test_test11111111111111111111111111111111111111111112222222222222222222222222222222222222

На рис. 52 организация движений ног и рук спортсмена скрёстная. Также как и в предыдущем примере рассматривается удар слева. Но в этом примере перемещение туловища и плечевого сустава левой руки происходит относительно правого тазобедренного сустава. При этом свободный от опоры левый тазобедренный сустав движется вперёд. Вместе с ним получает движение в направлении удара и левый плечевой сустав.

В тазобедренном суставе, в кинематической системе координат, таз (туловище) вращается из положения сзади (Сз) в положение впереди (Вп). В переносной системе координат корта центр главной прямоугольной системы координат ССЧ (точка 0) также перемещается в направлении удара вперёд. В относительной системе координат происходит вращение туловища относительно линии позвоночника. Оно из положения правым плечевым суставом вперёд переходит в положение левым плечевым суставом вперёд. Суммарное движение регистрируется в абсолютной прямоугольной системе координат корта. В результате управления туловищем разноимённой ногой оно движется в направлении удара с одновременным его вращением. На фоне движения левого плечевого сустава теннисист применяет ударную конструкцию, подобную цилиндрической зубчатой передаче. Об этом говорит то, что в период взаимодействия ракетки с мячом продольная ось ракетки движется снизу вверх. В результате мяч летит в направлении удара с верхним вращением.

Обобщение приобретённых знаний.

1. Туловище это комплиментарный рычаг, посредством которого устанавливается взаимодействие между нижними и верхними конечностями.

2. Для контроля над движениями туловища применяются прямоугольные и кинематические системы координат.

Глава 11. Ударные конструкции

На корте все технические действия теннисистов направлены на получение нужного результата, который оценивается по его соответствию производственной (двигательной) задаче. Если сформулировать двигательную задачу коротко и поверхностно то её суть очень простая – нужно направить мяч с помощью ракетки из своей половины корта на половину корта соперника. Если более конкретно, то надо направить мяч через сетку из определённой точки одной половины корта в определённую точку другой его половины.

Для такой определённости нужно действовать ракеткой на мяч с нужной ударной траекторией, которая начинается от конкретной начальной точки на его поверхности и продолжается до вполне определённой другой точки на поверхности мяча. При такой конкретности оказывается что даже единичная (для одного ударного действия) двигательная задача теннисиста при игре на корте довольно сложная. И эта сложность заключается не только во множестве двигательных деталей, которые входят в общее техническое действие, но и в большой точности выполнения этих самых деталей, особенно при взаимодействии ракетки с мячом.

Вспоминаем, отклонение начальной точки взаимодействия ракетки с мячом от запланированной на 1 мм по экватору его поверхности через 20 м полёта приводит к отклонению в точности приземления мяча около 60 см в горизонтальной плоскости корта. Точно также отклонение точки действия ракетки на мяч по главному (или любому другому) меридиану от запланированного приведёт к отклонению в исполнительной точности по дистанции. Если отклонение точки взаимодействия ракетки с мячом будет по экватору и главному меридиану одновременно, то и отклонение мяча в корте также будет комбинированным.

Получается что спортсменам для точного попадания в корт необходимо ставить ракетку на мяч с точностью, хотя бы в четверть миллиметра (0,025 см)! При этом и ударная траектория игрового пятна ракетки должна отличаться большой точностью. И кроме того для точного попадания мячом в корт ещё нужно задать нужные пропорции между центральной и касательной скоростями при действия на него. Другими словами, точность попадания мячом в корт зависит от точности его полёта по нужной траектории, которая определяется направлением и скоростью движения мяча, а также направлением и величиной его вращения.

Кроме всего прочего мяч надо отправить не только точно, но с большой скоростью чтобы его не вернули с той, другой половины корта обратно.

Точность действия на мяч до долей миллиметра, большая скорость полёта мяча после взаимодействия ракетки с ним. И всё это, как правило, при интенсивных перемещениях теннисиста по корту и очень кратковременном взаимодействии ракетки с мячом. Также надо учитывать что технические действия спортсмена должны быть весьма разнообразными, что несомненно улучшает качество игры на корте.

