Перед вами воистину легендарная книга «Наука и практика силового тренинга», ее автор Владимир Зациорский профессор Пенсильванского Университета, доктор наук, консультант по подготовке сборных команд СССР и, позднее, США к Олимпийским играм, выдающийся ученый с мировым именем в области спорта, доктор педагогических наук, работал в спортивной науке в СССР, после перестройки уехал в США. Тренировал сотни атлетов мирового уровня, автор 15 книг и более чем 350 научных статей.
ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние 45 лет силовые тренировки получили значительное развитие в результате более формального подхода к практике тренировок. Более глубокое научное понимание факторов, определяющих развитие конкретных программ силовой тренировки позволило как любителям, занимающимся фитнесом, так и атлетам экстра-класса, тренирующимся для спортивных соревнований, использовать более эффективные программы. Одним из положений, которое неоднократно доказывалось, являлось то, что программы тренировки с отягощением являются специфичными в отношении целей и задач атлета. Хотя наука и дает общее направление разработки программы, все же тонкая настройка ее в соответствии с потребностями атлета является задачей самого атлета или его тренера. Таким образом, искусство принятия обоснованных решений в этом процессе по-прежнему является жизненно важной частью разработки программ силовой тренировки.
В данной книге «Научные основы и практика силовой тренировки» мой друг и коллега из нашего Университета штата Пенсильвания, д-р Владимир Зациорский представляет уникальный обзор фундаментальных и прикладных знаний в области силовой тренировки. На основании многолетнего практического опыта, лабораторных экспериментов и работы в тяжелой атлетике, тренировках с отягощениями и биомеханике в бывшем Советском Союзе, а также своей работы здесь, в Соединенных Штатах, д-р Зациорский представляет определения, обсуждает и демонстрирует различные теории развития силы, которые окажутся полезными любому, кто интересуется силовым фитнессом. Мне представляется, что это руководство представляет собой весомый вклад в силовые тренировки, и в каждой личной библиотеке, посвященной этой отрасли знаний, иметь эту книгу совершенно необходимо. Д-р Зациорский является выдающимся ученым международного уровня в области науке о силе и тренировках, о чем и свидетельствует данная книга. Надеюсь, что Вы, как и я, получите удовольствие от чтения этой книге от глубокого анализа и представленных перспектив силовых тренировок.
Уильям Кремер, Доктор философии, университет штата Пенсильвания
ВВЕДЕНИЕ
Данная книга предназначена для читателей, которые интересуются мышечной силой и способами усовершенствования ее развития, то есть для:
- Тренеров
- Студентов, которые планируют стать тренерами, а также
- Атлетов, которые хотят стать собственными тренерами
Ее источниками являются:
- Документированный опыт работы с более чем 1000 атлетов экстра-класса — чемпионов Олимпиад, мира, континента и рекордсменов
- Восточно-европейские концепции силовых тренировок
- Данные мировой науки, а также
- Мой собственный опыт в качестве консультанта национальных советских сборных на протяжении семи олимпийских циклов.
Книга «Научные основы и практика силовой тренировки» рассчитана на серьезного читателя, который хочет не только запомнить и повторить, но также понять представленную информацию и применить ее на практике.
Много раз тренеры и атлеты спрашивали меня, какие упражнения, методики или тренировочные программы для развития силы самые лучшие. У меня нет ответа на такой вопрос. Упражнений (методик, программ), которые были бы самыми лучшими для всех атлетов на все времена просто не существует. Они могут быть самыми лучшими только для конкретного атлета в конкретных условиях.
Руководство по спортивным тренировкам — это не поваренная книга, в которой на каждой странице можно найти самый лучший рецепт. Первостепенное значение здесь имеет полное понимание факторов и механизмов, лежащих в основе силовой тренировки.
Черновик рукописи этой книги прочли два моих друга, опытный американский тренер и выдающийся американский ученый. Они вежливо сошлись на том, что «это очень интересно». За исключением этого, их мнения были полностью противоположными. «Слишком много науки», — говорил тренер. — «Мы не пользуемся таким языком. Для рядового тренера этот материал слишком сложен». «Слишком мало науки», — говорил ученый. — «Вы не доказываете многие свои положения и рекомендации» (это не совсем так; во многих случаях доказательства достаточно надежны, однако на английском языке их не имеется). «Вы пристрастны. Вы привержены только одной гипотезе или концепции, а их существует несколько. Вы доверяете опыту ряда атлетов экстра-класса и рекламируете его, однако Вы не говорите, что другие атлеты используют другие подходы».
Я согласен с тренером. Однако эта книга — учебник, и предназначена она для изучения, а не просто чтения. Я попытался написать ее как можно более просто и ясно. Сложность учебника определяется сложностью его предмета. Можно ли представить себе простой учебник по физике для будущего физика? В спорте мы пытаемся усовершенствовать самое удивительное чудо природы — человеческое существо. Отчего же нас удивляет сложность этой проблемы?
Я согласен также и с ученым. В настоящее время спортивная тренировка — это настолько же наука, насколько и искусство. Практический опыт является важнейшим источником информации в этой области; однако практический опыт всегда ограничен. Завтра появятся новые подходы и начнет развиваться новый опыт. Современный тренер должен обладать имеющимися знаниями и знать, как использовать научные данные для решения практических проблем. Как минимум, он должен знать наиболее успешные методы и основы науки. Остальные подробности и противоречия будут описаны в следующих книгах.
