Сила сопротивления подъему: 8 Уравнение движения автомобиля — СтудИзба

При качении колеса деформации в передней части шины возрастают, а в задней — уменьшаются. Следовательно, элементарные нормальные реакции в передней части контакта шины с дорогой значительно выше, чем в задней, что отражено на эпюре нормальных реакций опорной поверхности колеса.

Сопротивление качению гусеничной машины складывается из внутренних сопротивлений гусеничного движителя и внешних сопротивлений, возникающих вследствие деформации почвы под действием нагрузок, передаваемых на гусеницы опорными катками.

Внутреннее сопротивление гусеничного движителя выразится отношением Мт1гн, где Mv — момент сопротивления на ведущих колесах гусеничного движителя, Н-м; г — теоретический радиус ведущих колес гусеничного движителя.

Равнодействующая R нормальных реакций почвы на первое звено гусеничной машины называется лобовым сопротивлением (рис. 179), которое приложено в точке А деформируемого участка почвы и находится под некоторым углом к поверхности пути. Равнодействующая R раскладывается на две составляющие: вертикальную Zn и касательную Хл. При этом сила Zn в тяговый баланс трактора не входит и суммируется с вертикальными реакциями почвы, а составляющая ХП является основным внешним сопротивлением при движении гусеничного движителя.

Рис. 1. Качение колеса по твердой дороге

Сила сопротивления подъему. При движении колесной машины на подъемах и спусках она испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от крутизны подъема.

Рис. 2. Качение гусеничного движителя по дороге

Рекламные предложения:

Категория: — Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Методические указания по изучению курса и выполнению контрольной работы, страница 2

ƒ – коэффициент сопротивления качению автомобиля.

ƒ_пр – коэффициент сопротивления качению прицепа.

α – угол подъема или уклона в градусах.

β – угол бокового наклона дороги; коэффициент запаса сцепления;

kF – фактор сопротивления воздуха в Н·с ²/м ².

m_1;m_{2 – коэффициент изменения реакций соответственно на передней и задней автомобиля.}

φ – коэффициент сцепления.

Ψ – коэффициент суммарного дорожного сопротивления.

η_м– механический коэффициент полезного действия трансмиссии автомобиля.

i – ускорение в м/с².

Контрольная работа

Задание №1. Общая динамика автомобиля

В задании приведены задачи по основным кинематическим и динамическим свойствами, характерным для автомобиля.

При решении задач необходимо пользоваться следующими уравнениями:

1.   Ведущий момент, приложенный к колёсам:

М_к = М_е η_м i _т  Н·м

2.  Касательная сила тяги:

Р_к ==  Н

3.  Скорость движения автомобиля:

υ = 0,377 м/с

4.  Сопротивление качению:

Р_ƒ = G ƒcos α Н;     N_f= кВт

5.  Сопротивление подъёму:

Р_h= G sin α Н;     N_h=  кВт

6.  Сопротивление воздуха:

P_w = Н;     N_w =  кВт

7.  Сопротивление разгону автомобиля:

Р_j= j Н;     N_j=  кВт

где β – коэффициент учёта вращающихся масс.

8.  Нормальные реакции дороги на колёса двухосного автомобиля с задним ведущим мостом (приближенно):

а) на передние колёса:

Z₁ = G cos α  Н;

б) на задние колёса:

Z₂ = G cos αН.

Задачи. Раздел «a». Зависимость динамики автомобиля от мощности двигателя

1.1а. Рассчитать скорость движения ГАЗ-3307 на І, ІІ, ІІІ и ІV передачах при частоте вращения коленчатого вала двигателя 200 мин^-1.

1.2а. Сила сопротивления качению автомобиля ЗИЛ-4331 с грузом на горизонтальном участке дороги Р_f= 177 кг.

Чему равен коэффициент сопротивления качению f?

1.3а. Определить силу сопротивления качению полностью загруженного автомобиля ГАЗ-3307 при движении его на подъем с углом α = 14° по сухой грунтовой дороге, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению ƒ = 0,025.

1.4а. Рассчитать силу сопротивления воздуха движению автомобиля ЗИЛ-4331 на четвертой (прямой) передаче при числе оборотов двигателя 1700 и 2700 мин^-1.

1.5а. Определить силу дополнительного сопротивления движению, обусловленного поступательным ускорением автомобиля i = 0,5 м/с². Полный вес автомобиля G = 49000 Н. Передаточное число коробки передач i _к = 2,828.

Примечание. При подсчете силы сопротивления разгону величину коэффициента учета вращающихся масс принять равной β = 1 + 0,07 i_к.

1.6а. Подсчитать мощность, подводимую к ведущим колесам автомобиля с карбюраторным двигателем при частоте вращения коленчатого вала двигателя, равной 1600, 2400 и 2800 мин^-1. Максимальная мощность двигателя N_еmax = 70 кВт и частота вращения колёнчатого вала при максимальной мощности n_{max= 3200 мин^-1. Механический коэффициент полезного действия принять равным ηм = 0,9.}

Примечание. При расчетах использовать формулу Лейдермана:

N_е = N_еmax (),

где N_е – мощность, развиваемая двигателем при n мин^-1.

1.7а. Подсчитать мощность, расходуемую автомобилем ГАЗ-3307 при движении с полной нагрузкой и постоянной скоростью 50 км/ч по горизонтальному участку дороги, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению f = 0,02.

1.8а. Узнать, как изменится мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха, при увеличении скорости автомобиля с 50 до 63 км/ч.

1.9а. Определить мощность, расходуемую автомобилем, при движении его с постоянной скоростью 40км/ч по участку дороги с подъемом α = 1° и коэффициентом сопротивления качению f = 0,025.

Полный вес автомобиля G = 8100кг; фактор сопротивления воздуха kF = 0,28 .

1.10а. Подсчитать мощность, необходимую для достижения ускорения j = 0,245 м/с² при движении автомобиля ГАЗ-3307 с полной нагрузкой на прямой передаче со скоростью 40 км/ч.

Коэффициент учета вращающихся масс найти по формуле, приведенной в задаче 1.5а.

Раздел «b». Зависимость динамики автомобиля от силы тяги на ведущих колёсах

1.1b. Определить, как изменятся мощность, необходимая для движения автомобиля ГАЗ-3307 с полной нагрузкой по горизонтальному участку, при изменении скорости с 40 до 60км/ч.

Коэффициент сопротивления качению принять ƒ = 0,025.

1.2b. Найти максимальную скорость движения автомобиля, который передвигается с полностью открытой дроссельной заслонкой по горизонтальному участку дороги, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению ƒ= 0,025. При этом величина тяговой силы, которая может быть использована для поступательного ускорения, равна нулю.

Вес автомобиля G = 48000 H; фактор сопротивления воздуха kF = 2,6H·c²/м²; сила тяги на шинах ведущих колес Р_к= 1700 Н.

1.3b. Подсчитать, чему равна сила тяги, необходимая для равномерного движения полностью груженного автомобиля ГАЗ-3307 скоростью 36 км/ч по дороге, имеющей подъем α = 3° и характеризуемой коэффициентом сопротивления качению f = 0,02.

1.4b. Используя условия задачи 1.3b., найти мощность, которую необходимо подвести к колесам автомобиля.

1.5b. Автомобиль движется равномерно по горизонтальному участку дороги со скоростью υ= 10 м/с. Мощность, подводимая к ведущим колесам, N_к = 20 кВт. Фактор сопротивления воздуха kF = 2,7 H·c²/м².

Найти силу сопротивления качению автомобиля.

1.6b. Автомобиль движется c некоторой постоянной скоростью по дороге, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению ƒ= 0,02.

Как надо изменить вес автомобиля, чтобы он мог двигаться с той же скоростью, что и в первом случае, по дороге, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению ƒ = 0,025?

Мощность, развиваемая двигателем автомобиля, в обоих случаях одинакова.

1.7b. Автомобиль ГАЗ-3307 движется с полной нагрузкой и равномерной скоростью по горизонтальному участку дороги, характеризуемой коэффициентом сопротивления качению ƒ= 0,025.

Внешние силы, действующие на машину » Ремонт Строительство Интерьер

Pi=Gi,

F = 0,9ВН,

Таблица 7. — Значение максимального замедления jmax при испытаниях и реализуемого в условиях эксплуатации, величина установившегося замедления jуст, соответствующего границе штатных торможений на дороге с сухим покрытием / КонсультантПлюс

Таблица 7. — Значение максимального замедления j_max при испытаниях и реализуемого в условиях эксплуатации, величина установившегося замедления j_уст, соответствующего границе штатных торможений на дороге с сухим покрытием

Как можно видеть из приведенных данных, границы штатных замедлений грузовых автомобилей и автобусов существенно ниже, чем легковых автомобилей. Разницу в тормозных свойствах необходимо учитывать при выборе дистанции движения за автомобилем-лидером.

Устойчивость движения и положения автомобиля. Движение автомобиля происходит под влиянием сил и моментов, действующих на него. Перемещая педали скорости, тормоза, сцепления, переключая передачи, поворачивая рулевое колесо, водитель изменяет величину и направление сил и моментов, что приводит к изменению параметров движения автомобиля в желаемую сторону. Прямолинейное и равномерное движение в соответствии с уравнением (3.6) происходит, когда тяговая сила P_т уравновешена суммой сил сопротивления движению (сопротивления качению P_к, сопротивления подъему P_п и сопротивления воздуха P_в).

При движении по криволинейной траектории в соответствии с уравнением (3.12) появляется дополнительная сила сопротивления качению P_к.к. Поэтому для сохранения скорости автомобиля на повороте необходимо увеличить тяговую силу P_т.

В соответствии с уравнением (3.15) центробежная сила P_ц уравновешивается реакциями между колесами и дорогой R_y. Создаваемый в соответствии с уравнением (3.14) поворачивающий момент M₁ уравновешивается стабилизирующим моментом M₂, величина которого определяется уравнением (3.16).

Равновесному состоянию соответствует определенное положение органов управления: педали скорости и рулевого колеса. Если изменить их положение, равновесие нарушается в результате изменения R_т и R_y и начнутся переходные процессы, которые завершатся новым равновесным состоянием при более высокой или меньшей скорости, увеличенном или уменьшенном радиусе поворота. Это будет зависеть от того, будет увеличено или уменьшено перемещение педали скорости, увеличен или уменьшен угол поворота рулевого колеса.

Переходные процессы произойдут также, если при неизменном положении органов управления увеличится или уменьшится суммарная сила сопротивления движению , поперечная сила P_y. Причиной изменения может быть продольный уклон дороги, порыв встречного ветра. К изменению P_y могут привести поперечный уклон дороги и колебания скорости поперечного ветра.

Когда движение автомобиля переходит в новое равновесное состояние, движение называется устойчивым. Если в результате переходного процесса параметры движения автомобиля выходят за заранее оговоренные границы, то движение будет неустойчивым.

Таким образом, под устойчивостью автомобиля понимается его свойство сохранять заданный режим движения при неизменном положении органов управления. Если автомобиль устойчив, водителю приходится реже вмешиваться в процесс управления. Чем менее устойчив автомобиль, тем больше внимания должен уделять водитель управлению, что держит его в постоянном напряжении, повышает вероятность совершения ошибки, вызывает более быстрое развитие утомления.

При рассмотрении вопросов устойчивости, управляемости и возмущаемости удобно движение автомобиля разделить на продольное и поперечное. При рассмотрении устойчивости продольного движения и положения можно говорить об устойчивости относительно скорости и замедления автомобиля, его устойчивости против продольного опрокидывания. При анализе устойчивости поперечного движения и положения необходимо рассмотреть устойчивость против поперечного скольжения и опрокидывания.

Устойчивость продольного движения автомобиля относительно скорости. Для анализа вопросов устойчивости продольного движения относительно скорости рассмотрим график тягового баланса для высшей передачи, приведенный на рис. 14а.

