Szybkość jako cecha motoryczności człowieka
Poprzez szybkość w rozumieniu cechy motoryczności określa się zdolność do wykonywania ruchów w najmniejszym dla danych warunków odcinkach czasu. Aczkolwiek szybkość jest niekiedy utożsamiana z fizycznym pojęciem prędkości, pojęcia te w rozumieniu mechaniki ruchu nie są oczywiście tożsame. Szybkość jako cecha motoryczności ma tylko jeden wymiar: czas (s). Przejawia się poprzez trzy zasadnicze parametry:
czas reakcji (s)
czas ruchu prostego (s)
częstotliwość ruchów określaną w cyklach.
Czas reakcji
Jest to czas upływający od zadziałania bodźca do zapoczątkowania ruchu. Na jego całościowy wymiar składa się pięć parametrów cząstkowych:
t1- powstania pobudzenia w receptorze
t2- przekazania pobudzenia do ośrodkowego układu nerwowego
t3- przebieg pobudzenia przez ośrodki nerwowe i uformowanie sygnału wykonawczego
t4- przebieg sygnału z ośrodkowego układu nerwowego do mięśnia
t5- pobudzenie mięśnia, zmiana jego napięcia, zapoczątkowanie ruchu
Można, więc w pewnym uproszczeniu przedstawić czas reakcji za pomocą wzoru:
t= t1+t2+t3+t4+t5
Czas powstania pobudzenia w receptorze (t1) jest zależny przede wszystkim od umiejętności koncentracji uwagi (wzrokowej, słuchowej), jak również umiejętności widzenia obwodowego danego osobnika. Czynniki te podlegają wytrenowaniu do pewnych granic i jako takie mogą być doskonalone w procesie szkolenia.
Czas przekazania pobudzenia do ośrodkowego układu nerwowego (t2) wiąże się przede wszystkim z względnie stałą szybkością przewodzenia nerwów czuciowych, wytrenowaniu w zasadzie nie podlega.
Czas przejścia pobudzenia ośrodka czuciowego do ruchowego i uformowanie sygnału wykonawczego (t3) uzależnione jest przede wszystkim od ruchliwości procesów nerwowych. W dużej mierze zależy on od stopnia przyswojenia nawyku ruchowego, jak również jego plastyczności, przetarcia dróg pobudzenia w całości łuku odruchowego. Racjonalny trening, wysoki stopień opanowania techniki, dobra koordynacja mogą wpłynąć na obniżenie tego parametru.
Czas przebiegu uformowanego sygnału z ośrodkowego układu nerwowego do mięśnia (t4) nerwami ruchowymi, jest wielkością względnie stałą, związaną z szybkością przewodzenia we włóknach ruchowych, która wynosi około 60-120 m/s, zależnie od ich grubości. Prędkość ta zmienia się wraz z wiekiem, osiągając najkorzystniejsze wielkości w wieku 9-28 lat, po czym ulega stopniowemu pogarszaniu.
Czas pobudzenia mięśnia (t5) prowadzący do zmiany jego napięcia i zapoczątkowania ruchu wiąże się m.in. z siłą mięśnia (mięśni) pokonującego na początku ruchu bezwładność ciała, kurczliwością włókien mięśniowych, a także właściwą koordynacją pracy mięśni, m.in. umiejętnością rozluźnienia jednostek aktualnie nieuczestniczących w inicjowaniu ruchu. Wynika stąd, że na drodze ćwiczeń istnieje możliwość określonego skrócenia także i tego składnika czasu reakcji.
Jakie mechanizmy warunkują wysoką doskonałość funkcjonalną tej składowej szybkości?
Czas reakcji zawiera dwa zasadnicze składniki: sensoryczny (utajony czas reakcji) i motoryczny (związany z ruchem). Z ich połączenia wynika tzw. reakcja sensomotoryczna, która w sensie fizjologicznym odpowiada czasowi reakcji. Reakcja ta jest elementarnym ruchem człowieka wykonanym maksymalnie szybko, co jest równocześnie reakcją na sygnał pojawiający się niespodziewanie.