Эта книга пристрастна. Она находится под сильным влиянием восточноевропейского опыта — преимущественно бывшего Советского Союза, бывшей Восточной Германии (Германской Демократической Республики) и Болгарии — в подготовке атлетов экстра-класса. Я далек от того, чтобы недооценивать североамериканские методики — они превосходны. Множество великолепных американских тренеров и атлетов, как профессионалов, так и любителей, доказали это. Поэтому, уважаемый читатель, если Вы — один из этих тренеров или атлетов, я не собираюсь учить Вас, как проводить тренировки. У Вас есть своя собственная система — относитесь с осторожностью к ее изменению. Однако спорт основан на погоне за совершенством. Если Вы хотите быть лучшим в мире, Вы должны избегать ошибок и, возможно, даже изобретать что-то новое: упражнения, методики или даже систему тренировок. Знания, накопленные другими тренерами и атлетами из других стран, помогут Вам в этом.
Я старался сделать эту книгу исчерпывающей. Однако один вопрос в ней совершенно не рассматривается — применение допингов. К сожалению, чтобы стать сильнее и больше, многие атлеты, включая бодибилдеров и подростков, увлеченных лихорадкой бодибилдинга, применяют допинги, в особенности анаболические стероиды с черного рынка. Эта практика вредна для их здоровья, она неэтична (в спорте) и противозаконна. Использование допингов, включая стероиды, запрещено Международным Олимпийским комитетом и международными ассоциациями любительской атлетики. Распространение стероидов для немедецинских целей во многих странах, включая США и Канаду, преследуется по закону. Эта книга написана для того, чтобы показать, как можно тренироваться без допингов. Важно знать, что подавляющее большинство атлетов экстра-класса никогда не использовали допинги.
Представленные здесь факты относятся к советским атлетам. После распада СССР тренировочная практика не изменилась, и атлеты из других бывших советских республик тренировались аналогично своим соперникам из России. Сейчас трудно отнести этих атлетов к какой-либо стране или национальности. Когда Вы будете читать эту книгу, Вы заметите, что зачастую они названы советскими/российскими. Этим термином я обозначаю атлетов различных национальностей, которые ранее составляли СССР.
В книге приводится краткий перечень рекомендуемой литературы — только книги и обзоры, а не полный список литературы. Исчерпывающий список относящихся к теме книги публикаций насчитывает более тысячи источников, что для данной книги, рассчитанной на тренеров, а не ученых, было бы слишком много. Кроме того, значительной части литературы не имеется на английском языке, либо вообще она вряд ли доступна; значительная часть этой литературы публиковалась малыми тиражами для ограниченного распространения среди тренеров, работающих с национальной олимпийской сборной.
Профессор Владимир М. Зациорский, Доктор философии
Символы и сокращения
BT — ВТ — вес тела
CFmm — максимальный вес на соревнованиях
DFm — приращение максимальной силы
EMG — ЭМГ — электромиография
EMS — ЭМС — элекстрическая стимуляция мышц
ESD — ДВС — дефицит взрывной силы
F — сила
Fm — максимальная сила, развиваемая при фиксированной величине параметра моторного задания
FT — БВ — быстрые мышечные волокна
g — ускорение свободного падения
IAP — ВД — внутрибрюшное давление
IES — ИВС — индекс взрывной силы
LBPS — СБП — синдром болей в пояснице
MSD — ДМС — дефицит мышечной силы
MU — МЭ — моторный элемент
N — Н — ньютон, еденица силы
Pm — максимальная производительность, развиваемая при фиксированной величине параметра моб — задания
Pmm — наибольшая из максимальных производительностей, развиваемая при изменении величины параметра моб — задания
RC — КР — коэффициент реактивности
RFD — СРС — скорость развития силы
RM — МП — максимум числа повторений
ST — МВ — медленные мышечные волокна
Tm — производительность за время пика
Tmm — максимальный тренировочный вес
Vm — наибольшая из максимальных скоростей, развиваемых при изменении величины параметра моторного задания
Vmm — максимальная скорость, развиваемая при фиксированной величине параметра моторного задани
Главная цель этой книги — это дать читателям практические рекомендации, или рецепты, по тренировке атлетов. Однако практические советы невозможно дать, не представив сначала описаний того, что должно тренироваться и почему некоторые методики лучше других. В Части 1 этой книги описана теория, а в Части 2 приведены методы силовой тренировки. В первой части, которая является полностью описательной, рассмотрен ряд понятий в естественном и последовательном порядк
ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ СИЛОВОЙ ТРЕНИРОВКИ
Глава 1 является вводной и дает общий обзор принципов теории тренировок. В ней описаны особенности адаптации к физической нагрузке, обсуждаются две ведущие теории тренировки — теория суперкомпенсации и теория фитнесса — усталости, обе из которых широко и с энтузиазмом используются, несмотря на свою простоту, в качестве эффективных методик, а также приводится весь спектр эффектов тренировок. Хотя понятия и терминология, которые вводятся в этой главе, в дальнейшем используются во всей книге, эта глава является самодостаточной; в ней предполагается, что читатель не обладает научными знаниями.