Рис. 14. Определение устойчивости автомобиля относительно скорости

Представим, что автомобиль движется по горизонтальному участку с максимальной скоростью V_max. При этом суммарное сопротивление равно . Если автомобиль въедет на подъем, сопротивление движению увеличится до . В результате скорость автомобиля на подъеме уменьшится до V₂. После преодоления подъема сопротивление уменьшится до и скорость увеличится до V_max.

Иными словами, при постоянном положении педали скорости, скорость автомобиля будет уменьшаться или увеличиваться до постоянных значений с изменением сопротивления движению. Саморегулирование скорости возможно благодаря повышению тяговой силы P_т, что при уменьшении скорости создает резерв тяговой силы. Такое положение сохраняется до тех пор, пока скорость не уменьшится до критической величины V_кр. При дальнейшем снижении скорости тяговая сила начинает уменьшаться и ее резерв становится отрицательным. Поэтому скорость будет снижаться до полной остановки автомобиля. Это означает, что продольное движение автомобиля стало неустойчивым.

Скорость, при которой движение становится неустойчивым, называется критической скоростью V_кр. Изменение скорости автомобиля в зависимости от величины в диапазоне от V_max до V_кр показано на рис. 14б.

Минимальная скорость, с которой автомобиль может равномерно ехать на высшей передаче по горизонтальному участку дороги и при резком перемещении педали скорости «до пола» начать разгонятся, называется минимально устойчивой скоростью V_min (см. рис. 14а). Чем меньше ее величина, тем удобнее управлять автомобилем и тем больше возможности применения экономичного алгоритма управления.

Наличие большого резерва тяговой силы resP_т позволяет преодолевать подъемы на высшей передаче, что повышает среднюю скорость, снижает расход топлива. Уменьшение числа переключений делает управление автомобилем более удобным.

Величина resP_т зависит от характеристики крутящего момента M двигателя, показанной на рис. 14в. Для оценки ее совершенства применяется такой показатель, как коэффициент приспособляемости k_пр, который показывает, во сколько раз увеличивается крутящий момент двигателя M при уменьшении частоты вращения коленчатого вала n от номинальной n_ном до оборотов, соответствующих M_max:

КонсультантПлюс: примечание.

Нумерация формул дана в соответствии с официальным текстом документа.

k_пр = M_max / M_ном (2.36)

У современных двигателей грузовых автомобилей k_п = 1,35. ..1,4. Это позволяет преодолевать на высшей передаче подъемы крутизной до 1,5% на скорости 50…60 км/ч.

Чем меньше частота вращения коленчатого вала , соответствующая M_max, тем больше диапазон — n_ном и тем шире диапазон V_кр — V_max, в котором можно не переходить на низшие передачи при увеличении сопротивления движению. Это свойство, называемое «эластичностью двигателя», характеризуется коэффициентом эластичности k_э:

У современных двигателей грузовых автомобилей и автобусов k_э = 0,4…0,58.

Под нагрузкой двигатель начинает устойчиво работать при частоте вращения коленчатого вала, называемой минимально устойчивой n_min. Рабочий диапазон частоты вращения коленчатого вала определяет диапазон скоростей движения на высшей передаче на горизонтальном участке дороги, что характеризует эластичность двигателя при частичном перемещении педали скорости. Это свойство двигателя характеризует коэффициент рабочего диапазона оборотов двигателя k_n:

КонсультантПлюс: примечание.

Нумерация формул дана в соответствии с официальным текстом документа.

k_n = (n_ном — n_min) / n_ном (2.38)

Чем больше k_n, тем шире диапазон V_min…V_max, в котором можно не переходить на низшие передачи при движении по горизонтальному участку дороги. У современных двигателей величина k_n = 0,55…0,7.

Когда автомобиль теряет устойчивость относительно скорости, наличие коробки передач позволяет сохранить устойчивость продольного движения в рамках системы ВА, поскольку водитель, переходя на низшие передачи, увеличивает P_т. Эта задача может быть также решена и путем автоматизации переключения передач. Границы устойчивости продольного движения относительно скорости системы ВА и автомобиля с автоматической трансмиссией определяются максимальным значением на низшей передаче, если .

Это имеет место при высоком коэффициенте сцепления, на дорогах с твердым сухим и мокрым покрытием. Когда дорога покрывается снегом, в гололед сила сцепления становится меньше . В этом случае граница устойчивости продольного движения относительно скорости определяется величиной P_сц.

С учетом изложенного условия устойчивости продольного движения относительно скорости в этом случае можно записать в следующем виде:

Типичным случаем потери устойчивости продольного движения является остановка автомобиля на подъеме в результате буксования ведущих колес.

Продольная устойчивость автомобиля против опрокидывания назад. Возможность потери устойчивости продольного положения в результате опрокидывания автомобиля назад при движении по дорогам равна нулю. Такой случай становится возможным при движении полноприводного автомобиля повышенной проходимости по местности. Величина таких автомобилей позволяет преодолевать подъем с уклоном не менее 60%, а наличие полного привода и шин с регулировкой давления обеспечивает необходимую величину сцепной силы P_сц при движении по грунту. Когда такой автомобиль заполнен грузом с высоким расположением ЦМ, опрокидывание назад на крутых подъемах становится возможным.

Устойчивость продольного движения автомобиля относительно замедления. Этот вид устойчивости означает, что величина замедления при зафиксированном положении педали тормоза изменяется в оговоренных заранее пределах. Существующие стандарты безопасности устанавливают требования к максимальному замедлению в процессе торможения, которому соответствует положение педали торможения «в пол». Конструкция современных тормозов исключает вероятность увеличения замедления в процессе торможения с зафиксированным частичным перемещением педали тормоза.

Снижение эффективности тормозов в процессе торможения в результате их нагрева явление естественное. Снижение эффективности тормозов, превышающее установленный предел, означает потерю устойчивости продольного движения относительно замедления. Наиболее опасно это явление на затяжных спусках. Потеря устойчивости продольного движения в результате перегрева тормозов на спуске происходит на дорогах с высоким коэффициентом сцепления.

При снижении силы сцепления P_сц ее величина определяет реализуемую тормозную силу P_тр. В этом случае возможна ситуация, когда на спуске автомобиль с заблокированными колесами будет двигаться вниз, т.е. будет отсутствовать возможность его остановить, что означает потерю устойчивости продольного движения. Условие устойчивости движения в этом случае означает, что тормозная сила P_тр равна силе сцепления P_сц и больше силы подъема P_п. Сила сопротивления качению P_к при заблокированных колесах равна нулю. Силами сопротивления воздуха P_в и инерции P_и можно пренебречь вследствие низкой скорости автомобиля. С учетом уравнения (3.9) это можно представить в следующем виде:

P_сц = P_тр > P_п (3.40)

Продольная устойчивость автомобиля против опрокидывания вперед. Так же, как и при движении на подъем, автомобиль повышенной проходимости с высоко габаритным грузом при движении по местности может потерять продольную устойчивость при торможении (на крутом спуске) в результате опрокидывания вперед.

Устойчивость поперечного движения автомобиля. При повороте автомобиля возникают два типа движения. Одно — траектория движения автомобиля описывается перемещением его ЦМ, другое — поворот автомобиля вокруг ЦМ, как это показано на рис. 15. Устойчивость движения автомобиля относительно траектории обеспечивает водитель. Поворот продольной оси автомобиля вокруг центра масс может быть устойчивым или неустойчивым. Поскольку поворот продольной оси описывается курсовым углом (см. рис. 15), принято говорить о курсовой устойчивости автомобиля.

Устойчивое курсовое движение показано на рис. 15а, неустойчивое — на рис. 15б. Как можно видеть из приведенных графиков, при устойчивом курсовом движении угол сноса автомобиля в центре масс остается постоянным — стремится к равновесному значению, при неустойчивом движении — непрерывно растет.

Курсовая устойчивость автомобиля связана с его свойством, называемым поворачиваемостью. Понятие поворачиваемости возникло в связи с тем, что автомобиль на эластичных колесах ведет себя на повороте не так, как если бы он ехал на жестких колесах. На рис. 16 показана схема поворота автомобиля с боковым уводом колес. Для удобства анализа углы увода четырех колес заменены углами увода в середине каждой оси и

Рис. 15. — Определение условий сохранения курсовой устойчивости автомобиля: а — устойчивое курсовое движения; б — неустойчивое курсовое движение

Рис. 16. Схема поворота автомобиля с боковым уводом колес

При этом четыре колеса заменены двумя колесами, показанными на рис. 16 штриховыми красными линиями. Как можно видеть из рис. 16, угол увода передних колес как бы уменьшает угол их поворота и увеличивает радиус траектории. Угол увода задних колес ., наоборот, как бы поворачивает задние колеса, способствуя уменьшению радиуса поворота.

Влияние углов увода передних и задних колес на радиус поворота R_пв, описывается выражением

где R_пв — радиус поворота, м; L — база автомобиля, м; — угол поворота управляемых колес, рад.; и — углы увода колес, рад.

Когда , углы увода передних и задних колес уравновешивают один другой и радиусы поворота автомобиля на эластичных и жестких колесах одинаковы. Такой автомобиль обладает нейтральной поворачиваемостью. Величина максимальной поперечной реакции в этом случае определяется величинами и , при которых одновременно начинается боковое скольжение передних и задних колес (см. рис. 9). Если при этом увеличить угол поворота управляемых колес , то угол увода передних колес возрастет и станет больше, чем . Но величина поперечной реакции на передних колесах останется прежней и радиус поворота не уменьшится.

Когда , влияние увода передних колес, препятствующего увеличению кривизны поворота, больше, чем задних. Поэтому по мере увеличения поперечной силы P_y управляемые колеса автомобиля на эластичных шинах придется поворачивать все больше и больше, чем в случае автомобиля на жестких колесах. В этом случае автомобиль на эластичных шинах обладает недостаточной поворачиваемостью. Величина максимальной поперечной реакции в этом случае определяется значением угла увода передних колес , при котором начинается их поперечное скольжение — снос автомобиля (см. рис. 9). При увеличении угла поворота управляемых колес произойдет увеличение , но поперечная реакция на передних колесах не увеличится и радиус поворота не уменьшится.

В рассмотренных случаях автомобиль сохраняет курсовую устойчивость — угол сноса автомобиля на рис. 15а после поворота управляемых колес стремится к постоянному значению. При увеличении поворота управляемых колес после достижения угол сноса и радиус поворота остаются постоянными. Если в этой ситуации увеличить скорость автомобиля, он начнет двигаться с боковым скольжением передних колес по кривой большего радиуса, сохраняя постоянным угол . Такое поведение автомобиля делает управление удобным и повышает безопасность.

Когда , влияние увода задних колес становится сильнее, чем передних. Поэтому по мере увеличения поперечной реакции R_y управляемые колеса необходимо будет поворачивать на все меньший угол по сравнению с автомобилем на жестких колесах. Максимальная величина поперечной реакции в этом случае будет определяться значением , при котором начнется поперечное скольжение задних колес. Если после начала их скольжения увеличить угол поворота управляемых колес , то момент, поворачивающий автомобиль, увеличится, радиус поворота станет уменьшаться и скольжение задних колес усилится. При этом угол сноса будет непрерывно возрастать, автомобиль начнет вращаться на дороге, что означает потерю курсовой устойчивости (см. рис. 15б).

Не менее неприятно ведет себя автомобиль с избыточной поворачиваемостью при увеличении скорости. Угол поворота управляемых колес для движения по траектории постоянного радиуса с увеличением скорости становится все меньше и меньше в сравнении с автомобилем на жестких колесах. Когда скорость станет равной критической V_кр, автомобиль будет двигаться по кривой при нейтральном положении управляемых колес. Если при этом на автомобиль подействует самая незначительная поперечная сила, автомобиль станет двигаться по траектории уменьшающегося радиуса. Это означает, что угол будет возрастать и автомобиль начнет вращаться на дороге.

