Мышечная мощность
Чтобы различить эти два параметра, рассмотрим взаимоотношение сила-скорость мышцы. Как известно, эта взаимосвязь включает четыре момента: скорость равна 0; сила равна 0; скорость > 0 и скорость < 0. Мы определили силу как точку на кривой сила-скорость, где скорость равна 0, тогда как мощность, развиваемая двигательной системой, соответствует участку скорости, не равному 0.
Многие исследователи традиционно определяли количественные способности физической деятельности на основании статической и динамической силы. Эти оба понятия отражают меру результирующего вращающего момента, а различие между ними — изменение или не изменение мышечной длины.
Согласно взаимозависимости вращающий момент-скорость, максимальный вращающий момент, образуемый мышцей, снижается с увеличением скорости укорачивания мышцы. Это означает, что изменения динамической силы в большой степени зависят от интенсивности, с которой изменяется длина мышцы.
Кроме того, тщательное определение динамической силы требует, чтобы максимальный вращающий момент измеряли при различной скорости. Более простой метод предполагает измерение пика мощности, развиваемой системой, представляющей собой сочетание силы и скорости и оказывающей максимальный механический эффект. Какие свойства двигательной системы влияют на ее способность развивать мощность?
Мы выяснили, что мощность — результат силы и скорости. Следовательно, факторы, влияющие на мышечную силу либо на скорость сокращения мышечной длины, определяют развиваемую мощность. При условии адекватного нервного импульса основными детерминантами образования мощности являются количество параллельно активированных мышечных волокон и интенсивность, с которой превращают энергию в механическую работу.
Величина силы, которую может образовать мышца, прямо пропорциональна количеству образующих силу расположенных параллельно единиц; мышечная сила возрастает с увеличением площади поперечного сечения. Мощность максимальна, когда мышечная сила равна приблизительно 1/3 максимальной; с увеличением силы мышцы (увеличение площади поперечного сечения) мощность повышается и, следовательно, показатель 1/3 возрастает.
Это же относится к влиянию скорости мышцы на образование мощности. Максимальная скорость, с которой уменьшается длина мышцы, определяется ферментом миозин атфазой, контролирующим скорость взаимодействия между актином и миозином и, следовательно, интенсивность циклов поперечного мостика. Активность миозин атфазы изменяется при изменении уровня физической активности.
Мощность и движение. Успех во многих спортивных соревнованиях во многом зависит от способности продолжительного развития максимальной мощности. Несмотря на столь значительную роль мощности, это — наименее изученный биомеханический параметр в анализе движения человека. Мощность и выполнение заданий для всего тела.
Мощность, развиваемую двигательной системой, можно определить заданием (прыжок в высоту, поднятие штанги), используя эргометр или проведя исследование на изолированной мышце. Оценка задания дает представление о мощности всего тела. Для этой цели чаще всего используют выполнение прыжка в высоту.
Испытуемый выполняет прыжок в высоту на силовой платформе, позволяющей измерить силу реакции поверхности. Зная силу реакции поверхности, мы можем определить среднюю силу (F), действующую на поверхность, и среднюю скорость (v) центра тяжести и, таким образом, — среднюю мощность, развиваемую во время прыжка.
Чтобы рассмотреть только способность образования силы испытуемым, ограничим задание выполнением прыжка согнув ноги, который включает только концентрическое сокращение, а не эксцентрически-концентрическое. Получим (F), поделив величину импульса на его продолжительность. Другие ученые определяли взаимосвязь вращающий момент-скорость и максимальную мощность, развиваемую мышцами-сгибателями подошвы во время выполнения прыжка в высоту — 2 499.
Мощность, развиваемую тяжелоатлетами, можно определить, установив интенсивность изменения количества механической энергии. Поскольку количество выполняемой работы можно определить на основании изменения количества энергии, а мощность равна интенсивности выполнения работы, то мощность можно установить по интенсивности изменения количества энергии.
Изменение количества энергии. Если допустить, что спортсмен оттолкнулся от поверхности и приземлился в одном и том же месте (положении), то половину времени «полета» он провел, поднимаясь вверх, а вторую половину — опускаясь вниз. Рассмотрим только вторую фазу «полета». Таким образом, мы установили, что средняя мощность, развиваемая прыгуном при выполнении прыжка согнув ноги, была 605 Вт. Поскольку при выполнении этого прыжка руки не выполняли работу, полученный показатель характеризует только влияние мышц нижних конечностей.
Пример данного подхода. Представлена мощность, сообщаемая тяжелоатлетом штанге, при выполнении трех упражнений: а) чистом взятии веса на грудь, т.е. движение по перемещению штанги с пола на грудь спортсмена, выполняемое за счет одного непрерывного и быстрого движения; б) упор присев-движение, при котором спортсмен со штангой у плечей перемещается из положения стоя в положение сидя (бедра параллельны полу) и затем встает со штангой; в) жим лежа на скамье, при котором спортсмен, лежа на спине, опускает штангу, которую он удерживал на вытянутых руках, на грудь и затем быстро возвращает ее в исходное положение.
Приведенные результаты свидетельствуют, что максимальный пик мощности, сообщаемый штанге, наблюдается при выполнении чистого взятия веса на грудь, минимальный — при выполнении жима, лежа на скамье. Кроме того, данные показывают, что успешное выполнение этих двух упражнений не определяется исключительно развитием мощности. Можно предположить, что успех в большей степени связан с силовыми возможностями.
Развитие мощности относительно отдельного сустава. С помощью эргометра можно определить мощность отдельной мышечной группы (Grabiner, Jeziorowski, 1992). Эргометр позволяет определить взаимосвязь вращающий момент угловая скорость относительно сустава, а также вычислить мощность. Мощность, развиваемую относительно отдельного сустава, можно определить, проведя биомеханический анализ и определив вращающий момент и угловую скорость относительно сустава (Enoka, 1988a, Winter, 1983).
Метод требует данных о кинематике сустава и силе соприкосновения (например, силе реакции поверхности, силе педалирования). Например, мощность, сообщаемую испытуемым педалям велоэргометра, можно определить, вычислив силу педалирования и скорость вращения педалей или суммировав мощность бедренного, коленного и голеностопного суставов (вращающий момент х угловую скорость) (van Ingen Schenau, van Woensel, Boots, Snackers, de Groot, 1990).