Увлекательная биомеханика для бодибилдеров в картинках
жүктеу/скачать 104.77 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Решение
Увлекательная биомеханика для бодибилдеров в картинкахВ. Протасенко Постановка задачиКакая мышца у мужчины самая важная? Если провести опрос «на улице», как поступают в телепередаче «Сто к одному», то мы, наверняка, получим самый широкий спектр ответов на этот вопрос. Люди, имеющие некоторое представление о физиологии человека, я уверен, ответят, что это сердце, те же, у кого с юмором лучше, чем с анатомическими познаниями, могут назвать и орган, который мышцей вовсе не является. Но если сузить спектр респондентов до посетителей тренажерных залов, то вас поразит их единодушие. И это не удивительно. Какую мышцу вы напрягаете в ответ на предложение продемонстрировать крепость ваших мышц? Возле каких тренажеров в вашем зале толпится наибольшее количество тощих юнцов? Обхват какой мышцы Арнольда Шварцнегера вы назовете не задумываясь, разбуди вас среди ночи? Как вы, наверное, уже догадались, речь в этой статье пойдет о визитной карточке культуриста – бицепсе. Понятно, что к тренировке такой важной мышцы нужно относиться самым серьезным образом, поэтому без точных математических расчетов в тренажерный зал лучше и не соваться. Я знаю, что спортсмены люди серьезные, поэтому, на всякий случай, предупреждаю, что все сказанное мною выше это, конечно же, шутка, попытка оправдаться за то, что, не зная чем занять свое свободное отпускное время, я принялся за расчет биомеханических моделей сокращения бицепса - мышцы, тренировке которой на практике я, как поклонник пауэрлифтинга, уделял внимания меньше всего. Конечно же, обратился к этой теме я не случайно, а по наводке моего знакомого, попросившего меня рассчитать кривую нагрузки на бицепс при работе со штангой стоя - у него вышел спор об эффективности воздействия на мышцу данного упражнения. Недостатком многих тренировочных движений является неравномерность нагрузки и наличие так называемых «мертвых» точек. Различие в нагрузке на мышцу на различных участках траектории движения приводит к тому, что мышца сокращается с максимальным напряжением лишь ограниченное время, а «мертвые» точки могут стать причиной прекращения выполнения упражнения, из-за невозможности преодолеть эту самую «мертвую» точку, в то время как в мышце еще вполне достаточно сил, чтобы производить основную часть движения, что, конечно же, отрицательно сказывается на эффективности воздействия данного конкретного упражнения на мышцу. Для компенсации перечисленных выше недостатков некоторых упражнений производители спортивного оборудования придумывают разнообразные хитроумные устройства, называемые изокинетическими тренажерами, призванные обеспечить равномерность нагрузки на тренируемую мышцу по всей амплитуде движения. И так, я обратился к биомеханике, чтобы сравнить эффективность основных упражнений на бицепс, и оценить потребность в изокинетическом тренажере для данной мышцы. Тем, кого собственно биомеханика интересует мало, предлагаю сразу обратиться к выводам из проделанных расчетов или хотя бы пропускать участки текста, выделенные курсивом, особо любопытствующих же приглашаю полностью проследить за ходом моих рассуждений. РешениеЕсли рассмотреть механическую модель системы плечо - бицепс -предплечье, то можно заметить, что предплечье представляет собой рычаг с осью вращения в локтевом суставе, на который воздействуют внешняя сила (Fт), приложенная на расстоянии Lпр от локтевого сустава, и сила сокращения бицепса (Fб), приложенная на расстоянии Lкр от локтевого сустава. Условием равновесия рычага является равенства нулю суммы проекций сил на ось перпендикулярную рычагу, помноженных на расстояние от оси вращения рычага до точки приложения силы: fт х Lпр = fб х Lкр (здесь и далее все расчеты я буду производить для модулей сил), другими словами равенство нулю вращающих моментов.
Рис. 1.