В Главах 2 и 3 обсуждаются факторы, определяющие мышечную силу. Предполагается, что читатель владеет определенными знаниями относительно физиологии упражнений и спортивной биомеханики, или, по крайней мере, знаком с основами мышечной физиологии. Читатели, не знакомые с этими материалами, тем не менее вполне могут читать эту книгу; основные понятия в ней разъясняются в форме, понятной для читателя, имеющего хотя бы начальные понятия об упражнениях и науки о спорте. Если у кого-то из читателей возникнут проблемы с пониманием Глав 2 и 3, эти главы не обязательно читать в один присест; к ним можно вернуться позднее, после прочтения остальной части книги.
В Главе 3 закладываются основы понятия о мышечной силе; в ней анализируются и разъясняются факты, накопленные при измерении мышечной силы. Здесь вводится понятие о максимальной мышечной производительности, а также два основных соотношения — параметрическое и непараметрическое, и определяется понятие мышечной силы. Затем следует подробное обсуждение различных факторов, влияющих на выполнение моторных задач, таких как сопротивление, имеющееся для развития силы время, скорость движения, направление движения и положение тела. Объединяющее начало для всех этих разнообразных моментов достаточно просто и незатейливо — это специфичность упражнения. Для того, чтобы тренировка была эффективной, тренировочные упражнения должны быть подобными основной спортивной деятельности, а подобие упражнений должно устанавливаться в соответствии с критериями, рассмотренными в данной главе.
В Главе 3 вопрос о мышечной силе рассматривается с другой точки зрения — исполнителя, а не моторного задания. Некоторые люди обладают большей силой, чем другие. Почему? Какими свойствами обладают атлеты экстра-класса, которые делают их выдающимися? Внутренние факторы, определяющие мышечную силу, являются скрытыми. Следовательно, идентифицировать их можно, только используя физиологический подход. Если мы сможем их идентифицировать, то мы откроем дорогу к целевой тренировке этих ведущих факторов; поэтому упражнения и методики, обсуждаемые здесь, будут в основном нацелены на конкретные цели, а не на силу в целом. Эта глава основывается преимущественно на фактах и теориях, разработанных физиологами в области упражнений. Обсуждаются две основные группы внутренних факторов: мышечные и невральные. Среди мышечных факторов основное внимание уделяется размерам мышц и их эквиваленту — весу тела. Кратко освещаются и другие вопросы, включая питание и гормональный статус. Невральные механизмы, такие как меж- и внутримышечная координация, обсуждаются в следующих разделах. Глава 3 играет ключевую роль в понимании методик тренировки.
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТРЕНИРОВКИ
Теория тренировки силы представляет собой часть более широкой области знаний — науки об атлетической тренировке, называемой также наука о тренировке или теория спортивной тренировки. Курсы науки о тренировке охватывают основные компоненты подготовки атлетов, включая тренировочную работу [conditioning] (не только на силу, но также и на скорость, выносливость, гибкость и другие моторные умения), изучение техники спорта и периодизацию. В данной книге широко применяются понятия и подходы, разработанные в рамках науки о тренировке. В данной главе представлено введение в общие вопросы тренировки. Идеи и термины, которые будут встречаться здесь, ВЫ встретите и в остальной части книги.
Адаптация как основной закон тренировки
При правильном планировании и выполнении тренировочного процесса результатом систематических упражнений является улучшение физической формы атлета, в частности, силы, по мере адаптации тела к физической нагрузке. В широком смысле слова адаптация означает приведение организма в соответствие с окружающей средой. Если окружающая среда изменяется, то изменяется и организм для улучшения своего выживания в этих новых условиях. В биологии адаптация считается одной из основных характеристик живых существ.
Упражнения или регулярная физическая работа являются очень мощными стимулами для адаптации. Главная цель тренировки состоит в том, чтобы вызвать специфическую адаптацию с целью повышения спортивных результатов. Это требует следования тщательно спланированной и исполняемой программе тренировок. С практической точки зрения первостепенную важность для спортивных тренировок имеют следующие четыре характеристики:
- Величина стимула (перегрузка).
- Аккомодация.
- Специфичность.
- Индивидуализация.
Перегрузка
Для того, чтобы вызвать положительные изменения в состоянии атлета, необходимо применение перегрузки при упражнениях. Тренировочная адаптация происходит только в случае, когда величина тренировочной нагрузки превышает привычный уровень. Во время тренировочного процесса имеется два способа вызвать адаптацию. Первый состоит в увеличении тренировочной нагрузки (интенсивности, объема) при продолжении выполнения одного и того же упражнения, например, бега на выносливость. Другой заключается в изменении упражнения, с условием, чтобы это упражнение было новым, и атлет еще не привык к нему.
Если атлет использует стандартное упражнение с одной и той же тренировочной нагрузкой в течение очень долгого времени, то дополнительной адаптации не произойдет, и уровень физической формы существенно не изменится (Рис. 1.1). Если тренировочная нагрузка слишком мала, то происходит детренировка. У атлетов экстра-класса, если они прекращают делать упражнения, многие тренировочные достижения пропадают в течение нескольких недель, если не дней. В период соревнований атлеты экстра-класса не могут позволить себе пассивного отдыха в течение более трех дней подряд (обычно это только 1 или 2 дня).