Устойчивость против поперечного опрокидывания. Поперечное скольжение колес автомобиля возможно, если выполняется условие (3.26). Однако возможности его выполнения для автобуса и грузового автомобиля ограниченны, потому что ширина автомобиля не может быть более 2,5 м, а высота центра масс при перевозке грузов с низким объемным весом может доходить до 2,5 м. Чтобы определить минимальную величину коэффициента сцепления шин с дорогой, при которой автомобиль будет опрокидываться, преобразуем уравнение (3.26). Для этого разделим обе части на h_a и G_a. В результате получим:

КонсультантПлюс: примечание.

Нумерация формул дана в соответствии с официальным текстом документа.

где — наибольшая теоретически возможная величина коэффициента поперечной силы, вызывающая опрокидывание автомобиля; К_a — колея автомобиля, м; h_a — высота центра масс, м.

Величина равна минимальному значению коэффициента сцепления , при котором возможно поперечное опрокидывание автомобиля. Величина достижима при условии, что автомобиль является жестким телом. В действительности при действии поперечной силы в результате крена кузова, деформаций подвески и шин центр масс смещается в сторону действия силы P_y. При этом происходит уменьшение плеча приложения силы тяжести G_a, противодействующей опрокидыванию, по сравнению с показанными на рис. 5. Поэтому реальный коэффициент поперечной силы меньше. Опрокидывание грузовых автомобилей и автобусов начинается при величине коэффициента . Меньшие значения соответствуют большим углам крена автомобиля. Минимально допустимое значение q_y = 0,35. Однако крен не должен быть очень маленьким, поскольку через его величину водитель получает информацию о резерве устойчивости против опрокидывания . Поэтому требования безопасности ограничивают как максимальную, так и минимальную величины крена в момент опрокидывания.

Уменьшение плеча приложения силы тяжести происходит в случае неравномерного размещения груза. Если ЦМ груза смещен к одной стороне, то произойдет также смещение ЦМ автомобиля. В этом случае, когда центробежная сила направлена в сторону смещения ЦМ, плечо приложения силы тяжести будет меньше половины колеи на величину смещения.

Если груз может перемещаться под действием центробежной силы, опасность опрокидывания увеличивается. Наиболее опасным грузом является жидкость при частичном заполнении цистерны. На рис. 17а показано положение жидкости при прямолинейном движении, а на рис. 17б — при действии центробежной силы.

При повороте центробежная сила смещает жидкость к одной стороне. В результате сила тяжести G_a действует не на плече, равном K_a / 2, а на плече . Одновременно повышается высота ЦМ автомобиля с до , что увеличивает опрокидывающий момент, создаваемый силой P_y.

Перемещающийся груз создает еще одну неприятность. В момент остановки перемещения груза возникает сила инерции, которая в соответствии с уравнением (3. 4) равна произведению массы груза на величину замедления движения при его остановке. Эта сила инерции груза складывается с центробежной силой P_y.

Рис. 17. Положение жидкого груза при прямолинейном движении и на повороте

Существующее ограничение ширины автомобиля величиной 2,5 м делает невозможным создание грузовых автомобилей и автобусов, способных противостоять опрокидыванию. Поэтому на водителя ложится задача предотвращения опрокидывания автомобиля путем выбора безопасной скорости движения и более осторожного поворота рулевого колеса при маневрировании в пределах ширины дороги на высокой скорости. За счет подбора характеристик управляемости автомобиля надежность выполнения маневров может быть существенно повышена.

Эргономические свойства

Управляемость автомобиля. Свойство автомобиля реагировать на перемещение органов управления называется «управляемостью автомобиля». Хорошая управляемость означает, что автомобиль реагирует на управление так, как ожидает водитель. Если реакция на управление ниже, чем ожидает водитель, ему приходится корректировать недостаточную реакцию автомобиля дополнительным перемещением органов управления. Это приводит к увеличению погрешности при регулировании параметров движения автомобиля. Аналогичные трудности вызывает и повышенная чувствительность к перемещению органов управления.

При перемещении органов управления возникает реакция, в результате которой изменяются параметры движения автомобиля. Чувствительность автомобиля к перемещению органов управления можно описать с помощью коэффициентов преобразования: перемещения педали скорости S_п.с в скорость V — ksv, перемещение педали тормоза S_п.т в замедление j_тр — ksj, поворота рулевого колеса в поперечное ускорение . Их величины могут быть вычислены с помощью уравнений:

ksv = V / S_п.с, км/ч x мм (3.43)

ksj = j_тр / S_п.т, м/с² x мм (3.44)

Новое установившееся состояние параметров движения автомобиля возникает не мгновенно, а через некоторое время после перемещения органов управления — после завершения переходного процесса. Его продолжительность оценивается величиной, которую называют постоянная времени переходного процесса T. Ее физический смысл поясняет график разгона автомобиля на рис. 11. За время T_р при разгоне с места автомобиль набирает скорость, равную 0,63 V_max. Разгон до максимальной скорости V_max происходит за время t ~ 4 T_р. Аналогичные значения T описывают процесс увеличения замедления T_тр и поперечного ускорения T_y. Чем больше T, тем медленнее происходит изменение параметров движения автомобиля, и, наоборот, чем меньше T, тем быстрее реагирует автомобиль.

Для удобства управления значения k и T должны соответствовать эргономическим требованиям водителя — такой реакции, которую ожидает водитель. При отклонении значений k и T от оптимума в любую сторону точность управления ухудшается. При изменении k и T в определенных пределах водитель может компенсировать их, но это достигается ценой повышения психической напряженности и соответственного ускорения развития процессов утомления.

Значения k и T зависят от нагрузки автомобиля, скользкости покрытия, поперечного ускорения. Так, например, чувствительность к перемещению педали тормоза ksj изменяется обратно пропорционально весу автомобиля, т.е. в 2 — 3 раза. Об этом следует помнить после изменения нагрузки автомобиля.

Наиболее изменчивой является чувствительность к повороту рулевого колеса . Она увеличивается с повышением скорости. При этом ее увеличение зависит от поворачиваемости автомобиля. У автомобиля с недостаточной поворачиваемостью увеличение ограниченно, у автомобиля с избыточной поворачиваемостью чувствительность к повороту рулевого колеса при повышении скорости непрерывно растет. По мере того как скорость автомобиля возрастет до V_кр, стремится к бесконечности. Однако увеличение чувствительности к повороту рулевого колеса ограничивают занос или опрокидывание автомобиля. Изменение автомобилей с разной поворачиваемостью показано на рис. 18.

Рис. 18. Изменение чувствительности к повороту рулевого колеса автомобилей с различной поворачиваемости в зависимости от скорости:

1 — недостаточная поворачиваемость ; 2 — нейтральная поворачиваемость ; 3 — избыточная поворачиваемость

Ограничивающим фактором увеличения является поперечное скольжение колес или опрокидывание автомобиля. При скорости автомобиля, равной V_кр, самый незначительный поворот рулевого колеса приводит к потере курсовой устойчивости, что уже было рассмотрено выше. Положительным моментом можно считать то, что одновременно увеличивается и постоянная времени реакции автомобиля на поворот рулевого колеса T_y. Благодаря этому водитель ценой большого психического напряжения может стабилизировать неустойчивое движение автомобиля, непрерывно и очень точно работая рулевым колесом. Такая ситуация возможна при попадании на очень скользкий участок дороги.

Большие углы крена увеличивают поворачиваемость. Об этом полезно помнить при перевозке грузов с высоким расположением центра масс, например, если автобус заполнен стоящими пассажирами.

Возмущаемость автомобиля. Возмущаемость проявляется при действии на автомобиль внешних сил и моментов. Под возмущаемостью автомобиля понимается его свойство реагировать на внешние возмущения. Чем меньше возмущаемость, тем надежнее управление автомобилем. Наибольшее влияние на надежность управления автомобилем оказывает возмущаемость поперечного движения. Возмущающими факторами является поперечный наклон дороги и поперечный ветер.

Движение в поперечном направлении возникает на участке дороги с поперечным уклоном под действием скатывающей силы P_y, приложенной в центре масс автомобиля. Если автомобиль имеет недостаточную поворачиваемость, возникает движение по криволинейной траектории, центр поворота которой расположен так, что центробежная сила P_ц, появляющаяся в результате этого, направлена против действия силы P_y (рис. 19а).

Рис. 19. Схемы движения автомобилей с различной поворачиваемостью при действии поперечной силы и нейтральном положении управляемых колес:

а — недостаточная поворачиваемость ; б — нейтральная поворачиваемость ; в — избыточная поворачиваемость

Поэтому такое движение является устойчивым. Когда автомобиль имеет избыточную поворачиваемость (рис. 19в), центр поворота расположен так, что возникающая центробежная сила P_ц складывается с P_y. Чем ближе скорость автомобиля к критической, тем меньше резерв курсовой устойчивости и тем труднее управлять автомобилем.

Чувствительность автомобиля к возмущению может быть определена с помощью коэффициента преобразования силы P_y в поперечное ускорение j_y. Так как P_y создается поперечным уклоном дороги i, удобнее определить чувствительность к возмущению с помощью коэффициента преобразования поперечного уклона i в поперечное ускорение j_y — k_ij:

k_ij = j_y / i, м/с² x % (3.46)

Чем меньше k_ij, тем удобнее в управлении автомобиль. Из изложенного следует, что автомобиль с избыточной поворачиваемостью имеет большее значение k_ij.

Сила поперечного давления воздушного потока может быть представлена в виде равнодействующей, приложенной в геометрическом центре боковой проекции автомобиля, — в метацентре. Изменение положения метацентра для бортового автомобиля и автомобиля-фургона показано на рис. 20.

Рис. 20. Положение метацентра МЦ относительно задних колес:

а — бортовой автомобиль; б — автомобиль-фургон

Видно, что метацентр фургона (МЦ) расположен ближе к задней оси. Поэтому угол увода задних колес будет больше, чем у бортового автомобиля, т.е. его поворачиваемость по сравнению с бортовым автомобилем увеличится. Чувствительность к действию поперечного ветра можно представить в виде коэффициента преобразования скорости ветра W_в в поперечное ускорение j_y — kw_j:

kw_j = j_y / W_{в, с}^-1 (3.47)

Влияние возмущаемости автомобиля поперечным ветром проявляется в ситуациях, когда дорога выходит из леса в поле, в котором поперек дороги дует сильный ветер. Другая опасная ситуация может возникнуть, когда в поле встречаются два автомобиля. Если автомобиль с наветренной стороны имеет большую боковую поверхность, то в момент разъезда он становится экраном. В результате сила ветра, действующая на подветренный автомобиль, резко уменьшится, в то время как его управляемые колеса повернуты так, чтобы уравновесить это давление ветра. В результате автомобиль начнет смещаться в сторону поворота управляемых колес, т.е. в сторону встречного автомобиля.

Реактивность органов управления. Нарастание сопротивления перемещению органа управления (упругое сопротивление) при правильном выборе его величины дает водителю ощущение реакции дороги. Поэтому это свойство органов управления получило название реактивности. Для надежного управления автомобилем важна хорошая реактивность педали тормоза и рулевого колеса.

При низкой реактивности педали тормоза возникают трудности плавного регулирования тормозной силы, подводимой к колесу. Особенно сильно это ощущение при пневматическом приводе тормозов, имеющем большое время срабатывания. При хорошей реактивности педали водитель ощущает величину тормозной реакции, которая еще не возникла. При низкой реактивности педаль тормоза «легкая», что способствует «перетормаживанию» при штатных торможениях, снижает надежность экстренного торможения на скользкой дороге. Очень большая реактивность делает педаль «жесткой», для ее перемещения требуются большие усилия, что приводит к «недотормаживанию».

Хорошая реактивность рулевого колеса дает водителю «ощущение дороги». Нарастание усилия при повороте рулевого колеса несет информацию о силе сцепления управляемых колес с дорогой. Уменьшение усилия является сигналом о снижении силы сцепления.

При действии боковой силы, вызванной поперечным уклоном или порывом бокового ветра, на руле, обладающем хорошим реактивным действием, сразу появляется усилие, дающее сигнал водителю о необходимости поворота рулевого колеса для противодействия внешнему возмущению. Это позволяет противодействовать боковому смещению с упреждением и уменьшает отклонение от выбранной траектории. «Легкий» руль не дает водителю такой информации, и он будет реагировать уже на отклонение автомобиля. Поэтому точность слежения за траекторией уменьшается. При высоком реактивном действии руль становится «тяжелым». При этом возможность получения информации ухудшается, и появляются затруднения с выполнением моторного действия с рулевым колесом.

