Министерство спорта, туризма и молодежной политики Российской Федерации Федеральное государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, СПОРТА И ТУРИЗМА
ПРОГРАММА вступительного ЭКЗАМЕНА в аспирантуру по специальности 01.02.08. - «Биомеханика» (педагогические науки) Программа разработана кандидатом физико-математических наук, профессором В.А. Долговым Краснодар - 2012 ^ Вступительный экзамен по специальности является составным элементом конкурсного отбора при поступлении в аспирантуру. Цель экзамена – установить глубину знаний претендента, уровень биомеханической подготовленности к научно-исследовательской и педагогической работе. Данная рабочая программа предназначена для подготовки претендентов на сдачу вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 01.02.08 «Биомеханика» (педагогические науки) в Кубанском государственном университете физической культуры, спорта и туризма. Она разработана на основе Примерной программы дисциплины по направлению №032100 «Физическая культура», одобренной Учебно-методическим объединением по образованию в области физической культуры и спорта, утвержденной Министерством образования Российской Федерации, и утвержденной учебно-методическим советом КГУФКСТ в качестве основной для специалиста по специальности 032101 «Физическая культура и спорт», в том числе по специализациям «Физкультурно-оздоровительные технологии», «Теория и методика избранного вида спорта» и «Физическое воспитание дошкольников». В основу настоящей программы положены разделы дисциплины биомеханики, необходимые квалифицированным преподавателям и тренерам в области физической культуры и спорта, а также специалистам смежных специальностей. Вступительный экзамен по специальной дисциплине сдается по программе, изданной кафедрой биомеханики и информатики КГУФКСТ (Лысенко В.В., Левченко Д.А. Биомеханика: Программа дисциплины – Краснодар: РИО КГУФКСТ, 2010 - 23с.) ^ Раздел I. Основы биостатики Тема 1.1. Введение. Предмет, задачи, содержание, составные части биомеханики спорта. Биомеханика как наука и учебная дисциплина. Механические явления в живых системах. Понятия о формах движения материи. Особенности механического движения человека. Задачи и направления развития общей биомеханики движений человека. Цели и задачи спортивной биомеханики. Развитие биомеханики. Возникновение биомеханики как науки – Джовани Альфонсо Борели, Е. Майбридж, Э. Марей, В. Брауне и О. Фишер. Возникновение и развитие отечественной биомеханики – П.Ф. Лесгафт, И.М. Сеченов, А.А. Ухтомский, Н.А. Бернштейн и др. Современное состояние биомеханики. Направления развития биомеханики. Связи биомеханики с другими науками. Методологические основы изучения двигательной деятельности человека. Понятие о двигательном действии, умении и навыке. Роль и место биомеханики в их изучении. ^ Основные понятия, аксиомы, простейшие теоремы, проецирование силы на оси координат, сходящиеся силы. Логика построения исследований в «статистической биомеханике» (логико-статистический метод и метод регрессионных остатков). ^ Положение тела человека (место, ориентация и поза). Силы возмущающие и уравновешивающие (их источники и действие). Условия равновесия тела человека (системы тел) и показатели устойчивости. Сохранение положения тела человека в условиях отсутствия и наличия внешних возмущающих воздействий (реципрокный характер взаимодействия мышц антагонистов, изменение жесткости связи в суставах, компенсаторные и амортизирующие движения, балансирование и др.). Биодинамика осанки статической и динамической. Нарушения и восстановление правильной осанки. Движения на месте как изменения позы без перемены опоры. Условия движения на месте, сохранение равновесия и места опоры. Взаимодействие опоры, опорных и подвижных звеньев. Роль реактивных внешних сил. ^ Методы качественного биомеханического анализа. Методы механико-математического моделирования движений человека. Метод определения биомеханизмов двигательных действий. Этапы создания теоретических (умозрительных и математических) моделей опорно-двигательного аппарата человека (определение цели исследования, построение модели объекта, изучение свойств модели, решение задач исследования с помощью модели и экспериментальная проверка следствий теории). Инструментальные методикик исследования в