Толчок

Толчок — важнейшая часть прыжка. От того, насколько правильным был толчок, зависит высота и длина прыжка, число оборотов, устойчивость движения оси вращения. Практика показывает, что наиболее сложным в прыжках является создание вращательного движения тела вокруг продольной оси, а также согласование маховых движений с разгибанием толчковой ноги мощным продвижением тела вперед-вверх.

Рис. 4. Схема поворота тела в толчке в прыжке сальхов:1—8 — последовательные положения линии плеч в толчке; Δφ — угол поворота линии плеч за время скольжения по толчковой дуге

Создание начального вращения тела. Итак, в полете тело фигуриста вращается вокруг продольной оси. При выполнении прыжков в фигурном катании на коньках вращательное движение вокруг продольной оси тела возникает во время толчка. Поскольку в полете на фигуриста действует лишь одна внешняя сила - сила тяжести, момент которой относительно о.ц.т. тела равен нулю, сообщить телу вращательное движение спортсмен может только в опорных условиях, т. е. в толчке. В полете нет ни круговых движений конечностями, ни изгибаний туловища, ни значительных скручиваний и раскручиваний тела относительно каких-либо осей. Другими словами, характер перемещений звеньев тела в полете говорит о том, что вращательное движение создается в толчке. Выполняя группировку или разгруппировку, фигурист лишь увеличивает или уменьшает угловую скорость вращения, а момент количества движения, или, говоря упрощенно, запас вращательного движения тела, практически остается неизменным.

Изучение движений частей тела при выполнении толчка в раз-личных прыжках позволило определить несколько способов создания начального вращательного движения вокруг продольной оси.

Способ первый — скольжением по дуге. На рис. 4 дана схема поворота тела при скольжении по толчковой дуге в прыжке сальхов.

При перемещении из положения 1 в положение 8 линия плеч совершила поворот на определенный угод (Δφ). Приближенно можно считать, что на этот же угол совершило поворот и все тело фигури-ста. Зная, что указанный поворот произошел за определенное время (Δt), можно определить среднюю угловую скорость вращения тела:

Если во время отталкивания момент инерции тела относительно оси вращения был в среднем равен J, то момент количества движения, которым будет обладать тело в полете, равен

Рис. 5. Вращение верхней части тела в толчке в прыжке петля

Угол поворота тела (Δφ) зависит от кривизны толчковой дуги (чем она больше, тем больше угол поворота). Таким образом, во время движения по толчковой дуге тело спортсмена приобретает начальное вращение, количество которого определяется кривизной толчковой дуги, временем скольжения по этой дуге и положением звеньев тела относительно оси вращения (моментом инерции тела относительно этой оси).

Способ второй - вращением верхней части тела. На рис. 5 дана кинограмма толчка в прыжке петля. Видно, что голова, плечи и руки фигуриста вращаются относительно таза. В результате верхняя часть тела приобретает вращательное движение, момент количества которого (К_в) равен произведению момента инерции верхней части тела (J_R) на угловую скоростьее вращения (ω_Β ):

Из-за ограниченной подвижности плеч относительно таза верхняя часть тела увлекает нижнюю, тогда все тело приобретает вращательное движение. Величина момента количества движения остается прежней, но происходит увеличение момента инерции, а угловая скорость, обусловленная вращением верхней части тела, уменьшается:

Итак, благодаря вращению верхней части тела во время отталкивания фигурист приобретает вращательное движение, момент количества которого зависит от угловой скорости вращения верхней части тела и отношения момента инерции верхней части тела (J_в) ко всему моменту инерции тела (J) относительно продольной оси.

Рис. 6. Схема стопорящего движения зубцами конька: А — точка стопора; r — расстояние между точкой стопора и следом опорного конька; V — скорость опорного конька в момент стопора

Способ третий - стопорящим движением. В легкой атлетике, акробатике и в ряде других видов спорта толчок в прыжках, как правило, сопровождается стопорящей постановкой толчковой ноги. Это приводит к потерям горизонтальной скорости, но помогает созданию вертикальной. Одна из специфических особенностей прыжков в фигурном катании состоит в том, что потери горизонтальной скорости правой и левой частями тела в результате стопорящего движения неодинаковы, а это равносильно возникновению вращения вокруг продольной оси тела. На рис. 6 дана схема стопорящего движения зубцами конька. В результате тормозящего действия правой ноги тело фигуриста приобретает вращательное движение вокруг оси, проходящей через точку опоры зубцов конька толчковой ноги.

Рис. 7. Стопорящее движение ребром конька

Количество вращательного движения, полученного телом при стопорящем движении, в основном определяется скоростью разбега, эффективностью стопорящего движения и положением тела в момент толчка.

