Алексей Кадочников - Один на один с врагом: русская школа рукопашного боя
Интересными особенностями отличается также внутреннее строение пустотелых костей. На рисунке 39б показан полусхематический разрез тазобедренного шарового сустава. Пересекающиеся линии на рисунке – это система тонких внутренних перемычек. Они ориентированы вдоль направлений возможных механических напряжений, возникающих при тех или иных деформациях нагружаемой кости.
Эти перемычки образуются в процессе роста костей под действием внешних нагрузок. При этом реакция костной системы на разрушающие деформации заключается в пассивной ориентировке волокон в направлении тяги. Напрашивается интересный вывод: чем большие нагрузки испытывают кости растущего организма, тем прочнее они становятся.
Рис. 39
Рассмотренные конструктивные особенности строения кости делают ее способной выдерживать огромные нагрузки. Например, при статических испытаниях на прочность бедренная кость (рис. 40а) выдерживала нагрузку F1 = 15 кН (1500 кгс), то есть в 15–20 раз превышающую вес человека. Тазобедренная кость (рис. 40б), поставленная вертикально, в том же опыте выдерживала груз весом F2 = 50 кН (вес автомобиля «Волга»!).
Но прочность ноги определяется самым тонким, а значит, и самым уязвимым ее местом – берцовой костью голени, площадь поперечного сечения которой всего S = 2,8 см2. Требуемое значение предела прочности кости: [φ] = 1,2 .108Па (1200 кгс/см2).
Рис. 40
Тогда по условию прочности предельно допустимая нагрузка на одну ногу Р = S[φ] = 2,8.10 – 4.1,2.108 = 3,36.104H(3360 кгс), то есть при превышающей нагрузке голень ломается.
Проанализируем нагрузки, которые возникают в экстремальных ситуациях (при прыжках, падениях и пр.). В качестве примера рассмотрим прыжок человека массой М = 70 кг с высоты h = 5 м.
Вероятны два случая:
1. Человек после прыжка приземляется, сгибая ноги в коленях. При расчете примем, что перемещение тела при приземлении составляет φl = 0,5 м; ускорение g =10 м/с2.
Нагрузка на голень при столкновении с землей: Р1 = mgh/φl = 70.10.5/0,5 = 0,7.104 Н (700/кгс). Так как Р1<Р, прыжок, скорее всего, закончится весьма благополучно.
2. Человек приземляется, не сгибая ноги в коленях. При расчете примем, что перемещение тела при этом составляет φl = 1 см.
Тогда сила, действующая на голень при столкновении с землей, равна
P2 = 70.10.5/1.10-2 = 3,5 .104 Н (3500 кгс).Прыжок в этом случае, к сожалению, закончится плачевно, так как Р2 > Р.
Вот почему при прыжке с заданной высоты ноги следует держать вместе, полусогнутыми. Это относится и к случаю приземления при прыжке с парашютом. Если перед столкновением с землей не удалось развернуться по ветру, то при боковом сносе ни в коем случае нельзя выбрасывать ногу навстречу приближающейся земле, пытаясь избежать падения.
Трудности управления движениями
Управление движениями тела – эта как будто совершенно естественная и сама собою разумеющаяся вещь – оказывается очень сложным процессом, требующим совместного и согласованного участия очень многих физиологических систем и устройств.
Сложность управления опорно-двигательным аппаратом является, по Бернштейну, «многотрудной» задачей.
Первая трудность
Потребность непрерывного распределения внимания между десятками подвижных шарниров, если бы все элементы сложного движения должны были управляться сознательно, с обращением внимания на каждый из них.
Вторая трудность
Необходимость преодоления непомерно огромного избытка степеней подвижности, которыми насыщено тело человека.
Третья трудность
Управление движениями посредством упругих тяг, каковыми являются мышцы опорно-двигательного аппарата человека.
Управление движениями в физиологии называют координацией движений.
