«Вспомогательные технические средства поддержания равновесия при обучении технике гребли на байдарках»

Подготовила: Андреева Н.Б.

Введение

Наиболее полное представление о равновесии нам дает классическая механика (раздел статика), но рассмотрение спортивных упражнений в таком ключе достаточно условно, т.к. тело спортсмена представляет собой многозвенную структуру с огромным количеством степеней свободы.

Гавердовский Ю.К. выделяет четыре основных вида равновесия: устойчивое (площадь опоры находиться выше ОЦМ), неустойчивое (ОЦМ выше площади опоры), безразличное (равновесие сохраняется независимо от подвижек объекта) и ограниченно устойчивое (практически устойчивое, если ОЦМ удерживается над площадью опоры путем активного балансирования).

Гребля на байдарках относиться к упражнениям с ограниченно устойчивым равновесием.

Основным условием сохранения равновесия является удержание проекции ОЦМ в пределах площади опоры, в гребле над центром выталкивающей силы см. Приложения Рис. 1.

Это требование и представляет собой  основную проблему первоначального обучения технике гребли на байдарках. Поскольку без активных двигательных действий направленных на поддержание равновесия гребная биомеханическая система  является абсолютно не устойчивой к опрокидыванию во фронтальной плоскости. Без гребковых действий, площадь опоры представляет собой линию см. Приложения Рис. 2.

При совершении гребковых действий появляется дополнительная точка опоры в виде опоры весла о воду, что многократно увеличивает эффективную площадь опоры. См. Приложения Рис. 3.

Но переход к гребковым действиям представляет сложность, в связи с тем, что для совершения гребковых действий необходимо разбалансировать систему и перейти к заваливанию на сторону гребка с последующей постановкой весла и переходом к устойчивому равновесию. Необходимо научить спортсмена, падая из состояния неустойчивого равновесия подставить весло и перейти к устойчивому равновесию.

Опытные гребцы проскакивают точку неустойчивого равновесия по пути между двумя точками устойчивого равновесия, тогда как новички пытаться балансировать в точке неустойчивого равновесия см. Приложения Рис. 4.

Обучение поддержанию баланса, в гребле на байдарках, чем-то напоминает обучение езде на велосипеде, не держась руками за руль. При низких скоростях движения колеса вращаются медленно и гироскопического эффекта не достаточно, чтобы стабилизировать прямолинейное движение, поэтому обучаемый крепко держит руль, при наборе скорости гироскопический эффект возрастает и его уже достаточно для поддержания прямолинейного движения но предыдущий опыт раскачивания и страх падения не позволяют оторвать руки от руля. Поэтому, мало квалифицированные обучающиеся пытаться учиться поддержанию равновесия на низких скоростях стараясь «почувствовать равновесие», но нельзя почувствовать то, чего нет (гироскопического эффекта), что и приводит к падениям. Логичнее обучаться на высокой скорости где гироскопический эффект есть и его можно почувствовать, но для этого необходимо исключить возможность падения и самопроизвольного изменения направления движения с помощью вспомогательных устройств ограниченной помощи. И как только обучающийся почувствует гироскопический эффект и научиться им управлять необходимость в помощи будет снижаться и постепенно отпадет и тогда он сможет даже на небольших скоростях с низкими значениями гироскопического эффекта поддерживать равновесие.

Литературный обзор данного вопроса,  показал, что большинство авторов учебной литературы по гребному спорту либо совсем не уделяют внимания развитию равновесия (Е.С. Ульрих, Н.В. Жмарев, В.Ф. Каверин 2004), либо описывают условия равновесия в самом общем виде (Е.Ф. Емчук, Н.В. Жмарев 1969).

В современном учебнике «Гребной спорт» 2006 г. На развитие равновесия рекомендуют выделять 2-3 занятия, в примерной программе для СДЮСШОР Каверина 2004 г. о равновесии нет ни слова.

Данный вопрос практически полностью отдаётся на самостоятельное освоение, что и приводит в дальнейшем к появлению трудно исправимых технических ошибок и даже профессиональных заболеваний. Если вспомнить пример с велосипедистом, тренер дает задание обучающемуся езде: катайся, падай, когда научишься – приходи, буду тебя дальше обучать. Исходя из этого, встает только один вопрос, если обучающийся всему учиться сам, зачем в этой системе тренер? Смотреть на беспомощность обучающихся и быть  не в силах им помочь (без вспомогательных средств поддержания равновесия) может кто угодно. 