Największy wpływ na czas reakcji prostej wywierają m.in. rodzaj bodźca, intensywność i częstość jego działania oraz aktualny stan receptora. Wpływ rodzaju bodźca na czas reakcji wiąże się przede wszystkim z różnicą warunków oddziaływania sygnału na receptory. Czas reakcji jest także uwarunkowany specyfiką procesu adaptacji każdego receptora do różnej intensywności i długotrwałości bodźców. Wzrost intensywności bodźca skraca czas reakcji, ale tylko do pewnej granicy, potem następuje wydłużenie okresu reagowania.
Wyróżniamy dwa rodzaje czasów reakcji: proste (danemu bodźcowi odpowiada zawsze jedna, z góry określona odpowiedź ruchowa) oraz alternatywne (złożone- zwiększa się ilość informacji docierających do centralnego układu nerwowego, a co za tym idzie - układ ten musi je odpowiednio selekcjonować), do których zaliczamy: reakcje różnicowe i reakcje z wyboru.
O reakcji różnicowej mówimy wtedy, kiedy występuje dwa lub więcej bodźców, a wymagane jest reagowanie na jeden z nich.
W reakcji z wyboru należy wykonywać różne reakcje na różne bodźce.
Wymienione rodzaje reakcji znajdują odbicie w sporcie. Reakcje proste występują np. w starcie sprinterskim czy skoku startowym w pływaniu.
Reakcje złożone w zasadzie dotyczą większości sytuacji spotykanych w sporcie (gry zespołowe, zapasy, judo).
Na czas reakcji wpływają różnorakie czynniki dodatkowe. I tak np. stwierdzono, że czas reakcji uzależniony jest od płci, u kobiet bywa on z reguły dłuższy. Na czas reakcji wpływa także szereg czynników określanych jako stan aktualny osobnika, a więc napięcie uwagi, motywacja, nastawienie, a także warunki ogólnie określane jako wysoki komfort, powodujące skrócenie czasów reakcji.
Czas reakcji uzależniony jest również od pozycji, w jakich wykonywany jest jego pomiar.
Osobnicy uprawiający sport mają z reguły krótszy czas reakcji od nietrenujących w tym samym wieku, a zawodnicy o dużym stażu - krótszy od nowicjuszy. W sportach, w których wynik zależy przede wszystkim od szybkości czas reakcji jest krótszy.
Na czas reakcji sportowca wpływają również warunki startu ( temperatura otoczenia, warunki atmosferyczne, stan urządzeń).
Tak, więc odpowiednio dobierając rodzaj oraz charakter obciążeń i ćwiczeń, poprzez modelowanie warunków treningu i symulację środowiska zewnętrznego, można w celowy sposób oddziaływać na doskonalenie czasu reakcji.
Ruch prosty
Czas ruchu prostego oznacza w zasadzie prędkość jakiejś części ciała na określonej drodze, która wynosi od kilku do kilkunastu centymetrów. Pomiar ten jest stosowany głównie w psychomotoryce. Czas ruchu prostego i czas reakcji stanowią tzw. stałe osobnicze. Czas ruchu prostego rozumiany jako szybkość wyrażamy w sekundach, natomiast, gdy wyrażamy go poprzez prędkość- to w centymetrach lub metrach na sekundę, względnie w radianach (miara kątowa prędkości).
Czas ruchu prostego zależy przede wszystkim od wielkości pokonywanego w danym ćwiczeniu oporu. O szybkości świadczy jednak nie tylko czas ruchu przy braku oporu zewnętrznego, tj. przy minimalnym napięciu mięśniowym. Ruchy z niewielkim obciążeniem również w dużej mierze charakteryzują szybkość.
Uważa się, że dla rozwinięcia maksymalnej szybkości nieodzowna jest nienaganna synchronizacja zaangażowanych w danym ruchu grup jednostek motorycznych, zależna przede wszystkim od sprawności układu nerwowego i właściwości koordynacji nerwowo- mięśniowej, przekazującej pobudzenie drogą od jednej jednostki motorycznej do następnej. W tej właśnie grupie zjawisk upatruje się źródła rozwiązań metodycznych, nakierowanych na poprawę szybkości wykonania prostych zadań ruchowych.
