Определение показателей скоростно-силовых способностей единоборцев с помощью технических средств

Введение. Современный спорт уже немыслим без использования точной измерительной аппаратуры, позволяющей, так или иначе, оценивать прогресс и задавать объем тренировочных нагрузок. Существуют виды спорта, где результат соревновательного упражнения четко выражен физическими величинами, вследствие чего не возникает вопросов к процедурам оценки объема тренировочных и соревновательных нагрузок. В единоборствах результат соревнований не измеряется физическими величинами, в этой связи в тренировочном процессе часто возникает сложность при планировании объема и интенсивности нагрузок, выполняемых в рамках тренировочных заданий. Допустим, что с планированием первой величины особых проблем не возникает, так как в единоборствах тренировочный объем – это, в значительной степени, время упражнения, но второй важный аспект – интенсивность – в настоящее время измеряется субъективно.

Цель исследования. В данной статье предпринята попытка охарактеризовать и оценить накопленный в настоящее время арсенал технических устройств, позволяющих измерять физические величины удара в единоборствах.

Результаты исследования и их обсуждение. Первые попытки получить объективные величины, характеризующие силу ударов в единоборствах, были предприняты в 80-х годах прошлого столетия, когда в качестве технического устройства была использована тензометрическая платформа. Несмотря на давность изобретения, данный способ измерения ударных характеристик единоборцев не потерял актуальности в настоящее время. С помощью тензометрической платформы в 2009 году было проведено исследование показателей силы и времени выполнения боксерских ударов в сериях с заданной ритмо-темповой структурой. Установлено, «…что время выполнения акцентированного удара (до касания цели) составляет около 300 – 400 мс, обычного удара – 200 – 240 мс, разница в 1,5 – 2 раза. Отмечена прямая взаимосвязь: чем сильнее удар, тем больше времени требуется для его выполнения и для подготовки следующего за ним удара (р<0,05)» [4]. Ранее польскими исследователями в 1994 году была предпринята попытка измерить силу удара и быстроту реакции при помощи тензодатчика. Текст опубликованного исследования не позволяет в точности определить, что составляет основу устройства под названием Boxing Simulator, которое представляет собой ударную поверхность со светодиодами, подключенными к компьютеру. Вся поступающая на компьютер информация обрабатывается, и в качестве результата выдается время реакции на свет от светодиода и сила удара по ударной поверхности. Мы предполагаем, что данное устройство было в форме боксерского мешка, измерительной основой которого являлись датчики давления. Исследование выявило обратную взаимосвязь быстроты реакции и силы удара.

В 1998 году в США был зарегистрирован патент на устройство, представляющее из себя боксерскую перчатку со встроенным акселерометром [16]. Акселерометр как устройство, измеряющее ускорение тела в пространстве, впоследствии станет достаточно популярным для изобретения других измерительных приспособлений в единоборствах, а также проведения с их помощью научных изысканий. В 2014 году итальянскими специалистами по каратэ было проведено исследование при помощи данного устройства. В ходе работы предпринималась попытка выявить взаимосвязь силы удара рукой по манекену и результатов в специализированных скоростно-силовых тестах. По итогам проведенного эксперимента была доказана высокая степень корреляции результатов тестирования и силы удара.

Дальнейшие исследования были направлены в сторону анализа последствий ускорения мишени, а не пояса верхних конечностей единоборцев. В 2000 году M.S. Smith с соавторами оценил показатели силы прямого удара рукой у профессиональных боксеров и боксеров-новичков. В данном исследовании акселерометр был закреплен на манекен, что позволило более объективно оценить ускорение мишени, следовательно, точнее подойти к измерению силы удара, так как силой называют векторную величину, которая характеризуется взаимодействием тел. В ходе экспериментальной работы была зафиксирована высокая степень различия в силе прямого удара у боксеров-профессионалов и начинающих спортсменов. Также была выявлена высокая степень достоверности измерения динамических характеристик ударов в единоборствах [19]. Позднее, в 2007 году, было запатентовано устройство, представляющее собой боксерский мешок со встроенным акселерометром [7]. В это же время Г.И. Мокеев [3, 5] проводит серию экспериментов, направленных на сбор и структуризацию информации, предназначенной для управления тренировкой боксеров. Данные исследования посвящались описанию важности различных измерительных устройств, в том числе на основе акселерометров. Представляется интересным сделанное автором описание важнейших характеристик (реакция на свет, сила и импульс удара), которые следует регулярно мониторить в процессе тренировки единоборцев. Г.И. Мокеев указывает на возможность измерения данных параметров с помощью встроенных в ударную поверхность акселерометров и компьютерных программ обработки данных. О важности применения измерительной аппаратуры в тренировочном процессе единоборцев в 2008 году говорят филиппинские специалисты [13], описывая способ измерения быстроты и точности ударов при помощи светодиодов, передающих сигнал в компьютерную программу.

