Бестолковщина

(Данная статья публикуется в строгом соответствии с текстом журнала "Олимп" № 2-3 за 2003 г.)

Владлен Каневский, кандидат педагогических наук, старший научный сотрудник Лаборатории фундаментальных проблем теории физической культуры и технической подготовки Российского государственного университета физической культуры

Влияние притяжения Земли на формирование живых организмов и их силовые качества

          Все живые организмы формировались в процессе эволюции в поле притяжения Земли. Сила, с которой масса Земли воздействует на каждый организм, пропорциональна прежде всего величине ускорения свободного падения g = 9,8 м/сек².

          Согласно первому закону Ньютона F = m·a. Вне сферы притяжения Земли, если ускорение a = 0, то есть тело находится в покое или равномерном движении, величина силы F = m. Но на поверхности Земли вес тел обусловлен её гравитационным притяжением и тогда вес тела P = m·g.

          Когда живой организм находится под воздействием притяжения Земли, возникают проблемы перемещения по его поверхности, прежде всего для решения задач выживания. Животным необходимо добывать пищу, спасаться от преследования хищников, воздействия стихийных сил природы и обустраивать свое более или менее комфортное существование.

          Для решения таких жизненно важных задач организму необходимо в различных ситуациях применять силу, источником которой является, прежде всего, мышечная масса тела любого живого организма, в том числе и человека. Величина мышечной массы не может быть беспредельной (в отличие от мнения некоторых известных людей), она ограничена, прежде всего, величиной гравитационного притяжения Земли и массой мышц в составе тела организма.

          Природа формирует любой живой организм так, чтобы он мог успешно функционировать в поле земного притяжения, решая все необходимые для этого задачи. Для преодоления силы земного притяжения в центральной нервной системе природа создала особую биологическую систему, которая и формирует состав тела и величину развиваемых мышцами усилий. Эта биологическая система может быть похожа на иммунную систему организма. Абсолютная сила, развиваемая нервно-мышечной системой организма, проявляется, прежде всего, в перемещении тела в направлении противоположном притяжению Земли.

          Наиболее показательное проявление такого рода перемещения - прыжок вверх. Высота прыжка вверх является интегральным показателем скоростно-силовых способностей организма. Величина силы, обеспечивающей максимальную высоту прыжка верх, соответствует величине максимальной скорости в момент отталкивания от поверхности Земли.

          Но максимальная скорость отталкивания не может быть больше 9,8 м/сек, так как в момент отталкивания от поверхности Земли и при преодолении её силы притяжения ускорение центра масс равно 0. А так как ускорение является второй производной перемещения, то остается только первая производная - скорость V = 9,8 м/сек. Это максимальная скорость, которую нервно-мышечная система может обеспечить при максимальной силе мышечных сокращений. Способность к такой потенциально-максимальной силе и формируется природой в центральной нервной системе (ЦНС) организма любого животного для противодействия гравитационному притяжению Земли и её предельная величина соответствует скорости отталкивания вертикально вверх, то есть V = 9,8 м/сек.

          Если организм человека или любого животного мог бы состоять на 100% из мышечной ткани, то теоретически именно такую скорость (9,8 м/сек) он смог бы развивать при прыжке вверх.

          Но организм состоит не только из мышечной ткани, ещё в его состав входят скелет, кожа, жир, внутренние органы и другие компоненты, обеспечивающие физиологическое и физическое функционирование организма. Масса тела, кроме мышечной, естественно, пассивна с точки зрения непосредственного проявления силы и соответственно снижает максимальную величину силы и скорости отталкивания при прыжке вверх да и при любом перемещении тела или его частей.

          Уменьшение максимальной силы и скорости отталкивания зависит от состава тела и пропорционально содержанию мышечной массы. Простые расчеты показывают, что если содержание мышечной массы тела около 50%, то максимальная скорость отталкивания при прыжке вверх не может быть больше 4,9 м/сек, а из этого следует, что максимально возможная высота прыжка вверх не может быть больше 122 см для любого животного на Земле, в том числе для человека.

