достаточным для того, чтобы спортсмен сохранял устойчивое статическое положение (рис.5).
Углы устойчивости в сагиттальной плоскости в беге с низкого старта по команде «Внимание!» составляют в среднем: α=19,4±0,3 град; β= 45,4±0,3 град. Угол равновесия равен: С=19,4+45,4=64,8 град (Самсонова А.В., Самсонов М.А., 2007).
Пример из пауэрлифтинга: у спортсмена массой 70 кг при выполнении приседания со штангой 130 кг на плечах в нижней точке приседания (рис.6) углы устойчивости в сагиттальной плоскости в переднем и заднем направлении составляют: а=5,5 град, b=15,3 град. Значение угла а=5,5 град свидетельствует о низкой степени устойчивости в сагиттальной плоскости в переднем направлении. Это может привести к потере устойчивости и падению спортсмена вперед.
Литература
- Бегун П.И., Самсонова А.В. Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека.- СПб: Кинетика, 2020.- 179 с.
- Бочаров А.Ф., Иванова Г.П., Муравьев В.П. Биомеханика: Учебное пособие [Текст]. – СПб. [б.и.]: СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта, 2000. – 74 с.
- Гагин Ю. А., Кичайкина Н.Б. Методические указания к выполнению расчетно-аналитических работ по биомеханике. — Л.: ГДОИФК им. П.Ф.Лесгафта, 1974.
- Кичайкина Н.Б., Самсонова А.В. Биомеханика двигательных действий: учеб. пособие. — НГУ им. П.Ф.Лесгата, 2018.- 210 с.
- Самсонова А.В., Самсонов М.А. Оценка погрешности методики определения ОЦТ и углов устойчивости // Труды кафедры биомеханики: Междисциплинарный сборник статей.- Вып.1.– СПб, 2007.– С. 67-72.
С уважением, А.В.Самсонова