Физиология и биомеханика равновесия в виндсерфинге.
Начиная заниматься виндсерфингом или уже катаясь и разучивая новые движения, все виндсёрферы постоянно оперируют такими понятиями, как равновесие, баланс, координация. Постараемся, хотя бы, поверхностно разобраться в вопросе равновесия применимо к виндсерфингу и, для начала, разберём выше приведённые термины.
Равновесие - Состояние неподвижности, покоя, в котором находится тело под воздействием равных, противоположно направленных сил при одинаковых плечах сил, или равных противоположно направленных моментов сил. Состояние, являющееся результатом взаимодействия двух или нескольких противоположно направленных и исключающих друг друга процессов.
Баланс - искусство сохранять равновесие тела при выполнении упражнений на предметах или удерживать в равновесии различные предметы.
Координация - физиологически обусловленная согласованность движений, функционирования органов человека или животного.
Уже из краткого толкования этих терминов условно можно выделить два основных компонента: центральная нервная система (ЦНС) – центр управления движениями, и биомеханика – собственно сами движения и позы. Т.е. для удержания равновесия на доске, из-за скорости и колебаний воды и ветра, в каждый момент времени стойка виндсёрфера, не говоря уже о манёврах, должна подстраиваться под изменившиеся условия. А насколько адекватна будет эта подстройка, зависит от подвижности нервной системы и физических возможностей опорно-двигательного аппарата (ОДА).
Т.к. освоение виндсерфинга неразрывно связано с удержанием равновесия и новые высоты даются только при достаточном уровне координации, то и будем тогда рассматривать удержание равновесия и освоение новых навыков как взаимозависимый процесс.
Устойчивость иногда рассматривают как самостоятельное двигательное качество. Это имеет смысл, поскольку биомеханические механизмы устойчивости отличаются от тех, которые обеспечивают высокую выносливость, силу, быстроту, гибкость и ловкость. Хотя в реальности эти качества взаимосвязаны между собой.
Роль нервных процессов в устойчивости.
В основе устойчивости, как и вообще в основе координации движений, лежит принцип обратной связи. Отклонение от устойчивого положения вызывает действия, направленные на ликвидацию отклонения.
Вертикальную позу человека и устойчивость в других позах обеспечивают три цепи обратной связи:
1) замыкающаяся через центр равновесия во внутреннем ухе;
2) замыкающаяся через зрительный анализатор и связанная с внешними ориентирами;
3) кинестетическая (основанная на ощущениях положения своего тела в пространстве), она замыкается через проприорецепторы мышц.
Все три названные системы стабилизации позы действуют одновременно, и отклонения позы от избранной обнаруживаются и устраняются тем быстрее, чем лучше состояние нервной системы. Функционирование стабилизирующих систем проявляется в треморе (непроизвольных колебаниях) звеньев тела. Частота тремора тем выше и, следовательно, амплитуда тем меньше, чем лучше физическая, техническая, а также и психологическая подготовленность человека.
В человеческом теле 265 степеней свободы, по сути, управление движениями в целом и равновесием в частности является ограничение одних и освобождение других степеней свободы в каждый момент времени. Представьте, сколько работы делает наш суперкомпьютер – ЦНС, управляя всеми этими процессами.
В начале освоения любого действия подстройки (тремор) имеют большие амплитуды, чем и определяют новичка. Процессы возбуждения и торможения в коре больших полушарий идут постоянно и с большой скоростью, но осваивая новые действия, в мозге образовываются новые нейронные связи, по которым эти процессы протекают. Скоростями образования этих связей и прохождения по ним нервного импульса и определяется подвижность нервной системы и скорость усвоения новых движений. Например, у человека, во время обучения езде на велосипеде, руль гуляет во все стороны, т.к. он ещё не успевает остановить вовремя компенсаторное (для удержания равновесия) движение руля. Поэтому он делает много лишних и резких движений, среди которых находятся нужные для баланса. Постепенно лишние движения отсекаются нервной системой в целях экономии энергии, а движения становятся более гармоничными, а компенсаторные колебания незаметными стороннему наблюдателю. Та же картина наблюдается и в виндсерфинге. Движения новичка или продвинутого изучающего новые движения скованны и угловаты, отнимаю много сил, но по мере адаптации всех систем организма к новым условиям человек выполняет изучаемое движение легче и качественнее.
Биомеханические аспекты устойчивости.
