Технические средства тренировки в легкой атлетике или современные методы регистрации движений в легкой атлетике

Введение
Практика современного спорта, усиление его коммерциализации и профессионализации, постоянно растущая социально-политическая значимость успехов атлетов на международной арене выступают главными факторами интенсификации тренировочного процесса и соревновательной деятельности, стимулируют поиск путей дальнейшего роста достижений и формирования во многих странах мира высокоэффективной системы подготовки спортсменов. В научных исследованиях ведущих стран мира, направленных на совершенствование системы многолетнего тренировочного процесса спортсменов с привлечением современных инновационных средств отбора и ориентации их подготовки, функционирует положения, показать результаты мирового уровня способны только одаренные спортсмены, имеющие естественную склонность к максимальной реализации индивидуальных возможностей в избранных дисциплинах соревнований
Во время проведения спортивных соревнований необходимо измерять результаты выполнения упражнений и другого рода двигательных задач. Также такие измерения нужны на тренировочных занятиях. И, главное, нужны иного характера измерения, не интересны для зрителей и судей, но важные для повышения эффективности общефизической и спортивной подготовки, для обеспечения здоровья занимающихся. Это измерения характеристики тела, телодвижений и движений, физиологических и психологических характеристик.
Измерения можно проводить с использованием достаточно сложных приборов и устройств, но во многих случаях можно ограничиться сравнительно простыми измерительными приборами и приспособлениями, а порой и обойтись измерением собственным телом и визуальными оценками. Измерение - это сопоставление измеряемой признаки объекта с принятым за образец объектом, обладающим аналогичной признаком единичной величины.
Измерения в легкой атлетике позволяют сравнивать интересующие нас признаки различных индивидов, позволяют сравнивать тот же признак того самого индивида по тем или иным промежутки времени, что дает возможность проследить динамику этого признака, ход его развития. Такой контроль необходим для управления процессом подготовки в физическом воспитании и спорте, а также для выработки норм и ориентиров, «моделей спортсменов». Измерения - основа количественного анализа двигательной активности, состояния индивида, его актуальных и потенциальных двигательных возможностей, а значит - контроля в этой области.
1. Измерения в легкой атлетике
Вся тренировочная и организационная деятельность в спорте направлена на то, чтобы обеспечить его состязательность, массовость и зрелищность
Вся тренировочная и организационная деятельность в спорте направлена на то, чтобы обеспечить его состязательность, массовость и зрелищность. Современное мировое спортивное движение насчитывает около 300 различных видов спорта, в каждом из которых имеется настоятельная необходимость различного рода измерений. Здесь мы рассмотрим проблемы измерений только в легкой атлетике.
В первую очередь измерения используются для определения собственно спортивного результата. Главный олимпийский девиз звучит так: Быстрее! Выше! Сильнее! Именно поэтому необходимым условием для включения претендента в семью олимпийских видов спорта всегда была его состязательность, т.е. возможность выявления победителя по очевидным количественным критериям. Таких критериев в спорте всего три.
1-й критерий результат, измеренный в единицах СИ (секунда, метр, килограмм); 2-й количество заработанных, полученных, завоеванных, выбитых очков; 3-й количество начисленных судьями баллов.Стоит заметить, что по этим трем критериям могут быть оценены результаты спортсменов как в индивидуальных, так и в командных выступлениях.
Чаще других результатом, оцениваемым по 1-му критерию, является время преодоления определенной дистанции. В различных видах спорта в зависимости от скорости передвижения спортсменов используется различная точность измерения времени. Как правило, она находится в пределах 0,001 0,1 с. При этом спортсмен может идти, бежать, ехать на велосипеде, передвигаться на лыжах или коньках, съезжать на санях, плыть, ходить под парусом или на веслах
Само по себе обеспечение необходимой точности измерения временного интервала с технической точки зрения не представляет особой трудности, тем не менее специфика спорта накладывает на этот процесс свои особенности, что связано в первую очередь с проблемами определения момента старта и финиша. Совершенствование измерений этих элементов соревновательного процесса идет по пути использования технических новинок. К ним среди распространенных в настоящее время приборов относятся различные фотодатчики и микрочипы, системы регистрации фальстарта, системы фотофиниша и т.п.
