ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ СПОРТСМЕНОВ

ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ СПОРТСМЕНОВ

Г.И.Попов,
кафедра естественнонаучных дисциплин

Представление о процессе подготовки спортсменов как об управляемом процессе [1,2] требует обязательной реализации ряда необходимых элементов управления [3]. И в этой связи особую значимость приобретает знание планируемых конечных показателей процесса, которые собственно и являются целевой функцией управления.

Если рассмотреть более узкую область процесса подготовки - формирование двигательных действий спортсменов, то о планируемых показателях "двигательного будущего" спортсмена можно получить хотя бы частичную информацию ( в силу больших упрощений ) посредством математического моделирования с помощью антропоморфных математических моделей. Решение их должно производиться в рамках прямой задачи механики. В научной литературе встречаются отдельные упоминания о решении прямой задачи [4,5]. Но в силу ряда математических сложностей и недостаточной точности получения исходных данных о реальном движении, что приводит к большим погрешностям и неустойчивости результатов, решение биомеханических задач в рамках прямой задачи механики еще не стало надежным инструментом исследования. Возникает потребность разработки каких-то процедур, которые позволили бы оценить в реальном движении возможные показатели двигательных действий спортсменов при более высокой (в том числе рекордной) результативности. Можно попробовать сделать прогноз на будущее по выборке тенденций изменения показателей в рамках какой-то последовательности одинаковых измерений. Но в экстраполяции за диапазон измеренных значений уже содержится произвол, зависящий от выбранной математической процедуры экстраполяции. Корректней, конечно, в этом случае проводить только интерполяцию данных. Если же мы получим некоторые точки вне диапазона измеренных значений, то при экстраполяции будут дополнительные опорные точки и эта математическая операция станет корректной и более определенной (по точности прогноза).Как можно получить указанные опорные точки, если двигательных режимов, соответствующих им, спортсмен в настоящее время не может достичь? Сделать это можно в условиях внешней среды, когда убраны имеющиеся для этого препятствия, т.е. посредством искусственной управляющей (И.П.Ратов) и предметной (Г.И.Попов) сред. Тем самым тестирование в искусственных условиях позволяет оценить потенциальные возможности спортсмена, а, с точки зрения роста показателей при переходе в двигательное будущее, - это перевод эндогенной переменной объекта прогнозирования в экзогенную переменную объекта прогнозирования. Указанный подход можно классифицировать как физическое моделирование двигательного будущего спортсмена.

Когда человек выходит в своих двигательных действиях за диапазон привычных для него скоростей движения, то это приводит к возрастанию энергозатрат на осуществление движения. Только в последующем, когда в процессе тренировок человек рационализирует свои технические действия, поднимет свои скоростно-силовые и функциональные возможности, новый скоростной режим станет для него оптимальным и энергозатраты на его выполнение будут снижаться. Но до этого должна быть решена проблема снижения энергетического барьера на период перехода от старого двигательного навыка к новому.

Зависимость энергозатрат в единицу времени () от скорости передвижения (V) у человека выражается в общем виде следующей зависимостью [6]:

где b0 - сумма затрат на функционирование организма в состоянии мышечного покоя и на выполнение рабочих движений "вхолостую": при оценке энергозатрат по ЧСС b0 = ЧССо; b1- коэффициент, характеризующий линейный компонент реакции организма на нагрузку, который преобладает в зоне нагрузок умеренной и большой относительной мощности; b2- коэффициент при квадратичном компоненте зависимости, возникающей в зоне большой и субмаксимальной относительной мощности, когда затраты на преодоление внешних сил сопротивления движению и на работу внутренних органов значительно возрастают; b3- коэффициент, влияние которого сказывается при дальнейшем повышении скорости в зоне нагрузок максимальной относительной мощности, отражает совместное влияние на энергозатраты двух антагонистически действующих факторов: с одной стороны резко возрастает сопротивление среды и внутренняя работа, а с другой - наступает исчерпание функциональных возможностей механизмов энергообеспечения.

При переходе на повышенные, а значит, не оптимальные при данном уровне подготовленности режимы передвижения все члены уравнения с зависимостью от скорости и особенно последний начинают играть существенную роль. При беге на тредбане в последнем члене преобладающий вклад энергозатрат обеспечивается за счет роста внутренней энергии движения человека. Следовательно, в технологии вывода спортсмена на более интенсивные двигательные режимы должен быть заложен механизм снижения энергозатрат, сразу обеспечивающий в идеале фиксированное уменьшение величины энергозатрат до оптимального значения, соответствующего планируемому двигательному будущему.

Существует несколько возможностей указанного снижения энергозатрат [7]:

  • уменьшение величины внешней работы в поле силы тяжести;
  • уменьшение неравномерности перемещения звеньев тела (относится к регулированию внутренней энергии);
  • повышение эффективности движения за счет усиления механизмов рекуперации энергии, связанного с переходом кинетической энергии в потенциальную и обратно;
  • повышение эффективности движения за счет усиления механизмов рекуперации энергии, связанного с запасанием энергии в мышечно-сухожильных структурах;
  • повышение эффективности движения за счет механизма рекуперации энергии, связанного с передачей энергии от звена к звену.