Координация движений есть не что иное, как преодоление избыточной подвижности органов движения, то есть превращение их в управляемые системы. Нетрудно дать точное обозначение и тому основному принципу, который позволил природе обеспечить управляемость костно-мышечных двигательных аппаратов, принципу, опирающемуся на контролирование движений органами чувств. Это принцип внесения непрерывных поправок в движение на основании «донесений» органов чувств – то, что на языке артиллеристов называется корректировкой стрельбы. В физиологии его называют принципом сенсорных коррекций. Мышечно-суставная чувствительность является основной и ведущей в преобладающем большинстве случаев управления движениями. Вся совокупность органов этого вида чувствительности собственного тела называется проприоцептивной системой. Чувствительные окончания органов этой системы (рецепторы) рассеяны повсеместно в мышечных пучках, в сухожилиях, в суставных сумках. Они сигнализируют о положении звеньев тела, о суставных углах, о напряжениях в мышцах и т. д. Вся сигнализация этой системы дает мозгу исчерпывающие сведения как о положении всего тела в пространстве, так и о положении и движениях отдельных его частей. Таким образом, основным принципом, который позволил природе преодолеть избыток степеней подвижности и обеспечить управление двигательным аппаратом, является принцип, опирающийся на контролирование движений посредством органов чувств.
Зрение – главенствующий орган чувств у человека – участвует в управлении огромным количеством движений. Это, по преимуществу, точные ручные рабочие операции, метательные движения, требующие прицеливания (стрельба, метания в цель, игровые виды спорта). Осязание соучаствует со зрением в большинстве точных движений тела и его частей в пространстве, а также в большом количестве трудовых операций. Слух мобилизуется в меньшей мере вкупе с другими органами чувств. Но чаще всего бывает очень трудно расчленить роли перечисленных органов чувств в коррекции сложных движений.
Основной принцип, который позволил природе преодолеть избыток степеней подвижности, – контролирование движений посредством органов чувств.
Основы биомеханики мышц
Известно, что мышца управляется центральной нервной системой. Биомеханика рассматривает, что происходит с состоянием и положением мышцы в результате нервных влияний, т. е. связь линейных перемещений концов мышц (кинематика движения) и усилий, развиваемых ею (динамика движения). Механика мышечного сокращения заключается в связи напряжений в мышце с её деформацией.
Для полного описания биомеханических свойств мышц используют следующие определения:
– жёсткость – способность противодействовать прикладываемым силам. Она проявляется как упругость и квазижесткость;
– релаксация – падение напряжения (натяжения) с течением времени;
– прочность – понимается как прочность на разрыв.
Часто при исследовании механических свойств тела человека и его отдельных элементов не учитывается влияние сухожилий. Сухожилия нередко рассматривают как абсолютно нерастяжимую, гибкую часть мышцы. А сухожилия способны амортизировать резкие толчки и обладают жёстко-демпфирующими свойствами.
Прочность сухожилий превышает прочность мышц в 2 раза. Сухожилия человека разрываются в основном в месте крепления к мышцам.
Сила, скорость и экономичность движений зависят от того, в какой степени человеку удаётся использовать биомеханические свойства своего двигательного аппарата. Сила и скорость движения могут быть повышены за счёт использования упругих сил, экономичность – за счёт использования рекуперации (повторного использования) механической энергии и уменьшения потерь на рассеивание.
Кроме того, необходимо знать, что с возрастанием скорости активного сокращения мышцы величина её предельного напряжения уменьшается, и наоборот, т. е. для того, чтобы нанести как можно более быстрый (резкий) удар (рукой или ногой), необходимо как можно больше расслабить ту часть тела, которая наносит этот удар, перед выполнением ударного движения.
Биомеханические свойства мышц в решающей мере влияют на это. Общеизвестно, что в прыжках вверх с места, выполняемых из приседа после паузы, результат будет ниже, чем в прыжке из приседа без паузы, так как во втором случае используются силы упругой деформации предварительно растянутых мышц. Считается, что рекуперация энергии упругой деформации является основной причиной высокой экономичности бега человека, прыжков кенгуру.
В мышечных и сухожильных структурах может накапливаться значительное количество энергии упругой деформации. Однако накопленная энергия упругой деформации не всегда используется в полной мере. Степень её использования зависит от условий выполнения движений, в частности, от времени между растяжением и сокращением мышцы. Необходимо научиться правильно использовать эту энергию при действиях в рукопашном бою. В процессе тренировок надо учитывать, что механическая прочность сухожилий и связок увеличивается сравнительно медленно. При форсированном развитии скоростно-силовых качеств может возникнуть несоответствие между возросшими скоростно-силовыми возможностями мышечного аппарата и недостаточной прочностью связок и сухожилий. Это грозит потенциальными травмами. Поэтому во время тренировок необходимо обращать внимание на укрепление сухожильно-связочного аппарата. Это достигается объёмной тренировочной работой невысокой интенсивности. Желательно, чтобы движения выполнялись с максимально возможной для данного сустава амплитудой и во всех направлениях.