Проекция силы сокращения бицепса на перпендикулярное к рычагу направление так же зависит от угла в локтевом суставе и равна произведению силы сокращения бицепса на синус вышеуказанного угла: fб= Fб x sin a Таким образом, условие равновесия рычага выглядит так: Fт x Lпр x sin a = Fб x Lкр x sin a Отсюда сила, развиваемая бицепсом, равна: Fб = Fт x (Lпр / Lкр) Как можно заметить, sin а в левой и правой части уравнения равновесия взаимно сокращаются, соответственно, сила развиваемая бицепсом (в данной модели) не зависит от угла в локтевом суставе, и нагрузка на бицепс при работе со свободными весами и строго вертикальном расположении бицепса постоянна по всей траектории движения. Если предположить что длина предплечья (Lпр) равна 30 см., а бицепс крепится к предплечью на расстоянии 5 см. от локтевого сустава, то: Fб = M x g x (30 / 5)= 6 |Fт|, то есть на бицепс приходится нагрузка в 6 раз превосходящая внешнюю силу, приложенную к кисти. Обратимся теперь к работе на всем известной скамье Скотта. Отличительной особенностью данного упражнения является то, что сокращение бицепса происходит под некоторым углом к вертикали b, зависящим от наклона опоры тренажера (см. Рис. 2).  Рис. 2.
Fт x Lпр x sin (a-b) = Fб x Lкр x cos с где с – угол между вектором силы сокращения бицепса и перпендикуляром к предплечью. с=а-90 тогда: cos с = cos (a-90)=sin (a), в свою очередь: sin(a-b)=sin a x cos b - cos a x sin b отсюда: Fт x Lпр x (sin a x cos b - cos a x sin b) = Fб x Lкр x sin a, или: Fб =Fт x (Lпр/ Lкр) x (cos b - ctg a x sin b) Мы видим, что в случае скамьи Скотта в уравнении появилась переменная величина (cos b - ctg a x sin b) выражающая зависимость нагрузки на бицепс от угла в локтевом суставе и угла отклонения плеча от вертикали. То есть, нагрузка на бицепс при работе на скамье Скотта различна в различных точках траектории. Интересно, что при b=0 (sinb=0 и cosb=1) мы получаем, что Fб = Fтx (Lпр/ Lкр) - ту же формулу, которую нашли ранее для вертикального положения бицепса, и еще раз убеждаемся, что в этом случае нагрузка на бицепс постоянна по всей амплитуде движения (в данной модели). Р  ис. 3. Для наглядности построим кривые нагрузки на бицепс при подъеме груза с вертикальным расположением бицепса (работа со штангой стоя) и при бицепсе наклоненном к вертикали под углом 45 градусов (скамья Скотта), по-прежнему исходя из того, что длина предплечья 30 см., а бицепс крепится к предплечью на расстоянии 5 см. от локтя (см. рис. 3). Как явственно видно из графика - нагрузка на бицепс, при его вертикальном положении, вообще не зависит от угла в локтевом суставе, а неравномерность нагрузки проявляется только при работе на скамье Скотта! То есть работа со штангой стоя является наилучшим упражнениям на бицепс, ни о каких изокинетических тренажерах не стоит и беспокоиться, а про работу на скамье Скотта лучше вообще забыть! Но вот парадокс, по субъективным ощущениям, теория не совсем стыкуется с практикой. Если ощущения от работы на скамье Скотта качественно совпадают с расчетными, – максимальное напряжение бицепса наблюдается в начале движения (при развернутой руке) и падает по мере уменьшения угла в локтевом суставе, то ощущения при работе с вертикальным положением бицепса, мягко говоря, не совсем совпадают с расчетными. При больших углах (развернутой руке) нагрузка явно не велика и возрастает по мере приближения предплечья к горизонтальной линии (угол в локтевом суставе 90 градусов). Почему же расчеты не дают этого уменьшения силы в начале траектории движения? Ясно, что законы механики под сомнения ставить нельзя, значит дело в несоответствии выбранной модели рычага реальному анатомическому строению руки. И действительно расчеты для скамьи Скотта показывают возрастание силы бицепса, необходимой для преодоления внешней силы, до бесконечности при полностью развернутой руке (180 градусов в локтевом суставе), что естественно не наблюдается на практике, хотя, с точки зрения теории, все так и должно быть, так как в данной модели сила сокращения бицепса направлена строго вдоль кости и не имеет вращающего момента (см. рис. 4).  Рис. 4.