Częstotliwość ruchów
To wskaźnik szybkości, mierzony poprzez rejestracją maksymalnej ilości ruchów wykonywanych przez określoną grupę mięśniową w danym czasie. Dominuje przekonanie, że wysoka częstotliwość ruchów jest najprawdopodobniej związana z ruchliwością układu nerwowego. Tak, więc maksymalne tempo ruchów zależy w pierwszym rzędzie od sprawności ośrodków nerwowych zawiadujących antagonistycznymi grupami mięśniowymi, prowadzącymi do szybkiego przechodzenia ze stanu pobudzenia w stan hamowania i odwrotnie. Ta składowa szybkości jest mało podatna na trening.
Szybkość w ujęciu analitycznym i syntetycznym
Można wyróżnić dwie podstawowe grupy definicji szybkości:
1.Analityczne, które opierają się głównie na trzech wskaźnikach, tj.czasie reakcji prostej, czasie ruchu prostego i częstotliwości ruchów jednostawowych.
W rozumieniu tych definicji szybkość zależna jest od prędkości poszczególnych ruchów, ale związana z czasem reakcji, wielkością oporów zewnętrznych, częstotliwością ruchów itp.
2.Syntetyczne, które są bardziej zbliżone do wzorów definiowania innych cech motorycznych, np. siły czy wytrzymałości.W tej grupie szybkość określa się jako zdolność do wykonywania ruchów i zadań ruchowych w określonych konkretnych warunkach, warunkach jak najkrótszym czasie.
Oba rodzaje definicji, tj. analityczne i syntetyczne, uzupełniają się nawzajem i określają sposób podejścia do pomiaru szybkości, jak też do metodyki jej kształtowania.
Prędkość, siła i częstotliwość skurczów mięśniowych
W wielu przypadkach szybkość może być badana i oceniana za pośrednictwem prędkości, tj. stosunkiem drogi (I) do czasu (t) potrzebnego na jej przebycie (m/s):
V=I/t
Prędkość jest pojęciem fizycznym, służącym do opisu ruchu punktu materialnego. Ruch jest pojęciem względnym i przy jego opisie należy zawsze podać układ odniesienia, względem, którego jest on badany.
Każde przemieszczenie ciała jest efektem pracy mięśni. Rozwijana przez nie siła wzrasta od najmniejszych wartości do maksymalnych. Na to, aby mogła osiągnąć wartość maksymalną, potrzebny jest pewien czas.
Po pobudzeniu mięśnia następuje jego utajona reakcja, potem rozpoczyna się skurcz. Jego siłę w warunkach dynamicznych charakteryzuje prędkość skracania. Prędkość skracania mięśnia zależy nie tylko od oporu, ale również od długości mięśnia. Osoby charakteryzujące się długimi brzuścami mięśni posiadają większe możliwości szybkościowe, niż osoby z krótkimi i grubymi brzuścami.
Prędkość skurczu pojedynczego mięśnia jest z reguły niewielka. Dzięki jednak łącznemu efektowi sumowania się prędkości poszczególnych taśm mięśniowych, dźwigniom
stawowym, naprzemiennemu napędowi kończyn itp., możemy osiągać znaczne prędkości.
W miarę zwiększania oporu zmniejsza się prędkość skracania mięśni. Oznacza to, że w miarę wzrastania obciążenia wzrasta siła, ale maleje szybkość. Krzywa zawarta między osią pionową a poziomą wskazuje, że siła jest odwrotnie proporcjonalna do prędkości skracania się mięśni. W przypadku uzyskania maksymalnej wartości siły, prędkość równa się zero. Zwiększając dalej obciążenie otrzymamy tzw. prędkość ujemną, która jest wywołana pracą ekscentryczną mięśnia. W tej sytuacji mięsień rozkurczając się, osiąga największe wartości siły.
Prędkość ruchu bez obciążenia nie zależy od maksymalnej siły izometrycznej. Zależność ta może jednak występować i będzie tym większa, im większe będzie obciążenie zewnętrzne, przy stosunkowo wolnych ruchach wykonywanych z dużym oporem.