В носковых прыжках стопорящее движение в основном осуществляется зубцами конька. В реберных же торможение при стопоре выполняется ребром конька, и лишь в заключительный момент толчка в стопоре участвует нижний зубец. На рис. 7 хорошо видно, как возникает начальное вращение в прыжке двойной аксель. Стопорящее движение выполняется ребром.

Наблюдения за выполнением прыжков и анализ кинограмм показали, что указанные три способа создания начального вращения в прыжках встречаются в различных сочетаниях. Каждому прыжку соответствует свой способ или совокупность способов. В табл. 1 приведены способы создания вращательного движения в наиболее распространенных прыжках. Под основным подразумевается способ, с помощью которого приобретается большая часть вращательного движения, под вспомогательным - дополняющий основной.

Таблица 1

Способы создания начального вращения в прыжках

Наименование прыжка	Способ создания вращения
	скольжением по дуге	вращением верхней части тела	стопорящим движением
Аксель			Основной
Сальхов	Основной	Вспомогательный	Сопутствующий
Петля	Вспомогательный	Основной	Сопутствующий
Тулуп		Основной	Вспомогательный
Флип		Основной	Вспомогательный
Лутц		Основной	Вспомогательный
Валлей		Основной

В тех прыжках, где вращение создается несколькими способами, существует определенный порядок следования основного и вспомогательного способов. В прыжке двойной лутц порядок следования может быть выражен временем между началом вращения верхней части тела и началом стопорящего движения. У фигуристов высокой квалификации в среднем оно равно 0,20 сек.

В прыжке петля вращение возникает в первую очередь вследствие скольжения по дуге, несмотря на то что этот способ создания начального вращения является вспомогательным. Затем, через 0,2— 0,3 сек., начинается вращение верхней части тела (основной способ), илишь непосредственно перед отрывом конька ото льда - стопорящее движение.

Следует отметить, что стопорящее движение коньком толчковой ноги в большей или меньшей степени встречается во всех качественно выполненных прыжках. Однако в прыжках сальхов и петля такое движение служит главным образом для обеспечения устойчивости оси

Рис. 8. Маховое движение руками: Р - вес тела без веса рук; P1 - вес руки; Ry,,Rx —составляющие реакции опоры; Sn — нормальная составляющая сила инерции, возникающая в результате вращательного движения рук; Sτ - касательная составляющей силы инерции, возникающая при разгоне и торможении махового ввена;l — расстояние от оси вращения до центра тяжести руки; а - угол поворота руки

вращения в толчке, а не для создания вращательного движения. Вот почему для этих двух прыжков данный способ создания движения является сопутствующим.

В ряде прыжков (сальхов, тулуп, флип) некоторое количество вращательного движения создается при переходе от разбега к толчку. Практика показывает, что акцентированное вращение в этот момент часто вызывает потерю равновесия при скольжении по толчковой дуге. Поэтому предпочтительнее создавать вращательное движение в процессе скольжения по толчковой дуге.

Маховые движения. В прыжках фигуриста маховые движения способствуют перемещению о.ц.т. тела в направлении толчка, улучшают координацию движений при толчке, обеспечивают устойчивое движение оси вращения в полете, повышают эстетическое впечатление от прыжка. Движения свободных конечностей и туловища фигуриста при выполнении толчка изменяют величину опорной реакции. Они эффективны, только если согласованы со сгибанием и разгибанием толчковой ноги. Согласование маховых движений с движением толчковой ноги в первую очередь заключается в том, чтобы дополнительно загрузить толчковую ногу перед началом ее активного разгибания и уменьшить нагрузку на нее к концу толчка.

Каково же влияние маховых движений на реакцию опоры в прыжках? На рис. 8 схематически изображен фигурист, выполняющий маховое движение руками, где Р — вес тела без веса рук, P₁ — вес руки, S_n — нормальная составляющая сила инерции, возникающая в результате вращательного движения рук, S_x — касательная составляющей силы инерции, возникающая при разгоне и торможении маховых звеньев; составляющие реакции опоры: R_x — горизонтальная, R_y — вертикальная. Будем приближенно считать, что на малых отрезках пути при незначительной силе трения движение всего тела плоско-параллельно и равномерно.

Наиболее важно в толчке изменение вертикальной составляющей опорной реакции в результате маховых движений. Спроектируем указанные силы на ось ординат:
R_y — P — 2P₁ + S_τ sin α — S_ncos α = 0, откуда

R_y = P + 2P₁ — S_τ sin α + S_n cos α.

Величина нормальной составляющей силы инерции S_n равна , а касательная составляющей силы инерции равна где ε — угловое ускорение рук, возникающее при разгоне и торможении махового движения; ω — угловая скорость вращения рук при махе; l — расстояние от центра тяжести руки до оси вращения (до оси плечевого сустава).