Сегодня технический прогресс позволил соединить в единый комплекс измерительные, демонстрационные и телевизионные системы. Всё это привело к тому, что в спорт стали вторгаться самые последние информационные технологии и приемы шоу-бизнеса. Теперь зрители, находящиеся на стадионах, спортивных площадках и сидящие у экранов телевизоров, почти уравнены: все могут видеть происходящее в реальном и замедленном времени, лицезреть крупный план спортивной борьбы, в том числе с повтором интереснейших и спорных моментов, наблюдать прохождение спортсменами рубежей, контролировать промежуточные и итоговые результаты, быть свидетелями любимого всеми действия Это касается практически всех видов спорта, но особенно важными такие технологии являются для видов спорта с раздельным стартом, таких как легкая атлетика.
Актуальной для легкой атлетики также является регистрация скоростей и траекторий в определенный момент времени, в определенных местах и в спорных ситуациях. К таким регистрируемым параметрам относятся, например, скорость спортсмена при прыжках во время отталкивания или в момент приземления, скорость бегуна, его траектория и т.п. В настоящее время за ходом соревнований высокого уровня наблюдают сотни миллионов зрителей. Важно, чтобы все судьи, зрители, спортсмены были уверены в объективности определения победителей. Для этой цели даже разрабатываются специальные математические модели и имитаторы.
Кроме контроля времени, в процессе регистрации спортивного результата по 1-му критерию необходимо также измерять расстояния, например в метаниях или различного рода прыжках.
Если при прыжках в длину (расстояния 6-9 м) измерения простой рулеткой еще допустимы, т.к. возможные ошибки (несколько миллиметров) весьма незначительны, то в метании копья или молота (расстояние в 10 раз больше) ошибка измерения результата рулеткой будет уже существенной (несколько сантиметров). Разница же между результатами соперников может составлять всего 1 см. Поскольку победа имеет огромную значимость в современном спорте, объективность и точность измерений таких расстояний уже давно обеспечиваются с помощью специальных лазерных дальномеров.
2. Технические средства для измирений, их основные компоненты
Устройство - система, отправляет некоторую сравнительно «узкую» функцию и имеет обособленные конструкции и компоновки, но не заключена в отдельный корпус. Прибор - скрытый в отдельный корпус устройство или совокупность функциональных взаимосвязанных устройств. Измерительная установка - системная совокупность функционально взаимосвязанных или несвязанных приборов, устройств, вспомогательных конструктивных элементов, предназначенная для измерения одного или нескольких измеряемых факторов. Измерительная установка может состоять из нескольких конструктивно обособленных частей, каждая их которых включает в себя один или несколько приборов (устройств). Эти части называют блоками, а такую установку - блочной. Но может быть оформлена и как цельная конструкция. Измерительная установка часто состоит из 2 разделенных расстоянием блоков: один закреплен на исследуемом объекте, другой - блок оператора. Таковы, в частности, телеметрические системы, в которых связь между блоком, установленным, например, на спортсмены и блоком оператора чаще всего осуществляется радиосигналами.
Перечислим основные компоненты измерительных установок.
Датчик - измерительный преобразователь влияния измеряемого фактора в сигналы некоторой физической модальности, чаще всего электрические. Датчики различаются по принципу реагирования на измеяемый фактор, по физической модальности выходного сигнала, по чувствительности, механической прочности, конструкции и материала, размерам.
Усилитель должен не только усиливать сигнал с датчика, увеличивая его амплитуду, но и делать это с возможно меньшими искажениями. Бывают: а) нелинейность усиления, то есть непропорциональность отношения приращений величины сигнала ( А) на входе усилителя к соответствующему ее увеличением на выходе усилителя; б) смещение значений на ту же величину; в) наведения - искажение, индуцированные (возбуждаемые) посторонними (чаще электрическими) препятствиями.
