Кинематика движений человека

В биомеханике под кинематикой движений понимают «геометрию», то есть пространственную форму движений человека без учета его массы и действующих сил. Кинематика дает в целом только внешнюю картину движений. Причины возникновения и изменения движений раскрывает динамика.

Положение тела человека в пространстве в биомеханике принято описывать его местоположением, ориентацией и позой.

Местоположение характеризует, в какой части пространства находится в данный момент человек.

Ориентация тела иллюстрирует его поворот относительно неподвижной системы координат (вверх головой, горизонтально, вниз головой, «кругом»).

Поза тела показывает взаимное расположение отдельных частей тела человека относительно друг друга.

Определение местоположения обычно не связано с большими трудностями. Чтобы определить местоположение человека как твердого тела, достаточно указать три координаты какой-либо точки тела в неподвижной системе координат Х1У1Z1 (рис. 19).

В качестве такой точки обычно выбирают центр масс (ЦМ) тела. В принятой системе координат местоположение тела определяется тремя координатами x1, y1, z1.

Рис. 19

Определение ориентации тела человека – задача гораздо более трудная, особенно при сложных позах.

Прежде чем показать пути ее решения, остановимся на том, как определяются основные оси и плоскости человеческого тела.

Оси тела образуют так называемую связанную систему координат XYZ, начало отсчета которой совмещают с центром масс (ЦМ) тела.

Для того чтобы изменение ориентации связанной системы точнее отражало изменение ориентации тела в пространстве, направление продольной оси определяют так. Тело человека (в стойке руки вверх) делится горизонтальной плоскостью на две равные по весу половины. Линия, соединяющая центры масс верхней и нижней половин тела (и проходящая через общий ЦМ), и есть продольная ось тела. В основной стойке эта ось практически близка к вертикальной.

Поэтому продольную ось тела ОY (рис. 19) направляют вертикально; ось ОХ проводят горизонтально и называют фронтальной; ось OZ направляют перпендикулярно первым двум осям и называют глубинной. Оси связанной системы первоначально ориентированы так же, как и оси неподвижной системы. При повороте (вращении) тела вместе с ним относительно неподвижной системы поворачивается и связанная система координат.

Таким образом, ориентацию тела в пространстве характеризуют три угловых координаты φx, φy, φz (так называемые углы Эйлера).

Заметим, что при сложных позах положение ЦМ может выходить за пределы тела.

В биомеханике с целью облегчить описание движений человека (в частности, при выполнении отдельных элементов упражнений, приемов и т. д.) вводят понятия плоскостей тела.

Основные плоскости тела (рис. 20) и всякие другие, параллельные им, ориентированы в системе трех взаимно перпендикулярных осей тела.

Вертикальная плоскость YОХ, проходящая через ЦМ и разделяющая тело на переднюю и заднюю части (а также всякая параллельная ей плоскость), называется фронтальной.

Рис. 20

Вертикальная плоскость YOZ, проходящая через ЦМ и разделяющая тело на левую и правую части, называется глубинной (а также продольной, сагиттальной). Горизонтальная плоскость ХOZ, проходящая через ЦМ и разделяющая тело на верхнюю и нижнюю части, называется поперечной (горизонтальной, трансверсальной). При описании двигательных действий человека движения его тела описываются соответственно в указанных основных или параллельных им плоскостях.