Таким образом, величина вертикальной составляющей опорной реакции в любой момент (с учетом влияния маховых движений руками) может быть выражена таким образом:

Учитывая, что P + 2P₁=P, т. е. равно всему весу тела, можно записать:

Аналогично выглядит выражение для вертикальной составляющей опорной реакции при маховом движении свободной ногой. Здесь уже P₁ — вес маховой ноги, l — расстояние от центра тяжести ноги до оси вращения (до оси тазобедренного сустава); α, ω и ε — соответственно угол, угловая скорость и угловое ускорение маховой ноги.

Анализируя выражение для вертикальной составляющей реакции опоры (R_y), можно сказать, что она может быть больше, равна или меньше веса тела в зависимости от положения, скорости и ускорения звеньев, выполняющих маховое движение.

Как же согласуются маховые движения руками и свободной ногой с разгибанием толчковой ноги? На рис. 9 приведены угловые характеристики положения маховых звеньев и угла сгибания в коленном суставе при отталкивании в прыжке аксель. Амплитуда движений рук и свободной ноги различна: соответственно 210 и 120^о, а так как продолжительность маха руками и ногой приблизительно одна и та же, то скорости маховых движений рук и свободной ноги различны: скорость махового движения рук больше, чем скорость свободной ноги. Так, средняя скорость вращения рук составляет 1,6 оборота в 1. сек., а ноги — около оборота в 1 сек. При этом от начала маха до положения близкого к вертикальному (а_р — 90—110^о) руки догоняют ногу, а затем обгоняют ее. Однако важнейшим фактом, свидетельствующим о согласованной работе рук и свободной ноги, является совпадение фаз разгона и торможения этих звеньев тела.

Рис. 9. Угловые характеристики положения маховых звеньев и угла сгибания в коленном суставе толчковой ноги в прыжке аксель: αР αН — углы маховых звеньев: руки и ноги; αК — угол в коленном суставе

Рис 10. Положение тела в толчке в момент наиболее сильного взаимодействия конька со льдом

Рассмотрим рис. 10, где приведено положение маховых звеньев в момент наиболее сильного взаимодействия конька со льдом. Маховые звенья - руки и нога находятся в нижнем положении. Следовательно, нормальные составляющие силы инерции также направлены вниз. Подсчет по формуле для вертикальной составляющей реакции опоры (R_y) показывает, что величина опорной реакции, а следовательно, нагрузка на толчковую ногу в этом положении в прыжке аксель у фигуриста, имеющего рост 170 см, вес в одежде 64 кг, достигает 120 кг, т. е. почти вдвое превышает его вес.

Именно из-за значительного увеличения нагрузки разгибание толчковой ноги замедляется, о чем и свидетельствует горизонтальный участок кривой изменения угла в коленном суставе толчковой ноги.

Рис. 11. Положение маховых звеньев в момент торможения махов: Sτ , Sτ - касательные составляющие силы инерции, возникающие в Результате торможения махов рукой и ногой; αρ, αΗ—Углы подъема руки и ноги; lp, lH- расстояния от осей вращения до центров тяжести руки и ноги

Увеличение нагрузки на толчковую ногу одновременно вызывает более глубокое вдавливание конька в лед. В результате движение тела затормаживается, из-за чего скорость движения рук и маховой ноги относительно туловища еще больше возрастает. Таким образом, маховое движение рук и свободной ноги в мoмeнт, когда они находятся в нижнем положении, сопровождается значительным увеличением нагрузки на толчковую ногу и вызывает повышение эффективности стопорящего движения.

Рассмотрим движение тела в фазе торможения махов (рис. 11). S_τp; S_τн - касательные составляющие силы инерции, возникающие в результате торможения махов рукой и ногой; а_р, а_н - углы подъема руки и ноги; l_p; l_H - расстояния от осей вращения до центров тяжести руки и ноги. В этот момент скорости движения рук и ноги резко падают. Поскольку угловая скорость их вращения в этот мо-мент близка к нулю, а углы а_р и а_н около 90^о, величиной нормаль-ных составляющих сил инерции можно пренебречь. В то же время резко возрастают величины касательных сил инерции, возникших из-за торможения маховых звеньев.

Расчеты показывают, что величина опорной реакции в момент, предшествующий отрыву от льда, составляет около 21 кг. Нагрузка на толчковую ногу уменьшается за счет торможения махов руками и свободной ногой приблизительно на 43 кг. Столь значительное уменьшение опорной реакции существенно повышает эффективность толчка.