Преобразователи служат для перевода сигнала из одной физической величины (одного вида энергии) в другую, более удобную для дальнейших манипуляций, или с одной формы - например, аналоговой (т.е. непрерывной) в цифровую, что необходимо для ввода в ЭВМ (такие преобразователи называют аналого цифровыми - АЦП).
Регистраторы (регистрирующие системы, приборы, устройства) обеспечивают доступ к полученной измерительной информации, ее сохранение: запись, звуковую или визуальную фиксацию. Индикаторами обычно называют регистраторы, которые дают информацию типа «да – нет». В качестве наиболее употребляемых регистраторов выступают ЭВМ, аудио- и видеомагнитофоны, осциллографы, самописцы, счетчики импульсов. Индикаторами обычно называют регистраторы, которые дают информацию типа «да – нет».
3. Технические средства в спорте
Очень важным является также обеспечение равенства условий, объективности и сопоставимости результатов соревнований.
Здесь наряду с определением качества соревновательных трасс, полей, секторов, треков, лыжни, склонов точному измерению подлежат их физические размеры: длина, ширина, относительная и абсолютная высоты. В этом направлении в современном спорте часто используются самые последние технические достижения. Например, к одному из чемпионатов Европы по легкой атлетике, который должен был проходить в Штутгарте, спонсор соревнования автоконцерн Мерседес для точного измерения длины марафонской дистанции создал специальный автомобиль. Ошибка измерения пройденного этой уникальной машиной расстояния составляла менее 1 м на 50 км.
При организации крупных соревнований большое внимание уделяется состоянию и параметрам спортивного инвентаря и оборудования.
Так, например, все снаряды для метаний по правилам соревнований должны строго соответствовать определенным размерам и весу. В зимних видах спорта, где большое значение имеет эффективность скольжения, например в бобслее, имеются ограничения по температуре полозьев, которая тщательно измеряется непосредственно перед стартом. Строго контролируются параметры ворот, разметки полей и площадок, мячей и сеток, щитов, корзин и т.п. В некоторых случаях тщательно проверяется экипировка спортсменов, например в прыжкахналыжах с трамплина, чтобы она не представляла собой своеобразный парус.
Иногда необходимой процедурой является взвешивание спортсменов. Этого требуют, например, правила соревнований в тяжелой атлетике, где имеются весовые категории, или в конном спорте, где спортсмен не должен быть слишком легким.
В ряде спортивных дисциплин важными являются условия погоды. Так, в легкой атлетике производятся измерения скорости ветра, которая может повлиять на результаты бега и прыжков, в парусных регатах, где в условиях безветрия соревнования вообще невозможны, при прыжках на лыжах с трамплина, где боковой ветер может угрожать жизни спортсменов. Контролю подлежит температура снега и льда в зимних видах спорта, температура воды в водных видах спорта. Если соревнования проводятся на открытом воздухе, то в случае осадков определенной интенсивности они могут быть прерваны (например, теннис, бадминтон, прыжки с шестом).
В спорте особое значение придается допинг-контролю. С этой целью разрабатывается дорогостоящее оборудование, которым оснащаются современные антидопинговые лаборатории. Проблема допинга в спорте сегодня стоит настолько остро, что ни одна великая спортивная держава не может обойтись без своей системы лабораторий, оборудованных в соответствии с последними достижениями в этой области. И это несмотря на то, что антидопинговые лаборатории стоят десятки миллионов долларов. Кроме стационарного лабораторного оборудования в последние годы в борьбе с так называемым кровяным допингом стали использоваться переносные биохимические экспресс-анализаторы крови.
Это далеко не полный круг вопросов, касающихся метрологического обеспечения спортивных соревнований. Не меньшие потребности в измерениях имеются у спортсменов и тренеров при проведении тренировочного процесса. Здесь кроме измерительных процедур, перечисленных выше, существует настоятельная необходимость контроля физического состояния спортсменов, их подготовленности на данный момент времени.
