Примерно полгода назад граждане России с огромным напряжением и беспокойством следили за ходом аварийно-спасательных работ, проводимых на потерпевшем бедствие подводном крейсере "Курск". При этом многие впервые осознали значение, а также тяжесть, напряженность и опасность труда водолазов. Специалистам известно, что подготовка космонавтов к выходу в открытый космос происходит на земле путем их погружения в специальную емкость, заполненную водой, что позволяет моделировать некоторые эффекты невесомости. При занятиях многими видами спорта (спортивное плавание, фигурное плавание, подводное плавание и ориентирование и т.д.) возникает необходимость совершать точные и быстрые движения в условиях водной среды. Выявлено, что плотность воды примерно в 770 раз превышает плотность воздуха, вязкость (внутреннее трение) воды превышает вязкость воздуха примерно в 60 раз, а теплопроводность воды выше теплопроводности воздуха в 25 раз. Несомненно, что такие различия в физических свойствах вышеуказанных сред не могут не оказывать влияния на структуру и координацию движений человека воде.

Целью работы явилась количественная оценка влияния свойств водной среды на скорость движений, а конкретной задачей - изучить действие силы внутреннего трения и плотности воды на быстроту движений человека.

Методика. У испытуемых в статике предварительно измерялась максимальная сила мышц сгибателей предплечья с точностью до 2 Н. Затем у них исследовалась скорость дозированных по амплитуде движений (сгибание в локтевом суставе) в воздушной среде и под водой. Для измерения амплитуды движения предплечья относительно плеча в ходе опыта применялся герметичный датчик-угломер, основным элементом которого являлось прецизионное переменное сопротивление. Сигнал с датчика усиливался и подавался на вход электронного дифференциатора (ДЭ-1), с помощью которого производилось автоматическое вычисление первой и второй производных электрического сигнала (скорость и ускорение движения). Эти параметры регистрировались на шлейфном осциллографе Н-115. Здесь же регистрировалась ЭМГ, отводимая поверхностными электродами от сгибателей и разгибателей предплечья. Отягощение предплечья производилось с помощью специального снаряда, который представлял собой аналог наборной гантели. Испытуемые (12 человек) совершали произвольные движения с максимально возможной скоростью, в отдельных опытах движения руки вызывалось также тетанизацией нервного сплетения в подключичной ямке. Наиболее трудоемкая часть обработки результатов экспериментов производилась непосредственно во время опыта с помощью аналоговой вычислительной техники (получение кривых скорости и ускорения движения, вычисление огибающей интегрированной ЭМГ). Позднее с осциллограмм считывались амплитудные и временные характеристики информативных точек на каждой кривой, которые соотносились со значениями калибровочных сигналов, результаты протоколировались и подвергались статистической обработке на персональном компьютере.

Результаты. Расшифровка осциллограмм показала, что максимум скорости движения наблюдался при достижении предплечьем угла относительно плеча в пределах 85-90 угловых градусов. Закономерно, что у всех испытуемых при движениях и в воздушной, и в водной среде максимальные значения скорости и ускорения проявлялись в движениях свободной (незагруженной) рукой. По мере увеличения массы перемещаемого звена конечности уменьшаются средние и пиковые значения скорости и ускорения движения.

В связи с различиями в максимальной силе мышц сгибателей предплечья у разных лиц производилось сопоставление не натуральных, а относительных значений величин перемещаемого груза, т.е. для каждого испытуемого при подъеме груза разной массы вычислялись величины момента сопротивления (МС) в процентах от максимальной силы сгибателей предплечья.

Соотношение между величиной дополнительного отягощения и скоростью движения после статистической обработки и представления его в графическом виде соответствуют кривой, которая описывается характеристическим уравнением A.V.Hill (1938): V = b (Po - P) / (P + a), из чего следует, что максимально возможная скорость движений достаточно резко замедляется с увеличением массы дополнительного отягощения руки. Так, в случае выполнения движений в воздушной среде увеличение отягощения до 60-75% (от силы мышц сгибателей предплечья) привело к замедлению максимально возможной скорости движения до 45± 19 град./сек., т.е. она уменьшилась у одних и тех же испытуемых примерно в 14 раз по сравнению с движением незагруженной конечностью.

При выполнении аналогичных движений в водной среде эта закономерность сохраняется, однако, величина максимальной скорости движений в этих условиях существенно ниже, чем в воздушной среде, во всем диапазоне значений дополнительного отягощения. Расчет относительной величины отягощения производился с поправкой на потерю в воде его веса и звена конечности на величину веса вытесненной жидкости. Таким образом, максимальное значение скорости произвольных движений в водной среде составило в среднем 445± 13 град./сек (движения незагруженной конечностью). При достижении величины дополнительного груза значений, составляющих 51-60% от максимальной силы сгибателей предплечья, скорость движения в водной среде уменьшилась до 59 ± 7 град./сек, т.е. она замедлилась в 7,5 раз по сравнению с движением незагруженной конечностью в этих же условиях. Таким образом, возрастающее дополнительное отягощение руки в условиях водной среды вносит меньший вклад в замедление движений, по сравнению с его влиянием на скорость движений в воздушной среде. Если рассматривать ход экспериментальных кривых "сила-скорость" в разных средах в диапазоне изменения дополнительного отягощения от 0 до 40% (от мышечной силы), то на этом участке графика точки на кривых, соответствующих движениям в разных условиях, пространственно отдалены друг от друга и различия достоверны. По мере увеличения значений дополнительного отягощения за пределы 40% точки на разных кривых начинают достаточно быстро сближаться, а различия между ними уже не достигают уровня достоверной значимости - две кривые как бы сливаются в одну. Таким образом, скорость движений в водной среде, связанных с перемещением значительных по массе грузов практически мало отличается от скорости аналогичных движений в воздухе.

Аналогичные результаты получены и при движениях, вызванных раздражением двигательного нерва, дозированным по силе электрическим током.

Результаты данных исследований могут быть использованы при разработке средств, методов и организационных форм двигательной деятельности человека в экстремальных условиях. Необходимо также подчеркнуть, что их использование позволит тонко и индивидуально подойти к планированию нагрузки с применением отягощений в водных видах спорта на основе базовых принципов построения спортивной тренировки, разработанных Л.П.Матвеевым и его ближайшими соратниками и последователями. Сегодня эти результаты уже нашли свое применение для совершенствования технологии трудовых операций под водой, при построении режимов труда и отдыха водолазов, методологии проведения занятий профессионально-прикладной физической культурой.

2. Боуш Р.Л. О соотношении между величиной электрической активности и скоростью движений человека в воздушной и водной среде. В сб. "Человек и животные в гипербарических условиях". Л.: Наука, 1980, с.32-34.

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Боуш, Р.Л. Влияние свойств внешней среды на скоростно-силовые характеристики движений // Материалы совмест. науч.-практ. конф. РГАФК, МГАФК и ВНИИФК. - М., 2001. - С. 219-222.