Ну, да, такой вид спорта и такова для теннисистов суть двигательной задачи – среди множества переменных производственных условий действовать точно, быстро, разнообразно. Условия игры для всех теннисистов одинаковы, но успешность действий любого из них в немалой степени зависит от количества постоянных величин, в которые будут переведены переменные из производственных условий. В предыдущих главах удалось установить некоторую часть постоянных величин, с помощью которых теннисистам удастся получить немалую определённость в технических действиях. В этой главе приобретём конкретные ориентиры для управления полётом мяча после взаимодействия с ракеткой.

В конечном итоге именно вид ударной траектории и скорость движения по ней игрового пятна ракетки определит результат взаимодействия с мячом.

Получается что для стабильности в игре, теннисистам нужна стабильность в разнообразных технических действиях. Это вполне достижимо, если у спортсменов имеется запас ударных конструкций и точные ориентиры для их применения в процессе игры. Вспоминаем, что ударная конструкция это вполне определённый механизм, собранный из собственных рычагов теннисиста. Если более конкретно, то это устойчивое взаимодействие рычагов теннисиста, которое придаёт игровому пятну ракетки в период его взаимодействия с мячом вполне определённую траекторию движения.

В биомеханике названия каждому из таких механизмов даны, во-первых, по подобию с соответствующими механическими конструкциями (машинными механизмами), а во-вторых, по принципу действия ракетки с мячом, которые подобны принципам действия исполнительных частей в машинных механизмах. Рассмотрим эти положения на примере ударной конструкции «поршень» (рис. 53).

Обозначения на рис. 53:

Vл – линейная скорость поршня; V1, V2, V3 – линейные скорости игрового пятна ракетки; ип – игровое пятно ракетки; Зр – зеркало ракетки; М – мяч; цм – центр масс мяча.

Пояснения;

• Вариант 1). Схема исполнительной части поршневого механизма. Один цилиндр является направляющим для движения другого цилиндра. Подвижный цилиндр внутри называется поршень и является конечным исполнительным элементом всего механизма. Принцип действия такой механической конструкции – выдавливание какого-то объёма. Поршень движется в направляющем цилиндре со скоростью Vл и выдавливает из него внутреннюю среду определённого объёма.

• Вариант 2.1). Зеркало ракетки (Зр) в нейтральном положении. Игровое пятно (ип) ракетки движется прямолинейно через центр масс мяча (цм) и подобно поршню выдавливает мяч (объём мяча) в направлении скорости V1.

• Вариант 2.2). Ракетка открытая. Действие её игрового пятна также подобно поршню и выдавливает мяч в направлении скорости V2.

• Вариант 2.3). Ракетка закрытая. Игровое пятно выдавливает мяч в направлении скорости V3.

Рассмотрим действия спортсмена на рис. 54. На нём видно, что теннисист применяет способ взаимодействия ракетки с мячом, который основан на принципе выдавливания мяча из точки его встречи в направлении удара. Вариант 1) ракетка приближается к мячу. Вариант 2) игровое пятно ракетки начинает сжимать мяч и выдавливать его в направлении удара. Вариант 3) игровое пятно ракетки продолжает сжатие и выдавливание мяча из пространства, в котором они взаимодействуют. Вариант 4) взаимодействие ракетка—мяч завершено, мяч улетает в направлении, которое было задано направлением выдавливания его игровым пятном ракетки.

Обратим внимание на особенности взаимодействия «ракетка-мяч» в ударной конструкции «поршень». Первое условие взаимодействия, направление сжатия и выдавливания мяча всегда проходит через центр масс мяча. Второе, этот процесс занимает некоторое время. Третье, этот принцип взаимодействия присутствует при применении любой другой ударной конструкции. Так как направление действия через центр масс мяча единственное, которое может отправить мяч через сетку.

Подведём итог и перечислим параметры взаимодействия, с помощью которых можно задавать необходимые характеристика полёта мяча. В биомеханической ударной конструкции «поршень» к таким параметрам относятся направление выдавливания, величина выдавливаемого объёма и интенсивность, с которой происходит выдавливание. В свою очередь направление движения мяча относительно корта определяется положением зеркала ракетки и направлением движения игрового пятна относительно системы координат корта.