С этой целью в спорте используется самое современное медицинское оборудование. Среди такого оборудования наиболее значимыми являются различного рода газоанализаторы, системы биохимического контроля и диагностики состояния сердечно-сосудистой системы. Таким оборудованием оснащаются все диагностические спортивные лаборатории. Кроме того, в диагностических лабораториях необходимы стационарные беговые дорожки, велоэргометры и другие современные приборы. Всё это лабораторное оборудование имеет высокоточную измерительную технику и тщательно калибруется. Высококвалифицированные спортсмены два-три раза в год проходят этапное комплексное обследование, целью которого является диагностика состояния различных функциональных систем организма.
Кроме углубленных, но эпизодических лабораторных обследований существует настоятельная необходимость в ежедневном контроле переносимости спортсменами напряженных и регулярных тренировочных нагрузок. Для решения этих задач широко используются различного рода мобильные диагностические системы. На сегодняшний день такие системы включают в себя компьютеры для надежной и быстрой обработки получаемой информации.
Важным элементом тренировочного процесса является анализ техники выполнения соревновательных упражнений. В последние годы это направление получило стремительное развитие: в спорте стали широко внедряться видеоанализаторы приборы с очень высокой точностью и дискретностью отображения частей тела спортсмена или спортивного снаряда. Отличительным принципом работы этих приборов является трехмерное лазерное сканирование движущихся объектов.
Нельзя не упомянуть две индустриальные области, связанные со спортом и измерениями, подчас очень сложными и в отдельных случаях уникальными. Это проектирование и строительство спортивных сооружений, а также разработка и производство спортивного снаряжения. Но эти серьёзные вопросы требуют отдельного освещения.
4. Современные методы регистрации движений в легкой атлетике
Оптические и оптико-электронные методы предназначены для дистанционного и бесконтактного контроля за спортсменом. Они не мешают естественному ходу тренировок и соревнований.
Оптические методы основаны на фотографии. Фотография («светопись») — это совокупность способов получения изображений на светочувствительном материале. Различают фотосъемку и киносъемку. При фотосъемке изображение фокусируется на неподвижной фотопластинке или фотобумаге, при киносъемке отдельные позы спортсмена фотографируются на следующих один за другим кадрах движущейся светочувствительной пленки (кинопленки).
Результаты фото- и киносъемки предназначаются либо для визуального изучения движений, либо для определения кинематических характеристик (перемещений, скоростей, ускорений). В первом случае результаты представляются в виде фотоснимка, кинофильма, кинокольцовки или кинограммы.
Кинокольцовкой называется отрезок киноленты, склеенный в кольцо с целью многократного просмотра зафиксированно изображения. Обычные размеры кинокольцовки 1—18 м.
Кинограммой называют отпечатанный на фотобума отрезок киноленты.
При фото- и киносъемках, выполняемых с измерительными целям регистрируется циклограмма или стробофотограмма.
Стробофотограммой (стробограммой) движения принято называть совмещенное изображение нескольких поз движущего объекта. Ее обычно получают путем фотосъемки через обтюратор — вращающийся непрозрачный диск с прорезям Обтюратор, объединенный с вращающим его электродвигателе называется механическим стробоскопом (от греч. стробос — кружение, скопео — смотрю). Другой способ стробоскопической съемки состоит в том, что съемку производят в мелькающем свете: мощные осветительные лампы зажигаются и гаснут с больше частотой через определенные интервалы времени (электронная стробоскопия).
Стробограмма (контурограмма) может быть получена посредством киносъемки. В этом случае кинопленку кадр за кадром проецируют на лист бумаги и делают последовательные отпечатки, (либо просто обводят карандашом контуры спортсмена или спортивного снаряда).
Циклограммой называется совокупность прерывистых линий, воспроизводящих траектории звеньев движущегося тела. Для регистрации циклограммы на суставах и голо спортсмена укрепляются маркеры (миниатюрные лампочки или отражатели света). Съемка ведется фотоаппаратом со стробоскопе (фотоциклография) или киноаппаратом (киноциклография).
Киноциклограмма («промер») получится, если кадры кинопленки поочередно спроецировать на лист бумаги и вручную отметить положение маркеров.
Точность регистрации положения точки в пространстве важнейший критерий качества оптических и оптико-электронных систем, предназначенных для измерений. От нее зависит точность измерения скорости и ускорения.