Низкое реактивное действие рулевого колеса частая беда рулевых управлений с усилителем. «Тяжелый» руль — следствие отсутствия усилителя.

Информативность автомобиля. Под информативностью понимают свойство автомобиля обеспечивать необходимой информацией водителя и других участников движения. Различают внутреннюю и внешнюю информативность.

Внутренняя информативность. Свойство автомобиля обеспечивать водителя информацией, поступающей из среды движения и от приборов определяет его внутреннюю информативность. Возможность получения зрительной информации о среде движения зависит от внешней обзорности, которая включает переднюю обзорность и обзорность через зеркала заднего вида. Качество передней обзорности связано с размерами ветрового стекла и боковых стекол дверей. Стойки ветрового стекла являются помехой, но возможность уменьшения их размеров ограничена требованиями пассивной безопасности.

В дождь, снег ветровое стекло необходимо очищать. Стеклоочистителем очищают только часть поверхности стекла. Требования безопасности устанавливают минимальные размеры очищаемых зон. Другой задачей является качество очистки. Для его повышения автомобиль в обязательном порядке оборудуют системой обмыва ветрового стекла.

В холодное время года ветровое и боковые стекла запотевают и обмерзают. Для устранения этого применяется система обдува стекла теплым воздухом. Размеры зон очитки стекла от запотевания и обмерзания определяет качество внешней обзорности в холодное время года.

Обзорность через зеркала заднего вида зависит от размеров зеркал, формы их поверхности (плоская, сферическая). Чтобы совместить ряд противоречивых требований в задней обзорности на современных грузовых автомобилях и автобусах применяется система зеркал, каждое из которых выполняет определенную функцию.

В темное время суток возможность получения информации обеспечивают световые приборы. Требования к размерам освещенного пространства и силе света устанавливают нормативы безопасности. Для встречного разъезда применяется ближний свет. Для движения в свободных условиях — дальний свет. В дождь фары загрязняются. Для их очистки применяется система обмыва и очитки фар от грязи.

Установленные на автомобилях приборы можно разделить на пилотажные и контрольные. Пилотажные приборы позволяют водителю реализовывать оптимальные (экономичный, скоростной) алгоритмы регулирования скорости автомобиля, контролировать успешность решения поставленной задачи. К пилотажным приборам относятся: тахометр, спидометр, эконометр, маршрутный компьютер. Контрольные приборы и индикаторы информируют о состоянии систем и агрегатов автомобиля для предотвращения случаев выхода их из строя.

Надежность использования показаний приборов обеспечивается их обзорностью и такой организацией шкал, которая обеспечивает быстроту считывания показаний.

Внешняя информативность. Свойство автомобиля информировать других участников движения о своем положении на дороге, скорости и намерениях водителя по изменению скорости и направления движения называется его «внешней информативностью». Внешняя информативность зависит от размеров, формы и цвета кузова, наличия и расположения световозвращателей, внешней световой сигнализации, звукового сигнала.

Грузовые автомобили средней и большой грузоподъемности, автопоезда, автобусы благодаря своим габаритам более заметны и лучше различаемы, чем легковые автомобили и мотоциклы. Автомобили, окрашенные в темные цвета (черный, серый, зеленый, синий), из-за трудностей их различения попадают в ДТП чаще, чем автомобили, окрашенные в яркие цвета. Для повышения различимости автомобилей по Правилам дорожного движения перед началом движения автомобиля необходимо включить включен ближний свет в любое время суток.

Вопрос 4: влияние действий водителя с органами управления на свойства транспортного средства как объекта управления

Поскольку продольная реакция между колесом и дорогой увеличивает угол увода и уменьшает максимальную поперечную реакцию , действия водителя с педалями управления, рычагом коробки передач влияют на поворачиваемость, устойчивость против сноса и заноса, и управляемость боковым движением автомобиля

Переднеприводный автомобиль

Рассмотрим движение переднепиводного автомобиля с постоянной скоростью. В этом режиме он обладает определенной поворачиваемостью. Рассмотрим, как изменится поворачиваемость при действиях с органами управления.

Нажатие на педаль сцепления. При этом тяговая реакция снимается с ведущих колес автомобиля. Это означает, что при действии боковой силы угол увода передних колес уменьшится, а, следовательно, увеличится поворачиваемость автомобиля. Курсовая устойчивость автомобиля снизится, а управляемость боковым движением увеличится.

Нажатие на педаль скорости. При этом тяговая реакция на передних колесах увеличится, что приведет к увеличению угла увода передних колес. Поворачиваемости автомобиля снизится. Это вызовет повышение курсовой устойчивости и снижение управляемости боковым движением.

Если для повышения интенсивности разгона перейти на более низкую передачу, то поворачиваемость уменьшится еще больше. На скользкой дороге может возникнуть буксование ведущих колес. При этом поворачиваемость станет минимальной и может произойти снос. Курсовая устойчивость достигнет максимума, управляемость боковым движением снизится до нуля

Освобождение педали скорости (торможение двигателем). При этом тяговая реакция меняется на тормозную. Если по абсолютной величине тормозная реакция меньше тяговой, произойдет увеличение поворачиваемости, если больше — ее уменьшение. Курсовая устойчивость при повышении поворачиваемости снизится, при уменьшении — повысится. Управляемость боковым движением автомобиля при снижении курсовой устойчивости повышается, а при ее повышении — становится меньше.

При включении пониженных передач тормозная реакция увеличится. Это снижает поворачиваемость, повышает курсовую устойчивость и уменьшает управляемость боковым движением. При торможении двигателем на скользкой дороге возможен юз ведущих колес. Это вызовет уменьшение поворачиваемости до минимума и снос.

Торможение педалью тормоза при выжатой педали сцепления. При этом на передних колесах возникает тормозная реакция , а на задних — .

Если больше, чем , поворачиваемость будет недостаточной. При опережающей блокировке передних колес поворачиваемость будет минимальной. Возможен снос. Автомобиль сохраняет курсовую устойчивость и теряет управляемость боковым движением.

Если больше, чем , поворачиваемость будет избыточной. При блокировке задних колес поворачиваемость станет максимальной и произойдет занос. Автомобиль потеряет курсовую устойчивость.

Торможение педалью тормоза без нажатия на педаль сцепления. При нажатии на педаль тормоза без разъединения трансмиссии происходит ограничение отношения , что препятствует их блокировке при сохранении возможности блокировки задних колес, т.е. обеспечивает избыточную поворачиваемость. Происходит занос. Автомобиль теряет курсовую устойчивость.

Заднеприводный автомобиль

Рассмотрим движение заднеприводного автомобиля с постоянной скоростью. В этом режиме он обладает определенной поворачиваемостью. Рассмотрим, как изменится поворачиваемость при действиях с органами управления.

Нажатие на педаль сцепления. При этом тяговая реакция снимается с ведущих колес автомобиля. Это означает, что при действии боковой силы угол увода задних колес уменьшится, а, следовательно, уменьшится и поворачиваемость автомобиля. Курсовая устойчивость автомобиля увеличится.

Нажатие на педаль скорости. При этом тяговая реакция на задних колесах увеличится, что приведет к увеличению угла увода задних колес и поворачиваемости автомобиля. Если для повышения интенсивности разгона перейти на более низкую передачу, то поворачиваемость возрастет еще больше. На скользкой дороге может возникнуть буксование ведущих колес. При этом поворачиваемость станет максимальной и произойдет занос. Автомобиль потеряет курсовую устойчивость.

Освобождение педали скорости (торможение двигателем). При этом тяговая реакция меняется на тормозную. Если по абсолютной величине тормозная реакция меньше тяговой, произойдет уменьшение поворачиваемости, если больше — увеличение. При включении пониженных передач тормозная реакция увеличится, что увеличит поворачиваемость. При торможении двигателем на скользкой дороге возможен юз ведущих колес. Это вызовет увеличение поворачиваемости до максимума и занос. Автомобиль потеряет курсовую устойчивость.

Торможение педалью тормоза при выжатой педали сцепления. При этом на передних колесах возникает тормозная реакция , а на задних — .

Если больше, чем , поворачиваемость будет недостаточной. При опережающей блокировке передних колес поворачиваемость будет минимальной. Возможен снос. Автомобиль сохраняет курсовую устойчивость.

Если больше, чем , поворачиваемость будет избыточной. При блокировке задних колес поворачиваемость станет максимальной и произойдет занос. Автомобиль потеряет курсовую устойчивость.

Торможение педалью тормоза без нажатия на педаль сцепления. При нажатии на педаль тормоза без разъединения трансмиссии происходит ограничение отношения , что препятствует их блокировке при сохранении возможности блокировки передних колес, т.е. обеспечивает недостаточную поворачиваемость. Возможен снос. Автомобиль сохраняет курсовую устойчивость.

Понимание того, как действия с педалями управления влияют на поворачиваемость, необходимо для предотвращения критических ситуаций и повышения надежности управления автомобилем в случае их возникновения. Поворачиваемость грузовых автомобилей и автобусов может изменяться с недостаточной на избыточную при увеличении нагрузки. Причина заключается в том, что углы увода увеличиваются с ростом нагрузки на колесо. Вес грузового автомобиля и автобуса с полной нагрузкой в 2 — 3 раза превышает его вес в снаряженном состоянии, при этом нагрузка на передние колеса увеличивается в 1,3 — 1,4 раза, на задние — в 3,0 — 3,3 раза.

Поэтому в снаряженном состоянии автомобиль может обладать недостаточной, а при полной массе — избыточной поворачиваемостью. Чтобы обеспечить необходимый запас курсовой устойчивости автомобиля с избыточной поворачиваемостью, критическая скорость V_кр должна быть больше максимальной скорости автомобиля.

силовых тренировок | упражнения | Британника

Тренировка с отягощениями , форма упражнений, которая необходима для общего здоровья и физической формы, а также для спортивных результатов. Тренировки с отягощениями часто ошибочно называют силовыми тренировками или «поднятием тяжестей», но они более сложны.

Адаптации к тренировкам с отягощениями

Адаптации к тренировкам с отягощениями бывают как острыми, так и хроническими. Острая реакция на тренировки с отягощениями возникает в основном в неврологической, мышечной и эндокринной системах.Хронические реакции на тренировки с отягощениями проявляются в мышечной, скелетной, эндокринной, сердечно-сосудистой и неврологической системах. Антропометрические (состав тела) адаптации также рассматриваются как хронические адаптации к тренировкам с отягощениями.

Когда к мышце прикладывается сила, передается сигнал, который активирует мышечные клетки. Когда человек выполняет тренировку с отягощениями, количество и интенсивность сигналов, передаваемых этой мышце, увеличивается до тех пор, пока она не устанет.Двумя неврологическими факторами, определяющими мышечную силу, являются рекрутирование моторных единиц и кодирование скорости. Первый — это просто размер мышечной силы, создаваемой мышечным сокращением для данной задачи. Например, меньше двигательных единиц в двуглавой мышце плеча задействуется при выполнении подъема на бицепс с гантелью 10 фунтов (4,5 кг), чем с гантелью весом 50 фунтов (22,5 кг). По словам кинезиолога и автора Роджера Энока, рекрутирование моторных единиц основано на принципе размера, который гласит, что моторные единицы, которые задействуют медленно сокращающиеся волокна, задействуют меньше волокон, чем двигательные единицы, которые задействуют быстро сокращающиеся волокна.Скоростное кодирование регулирует срабатывание моторного блока. Во время тренировки с отягощениями мышцы все больше устают с каждым повторением заданного паттерна движений, и в результате кодирование скорости нарушается, а последовательность стрельбы становится все менее и менее точной.