В некоторых прыжках наряду с маховыми движениями рук и свободной ноги имеет место энергичное разгибание туловища. Это, по существу, маховые движения. Наиболее выражены они в носковых прыжках. Рассмотрим движение туловища в прыжке лутц, где маховый характер его виден особенно отчетливо. Существует два варианта выполнения этого прыжка: с использованием махового движения туловища и без него. Для второго варианта характерно почти вертикальное положение тела во время толчка, из-за чего разгибание туловища выражено слабо. Наблюдения показали, что прыжки, выполняющиеся с энергичным маховым движением туловища, как правило, выше и эффектнее.

Рис. 12. Схема махового движения туловищем в прыжке лутц: а, б - амортизация; в, г — активное отталкивание

На рис. 12 приведены положения тела фигуриста: исходное (а), положение в конечный момент амортизации (б) и в момент отрыва от поверхности льда (в, г).

В фазе амортизации происходит наклон туловища вперед, в фазе активного отталкивания - энергичное разгибание его, т. е. имеет место вращательное движение туловища и свободной поги вокруг оси тазобедренного сустава.

Рассмотрим влияние движения туловища на величину вертикальной составляющей опорной реакции (рис. 13). Формула зависимости величины вертикальной составляющей опорной реакции от параметров вращательного движения туловища и свободной ноги выводится аналогично и имеет вид:

где R_y- вертикальная составляющая опорной реакции; Р₁- вес туловища, рук и головы; P₂ - вес свободной ноги, P₃ - вес опорной ноги, С₁, С₂, С₃ - центры тяжести рассматриваемых частей тела, О- ось тазобедренного сустава опорной ноги, l₁, l₂ - расстояния от оси тазобедренного сустава до центров тяжести звеньев, α - угол поворота туловища и свободной ноги вокруг оси тазобедренного сустава; ω - угловая скорость вращения туловища и свободной ноги; ε - угловое ускорение туловища и свободной ноги; Sn₁ , Sn₂ - нормальные составляющие сил инерции; Sτ₁, Sτ₂ - касательные составляющие сил инерции.

Выражение показывает, что вертикальная составляющая опорной реакции равна сумме проекций на ось ординат сил веса и сил инерции, возникающих под действием вращательного движения туловища и свободной ноги.

Коэффициентзависит от антропометрических данных спортсмена.

Рис. 13. Положение тела в толчке в прыжке лутц: R - вертикальная составляющая опорной ноги; P1 - вес туловища, рук и головы; Р2 — вес свободной ноги; Р3 — вес опорной ноги; С1, С2, С3 — центры тяжести звеньев; О — ось тазобедренного сустава опорной ноги; lx,U - расстояния от оси тазобедренного сустава до центров тяжести звеньев; α - угол поворота туловища и свободной ноги вокруг оси тазобедренного сустава; Snj, Snjj- нормальные составляющие сил инерции; SXi, SXa- касательные составляющие сил инерции

На рис. 14 в качестве примера приведены результаты анализа прыжка двойной лутц, выполненного Г. Зейферт. Величина вертикальной составляющей опорной реакции (R_y) выражена здесь в процентах к весу спортсменки. Мы видим, что в начале толчка маховое движение туловища вызывает увеличение вертикальной составляющей опорной реакции, а в конце его величина этой составляющей значительно уменьшается, что объясняется в основном действием центробежной силы инерции, направленной вверх.

В настоящее время скорость махового движения у лучших фигуристов достигает 0,6 об/сек.

Характерным отличием махового движения туловища от махового движения конечностей является то, что эффективность его в основном зависит от величины центробежной силы инерции. Эффективность же махового движения конечностей зависит от величины касательной составляющей силы инерции.

Отсюда если при маховых движениях конечностей важнейшим является быстрота торможения махов, то при маховом движении туловища основное внимание должно быть уделено увеличению его угловой скорости. Интересно отметить, что наименьшего значения вертикальная составляющая опорной реакции достигает в момент, когда вращение туловища из ускоренного переходит в замедленное. Тогда угловая скорость достигает наибольшего значения, а угловое ускорение равно нулю. Поэтому выражение для R_y упрощается:

Рис. 14. Изменение величины вертикальной составляющей опорной реакции (Ry) в результате махового движения туловищем

Выражение для скорости вращения туловища и свободной ноги, при которой фигурист может создать состояние «невесомости» (вертикальная составляющая опорной реакции равна нулю R_y = 0) исключительно за счет махового движения, выглядит таким образом:

откуда при sina=1

Для фигуриста ростом 170 см и весом 68 кг величина угловой скорости махового движения туловища, при которой вертикальная составляющая опорной реакции равна нулю, составляет около 7,8Г> об/сек, т. е. теоретически при этой скорости фигурист может оторваться от льда без толчка ногой, только за счет махового движения.

Согласованное выполнение маховых движений и разгибание толчковой ноги, эффективное взаимодействие конька со льдом обеспечивают возможность выполнения в полете нужного количества оборотов при устойчивом движении оси вращения.