Методы, основанные на фотосъемке, на порядок (примерно в 10 paз) точнее кинометодов. Это объясняется тем, что при фотосъемке — (с применением стробоскопа) все движение фиксируется на одном и том же неподвижном снимке, размер которого может достигать 180 х 240 мм (наибольший размер кинокадра равен 24 х 35мм; кинопленка во время съемки движется и потому может деформироваться, что приводит к искажению регистрируемого изображения).
И при фотосъемке, и при киносъемке точность повышается, если от плоскостной съемки перейти к стереоскопической (греч. стереос пространственный). Стереосъемка чаще всего ведется двумя синхронно действующими съемочными аппаратами и позволяет регистрировать движения спортсмена в трехмерном пространстве. Иногда ее проводят и с помощью одного аппарата, применяя специальные зеркальные приспособления, делящие один снимок на два кадра.
Обладая сравнительно низкой точностью, киносъемка имеет преимущество перед фотосъемкой, заключающееся в том, что дает возможность регистрировать быстропротекающие движения и воспро­изводить их на экране с замедлением. Скоростная (рапидная) съемка может выполняться с частотой до нескольких тысяч кадров в секунду. Она позволяет изучать, например, процесс соударения теннисного мяча с ракеткой, длящийся от 0,001 до 0,01 с. В большинстве случаев при рапидной съемке в спорте используется частота кадров не выше 500 в секунду.
Оптико-электронные методы регистрации движений основаны на преобразовании изображения в электрический сигнал. Они делятся на телевизионные и фотоэлектронные методы. К телевизионным относятся телециклография и видео­магнитофонная запись (видеозапись).
Телециклография (аналог фотоциклографии) характеризуется тем, что траектории движения регистрируются телевизионной камерой и воспроизводятся на телевизионном экране.
Видеозапись — запись изображения на магнитной ленте с целью его многократного воспроизведения на телевизионном экране. Видеозапись дает возможность тщательно и объективно анализировать спортивную технику и тактику, приносит большую пользу не только в тренерской работе, но и в судействе соревнований, позволяя многократно воспроизвести на экране тот или иной эпизод спортивного состязания и принять окончательное решение на основании объективных данных. К сожалению, для научных исследований техники движений видеомагнитофонная запись не годится из-за недостаточной точности.
Фотоэлектронные методы измерения основаны на фотоэффекте. Фотоэффектом называется испускание веществом электронов под действием электромагнитного излучения (светового и др.).
При помощи фотоэлектронных устройств в спорте издавна измеряется время преодоления дистанции. Сейчас фотоэффект начинают применять и для регистрации циклограмм (подобно оптическим методам).
По точности современная фотоэлектронная аппаратура превосходит телевизионную (которая практически не используется в измерительных целях), но значительно уступает лучшим образцам измерительной фотоаппаратуры (аппаратуры для стереофотограмметрии).
Выводы
Подводя итоги можно скачать, что в процессе ориентации спортсменов и отбора из системы резервного спорта в спорт высших достижений используются электронно-оптические средства моделирования, оценки и коррекции технической подготовленности, которые позволяют осуществлять мобильный научно-методический контроль и коррекцию эффективной соревновательной деятельности. Процесс коррекции технической подготовленности спортсменов осуществлялся в ключевых фазах структуры движений легкоатлета, на которые влияют морфологические особенности.
Литература
1. Кулаков В.Н., Кириллов А.И. Рубрика: Спорт. «Мир измерений» Январь 2008
2. Начинская, С. В. Спортивная метрология [Текст] : учебник / С. В. Начинская. - 3-е изд., испр. . - М. : Академия , 2011. - 237 с.
3. Смирнов, Ю. И. Спортивная метрология [Текст] : учеб.пособие для студентов пед. вузов / Ю. И. Смирнов, М. М. Полевщиков. - М. : Изд. центр «Академия», 2000. – 232 с
4. Измерения и вычисления в спортивно-педагогической практике [Текст] : учеб.пособие для вузов физ. культуры. - 2-е изд. - М. : Физкультура и спорт, 2006. - 220 с