Хроническая неврологическая адаптация приводит к более эффективной последовательности набора двигательных единиц, делая мышцу менее склонной к утомлению нервно-мышечными факторами. Другие хронические адаптации неврологической системы включают усиление активности двигательных единиц и снижение совместного сокращения мышц-антагонистов. Совместное сокращение происходит, когда мышцы-агонисты и антагонисты срабатывают одновременно. Уменьшение совместного сокращения движения антагониста, когда мышцы-агонисты задействованы для работы, позволяет повысить эффективность движений.

Одним из острых эффектов в мышцах во время тренировок с отягощениями является истощение метаболических субстратов, таких как креатинфосфат и гликоген. Истощение этих двух источников топлива во время тренировки с отягощениями приводит к снижению мышечной силы.Еще одна важная острая адаптация мышц во время тренировки с отягощениями — это внутримышечный подъем водорода. Это приводит к ощущению «жжения» в мышцах при многократном повторении. Повышение содержания ионов водорода в мышцах приводит к снижению внутримышечного pH.

Хроническая адаптация к тренировкам с отягощениями включает увеличение поперечного размера мышечных волокон, также известное как мышечная гипертрофия. Гипертрофия мышц возникает в мышечных волокнах типа I (медленно сокращающиеся) и типа II (быстро сокращающиеся); однако мышечные волокна типа II обладают большей реакцией.Манипулирование объемом и интенсивностью тренировок с отягощениями вызовет более или менее гипертрофию соответствующих типов мышечных волокон. Хроническая адаптация увеличения размера поперечного сечения мышечных волокон приводит к увеличению мышечной силы и мощности. Еще одна хроническая адаптация к мышцам, которая была доказана на животных, но еще не доказана на людях, — это явление, называемое гиперплазией. Это происходит, когда количество мышечных волокон увеличивается. Возникающая в результате гипертрофия и возможная гиперплазия мышечных волокон вызывают относительное увеличение синтеза белка, который необходим для восстановления мышечных волокон в острой реакции на тренировки с отягощениями.

Есть два основных типа гормонов, вырабатываемых гипофизом, которые реагируют на тренировки с отягощениями: белковые и стероидные гормоны. Гормоны роста и инсулин являются основными гормонами белка, а тестостерон и эстроген — основными стероидными гормонами. Тренировки с отягощениями резко увеличивают концентрацию и высвобождение как анаболических, так и катаболических белков и стероидных гормонов. Гормоны роста, тестостерон и инсулин — анаболические гормоны, которые способствуют росту и восстановлению мышечной ткани после тренировки с отягощениями.Однако во время и после тренировки с отягощениями выделяются одинаково разрушающие мышцы гормоны или катаболические гормоны. Повышение секреции кортизола, адреналина и норадреналина во время силовых тренировок может иметь краткосрочные положительные эффекты, но долгосрочные — отрицательные. Чем больше объем и интенсивность тренировок с отягощениями, тем больше выделяется адреналин. Поэтому разумно употреблять белки и углеводы до и после тренировки с отягощениями, чтобы предотвратить катаболический эффект кортизола, адреналина и норадреналина.Хронические адаптации эндокринной системы включают повышенный уровень тестостерона в состоянии покоя и повышенную чувствительность тканевого ответа к высвобождению протеина и стероидных протеинов.

тренировки с отягощениями | упражнения | Британника

Тренировка с отягощениями , форма упражнений, которая необходима для общего здоровья и физической формы, а также для спортивных результатов. Тренировки с отягощениями часто ошибочно называют силовыми тренировками или «поднятием тяжестей», но они более сложны.

Адаптации к тренировкам с отягощениями

Адаптации к тренировкам с отягощениями бывают как острыми, так и хроническими. Острая реакция на тренировки с отягощениями возникает в основном в неврологической, мышечной и эндокринной системах. Хронические реакции на тренировки с отягощениями проявляются в мышечной, скелетной, эндокринной, сердечно-сосудистой и неврологической системах. Антропометрические (состав тела) адаптации также рассматриваются как хронические адаптации к тренировкам с отягощениями.

Когда к мышце прикладывается сила, передается сигнал, который активирует мышечные клетки.Когда человек выполняет тренировку с отягощениями, количество и интенсивность сигналов, передаваемых этой мышце, увеличивается до тех пор, пока она не устанет. Двумя неврологическими факторами, определяющими мышечную силу, являются рекрутирование моторных единиц и кодирование скорости. Первый — это просто размер мышечной силы, создаваемой мышечным сокращением для данной задачи. Например, меньше двигательных единиц в двуглавой мышце плеча задействуется при выполнении подъема на бицепс с 10-фунтовой (4,5 кг) гантелью, чем с 50-фунтовой (22.5 кг) гантель. По словам кинезиолога и автора Роджера Энока, рекрутирование моторных единиц основано на принципе размера, который гласит, что моторные единицы, которые задействуют медленно сокращающиеся волокна, задействуют меньше волокон, чем двигательные единицы, которые задействуют быстро сокращающиеся волокна. Скоростное кодирование регулирует срабатывание моторного блока. Во время тренировки с отягощениями мышцы все больше устают с каждым повторением заданного паттерна движений, и в результате кодирование скорости нарушается, а последовательность стрельбы становится все менее и менее точной.

Хроническая неврологическая адаптация приводит к более эффективной последовательности набора двигательных единиц, делая мышцу менее склонной к утомлению нервно-мышечными факторами. Другие хронические адаптации неврологической системы включают усиление активности двигательных единиц и снижение совместного сокращения мышц-антагонистов. Совместное сокращение происходит, когда мышцы-агонисты и антагонисты срабатывают одновременно. Уменьшение совместного сокращения движения антагониста, когда мышцы-агонисты задействованы для работы, позволяет повысить эффективность движений.

Одним из острых эффектов в мышцах во время тренировок с отягощениями является истощение метаболических субстратов, таких как креатинфосфат и гликоген. Истощение этих двух источников топлива во время тренировки с отягощениями приводит к снижению мышечной силы. Еще одна важная острая адаптация мышц во время тренировки с отягощениями — это внутримышечный подъем водорода. Это приводит к ощущению «жжения» в мышцах при многократном повторении.Повышение содержания ионов водорода в мышцах приводит к снижению внутримышечного pH.

Хроническая адаптация к тренировкам с отягощениями включает увеличение поперечного размера мышечных волокон, также известное как мышечная гипертрофия. Гипертрофия мышц возникает в мышечных волокнах типа I (медленно сокращающиеся) и типа II (быстро сокращающиеся); однако мышечные волокна типа II обладают большей реакцией. Манипулирование объемом и интенсивностью тренировок с отягощениями вызовет более или менее гипертрофию соответствующих типов мышечных волокон.Хроническая адаптация увеличения размера поперечного сечения мышечных волокон приводит к увеличению мышечной силы и мощности. Еще одна хроническая адаптация к мышцам, которая была доказана на животных, но еще не доказана на людях, — это явление, называемое гиперплазией. Это происходит, когда количество мышечных волокон увеличивается. Возникающая в результате гипертрофия и возможная гиперплазия мышечных волокон вызывают относительное увеличение синтеза белка, который необходим для восстановления мышечных волокон в острой реакции на тренировки с отягощениями.

Есть два основных типа гормонов, вырабатываемых гипофизом, которые реагируют на тренировки с отягощениями: белковые и стероидные гормоны. Гормоны роста и инсулин являются основными гормонами белка, а тестостерон и эстроген — основными стероидными гормонами. Тренировки с отягощениями резко увеличивают концентрацию и высвобождение как анаболических, так и катаболических белков и стероидных гормонов. Гормоны роста, тестостерон и инсулин — анаболические гормоны, которые способствуют росту и восстановлению мышечной ткани после тренировки с отягощениями.Однако во время и после тренировки с отягощениями выделяются одинаково разрушающие мышцы гормоны или катаболические гормоны. Повышение секреции кортизола, адреналина и норадреналина во время силовых тренировок может иметь краткосрочные положительные эффекты, но долгосрочные — отрицательные. Чем больше объем и интенсивность тренировок с отягощениями, тем больше выделяется адреналин. Поэтому разумно употреблять белки и углеводы до и после тренировки с отягощениями, чтобы предотвратить катаболический эффект кортизола, адреналина и норадреналина.Хронические адаптации эндокринной системы включают повышенный уровень тестостерона в состоянии покоя и повышенную чувствительность тканевого ответа к высвобождению протеина и стероидных протеинов.

Понимание и преодоление критической точки в упражнениях на сопротивление

Sports Med. 2016; 46: 751–762.

Джастин Компф

Отдел кинезиологии, Парк-центр, Государственный университет Нью-Йорка в Кортленде, Кортленд, Нью-Йорк 13045 США

Огнен Аранджелович

Школа компьютерных наук, Университет Сент-Эндрюс , St Andrews, Fife KY16 9SX Scotland, UK

Отдел кинезиологии, Парк-центр, Государственный университет Нью-Йорка в Кортленде, Кортленд, Нью-Йорк 13045 США

Школа компьютерных наук, Сент-Эндрюсский университет, Сент-Эндрюс, Файф KY16 9SX Scotland, UK

Abstract

В контексте тренировки с отягощениями так называемая «точка мёртвой точки» обычно понимается как положение в упражнении, в котором возникает непропорционально большое увеличение трудности продолжения упражнения.Если упражнение доведено до точки кратковременного мышечного отказа, точка отказа обычно находится там, где это происходит. Следовательно, точка преткновения связана с повышенным шансом ухудшения или нарушения формы упражнений. Понимание механизмов, которые приводят к возникновению точек преткновения, а также различных тренировочных стратегий, которые можно использовать для их преодоления, важно для силовых практиков (как учеников, так и тренеров) и помогает избежать травм и продолжать прогресс.В этой статье мы проводим обзор и обобщаем существующие исследования по этой теме: мы обсуждаем различные определения точки преткновения, принятые в литературе, и предлагаем более точное определение, описываем различные мышечные и биомеханические аспекты, которые вызывают проблемы, и рассматриваем эффективность различных методов обучения, используемых для их решения.

Ключевые точки

Введение

«Мертвая точка» (или иногда «зона слипания») — это понятие, обычно используемое в контексте тренировки с отягощениями [1–3]. Вообще говоря, это относится к той части диапазона движений (ROM) в упражнении с отягощениями, в которой наблюдается непропорционально большое увеличение сложности продолжения подъема.Если упражнение выполняется до изнеможения, то в непосредственной близости от точки преткновения часто случаются неудачи. Отсюда сразу можно отметить две важные практические проблемы. Первое из них касается производительности. Если камнем преткновения является пресловутое слабое звено в выполнении упражнения, то это ограничивающий фактор, который может сильно повлиять на нагрузку, которую спортсмен может использовать на тренировке или, в случае спортсменов, которые соревнуются в видах спорта, которые по своей природе предполагают поднятие тяжестей (например,грамм. тяжелая атлетика и пауэрлифтинг), может напрямую повлиять на достижения в соревнованиях. Вторая важная проблема — это безопасность и предотвращение травм. Непропорциональное увеличение сложности подъема, часто в сочетании с биомеханически слабой ROM, в которой возникает точка мёртвой точки [4], увеличивает вероятность нарушения формы упражнения и, как следствие, травмы. Следовательно, понимание множества факторов, которые играют роль в развитии точек преткновения [5, 6], а также различных стратегий, которые тренирующийся может использовать для исправления связанных слабостей, имеет большое значение для практикующих силовых тренировок.

В данной статье мы рассматриваем различные физиологические и биомеханические аспекты упражнений с отягощениями, которые представляют интерес в данном контексте, помещаем их в практический контекст, используя примеры наблюдательных исследований из литературы, и изучаем совокупность доказательств, лежащих в основе различных соответствующих тренировочных методик. Соответствующая литература была собрана путем поиска в базах данных Google Scholar ¹ и PubMed ² , первоначально с использованием запросов, содержащих комбинации поисковых терминов «точка преткновения», «область прилипания», «сопротивление», «сила», «пауэрлифтинг», «тяжелая атлетика». ‘,’ обучение ‘и’ бодибилдинг ‘, а также путем прямого доступа к работам, на которые есть ссылки в любой из уже собранных публикаций.Поскольку баллистические упражнения по самой своей природе включают периоды, в течение которых спортсмен прилагает небольшую силу или не прилагает вообще никаких усилий к нагрузке, анализ мертвых точек (и даже само их определение) в этом контексте требует несколько иного подхода, чем в контексте общепринятого подхода. упражнения; поэтому в этой работе мы ограничиваемся небаллистическими упражнениями.

