Спортивна метрология

в лабораторных условиях; она соединяет блок преобразования и предварительной обработки информации с блоком ее отображения. Высокая помехоустойчивость проводной телеметрии сочетается с существенным недостатком: провода, идущие от спортсмена, мешают его действиям.

Р а д и о т е л е м е т р и я лишена этого недостатка, так как результаты измерений передаются по радио. Делается это так: на спортсмене укрепляются датчики, усилители и преобразователи информации, радиопередатчик и антенна. Все эти устройства выполняются в очень компактном виде, и спортсмены практически их не ощущают. Посылаемые передающим устройством сигналы принимаются блоком, состоящим из антенны и приемника. Здесь же происходит отображение, хранение и автоматическая обработка результатов измерений.

6.1.5. Представление измерительной информации

Различаются д и с к р е т н ы е и а н а л о г о в ы е формы представления результатов измерений.

Аналоговые приборы, используемые для непосредственного отображения измерительной информации, называются самописцами. С их помощью получают наглядные диаграммные записи, которые позволяют анализировать динамику регистрируемого процесса. Наиболее употребительны регистраторы с непрерывной записью. В них стрелка измерительного устройства жестко соединена с регистрирующим механизмом. На конце стрелки есть перо с капиллярным устройством, через которое подаются специальные чернила. Пример аналоговой записи приведен на рис. 15.

В некоторых случаях вместо пера используется сопло, через которое струя чернил выбрасывается под значительным давлением. Можно использовать и самописцы с фотозаписью. В них световой луч проецируется на движущуюся фотопленку. Инерционность фотолуча невелика, и поэтому с его помощью можно записывать высокочастотные процессы, которые большей частью и встречаются в спортивных измерениях.

На рис. 15 представлены аналоговые динамограммы, зарегистрированные при разгибании ног. Видно, что спортсмен А. сильнее спортсмена Б.: его максимальная сила — 3100 Н против 2600 Н у спортсмена Б. Однако, как уже отмечалось выше, при аналоговой форме представления измерений хорошо видна временная развертка процесса достижения максимальной силы. Спортсмен А. достигает максимума силы за 0,27 с; Б. — за 0,16 с. Отметим, что за время, равное 0,16 с, А. способен лишь частично реализовать свои силовые возможности. Поэтому если движения будут выполняться быстрее 0,16 с, то в них более сильным может оказаться спортсмен Б.

Вторая форма представления измерительной информации — с помощью цифровых приборов. В этом случае результаты измерений высвечиваются на различного типа цифровых табло. Используются три типа цифровой индикации: 1) механические приборы

61

Рис. 15. Динамограммы двух спортсменов (Аи Б), зарегистрированные при разгибании ног

цифровой индикации; 2) оптические цифровые приборы и 3) электронные цифровые приборы. Последний тип приборов получил наибольшее распространение. В них индикация осуществляется светодиодами или с помощью жидких кристаллов.

Цифровые приборы позволяют считывать измерительную информацию в привычной и удобной для использования форме.

Внекоторых случаях могут использоваться электронно-луче- вые визуальные приборы, в которых цифры отображаются на экране электронно-лучевой трубки, или печатающие приборы.

Вкачестве печатающих применяют: 1) ленточные, в которых измеренные данные печатаются на узкой бумажной ленте. Таким, например, является кварцевый печатающий хронограф, на вход которого поступают сигналы от предыдущих блоков измерительной системы; 2) электрические пишущие машинки, снабженные блоком ввода данных.

Автоматизация процессов измерения повсеместно приводит к тому, что для отображения и хранения информации используется электронно-вычислительная техника. В таких случаях результаты измерений: а) показываются (в виде графика или цифр) на экране дисплея; б) печатаются на бланке; в) записываются на магнитные диски для хранения.

6.2.РАЗНОВИДНОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

Вспортивной практике используют оптические, оптико-элек- тронные и механоэлектрические методы контроля движений.

6.2.1.Оптические и оптико-электронные методы

регистрации движений

что изображение движущихся спортсменов (или любых других объектов) отображается на светочувствительном материале. Есть

62

и отличия: при фотосъемке изображение фиксируется на неподвижной фотопластинке или фотобумаге, при киносъемке — на движущейся светочувствительной пленке.