Всякое положение виндсёрфера на доске является процессом колебательного характера. Точка общего центра тяжести (ОЦТ) тела на суше при статическом положении испытывает колебания в диапазоне 2-3 см, вследствие кровообращения, лимфотока, дыхания, мышечного тремора и т.п. физиологических факторов. Человек может изменять устойчивость своего тела за счёт варьирования факторов устойчивости, которыми являются:
Площадь опоры определяется суммой площадей ступней и пространства заключённого между ними. Чем больше площадь опоры, тем более устойчиво тело, но относительно к человеку более ограничено в движениях ногами. В виндсерфинге оптимальным будет положение на ширине плеч, с небольшими отклонениями в ширине стойки.
2. Высота расположения точки ОЦТ.
Чем ниже общий центр тяжести, тем устойчивее тело.
Линия тяжести – это перпендикуляр, проведённый из ОЦТ тела на площадь опоры. По тому, как проходит линия тяжести можно определить устойчивость тела в разных направлениях. Если вектор тяжести попадает в центр площади опоры, то устойчивость тела будет одинакова во всех направлениях, если же он смещён в какую-то сторону, то в этом направлении степень устойчивости ниже.
Где h – рост человека; O – точка на площади опоры, куда проецируется вектор тяжести G; Ra и Rb – реакция опоры, т.е. человек давит на опору сверху, а она с такой же силой на него снизу; d – плечо силы тяжести G, 2d показывает что по обе стороны от точки О рычаги (плечи) и силы равны, следовательно тело имеет устойчивое положение.
4. Величина углов устойчивости.
Это угол образованный двумя линиями, вектором тяжести и линией соединяющей ОЦТ с краем площади опоры. Это динамичный показатель, т.к. любое изменение одного из первых трёх показателей приведёт к изменению угла устойчивости.
Если тело отклонится на такой угол или меньший, то оно сможет вернуться в прежнее состояние, если же будет поворот больше этого угла, тело опрокинется, перейдёт в другое положение.
5. Коэффициент устойчивости тела
Характеризует способность тела сохранять устойчивость при действии опрокидывающей силы. Уметь управлять коэффициентом устойчивости, сознательно или бессознательно, (изменение стойки, перенос паруса, менять момент устойчивости) это и есть свободное катание на доске. КУ это характеристика динамическая.
Теперь тоже самое применимо к виндсерфингу.
Первое очевидное отличие от статической устойчивости это то, что присутствует движение при постоянно меняющихся условиях нижней опоры (доска). Второе что тоже всем видно, но воспринимается не всегда верно это то, что виндсерфер находится как бы в двух силовых полях: сила земного притяжения (вертикальная составляющая) и сила ветра (горизонтальная составляющая). Из действия двух сил появляется третья равнодействующая сила, которая и является для виндсерфера теперь аналогом силы земного притяжения. ЦТ виндсерфера теперь давит на опору не в вертикальном направлении, а под углом, который определяется именно наклоном этой равнодействующей к горизонту.
Где G – сила тяжести; Fв – сила ветра; Fр – равнодействующая G и Fв.
Как видно из рисунка, в переднее-заднем направлении угол устойчивости достаточно мал, прибавив к этому нестабильность доски, становится понятно, почему в этом направлении самые частые падения.
Во фронтальной плоскости эти углы немного больше, что даёт большую устойчивость во фронтальной плоскости.
В горизонтальной плоскости происходит закрывание/открывание паруса, как сгибанием/разгибанием рук, так и поворотом тела.
Всё вышесказанное в основном относится к малым скоростям в водоизмещающем режиме. В этом режиме силы инерции движения относительно малы, поэтому закономерности удержания равновесия работают такие, как если бы человек стоял на балансборде и в руках держал резиновый амортизатор, тянущий его вперед. В таких условиях равновесие относительно легко держать, надо только подстроиться между двух сил, или в двух силовых полях, перпендикулярных между собой.
К перечисленным выше факторам добавим фактор плавучести доски. Т.е. она не просто двигается, она может притапливаться, т.е. в разных плоскостях менять угол наклона. Тогда мы вводим понятие центр плавучести доски. Если совсем по простому, то это та точка на доске, на которую если надавить то доска будет погружаться под воду равномерно, а если мимо него надавить, то доска будет переворачиваться.
Когда мы стоим на суше, то уравновешиваем свое тело в поле силы тяжести с реакцией опоры. А вот когда стоим на доске, которая движется под воздействием силы ветра, то приходится уравновешивать себя в двух силовых полях, себя по отношению к доске, доску по отношению к воде, себя с парусом, и всю систему целиком - человек-доска-парус.
Это были базовые понятия о равновесии виндсерфинга в водоизмещающем режиме.