В биомеханической ударной конструкции «поршень» действие ракетки на мяч подобно действию поршня в её механическом прототипе. Но на этом совпадения и заканчиваются, далее начинаются сплошные различия. Вот хотя бы такое, вместо реальных направляющих для действия поршня в механике, в биомеханике у игрового пятна ракетки они виртуальные. Или в том, что в механической конструкции количество деталей одно и то же и их взаимодействие между собой постоянное, а биомеханической и то и другое очень вариативно и зависит от организации движения рычагов ССЧ.

Кроме биомеханической ударной конструкции, рассмотренной выше, теннисистами могут применяться ударные конструкции «цилиндрическая зубчатая передача» и «шлагбаум». Первоначальное знакомство с этими конструкциями уже состоялось ранее. В этой главе определим управленческие возможности в них для придания нужных характеристик полёта мячу (рис. 55).

Обозначения на рис. 55:

Вд, Вм – ведущая и ведомые шестерни; Зр – зеркало ракетки; ип – игровое пятно ракетки; цм – центр масс мяча; Vк1, Vк2, Vк3, Vип – касательные (тангенциальные) скорости к ударной траектории; V1, V2, V3 – скорости, проходящие через центр масс мяча; Vвр1, Vвр2, Vвр3 – скорости, направленные по касательной к поверхности мяча; Плс – плечевой сустав; К – кисть; о-о, о1-о1 – оси вращения; Rк, Rип – радиусы вращения кисти и игрового пятна ракетки; ψ – угол вращения.

Пояснения:

• Вариант 1). Схема, уже знакомой прежде, цилиндрической зубчатой передачи. Данная конструкция состоит из двух шестерней, каждая из которых имеет свою ось вращения. Ведущая шестерня (Вд) передаёт вращение на ведомую (Вм). Вспоминаем, что суть действия такого механизма в преобразовании направления и величины скорости вращения ведущей шестерни в скорость и направление вращения ведомой шестерни. Направления вращения показаны стрелочками возле каждой из шестерней.

• Варианты 2.1, 2.2, 2.3). Зеркало ракетки вращается относительно оси, которая образуется в результате организаций движений теннисистов. При взаимодействии ракетки с мячом по принципу цилиндрической зубчатой передачи ударная траектория представляет собой дугу окружности. На рисунке она показана пунктирной линией, которая пересекает мяч. В каждом этих вариантов скорости Vк1,2,3 касательные к ударной траектории. Составляющие касательной скорости в направлении центра масс мяча придают мячу движение по траектории полёта и обозначены V1,2,3. На перпендикулярном к нему (касательном к поверхности мяча) направлении обозначены скорости Vвр1,2,3, которые придают мячу вращение.

• Вариант 3). Показано действие ударной конструкции «шлагбаум». Эта биомеханическая конструкция плоская так как рука с ракеткой вращается относительно оси. На данном рисунке эта ось вращения расположена в плечевом суставе (ось вращения о-о). Принцип действия механизма шлагбаума заключается в том что твёрдое тело вращается относительно определённой оси и все предметы, которые с ним сцеплены вращаются относительно этой же оси. В биомеханической ударной конструкции «шлагбаум» рука с ракеткой вращается подобно шлагбауму. При этом кисть из положения К1 переходит в положение К2, а игровое пятно перемещает (поворачивает) мяч на угол ψ по траектории ип1-ип2. В точке ип2 мяч улетает в направлении касательной к траектории скорости Vип. В ударной конструкции «шлагбаум» все рычаги руки и ракетка представляют собой один объект – шлагбаум. Угол вращения (ψ) для каждой точки этого шлагбаума одинаковый. Ударная траектория игрового пятна ракетки (траектория ип1-ип2) также как и траектория кисти (К1-К2) это дуги окружностей. Эти траектории отличаются друг от друга так как радиусы вращения Rип и Rк различные.

