ОБЩИЙ ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ И ЕГО РОЛЬ В МЕХАНИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТЕЛА

Под общим центром тяжести (ОЦТ) понимают точку приложения равнодействующей силы тяжести всех частей тела. Определение положения ОЦТ тела играет важную роль при решении различных вопросов механики движений. Дело в том, что равновесие и устойчивость тела определяются положением ОЦТ тела по отношению к опорной поверхности.

Под общей площадью опоры подразумевается площадь, заключенная между крайними точками опорных поверхностей тела, иными словами, площадь опорных поверхностей и площадь пространства между ними. Однако не вся площадь опоры может быть действующей, так как мягкие ткани не принимают участия в передаче силы реакции опоры. Величина площади опоры при различных положениях тела спортсмена очень варьирует: в стойке на фигурном коньке она очень мала, при обычном положении стоя она больше, при выставлении ноги вперед или в сторону еще больше. С увеличением площади опоры увеличивается и общая устойчивость тела.

Применительно к телу человека различают два вида равновесия: устойчивое и неустойчивое. Безразличное равновесие встречается крайне редко.

Устойчивым равновесием тела называется такое равновесие, при котором ОЦТ тела расположен ниже площади опоры. В этих случаях тело, выведенное из состояния равновесия и предоставленное самому себе, без влияния других сил, а лишь под действием собственной силы тяжести возвращается в исходное положение. Примерами устойчивого равновесия является вис на выпрямленных руках, угол в висе и т. п.

Неустойчивым равновесием тела называется такое равновесие, при котором ОЦТ тела расположен выше площади опоры. Если тело выведено из этого равновесия и предоставлено самому себе, то оно не возвращается в исходное положение, а падает под действием собственной силы тяжести (веса тела). К такому виду равновесия относятся все положения стоя, упор лежа, стойка на кистях и г. п.

Устойчивость тела сохраняется до тех пор, пока вертикаль, опущенная из ОЦТ, не выходит за границы площади опоры. Как только эта вертикаль выходит за пределы площади опоры, равновесие нарушается и тело падает.

В живом организме человека проекция ОЦТ не является строго фиксированной точкой. В зависимости от процессов кровообращения, дыхания, пищеварения в каждый момент времени положение отдельных элементов тела изменяется, что сказывается и на положении его ОЦТ. Например, при состоянии относительного покоя (скажем, в положении стоя или лежа) удельный вес грудного отдела туловища зависит от фазы дыхания. При вдохе он меньше, при выдохе, наоборот, больше.

В связи с этим происходит постоянное небольшое перемещение ОПТ вверх и вниз. При переходе из вертикального положения (положения стоя) в горизонтальное (положение лежа) в организме происходит перераспределение крови. Она отливает от нижних конечностей приблизительно в количестве 100 см³. После нескольких глубоких вдохов объем притекающей к легким крови возрастает примерно на столько же. Это изменение кровенаполнения различных областей тела неизбежно сказывается на локализации ОЦТ. Ориентировочно можно считать, что диаметр сферы, внутри которой происходит его постоянное перемещение, при спокойном положении тела равняется 5—10 мм . При изменении взаимного расположения частей тела колебания в положении ОЦТ могут быть более значительными.

Для установления проекции ОЦТ тела необходимо определить его в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: фронтальной, горизонтальной и сагиттальной. Однако в большинстве случаев обычно определяют высоту положения ОЦТ тела над опорной поверхностью. Дело в том, что при симметричном стоянии ОЦТ находится в срединной плоскости, так как правая и левая половины тела имеют примерно одинаковый вес. Правда, более точные расчеты показывают, что в связи с асимметричным расположением внутренних органов правая половина тела приблизительно на 500 г тяжелее левой (в правой половине тела находится такой массивный орган, как печень; кроме того, у большинства людей мышцы правой половины тела развиты лучше и имеют больший вес, чем мышцы левой половины). Однако в стандартных расчетах эти различия во внимание не принимаются.

Обычно считают, что ОЦТ тела человека в положении стоя расположен в срединной плоскости в среднем на 2,5 см ниже мыса крестца и на 4 — 5 см выше поперечной оси тазобедренных суставов примерно на середине расстояния между крестцом и лобковым симфизом.

У детей раннего возраста ОЦТ тела расположен выше, чем у взрослых. Так, у новорожденных он лежит на уровне пятого—шестого грудных позвонков, к двум годам — на уровне первого поясничного позвонка, к 16—18 годам он постепенно перемещается не только вниз, но и кзади.