По своей величине тренировочные нагрузки можно классифицировать следующим образом:
- Стимулирующие — величина тренировочной нагрузки выше неврального уровня, и положительная адаптация может произойти;
- Поддерживающие — величина нагрузки находится в нейтральной зоне, в которой поддерживается уровень формы; и
- Детренирующие — величина нагрузки ведет к уменьшению результатов, снижению функциональных возможностей атлета или к обоим этим последствиям.
ПЕРЕГРУЗКИ
Три одинаковых атлета обладали одинаковым уровнем силы; каждый мог поднять штангу весом 57,5 кг один раз. Они качали работать со штангой 50 кг, поднимая штангу в одной серии упражнений до отказа пять раз. После определенного периода времени атлеты адаптировались к схеме тренировки, их подготовленность возросла, и они смогли поднять один раз штангу весом 60 кг. Однако, несмотря на продолжающиеся тренировки, их результаты не увеличивались, поскольку произошла аккомодация к тренировочной программе.
На этом этапе все три атлета приняли различные решения. Атлет А решил увеличить тренировочную нагрузку (поднимаемый вес, количество повторений в серии, количество серий) или изменить упражнение. Новая нагрузка представляла для этого атлета стимулирующую нагрузку, и его результаты улучшились. Атлет В продолжал использовать прежнюю схему, и его результаты остались неизменными (поддерживающая нагрузка). Атлет С снизил тренировочную нагрузку, и силовые результаты этого атлета ухудшились (детренирующая нагрузка).
Поскольку подготовка атлетов экстра-класса требует от 8 до 12 лет, необходимость постоянного наращивания тренировочных нагрузок, которая считается необходимой для положительной адаптации, предъявляет очень высокие требования к тренировочным программам. Тренировочная нагрузка атлетов экстра-класса примерно в 10 раз выше, чем нагрузка начинающих атлетов с 6 месяцами тренировочной работы. Например, годовой тренировочный километраж бегунов на равнинных лыжах экстра-класса составляет от 8000 до 12000 км. Для начинающих он равен около 1000 км. Штангисты экстра-класса (болгарские) поднимают примерно 5000 тонн в год; нагрузка для новичка составляет лишь от 1/10 до 1/12 этой величины.
АККОМОДАЦИЯ
Если атлет использует одно и то же упражнение с одной и той же тренировочной нагрузкой в течение длительного времени, то спортивные достижения падают (см. рис. 1.2). Это является выражением биологического закона аккомодации, который часто считается общим законом биологии. Согласно этому закону, реакция биологического объекта на некоторый постоянный стимул со временем уменьшается. По определению, аккомодация — это уменьшение реакции биологического объекта на длительный стимул. В тренировках стимулом является физическое упражнение.
Вследствие аккомодации использование стандартных упражнений или стандартной тренировочной нагрузки в течение длительных периодов времени является неэффективным. Тренировочные программы должны варьироваться. В то же время, вследствие специфичности тренировочной адаптации используемые упражнения должны быть как можно более близкими к основным спортивным упражнениям в отношении мышечной координации и физиологических требований.
Рис. 1.2. Зависимость спортивных результатов от времени тренировки или тренировочной нагрузки. В результате аккомодации результаты падают.
Наилучший перенос результатов тренировки имеет место при использовании специфических упражнений. Эти два требования приводят к одному из основных конфликтов в тренировке атлетов экстра-класса: тренировочные программы должны быть в одно и то же время варьирующимися, во избежание аккомодации, и стабильными, для выполнения требования специфичности.
Для того, чтобы устранить или уменьшить отрицательное влияние аккомодации, тренировочные программы периодически модифицируются. В принципе существует два метода модификации тренировочных программ:
- Количественный — изменение тренировочных нагрузок (например, общий поднимаемый вес);
- Качественный — смена упражнений.
Качественные изменения очень широко используются при тренировке атлетов экстра-класса, по крайней мере, наиболее творческих из них.
СПЕЦИФИЧНОСТЬ
Тренировочная адаптация весьма специфична. Хорошо известно, что силовая тренировка повышает как мышечную массу, так и силу, а бег на выносливость вызывает такие положительные изменения, как повышение аэробных возможностей. Вследствие специфичности адаптации упражнения и тренировки в различных видах спорта сильно различаются.
Специфичность можно описать и другим образом — как вопрос переноса результатов тренировки. Например, представьте себе группу молодых атлетов, которые тренировались в течение определенного периода времени при помощи одного упражнения, упражнения А, представляющего собой приседания со штангой. В конечном итоге их результаты повышаются. Предположим, что улучшение одинаково для всех атлетов и равно, например, 20 кг. Что произойдет с результатами этих атлетов в других упражнениях, например, вертикальных прыжках стоя (vertical standing jump), sprint dash, или плавании вольным стилем (упражнения Б, В и Г)? Можно предсказать, что результаты в этих упражнениях улучшатся в различной степени. Улучшение может быть значительным в прыжках стоя, относительно небольшим в спринтерском беге и почти нулевым в плавании. Другими словами, перенос результатов тренировки из упражнения А в упражнения Б, В и Г различен.
ПЕРЕНОС РЕЗУЛЬТАТОВ ТРЕНИРОВКИ. ПОЧЕМУ ОН ВАЖЕН?