Касательно управленческих возможностей при применении этих биомеханических ударных конструкций. В цилиндрической ударной конструкции (варианты 2.1, 2.2, 2.3) действия игрового пятна ракетки на мяч, при прочих равных условиях взаимодействия, отличаются при изменении угла постановки ракетки на мяч. Сравнения проведём относительно действия ракетки на мяч при её нейтральном положении (вариант 2.1).

Под прочими равными условиями условимся понимать то, что сама ударная конструкция и траектория игрового пятна ракетки одинаковые. Во всех трёх вариантах тангенциальная (касательная к траектории) скорость по величине постоянная и её положение относительно зеркала ракетки не меняется. Величины её составляющих на взаимно перпендикулярных направлениях также одинаковы. Одно из них это нормаль к зеркалу ракетки, которое при взаимодействии проходит через центр масс мяча, а другое направление по касательной к зеркалу ракетки, оно касательное и к мячу.

При различных углах постановки ракетки на мяч ударные траектории отличаются по направлению на мяче и соответственно характеристики полёта мяча также будут различные. В результате сравнения видно что открытие ракетки (вариант 2.2) делает траекторию полёта мяча более высокой. При этом величина скорости в горизонтальном направлении вдоль корта становится меньше. После взаимодействия мяч полетит выше и медленнее вдоль корта. Закрытие ракетки (вариант 2.3) сделает траекторию полёта мяча более низкой, а горизонтальная скорость будет больше. В результате мяч полетит ниже, с большей скоростью вдоль корта.

Кроме изменения угла постановки ракетки на мяч, некоторые возможности для управления полётом мяча присутствуют в вариациях скорости и радиуса вращения игрового пятна ракетки, что непосредственно связано с организацией движений рычагов ССЧ. Например, изменение радиуса вращения зеркала ракетки меняет форму ударной траектории и соответственно касательную (тангенциальную) к этой траектории скорость, что изменит центральные и касательные составляющие скорости взаимодействия для ракетки и мяча. Так же возможно менять плоскость развёртывания, так как данная конструкция плоская и изменение положения оси вращения относительно корта изменит плоскость взаимодействия и направление полёта мяча.

Рассмотрим параметры, которые можно менять для изменения характеристик полёта мяча при применении конструкции «шлагбаум» (вариант 3). Изменение радиуса вращения игрового пятна ракетки возможно при изменении расположения оси вращения относительно корта. Например, при изменении вертикального положения оси вращения (ось о-о) и на положение оси вращения под наклоном (ось о1-о1) плоскость движения шлагбаума (плоскость развёртывания) также будет наклонена соответственно. Можно менять радиус вращения Rип если перемещать ось вращения из плечевого сустава в локтевой или какой-либо из тазобедренных суставов. Также влияют на характеристики полёта мяча величина угла вращения шлагбаума (ψ), в течение которого мяч удерживается на ракетке и интенсивность его изменения.

С помощью рис. 53, 54, 55 провели анализ взаимодействий ракетка-мяч с применением ударных конструкций, которые называются односложными. Такое название они получили так как ударная траектория игрового пятна ракетки на мяче всего одна и образована в результате одного определённого движения ракетки. Ударная траектория может быть отрезком прямой или дугой окружности, но она геометрически односложная и всего одна весь период взаимодействия. Кроме односложных ударных конструкций теннисисты часто применяют составные ударные конструкции. В этом случае действие ракетки на мяч складывается из нескольких ударных траекторий. Если сложение двух односоставных ударных траекторий происходит последовательно и полная ударная траектория составляется из них, то она называется двухсоставная ударная траектория.

Действие одной из таких конструкций показано на рис. 56. Перед встречей с мячом головка ракетки перегоняет её рукоятку – продольная ось ракетки движется как шлагбаум (варианты 1, 2). Начальное действие ракетки на мяч идёт по ударной траектории конструкции «шлагбаум». Ракетка некоторое время поворачивает мяч в направлении удара (варианты 3,4). Завершается взаимодействие движением продольной оси ракетки вверх (игрового пятна), по касательной к поверхности мяча. Действие ударной конструкции «шлагбаум» сменяется действием ударной конструкции «реечная зубчатая передача». В результате применения составной ударной конструкции мяч кроме движения по запланированной траектории приобретает вернее вращение. Завершающая ударная конструкция «реечная зубчатая передача» более просто называется как биомеханическая ударная конструкция «рейка» и также относится к разряду односложных. Принцип её действия поможет установить рис. 57.