Оптическая регистрация движений проводится с несколькими целями. Чаще всего ее результаты (фотография или кинофильм) применяются тренером для общей оценки правильности выполняемых движений, соответствия их заранее определенным эталонам. Наиболее употребительны в этом случае к и н о г р а м м ы , покадровый просмотр которых позволяет оценить согласованность последовательных элементов движений. Здесь можно говорить преимущественно о качественной оценке движений.

При этом, чтобы вычленить отдельные моменты движения, возможен замедленный показ кинограмм. Особенно эффективен такой метод показа при скоростной киносъемке (100—500 кадров в секунду). В этом случае удается увидеть все особенности движения, оценить, что спортсмен делает хорошо, а что — плохо.

Количественная оценка проводится обычно более сложными методами: с помощью ц и к л о г р а ф и и или с т р о б о ф о т о г р а ф и и .

Стробофотограмма представляет собой совмещенное на одном фотоснимке изображение нескольких последовательных поз движения. Для этого съемка проводится с помощью обтюратора — вращающегося непрозрачного диска с прорезями. Если же на теле спортсмена (или спортивном снаряде) укрепить миниатюрные лампочки, светодиоды или зеркальные отражатели (так называемые маркеры), то в результате регистрации получим циклограмму. Она будет представлять собой прерывистую линию, отражающую траекторию перемещения сегмента тела, на котором укреплен маркер.

Зная скорость вращения обтюратора, по расстоянию между точками прерывистой линии можно рассчитать скорость перемещения сегментов. Естественно, что требования к точности определения положения точки в пространстве очень высоки. Поэтому смещение маркера во время движения и нестабильность вращений обтюратора недопустимы. Именно они являются источниками систематических и случайных ошибок измерения.

Точность расшифровки циклограмм повышается, если съемка проводилась на фоне масштабной сетки на оптимальном съемочном расстоянии (так называется расстояние между объектом съемки и объективом съемочной камеры). При использовании киноаппарата это расстояние определяется по следующей формуле:

V — скорость перемещения спортсмена (или спортивного снаряда), м/с;

F — фокусное расстояние, см;

k — отношение времени экспонирования ко времени смены кадров;

63

сокочастотных фотокамер, укрепленных на одной подставке. При съемке объект должен быть в поле зрения обоих объективов.

Точность стереофотограмметрической регистрации зависит от синхронности съемки обеими камерами. Если этого удается добиться, то достоверность полученных данных оказывается высокой.

6.2.2. Механоэлектрические методы регистрации движений

Чаще всего они применяются для регистрации биоэлектрических процессов, происходящих в организме спортсменов, а также при измерении биомеханических характеристик движений.

Основные биоэлектрические процессы, информативно отражающие соревновательную и тренировочную деятельность, оцениваются после регистрации э л е к т р о к а р д и о г р а м м ы (ЭКГ) и э л е к т р о м и о г р а м м ы (ЭМГ). В первом случае оценивается состояние сердца, а во втором —мышц (в покое или во время выполнения упражнений). Содержательный анализ этих показателей представлен в учебниках «Спортивная физиология» и «Спортивная медицина».

С точки зрения спортивной метрологии измерение и оценка показателей ЭКГ и ЭМГ должно проводиться в соответствии с правилами, изложенными в главах 2—4 настоящего учебника.

Некоторые методы регистрации биомеханических показателей изложены в разделе 6.1.1 настоящей главы при описании датчиков, воспринимающих изменения физических величин. Существует две группы биомеханических показателей: д и н а м и ч е с к и е (сила, момент, импульс и градиент силы) и к и н е м а т и ч е с к и е (положение тела и его сегментов во время движений, скорости и ускорения). Их регистрация осуществляется с помощью нескольких методов: динамометрии , спидометрии, акселерометрии, гониометрии , стабилометрии.

Характеристика датчиков, лежащих в основе этих методов, изложена в разделе 6.1.1 этой главы; практическое применение измерительных устройств — в 11-й главе учебника.

