Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕНЗОПЛАТФОРМЫ И АКСЕЛЕРОМЕТРА В ГИРЕВОМ СПОРТЕ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ТЕХНИКИ УПРАЖНЕНИЯ «ТОЛЧОК»

Тихонов В.Ф. 1
1 ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»
Применение стационарных тензоплатформ вызывает целый ряд затруднений при их использовании в исследованиях биомеханики двигательных действий спортсменов. Наиболее перспективным представляется метод регистрации динамических показателей движения спортсмена путем применения акселерометров (датчиков ускорения). Проведено сравнительное исследование методов тензодинамометрии и акселерометрии в упражнении гиревого спорта «толчок». Целью работы является определение степени соответствия друг другу показателей вертикальной реакции опоры (R(t)_верт) и вертикальной составляющей ускорения туловища (а(t)_верт) во время выполнения упражнения. Спортсмены-гиревики I спортивного разряда (n = 5) и кандидаты в мастера спорта (n = 6) выполняли толчок одной гири 16 кг в течение 60 с. Регистрация сигналов R(t)_верт и а(t)_верт проводилась синхронно. Для общего применения в исследовании упражнения «толчок» предлагается буквенное обозначение зубцов на графиках R(t)_верт и а(t)_верт, которые соответствуют характерным моментам движений спортсмена-гиревика. Уравнением регрессии определялась взаимосвязь полученных показателей. В результате исследования определился линейный характер зависимости а(t)_верт от R(t)_верт (r = 0,805). Наблюдается синхронность зубцов обоих сигналов. Однако следует отметить некоторое снижение амплитудных показателей силы (F(t) = а(t)_верт *M) при их определении методом акселерометрии. Применение в тренировочной практике акселерометров для регистрации вертикальных перемещений спортсмена во время выполнения физических упражнений является более доступным и менее затратным способом, чем применение стационарной тензоплатформы. Однако совместное применение указанных методов повышает качество исследования техники двигательных действий.
гиревой спорт
соревновательное упражнение «толчок»
тензоплатформа
акселерометрия
реакция опоры
ускоренные движения туловища
1. Воронков А.В., Беляев И.С., Дорохин А.Ю., Кандабар А.Н. Методика спортивной подготовки высококвалифицированных гиревиков // Современные проблемы науки и образования. 2017. № 5. [Электронный ресурс]. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=26871 (дата обращения: 30.01.2021).
2. Ципин Л.Л., Кириллов С.А., Петров В.М., Беляев И.С. Современные тенденции методики тренировки в гиревом спорте // Актуальные проблемы физической и специальной подготовки силовых структур. 2017. № 2. С. 65–71. [Электронный ресурс]. URL: https://vifk.mil.ru/upload/site49/Tl8vxpzOMi.pdf#page=65 (дата обращения: 30.01.2021).
3. Cotter S. Kettlebell Training. Human Kinetics. 2014. 213 p. [Electronic resource]. URL: https://books.google.ru/books?id=-XonAQAAQBAJ (date of access: 30.01.2021).
4. Meigh N.J., Keogh J.W.L., Schram B. et al. Kettlebell training in clinical practice: a scoping review. BMC Sports Sci. Med. Rehabil. 11, 19 (2019). DOI: 10.1186/s13102-019-0130-z.
5. Тихонов В.Ф. Применение микроконтроллера серии Arduino в обучении технике бега на короткие дистанции / Биомеханика двигательных действий и биомеханический контроль в спорте: материалы III Всероссийской научно-практической конференции. М.: Издательство: Московская государственная академия физической культуры, 2015. С. 110–115.
6. Camomilla V., Bergamini E., Fantozzi S., Vannozzi G. Trends Supporting the In-Field Use of Wearable Inertial Sensors for Sport Performance Evaluation: A Systematic Review. Sensors. 2018. V. 18. Р. 873. DOI: 10.3390/s18030873.
7. Hong J.-H., Han K.-S., Kim K. Walking Pattern Analysis Using an Acceleration Sensor Device. Journal of Electrical Engineering and Technology. 2017. Vol. 12 (1). P. 396–401. DOI: 10.5370/jeet.2017.12.1.396.
8. Lingfei Mo, Lujie Zeng. Running gait pattern recognition based on cross-correlation analysis of single acceleration sensor [J]. Mathematical Biosciences and Engineering. 2019. Vol. 16(6). P. 6242–6256. DOI: 10.3934/mbe.2019311
9. Мавлиев Ф.А., Пьянзин А.И., Альбшлави М.М., Кудяшев Н.Х., Зотова Ф.Р. Метрологическая оценка тренировочных и соревновательных упражнений тяжелоатлетов // Человек. Спорт. Медицина. 2020. Т. 20. № 4. С. 111–119. [Электронный ресурс]. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_44428890_47600381.pdf (дата обращения: 30.01.2021).
10. Зухов А.С., Стрельников С.П. Особенности проявления силы реакции опоры при выполнении толчка в гиревом спорте // МНИЖ. 2017. № 5–2 (59). С. 25–28.

