Характеристики максимально быстрых точностных движений

 

В предыдущих разделах исследованы особенности программирования максимально быстрых точностных движений на основе анализа их временной структуры. Однако основной показатель эффективности точностного движения – пространственная точность – оценивался до сих пор лишь косвенно, по времени разворота (за целью или на ней). Осталась неисследованной динамика скорости максимально быстрых точностных движений. В данном разделе также рассмотрено влияние на кинематические характеристики максимально быстрых точностных движений внешних сил различной природы.

Изучение изменений биомеханической структуры движения при воздействии внешних сил различной природы в последнее время получает всё более широкую популярность (С.В. Голомазов, 1996; В.С. Степанов, 2001 и др.). При изучении биомеханической структуры точностных движений такой подход позволяет изменить биомеханическую ситуацию на периферии и проследить реакцию центрального и периферического аппаратов управления.

Организация педагогического эксперимента и аппаратура описаны в прил. 1 (четвёртый педагогический эксперимент) и 4.

Из рис. 20 видно, что увеличение силы тяжести и силы упругости, противодействующих движению к цели, в исследовавшихся переделах приводит лишь к незначительному изменению точности движения на 10 см (p>0,05).

Показатели точности движений с одинаковой амплитудой при сопротивлении силы упругости в большинстве случаев выше, чем при сопротивлении силы тяжести, однако, достоверны только различия показателей точности в движениях на 20 см с 3 упругими элементами и грузами (p<0,05).

Точность движений на 20 см во всех случаях намного выше, чем на 10 см (p<0,001). Это подтверждает выводы раздела 3.1.1, сделанные на основе анализа временной структуры максимально быстрых точностных движений. Причём следует отметить, что точность возрастает пропорционально времени движения к цели, а не амплитуды реверсивного движения и вопреки росту максимальной скорости (рис. 21). Это подтверждает вывод о ведущем значении для сложности программирования именно времени движения, изменение которого повышает или уменьшает степень последовательности актуализации элементарных двигательных программ (раздел 3.1.1).

Для выявления причин стабильности точности при противодействии сил различной природы в движениях со средней и большой амплитудой рассмотрим динамику других кинематических характеристик максимально быстрых точностных движений в зависимости от изменения массы щупа и количества упругих элементов.

В соответствии с особенностями функционирования двигательного аппарата были рассмотрены следующие показатели: 1) время достижения максимума скорости при движении к цели, 2) время движения к цели, 3) время от достижения цели до достижения максимума перемещения, 4) время от достижения максимума перемещения до обратного достижения цели, 5) время от обратного достижения цели до обратного достижения старта, 6) время всего движения, 7) максимальная скорость движения к цели.

Время достижения максимума скорости (T_{max v}) характеризует динамику ускорения (момент достижения максимума скорости – есть момент смены знака ускорения), а значит, соотношение импульсов сил, способствующих и препятствующих движению, и, следовательно, косвенно отражает степень последовательности актуализации элементарных двигательных программ. Его различия (так же, как и различия точности) ярко выражены у движений со средней и большой амплитудой при любой массе щупа и количестве упругих элементов (p<0,001).

Время движения к цели даёт основания для квалифицирования движения как максимально быстрого препрограммируемого, включает фазу доставки и начало фазы реализации.

Время от достижения цели до достижения максимума перемещения (max S) характеризует движение в фазе реализации, процесс накопления энергии упругими частями двигательного аппарата.

Следующий показатель – время от достижения максимума перемещения до обратного достижения цели характеризует процесс рекуперации энергии, накопленной в предыдущей фазе.

Время от обратного достижения цели до обратного достижения старта показывает эффективность согласования процессов рекуперации энергии и её продуцирования за счёт сокращения мышц-антагонистов.

Время всего движения характеризует выполнение одной из двух подзадач максимально быстрого точностного движения – выполнить его за минимальное время.

Наконец, максимальную скорость (max v) движения к цели можно принять за один из критериев эффективности реализации первой элементарной двигательной программы реверсивного максимально быстрого точностного движения.

В движениях на 10 см увеличение массы щупа или увеличение количества упругих элементов (силы упругого сопротивления) не оказывает заметного изменения большинства исследуемых показателей (рис. 22 – 23). При увеличении массы щупа происходят лишь разновеликие и часто разнонаправленные изменения T_{max v,} времени от достижения цели до достижения max S, от достижения max S до обратного достижения цели и последующего движения до обратного достижения старта. Это подтверждает их случайность. Прослеживается тенденция некоторого уменьшения времени движения к цели и времени всего движения, а также увеличения максимальной скорости в движении к цели, но все различия не достоверны (p>0,05).