Глава 7

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНО ТРЕНИРОВОЧНОГО И СОРЕВНОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССОВ

Научно-технический прогресс в физическом воспитании и спорте стал в последнее время реальностью, с которой нельзя не считаться. Наиболее заметно его влияние в информационно-техническом обеспечении соревнований и тренировочного процесса.

7.1. ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА

В современном спорте оно осуществляется по следующим направлениям:

1)автоматизированный контроль за подготовленностью спорт сменов;

2)применение ЭВМ для планирования нагрузок, восстановле ния и питания;

3)использование ЭВМ для организации подготовки спортсме нов (ведение документации, контроль и нормирование материаль но-технического обеспечения и т. п.);

4)применение тренажерных и обучающих устройств. Применение достижений научно-технического прогресса осво-

бождает тренеров от рутинной, нетворческой работы и создает условия, при которых они могут вплотную заниматься проблемами воспитания спортсмена.

7.1.1. Автоматизированный контроль за подготовленностью спортсменов

Автоматизированным называется контроль, в основе которого лежит использование технических средств и математических методов для сбора, анализа, хранения и применения информации о спортсмене. Он позволяет частично или полностью освободить от этого специалистов и сосредоточить их внимание на решении творческих задач. Автоматизированный контроль (АК) проводится на соревнованиях, тренировочных занятиях и в лабораторных условиях.

Более всего АК применяется в циклических видах спорта. При этом автоматически регистрируются не только конечные результаты выступлений спортсменов, ко и промежуточные. Например, время прохождения 250-метровых отрезков в гребле, 400-метровых — в легкоатлетическом беге и в конькобежном спорте и т. д. Такая информация позволяет судить о тактике, избранной спортсменом, об эффективности техники движений. На рис. 18 приведены результаты такой регистрации в плавании. Видеозапись олимпийских соревнований по плаванию была обработана с помощью ЭВМ, в результате чего получили данные о частоте гребков и о длине «шага» при проплывании различных дистанций. Сравнение материалов Олимпиад 1976 и 1984 гг. позволило установить, что повышение эффективности техники плавания вольным стилем в течение 8 лет осуществлялось за счет уменьшения частоты гребков и увеличения расстояния, проплываемого за один гребок. Так, например, в плавании на 100 м частота гребков у мужчин уменьшилась с 58 до 52 в минуту, а длина шага увеличилась с 2 м до 2,25 м. В баттерфляе же тенденция иная: там возросли значения обоих показателей — и частота гребков, и длина шага.

Возможности автоматизированного контроля ограничиваются правилами соревнований. Но на тренировочных занятиях этих ограничений нет, и поэтому здесь в последние годы автоматизация контроля внедряется ускоренными темпами. Создаются специализированные тренировочные центры, в которых непосредственно на местах тренировок устанавливаются датчики, воспринимающие информацию о движениях и состоянии спортсмена.

66

Например, на беговой дорожке устанавливаются тензометрические платформы длиной не менее 4 м (о том, что они вделаны в дорожку, спортсмен может и не знать). Они регистрируют длительность опорных и полетных периодов в беге, вертикальную, горизонтальную и продольную составляющие опорных реакций. Одновременно фотокамеры, оптическая ось которых перпендикулярна направлению движения спортсмена, регистрируют кинематику его движений (для этого на суставных точках тела спортсмена устанавливаются маркеры. Траектория движения этих точек может служить для оценки техники движений). И тензометрическая дорожка, и кинокамеры соединены с ЭВМ, которая анализирует поступающую в нее информацию. Тренер получает результаты анализа в удобной для него форме (цифровой, графической). На рис. 19 представлены кинематические и динамиче-

3* 67

Рис. 19. Кинематические и динамические характеристики удара по мячу: а — кинематика бьющей ноги; б — скорость вылета мяча в зависимости от возраста спортсмена; в — опорные реакции во время удара

ские характеристики, автоматически зарегистрированы в беге с последующим ударом по мячу.

Аналогичные данные, но уже для гребли на байдарке, представлены на рис. 20. Запись осуществлялась на тренировке, когда по заданию тренера спортсмен международного класса должен был развить максимальную скорость на отрезке в 40 м, 16-мил- лиметровая кинокамера, работающая с частотой 70 кадров в секунду, устанавливалась в 20 м от лодки; использовали также экран со шкалой. Регистрировали кинематику кисти, локтя, плеча, обеих рук, а также весла.