Популярность гиревого спорта особенно возросла в минувшем десятилетии. Это отражается в результатах научных исследований как в нашей стране [1, 2], так и во всем мире [3, 4]. Однако существующие методики тренировки гиревиков основаны на эмпирических данных, на личном опыте спортсменов и тренеров. На сайте Всероссийской федерации гиревого спорта можно ознакомиться с рекордными результатами российских спортсменов, которых они достигли без серьезных научных познаний. Однако научные исследования необходимы для того, чтобы обнаружить незаметные для многих «ноу хау» (know how – знаю как). Именно эти «мелочи» помогают повысить эффективность и экономичность двигательных действий. Направление для повышения результативности в спорте показывает наука биомеханика. Для изучения механических характеристик движения человека проводятся измерения времени, скоростей, ускорений и сил. Кажется, всё просто – бери приборы и измеряй. К сожалению, в настоящее время отечественная промышленность приборов для применения в спортивной практике не выпускает. Зарубежные аналоги таких приборов из-за их стоимости недоступны не только для тренеров и спортсменов, но и для научных организаций. Из курса истории биомеханики известны приборы для циклографической съемки Н.А. Бернштейна, спидографы, динамометры для спортивных снарядов, динамографические площадки В.М. Абалакова. Следуя их примеру, нами были изготовлены тензоплатформы и комплексы для измерения ускорения кинематических звеньев человека [5]. Однако применение стационарных тензоплатформ вызывает целый ряд затруднений при их использовании в исследованиях биомеханики двигательных действий спортсменов. Наиболее перспективным представляется метод регистрации динамических показателей движения спортсмена путем применения акселерометров (датчиков ускорения) [6–8]. В этой работе проведено сравнительное исследование методов тензодинамометрии и акселерометрии в упражнении гиревого спорта «толчок».

Цель исследования: определение степени сопряженности показателей вертикальной реакции опоры (R(t)_верт) и вертикальной составляющей ускорения туловища (а(t)_верт) во время выполнения упражнения гиревого спорта «толчок».

Материалы и методы исследования

Спортсмены-гиревики I спортивного разряда (n = 5) и кандидаты в мастера спорта (n = 6) выполняли толчок одной гири 16 кг в течение 60 с стоя на тензоплатформе. Было проведено 24 серии упражнения. Акселерометр (датчик ускорения) ADXL345 закреплялся на поясе у испытуемого. Регистрация сигналов R(t)_верт и а(t)_верт проводилась синхронно с помощью универсального регистратора на базе микропроцессора ATmega328. Частота измерений показателей равнялась 5 Гц, что является приемлемой для таких медленно протекающих процессов. Проводился видеоанализ техники упражнения «толчок» ведущих спортсменов-гиревиков. Также ранее проводились измерения вертикальной составляющей движения туловища у спортсменов высокой квалификации. Для общего применения в исследовании упражнения «толчок» предлагается буквенное обозначение зубцов на графиках, которые соответствуют характерным моментам движений спортсмена-гиревика (рис. 1). Анализ полученных графиков выполнялся с помощью программы Logger Pro 3. В данной программе было найдено уравнение регрессии зависимости R(t)_верт от а(t)_верт. На основе этих данных определялась взаимосвязь указанных показателей.

missing image file

Рис. 1. Техника выполнения соревновательного упражнения «толчок» ЗМС С.Н. Мишина

Результаты исследования и их обсуждение

В процессе исследования доступной научной литературы были найдены многочисленные примеры применения различных сенсорных датчиков в спорте. Например, применение акселерометрии в тяжелой атлетике [9] и тензоплатформы в гиревом спорте [10] способствуют повышению эффективности тренировочного процесса. По видеозаписям на различных соревнованиях были созданы видеограммы ведущих спортсменов-гиревиков. Одна из этих видеограмм ЗМС С.Н. Мишина приводится на рис. 1. Ранее были проведены (n = 187) измерения вертикальной составляющей ускорения туловища у членов сборных команд России по гиревому спорту, а также вертикальной составляющей реакции опоры у спортсменов-разрядников (n = 24) на тензоплатформе. В ходе изучения видеограмм и динамических показателей R(t)_верт и а(t)_верт было выделено 12 характерных фаз движения. Это: a) исходное положение (ИП) перед очередным выталкиванием, b) полуприсед, c) выталкивание, d) «уход» под гири, d1) полуподсед, e) вставание из полуподседа, e1) остановка движения гирь, e2) фиксация, f) начальная фаза опускания, g) свободное опускание гирь, h) опускание гирь на грудь, i) амортизация. Эти характерные фазы имеют те же обозначения на графиках R(t)_верт и а(t)_верт (рис. 2 и 3) На рис. 2 показан случайным образом выбранный образец одного цикла упражнения «толчок» одной гири 16 кг. Для большей наглядности значения на оси ординат а(t)_верт масштабированы до более близкого совпадения по амплитуде кривых R(t)_верт и а(t)_верт. Наблюдается синхронность крупных зубцов обоих сигналов. Необходимо отметить, что небольших зубцов на графике а(t)_верт больше, чем на графике R(t)_верт. Это можно объяснить тем, что результирующее действие силы, передающейся на тензоплатформу, амортизируется усилиями нижних конечностей.