Первые книги о тренировках атлетов, появившиеся в прошлом столетии, было очень интересно почитать. Подготовка к соревнованиям состояла исключительно из основных спортивных упражнений и ничего более. Если спортсмен занимался бегом на одну милю, то тренировки состояли только из забегов на 1 милю. Это и называлось «тренировкой».
Однако вскоре и тренеры, и атлеты поняли, что такая подготовка недостаточна. Чтобы успешно пробежать одну милю, атлет должен обладать не только выносливостью, но и соответствующими спринтерскими возможностями, хорошей техникой бега, а также сильными и гибкими мышцами и суставами. Эти способности невозможно развить, раз за разом пробегая одну и ту же дистанцию. В результате осознания этого произошло изменение стратегии тренировок. Вместо многочисленных повторов одного и того же упражнения в тренировочные программы было включено множество дополнительных упражнений, позволяющих развить навыки, специфичные для конкретного вида спорта. Изменилась общая концепция тренировок.
Но тогда возникает вопрос: Как выбрать самые эффективные упражнения, в результате которых эффект тренировки лучше переносится из дополнительных в основные спортивные движения? Давайте рассмотрим следующие вопросы:
- Является ли бег на длинные дистанции полезным упражнением на выносливость для пловцов? Для бегунов на длинные дистанции на равнинных лыжах? Для занимающихся спортивной ходьбой? Для велосипедистов? Для борцов?
- Для улучшения скорости быстрых питчеров тренер рекомендует питчерам тренироваться с мячами для бейсбола различного веса, включая тяжелые. Каков оптимальный вес мяча для тренировок?
- Тренер, планирующий предсезонную подготовку для принимающих, должен рекомендовать комплекс упражнений для развития силы ног. Тренер может выбирать между различными группами упражнений либо комбинировать упражнения из различных групп. Это следующие группы упражнений:
- изокинетические движения для одного сустава, такие как сгибание и разгибание коленей на тренажере;
- аналогичные упражнения для одного сустава со свободными весами;
- приседания с гантелями;
- изометрическое растяжение ноги;
- вертикальные прыжки с дополнительным отягощением (утяжеляющие пояса);
- бег в гору;
- бег с парашютами.
Какое упражнение наиболее эффективно? Иными словами, в каком случае перенос результатов тренировки будет лучше?
Перенос результатов тренировки может значительно различаться даже для очень похожих упражнений. В эксперименте две группы атлетов выполняли изометрическое растяжение колена при различных углах сгиба сустава — от 70 до 130 градусов (полное разгибание ноги соответствует 180 градусам). Максимальное значение силы Fm, а также изменение силы ?Fm при различных углах в суставе оказались различными (см. рис. 1.3, a, b).
Рис.1.3. Повышение силы в двух экспериментальных группах. Вертикальные стрелы показывают углы, при которых происходила изометрическая тренировка. Сила измерялась в растяжении ног, а также в приседаниях с гантелями. Примечание: Данные взяты «Перенос кумулятивного тренировочного эффекта в силовых упражнениях». — В.М.Зациорский, Л.М.Райцин, «Теория и практика физической культуры, (6), стр. 7 — 14. Воспроизводится с разрешения журн
ГЛАВА 2 СИЛА СПЕЦИФИЦИРОВАННАЯ НА ЗАДАНИИ
Если стоит задача выяснитъ, как должен тренироваться спортсмен, чтобы достичь наилучших результатов, то первым шагом является определение тренировочной цели. Чтобы в дальнейшем правильно понимать тренировочный процесс, требуется четкое представление значения мышечной силы.
В этой главе будет дана дефиниция мышечной силы, и читатель познакомится с основными факторами её развития. Если спортсмен с большим усилием совершает максимальную попытку, то приложенная им сила зависит как от двигательной задачи, так и от способностей спортсмена. Поэтому следует рассмотреть факторы, определяющие результативность и сравнить двигательные задачи.
ЭЛЕМЕНТЫ СИЛЫ
Если от спортсмена потребуется развить огоромную силу против спички, то это успехом не увенчается. Не беря в расчет наилучший результат, величина такой силы будет скорее всего мизерной. Мы можем сделать вывод, что величниа мышечной силы зависит от прилагаемого внешнего сопротивления. Сопротивление — это один из факторов, который оказывает влияние на показанную спортсменом силу, но только один. Остальные факторы так же имеют значение. В дальнейшем они будут деталированно рассмотрены.
Максимальная мышечная сила
Представим себе спортсмена, которого попросили многократно толкнуть ядро с различной степенью усилия. Согласно законам механики дальность толчка определяется положением ядра при толчке и величной и направлением его скорости к моменту толчка. Принимается, что высота и угол толчка при различных попытках остается неизменным. При данном условии дальность толчка определяется только начальной скоростью ядра. Соответственно заданию, многократно толкать ядро с различной степенью усилия, достигается максимальная дальность полета ядра. Это и есть индивидуальная максимальная мышечная сила (максимальная дальность толчка, максимальная скорость полета ядра).
Параметрические отношения
В науке переменная, определяющая результат эксперимента (напр. масса или расстояние), или специфическая форма математического выражения, обозначается как параметр. Иными словами, параметр — это зависимая переменная, которая экспериментально изменяется.