 Рис. 5.
Lпр x Fт x sin(a-b) = AC x Fб x sin(c) Согласно теореме синусов: AB/sin(c) = Lб/sin(a-(x+y)), отсюда: sin(c)=(AB/Lб) x sin(a-(x+y)) найдем: sin(a-(x+y)) sin(a-(x+y))=sin(a)cos(x+y)-cos(a)sin(x+y)=sin(a)(cos(x)cos(y)-sin(x)sin(y))-cos(a)(sin(x)cos(y)+cos(x)sin(y)), так как cos(x)=Lкр/AC, sin(x)=X/AC, cos(y)=Lпл/AB, sin(y)=Y/AB, то: sin(a-(x+y))=(1/(AC x AB)) x (sin(a) x (Lкр x Lпл – X x Y) – cos(a) x (X x Lпл+Lкр x Y))тогда: sin(c)= (1/(Lб x AC)) x (sin(a) x (Lкр x Lпл – X x Y) – cos(a) x (X x Lпл+Lкр x Y)), подставим найденное значение в уравнение равновесия рычага: Lпр x Fт x sin(a-b) = (Fб/Lб ) x (sin(a) x (Lкр x Lпл – X x Y) – cos(a) x (X x Lпл+Lкр x Y)) , и отсюда: Fб= Fт x Lпр x sin(a-b) x Lб/(sin(a) x (Lкр x Lпл – X x Y) – cos(a) x (X x Lпл+Lкр x Y)) Теперь осталось выразить длину бицепса (Lб) через известные нам данные. Согласно теореме косинусов:  Выразим АС и АВ через теорему Пифагора: а  так как: cos(a-(x+y))= cos(a) x cos(x+y) + sin(a) x sin(x+y)= cos(a) x (cos(x) x cos(y) – sin(x) x sin(y)) + sin(a) x (sin(x) x cos(y) + cos(x) x sin(y))= cos(a) x ((Lкр/AC) x (Lпл/AB) – (X/AC) x (Y/AB)) + sin(a) x ((X/AC) x (Lпл/AB) + (Lкр/AC) x (Y/AB))= (1/AC) x (1/AB) x (cos(a) x (Lкр x Lпл – X x Y) + sin(a) x (X x Lпл + Lкр x Y)), то  И тогда сила сокращения бицепса равна:  Как вы видите, уточненная модель дает более сложную зависимость нагрузки на бицепс от угла в локтевом суставе. При подстановке параметров близких к физиологическим: длина предплечья (Lпр) 30 см., длина плеча (Lпл) 30 см., расстояние от локтя до точки крепления бицепса (Lкр) 5 см., расстояние от точки крепления нижней головки бицепса до оси предплечья (X) 1.5 см., расстояние от точки крепления верхних головок бицепса до оси плеча (Y) 2 см., для угла наклона плеча 0 градусов (вертикальное расположения бицепса) мы можем увидеть (см. рис. 6), что кривая нагрузки коренным образом изменилась, в сравнении с совершенно прямой линией, полученной при расчетах для более простой модели (см. рис. 3). Вот эта кривая, похоже, уже довольно близка к реальному распределению сил при работе со штангой стоя. Так введение небольших поправок в модель кардинально изменило ситуацию. Судя по всему, полученная формула зависимости нагрузки на бицепс от внешней силы, наклона плеча и угла в локтевом суставе, описывает поведение системы плечо – бицепс – предплечье качественно правильно, чего вполне достаточно, чтобы сделать на основе данных расчетов кое какие выводы.  Рис. 6.