Rozpatrując związki siła-prędkość, trzeba także wspomnieć o tzw. gradiencie siły.
Przez to pojęcie rozumiemy szybkość narastania siły w czasie. Wskaźnik ten informuje o możliwościach szybkiego przejawiania dużej siły w możliwie najkrótszym czasie. Mierzony w warunkach dynamiki wskaźnik ten nie koreluje z maksymalną siłą mierzoną statycznie.
Szybkość narastania siły w warunkach dynamiki może mieć różny przebieg, co uzależnione jest od rodzaju wykonywanej czynności oraz poziomu zaawansowania sportowca. Pod wpływem treningu w konkretnej specjalności ruchowej tworzą się specyficzne zależności między siłą mięśniową i szybkością ruchów, przy czym zawsze w miarę zmniejszania się oporu rośnie udział siły dynamicznej w ruchu.
Dla wykonywania ruchów z możliwie wysoką częstotliwością, przy stosunkowo dużym obciążeniu zewnętrznym, należy dysponować odpowiednio wysokim poziomem siły. Jednakże wiemy, że np,.dwaj sportowcy o zbliżonym poziomie siły nie wykorzystują jej w identycznym stopniu w uprawianej przez siebie konkurencji. Różnica ta zależy przede wszystkim od stopnia zaawansowania technicznego.
Warto dodać, że zdolność do szybkiego nabierania prędkości (k) i zdolność do poruszania się z dużą prędkością (Vm) są względem siebie niezależne. Oznacza to, że praktycznie można charakteryzować się dużym przyspieszeniem startowym i względnie niską prędkością biegową na dystansie.
Podstawy energetyki wysiłków o charakterze szybkościowym.
W krótkotrwałych wysiłkach o maksymalnej intensywności energia do skurczów mięśni czerpana jest przede wszystkim z procesów beztlenowych (anaerobowych). Wśród podstawowych czynników, od których zależy wydolność beztlenowa, należy wymienić:
A. Wielkość zasobów energetycznych w mięśniach
B. Zdolność do wytwarzania energii w warunkach beztlenowych
Beztlenowa zdolność energetyczna jest bardzo mała w porównaniu z tlenową, o czym świadczy między innymi fakt, że gram-molekuła glukozy daje dwadzieścia razy więcej energii podczas rozpadu tlenowego niż beztlenowego.
C. Zdolność do wykonywania pracy przy zaburzonej homeostazie
D. Zdolność do wytwarzania energii w warunkach tlenowych
Odpowiednio wysoki poziom wydolności tlenowej jest niezbędny dla każdego sportowca, w tym również w konkurencjach szybkościowych. Wykazano, że zawodnicy charakteryzując się dużymi zdolnościami do wytwarzania energii w warunkach tlenowych, mogą przejawiać także większe predyspozycje do wykonywania wysiłków o maksymalnej intensywności. Takie połączenie dwóch rodzajów wydolności jest szczególnie ważne dla sportów walki i gier zespołowych. Spostrzeżenie to potwierdza się również w konkurencjach typowo szybkościowych.
W wysiłkach szybkościowych praca mięśni odbywa się przede wszystkim w warunkach beztlenowych. Narasta, więc dług tlenowy, który może być wyrównany dopiero w okresie wypoczynku. Konsekwencje pracy beztlenowej wyrażają się m.in. w gwałtownie narastającym stanie zmęczenia. Objawia się ono w przemijającej utracie zdolności do skurczu, przedłużeniu faz skurczu i rozkurczu, obniżeniu pobudliwości. Inne przyczyny mieszczą się w obrębie zjawisk związanych z nagromadzeniem kwasu mlekowego i w zbytnim wyczerpaniu zasobów energetycznych ustroju.