Высота положения ОЦТ тела зависит и от спортивной специализации. Так, у футболистов он расположен в среднем ниже, чем у гимнастов. Индивидуальные колебания высоты положения ОЦТ тела значительно больше и более заметны, чем колебания общей длины тела.

Для ускорения процесса определения

При изменении взаимного расположения частей тела проекция его ОЦТ также меняется. Меняется при этом и устойчивость тела.

У женщин в положении стоя ОЦТ тела обычно находится несколько ниже, чем у мужчин: у мужчин — в среднем на уровне передненижнего края тела пятого поясничного позвонка (индивидуальные колебания — от третьего поясничного до пятого крестцового позвонка); у женщин - на уровне передненижнего края тела первого крестцового позвонка (индивидуальные колебания — от пятого поясничного до первого копчикового позвонка).

Устойчивость тела определяется величиной площади опоры, высотой расположения ОЦТ тела и местом прохождения вертикали, опущенной из ОЦТ, внутри площади опоры. Чем больше площадь опоры и чем ниже расположен ОЦТ тела, тем больше устойчивость тела. Так, в положении стоя с сомкнутыми стопами равновесие сохранять труднее, чем в положении, когда стопы находятся на ширине плеч. Если из положения стоя присесть, то высота расположения ОЦТ тела уменьшится, а устойчивость тела станет больше. Чем ближе к краю опоры проходит вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, тем меньше возможностей для перемещения тела в этом направлении и тем легче нарушается равновесие в эту сторону.

Количественным выражением степени устойчивости тела в том или ином направлении является угол устойчивости. Углом устойчивости называется угол, образованный вертикалью, опущенной из ОЦТ тела, и прямой, проведенной из ОЦТ тела к краю площади опоры. Чем больше угол устойчивости, тем больше степень устойчивости тела. При симметричном положении тела вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит через центр площади опоры. При стоянии на лыжах угол устойчивости, а следовательно, и устойчивость тела вперед будет больше, чем назад, а в правую и левую стороны углы устойчивости будут одинаковыми и небольшими.

Вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит на некотором расстоянии от осей вращения в суставах. В связи с этим сила тяжести в любом положении тела имеет по отношению к каждому суставу определенный момент вращения, равный произведению величины силы тяжести на ее плечо. Плечом силы тяжести является перпендикуляр, проведенный из центра сустава к вертикали, опущенной из ОЦТ тела. Чем больше плечо силы тяжести, тем больший момент вращения она имеет по отношению к суставу.

За счет активного напряжения отдельных групп скелетных мышц можно изменить расположение звеньев тела, что приведет к перемещению вертикали, опущенной из ОЦТ тела, внутри площади опоры. Приближение этой вертикали к краю площади опоры уменьшает устойчивость тела в соответствующем направлении, что способствует началу движения. Работа мышц определяется взаимным расположением костных звеньев в суставах, а также положением ОЦТ тела. Поэтому при анатомической характеристике положения или движения тела необходимо определить:

1) направление равнодействующей мышцы или группы мышц относительно той или другой оси вращения сустава;

2) при какой опоре действует мышца или группа мышц (дистальной или проксимальной);

3) взаимоотношение между мышцами-антагонистами и синергистами;

4) плечо и момент вращения силы мышечной тяги, силу тяжести отдельных костных звеньев и условия, способствующие их изменению;

5) режим работы мышц (динамический, статический, преодолевающий, уступающий, удерживающий или баллистический).

Каждое положение или движение тела человека имеет определенную структуру с точки зрения участия в нем компонентов двигательного аппарата. Выявление сил, действующих на организм, позволяет определить условия и особенности работы мышц, степень использования силы тяжести, инерции и других сил в движениях.

Следует еще отметить, что работа двигательного аппарата неизбежно сказывается на особенностях функционирования внутренних органов. Особый интерес представляет состояние механизма внешнего дыхания, так как значительная часть мышц туловища самым непосредственным образом участвует в акте дыхания.

На основе анализа работы двигательного аппарата можно сделать заключение о том, какое влияние с биологической и педагогической точек зрения оказывает то или иное движение на организм: на строение скелета, на подвижность в соединениях, на осанку тела, на развитие отдельных функциональных групп мышц и т. д. Причем необходимо отмечать не только положительные изменения, происходящие в организме под влиянием упражнений или движений, но и отрицательные, если они имеют место.