КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА

Кинематические особенности движений человека как биомеханиче­ской системы намного сложнее, чем особенности движений твердого тела. Это зависит как от механических причин, так и от биологических факторов — активности мышц.

Составное движение и его составляющие

В биомеханике удобно условно различать: а) составное движение как результат движения нескольких связанных друг с другом тел и б) сложное движение одного тела (одновременно поступательное и вращательное).

Выше говорилось о том, что сложное движение твердого тела в пространстве можно представить себе как результат сложения двух простых движений: поступательного и вращательно­го. В этом случае складываются два движения одного тела.

Но тело человека — изменяемая система, поэтому в его двига­тельной деятельности имеет место еще и сложение движе­ний различных звеньев. Например, при толкании ядра движение кисти легкоатлета относительно Земли есть результат сло­жения множества движений звеньев ноги, туловища и руки, т.е. со­ставное движение.

Сложение скоростей и ускорений в составном движении

Результирующая угловая скорость двух вращательных движений (переносного и относительного) вокруг параллельных осей равна их сумме, если вращения направлены в одну сторону, и разно­сти — если направления противоположны.

Иначе говоря, здесь имеет место алгебраическое суммирование. Результирующая угловая скорость увеличивается, когда составляю­щие ее угловые скорости направлены в одну сторону. Движение же в каком-либо сочленении в противоположную сторону уменьшает скорость конечного звена (и линейную, и угловую).

Результирующее ускорение такого составного движения, в котором переносное движение является вращательным, равно сумме трех ус­корений: переносного, относительного и поворотного:

Сложение скоростей и ускорений происходит намного сложнее, если переносное движение вращательное, а относительное — посту­пательное.

Уточним направление поворотного ускорения. При отдалении тела по радиусу от оси переносного вращения поворотное ускорение нап­равлено в сторону вращения, при приближении тела к оси вращения оно направлено в сторону, противоположную враще­нию.

Иначе говоря, при приближении тела к оси вра­щения поворотное ускорение отрицательное, при отдалении тела от оси вращения — поло­жительное (по отношению к скорости вращения).

Изменение скоростей в движениях человека

Изменениями направления и сложением скоростей движений звеньев обусловливаются возвратно-вращательный, а иногда и возвратно-поступательный, а также круговой характер движений звеньев тела человека.

При движениях звеньев в суставах движение каждого звена можно приближенно рассматривать как вращательное. Следовательно, траек­тории точек звеньев будут криволинейными и скорости будут изме­нять свое направление. Благодаря сложению движений звеньев в со­ставное движение траектории рабочих точек могут иметь очень разно­образную пространственную форму. Также весьма разнообраз­ными могут быть изменения результирующих скоростей рабочих то­чек.

Ни в одном сочленении человека и животных невозможно полное вращательное движение. Во всех одно- и двуосных суставах возможны движения вокруг осей в пределах обычно около половины окружности. Вследствие этого движения в суставах имеют возвратно-вращательный характер (со сменой направления на обрат­ное). В большинстве случаев это движения колебательноготипа.

В результате пары вращений с одинаковыми по величине, но проти­воположными по направлению угловыми скоростями (например, раз­гибание в локтевом и сгибание в плечевом суставах) возникает посту­пательное движение звена или нескольких звеньев (например, движе­ние предплечья и кисти вперед). Но такое движение также ограниченное связями в суставах и потому носит возвратно-посту­пательный характер (со сменой направления на обратное). Надо подчеркнуть, что поступательным движение является относи­тельно всего тела, а в соответствующих суставах — это по-прежнему возвратно-вращательное движение.

В шаровидных суставах (плечевом, тазобедренном) возможно кру­говое движение (циркумдукция) без возвратного движения. В механике это движение рассматривается как ряд последовательных элементарных поворотов вокруг мгновенных осей вращения, прохо­дящих через сустав. Мгновенная ось все время изменяет свое направ­ление; мгновенные угловые скорости и ускорения также все время изменяются. Таким образом, круговое движение — это сложное дви­жение, состоящее из двух вращений.

Из бесчисленного множества возможных траекторий в процессе эволюции и разумного отбора закрепились в практике лишь очень немногие из возможных сочетаний. Это движения, наиболее рацио­нальные как в отношении достижения цели, так и по экономичности использования возможностей. В спортивных движениях отбираются и закрепляются самые эффективные. Поэтому здесь траектории рабо­чих точек и определяющие их скорости движений имеют более строго установленный характер, чем, например, в бытовых движениях.