Rozwój zdolności szybkościowych w ontogenezie
Szybkość, tak jak każda z cech sprawności składających się na potencjał ruchowy człowieka, posiada swoje uwarunkowania biologiczne. Wraz z procesami wzrastania, dojrzewania i różnicowania rozwijającego się organizmu, w przebiegu ontogenezy dynamicznie zmieniają się warunki ustrojowe i możliwości przejawiania dyspozycji szybkościowych.Z uwagi na dużą siłę powiązań poszczególnych składowych szybkości z układem nerwowym, on przede wszystkim wyznacza tempo i kierunek sensomotorycznych uwarunkowań tej cechy. Jednakże wszelkie zmiany rozwojowe - również w odniesieniu do cech i proporcji budowy ciała, rozwoju układu mięśniowego, mechanizmów regulacji wewnątrzustrojowej, tempa i poziomu rozwoju innych cech motoryczności - wpływają w istotny sposób na poziom przejawianych uzdolnień szybkościowych w kolejnych latach naturalnego rozwoju.
Wiek przedszkolny - szybkość jest mało rozwinięta i jej parametry dopiero w wieku 9-10 lat osiągają znaczniejsze wielkości. Na przykład utajony czas reakcji aż do około 6-7 roku życia wynosi jeszcze powyżej 0,5s.
Wiek szkolny - przy zachowaniu wszelkich zasad treningu, można już w tym wieku stosować obciążenia o stosunkowo dużej objętości. Ostrożnie należy przy tym podchodzić do kształtowania wytrzymałości szybkościowej i treningu siłowego. Środki treningu wytrzymałości szybkościowej są bardzo silne, dlatego w młodszym wieku szkolnym mogą one występować jedynie w niewielkiej objętości i tylko po odpowiednim przygotowaniu.
Okres dojrzewania - w tej fazie rozwoju we wszystkich dyscyplinach powinien być już prowadzony trening ukierunkowany, a w wielu przypadkach także trening specjalistyczny. Konsekwencją tego jest rosnąca potrzeba indywidualizacji szkolenia.
Wiek młodzieńczy - doskonalenie szybkości jest trudniejsze, ponieważ ruchliwość procesów nerwowych już się stabilizuje.
W całym procesie ontogenezy nie ma przeciwwskazań do kształtowania szybkości, stymulowania jej naturalnego rozwoju poprzez trening. W różnych fazach rozwoju niezbędne jest natomiast stosowanie odmiennych środków i metod treningu, dostosowanych do praw rozwoju.
Uwarunkowania genetyczne szybkości
Szybkość nie jest cechą jednorodną, a w związku z tym nie jest taką również pod względem genetycznym. Nie możemy, zatem w jej przypadku udzielić jednoznacznej odpowiedzi takiej, jaką np. można dać w odniesieniu do dziedziczenia wysokości ciała, która to cecha jest w ponad 80% zależna od czynnika genetycznego. Nie można, więc oczekiwać w badaniach dziedziczenia szybkości analogicznych rezultatów, jak przy badaniu prostych cech.
Struktura i koncepcje oceny szybkości
Struktura szybkości
Przy badaniu szybkości korzystamy najczęściej z pomiaru jej poszczególnych form przejawiania, tj. czasu reakcji, czasu ruchu, częstotliwości ruchów, prędkości lokomocyjnych itp.
Czas reakcji prostej powinien się zawierać u dorosłego człowieka w granicach około 0,20-0,25 s. Nie możemy jednak mówić o normach, ponieważ wyniki zależą od ściśle określonych warunków pomiarów. Czas reakcji prostej na bodziec optyczny wśród osób uprawiających sport wynosić może od 0,15 do 0,20 s, a na bodziec słuchowy od 0,17 do 0,27 s. Czas reakcji zależy od rodzaju stosowanego bodźca.
Natomiast najkrótsze czasy reakcji uzyskuje się na bodziec czuciowy. Są one zbliżone do czasu trwania odruchu i stanowią setne części sekundy, a różni je od odruchu element świadomego oczekiwania na podnietę.
Czasy reakcji złożonych podlegają bardzo dużemu wytrenowaniu. Wysoko wytrenowani sportowcy mogą osiągać tu wartości odpowiadające czasom reakcji prostych ludzi nieuprawiających sportu.