Совместное исследование, проведенное в 2009 году специалистами из США и Бразилии, показывает преимущества силы удара ладонью в отношении кулака. Измерительным устройством в данном случае было приспособление с шестью акселерометрами, которые измеряли ускорение мишени. Сравнивались спортсмены, представляющие виды боевых искусств Вин Чунь и Кунг Фу. Доказано, что удар ладонью имеет большую разрушительную силу, чем удар кулаком. Данное исследование проводилось исключительно для решения прикладных целей, таких как самооборона [11]. Похожее исследование в этом же году проводят специалисты из Южной Кореи, предпринимая по- пытку сравнить силу удара ногой тхэквондистов и представителей корейского боевого искусства Ёнгмудо. Измерительным устройством также являлся акселерометр, встроенный в боксерский мешок; в дополнение к этому (для биомеханического анализа) удары снимались на высокоскоростную камеру Vicon. Установлено, что представители тхэквондо показали более быстрые и сильные удары с вращением именно за счет оптимальной биомеханической структуры движения, в остальных случаях разницы в силе удара ногой представителей двух единоборств не было выявлено [17].

В 2011 году испанские специалисты в тхэквондо проводят исследования, целью которых было выявление корреляции между дистанцией и силой нанесения удара. В эксперименте сравнивались две группы: спортсмены, завоевавшие медали на соревнованиях, и спортсмены, оставшиеся без наград. Измерительная аппаратура представляла собой совмещение двух устройств: тензоплатформы, с которой происходило отталкивание ноги, наносящей удар, и акселерометра, который располагался на манекене и измерял ускорение мишени. Выявлена высокая степень корреляции силы удара в зависимости от дистанции, а также обнаружена достоверная разница между спортсменами, завоевавшими медали на соревнованиях, и единоборцами, оставшимися за чертой призеров [15]. На наш взгляд, совмещение тензоплатформы на полу и акселерометра в мишени позволяет определять взаимосвязь таких параметров, как реактивное свойство ноги, наносящей удар, силы и импульса удара.

Электронная измерительная аппаратура используется в тхэквондо не только в тренировочном процессе, но и для определения победителей на соревнованиях. На Олимпиаде 2012 года в Лондоне была применена система электронного судейства испанской компании Daedo. Она позволяла измерять силу удара в защитный жилет и выставлять баллы, если удар достиг необходимой силы. Позже были разработаны электронные шлемы, которые измеряют наличие контакта шлема и ударной поверхности ноги, в результате которого выставляются баллы. В 2013 году турецкий специалист Ramazanoglu N. провел исследование, в результате которого было выявлено, что размер защитного электронного оборудования влияет на силу, которую необходимо прикладывать для того, чтобы набрать балл [18]. В исследовании приняли участие юные тхэквондисты 12 – 14 лет; сравнивались удары в устройство, оборудованное тензодатчиками и специальным электронным оборудованием для тхэквондо. Было установлено, что при одних и тех же показателях тензодатчика на жилетах разного размера баллы оцениваются по-разному. К примеру, если ударить с одинаковой силой по жилету размера 1 и размера 3, то в первом случае балл может быть засчитан, во втором – сила будет не- достаточной для набора балла. Это позволило сделать вывод о том, что для каждой весовой категории необходим свой размер жилета.

Датчик давления – еще одно измерительное устройство, используемое в единоборствах. В 2013 году А.И. Завьялов опробовал свое изобретение на студентах, которые занимались боксом. Устройство представляло собой жилет, надетый на тело спортсмена, с воздушными камерами, подключенными к электронному передающему устройству. Установлена высокая степень точности нанесения ударов по телу боксера при использовании данного устройства, оборудованного датчиками давления [1].

