Один на один с врагом: русская школа рукопашного боя

Рис. 16

Кинематические пары в теле человека

Кинематические пары, применяемые в технике и распространенные в природе, имеют принципиально важное отличие.

В технических механизмах кинематические пары устроены обычно так, что возможны их лишь вполне определенные, заранее заданные плоские движения.

Кинематические пары в теле человека – это подвижные соединения двух костных звеньев, обеспечивающие их произвольные пространственные движения. Возможности движения кинематических соединений определяются скелетным строением тела и управляющим воздействием мышц.

Кинематические пары в теле человека принято называть биокинематическими. Из всех биокинематических пар при изучении двигательных действий человека специалистов интересуют прежде всего верхние и нижние конечности тела, представляющие собой – по принятой классификации – низшие вращательные кинематические пары.

Рис. 17

На рис. 17 показана кинематическая модель верхней конечности человека. Шаровым шарниром 1 биокинематическая пара связана с туловищем; между собой звенья пары соединены цилиндрическим шарниром 2. Пространственные биокинематические пары конечностей могут быть замкнутыми или разомкнутыми. Они имеют постоянные и временные связи, которые и определяют, сколько и каких степеней свободы имеет данная рассматриваемая пара. Так, движения руки как разомкнутой биокинематической пары (рис. 18а) ограничены плечевым сочленением, исключающим линейные перемещения плеча 1 относительно туловища.

Ориентация руки в любой момент ее пространственного движения относительно туловища может быть описана пятью параметрами. Координаты x_A, y_A, z_A (рис. 18б) определяют положение плеча 1, положение предплечья 2 относительно плеча задается углом ?₂, поворот предплечья вокруг собственной оси – углом ?₂.

Поворот предплечья на угол ?₂ можно не учитывать, т. к. он не влияет на ориентацию руки в целом. При принятом допущении очевидно, что рука человека в общем случае имеет четыре степени свободы.

Фактическое же число степеней свободы руки зависит от ее ориентации в пространстве и ограничено пределами подвижности плечевого и локтевого суставов.

Рис. 18

Человек и биомеханика

Причины движений в биомеханике рассматриваются во взаимосвязи закономерностей механики и биологии не без учета роли человеческого сознания в целенаправленном управлении движениями.

Изучение движений в биомеханике двигательного аппарата человека в конечном счете направлено на изыскание способов совершения и совершенствования двигательных действий.

В биомеханике используют построенные на основе общей механики данные таких самостоятельных наук, как теория механизмов и машин, сопротивление материалов, теория упругости, аэрогидромеханика и другие.

Из биологических наук в биомеханике более всего используются данные анатомии и физиологии.

Биомеханика связана со многими отраслями знаний, в которых изучаются конкретные области прикладной двигательной деятельности.

Так, инженерная биомеханика смыкается с бионикой и инженерной психологией («человек и машина»). Она связана с разработкой роботов, манипуляторов и других технических устройств, расширяющих возможности человека в трудовой деятельности. Медицинская биомеханика дает обоснование методам протезирования, травматологии, ортопедии, лечебной физкультуры. Космическая биомеханика решает задачи подготовки космонавтов, обеспечения их работоспособности в условиях невесомости, а также двигательных действий при выходе в открытый космос.

Спортивная биомеханика решает общие и частные задачи изучения движений. Она дает не только теоретическое обоснование основ спортивной техники, но и вооружает знаниями, необходимыми для эффективного применения физических упражнений в качестве средства физического воспитания и повышения уровня спортивных достижений.

Освоение основ биомеханики помогает спортсмену разобраться в механизме движений человеческого тела, способствует более глубокому пониманию потенциальных двигательных возможностей человека.

Кинематика движений человека

В биомеханике под кинематикой движений понимают «геометрию», то есть пространственную форму движений человека без учета его массы и действующих сил. Кинематика дает в целом только внешнюю картину движений. Причины возникновения и изменения движений раскрывает динамика.

Положение тела человека в пространстве в биомеханике принято описывать его местоположением, ориентацией и позой.

Местоположение характеризует, в какой части пространства находится в данный момент человек.

Ориентация тела иллюстрирует его поворот относительно неподвижной системы координат (вверх головой, горизонтально, вниз головой, «кругом»).

Поза тела показывает взаимное расположение отдельных частей тела человека относительно друг друга.

Определение местоположения обычно не связано с большими трудностями. Чтобы определить местоположение человека как твердого тела, достаточно указать три координаты какой-либо точки тела в неподвижной системе координат Х₁У₁Z₁ (рис. 19).

В качестве такой точки обычно выбирают центр масс (ЦМ) тела. В принятой системе координат местоположение тела определяется тремя координатами x₁, y₁,