Площадь опоры

Описана устойчивость равновесия статического положения тела человека на основе анализа значений площади опоры. Приведены примеры статического положения тела человека: в основной стойке, стойке на одной ноге, стойке с широкой расстановкой стоп, стойке с дополнительной опорой на руку и на трость.

Площадь опоры человека в основной стойке

ПЛОЩАДЬ (КОНТУР ОПОРЫ) — ОДИН ИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СТЕПЕНЬ УСТОЙЧИВОСТИ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Как я уже упомянула в предшествующей записи,  в области физической культуры и спорта считается, что для человека характерно  ограниченно-устойчивое равновесие (Донской Д.Д., 1979; Попов Г.И., Самсонова А.В., 2011; Кичайкина Н.Б., Самсонова А.В., 2018; Тураев В.Т., Тюпа В.В., 2022), так как в реальной жизни, он, как правило, имеет определенную площадь опоры (англ. — base of support) в виде отдельных площадок, на которые опираются его стопы, рис.1. Если проекция общего центра масс (ОЦМ) тела человека выходит за площадь опоры, его равновесие нарушается и человек падает.

Площадь опоры человека в положении стоя. Точками обозначены проекции ОЦМ на горизонтальную плоскость (Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л., 1965)
Рис.1. Площадь опоры человека в положении стоя. Точками обозначены проекции ОЦМ на горизонтальную плоскость (Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л., 1965)

Площадь и контур опоры в положении стоя

При опоре человеком на одну ногу площадь опоры очень мала (рис. 2A), поэтому степень устойчивости такого статического положения тела человека во фронтальной плоскости очень низкая. Площадь опоры значительно увеличивается, если человек стоит на двух ногах (рис.2B), особено если он дополнительно опирается на трость (рис.2С, рис. 7c). Это увеличивает степень устойчивости равновесия тела человека во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Более широкая расстановка стоп также увеличивает площадь опоры (рис.3, рис.7g,h).

Площадь контура опоры при стоянии на одной ноге (A), двух ногах (B) и при стоянии с опорой на палку (C)
Рис.2. Площадь контура опоры при стоянии на одной ноге (A), двух ногах (B) и при стоянии с опорой на трость (C) (Phu S., Kirk B., Duque G., 2020)
Широкая расстановка стоп увеличивает площадь опоры
Рис.3. Широкая расстановка стоп увеличивает площадь опоры и степень устойчивости равновесия тела человека во фронтальной плоскости

В отличие от твердого тела, устойчивость равновесия тела человека зависит от гораздо большего числа факторов и обеспечивается непрерывным контролем со стороны центральной нервной системы (ЦНС). Во время спокойного стояния устойчивость статического положения тела человека во фронтальной плоскости обеспечивается активностью мышц тазобедренного сустава (рис.4). Это позволяет удерживать проекцию ОЦМ тела человека внутри контура опоры.

Активность мышц тазобедренного сустава позволяет удерживать проекцию ОЦМ внутри контура опоры (Kimura A., Yokozawa T., Ozaki H., 2021)
Рис.4. Активность мышц тазобедренного сустава позволяет удерживать проекцию ОЦМ тела человека внутри контура опоры (Kimura A., Yokozawa T., Ozaki H., 2021)

Площадь опоры в различных статических положениях человека

Площадь опоры в различных статических положениях тела человека может значительно варьировать. Она достаточно большая при дополнительной опоре человеком на руку (рис. 5а,b), а также при широкой расстановке стоп (рис. 5g,h). Значительно меньше площадь опоры при стойке на голове (рис.5d), на носке одной ноги (рис. 5е) и в стойке на руках (рис. 5f).

Площадь опоры в различных статических положениях человека в обычной жизни (с) и в спорте (McGinnis P.M., 2013)
Рис.5. Площадь опоры в различных статических положениях тела человека в обычной жизни (с) и в спортивной деятельности (McGinnis P.M., 2013)

Площадь опоры в статических положениях человека в различных видах спорта

В некоторых видах сторта степень устойчивости равновесия тела человека очень мала. Примером такого вида сторта являются гимнастические упражнения на бревне.

Статическое положение гимнастки при выполнении упражнений на бревне
Рис.6. Статическое положение тела гимнастки при выполнении упражнений на бревне. Степень устойчивости равновесия тела спортсменки в сагиттальной плоскости очень мала

Ширина рабочей поверхности бруса составляет всего 10 см, поэтому степень устойчивости равновесия тела гимнастки в сагиттальной (рис. 6) или фронтальной плоскостях (рис.7) очень мала.  Из-за этого нередко во время соревнований гимнастки падают с бревна.