С увеличением силы упругого сопротивления движению к цели достоверно уменьшается лишь T_{max v} (рис. 23) (p<0,01). Обратим также внимание на разнонаправленное изменение времени движения к цели (уменьшение) и обратного движения (увеличение) при некотором росте максимальной скорости движения к цели. Различия указанных параметров при увеличении силы упругого сопротивления не достигают достоверных величин (p>0,05), однако эта тенденция полностью повторяется в движениях с амплитудой 20 см (рис. 24), где различия уже достоверны (p<0,001). То есть, совершая, при увеличении силы упругого сопротивления, движение к цели значительно быстрее, не теряя скорости на развороте (различия времени цель – max S, max S – обратное достижение цели при изменении силы упругого сопротивления не достоверны – p>0,05), испытуемые значительно увеличивали время обратного движения, что не позволяло им уменьшить время всего максимально быстрого точностного движения. Очевидно, возрастающая внешняя сила упругости всё более замещает функцию мышц-антагонистов, способствует развитию большего напряжения агонистов до начала движения, что позволяет быстрее (различия T_{max v} достоверны, p<0,01) развивать большую max v (p<0,001), но не способствует своевременному, опережающему включению антагонистов в работу, в результате чего увеличивается время обратного движения.

 

Увеличивающаяся масса щупа в движениях на 20 см (рис. 25) также способствует развитию напряжения агонистов до начала движения, и это тоже даёт возможность быстрее (p<0,05) развить большую скорость (p<0,05) и уменьшить время движения к цели (p<0,01). Однако затем, в отличие от движений с сопротивлением силы упругости, не происходит снижения эффективности работы пары агонист-антагонист. Более раннее включение антагониста позволяет накопить больше энергии, что приводит к некоторому уменьшению времени от достижения max S до обратного достижения цели (хотя различия не достоверны, p>0,05), не увеличивать время обратного движения после сопротивления увеличив шейся силе инерции (p>0,05) и выполнять всё точностное движение гораздо быстрее (p<0,05).

Анализ данных эксперимента позволяет заключить, что даже при значительном влиянии внешних сил на биомеханическую структуру максимально быстрого точностного движения, существенной трансформации взаимосвязей между её элементами, выразившихся в достоверных изменениях временных и пространственно-временных (а судя по динамике T_{max v}, и силовых) характеристик движений, результат движений, как механической части точностных двигательных действий, их точность оказались стабильными.

Следует однако отметить, что всё же при увеличении массы щупа и силы упругого сопротивления динамика показателей точности имеет различную тенденцию (рис. 20). Очевидно, при воздействии силы упругости деятельность аппарата программирования точностного движения упрощается в связи с частичным решением задачи гашения импульса при изменении направления, что даёт возможность более точно продуцировать эффекторные сигналы, связанные с фазой реализации, "обработкой цели". Это позволяет, во-первых, искать резервы для совершенствования точностного компонента максимально быстрых точностных движений в связи с взаимодействием с внешней силой упругости, а скоростного компонента – в связи с применением умеренных отягощений; во-вторых, аппроксимируя действие внешних сил упругого сопротивления и тяжести на влияние внутренних сил упругости и тяжести, уменьшающихся или увеличивающихся вследствие изменения упругости мышц и инерционных характеристик звеньев опорно-двигательного аппарата (например, в процессе силовой тренировки), считать увеличение

мышечной массы отрицательным фактором в достижении точности движений, а увеличение упругости мышц – положительным.

Данные о стабильности точности при изменении внешних сил тяжести и упругости и её возможной динамике и их причинах не только согласуются с выводами C.E. Collyer, H.A. Broadbent, R.M. Church (1994) о том, что движения программируются в строгом соответствии с инерционными характеристиками сегментов тела, но и показывают механизмы достижения такого соответствия, могут служить биомеханическим обоснованием имеющихся в литературе данных об успешном параллельном развитии ранее считавшихся плохо совместимыми точности и силы (С.В. Голомазов, 1996; О.Б. Немцев, 1999), решить вопрос о негативном влиянии на точность движений изменений, происходящих на периферии вследствие силовой тренировки.