Нас в нашем исследовании интересовали преимущественно первый и последний способы. Эти и другие способы ранее были подробно исследованы в различных спортивных движениях [6, 7, 8, 11]. Последний способ связан с волновым процессом передачи энергии от звена к звену в процессе движения многозвенной системы человека. Указанный процесс вызывает прежде всего рекуперацию внутренней энергии тела человека. Отработана технология усиления процесса передачи энергии при беге посредством вертикальной упругой связи (ВУС) [8,9].

С целью показа возможностей решения проблемы энергетического барьера нами проводились экспериментальные исследования. Использовался тренажер "система облегчающего лидирования", включающий тредбан "Квинтон" и устройство наложения на спортсмена вертикальной упругой связи [8]. Проводились: регистрация частоты сердечных сокращений (ЧСС) пульсометрами "Sporttester", скоростная киносъемка камерами "Аctionmaster 500". Обработка кинографических данных осуществлялась на анализаторе фильмов "Nac Sportias", сопряженного с компьютером. Точность измерения: ЧСС ± 2 уд/мин, перемещений ± 2%, скоростей ± 4%.

Методика проведения педагогических экспериментов состояла в следующем. Испытуемые выполняли бег до отказа на тредбане. Нагрузка задавалась ступенчато возрастающей скоростью движения ленты тредбана. Фоновые попытки выполнялись при обычном беге на тредбане со скоростями, начинающимися для мужчин с 2.5 м/с, для женщин - с 2 м/с. После двух дней отдыха испытуемые также выполняли бег на тредбане, но в условиях вертикальной упругой связи (ВУС) или подвески с тяговым усилием 10% от веса испытуемого. Задание было то же - бег до отказа. В связи с тем, что испытуемые в условиях ВУС ощущали большую легкость в выполнении упражнения, начальная скорость составила: для мужчин 3.5 м/с, для женщин 2.5 м/с. Испытуемыми были спортсмены массовых разрядов, I кандидат в мастера спорта. Общее количество испытуемых 8 человек, возраст 17-20 лет.

Анализ экспериментальных материалов показал следующее. Посредством вертикальной упругой связи можно изменять физиологическую реакцию сердечно-сосудистой системы человека на задаваемые нагрузки (рис.1)

Величина снижения ЧСС зависит, по-видимому, от ряда факторов, но превалирующим из них является приобретенное или врожденное двигательное чувство подстройки под изменение условий выполнения упражнений, а значит, и возможность в той или иной мере подстроится под эти измененные условия. Так более тренированный спортсмен Г. Г - ц при скорости бега 4.5 м/с имеет по отношению к фоновым данным изменение в ЧСС порядка 12-14%, в то время, как другие, менее двигательно развитые испытуемые, имеют изменения 5-7%. Потенциальные двигательные возможности спортсменов также проявляются в величинах достигаемой максимальной скорости бега до отказа, что видно на приведенных рисунках. Поскольку за малый отрезок времени, в пределах которого происходит тестирование в обычных условиях и в условиях ВУС трудно ожидать существенного изменения функциональных и скоростно-силовых возможностей спортсмена, то проявляемые положительные эффекты действия ВУС можно связать только с перестройкой структуры двигательных действий. Воздействие ВУС на кинематику движения отдельных звеньев и ОЦМ уже достаточно подробно изучалось ранее [9, 10].Определенной новизной обладают данные по изменению вертикальных скоростей движения центров масс звеньев и общего центра масс с ростом скорости бега. Здесь прежде всего намечается общее снижение абсолютных значений скоростей при уменьшении периода бегового шага. Тем самым снижается внешняя работа (табл. 1), причем существеннее, чем в обычных условиях бега.

Таблица 1

"Внутренняя" и "внешняя" работа при беге на тредбане за 0.5 цикла (одиночный шаг). Испытуемый Грец Г. 66 кг, 170 см.

Скорость
бега, м/с
Работа (дж)
"внешняя" "внутренняя"
обычные условия бега ВУС обычные условия бега ВУС
3.5

4.5

5.5

67.4

70.0

47.2

58.1

68.1

40.6

88.0

150.5

180.3

97.8

142.3

158.4

Следовательно, в уравнение (1) необходимо ввести дополнительный аддитивный член вида ( -b4(V)n), который учитывает снижение энергозатрат на перемещение ОЦМ по вертикали с ростом скорости передвижения в условиях ВУС. Здесь есть две возможности. Если в обычных условиях бега величина n будет равна n1, то при беге в подвеске n = n2, при этом n2 > n1. Количественную оценку величин n и b4 по нашим данным сделать затруднительно, поскольку еще недостаточно экспериментального материала.

Вторая возможность: n=const, но меняется величина b4, становясь больше в условиях ВУС.