Наилучшим образом о таком обучении говорит господин Гавердовский Ю.К. в своей работе «Обучение спортивным упражнениям»: «Попытки разучивать упражнение, несмотря на явную неготовность спортсмена, никогда не могут принести удовлетворительного результата. В лучшем случае они заканчиваются отказом от замысла после серии резко выраженных неудач. Худший вариант такой работы - физические и (или) психические травмы, стойкая интерференция, закрывающая путь к успешному освоению данного упражнения и его структурных аналогов в дальнейшем. В тех случаях, когда не происходит ни того, ни другого и обучение продолжается несмотря на явную бесперспективность, оно принимает характер «натаскивания», когда спортсмена заставляют осваивать технический суррогат упражнения вплоть до его применения на соревнованиях. В известном смысле этот вариант работы над движениями – один из самых порочных, так как может распространяться на всю практику работы со спортсменами, заведомо лишая его реальных возможностей достижения мастерства».

В гребле на байдарках это происходит  следующим образом, если гребец обладает необходимым навыком поддержания баланса, он наваливается на гребок всем корпусом  и ось поворота проходит по центральной линии судна и трущимися элементами являются корпус судна и вода см. Приложения Рис. 5.

Если же навык поддержания равновесия сформирован неправильно, или не сформирован, то для сохранения горизонтального положения судна спортсмен балансирует только верхней частью корпуса и, ось вращения начинает проходить на уровне 3-4 поясничных позвонков, где и наблюдается наибольшая подвижность поясничного отдела позвоночника по данным Кашуба В.А. 2003 г., что часто приводит к болям в области поясницы у гребцов байдарочников.

Также такой способ поддержания равновесия способствует снижению мощности гребка за счет полного выключения мышечных групп нижних конечностей и частичного выключения косых мышц брюшного пресса за счет использования в качестве стабилизаторов.

Недостаточно развитый навык поддержания равновесия, как не позволяет добиться необходимого продвигающего усилия, также не создает  достаточной опоры для поддержания равновесия. Образуется психологический порочный круг: начинающему спортсмену страшно наваливаться на весло поскольку нет равновесия (шатает), а раз не наваливаешься, то из за этого и шатает.

Решению данного вопроса и посвящена данная работа.

В учебной литературе по гребному спорту встречаются упоминания о возможности применения поплавков для улучшения устойчивости, но никаких чертежей или указаний как изготовить – не имеется, заводских изделий соответственно, тоже нет.

При разработке поддерживающего устройства я исходил из того, что опрокидывающий момент должен быть сбалансирован восстанавливающим моментом создаваемым поддерживающим устройством см. Приложения Рис. 7.

Момент силы равен:

Мх=F*r

Где Mx – момент силы, F – сила, r – плече рычага (В.Н.Курысь 2013)

В данном поддерживающем устройстве сила F создаться архимедовой силой (выталкивающая сила равна весу вытесненной жидкости).

Изменяя объем вытесненной жидкости и плече рычага можно добиваться необходимого изменения восстанавливающего момента т.к. при повышении мастерства часть нагрузки перераспределяется на весло и необходимость в дополнительной поддержке снижается см. Приложения Рис. 8.

Так как никаких рекомендаций в литературе не нашлось, а определение опрокидывающего момента не представляется возможным в виду большого количества влияющих факторов (многозвенность тела человека, различные росто-весовые показатели, инерционные нагрузки и др.) основные характеристики крыла пришлось определять методом подбора.

 Максимально возможное поддерживающее устройство при полном погружении имеет момент силы 50 н/м, что соответствует 10 –и литровой емкости расположенной в 50-и см. от центра вращения (центра лодки). Большего момента добиваться нет необходимости, т.к. уже при этих значениях, при возникновении критических кренов  гребец не переворачивается, а выпадает из лодки.

Оптимальным шагом восстанавливающего момента на поддерживающих устройствах является 10 н/м, т.к. меньшие значения практически не ощутимы, а большие приводят к сильным колебаниям на начальном этапе использования, что негативно сказывается на технической подготовленности нарушая преемственность обучения.

Минимально возможное поддерживающее устройство водоизмещающего типа при полном погружении имеет момент силы 10 н/м, что соответствует 2-х литровой емкости расположенной в 50-и см. от центра вращения.  Меньшие значения уже не обеспечивают сколько ни будь ощутимой помощи.

Исходя из опыта подбора и эксплуатации могу внести следующие рекомендации:

Оптимальными значениями рычага  являются 50+/- 20 см. т.к. более длинный рычаг создает следующие трудности: осложняет посадку в лодку и расхождения судов, снижает эффективность рулевого управления. Более короткий рычаг даже при применении крупных емкостей не обеспечивает достаточного значения восстанавливающего момента.

Емкости должны иметь точно вымеренный объем, быть вытянутой, обтекаемой формы.