Обозначения на рис. 57:

Во всех вариантах обозначения одинаковых предметов, линий и точек одинаковы и чтобы не затенять рисунок обозначения присутствуют только в некоторых из них. М – мяч; цм-в-с – центр масс и оси (вертикальная, сагиттальная) системы координат мяча; Зр – зеркало ракетки; ип – игровое пятно; V сек – секущая скорость; Vцм – скорость центра масс Ввр, Нвр – вернее и нижнее вращения.

Пояснения:

• Вариант 1.1). Схема реечной зубчатой передачи. Реечный механизм преобразует поступательной движение рейки во вращательное движение шестерни, которая с ней в зацеплении. Направления движения рейки и вращения шестерни показаны стрелочками возле них.

• Вариант 1.2). Показан принцип действия биомеханической ударной конструкции «рейка». Зеркало ракетки движется сквозь мяч снизу вверх. Прямолинейная траектория игрового пятна ракетки пересекает мяч со скоростью Vсек1. Составляющая этой скорости, которая проходит через центр масс мяча отправляет его параллельно горизонтальной плоскости корта, составляющая на касательном направлении придаёт мячу верхнее вращение.

• Вариант 1.3). Действие игрового пятна ракетки подобно действию в предыдущем варианте, но ракетка в закрытом положении. Движение мяча направлено вниз к горизонтальной плоскости корта. У мяча есть верхние вращение так как зеркало ракетки движется вверх и секущая траектория проходит выше центра масс мяча.

• Вариант 2.1). Схема реечной зубчатой передачи, в которой рейка расположена под наклоном к вертикальной оси мяча. Стрелочками показаны направления движения рейки и вращения шестерни.

• Вариант 2.2). Секущее действие игрового пятна ракетки при открытом положении ракетки. Движение мяча направлено вверх от горизонтальной плоскости корта так как секущая траектория проходит ниже центра масс мяча. У мяча есть нижнее вращение так как зеркало ракетки движется вниз.

Примеры применения теннисистами разновидностей ударной конструкций «рейка» показаны на рис. 58, 59. На рис. 58 теннисистка проводит ракетку (рейку) снизу вверх. Траектория игрового пятна ракетки пересекает мяч сверху экватора его поверхности так как она в закрытом положении.

На рис. 59 ракетка в открытом положении и спортсмен проводит её сверху вниз. Ударная траектория зеркала ракетки пересекает мяч ниже его экватора. В каждом из рассмотренных вариантов на рис. 58, 59 действия теннисистов различные, так же как отличаются углы постановки зеркала ракетки на мяч. Но при всех различиях в исполнении технических действий ударная конструкция единая – это «рейка» так как игровое пятно ракетки пересекает мяч по прямолинейной траектории и кроме того, что направляет мяч по какой-то траектории ещё и преобразует своё поступательное движение во вращаательное для мяча.

Рассмотренные выше рисунки ещё раз подтверждают насколько существенно биомеханические ударные конструкции отличаются от их механических аналогов. Прежде всего вариативностью в создании самих ударных конструкций, а также деталями в их работе, которые отсутствуют в машинных механизмах. И самое главное отличие в том что все направляющие и оси вращения для движения любого элемента конструкции (например, ракетки) виртуально-реальные. Виртуальность заключается в том, что они появляются в результате соответствующих мыслеобразов и отсутствуют в виде материальных тел. Реальность же их подтверждается движением ракетки по этим направляющим или относительно конкретных осей вращения. Поэтому создание и применение биомеханических ударных конструкций на основе механических аналогов позволяет сделать организацию производственных движений теннисистов более конкретной.

