Введение

В современной спортивной гимнастике, несомненно, наблюдается тенденция к постоянному усложнению технических элементов, что требует глубокого понимания биомеханических основ двигательной деятельности спортсменов. Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью теоретического обоснования технических приемов выполнения вращательных элементов с позиций классической механики и биомеханики спорта. Как справедливо отмечают современные отечественые исследователи, эффективность выполнения гимнастических упражнений напрямую зависит от способности спортсмена управлять биомеханическими параметрами движения [1], [2].

Целью настоящего исследования является теоретическое обоснование применения принципов динамики вращательного движения для оптимизации техники выполнения гимнастических элементов различной координационной сложности.

Теоретической базой исследования послужили труды ведущих специалистов в области биомеханики спорта, Ю.Д., Овчинников, В.В. Брызгун, В. Ю. Куимов, А. И. Чикуров, А. Д. Бурмистров, В. В. Епишев, Т.И. Маннанов, Р. А. Пичуева, А. В. Тимофеева, С. В. Нопин, Ю. В. Корягина, С. М. Абуталимова, Г. Н. Тер-Акопов, Л. И. Вашурина, А. В. Балашов, Д. В. Ворончихин, И. Ф. Ибрагимов, С. В. Деменев, С. Г. Диц,  Г.П. Иванова, Виноградова, Е. А., Курысь, В. Н., Гуй, Ю., Киркор, М. А., Овчинников, Ю. Д..

Научная новизна исследования заключается в комплексном теоретическом обосновании применения законов динамики вращательного движения к различным типам гимнастических элементов с учетом специфики изменения геометрии масс тела спортсмена в процессе выполнения упражнений.

Теоретическая значимость работы состоит в систематизации и углублении автором представлений о биомеханических закономерностях выполнения вращательных элементов в гимнастике. Практическая значимость определяется возможностью использования полученных автором результатов в процессе подготовки спортсменов и тренеров для повышения технической эффективности выполнения сложнокоординационных упражнений.

Материалы и методы исследования

Материалами для данного теоретического исследования послужили научные публикации отечественных и зарубежных специалистов в области биомеханики спорта, спортивной гимнастики и теории физического воспитания. Кроме того, в качестве материалов, автором использовались данные о биомеханических характеристиках гимнастических элементов, представленные в специализированной научной литературе и методических разработках.

Методология настоящего исследования основывалась на системном подходе к анализу техники гимнастических упражнений через призму фундаментальных законов классической механики. При работе над статьей, автором использовались следующие методы научного познания: общенаучные методы теоретического исследования, включающие анализ и синтез научной информации, систематизацию и обобщение теоретических данных, метод биомеханического моделирования двигательных действий.

Результаты и обуждение

Фундаментальным принципом динамики вращательного движения, безусловно, является закон сохранения момента импульса, который гласит, что момент импульса замкнутой системы остается постоянным при отсутствии внешних моментов сил. Применительно к гимнастическим упражнениям это означает, что после отделения тела спортсмена от опоры и до момента приземления момент импульса сохраняется, что создает основу для управления вращением. [3]

Момент импульса системы определяется произведением момента инерции тела на угловую скорость вращения. Следовательно, изменяя конфигурацию тела и, соответственно, момент инерции, гимнаст может управлять угловой скоростью вращения при постоянном моменте импульса. Данный принцип лежит в основе выполнения практически всех вращательных элементов в спортивной гимнастике. [4]

Момент инерции тела человека относительно различных осей вращения существенно различается и зависит от положения сегментов тела. При группировке, когда конечности приближены к оси вращения, момент инерции минимален, что приводит к максимальной угловой скорости. Напротив, при выпрямленном положении тела момент инерции максимален, а угловая скорость минимальна при том же моменте импульса. [5] [6]

Рассмотрим конкретные примеры применения данных принципов в различных гимнастических элементах. При выполнении сальто назад в группировке спортсмен после отталкивания создает начальный момент импульса за счет маховых движений руками и разгибания в тазобедренных суставах. В полетной фазе, принимая положение плотной группировки, гимнаст уменьшает момент инерции, что приводит к увеличению угловой скорости вращения. Перед приземлением происходит разгруппировка, момент инерции увеличивается, а угловая скорость снижается, что позволяет контролировать приземление.

Важно отметить, что различные типы вращательных элементов характеризуются специфическими биомеханическими параметрами. Представим систематизацию основных типов вращений в таблице 1.