Ранее достаточно подробно изучалось влияние вертикальной упругой связи на рекуперационные процессы в теле бегуна [9], поэтому в настоящем исследовании это не рассматривается, поскольку закономерности те же. Хотелось бы остановиться на совершенно новом аспекте - изменении величины передаваемой вдоль тела бегуна кинетической энергии при росте скорости передвижения в случае воздействия вертикальной упругой связи и без нее. С рекуперационными процессами связано изменение внутренней энергии тела бегуна. Она закономерно растет с ростом скорости передвижения. Причем на больших скоростях в затратах на перемещения тела как материального объекта в потенциальном поле силы тяжести она становится превалирующей. В уравнении (1) занижение темпа ее нарастания по амплитудным значениям можно оценить аддитивным членом вида ( -b5Vm ). По нашим данным оценка m=3 будет достаточно точной, но это необходимо исследовать на большем статическом материале. Следовательно, влияние вертикальной упругой связи будет отражаться в изменении коэффициента "b5", который должен вырастать в условиях ВУС.

Другим источником снижения общих энергозатрат служит уменьшение внутренней энергии за счет роста величины передаваемой энергии. Расчет передачи энергии проведем по фазовым диаграммам, как это было сделано раньше [10]. Оценка проводится только для опорного периода.

На рис.2 представлены графики, которые оценивают не абсолютные значения переданной энергии, а ее прирост в условиях упругой связи по сравнению с обычными условиями бега. Поскольку вектор вертикальной скорости дважды меняет свое направление за опорный период в фазе амортизации и фазе активного отталкивания, на графиках прирост имеет положительные и отрицательные значения. По оси ординат отложены относительные значения опорного периода для того, чтобы можно было сравнивать попытки, выполненные в разных условиях, которые отличаются как длительностью опорного периода, так и соотношением фаз. Смена фаз опорного периода определялась по графику изменения вертикальной скорости движения ОЦМ в тот момент, когда она была равна нулю. Не столь существенное изменение потока энергии говорит о том, что он происходит в рамках механизма рекуперации, связанного с переходом кинетической энергии в потенциальную и обратно. При увеличении величины коэффициента упругости вертикальной связи по сравнению с использованной в эксперименте можно добиться роста абсолютной величины передаваемой энергии.

Результирующее выражение для энергозатрат в единицу времени (мощности) в условиях ВУС может быть представлено в общем виде следующим равенством:

Коэффициенты b4 , b5, m и n индивидуальны для каждого человека. Именно они и отражают его потенциальную возможность подстроиться под навязанные условия выполнения упражнения, в нашем случае - бега. Насколько эта подстройка будет близка к оптимальной для конкретного человека по одному измерению сказать трудно. Необходимо в условиях вертикальной упругой связи провести несколько тренировок с тем, чтобы попытаться уловить тенденции изменения контролируемых показателей в искусственно созданном двигательном будущем. Предел, к которому стремятся исследуемые показатели, и будет искомой точкой. Она будет получена вне диапазона привычных для спортсмена двигательных режимов, а значит может служить прогностической оценкой для построения процесса спортивной подготовки, ориентированной на более высокие спортивные достижения.

Литература

1. Кузнецов В.В., Шустин Б.Н. Методология построения модельных характеристик сильнейших спортсменов // Совершенствование управления системой подготовки квалифицированных спортсменов (теоретические аспекты), - М., 1980. - С. 68-80.

2. Верхошанский Ю.В. Программирование и организация тренировочного процесса. - М.: ФиС, 1985.- 176 с.

3. Талызина Н.Ф. Теоретические проблемы программированного обучения. - М.: МГУ, 1969.- 132 с.

4. Vanghan C.L. Computer simulation of human motion in Sport Biomechanics // Exercise and Sport Sciences Reviews. - 1987. - V. 15. - P. 373-476.

5. Mena D., Manson J.M., Simon S.K. Analysis and synthesis of human leg motion suring gait and its clinical application // J. Biomechanics. - 1981. - V. 14. - P. 823-832.

6. Уткин В.Л. Биомеханические аспекты спортивной тактики / Под ред. В.М. Зациорского. - М.: Ф и С, 1984. - 128 с.

7. Зациорский В.М., Алешинский С.Ю., Якунин Н.А. Биомеханические основы выносливости. - М.: Ф и С, 1982. - 207 с.

8. Попов Г.И. Биомеханические основы создания предметной среды для формирования и совершенствования спортивных движений: Дисс. ... докт. пед. наук. - М., ГЦОЛИФК, 1992. - 48 с.

9. Кузнецов В.В., Попов Г.И. О проблеме целенаправленного изменения спортивного движения вязко-упругими связями // Проблемы биомеханики спорта. - М., 1978. - Вып. II. - С. 26-36.

10. Попов Г.И. Волновой процесс переноса энергии в многозвенных биомеханических системах, взаимодействующих с опорой // Биофизика. - 1987. - Т. XXXII. - Вып. 3. - С. 507-511.

11. Ермолаев Б.В., Попов Г.И. Моделирование волнового движения многозвенной биомеханической системы // Биофизика. - 1990. - Т. 35. - Вып. 6. - С. 1012 - 1018.


 Home На главную  Forum Обсудить в форуме  Home Translate into english up

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Попов, Г.И. Прогностическое тестирование спортсменов // Юбилейный сборник трудов ученых РГАФК, посвященный 80-летию академии. - М., 1998. - Т. 3. - С. 35-42.