Мертвая точка

Хотя концепции мертвой точки и зоны застревания широко распространены в исследованиях в области спорта и физических упражнений, то, что именно подразумевается под этими терминами, редко обсуждается подробно в опубликованной академической литературе.Скорее, в большинстве случаев даются вольные и полубереговые определения. Обзор различных определений, встречающихся в литературе, выявляет несколько важных проблем, связанных с этим подходом. Во-первых, кажущиеся незначительными различия в диапазоне определений, которые можно найти, оказывают глубокое влияние на анализ интересующих явлений, включая их этиологию или средства преодоления связанных с ними узких мест в производительности; действительно, это одна из вероятных причин явно противоречивых результатов, полученных в эмпирических исследованиях.Во-вторых, при тщательном анализе некоторые из популярных определений легко обнаруживают, что они не очень хорошо соответствуют пониманию этих концепций, поскольку они используются в практике силовых тренировок, часто не в состоянии уловить важные представляющие интерес явления, но при этом включают в их объем явления, которые имеют мало отношения ни к оптимальным спортивным результатам, ни к безопасности спортсмена. Чтобы устранить эту слабость существующей литературы, в этом разделе мы обсудим, как следует определить точку преткновения, чтобы дать анализу наиболее полезную информацию.Мы начинаем с обзора некоторых из наиболее часто используемых определений в литературе, выделяем их сильные и слабые стороны и выходим с точным определением, которое ставит проблему на прочную и строгую научную основу.

Обсуждая мертвую точку, многие авторы сосредотачивают свое внимание на скорости поднимаемого груза (например, штанги, гантели, весового стека). Одно из наиболее часто цитируемых определений каменной точки высказано, среди прочего, Хейлзом и др.[7] и McGuigan and Wilson [8], согласно которым «мертвой точкой» считается точка в диапазоне движения во время упражнения, при которой скорость подъема груза уменьшается или достигает нуля. Несмотря на его интуитивную привлекательность, при тщательном рассмотрении это определение может быть признано неадекватным по нескольким причинам. Наиболее очевидно, что непосредственным следствием вышеупомянутого определения является то, что любой подъем, независимо от того, насколько легко он был завершен, должен иметь точку покоя, учитывая, что как в начале, так и в конце каждого подъема груз находится в состоянии покоя, и его скорость не может продолжать увеличиваться или не уменьшаться в какой-то момент.Также легко заметить, что определение не имеет достаточной точности, поскольку в нем не указано, является ли точка торможения той, где скорость начинает уменьшаться или где она достигает своего минимума. Первый вариант не представляется значимым кандидатом, поскольку простое снижение скорости от ее максимального значения ipso facto не отражает узкое место в производительности, поскольку нагрузка все еще может иметь значительную скорость. Точка, в которой скорость достигает своего минимума, что действительно было предложено Król et al. [9] и Мэдсен и Маклафлин [10] среди других, также не соответствует точке ограничения производительности в подъеме, поскольку, по определению, скорость после этого увеличивается, что означает, что в точке минимальной скорости спортсмен способен обеспечить силы, достаточной для преодоления оказываемого сопротивления.

Некоторые из этих проблем решаются различными авторами, отвергая идею единой каменной точки в пользу несколько более гибкой концепции области прилипания. Недавние заметные исследования, которые подпадают под эту категорию, включают ряд публикаций van den Tillaar et al. [11, 12] и Escamilla et al. [13], которые определяют область прилипания как часть диапазона движения в упражнении между первым пиком скорости нагрузки и ее первым локальным минимумом после этого, как показано на рис.а. Хотя этот подход позволяет избежать трудностей, связанных с выявлением единственной проблемной точки в упражнении, сосредотачиваясь скорее на диапазоне движений в упражнении, во время которого можно утверждать, что спортсмен борется, изменение перспективы мало что дает в отношении проблемы, выявленной ранее. и это происходит из-за отсутствия каких-либо количественных критериев, позволяющих считать диапазон движения областью прилипания. Как отмечалось ранее, простого снижения скорости нагрузки с самого ее пика вряд ли может быть достаточно; см. концептуальную иллюстрацию на рис.б. Более того, что подтверждается эмпирическими данными [3, 4] и предсказывается вычислительными моделями [14], поскольку область, в которой происходит замедление нагрузки (в целом), изменяется на протяжении набора повторений (т. Е. По мере накопления усталости) , определение van den Tillaar et al. приведет к неизбежному выводу о том, что для конкретного лифтера в данном упражнении существует целый ряд областей прилипания, которые вместе, возможно, расширяются, чтобы охватить весь диапазон движений. Помимо того, что это не способствует локализации фактического фактора, ограничивающего производительность в упражнении, это следствие предполагает, что определение, по крайней мере, не особенно полезно.

Определение мертвой точки / региона. a Концептуальная иллюстрация популярного определения области прилипания, принятого van den Tillaar et al. [11] среди других. b Область, идентифицированная как область прилипания, несмотря на минимальное падение скорости нагрузки. c Вышеупомянутое определение не указывает на отсутствие области залипания, несмотря на четкое и быстрое падение производительности примерно на половине пути подъемника. d Легко завершаемый лифт

Другой важный аспект, в котором все вышеупомянутые определения, т.е.е. как определение точки преткновения Макгигана и Уилсона и его разновидностей, так и определение области прилипания ван ден Тиллара и др., не в состоянии уловить интересующий феномен, что касается их неспособности учесть возможность точки преткновения (или региона). ), который возникает в конце подъемника, как концептуально показано на рис. c. Как и в показанном примере, минимума локальной скорости не существует, что подробно обсуждали van den Tillaar et al. [11], в этом случае не будет обнаружено никакой области прилипания.Другими словами, если их определение принято, оба вышеупомянутых примера на рис. C и на рис. D приводят к одному и тому же выводу о том, что у спортсмена нет области прилипания. Хотя в последнем случае с этим можно легко согласиться, в первом с этим трудно согласиться. Обратите внимание, что простое включение конечной точки лифта в качестве частного случая минимума (учитывая, что лифт всегда заканчивается с неподвижным грузом) не решает проблему, хотя это повлечет за собой заедание, соответствующее второй половине лифт на рис.c, это обязательно приведет к такому же результату для производительности, показанной на рис. d. Как отмечалось ранее, данное определение области прилипания снова делает невозможным различие между двумя характеристиками, поскольку оно не включает никаких количественных критериев.

Вторая группа определений фокусируется не на скорости груза, а на силе (которая, конечно, связана со скоростью изменения скорости), то есть на разнице между действующей силой, действующей на груз со стороны подъемника. и сила, которая сопротивляется движению (обычно вес груза).Elliott et al. определите мертвую точку как точку, в которой лифтер испытывает очевидные трудности в приложении эффективной силы против груза [4]; аналогичное определение принято García-López et al. [15] и Кулиг и др. [16] среди других. Как и прежде, хотя это определение выглядит привлекательно на первый взгляд, его можно легко отвергнуть, поскольку оно приводит к выводам, не отражающим природу явления, которое мы хотим хорошо описать. Например, учитывая, что мускульная сила уменьшается со скоростью сокращения мускулов, атлет может не иметь возможности приложить большую силу против груза, потому что груз имеет очень высокую скорость; это приводит к странному выводу, что точка преткновения находится в диапазоне движения, в котором штанга движется наиболее быстро, т.е.е. с максимальной легкостью. Определение, предложенное Национальной ассоциацией силы и кондиционирования, определяет мертвую точку как самое слабое место в диапазоне движений упражнения и поясняет, что это, вероятно, происходит там, где внешнее сопротивление имеет наибольшее механическое преимущество [17]. Это определение нелегко согласовать с эмпирическими наблюдениями, такими как то, что точка застревания в конце диапазона движений обычно наблюдается как в жиме лежа, так и, скажем, в становой тяге, но в обоих этих случаях эти положения являются биомеханически выгодными для тренировок. лифтер [18, 19].Сосредоточение внимания на чисто мгновенной биомеханике не позволяет уловить контекст подъемной силы, включая накопленную усталость, а также зависимость силы от скорости (которую мы рассмотрим в следующем разделе), важность которой была подчеркнута в предыдущей работе [16, 20] .

Однозначное определение

Подводя итог нашему обсуждению выше, многие популярные определения точки застревания и области прилипания страдают от некоторых из следующих ключевых ограничений или несоответствий:

1. Неспособность учесть возможность прилипания точка или область, возникающая в начале подъема,

2. Неспособность учесть возможность возникновения мертвой точки или области в конце подъема,

3. Определение мертвой точки в диапазоне движения, в котором штанга имеет значительную скорость и перемещается относительно легко,

4. Определение мертвой точки в диапазоне движения, в котором подъемник может приложить силу, значительно превышающую сопротивление,

5. Полагаться исключительно на качественные критерии и не учитывать любые количественные соображения,

6. Отсутствие учета исполнения контекст, такой как накопление усталости и скорость нагрузки, и

7. , ведущий к серии точек или областей застревания в наборе повторений, что приводит к плохо локализованному узкому месту производительности и плохому пониманию того, как это можно исправить .

Руководствуясь этими наблюдениями, в этой работе мы утверждаем, что лучше всего принять понятие мертвой точки, а не липкой области, и предлагаем определить ее как точку, в которой происходит сбой, когда упражнения доводятся до точки. кратковременного мышечного отказа. Различные формы этого определения ранее были приняты разными авторами, такими как Блэкберн и Моррисси [21] и Коттерман и др. [22]. Чтобы увидеть, как это определение преодолевает перечисленные выше трудности, сначала обратите внимание, что по самой своей природе оно идентифицирует одну четко определенную точку в лифте (тем самым решая проблему 7 в списке), которая может находиться в любом месте диапазона движения ( тем самым решая вопросы 1 и 2).Учитывая, что сбой происходит именно в этой точке, немедленно решаются вопросы 3 и 4, а также вопросы 5 и 6. Помимо того, что они четко и однозначно определены и не приводят ни к одной из перечисленных проблем, предлагаемое определение также является ipso. Фактически узкое место в производительности.

Понимание точки торможения

Принимая во внимание повсеместное значение явления мертвой точки либо непосредственно для результатов соревнований (например, в пауэрлифтинге), либо для тренировочных результатов и способности вызывать желаемый адаптивный стимул, неудивительно, что, поскольку В самых ранних наблюдательных работах были попытки объяснить причины, вызывающие это явление.В самом деле, само собой разумеется, что понимание точки преткновения с точки зрения более примитивных элементов важно для информирования о тренировках и настройках производительности, необходимых для преодоления этого узкого места. Эти примитивные элементы включают анатомическую площадь поперечного сечения мышцы [23], отношения сила-длина [24, 25] и сила-скорость [26, 27] (см. Соответственно рис. A, b), усталость [28, 29], рекрутирование моторных единиц [30, 31], тип волокон [32, 33] и биомеханические факторы, влияющие на развитие момента [34].Пытаясь объяснить точку преткновения, стоит начать с точки всеобщего консенсуса: для максимальных подъемов (т. Е. Подъемов с использованием так называемого максимума одного повторения — наибольшего сопротивления, с которым тренирующийся может выполнить полное повторение), мускульная активация делает не похоже, чтобы вносить значительный вклад. Многочисленные исследования с использованием различных упражнений последовательно продемонстрировали, что первичные двигатели максимально активируются с самого начала подъемного усилия и остаются таковыми на протяжении всего движения [4, 9].