Таблица 1

Биомеханическая характеристика основных типов вращательных элементов в гимнастике

Динамика выполнения сложных элементов с поворотами вокруг продольной оси требует особого рассмотрения, так как при выполнении винтовых вращений спортсмен должен создать момент импульса относительно продольной оси тела. Это достигается асимметричными движениями конечностей в момент отталкивания или в начальной фазе полета. Характерно, что момент инерции относительно продольной оси значительно меньше, чем относительно фронтальной или сагиттальной осей, поэтому даже небольшой момент силы создает достаточную угловую скорость для выполнения поворотов. [7]

Особый интерес представляют комбинированные элементы, включающие одновременное вращение вокруг нескольких осей. Например, при выполнении сальто назад с поворотом на 360 градусов гимнаст должен управлять двумя независимыми компонентами момента импульса. Сальтовое вращение создается в момент отталкивания, а винтовое вращение инициируется в полетной фазе за счет асимметричных движений. Таким образом, успешное выполнение подобных элементов требует высокой координации и точного дозирования усилий. [8]

Представим количественные характеристики изменения биомеханических параметров при выполнении различных вариантов сальто в таблице 2.

Таблица 2

Сравнительные биомеханические параметры различных вариантов выполнения сальто назад

Анализируя представленные данные в таблице 2, можно заметить, что вариант выполнения сальто в группировке обеспечивает максимальное соотношение между минимальным и максимальным моментами инерции, что позволяет достичь наибольшей угловой скорости при том же начальном моменте импульса. Однако выполнение сальто прогнувшись требует большего времени полета и более мощного отталкивания для создания достаточного момента импульса. [9]

Принцип управления моментом инерции находит применение не только в акробатических элементах, но и в упражнениях на снарядах. При выполнении больших оборотов на перекладине или брусьях гимнаст использует изменение конфигурации тела для регулирования скорости вращения в различных фазах элемента. В верхней точке траектории, где потенциальная энергия максимальна, а кинетическая минимальна, спортсмен может принять более компактное положение для ускорения вращения. [10] [11]

Существенное значение имеет понимание взаимосвязи между высотой полета и возможностью выполнения вращательных элементов. Высота подъема центра масс тела определяет время полета, в течение которого может быть выполнено вращение. Для сальто с одним оборотом вокруг фронтальной оси требуется минимальная высота подъема около 0,8-1,0 метра, для двойного сальто необходима высота 1,5-1,8 метра. Эти параметры определяются не только начальной вертикальной скоростью, но и эффективностью использования момента импульса. [12]

Кроме того, важным аспектом является создание начального момента импульса в момент отталкивания. Величина момента импульса зависит от момента силы и времени его действия. В гимнастике момент силы создается за счет отталкивания ногами при определенном положении тела относительно точки опоры, а также за счет маховых движений руками. Оптимальная техника отталкивания предполагает максимизацию момента силы при сохранении необходимой вертикальной составляющей скорости. [13]

Рассмотрим биомеханические особенности создания момента импульса при различных способах отталкивания в таблице 3.

Таблица 3

Характеристики создания момента импульса при различных типах отталкивания

Анализ данных, приведенных автором в таблице 3, показывает, что наиболее эффективным способом создания момента импульса является использование серии разгонных элементов, таких как рондат и фляк, что позволяет увеличить создаваемый момент импульса на 40-60% по сравнению с выполнением элемента с места. Это объясняется возможностью использования кинетической энергии поступательного движения для создания вращательного движения. [14]

Следует подчеркнуть, что управление вращением в полетной фазе ограничено законом сохранения момента импульса, однако гимнаст может перераспределять момент импульса между различными осями вращения. Данный эффект используется при выполнении элементов с изменением оси вращения, например, при переходе от сальтового вращения к винтовому. Изменение ориентации тела в пространстве приводит к перераспределению компонентов момента импульса относительно осей, связанных с телом.

Необходимо отметить, что точность приземления после выполнения вращательных элементов также определяется биомеханическими закономерностями. Для обеспечения устойчивого приземления гимнаст должен снизить угловую скорость вращения до минимальных значений и правильно ориентировать тело в пространстве. Это достигается своевременной разгруппировкой и принятием положения с максимальным моментом инерции. Расчет момента начала разгруппировки является критически важным для успешного выполнения элемента.

Выводы

Таким образом, проведенный автором в рамках настоящей статьи, теоретический анализ применения принципов динамики вращательного движения, демонстрирует, что эффективность выполнения гимнастических элементов определяется способностью спортсмена управлять биомеханическими параметрами движения в соответствии с фундаментальными законами механики. Понимание взаимосвязи между моментом инерции, угловой скоростью и моментом импульса позволяет оптимизировать технику выполнения элементов различной координационной сложности.

По мнению автора, теоретическое понимание биомеханических закономерностей вращательного движения создает основу для разработки эффективных методик технической подготовки гимнастов и повышения качества выполнения сложнокоординационных упражнений.