биомеханики: механо-электрические (гониометрия, спидометрия, акселерометрия, динамометрия, стабилометрия и др.); оптические и оптико-электронные системы (биомеханическая фото- и киносъёмка, видеосъёмка, телевизионные системы, оптронные пары, лазерные устройства и др.); электрофизиологические (электромиография). ^ Тема 2.1. Кинематические характеристики. Системы отсчета расстояний и времени, траектория движения, радиус-вектор, пространственные и временные характеристики движения, скорость и ускорение точки, годограф радиус-вектора, скорости и ускорения, пространственно-временные характеристики движения, способы изучения движения (векторный, координатный и естественный) и их взаимосвязь. ^ Степени свободы, поступательное и вращательное движение, скорости и ускорения точек тела при вращении вокруг неподвижной оси. Эволюция моделей тела человека. Скелетно-мышечные модели. Строение пассивной части двигательного аппарата человека. Тело человека как многозвенная система. Кинематические пары и движения в суставах (понятие о степенях свободы). Механические свойства связок и сухожилий. Трибология суставов. Движения в кинематических цепях. Открытые и замкнутые кинематические цепи. Скорость, длина, частота и ритм шагов в ходьбе и беге. Темп и ритм выполнения циклических и ациклических движений. Понятие о вращательном движении. Движение звеньев в суставе (ось вращения в суставе, качение, скольжении и кручение, понятие о конгруэнтности суставных поверхностей). ^ Понятие плоско-параллельного движения. Уравнение движения тела при плоском движении, разложение плоского движения тела на поступательное и вращательное. Угловые скорость и ускорение тела при плоском движении, скорости и ускорения точек тела при плоском движении, мгновенный центр скоростей и ускорений, сложение вращательного и поступательного движений, теорема о конечном перемещении тела. Тема 2.4. Кинематика сложного движения. Основные понятия сложного движения точки, сложение скоростей и ускорений точки при поступательном переносном движении, сложение скоростей и ускорений точки в общем случае переносного движения, относительное и переносное ускорение в частном случае переносного движения, ускорение Кориолиса. Движение звеньев кинематической цепи вокруг осей как результат сложения вращательного и радиального движений. Кинематика пары вращений. Мгновенная ось вращения. ^ Тема 3.1. Динамические характеристики. Основные положения и аксиомы, системы единиц измерения, дифференциальные уравнения движения материальной точки, две основные задачи биодинамики, геометрия масс, момент инерции, теорема Гюйгенса-Штейнера о моментах инерции, момент инерции тела. Геометрия масс тела человека: - массы и моменты инерции звеньев тела человека; - общий и частный центр масс тела и его звеньев; - центр объёма и центр поверхности тела. Силы в движениях человека. Силы внешние как меры действия внешних тел, среды и опоры на тело человека. Силы инерции внешних тел, силы упругой деформации, силы тяжести и веса, силы реакции опоры. Роль сил в движениях человека. Силы внутренние как мера взаимодействия частей тела и тканей тела человека. Силы в пассивных элементах двигательного аппарата человека. Силы внутрибрюшного давления. Экспериментальные и аналитические способы определения внутренних сил. Прямая и обратная задачи биомеханики. ^ Простейшие свойства внутренних сил, количество движения, теоремы об изменении количества движения, закон сохранения количества движения, теорема о движении центра масс тела, кинетический момент и теорема о его изменении, закон сохранения кинетических моментов, дифференциальное уравнение вращения твердого тела вокруг неподвижной оси, основы теории удара, виды ударов. Сохранение и изменение движения центра масс системы. Сохранение и изменение количества движения систем. Преодолевающие и уступающие движения при опоре. Механизмы притягивания и отталкивания. Условия активного и пассивного приближения и отдаления относительно верхней и нижней опоры. Локомоторные движения при взаимодействии с опорой (наземные) и средой (водные). Механические условия создания движущих сил при отталкивании от опоры в наземных и водных локомоциях. Сила реакции опоры при отталкивании и её составляющие. Соотношение движущих и тормозящих сил. Виды наземных локомоций. Взаимодействие