Статическое положение тела гимнастки при выполнении упражнений на бревне. Степень устойчивости равновесия тела гимнастки во фронтальной плоскости очень мала.
Рис.7. Статическое положение тела гимнастки при выполнении упражнений на бревне. Степень устойчивости равновесия тела спортсменки во фронтальной плоскости очень мала

Также важна устойчивость равновесия тела спортсмена в различных видах борьбы. Ведь главная цель борьбы — вывести соперника из состояния равновесия. Чтобы добиться максимальной устойчивости (сохраняя при этом возможность двигаться) борец приседает, чтобы снизить общий центр масс тела (ОЦМ), и расширяет площадь опоры, расставляя ноги чуть шире ширины плеч  или ставя одну ногу впереди другой (рис.8).

Статические положения борцов в греко-римской борьбе
Рис.8. Статические положения борцов в греко-римской борьбе

Когда борец находится в защитной позиции на животе и старается не перевернуться на спину, он максимизирует свою устойчивость, разводя конечности в стороны, чтобы увеличить размер площади опоры и максимально снизить положение ОЦМ тела (рис. 12).

Защитная позиция на животе в греко-римской борьбе позволяет спортсмену понизить ОЦМ и значительно увеличить площадь опоры
Рис.9. Защитная позиция на животе в греко-римской борьбе позволяет спортсмену понизить ОЦМ и значительно увеличить площадь опоры

Недостатки показателя площадь опоры

Несмотря на то, что площадь опоры и высота расположения ОЦМ тела над опорой достаточно хорошо характеризуют степень устойчивости рвновесия тела человека, однако при одних и тех же значениях площади опоры и высоты расположения ОЦМ тела человека над опорой, степень устойчивости в различных плоскостях может сильно различаться. Например, широкая расстановка стоп (рис. 3) повышает степень устойчивости равновесия тела человека во фронтальной плоскости, однако в сагиттальной плоскости (передне-заднем направлении) устойчивость тела немного уменьшается. В связи с этим были введены  другие показатели устойчивости: коэффициент устойчивости и угол устойчивости.

Литература

  1. Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л., Регуляция позы человека.- М.: Наука, 1965.- 256 с.
  2. Донской Д.Д. Сохранение и изменение положения тела. глава VIII. В кн.: Биомеханика. учебник для вузов физ-культ. М.: Физкультура и спорт, 1979.- С. 154-172.
  3. Кичайкина Н.Б., Самсонова А.В. Биомеханика двигательных действий: учеб. пособие. — НГУ им. П.Ф.Лесгата, 2018.- 210 с.
  4. Попов Г.И., Самсонова А.В. Биомеханика двигательной деятельности.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 320 с.
  5. Тураев В.Т., Тюпа В.В. Биомеханика для спринтеров.- М.: ТВТ Дивизион, 2022.- 418 с.
  6. Kimura A., Yokozawa T., Ozaki H. Clarifying the Biomechanical Concept of Coordination Through Comparison With Coordination in Motor Control // Front. Sports Act. Living. 2021. V. 3. Article 753062. P. 1-14.
  7. McGinnis, Peter Merton Biomechanics of sport and exercise / Peter M. McGinnis. — 3rd ed. Human Kinetics, 2013. 443 p.
  8. Phu S., Kirk B., Duque G. Postural Instability—Balance, Posture and Gait // In book: Encyclopedia of Biomedical Gerontology: Elsevier, 2020. P.64-76.

С уважением, А.В.Самсонова

Похожие записи:


Коэффициент устойчивости
Рассмотрены показатели, определяющие коэффициент устойчивости: момент устойчивости тела и опрокидывающий момент. Приведены примеры расчета коэффициента устойчивости для оценки…

Устойчивость равновесия тела, имеющего площадь опоры
Описано условие равновесия твердого тела, имеющего площадь опоры. Введены понятия: площадь и контур опоры, а также ограниченно-устойчивое равновесие.

Реакции связей
Описана история появления понятий связи и реакции связей. Дано определение свободного и несвободного тела, связи, реакции связей. Описаны…

Сила реакции опоры
Дано определения силы реакции опоры и приведены примеры определения численного значения, точки приложения и направления этой силы. Рассмотрены…

Устойчивость равновесия тела
Дано определение равновесия твердого тела, видов равновесия тела, имеющего точку опоры и ось вращения: устойчивого, неустойчивого и безразличного.

Статическое положение тела человека
Дана характеристика статического положения тела человека на примере статических положений спортсменов при выполнении двигательных действий. Описана функциональная роль…