Модуляция мышечной силы. a Типичная диаграмма «сила-длина» (не в масштабе) для изолированной поперечно-полосатой мышцы [35]. Показаны два компонента, влияющие на общее создание силы ( T , черный ): активный ( A , синий ) и пассивный ( P , красный ). Суммарные силы для различных уровней мышечной активации показаны черным в разных стилях (100% сплошной , 80% пунктирной , 60% пунктирной ).Минимум и максимум обозначают длину мышцы, когда она полностью сокращена и максимально растянута. b Типичная диаграмма «сила-скорость» (не в масштабе) для изолированной поперечно-полосатой мышцы [26]. −ve и + ve обозначают соответственно отрицательную и положительную скорости сокращения, первая соответствует укорочению мышцы, а вторая — ее удлинению

Биомеханический недостаток

Ранние попытки объяснить возникновение точек торможения в основном были сосредоточены на биомеханических факторах.Сюда входят биомеханические факторы, специфичные для конкретного упражнения, а также, неизбежно, для конкретного тренируемого, такие как соотношение длины конечностей [16]. Что касается примитивных элементов, которые влияют на производство мышечной силы, здесь основное внимание уделяется структурной механике, которая влияет на передачу мышечного крутящего момента нагрузке и характеристикам соотношения силы и длины при производстве мышечной силы.

Например, в своем исследовании результатов жима лежа элитными пауэрлифтерами Elliott et al.[4] утверждают, что наблюдаемое расположение точки застревания в основном объясняется механически невыгодным положением для приложения действующей силы против нагрузки. Аналогичные аргументы были выдвинуты Мэдсеном и Маклафлином [10] и Эскамиллой и др. [13] среди других, и это объяснение остается популярным по сей день [17, 36–38]. Тем не менее, более тщательное изучение этого утверждения легко обнаруживает методологические недостатки, а также несоответствия. В отношении первого следует отметить, что Elliott et al.никогда не исследовал, действительно ли рассматриваемая позиция является самой слабой в биомеханическом отношении. Как правильно заметил Кулиг и др. [16] среди других (см. Также Немет и Ольсен [39], Аранджелович [19] и Брайантон и др. [40]) в многосуставных упражнениях, таких как жим лежа, эффективная кривая силы сложна и включает в себя нелинейное сочетание силовых кривых отдельных мышц [19]. В самом деле, даже в простейшем случае односуставного упражнения, из-за взаимодействия между характеристиками сила-длина и сила-скорость, а также изменения рычагов, результирующую кривую силы часто нелегко предсказать, как продемонстрировали Блэкберн и Моррисси в пример разгибания ног [21] и Аранджеловича в примере сгибания рук [20] (также см. работу Немета и Олсена [39]).Поэтому утверждение, что конкретная позиция в лифте является самой слабой, требует эмпирических данных, например путем сравнения с изометрическими прочностными характеристиками. Хотя никаких данных подобного рода не было предоставлено Elliott et al. [4], такое сравнение в контексте выполнения становой тяги было подробно выполнено Beckham et al. [41], которые обнаружили плохое соответствие между точками изометрической слабости и наблюдаемым камнем преткновения, когда упражнение выполняется обычным, динамичным образом (хотя следует отметить, что Beckham et al.выполнил аллометрическую нормализацию, которая могла привести к появлению артефактов в данных [42]).

Другое наблюдение, которое подчеркивает недостатки чисто биомеханического объяснения, касается изменений в локусе мертвой точки при усилиях разной интенсивности. Как мы уже отмечали, в целом один и тот же человек будет испытывать «мертвую точку» на разных этапах работы лифта, доведенного до отказа при разных нагрузках [3]. Этого не могло быть, если бы биомеханика была единственным основополагающим фактором.

Сниженная пассивная сила

Мотивировавшись неадекватностью чисто биомеханического объяснения мертвой точки, в последние годы ряд исследователей стремились представить альтернативную теорию, которая фокусируется на изменениях относительного вклада пассивных и активных компонентов мышечная сила. Напомним, что мышечная сила включает активный компонент, создаваемый сокращающими элементами мышцы, и пассивный компонент, который проявляется ее несокращающимися структурными элементами [43, 44], оба из которых зависят от удлинения мышцы.Особое значение здесь имеет наблюдение, что величина пассивного компонента мышечной силы быстро увеличивается после достижения определенного количества растяжения мышцы. Учитывая, что в большинстве случаев (хотя и не всегда) основные мышцы, участвующие в выполнении определенного упражнения, испытывают наибольшее растяжение в начале фазы напряжения, величина пассивной мышечной силы уменьшается по мере выполнения упражнения. Следовательно, ван ден Тиллаар и Эттема [5] утверждали, что точка торможения возникает как следствие этого уменьшения — если дефицит силы проявляется в течение достаточного количества времени, активных сокращений недостаточно для преодоления испытанного внешнего сопротивления, и подъемник терпит неудачу при камень преткновения.Вывод о том, что максимальный вес, который может поднять спортсмен, значительно снижается, когда концентрическому действию основных движителей не предшествует эксцентрическая растяжка [45], подтверждает эту гипотезу, учитывая, что этот эффект так называемого цикла растяжения-укорочения (SSC) [ 46–48], как полагают, происходит за счет упругой отдачи пассивных компонентов мышцы [49]. Однако это объяснение также не выдержало эмпирических данных, как это признали сами ван ден Тиллаар и Эттема в их последующей работе [38, 50].В частности, есть несколько выводов, которые говорят против уменьшения пассивной силы как доминирующего фактора в развитии мертвой точки. Например, van den Tillaar et al. [38] заметили, что когда этому не предшествовала эксцентрическая часть, точка мёртвости в жиме лежа была выше, чем при обычном выполнении упражнения. Это противоречит тому, что предсказывала предложенная теория — можно было бы ожидать, что наличие цикла растяжения-укорачивания приведет к замедленной диссипации вклада пассивной силы.

Общий взгляд

Как мы пытались проиллюстрировать, остается ряд проблем в понимании явления мертвой точки. Это не из-за отсутствия эмпирических данных. Эта тема привлекла значительное внимание исследователей, и было проведено множество хорошо продуманных исследований в различных условиях; многие из них упоминаются в этой статье, и многие другие существуют. Мы утверждаем, что после изучения корпуса соответствующей литературы бескорыстный исследователь приходит к выводу, что большая часть трудностей, связанных с попыткой объяснить точку преткновения, является результатом очевидного желания сформулировать чрезмерно редуцирующую, но универсальную модель.Неудивительно, что это может быть нереалистичной целью — различные упражнения, в которых вызывают интерес точки залипания, характеризуются совершенно разной биомеханикой (относительная длина рычагов, их изменения во времени, количество основных задействованных мышц и т. Д.). и разные лифтеры демонстрируют разные способности (максимальное производство силы, способность выдерживать силу, скорость развития силы, относительное развитие различных групп мышц и т. д.). Эти различия могут сильно изменить относительный вклад различных элементарных факторов, которые способствуют развитию точки застывания: зависимость максимальной произвольной силы от удлинения мышцы и скорости сокращения, упругая энергия, рассеиваемая в цикле растяжения-укорачивания, изменения внутренних и внешних рычагов и переутомление.Хотя в некоторых обстоятельствах одно из них действительно может доминировать, данные свидетельствуют о том, что это не всегда так. Таким образом, полное понимание мертвой точки требует рассмотрения всех этих факторов, а объяснение конкретной мертвой точки требует тщательного анализа конкретного спортсмена в контексте, в котором наблюдается точка преткновения.

Наконец, ничего не стоит, что исследования на сегодняшний день в значительной степени сосредоточены на том, что можно описать как влияние зависимости силы нулевого порядка на развитие точек торможения — как соотношение силы и длины, так и крутящий момент, создаваемый мышечной силой. факторы, которые зависят только от положения в лифте.Напротив, влиянию зависимости сила-скорость (зависимость силы первого порядка) на точку торможения уделялось мало внимания [20]. Это особенно удивительно, учитывая, что развитие импульса было признано особенно важным аспектом в тренировках и соревнованиях на практике [51], что мы опишем более подробно в следующем разделе. Взаимодействие вышеупомянутых факторов и утомления, хотя и отмечено несколькими авторами [15, 52, 53], также требует более обширного изучения, прежде чем его роль в контексте точек преткновения будет понята с некоторой ясностью и практическим пониманием; примечательные исследования в этом направлении включают работу Дринкуотер и др.[2]. Наконец, насколько известно авторам, влияние состава мышечных волокон (как у людей, так и у разных упражнений и групп мышц) на возникновение и расположение точек залипания вообще не исследовалось.

Стратегии тренировок для преодоления точки преткновения

Феномен точки преткновения является многофакторным и в основе его лежит сложное взаимодействие между различными факторами, которые зависят как от спортсмена, так и от упражнения.Это делает проблему устранения «мертвой точки» спортсмена серьезной проблемой на практике. Необходим системный подход — руководствуясь эмпирическими наблюдениями, сделанными в строгих и контролируемых условиях, о которых сообщается в хорошо спланированных исследованиях, следует использовать подробный анализ результатов спортсмена для определения наиболее многообещающей стратегии тренировки. Мы определили пять ключевых стратегий, которые практикующий тренинг с отягощениями (тренер или спортсмен) должен понимать и учитывать:

1. Целевое укрепление мышц с помощью изолированной работы,

2. ROM-тренинг с частичным повторением,

3. Развитие импульса перед мертвой точкой —

4. Изменение техники упражнений и

5. Использование приспособляемого или переменного сопротивления.

Они рассматриваются далее — мы объясняем ключевые идеи, которые мотивируют их использование, намечаем, как и когда их следует применять, и выделяем целевые группы населения, которые с наибольшей вероятностью получат пользу.

Изоляционная работа

Во многих исследованиях точки застывания изучалась стадия подъема, на которой наблюдалась точка застывания при выполнении различных упражнений [6, 9, 13, 54, 55]. Эти результаты могут дать ценную информацию о различных стратегиях, которые можно использовать для повышения производительности.В частности, с учетом биомеханического контекста (плечи рычага, удлинение и т. Д.), В котором различные мышцы способствуют подъемной силе в районе мертвой точки, а также совокупности собранных данных электромиографии (ЭМГ), во многих случаях это можно идентифицировать мышцу (или, шире, функциональную группу мышц), которую можно считать «самым слабым звеном» [8, 20]. Прямое применение этого наблюдения включает укрепление этих мышц, особенно при удлинении, при котором происходит отказ.Действительно, у пауэрлифтеров и тяжелоатлетов есть давняя традиция так называемой вспомогательной работы, которая выполняет именно это [8, 56, 57]. Распространенные примеры включают включение изолирующих упражнений на грудную клетку спортсменами, у которых в начале концентрической фазы жима лежа наблюдается «мертвенная точка» [58], или использование различных изолирующих упражнений для разгибателей локтя спортсменами, которые сталкиваются с трудностями на терминальных стадиях. лифт [59].

Частичные повторения и изометрическая тренировка

В той точке ПЗУ упражнения, в которой происходит отказ, легко увидеть, что увеличение эффективной силы, которую тренируемый может приложить к нагрузке в этот момент, улучшит производительность (обратите внимание, что это не означает, что точка преткновения является единственной или даже оптимальной такой точкой, как подробно обсуждает Аранджелович [20]).Благодаря принципу специфичности силовых адаптаций [19, 60], т. Е. Наблюдению, что индуцированный адаптационный стимул к упражнениям с отягощениями является наибольшим для условий подъема, аналогичных тем, которые испытываются во время упражнений, — это самый прямой способ решения проблемы с камнем преткновения. заключается в использовании частичных повторений [18] или изометрической тренировки [61, 62]. В частности, многочисленные исследования показали, что частичные повторения, при которых нагрузка поднимается только через ограниченную часть ПЗУ в упражнении, эффективны для увеличения силы примерно на ± 10–20 ° от угла тренированного сустава [63, 64 ].Аналогичным образом, функциональные изометрии, которые включают приложение силы тренирующимся к нагрузке против практически неподвижного препятствия (например, толкание штанги на булавки в силовой стойке) [65], оказались успешными в увеличении силы в специфических упражнениях. обученный ROM [61, 62, 66, 67].

