Биоэнергетика двигательных действий
В двигательных действиях происходит превращение одних видов энергии в другие (химической в механическую и тепловую) и преобразование механической энергии (кинетической в потенциальную и наоборот).
Подвод энергии в биомеханическую систему совершается в результате:
а) превращения химической энергии в потенциальную механическую энергию напряженной мышцы,
б) перехода работы внешних сил в кинетическую энергию биомеханической системы и потенциальную энергию деформированных мышц и перемещаемого тела.
Энергия расходуется на:
а) производительную работу;
б) непроизводительные затраты, связанные с ее превращением и рассеянием энергии;
в) преобразование ее при накоплении в растянутой мышце.
Величина и характер расхода энергии при движениях зависят от особенностей движений. Коль скоро происходит расход энергии, необходим и подвод энергии.
Существует, по меньшей мере, четыре источника энергии, используемой в движениях:
Первый источник энергии движений – деятельность желез внутренней секреции. Например, адреналин увеличивает силу сокращений мышц и функциональную активность кардиореспираторной системы. Эндорфины изменяют деятельность ЦНС, которая влияет на характер движений.
Второй источник энергии движений – биоэлектрический потенциал нервных центров. При сложении нескольких источников импульсации образуется доминанта, поэтому величина конечного биоэлектрического импульса идущего по нервным волокнам к мышцам увеличивается.
Третий (непосредственный) источник энергии движений - запасы химической энергии АТФ в митохондриях клеток. Этот источник находится в мышцах, других органах и крови. В мышцах происходят химические реакции и возникает напряжение в сократительных элементах: химическая энергия превращается в механическую — потенциальную энергию упруго деформированных элементов мышц. Все активные движения совершаются благодаря преобразованию потенциальной энергии напряженных мышц в кинетическую энергию звеньев тела и всего тела в целом. Силы тяги мышц совершают работу. Работа силы — процесс изменения энергии (состояния). Всегда, когда изменяется количество или форма энергии, это следствие работы сил.
Четвертый (непосредственный) источник энергии движений — это механическая энергия внешнего окружения (внешних тел, среды, партнеров и противников). Она передается телу посредством работы внешних сил: а) кинетическая энергия движущихся объектов (например, бросок, выполненный противником в борьбе) и б) потенциальная энергия положения (например, движение вниз при соскоке с перекладины в поле земного тяготения). В этих случаях спортсмен движется пассивно.
Неизрасходованная энергия может накапливаться:
1.Энергия эндокринной системы накапливается в виде повышения концентрации и возможности усиленной секреции активизирующих организм гормонов.
2.Энергия нервных центров запасается благодаря согласованности в работе нервных центров и усилением роста корковых нейронов, обеспечивающих функциональные связи между нейронными ансамблями различных корковых областей.
3.Химическая энергия «запасается» благодаря питанию и дыханию человека. Она превращается в механическую энергию напряженных мышц. Накопление энергии в мышцах происходит и другим путем: когда мышцы растягиваются в уступающей работе, тормозя движение звеньев тела. Кинетическая энергия последних преобразуется в потенциальную энергию упруго деформированных мышц.
4.Механическая энергия может накапливаться в виде потенциальной энергии тела человека, когда он поднимает себя против сил тяжести или использует силу встречного или попутного движения. А также, когда человек использует разнообразные биомеханические способы увеличения силы производимого действия (используя формулу F=ma или F=mV/t).
При всех изменениях энергии значительная часть ее превращается в тепловую и рассеивается. По закону сохранения энергии она не исчезает; но механическая энергия, превращаясь в тепловую, теряется в процессе механической работы. Из затрат механической энергии не более 1/4 идет на механическую работу (к.п.д. 20—25%). Такова несколько упрощенная схема превращения и преобразования энергии при движениях человека.
Энергетика возвратных движений
Возвратные движения включают фазу прямого движения (с торможением) — подготовительную и фазу обратного движения (с разгоном) — рабочую, которые разделены критической точкой на траектории.
Эффективность рабочей фазы зависит от исходного положения звеньев в критической точке и состояния деформации и напряжения ведущих антагонистических групп мышц.
Возвратные движения характеризуются сменой направления движения на противоположное (туда — обратно). Обычно и прямое, и обратное движения состоят каждое из двух фаз:
а) прямое — разгона и торможения,
б) возвратное — вновь разгона и торможения.
Из названных четырех фаз первая и последняя могут значительно изменяться и не составляют типичной картины возвратного движения. Зато торможение прямого и разгон возвратного движений — характерные фазы возвратного движения. Между ними имеется критическая точка — положение, из которого происходит смена направления скорости. Это положение может быть мгновенным (промежуточным в движении); возможна также остановка в этом положении.
Движение получается намного слабее если возвратное движение происходит с паузой в критически точке, за время паузы не сохраняется полностью потенциальна; упругая энергия, мышцы может рассеяться – мышца расслабляется (релаксация).
Возможность рационально делать возвратное движение появляется при использовании криволинейной траектории. Замах тогда переходит в удар (например, в теннисе) без остановки в движении по кривой, с постепенным переключением активности с одних мышц на другие.