Расстояние от емкости до воды на ровном киле 5-7см. При больших значениях включение в работу поддерживающего устройства ощущается как удар, что приводит к дестабилизации  системы. При меньших значениях поддерживающие устройства строго держат лодку мешая создавать необходимый уровень крена судна.

Исходя из вышеизложенного для оптимизации процесса обучения необходимо иметь набор крыльев из 5 шт., со значениями восстанавливающего момента 50,40,30,20 и 10 н/м.

К сожалению, даже после работы на всех видах вспомогательных устройств для поддержания равновесия, не представляется возможным сесть в гоночную лодку и выполнять техническую работу, т.е. усидеть на ней в принципе можно (в зависимости от способности ученика), но выполнять технические задания не получается.

Это вызвало необходимость разработки еще одного вспомогательного устройства, которое компенсировало пробел между минимально возможным водоизмещающим поддерживающим устройством и греблей без вспомогательных устройств.

Поиски в этой области привели меня к созданию поддерживающего устройства с другим типом поддержания (гидродинамическим).

Наиболее интересным свойством данного поддерживающего устройства является разный тип работы при движении  и остановке судна.

Схема работы поплавка (лыжи) данного типа, при движении, приведена на Рис. 9 по данным Г.М.Новак 1975г. Также господин Новак Г.М. указывает, на то, что существует связь между подъемной силой, скоростью, нагрузкой, шириной смоченной поверхности). Дабы не перегружать сознание читателя формулами связывающие эти параметры, скажу лишь то, что при данном режиме эксплуатации подъемная сила превышает ту, что возникает при эксплуатации крыла на стоящем судне, поэтому расчет практического интереса не представляет. Если гребец уверенно сидит на стоящей лодке то при движении устойчивость будет возрастать пропорционально квадрату скорости.

На стоящем судне устройство работает по другому см. Приложения Рис. 10.

Работа поддерживающего гидродинамического устройства при стоящем судне определяется следующими параметрами:

 Момент силы равен:

Мх=F*r

Где Mx – момент силы, F – сила, r – плече рычага

В данном поддерживающем устройстве сила F = (а*в)* (0,5g*V2)

Где: а – длинна пластины, в – ширина пластины, g – плотность воды, V – скорость погружения пластины.

В связи с тем, что плотность воды не меняется, а скорость в данном случае мы регулировать не имеем возможности, то для воздействия на  поддерживающие свойства устройства  остаются два параметра: длинна рычага и площадь пластины.

Отсутствие исчерпывающих данных о нагрузке и скорости движения пластины привело к необходимости подбора параметров поддерживающего устройства.

Как и в случае с водоизмещающим крылом выбор длинны рычага был определен необходимостью обеспечения удобства эксплуатации с сохранением необходимой функциональности и, составил 50 см.

Рассмотрим влияние площади пластины на поддерживающие свойства данного устройства: из рисунка 9 видно, что наибольшее гидродинамическое давление,  пластина испытывает в точке соприкосновения с водой, после чего давление снижается, что может навести на мысль о необходимости широкой и короткой пластины. Но при включении в работу такой пластины, моментально будет создаваться большая подъёмная сила, что воспринимается как удар и разбалансирует гребную биомеханическую систему. Поэтому я рекомендую вытянутые пластины в форме лыжи, работа которых является гораздо более «мягкой». При первоначальном обучении на данном виде поддерживающих устройств рекомендую пластины площадью 960 см2 и, хотя их поддержка ощущается как более значительная чем водоизмещающих с восстанавливающим моментом 10 н/м, отсутствие восстанавливающего момента при остановке требует приобретения необходимых навыков балансирования. Затем следует применять пластины площадью 600 см2. На заключительном этапе применяются пластины площадью 420 см2. Также нами тестировались пластины меньшего размера (300 и 240 см2), но рекомендовать их не могу в следствии крайне низкой несущей способности.

 Рассмотрим влияние угла атаки пластины на поддерживающие свойства данного устройства при движении судна. Уменьшение угла атаки хотя и приводит к некоторому снижению лобового сопротивления устройства, но при получении деферента на нос судна (при волнении или скапливании трюмовых вод в носу судна) способствует появлению отрицательных углов атаки, что ведет к «закапыванию» пластины и непреднамеренному перевороту судна. Исходя из вышесказанного не рекомендую установку угла атаки менее 10 градусов. Увеличение угла атаки приводит к резкому торможению со стороны используемой пластины, что негативно сказывается на скорости движения и возможности управления судном, поэтому не могу рекомендовать установку угла атаки более 30 градусов. Оптимальным углом атаки считаю 15-20 градусов.