Интересным представляется вопрос о технической погрешности измерительных устройств. В 2014 году польскими специалистами K. Buśko, Z. Staniak, P. Łach была предпринята попытка разобраться, насколько по-разному измеряют силу удара тензодатчик и акселерометр, а также узнать, какова погрешность этих измерений [12]. Необходимо отметить, что в исследовании также применялась система, измеряющая быстроту реакции на свет. Светодиоды были закреплены на боксерской груше, в одной из которых был тензодатчик, а в другой акселерометр. Было установлено, что тензодатчик имеет меньшую погрешность измерения силы (менее 1%), в то время как акселерометр дает погрешность 3%. Несмотря на это, отмечается, что устройство на основе акселерометра будет иметь большее практическое значение, так как обладает большей мобильностью [12]. На наш взгляд, сравнивать погрешность двух измерительных систем имеет смысл лишь тогда, когда стоит задача найти истинное значение силы удара. В практике спортивной тренировки, как правило, такой задачи нет, но решение такой задачи, как, например, уровень силы до и после нагрузки, измеряемый на одном и том же устройстве, для спортивной тренировки будет иметь больший смысл. В этом отношении, на наш взгляд, неважно, какое устройство использовать, главное, чтобы погрешность измерения на одном и том же устройстве не была высокой.

Еще одно устройство, измеряющее силу удара, называется гидравлическая пневмогруша. Как видно из названия, конструкция устройства использует мешок, наполненный водой, и воздушную камеру, в которой измеряется уровень давления при ударах. По результатам исследования отмечается высокая эффективность применения измерительных устройств в процессе тренировки, в первую очередь, за счет обратной связи [9]. Дополняют данный факт исследователи из Алжира, которые, в свою очередь, для измерения силы удара использовали акселерометр, а на самой ударной поверхности были установлены светодиоды для подачи сигнала спортсмену [14].

В 2015 году в свет выходит исследование М.А. Рогожникова, которое посвящено изучению структуры двигательных действий тхэквондо в безопорном положении. В статье представлена технология видеозахвата, которая позволяет оценить оптимальную технику двигательных действий [8]. Нам представляется, что применение данной технологии в совокупности с приборами для измерения динамических характеристик удара позволит выявить оптимальную технику движений для достижения максимально быстрого и сильного удара.

Взаимосвязь уровня выполнения технических действий и силы удара доказывает в своем исследовании А.О. Акопян. Поместив датчики в боксерскую грушу и на тело спортсмена, автор доказывает наличие возможности более оперативной корректировки техники удара, а также достижения его высокой эффективности в плане повышения динамических характеристик [2].

В 2015 году исследователи из США для измерения силы удара ногой в различных видах единоборств предложили использовать сенсорную подошву. По итогам проведенных экспериментов была доказана высокая степень различий в ударах тренированных и нетренированных людей [10]. Ранее данное приспособление использовалось учеными для определения нагрузки на стопу при проектировании обуви для различных видов спорта.

В 2019 году М.И. Егоров в своей статье описывает устройство, выполненное на основе акселерометра, дополняя важность использования технических средств для оценки динамических свойств ударов в единоборствах, а также для наличия обратной связи в тренировочном процессе [6].

Выводы. Исследования современных средств оценки динамических характеристик ударов в единоборствах позволило выявить следующее:

• 1)    для оценки силы удара целесообразнее всего использовать тензометрические платформы и датчики;

• 2)    оценку точности и скоростно-силовых характеристик удара лучше производить при помощи устройств, разработанных на основе акселерометра;

• 3)    оценка силы удара при помощи датчиков давления менее эффективна по отношению к устройствам с тензодатчиками и акселерометрами;

• 4)    устройства на основе акселерометров имеют большую подвижность, что позволяет их применять с учетом наличия большего диапазона движений; приспособления с тензодатчиками более статичны;

• 5)    применение акселерометров на теле спортсмена и в мишени для удара позволит эффективнее формировать технику удара в единоборствах и повышать его динамические характеристики.