Принимая во внимание общий консенсус эмпирических результатов, которые предполагают, что частичная и изометрическая тренировка имеет ограниченный потенциал для обеспечения устойчивого стимула мышечной гипертрофии [62], эти методы тренировки представляют наибольший интерес для спортсменов, ориентированных на результат.Для спортсменов, стремящихся к увеличению мышечной массы, потенциальная выгода может быть косвенной, так как преодоление определенной точки преткновения может облегчить использование больших нагрузок в обычных тренировках (которые включают комбинацию эксцентрических, концентрических и изометрических сокращений). Однако эта потенциальная ценность должна быть тщательно рассмотрена в контексте затраченного времени и усилий, связанного с ней нервного утомления и психологических факторов [68].

Импульс

В разд. 2 мы отметили, что точка торможения в лифте не обязательно может возникнуть в точке с наибольшим биомеханическим недостатком.Например, даже если в определенной точке ROM наблюдается чистый дефицит силы (т. Е. Эффективная сила, которую спортсмен может приложить к нагрузке, ниже, чем испытанное внешнее сопротивление), если нагрузка имеет значительный импульс, дефицит может не затруднять преодоление этой части движения. Это наблюдение приводит к популярной тренировочной стратегии, применяемой силовыми и силовыми атлетами, которая фокусируется на увеличении силы и скорости ее развития в фазах подъема, которые предшествуют «мертвой точке» [69–71].В частности, так называемая скоростная работа включает в себя использование повторяющихся подходов с низкой интенсивностью (≈ 50–60% от максимума одного повторения), обычно с короткими периодами отдыха (45–60 с), с повторениями, выполняемыми с максимальным ускорением. Этот метод широко использовался пауэрлифтерами [51, 69, 72, 73] при тренировках для всех трех соревновательных упражнений (жим лежа, приседания и становая тяга), а недавние модели, описанные в академической литературе, начали прояснять механизмы лежащая в основе его эффективности [20].

Другое использование импульса для преодоления мертвой точки включает приложение внешнего импульса. В отличие от тренировок на скорость, когда нагрузка передается импульсом за счет действия мышц, неотъемлемо задействованных в конкретном упражнении, внешний импульс создается за счет использования мышц, которые иначе не участвуют в подъеме [14]. Хотя эта практика широко используется как спортсменами-любителями, так и элитными спортсменами [74, 75], эта практика часто, если не обычно, игнорируется (как предполагает морально нагруженный разговорный термин «обман», используемый для его описания [76–79]). обоснование того, что использование чрезмерного сопротивления увеличивает риск травмы и снижает нагрузку на целевые мышцы [76].Однако недавние модели предполагают, что при умеренном использовании внешний импульс можно безопасно использовать для приложения большей силы к целевым мышцам, а также для увеличения их времени нахождения под напряжением (ВПН) [14]. Принимая во внимание безопасность и практические ограничения (например, внешний импульс легче придать изолирующим упражнениям, которые обычно предполагают использование более легких нагрузок), внешний импульс наиболее полезен для спортсменов, стремящихся увеличить размер мышц, таких как бодибилдеры.

Изменение техники

Движение против сопротивления можно представить как результат суммы сил мышц, динамически вносящих вклад в подъемную силу, нелинейно модулируемых данным механическим контекстом [16].Даже если рассматривать отдельную функциональную группу мышц и ее влияние на движение вокруг одного шарнирного сустава, изолированные характеристики эффективной силы сильно отличаются от характеристик изолированной мышцы [20]. Для сложных многосуставных подъемов, в которых задействовано большее количество функциональных групп мышц, характеристики гораздо более многогранны. Это наблюдение предоставляет мощные средства модификации подъемной силы таким образом, чтобы исключить или уменьшить влияние точки преткновения — изменяя стиль выполнения упражнения, можно изменить биомеханический контекст.Говоря иначе, это означает, что точки в ROM, в которых конкретная мышца особенно сильна (или слаба), могут быть изменены [4, 54], может быть изменено время напряжения (и, как следствие, усталость), предшествующее мертвой точке [ 8, 20], а также скорость сокращения участвующих мышц в разных точках подъема [19, 72]. В ближайшем будущем цель состоит в том, чтобы «сгладить» сложность упражнения [80]. Конкретные примеры того, как это может быть достигнуто, включают изменение ширины захвата [54] или стойки [81, 82] атлета, изменения ориентации плоскостей сгибания / разгибания (или приведения / отведения) суставов [3, 4, 82], корректировки синхронизации движений в разных суставах [7], а также многих других [83].

Важно подчеркнуть, что безопасность всегда должна быть важным фактором при попытке модификации техники подъема. Незнакомый биомеханический контекст сам по себе может привести к травме, поэтому любые изменения следует проводить постепенно и с использованием консервативных нагрузок до тех пор, пока атлет не ознакомится с недавно принятой техникой. Кроме того, определенные стили подъема могут по своей природе нести определенные риски, например: широкий хват в жиме лежа может увеличить риск травмы плеча и разрыва большой грудной мышцы [84], округление спины в становой тяге (что сводит к минимуму момент руки нагрузки вокруг бедра) риск травм позвоночника [85] и искривление колен (вальгусный коллапс — плохо синхронизированное или чрезмерное внутреннее вращение и приведение большеберцовой кости относительно угла сгибания колена в данной стойке) в приседаниях с риском травм колена [86].

Изменения техники выполнения упражнений наиболее очевидны для силовых атлетов, основной целью которых является выполнение упражнения с наибольшей нагрузкой, при условии, что изменения находятся в пределах, разрешенных их видом спорта (например, см. Международную федерацию пауэрлифтинга [87]). и Международная федерация тяжелой атлетики [88]). Несмотря на то, что они используются целенаправленно, они могут принести пользу широкому кругу слушателей. Бодибилдеры, например, могут использовать их, чтобы сделать больший акцент на определенной группе мышц (тем самым, возможно, увеличивая сопротивление, испытываемое целевыми мышцами, при одновременном снижении общей поднимаемой нагрузки), в то время как спортсмены могут извлечь выгоду из стиля, который больше подходит их индивидуальным силам и силам. слабости и более эффективны в имитации того, как они будут выполнять определенное механическое действие.

Приспосабливающееся и переменное сопротивление

Термин «приспосабливающееся сопротивление» относится к целенаправленным изменениям эффективной нагрузки, испытываемой в упражнении во время повторения [19, 89–92]. Этот метод чаще всего используется в тренировках пауэрлифтерами [69], но также и другими типами спортсменов в общей силовой и кондиционной работе [89, 91, 93]. Один из популярных методов создания аккомодационного сопротивления включает закрепление эластичной ленты между грузом (например, штангой) и полом (или другим неподвижным объектом, например.грамм. силовой каркас или раму машины сопротивления). Обычно, когда вес поднимается, лента растягивается, и сопротивление, которое испытывает тренируемый, увеличивается [94–96]. Другая широко используемая альтернатива включает использование тяжелых цепей [97, 98], которые разматываются и поднимаются с пола во время подъема, тем самым увеличивая сопротивление.

Оба типа аккомодационного сопротивления обычно рекомендуются в тренировках по пауэрлифтингу для «перегрузки верхней границы диапазона движений» [99–101] или увеличения скорости развития силы [93, 102, 103].Таким образом, когда речь идет о спортсменах, ориентированных на результат (например, пауэрлифтерах), они наиболее полезны в тех случаях, когда точка преткновения возникает на конечных этапах упражнения. Для бодибилдеров или других спортсменов, стремящихся увеличить размер своих мышц, для которых непосредственной целью является не повышение производительности в конкретном упражнении как таковое, противоположный рецепт кажется разумным, то есть перегрузка той части ROM, которая преодолевается. с легкостью. Таким образом, вся ПЗУ упражнения может быть сделана приблизительно одинаково сложной и приближенной к максимальному сопротивлению, испытываемому на протяжении всего подхода [80].

Механика тренировочных средств, таких как резинки и цепи, ограничивает функциональную форму изменений сопротивления, которые могут быть достигнуты [104] (подробный обзор см. У Аранджеловича [19]). Тем не менее, во многих учебных заведениях легко доступны другие способы применения переменного сопротивления [48, 104]. К наиболее распространенным относятся машины, которые достигают более сложных схем нагружения за счет использования кулачков [80, 105], противовесов [106–108] и вязкого сопротивления [104, 109]. Модификация сопротивления, достигаемая каждым из них, весьма различается по своей природе: кулачки предлагают переменное сопротивление в зависимости от положения в лифте, противовесы в зависимости от ускорения груза (т.е. вторая производная от положения) и вязкое сопротивление как функция скорости груза (т.е. первая производная от положения) [109]. Выбирая соответствующую модификацию, которая может включать комбинацию двух или более из вышеупомянутых методов, можно достичь сложных эффектов, которые лучше всего соответствуют целям конкретного спортсмена [109–111].

Изменяя длину плеча силы, передаваемой тренажером, кулачки позволяют фиксированной силе (весу груза) создавать изменяющуюся эффективную силу, испытываемую спортсменом.Огибающая силы определяется конструкцией, то есть формой кулачка [111]. Одной из ключевых идей, мотивирующих использование кулачков, является попытка согласовать силу сопротивления машины с характеристиками силы и длины скелетных мышц человека [80, 104, 112, 113]. Это сделает их более подходящими для спортсменов, ориентированных на гипертрофию, таких как бодибилдеры. Изменение характеристик сопротивления за счет использования противовесов весьма отличается по своей природе и может быть описано как реактивное в том смысле, что сопротивление не зависит от части ПЗУ упражнений как таковой, а скорее от мгновенной легкости или трудности подъема, проявляемой стажер.Как показал подробный анализ, представленный Аранджеловичем [109], в периоды, когда груз движется легко, то есть с повышенным ускорением груза, дефицит ускорения между грузом и противовесами действует таким образом, что увеличивает сопротивление. Верно и обратное: когда ускорение груза уменьшается, действие противовеса увеличивается, а сопротивление, которое испытывает обучаемый, уменьшается, наименьшее сопротивление ощущается, когда ускорение достигает нуля или становится отрицательным (как в случае упражнение ROM перед камнем преткновения) [109].Это наиболее полезно для спортсменов, ориентированных на гипертрофию, для которых важно поддерживать высокое напряжение в течение долгого времени [114, 115].

Резюме и выводы

В этой статье мы рассмотрели широкий круг вопросов, связанных с так называемыми камнями преткновения, наблюдаемыми при тренировках с отягощениями. Мы сделали несколько важных вкладов в дело исследователей и практиков силовых тренировок. Мы продемонстрировали, что, несмотря на их номинальное сходство и внешнее сходство, спектр часто принятых определений точки преткновения описывает существенно разные явления, что может противоречить результатам, опубликованным в литературе.Во-вторых, мы объяснили, как только рассмотрение всего ряда основных физиологических и биомеханических механизмов может быть объяснено и понято. Используя это понимание, мы представили ряд различных подходящих тренировочных стратегий. Мы объяснили ключевые идеи, которые мотивируют их использование, обрисовали в общих чертах, как и когда они должны применяться, и указали целевые группы населения, которым они, скорее всего, принесут пользу.

Мы надеемся, что эта работа послужит консолидации существующего объема работ, направит будущие исследования, а также проинструктирует и проинформирует специалистов по силовым упражнениям, используя наиболее полную совокупность данных, исследованных на данный момент.

Благодарности

Авторы хотели бы выразить благодарность анонимным рецензентам, чьи многочисленные проницательные вопросы, комментарии и предложения очень помогли нам в представлении нашего вклада.

Соответствие этическим стандартам

Финансирование

Финансирование этой работы получено не было.

Конфликт интересов

Джастин Компф и Огнен Аранджелович заявляют, что у них нет конфликта интересов в отношении содержания рукописи.

Ссылки

17. Коберн Дж., Малек М. Основы персонального обучения NSCA. 2-е изд. Шампанское: Human Kinetics; 2004 г.

24. Зациорский В.М. Наука и практика силовых тренировок.Шампанское: Human Kinetics; 1995.