звеньев тела в наземных локомоторных движениях. Механизм собственно отталкивания от опоры. Механизм движения маховых звеньев. Биомеханика ходьбы и механизм обратного маятника в ходьбе: - элементы шагательных движений при опоре и переносе ног; - сопутствующие движения туловища и рук. Биомеханика бега: - период полета – вынос ноги, опускание на опору; - периоды опоры – подсед, отталкивание. Стартовые действия: стартовые положения, движения и разгон. Движение по дистанции и финиширование. Передвижение со скольжением; скользящий шаг на лыжах, отталкивание лыжами и палками. Передвижение с опорой на воду: - плавучесть; - сопротивление среды; - механизм гребка. Передвижения с механическими преобразованиями движений. Передача усилий при педалировании на велосипеде. Передача усилий при академической гребле. Биомеханика прыжка. Подготовка к отталкиванию, отталкивание, полет, амортизация. Виды перемещающих движений и требования к ним. Основы механики полёта снарядов. Скорость, высота и углы вылета снаряда. Влияние вращения снаряда и сопротивления воздуха на траекторию его полёта. Гироскопический эффект и эффект Магнуса. Биомеханика бросков и метаний. Фазовый состав движений. Взаимодействие звеньев тела и сила действия. Скорость в перемещающих движениях. Механизм «хлёста» и поворотное движение целостной кинематической цепи. Биомеханика ударных действий. Основы теории удара (понятие о механическом ударе, виды ударов и ударный импульс). Фазы ударных действий. Роль ударной массы. Зависимость углового ускорения звена от моментов внешних для него сил и его собственного момента инерции. Роль упругих и инерционных сил в биокинематической паре. Вращение звена под действием суставной силы. Изменения момента инерции при радиальном движении. Теорема об изменении кинетического момента системы в приложении к кинематической цепи. Движения биомеханической системы без опоры и при опоре. Закон сохранения кинетического момента. Особенности его проявления в незамкнутой системе. Взаимодействие тела человека с опорой как причина изменения движения вокруг осей. Основные способы управления движениями вокруг осей с изменением и сохранением кинетического момента: приложение внешней силы, изменение радиуса инерции, активное создание момента внешней силы, группирование и разгруппирование тела, встречные круговые движения конечностями и изгибания туловища. ^ Элементарная и полная работа силы, мощность, кинетическая энергия и её вычисление по теореме Кёнига, теорема об изменении кинетической энергии, потенциальная энергия, закон сохранения механической энергии, «золотое правило» механики в движении человека. Фракции полной механической энергии. Теорема Кёнига. Работа внутренних сил и изменение кинетической энергии тела человека. Работа перемещения: - внутренняя и внешняя работа; - вертикальная и продольная работа. Экономия механической энергии: - обмен энергии; - переход энергии от звена к звену; - использование потенциальной энергии упругой деформации мышц и сухожилий. Методы измерения работы и энергии при движениях человека. Биомеханика мышц. Механические свойства и механическая модель мышцы. Режимы и механика мышечного сокращения. Работа, мощность и энергия мышечного сокращения. Особенности действия мышц на костные рычаги (золотое правило механики). Биомеханика двусуставных мышц. ^ Тема 4.1. Биомеханические аспекты управления движениями человека. Основные понятия теории управления. Аппарат управления и аппарат исполнения. Состояния аппарата исполнения – начальное, промежуточное и конечное. Цели управления, программа поведения, конечный результат. Воздействия управляющие и сбивающие. Строение двигательного действия. Система движений, её состав и структура. Основы действия: - механические – детерминизм, неопределенность, непредсказуемость; - биологические – неоднозначность, целенаправленность, вариативность, адаптация; - психологические – мотивация, смысловое содержание, самоконтроль. Системные свойства двигательного действия. Способы организации управления в самоуправляемых системах. Программный способ управления. Каналы прямой и обратной связи. Незамкнутые и замкнутые контуры управления. Циклы взаимодействия – центральные и периферические. Движение информации по каналам связи. Биомеханические аспекты управления мышечной