          В повседневной жизни человек нечасто сталкивается с такими проблемами, где требуется максимальная реализация его скоростно-силового потенциала, и весь этот потенциал, заложенный природой в биофизические системы человеческого организма, является частью его резервных возможностей.

          Иначе эта проблема обстоит у диких животных в природе, где противостояние хищников и потенциальной добычи заставляет их сохранять скоростно-силовые качества на максимальном уровне.

          В большей степени силовой потенциал может быть реализован при выполнении статических упражнений или медленных движений, близких к статическому режиму работы мышц. В таких случаях величины проявления силы могут быть очень большими. Известное соотношение силы и скорости - самое наглядное тому подтверждение.

          Согласно данным Х.Ральстона (1949) такое соотношение выражено в виде графика на рис. 1 и получено в экспериментах на большой грудной мышце человека. Подобные результаты получены А.Хиллом (1950) в экспериментах с изолированной мышцей лягушки, которую раздражали электрическим током, измеряя при этом величины проявленной силы и скорости.

          Это свидетельствует о единой природе взаимосвязи силы и скорости при работе мышц у всех живых организмов, находящихся в поле притяжения Земли. Следует также вывод, что сама физиологическая структура работы мышцы и система её управления сформировались в процессе эволюции живых организмов на Земле, прежде всего, под влиянием притяжения Земли и для противодействия этому притяжению для того, чтобы живые организмы могли успешно функционировать на поверхности Земли.

          Определенным подтверждением такого вывода является такой факт, что космонавты, находящиеся длительное время на космических станциях, утрачивают необходимость в большой мышечной силе, которая необходима человеку на поверхности Земли. В результате этого у них без специальных (физических) упражнений уменьшается мышечная масса и даже масса сердца, как ненужные в условиях невесомости.

          Величина развиваемой мышцами организма силы зависит от соотношения потенциальной максимальной скорости и той скорости, которую организм должен иметь для совершения каких-то действий в условиях земного притяжения и может быть определена с помощью следующего уравнения:

                              V_g
          F = δ · P_т· —— , кг (1)
                              V_т

          Где: F - сила, проявляемая живым организмом, кг,
          δ - коэффициент содержания мышечной ткани в организме,
          P _т - масса живого организма, кг,
          V_g - вертикальная составляющая потенциальной максимальной скорости, м/сек,
          V_t - скорость перемещения организма, м/сек.

          На рис. 2 представлен обобщенный график соотношения скорости и силы.

          Следует обратить внимание на схожесть участка 2.1 на рис. 2 (график получен расчётным методом по уравнению 1) и рис. 1 (график по-

лучен Х.Ральстоном (1949) и А.Хиллом (1950) экспериментальным методом). Такой расчёт может быть сделан для любого организма и полученный при этом график будет индивидуальным для каждого организма.

          Величины скорости и силы при таком расчете будут потенциально максимальными, но скоростные и силовые возможности организма будут ограничены определёнными пределами.

          Механический предел ограничивает, прежде всего, максимальное проявление силы из-за того, что существует механический предел прочности костей, связок и сухожильной ткани. Этот предел ограничивает величину силы в статических и медленных силовых проявлениях и может быть 2000 кг и более. Теоретически согласно уравнению 1 при очень медленных скоростях величина силы может быть очень большой - 4000 кг и более, но механический предел ограничивает эту величину примерно до 2000 кг и менее.

          Физиологический предел также ограничивает максимальные проявления скорости и силы и зависит от состояния здоровья организма, его генетических способностей, физической подготовленности (тренированности) и т.д.

          Психологический предел в свою очередь ограничивает максимальные проявления скорости и силы в соответствии с индивидуальной психологической структурой организма. В состоянии сильного стресса возможно снятие психологического предела, и человек может показать очень большие проявления силы на уровне физиологического предела. Иногда это происходит при течении некоторых заболеваний, например, эпилепсии.

          Действительные скоростно-силовые возможности организма намного меньше, чем рассчитанные по формуле 1. Обладая интеллектом, человек, используя силы природы и возможности создаваемых им механизмов, может получать величины сил, многократно превосходящие его предельную силу.