Велосипедисты изменяют во время тренировки их переводные отношения на колеса. Чем выше перевод, тем выше действующая на педали сила и тем меньше частота оборота педалей. Отношение (инверсивное) между силой и частотой (скоростью оборота педалей) — пример параметричаского отношения. Инверсивное отношение — негативно, т.е. чем выше сила, тем ниже скорость.
Непараметрические отношения
Тренер по плаванию хочет определить значение силовой тренировки на суше для её спортсменов. Чтобы получить ответ на данный вопрос, она замеряет (а) максимальную силу показанную спортсменами в специальном упражнении против высокого сопротивления, и (б) скорость плавания.
Он считает, что корреляция между двух переменных высока, т.к. показатель максимальной силы важен и считается ненапрасным тратить время и прилагать усилия для развития максимальной силы. Если же коррляция была бы низка (напр. если бы сильнейшие спортсмены не были бы самыми быстрыми), то тогда не имело бы смысла тренировать максимальную силу. Другие характеристики, как мышечная выносливость или гибкость были бы важнее.
Но тренер установил, что имеет место сигнификантная корреляция между максимальной силой и скоростью плавания. Лучшие пловцы развивают большую силу при специфических движениях. Это пример непараметрического отношения.
Дефиниция мышечной силы
Сила или мышечная сила — это способность развивать максимальное усилие. Вспомним, что в механике и физике сила дефинируется, как величина для определения переменного действия меж двух тел. Сила выражается в двух направлениях: или изменяется направление тела или тело деформируется или же наблюдаются оба явления. Сила имеет свойство вектора. Она обозначается (а) величиной, (б) направлением и (в) точкой приложения.
В спортивных движениях сыществует много различных сил. Биомеханика подразделяет их на две группы: внутренние и веншние силы. Сила, которая действует от одной стороны человеческого тела на другую, обозначается как внутренняя. К внутренним силам относятся помимо прочего силы между костями и костно-связочные силы. Силы которые действуют между телом спортсмена и окружающей средой, обозначаются как внешние. Соответствуя такой дефиниции силы, только внешние силы используются в качестве меры силы спортсмена.
Общеизвестно, что мышца переносит силы на кость во время
— сокращения (концентрическое или миометрическое),
— растяжения (эксцентрическое или плиометрическое) или
— сохранения длины (статическое или изометрическое).
В другом смысле понятие силы может быть дефинировано, как способность к преодолению или к содействию с внешними сопротивлениями посредством мышечных усилий. В случае концентрических мышечных реакций действует сила сопротивления против направления движения. При эксцентрическом действии действует внешняя сила по направлению движения.
Определяющие результат факторы:
Сравнение двигательных задач
Если при различных попытках части тела двигаются по одной и той же траектории, то мы считаем, что движеня одинаковы, независимо от различий таких элементов, как время и скорость. При такой дефиниции движение определяется только его геометрией, не кинематикой и не кинетикой. К примеру, тяжелоатлетический рывок с различного веса штангами представляет собой одно движение. Напротив, отталкивание при прыжке в высоту с или без дополнительноко отягощения — представляет собой другое.
Максимальные силы, которые спортсмен прилагает при подобных движениях, к примеру при распрямлении ног в вышеназванных случаях, при измененных условиях соответственно различны. Две области факторов, экстринические (внешние) и интринические (внутренние) определяют данные различия.
Экстринические факторы и значение сопротивления
Сила — это величина для определения действия одного тела на другое, и сила этого действия будет определяться свойствами и движениями обоих взаимодействующих тел. Сила, которую спортсмен прилагает к внешнему телу (напр. свободный вес, место хвата на тренажере, вода при плавании или гребле), зависит не только от самого спортсмена, но и от внешних факторов.
Чтобы оценить влияние внешнего сопротивления, представим себе спортсмена, который развивает свою максимальную силу в выпрямлении при приседаниях. Имеется два экспериментальных пути для измерения внешнего сопротивления. В первом случае максимальная изометрическая сила замерялась при различных коленных углах. Во многих исследованиях была установлена позитивная корреляция между силой и длиной ног (т.е. расстояние между тазом и стопой): с выпрямлением ног возрастает приложенная сила — рис. 2.3. кривая А. Силовой максимум достигается при почти полном распрямлении ног. Это соответствует повседневным наблюдениям — больший вес можно преодолеть при полуприседаниях, а не при глубоких.
Если же процесс выпрямления ног будет измерен во время динамического движения, например во время отталкивания при прыжке, то соотношения будут прямо противоположными — рис. 2.3. кривая В. В этом случае наибольшая сила будет достигаться в самой глубокой точке. Корреляция между макс. силой и длиной ног — негативная. Здесь механические свойства ног похожи на свойства пружины: чем больше деформация (здесь: сгибание ног), тем больше сила.
Рис. 2.3. Взаимосвязь между максимальной силой и длинной ног в случае изометрического тестирования — кривая А и в случае динамического тестирования — кривая В.