Угол предварительного наклона пластины подбирается таким образом, чтобы пластина в момент касания была параллельна воде. (для лодок: Nelo, Альбатрос, Plastex – составляет около 15 градусов).

Для продолжения обучения необходимо иметь 3 крыла с гидродинамическим типом поддержания с площадью несущей пластины 960,600 и 420 см2.

После использования устройств с гидродинамическим принципом поддержания, рекомендую продолжить обучение в лодках старого образца (шириной 52 см.) и наконец, когда и на этих лодках возможно четкое исполнение технических заданий, далее имеет смысл переходить к обучению в современных гоночных лодках.

Сравнительная характеристика поддерживающих устройств водоизмещающего и гидродинамического типа поддержания показывает следующее. Благодаря своим свойствам устройства водоизмещающего типа оптимально подходят для начального обучения поддержанию равновесия и технике гребле на байдарках. К положительным свойствам данных устройств можно отнести заданную поддерживающую способность не зависящую от скорости движения,  к негативным особенностям относится значительное возрастание лобового сопротивления при переходе от обучающих к тренировочным режимам работы, высокую парусность, отрицательное влияние на рулевое управление.

Устройства гидродинамического типа поддержания оптимально подходят для технической работы в учебно-тренировочных группах. К положительным свойствам данных устройств можно отнести низкое гидродинамическое сопротивление движению, достаточную поддерживающую способность при наличии базовых навыков балансирования.

Рассмотрим основные плюсы работы с системой поддерживающих устройств.

Имея набор из 8-ми поддерживающих устройств можно успешно подготовить спортсмена от группы начальной подготовки до учебно-тренировочной группы без переворотов (или с минимальным их количеством), что благоприятно сказывается на технической подготовленности и уверенности в себе, а во многих случаях и на физическом и психическом здоровье занимающихся (вместо страха неизбежного, неконтролируемого переворота появляется потребность повысить свое мастерство используя меньшую поддержку, желание испытать себя).

Возможность отработки любых технически сложных элементов без возможности перевернуться.

Возможность проводить техническую подготовку при действии неблагоприятных сбивающих факторов: ветер, волна, низкие температуры воды (при перевороте в воду с температурой +3о по Цельсию, по данным Михайловой Т.В. – среднее время до потери сознания составляет 14 минут, до смерти – 20 минут).

С моей точки зрения дальнейшее развитие поддерживающих систем должно идти по пути снижения ударных нагрузок, что повысит как устойчивость системы, так и  удобство ее использования.

Наиболее рациональны следующие варианты.

С использованием подвижной пятки опорной пластины поддерживающего устройства.

С использованием подводного крыла см. Приложения Рис. 11. Т.к. с приближением к поверхности воды подводное крыло значительно теряет подъемную силу, регулирование восстанавливающего момента будет происходить безударно и бесступенчато. Так же появление данного устройства будет способствовать разработке подводных крыльев не только балансировочного, но и разгружающего типа, что позволит значительно поднять тренировочные скорости движения, это несомненно положительно скажется на технической подготовленности в зоне гоночных скоростей.

 К сожалению, изготовить устройство данного поддерживающего типа своими силами в данный момент не представляется возможным ввиду технологической сложности изделия.

Список использованной литературы:

  1. Биомеханика. Познание телесно-двигательного упражнения: учебное пособие / В.Н. Курысь.-М.: Советский спорт, 2013.-368с.
  2. Гавердовский Ю.К. Обучение спортивным упражнениям. Биомеханика. Методология. Дидактика.-М.: Физкультара и Спорт, 2007.-912с.
  3. Гребля на байдарках и каноэ. Примерная программа спортивной подготовки для детско-юношеских спортивных школ, специализированных детско-юношеских школ олимпийского резерва.-М.: Советский спорт, 2004.-120с.
  4. Гребной спорт: учебник для студ. Высш. Пед. Учеб. Заведений / Т.В. Михайлова, А.Ф. Комаров, Е.В. Долгова, И.С. Епищев; под ред. Т.В. Михайловой.- М.: Издательский центр «Академия», 2006.-400с.
  5. Гребной спорт: Учебное пособие для ДСШ и школьных коллективов физической культуры.-М.: Физкультара и Спорт,1965г.-243с.
  6. Кашуба В.А. Биомеханика осанки.-Киев: Олимпийская литература, 2003.-279с.
  7. 15 проектов судов для любительской постройки. Г.М. Новак. Л., «Судостроение», 1975.-240с.
  8. Жмарев Н.В. Тренировка гребцов.-Киев: Здоровье, 1976г.-123с.
  9. Школа гребли. И.Ф. Ефимчук, Н.В.Жмарев.-М.: Физкультара и Спорт, 1969г.-174с.