          Среди биологов и антропологов есть мнение, что первобытный человек был физически намного сильнее современного человека и в этом отношении он был ближе к диким животным. Современные человекообразные обезьяны и другие животные (за исключением домашних) также превосходят человека в мышечной силе, даже имея меньший собственный вес.

          Кроме отсутствия очевидной необходимости в большой мускульной силе, у человека существует и генетический фактор. В первобытную эпоху выживали, прежде всего, физически очень сильные люди и они через свои гены передавали своим потомкам такие же физические способности. В настоящее время почти все люди имеют возможность не только выжить, но и прожить достаточно долгую жизнь, несмотря на слабое физическое развитие, болезни, в том числе и наследственные, и пагубные "радости жизни". Конечно же, такие индивидуумы передают своим потомкам значительно ослабленную генетическую информацию, не способствующую их хорошему физическому развитию и существованию.

          Иначе обстоит этот вопрос в природе у диких животных. Так как их интеллект ниже, чем у человека, в основном примерно одинаковый и базируется на инстинктах, то решающим фактором в получении предельных силовых проявлений является только собственный вес животного. Чем больше вес животного, тем большие силовые возможности позволяют ему противостоять другим животным в борьбе за существование между собой и с силами природы.

          Особенно актуален этот вопрос для хищников и является одним из решающих в борьбе за выживание. Они вынуждены использовать свой природный скоростно-силовой потенциал практически полностью. Ну а те животные, которые родились ослабленные, заболевшие и травмированные, имеют мало шансов на жизнь.

          Домашние животные значительно уступают своим диким родичам в силе, в связи с небольшой в этом необходимостью.

          Как мы уже отмечали, расчёты показывают (рис. 2), что при небольших скоростях действия силы, величины силовых проявлений могут быть очень большими. В практике жизни людей имеются подтверждения таких расчетов.

          Так, например, в 1912 году Оскар Валунд (Швеция) поднял спиной на ремнях платформу с грузом 2105 кг. Антон Риха (Чехия) в 1891 году перенёс на себе вес 854 кг. Пол Эндерсон (США) в 1955 году выполнил полуприседания с весом 900 кг и сделал тягу штанги до колен с весом 1600 кг. Луи Сир (Канада) выполнил становую тягу до полного выпрямления ног и спины со штангой весом 669 кг. Анри Стьернон (Франция) в 1876 году перенёс на спине два орудия общим весом 456 кг. Эти достижения были в свое время зафиксированы специалистами и свидетелями-журналистами.

          В животном мире также много силовых рекордов, подтверждающих справедливость наших выводов и расчётов.

          Но есть такая сфера человеческой деятельности, как спорт, где ведётся специальная работа над реализацией заложенного природой скоростно-силового потенциала с целью достижения максимальных результатов при выполнении специализированных соревновательных и тренировочных упражнений.

          К числу таких видов спорта относятся, прежде всего, ациклические виды (прыжки, метания, тяжёлая атлетика, силовое троеборье, акробатика и др.), а также другие виды спорта, содержащие элементы силового и скоростно-силового характера.

          Многие выдающиеся рекорды в тяжёлой атлетике подтверждают наши выводы. В тяжелоатлетических соревновательных упражнениях - рывке и толчке - штангисты поднимают штангу в направлении, противоположном притяжению Земли, и это упрощает наши расчёты. Для успешного подъёма штанги очень важно разогнать её до оптимальной скорости на максимальной высоте воздействия на штангу, чтобы иметь возможность принять её на прямые руки в рывке или на грудь в толчке. Если определить мгновенную мощность, развиваемую тяжелоатлетом в конце подъёма, когда достигается максимальная скорость подъёма штанги, и разделить её на вес мышечной ткани спортсмена (формула 2), то мы получим скорость противодействия земному притяжению, которая всегда будет меньше величины 9,8 м/сек.

                  (P_шт + θ·P_т) ·V_шт
          ω = ———————— , м/сек (2)
                            δ·P_т

          Где: P_шт - вес штанги, кг,
          θ - коэффициент учёта части тела перемещающейся с максимальной скоростью, м/сек,
          V_шт - максимальная скорость вылета штанги, м/сек,
          δ - коэффициент содержания мышечной массы тела тяжелоатлета.