Механическая обратная связь
Все упражнения силовых тренировок могут, в зависимости от вида сопротивления, подразделяться на два типа: с механической обратной связью и без. Возьмём, к примеру движение весла в воде. Скорость гребли при этом является результатом внешних мышечных усилий, прилагаемых спортсменом. Активная мышечная сила приводит к повышению скорости весла, вследствие чего возрастает сопротивление воды. Чтобы преодолеть повышенное сопротивление воды, должна повышаться и мышечня сила. Поэтому повышение сопротивления воды может быть рассмотрено, как действие приложенной мышечной силы (механическая обратная связь).
Представим себе другой пример: человек толкает уже находящуюся в движении тяжелую грузовую машину. Независимо от всех развиваемых этим человеком сил, грузовик будет двигаться с неизменной скоростью. Человеческая мышечная сила не привела к какому бы то изменению движения грузовика (никакой механической обратной связи).
Спортивные движения обычно связаны с механической обратной связью. Движение и сопротивление изменяются, как следствие применённой спортсменом силы. Механическая обратная связь отсутствует только при изометрических упражнениях и при работе на изокинетических системах.
На изокинетических системах скорость движения части тела по отношению к суставу остается неизменной. Сопротивление системы соответствует мышечной силе на протяжении всей области движения. Максимальная сила замеряется при динамических условиях, но только если заданная скорость была достигнута движущейся частью тела.
Виды сопротивления
Принимая во внимание спицифические требования от силовых упражнений, огромное значение для тренировочного процеса имеет выбор правильного вида механического сопротивления. Типичные снаряды для программ силовых тренировок могут быть категоризированы соответственно виду приложенного сопротивления.
При сопротивлении, основанном на эластичности, величина силы зависит от меры изменения формы. Длина предмета с идеальной эластичностью, увеличивается пропорционально примененной силе. Итак, чем больше изменение формы (напр. деформация пружины, эластичной или резиновой ленты), тем больше примененная сила.
Другий вид сопротивления основан на инерции. Сила пропорциональна массе, умноженной на ускорение. Так как масса тела чаще выбирается как двигательный параметр, то силу определяет ускорение. Вследствие гравитационных влияний и влияний трения, довольно таки сложно найти движение, при котором бы сопротивление создавалось бы только инерцией. Движение биллиардного шара пример тому.
Пример из тренировочной практики поясняет соотношения между массой и силой. При метании и толкании снарядов различных масс (ядра весом от 1 до 20 кг используются в тренировочном процессе), приложенная сила к легкому ядру относительно невелика и на нее в высшей мере оказывает влияние масса ядра. Сила, влияющая на тяжелые ядра, напротив определяется силой самого спортсмена.
Если тело получает ускорение за счет мышечной силы, то направление ускорения не соответствует направлению силы, за исключением вертикальных движений. Гораздо больше оно соответсвует направлению результирующей силы, которая образуется от векторной суммы мышечной силы и силы притяжения. Так как сила земного притяжения действует по направлению вниз, спортсмен должен её компенсировать, при этом направление его усилия будет более вертикальным, чем желаемое направление движения. Примером тому является толкание ядра. Направление ускорения ядра не совпадает с направлением применения силы спортсменом (рис. 2.6).
Pис. 2.6. Направление применения силы спортсменом Fmus не совпадает с направлением результирующей силы Fres, являющейся суммой сил, действующих на ядро — силы гравитации Fgrav и силы спортсмена Fmus.
Интринические факторы
Сила которую спортсмен может развить в одном и том же движении, зависит от различных факторов: скорость, позиция тела и направление движения. Причиной возникновения мышечной силы является активность отдельных мышц. Приведенные выше переменные определяют степень развития силы этих отдельных мышечных групп. При этом не имеется прямой связи между активностью отдельно взятых мышц и мышечной силой (к примеру при подъёме штанги). Мышечная сила определяется согласованным взаимодействием большого количества мышечных групп. Активирванные мышцы производят прямолинейное тянущее действие на кости. Переводное действие мышечной силы обуславливает так же и вращяющее движение в суставах.
Так как различны расстояния действия мышц на их оси вращения, их вращательные действия не пpямопропорциональны к развитой мышечной силе. Вращательные движения в различных суставах координированы таким образом, чтобы развить максимальную силу в желаемом направлении, к примеру, вертикальное движение при поднятии штанги. При этом существуют сложные отношения между мышечной силой (силой, развиваемой определённой мышечной группой) и силой мышц (максимальной внешней силой). Не принимая во внимание эти различия, многие феномены мышечной биомеханики и физиологии изолированных мышц определяются так же и при сложных движениях, в которые вовлечено большое количество мышечных групп.
Положение тела, кривые силы
Сила, которую спортсмен может развить при определённом движении, определяется положением тела (суставными углами). К примеру сила Fm, которую спортсмен может развить (при чистой технике подъёма) при отрыве штанги от пола, зависит от положения грифа штанги относительно пола. Максимальная сила Fm развивается, когда гриф находится на уровне колен (см. рис. 2.20).
Рис. 2.20: Максимальная изометрическая сила Fm на штанге при различных положениях тела (и при этом различной высоте штанги), как пример кривой силы при многосуставном движении.
Почему сильнейшие штангисты начинают движение с относительно медленного подъёма?