Zwykle w badaniach psychomotorycznych bierzemy pod uwagę pomiar czasu ruchu prostego, który polega np. na przenoszeniu ręki na niedługim odcinku drogi. Spotkać się możemy także ze stosowaniem prostych ruchów pojedynczych, tj. prostowanie lub zginanie kończyny. O pełnej znajomości zjawiska nie świadczą pojedyncze fakty, ale połączenie ich w określone związki. Dlatego wielu autorów zajmuje się badaniem zależności między poszczególnymi składowymi szybkości.
Kolejnym wskaźnikiem szybkości jest częstotliwość ruchów.
Możemy, więc wyróżnić:
a) częstotliwość ruchów jednostanowych, mówimy wtedy o tzw. punktowaniu, czyli tappingu
b) częstotliwość ruchów wielostanowych wykonywanych w miejscu lub podczas przemieszczania się
c) częstotliwość ruchów cyklicznych, w których dużą rolę odgrywa wielkość pokonywanego oporu i technika ruchu
Częstotliwość ruchów zmniejsza się wraz ze wzrostem masy i wymiarami długościowymi części ciała zaangażowanych w ruchu.
Częstotliwość ruchów traktuje się jako niezależny wskaźnik szybkości.
Struktura szybkości okazuje się najbardziej stabilna w odniesieniu do prób biegowych, które stanowią zawsze czynnik pierwszy. Zawartość informacji tego czynnika nie jest jednakowa. Zmniejsza się równolegle z wiekiem i zaawansowaniem ruchowym obu płci. Świadczyć to może o tym, że wraz z wiekiem i stopniem usprawnienia ruchowego udział szybkości biegowej w ocenie szybkości zmniejsza się.
W badaniach wyróżnia się trzy istotne nieskorelowane ze sobą czynniki:
-czynnik pierwszy interpretowany jako zdolność wykonywania ruchów krótkotrwałych całego ciała
( szybkość biegowa )
-czynnik drugi interpretowany jako zdolność do wykonywania ruchów prostych (jednostanowych) jednostanowych maksymalną częstotliwością (częstotliwość ruchów dłoni )
- czynnik trzeci interpretowany jako warunki fizyczne ( masa i wysokość ciała)
Próby biegowe dostarczają zwykle 50% informacji w stosunku do ogólnej ilości informacji o szybkości pochodzących z wszystkich pozostałych prób. W tym przypadku można mówić o niejakiej uniwersalności biegu na krótkim dystansie do oceny szybkości.
Jednak zdolność do wykonywania elementarnych zadań ruchowych, takich jak czas reakcji, czas ruchu prostego i częstotliwość ruchów prostych, nie jest związana ze zdolnością do wykonywania ruchów całego ciała mierzonych biegiem na krótkim dystansie.
Niejednorodność szybkości polega również na tym, że nie możemy mówić o jednym czynniku, który określałby w sposób jednoznaczny szybkość. Czynników charakteryzujących szybkość jest wiele.
Koncepcje oceny szybkości
Jedną z ważniejszych zasad przy ocenie szybkości jest to, aby wiedzieć, jakie ruchy porównuje się, a jakie ćwiczy.
Najczęściej stosowaną metodą oceny szybkości jest bieg na dystansach od 20 do 60 m. Wybór długości dystansu zależy od wieku, płci i stopnia zaawansowania biegowego badanych. Za stosowaniem tej próby przemawia jej rzetelność, prostota pomiaru i diagnostyczność oceny.
Niekiedy główną przeszkodę w stosowaniu biegu jako miernika szybkości upatruje się w różnym rozkładzie prędkości podczas biegu oraz zróżnicowaniu poziomu zaawansowania biegowego. Według tych koncepcji metodyka pomiaru szybkości powinna uwzględniać tylko środek ćwiczenia, a ruch zastosowany w ocenie nie powinien opierać się na ruchu ćwiczonym.
Poszukiwanie miernika szybkości jest zadaniem bardzo trudnym nie tylko z uwagi na różne rozumienie tej cechy motorycznej, ale również ze względu na kierunek poszukiwań związków w obrębie szybkości.
W tej sytuacji różne formy biegu na krótkie dystanse są najpowszechniej stosowanymi próbami oceny poziomu szybkości.