активностью. Принцип неоднозначности нервного импульса, мышечной силы и заданного движения. Модель потребного будущего. Управление и регуляция. Произвольный контроль и сенсорные коррекции. Функциональные системы двигательного действия – энергообеспечивающие и формообразующие. Биомеханические аспекты двигательных реакций. Точность в перемещающих движениях. Два вида точностных заданий. Понятие о целевой точности и способы её измерения. Влияние биомеханических характеристик движения и условий их выполнения на целевую точность. Понятие о спортивной технике. Системно-структурный подход и метод биомеханического обоснования спортивной техники. Показатели технического мастерства. Две группы показателей: 1) что умеет делать спортсмен (объем, разносторонность, рациональность техники); 2) как он это умеет делать (эффективность и освоенность техники). Разновидности эффективности техники спортивного движения (абсолютная, сравнительная и реализационная) техники и способы их оценки. Показатели освоенности техники (стабильность, устойчивость, автоматизированность выполнения). Дискриминативные признаки спортивной техники. ^ Понятие о моторике человека как совокупности его двигательных возможностей. Двигательные качества – качественно различные стороны моторики. Явные, видимые, доступные непосредственному измерению и латентные, скрытые, недоступные непосредственному измерению показатели двигательных качеств. Биомеханическая характеристика силовых качеств. Сила действия человека. Понятие о силовых качествах. Зависимость силы действия человека от параметров двигательных заданий (перемещаемой массы, скорости, направления движения, природы сил сопротивления). Положение тела и сила действия человека. Выбор положения тела при тренировке силы. Топография силы. Биомеханические особенности тренировки силы отдельных мышечных групп. Биомеханические требования к специальным силовым упражнениям. Метод сопряженного воздействия. Биомеханическая характеристика скоростных качеств. Понятие о скоростных качествах. Динамика скорости. Скорость изменения силы – градиент силы. Параметрические и непараметрические зависимости между силовыми и скоростными качествами. Биомеханическая характеристика выносливости. Основы эргометрии. Правило обратимости двигательных заданий. Утомление и его биомеханические проявления. Выносливость и способы её измерения. Параметрические и непараметрические зависимости между силой, скоростью и длительностью двигательных заданий. Проблема экономизации спортивной техники; брутто-, нетто- и дельта- коэффициенты экономичности. Биомеханические основы экономизации спортивной техники. Особенности спортивной техники в упражнениях, требующих большой выносливости. Биомеханические характеристики гибкости. Понятие о гибкости. Методы её измерения. Активная и пассивная гибкость. Влияние гибкости на спортивную технику. Биомеханические требования к построению и использованию тренажеров для воспитания двигательных качеств. Телосложение и моторика человека. Влияние тотальных размеров тела людей на их двигательные возможности. Влияние пропорций тела и конституциональных особенностей. Онтогенез моторики. Роль созревания и научения в онтогенезе моторики. Двигательный возраст, акселераты и ретарданты. Явление гомеореза моторики. Прогноз развития моторики на основе изучения стабильности двигательных показателей и наследственных влияний. Развитие движений в различные периоды жизни человека: от момента рождения, в младенческом возрасте до одного года, в дошкольном возрасте до трёх лет, дошкольном 3-7-ми лет, школьном 7-17-ти лет, в возрасте 18-30-ти лет, старше 30-ти лет. Влияние возраста на эффект обучения и тренировки. Особенности моторики женщин. Двигательные, в частности спортивные, возможности женщин. Биомеханические особенности телосложения и их влияние на моторику. Двигательные предпочтения, в частности двигательная асимметрия и её значение в спорте. ^ Претендент обязан:
Претендент имеет право:
IV. ВОПРОСЫ К ВСТУПИТЕЛЬНОМУ ЭКЗАМЕНУ В АСПИРАНТУРУ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 01.02.08 - БИОМЕХАНИКА ^
В каждом билете планируется по три вопроса. Соответствующую тему необходимо раскрывать с позиции биомеханики с учетом своей специализации. ^ ОСНОВНАЯ
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
|