missing image file

Рис. 2. Графики вертикальной составляющей реакции опоры R(t)_верт и вертикальной составляющей движения туловища а(t)_верт одного цикла упражнения «толчок» КМС А. с одной гирей 16 кг

В зависимости от техники выполнения упражнения в интервале «d1 – e» могут появиться дополнительные зубцы (d2, d3, …) в зависимости от длительности фазы полуподседа и усилий во время вставания до положения фиксации. Расщепление зубцов можно наблюдать и на других интервалах. На рис. 3 показан график вертикальной составляющей движения туловища ЗМС Д. Бенидзе при выполнении упражнения «толчок» с двумя гирями по 24 кг. Здесь наблюдается расщепление зубца d1 и зубца h и появление зубцов d2, d3. В настоящее время нет общепринятых модельных характеристик динамических показателей в упражнениях гиревого спорта, и в рамках данной статьи мы не ставим задачи их разработки.

Для одного цикла упражнения (рис. 2) определился линейный характер зависимости а(t)_верт от R(t)_верт с высоким коэффициентом корреляции (r = 0,805) (рис. 4). При этом среднеквадратичное отклонение равняется 1,211 м/с2. На рис. 4 точки а(t)_верт в основном находятся на одной прямой, однако отклонения существуют, и площадь «облака», предположительно, зависит от техники выполнения упражнения. Но для точного определения этой зависимости необходимы новые эксперименты.

missing image file

Рис. 3. Графики вертикальной составляющей движения туловища а(t)_верт одного цикла упражнения «толчок» ЗМС Д. Бенидзе с двумя гирями по 24 кг

missing image file

Рис. 4. Вычисление уравнения регрессии для зависимости а(t)_верт от R(t)_верт, где: Correlation – коэффициент корреляции (r = 0,8051), RMSE – среднеквадратичное отклонение (1,211 м/с2)

Для того чтобы определить амплитудные значения силы F(t), действующей на туловище в вертикальном направлении в характерных точках a, b, c, …, i, необходимо ускорение в этих точках умножить на массу «М» системы «спортсмен – гиря»: F(t) = а(t)_верт *M. В таблицу, приведенную ниже, включены известные данные ускорения а(t)_верт и R(t)_верт из рис. 2. В вычисляемой строке F(t) масса системы «спортсмен – гиря» определяется в интервале «a» от частного R(t)_верт (N) / 9,8 м/с2 = 90 кг. Следует отметить некоторое различие в разности амплитудных показателей R(t)_верт и силы F(t), действующей при движении туловища в вертикальном направлении при его определении методом акселерометрии. Значения этой разницы положительные, кроме точек d1, e1 и f. Мы предполагаем, что в характерных точках с положительной разницей R(t)_верт – F(t), усилия вдоль вертикальной оси в большей или меньшей степени уменьшаются компенсаторными и амортизационными движениями в нижних конечностях. На наш взгляд, отрицательная разница показателей R(t)_верт – F(t) объясняется тем, что данный испытуемый проявляет избыточные усилия и в точках d1, e1 и f избыточный разгон гири вверх завершается ее некомпенсированным падением вниз. В данном примере (таблица) большой разброс в показателях разницы R(t)_верт – F(t) указывает на невысокое качество техники движений испытуемого в упражнении «толчок».

Различие амплитудных показателей вертикальной реакции опоры R(t)_верт и силы F(t), действующей на туловище в вертикальном направлении

 

a

b

c

d

d1

e

e1

e2

f

g

h

i

а(t)_верт, м/с2

9,8

5,7

15,1

2,6

19,8

5,7

10,2

9,8

11,6

5,3

15,3

7,8

F(t) = a(t)_ верт*M, N

882

513

1359

234

1782

513

918

882

1044

477

1377

702

R(t)_верт, N

882

593

1360

237

1480

586

882

882

982

503

1387

799

R(t)_верт – F(t), N

0

80

1

3

-302

73

-36

0

-62

26

10

97

Заключение

Характерные зубцы показателей R(t)_верт и а(t)_верт соответствуют друг другу как на амплитудной оси, так и на временной оси. Применение в тренировочной практике акселерометров для регистрации вертикальных перемещений спортсмена во время выполнения физических упражнений является более доступным и менее затратным способом, чем применение стационарной тензоплатформы. Однако совместное применение тензоплатформы и комплекса датчиков ускорения движения кинематических звеньев спортсменов-гиревиков повышает качество исследования техники двигательных действий.


Библиографическая ссылка

Тихонов В.Ф. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕНЗОПЛАТФОРМЫ И АКСЕЛЕРОМЕТРА В ГИРЕВОМ СПОРТЕ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ТЕХНИКИ УПРАЖНЕНИЯ «ТОЛЧОК» // Современные наукоемкие технологии. – 2021. – № 2. – С. 214-218;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=38521 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674