Кроме последовательного действия ракетки на мяч двух ударных конструкций общее действие двух односложных ударных биомеханических конструкций может складываться одновременно. В этом случае общее действие ракетки на мяч называется комбинированным. Составная ударная конструкция, которая обеспечивает такое действие также будет называться комбинированной. Одна из таких биомеханических ударных конструкций называется «коса» так принцип её действия подобен принципу действия косы для скашивания травы (рис. 60).

Обозначения на рис. 60:

0а-В-Г-С – прямоугольная система координат корта; 0п-Впл-Гпл-Спл – прямоугольная система координат руки; К1-К2-Кс – траектория кисти; К1, К2, Кс – положение кисти на её траектории; ип – игровое пятно ракетки; ип1-ип2 – траектория игрового пятна ракетки; Овр1, 2, 3 – оси вращения; Vкас – касательная (тангенциальная) скорость; Оп, Ор – точки пересечения осей вращения; Ор-р1 – рукоятка косы; р1-р2 —траектория рукоятки косы; р1-л1 – лезвие косы; л1-л2 —траектория точки на лезвии косы.

Пояснения:

• Вариант 1). Структурная схема человека в прямоугольной системе координат корта (0а-В-Г-С). Все рычаги руки представляют собой комплиментарный рычаг руки, который сохраняет свою форму в процессе взаимодействия ракетки с мячом. Это один комплиментарный рычаг в конструкции «коса». Его длина определяется приведенной длинной рычага руки, расстоянием между плечевым суставом и кистью (отрезок 0п-К2). Второй (общий) комплиментарный рычаг образуют рука и ракетка. Именно движение общего комплиментарного рычага в биомеханической ударной конструкции «коса» подобно движению хозкосы. Для контроля над движением общего комплиментарного рычага в плечевом суставе размещено начало вспомогательная прямоугольная система координат руки (0п-Впл-Гпл-Спл). В ней комплиментарный рычаг руки вращается относительно оси 0вр1, которая проходит через плечевой сустав и кисть перемещается из точки К1 в точку Кс. Одновременно, в период взаимодействия ракетки с мячом, рука вращается относительно оси 0вр2, которая проходит через плечевой сустав и кисть (0п-К2). Эта ось принадлежит комплиментарному рычагу руки с ракеткой и лежит на приведённой длине рычага руки. Направление вращения возле каждой оси показано стрелочками. На участке траектории кисти К1-К2 игровое пятно ракетки одновременно вращается относительно двух пересекающихся осей. В результате мяч перемещается по комбинированной траектории из положения ип1 в положение ип2, которая получается в результате вращения относительно комбинированной оси Овр3. Эта ось вращения постоянно меняет положение в пространстве корта и поэтому называется мгновенной осью вращения.

• Вариант 2). Отдельно представлена схема векторного сложения одновременных вращений игрового пятна ракетки относительно двух различных осей, которая представлена в варианте 1). Направления вращений определяются по правилу правовинтового буравчика и показаны векторами, которые лежат на осях вращения Овр1 и Овр2. Результирующий вектор, который лежит на комбинированной (мгновенной) оси вращения (Овр3) покажет направление комбинированного вращения игрового пятна ракетки.

• Вариант 3). Принцип действия косы для скашивания травы (хозяйственной косы – хозкосы) и вариант сложения одновременных вращений относительно двух различных осей. Хозяйственная коса состоит из рукоятки и лезвия, которое расположено под некоторым углом к ней. На рисунке начало и конец рукоятки хозкосы обозначены точками Ор и р1. Её лезвие расположено между точками р и л. Хозкоса вращается одновременно относительно оси Овр1 и продольной оси самой рукоятки Овр2. При вращении относительно оси Овр1 перемещается и рукоятка и лезвие косы (точка р и точка л). Точка р рукоятки косы перемещается из положения р1 в положение р2. При вращении только относительно оси Овр2 точка л на лезвии косы перешла бы из положения л1 в – л0). Но лезвие косы одновременно вращается относительно двух осей и окончательный результат будет определяться относительно результирующей (комбинированной) оси вращения Овр3, точка на лезвии косы переместится из положения л1 в положение л2.