Хороший штангист прикладывает к штанге наибольшие силы, во время максимального ускорения, когда штанга достигает уровня колен. Этому есть две причины. Во-первых именно в этом положении можно развить наибольшую силу (рис. 2.20). Во-вторых сила сокращается, если скорость движения возрастает. Штанга, для развития силы, должна при относительно невысокой скорости быть доставлена в наивыгоднейшее положения относительно тела спортсмена, чтобы приложить к ней максимально возможную силу. Такая двух-фазовая техника применяется всеми штангистами экстра-класса, за исключением нижних весовых категорий, большинства спортсменов 52 кг и некоторых 56 кг. Эти спортсмены не такие высокие (ниже 1,50 м) и штанга у них изначально находится на высоте колен, ещё до того как начнётся движение.
Это пример тому, как комбинируются два экстринических фактора развития силы (положение тела и скорость), для того чтобы достичь максимальных силовых величин.
Изображение внешней силы (или силового момента), действующей на спортсмена и зависящей от соответствующего положения тела (напр. суставных углов), называется кривой силы. Кривые силы принимают в основном три формы: возрастающей , убывающей и вогнутой (см. рис. 2.21).
Рис. 2.21: Три основные формы кривых силы.
Основными факторами, определяющими это отношение являются изменения длины мышц и плеча момента сил. Моменты пассивных сил и действия мышц-антагонистов могут так же влиять на разультирующий момент мышечной силы в экстремамльных областях амплитуды движения.
Длина мышц варьируется с изменением положения тела. Напряжение, которое развивает мышца (при определённом уровне активации), зависит в свою очередь от собственной длины на момент измерения.
Изменение мышечной силы с изменением длины мышц имеет две причины. Первое — изменяется поверхность переплетения актин- и миозинфиламентов и второе — изменяется доля эластических сил, особенно параллельных эластических компонентов. Как следствие взаимодействия этих двух факторов, вытекает сложная связь между моментальной длиной мышц и продукцией силы. Эта связь варьируется у различных мышечных групп.
Но все же данную сложность можно не принимать во внимание и за основное правило считать, что человеческие мышцы развивают меньшие силы если они сокращены. В противоположность этому большие силы развиваются растянутыми мышцами.
Плечи моментов сил мышц (расстояния от суставной оси до линии действия мышечной работы) изменяются в зависимости от суставного угла.
Внешний крутящий момент, произведенный мышцей образуется из произведения мышечной силы и плеча рычага (см. рис. 2.23). Чтобы оценить величину внешнего крутящего момента мышцы при определённом суставном угле (на рис. 2.23. обозначен стрелочкой), нужно умножить развитую силу на длину плеча рычага при данном суставном угле. Комбинация вышеприведённых факторов показывает отношение силы и суставных углов для любого односуставного движения (см. рис. 2.22, а-b).
Рис. 2.22: Отношение между суставным углом и изометрической силой, для различных суставов и движений. Суставные углы определены анатомическими положениями. Средние величины 24 спортсменов. Сила сгибателя локтя, установлена при супинированном предплечии. Билатеральная сила выпрямителей ног измеряна в положении лёжа при угле давления, равном 15° относительно горизонтали. Измерения сгибателей плеча проводились в положении лёжа, предплечие находилось при этом в средней позиции. При 30° рука находилась за туловищем.
Если в движение вовлечены дву-суставные мышцы, и это обычно так, то мышечная сила, которая определяется в одном суставе, зависит от положения или движения в соседнем суставе. Так, к примеру, влияет положение тазобедренного сустава на силу распрямления и сгибания коленного сустава. В сидячем положении, rectus femoris (распрямляющяя мышца коленного сустава) сокращён и поэтому прилагаются меньшие усилия при распрямлении коленного сустава, нежели в стоячем положении. Для сгибателей коленного сустава — наоборот: сила сгибания в сидячем положении больше, чем стоя.
Уже незначительные изменения в положении тела могут привести к весомым потерям или выигрышам в силе.
Так же значительны и силовые величины в наислабейших местах движения (так называемых «мёртвых точках»). Наибольший вес, который может быть поднят при полной амплитуде движения не может превышать тот вес, способный «пройти» наислабейшую точку. Этот вес составляет только лишь определённый процент максимальной силы при других суставных углах. Многие исходят из того, что это является недостатком при упражнениях со свободными весами. Поэтому в силовых тренажерах используются блочные диски с изменяемым радиусом, для того, чтобы развивать максимальное или почти максимальное мышечное напряжение на всей амплитуде суставного движения. Это достигается изменением рычага в тренажёре, так что как следствие варьируется величина сопротивления. Однако для человека это неестесственное движение, когда на всей области суставного угла прилагается максимальное усилие. Поэтому многие тренера и спортсмены высокого уровня против использования таких силовых тренажёров в тренировочном процессе.
Рис. 2.23: Внешний крутящий момент силы в суставном угле, как произведение мышечного напряжения и длины плеча рычага при данном положении сустава.
Описываются три различных пути, для максимизации тренировочного действия при работе с сопротивлением. В первом максимальная сила развивается в наислабейших положениях тела (принцип максимального сокращения). Во втором требуются силы в максимальной области сверх полной амплитуды движения (так называемое приспособленное сопротивление). В третьем развиваются упражнения, чтобы в определённых положениях суставов, как и при соответствующем соревновательном движении, приложить максимальные усилия. Этот путь обозначается акцентируемым развитием силы и его концепция будет подробно рассмотрена в главе 6.