Полученные кинокадры обрабатывались на ЭВМ, которая выдала графики скоростей и ускорений в различных фазах гребка.

68

Эта информация исключительно полезна для анализа техники. Причем

срочном тренировочном эффекте (СТЭ) воды

различных вариантов тренировки. После окончания упражнения пловец получает бланк, на котором есть количественный и качественный анализ его работы. Все это хранится в памяти ЭВМ.

В лабораторных условиях автоматически регистрируются показатели стандартных и» преимущественно неспецифических тестов: таких, как частота сердечных сокращений, потребление О2, молочная кислота крови и т. п. Одновременно регистрируется механическая работа и мощность нагрузки, что позволяет рассчитать соотношение между механической (физической) и физиологической нагрузками.

7.1.2. Применение ЭВМ для планирования нагрузок, питанияивосстановления

Возможности ЭВМ, в планировании нагрузок неисчерпаемы, и действительная их оценка будет сделана позднее, после накопления опыта такой работы. Для помощи тренеру в планировании нагрузки в памяти ЭВМ должны храниться:

1)перечень тренировочных упражнений, используемых спорт сменом определенной квалификации в конкретном виде спорта;

2)полная характеристика каждого из этих упражнений (спе циализированность, сложность);

3)направленность упражнений в зависимости от метода их вы полнения и уровня физической работоспособности спортсмена;

4)основные правила планирования, основанные на принципах подготовки спортсменов (в них указываются минимальная и мак симальная длительности различных типов занятий; оптимальный

69

набор упражнений для каждого из них; приемлемая последовательность выполнения, методы выполнения и т. п.).

Работая с ЭВМ, тренер вводит в нее запрос, в котором указывает работоспособность спортсмена, длительность занятия, его тип, желательный состав упражнений по специализированности, сложности, направленности и т. д. ЭВМ на основе анализа уже хранящейся в ней и вновь вводимой информации выдает несколько возможных вариантов нагрузки тренировочного занятия. Точно так же можно планировать динамику нагрузок в микроциклах, этапах, периодах, предварительно введя в ЭВМ правила этой работы.

Информация о нагрузках занятий используется для планирования рациона питания и средств восстановления. В памяти ЭВМ должны храниться энергетические характеристики упражнений, калорийность и микроэлементный состав пищевых продуктов и т. п. Введя в ЭВМ данные о спортсмене (масса тела, его плотность и процент жира), показатели нагрузки занятий и требования к питанию, можно получить несколько рационов меню.

Из перечня средств и методов восстановления, хранящихся в памяти ЭВМ, выбираются адекватные тренировочным нагрузкам и рекомендуются спортсмену.

7.1.3. Применение ЭВМ в организации подготовки спортсменов

Эффективность подготовки спортсменов зависит от слаженной работы многих людей и организаций. Координировать ее можно с помощью ЭВМ, используя для этого управленческие п р о г р а м - м ы . Одной из таких программ может быть программа подготовки, в которой указываются количество тренировочных сборов, длительность каждого из них; состав руководителей, специалистов и спортсменов, приглашаемых на сбор; материальнотехническое обеспечение и т. п.

ЭВМ в нужное время выдает информацию о том, кому, что и когда нужно делать, контролирует исполнение заданий и т. п.

Она используется в системе повышения квалификации тренеров и спортсменов. Для этого в нее вводится научно-методическая информация (книги, статьи, отчеты научных учреждений о результатах исследовательских работ и т. п.). Порядок ввода такой информации в ЭВМ следующий: автор, страна, название работы, ее выходные данные, аннотация, ключевые слова, содержание.

Тренер, работая с компьютером, может отыскать любую статью (книгу и т. п.), задавая ключевые слова. Например, он может запросить работы, в которых основными являются следующие ключевые слова: плавание, тренировочный микроцикл, специализированные упражнения. Будут извлечены из памяти и напечатаны оттиски всех работ, в которых рассматривается планирование специализированных упражнений в микроциклах тренировки пловцов.

70