Вывод Еще раз обратимся к рисунку 6, и сравним кривые зависимости нагрузки на бицепс от угла в локтевом суставе при работе со штангой стоя (угол отклонения плеча от вертикали - 0 градусов), и при работе на скамье Скотта под углом 45 градусов (скамья с таким углом чаще всего встречается в тренажерных залах). При вертикальном положении плеча нагрузка на бицепс минимальна в самом начале движения и увеличивается с уменьшением угла в локтевом суставе. В противоположность этому нагрузка при работе на скамье Скотта в начале движения как раз максимальна, и падает до нуля по мере подъема веса. Кто-то может предположить, что эффективное развитие бицепса обеспечит использование в тренировочной программе обоих упражнений. При работе со штангой стоя нагружаем бицепс на среднем и верхнем участке траектории, а при работе на скамье Скотта нагружаем бицепс на нижнем участке траектории. Но это не совсем действенный подход, ибо важен не сам факт нагрузки определенного уровня на определенном участке, а равномерно-высокая нагрузка во время всего движения, именно в этом случае мышца развивает максимальную среднюю мощность и совершает максимальную работу за время выполнения упражнения. Конечно, добиться равномерной нагрузки на бицепс можно специальным изокинетическим тренажером, с переменным внешним сопротивлением при различных углах. Но давайте посмотрим, возможно, есть более простое решение. Как объединить преимущества работы со штангой стоя и скамьи Скотта? Если отклонение плеча от вертикали на большие углы переносит основную нагрузку на нижний участок амплитуды и сильно снижает ее на верхнем, то, возможно, небольшие углы отклонения в достаточной мере усилят нагрузку на начальном участке подъема, и не сильно снизят ее на верхнем, тем самым, выровняв нагрузку по всей амплитуде движения. И, действительно, расчеты на малых углах показывают (см. рис. 6), что разброс нагрузки заметно выравнивается при отклонении плеча от вертикали на 15-20 градусов. Таким образом, отклонение скамьи Скотта на небольшие углы обеспечивает почти изокинетическую нагрузку на бицепс! Не думаю, что специальные тренажеры смогут сделать то же самое принципиально лучше. Кривая нагрузки сильно зависит от индивидуальных характеристик - длины плеча и предплечья, и особенно от высоты точки крепления бицепса над осью предплечья (X). Изменение этой величины даже на несколько миллиметров очень сильно меняет указанную кривую, поэтому обеспечить точную изокинетику одним тренажером абсолютно для всех пользователей невозможно. Не стоит особенно доверять и конкретным цифрам, полученным мною и приведенным в данной статье, я брал приблизительные значения исходных параметров, да и сама модель совпадает с реальным строением руки лишь с определенной точностью. Поэтому результаты проделанных мной расчетов можно использовать лишь как ориентир, а оптимальный угол отклонения скамьи Скотта стоит определять каждому индивидуально по собственным ощущениям. Хочу заметить и то, что оптимальные значения угла отклонения плеча от вертикали получаются очень небольшие, и обеспечить такой угол можно не только на скамье Скотта, но и при работе со штангой стоя, слегка выведя локти вперед, но в этом случае возникает проблема удержания данного оптимального угла, ибо мозг вовсе не старается обеспечить максимальную нагрузку бицепсу, а наоборот стремится ее минимизировать. Именно поэтому мы в стартовой позиции уводим локти назад и наклоняем туловище слегка вперед, уменьшая нагрузку на нижнем участке траектории, в полной мере используя вертикальное положение бицепса. Затем, после прохождения предплечьем горизонтальной линии, инстинктивно выводим локти вперед, ставя плечо в позицию как на скамье Скотта, тем самым опять снижая нагрузку на бицепс, да еще помогая себе при этом маховым движением спины. Это правильная техника для установки рекордов в подъеме максимального веса на бицепс, но не самая удачная для его тренировки. Использование опоры для локтей (как в скамье Скотта) не позволит вам облегчить себе работу при изначальной установке оптимального угла, но, естественно, является не обязательным условием. При соблюдении правильной техники (а, именно, установки оптимального угла отклонения плеча от вертикали в стартовой позиции, и затем его удержание по ходу всего движения) обеспечить равномерную нагрузку на бицепс может и простой подъем штанги стоя. Вот такие не хитрые, но полезные рекомендации для тренировки бицепса можно получить на основе законов механики. И теперь, когда мы вооружены строгой теорией, уже смело можно идти в тренажерный зал. 30.07.2002г. жүктеу/скачать 104.77 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