          Если проанализировать лучшие рекордные достижения тяжелоатлетов за все годы с помощью уравнения 2, то окажется, что наиболее высокий показатель ω = 9,66 у Асена Златева (Болгария), который в рывке поднял 183 кг при собственном весе 82,5 кг. В толчке самый высокий показатель ω = 9,73 у Юрия Захаревича, который поднял 250 кг в весовой категории 110 кг.

          Ранее считалось, что у штангистов тяжёлого веса самый низкий показатель относительной силы, определяемый делением суммы двоеборья на собственный вес тяжелоатлета, - около 3. А у штангистов лёгких весовых категорий такой показатель около 6.

          Однако расчеты по уравнению 2 показывают, что коэффициент ω рекордсменов-тяжеловесов тоже высокий. Так, чемпион Олимпиады в Сиднее иранец Хоссейн Резазаде в рывке поднял 212,5 кг при собственном весе 147,5 кг (ω = 9,21), в толчке - 263 кг (ω = 9,31).

          Сравнение ω штангистов-тяжеловесов и атлетов более лёгких весовых категорий показывает, что по этому показателю рекордные результаты отличаются ненамного, не более чем на 4,5%, что говорит о примерном равенстве их относительной силы. Штангисты тяжёлого веса имеют высокий рост (190 см и более), и поэтому им приходится поднимать штангу с большей конечной скоростью и на большую высоту. Кроме того, тяжеловесам приходится поднимать вместе со штангой и больший собственный вес.

          Отсюда следует вывод, что штангисты тяжёлого веса показывают в принципе свои околопредельные результаты, как и тяжелоатлеты лёгких весовых категорий.

          Коэффициент ω, рассчитанный по уравнению 2, позволяет более точно оценивать и сравнивать результаты тяжелоатлетов в рывке и толчке во всех весовых категориях.

          Такой коэффициент может быть использован как интегральный критерий скоростно-силовой подготовленности и не только в тяжёлой атлетике, и во всех видах спорта, в которых соревновательные упражнения содержат скоростно-силовые элементы.

          Если преобразовать уравнение 2, то можно рассчитать предельный вес штанги, которую возможно будет поднять при максимально возможном ω = 9,8.

                      ω·δ·P_т
          P_шт = ———– – θ·P_т , кг (3)
                        V_шт

          Сделанные расчеты показывают, что, например, в весовой категории 56 кг предельные результаты в рывке могут быть около 150 кг (сейчас 138,5), в толчке около 176 кг (сейчас 168 кг), в весовой категории 77 кг возможные пределы в рывке около 185 кг (сейчас 173 кг), в толчке 222,5 кг (сейчас 210 кг). В супертяжёлой весовой категории предельные результаты могут значительно отличаться, так как верхний предел собственного веса штангистов не ограничен. Если вес тяжелоатлета будет 130 кг, то предельные результаты в рывке могут быть около 230 кг, в толчке около 270 кг. При собственном весе 150 кг предельные результаты могут быть в рывке около 235 кг, в толчке около 282,5 кг. При собственном весе 170 кг возможные результаты в рывке будут 240 кг, в толчке около 295 кг.

          Следует обратить внимание на то, что у спортсменов лёгких весовых категорий увеличение собственного веса сопровождается значительно большим приростом предельных результатов в рывке и толчке, чем у штангистов тяжёлых ВК.

          Этот факт является дополнительным подтверждением одного из общих законов биологии, согласно которому чем меньше собственный вес животного, тем больший вес оно может нести. Так, муравей может нести груз весом в 20 и более раз больше собственного веса, слон же может нести груз не более 25% от собственного веса.

          Другой показательный пример из области спорта - это прыжки в высоту, где движение и приложение силы в момент отталкивания направлено точно против притяжения Земли. В настоящее время мировой рекорд - 245 см - принадлежит кубинцу Сотомайору. Этот рекорд в последние годы не только никто не может превзойти, но даже приблизиться к нему никто не может , и этому может быть дано определённое объяснение.

          В прыжках в высоту решающее значение имеет высота выпрыгивания после отталкивания, зависящая от силы и скорости, которые атлет может сконцентрировать в этот момент. А такая высота, как мы уже писали ранее, не может быть больше 122 см при мышечной массе 50% от веса тела. Кроме того, имеет большое значение высота центра масс тела прыгуна от поверхности отталкивания, и чем выше рост атлета, тем больше высота центра масс тела.

          Поэтому высокорослые легкоатлеты с ростом около 200 см имеют решающее преимущество в этом виде спорта по сравнению с низкорослыми.

          Если сложить высоту выпрыгивания (в пределах 122 см) и высоту расположения центра масс тела в момент отталкивания (которая у высокорослых атлетов может быть около 140-150 см), то с учётом необходимой высоты центра масс над планкой для её свободного перелета предельный результат может быть около 255 см. Существующий мировой рекорд -245 см - ненамного меньше предельно возможного результата, но прыгнуть в высоту в будущем, например, на 300 см для человека на Земле невозможно.

          Подобные расчеты можно сделать для всех видов спорта, соревновательные упражнения которых содержат скоростно-силовые качества.

          Коэффициент ω может быть применен в качестве теста для определения степени скоростно-силовой подготовленности как спортсменов, так и каждого человека для определения его физического состояния. Для этого нужно найти отношение фактической скорости V_т в момент отталкивания при выполнении тестового прыжка к потенциальной максимальной скорости отталкивания V_g.

                  V_т
          σ = —— (4)
                δ·V_g

          Показатель σ может быть предложен как интегральный критерий физического состояния человека, а в качестве тестового упражнения лучше всего подходит прыжок с места вверх и измеряемый по методу В.Абалакова, применяемому в спортивной практике.

          Анализируя вышеизложенное, следует, прежде всего, отметить, что у всех живых организмов имеется система противодействия земному притяжению, которую можно назвать гравитационным иммунитетом (ГИ).

          Биофизический механизм гравитационного иммунитета может быть следующим. Под влиянием притяжения Земли в центральной нервной системе формируется способность создавать нервные импульсы необходимой мощности и частоты, которые через мотонейроны спинного мозга иннервируют мышцы, сокращающиеся с необходимой силой для выполнения каких-то движений тела или отдельных его частей. Такая способность создавать пучки нервных импульсов большой мощности в основном задается генетически и может быть улучшена в процессе тренировочной деятельности. После большого объёма скоростно-силовой работы появляющееся утомление компенсируется восстановительными процессами в организме и, прежде всего, в результате функционирования эндокринной системы.

          Возможности процессов восстановления организма должны соответствовать объему силовой работы. По-видимому, гравитационный иммунитет варьирует способность организма к скоростно-силовой работе в зависимости от собственного веса тела организма.

          В спортивной гимнастике практикуется сгонка веса спортсмена непосредственно перед соревнованиями. В процессе тренировок со своим обычным весом спортсмен приобретает необходимый уровень скоростно-силовой подготовленности, позволяющий выполнять многие скоростно-силовые элементы легче, чем во время тренировок. Но через некоторое время после соревнований скоростно-силовой уровень уменьшается соответственно уменьшению веса тела спортсмена.

          В тяжёлой атлетике также отмечается улучшение скоростно-силовых качеств после сгонки веса перед соревнованиями.

          В других видах спорта (фигурном катании, лёгкой атлетике, хоккее) существует практика использования специальных дополнительных отягощений на ногах, пояснице в тренировочном процессе. Выполняя соревновательные упражнения уже без дополнительных отягощений, спортсмены приобретают как бы дополнительное увеличение скоростно-силовых качеств, как и гимнасты.

          Это явление наблюдается и у космонавтов, находящихся на околоземной орбите, но только в том смысле, что через некоторое время силовые качества человека постепенно уменьшаются и, как мы уже писали ранее, даже снижается объём мышечной массы.. В этом случае гравитационный иммунитет постепенно уменьшает мощность нервных импульсов, управляющих скоростно-силовыми возможностями нервно-мышечной системы, соответственно уменьшается и мышечная масса.

          Когда американские астронавты находились на поверхности Луны, все мы видели, как они, нагруженные тяжелыми скафандрами, после лёгкого отталкивания могли далеко перемещаться. Происходило это потому, что притяжение Луны в шесть раз меньше, чем Земли, и в таких условиях гравитационный иммунитет еще сохранял земной скоростно-силовой потенциал. Можно предположить, что если астронавты могли бы находиться на поверхности Луны значительно больше времени, то гравитационный иммунитет постепенно уменьшил бы их скоростно-силовой потенциал до соответствующего лунному притяжению.

          Известно также, что люди с большим собственным весом, но здоровые по медицинским показаниям, могут проявлять очень большую силу в некоторых тестовых упражнениях, например, в становой тяге и приседании. В соревнованиях за звание самого сильного человека в мире принимают участие именно высокорослые и тяжеловесные люди. Такие индивидуумы обладают самым высоким уровнем абсолютной силы.

          Приведенные примеры показывают, что гравитационный иммунитет может изменять способность организма проявлять скоростно-силовые качества в зависимости от веса тела и условий его функционирования.

          По-видимому, в центральной нервной системе и, прежде всего, в головном мозге имеется орган, реагирующий на изменение силы земного притяжения. Это может быть гипофиз, гипоталамус или какой-то другой орган, который при изменении силы земного притяжения вырабатывает специальные гормоны, воздействующие на соответствующие двигательные центры головного мозга для управления мощностью генерации нервных импульсов, которые в свою очередь и активируют мышцы к сокращению с нужной силой.

          Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

          Организм каждого живого существа на Земле обладает гравитационным иммунитетом, который формирует потенциально-максимальный уровень скоростно-силовых качеств в зависимости от силы притяжения Земли.

          Все живые организмы на Земле функционируют, используя, прежде всего, базальный уровень функций, который меньше потенциально-максимального, формируемого силой притяжения Земли.

          У человека базальный уровень функций намного ниже потенциально-максимального, у диких животных базальный уровень функций находится на околопредельном уровне.

          Соотношение сила-скорость находится зависит от силы притяжения Земли, действующей на все живые организмы с ускорением свободного падения g = 9,8 м/сек².

          Потенциально максимальный и базальный уровень функций скоростно-силового статуса человека может быть определен с помощью уравнения 4 с вычислением коэффициента σ, который может быть предложен как интегральный критерий физического состояния человека.

          В качестве теста для определения интегрального критерия физического состояния человека лучше всего подходит прыжок с места верх, измеряемый по методу В.Абалакова.

          С помощью коэффициента мгновенной мощности ω, вычисляемого по уравнению 2, можно определить уровень спортивного результата спортсменов в видах спорта, соревновательные упражнения которых содержат скоростно-силовые элементы. Можно также определить и потенциально максимальные спортивные результаты в скоростно-силовых видах спорта.

          Предлагаемая теория о существовании гравитационного иммунитета человека и животных может быть одним из общих законов биологии.

Используемая литература

1. Анатомия человека. Под ред. В.И.Козлова. М., "ФиС", 1978.
2. Верхошанский Ю.В. Основы специальной физической подготовки в спорте. М., "ФиС", 1966.
3. Зациорский В.М. Физические качества спортсмена (основы теории и методики воспитания). М., "ФиС", 1966.
4. Козлов В.И., Гладышева А.А. Основы спортивной морфологии. М., "ФиС", 1977.
5. Кузнецов В.В. Силовая подготовка спортсменов высших разрядов. М., "ФиС", 1970.
6. Морфология человека. Под ред. Б.А.Никитюка и В.П.Чтецова. М., Издательство Московского университета, 1990.
7. Мышцы, молекулы и движение. Перевод с английского под ред. М.В.Волькенштейна. "МИР", 1970.
8. Орир Д. Популярная физика. Перевод с английского. М., "МИР", 1966.
9. Теория и методика физического воспитания. Под обшей ред. Л.П.Матвеева. М., "ФиС", 1976.
10. Фарфель В.С., Коц Я.М. Физиология человека (с основами биохимии). М., "ФиС", 1970.
11. Физическая подготовка спортсменов высшего класса. Под общей ред. С.М.Вайцеховского. М., "ФиС", 1969.

    

    [на главную страницу]

    Архив переписки

    Форум