Мгновенный биомеханический эффект

Измерение силы воздействия на ноги.

Силы, воздействующие на ноги в процессе тренировки, могут быть измерены лабораторным прибором, известным как силовая пластина. Это плоская металлическая пластина, содержащая высокочувствительные датчики, которые контролируют силу, воздействующую на ноги, а также силу трения между полом и подошвой обуви или стопы. В процессе тренировки эти силы могут быть измерены сотни раз в секунду, а компьютер фиксирует изменение показателей в момент, когда нога соприкасается с пластиной. Этот инструмент уже широко применялся для изучения воздействий сил сопротивления на ноги в процессе ходьбы или бега. В задачу исследований входило сравнение силы воздействия на ноги при выполнении типичных движений степ-аэробики с силами воздействия при ходьбе и беге. Для сравнения был выбран Basic Step. Этот шаг представляет собой шаг на платформу правой ногой, шаг на платформу левой, шаг вниз правой и шаг вниз левой (четыре фазы движения).

Практические задания для эксперимента:

Ходьба со скоростью 5 км/ч по пластине.

Бег со скоростью 12 км/ч по пластине.

Basic Step на платформе высотой 25 см с темпом 120 ударов в минуту.

Эксперимент со степ-платформой проводился во всех четырех фазах движения. Для измерения сил, возникающих между ногой и платформой при подъеме, небольшая платформа была поставлена на пластину, а другая рядом (но не на пластине) для второй ноги. Для измерения силы между ногой и полом занимающийся сходил с платформы на пластину (в каждом случае только одна нога касалась пластины). Силы сопротивления, воздействующие на ногу, определялись 750 раз в секунду, пока нога находилась в контакте либо с пластиной, либо с платформой, установленной на ней. Для сравнения данных, полученных при выполнении упражнений участниками с различным весом, силы, которые были определены, затем переводились в относительные показатели.

Результаты исследований, включавших 10 испытаний для 10 участников, содержатся в табл. 2. Средние показатели максимальной силы, воздействующей на ногу после контакта с платформой или полом, расположены во второй колонке, а время от начала контакта до максимума первоначальной силы – в третьей.

Таблица. Силы воздействия на ноги.

	Первоначальная сила (начало контакта), единицы относительного веса	Время до максимума первоначальной силы, миллисекунды
Ходьба, 5 км/ч	1,21	120,9
Бег, 12 км/ч	1,923	21,06
Степ: первая нога вверх	1,07	177,7
Степ: вторая нога вверх	1,01	158,4
Степ: первая нога вниз	1,83	128,2
Степ: вторая нога вниз	1,26	148,8

Сравнение трех видов деятельности.

1. Кривая вертикальной силы для шагов на степе очень схожа с кривой при ходьбе. Сопротивление, наблюдавшееся при первом контакте первой ногой с полом в момент спуска с платформы (третья фаза), внимательно изучалось, поскольку предварительный анализ показал, что оно порождает наибольшую из сил, возникающих в четыре фазах Basic Step. Максимальные силы при двух шагах вверх (первая и вторая фазы движения)

были меньше, чем те, что возникали при ходьбе со скоростью 5 км/ч. Максимальная сила, воздействующая на ногу в процессе второго шага вниз (четвертая фаза движения), была практически такой же, как при ходьбе со скоростью 5 км/ч.

2. Хотя начальная максимальная сила, порождаемая первым шагом вниз с платформы больше, чем начальная максимальная сила при ходьбе, ясно, что она значительно меньше, чем сила, воздействующая на ноги при беге.

3. Во всех четырех фазах Basic Step и при ходьбе максимальная сила удара появлялась позже, чем через 1/10 секунды после первоначального контакта с поверхностью. Максимальная сила при беге возникла в четыре раза быстрее. Исследователи полагают, что сила, действующая после того, как нога коснется поверхности, особенно важна. Человеческий организм снабжен рефлекторными механизмами, в результате работы которых мышцы сжимаются. При этом смягчается биомеханический эффект воздействия удара на стопу. К сожалению, происходит задержка в 1/20 секунды (или менее того) между первоначальным соприкосновением с землей и возникновением предотвращающих рефлексов. Организм особенно уязвим, когда сила воздействует очень быстро.

Вывод: ударная нагрузка на опорно-двигательный аппарат при ходьбе и Степ-тренировке намного меньше, чем при беге.

Дополнительное тестирование на силовой пластине.

Дальнейшие исследования показали, что большинство движений в степ-тренировке создают воздействующие на ноги силы, схожие с теми, что возникают при Basic Step, который детально изучен. Однако, существует один вариант движения, имеющий отличия по степени воздействия на ОДА. Это Lunge (выпад) с подскоком, то есть прыжковое движение, где обе ноги одновременно теряют контакт с поверхностью. Анализ Lunge с использованием измерительной пластины показал, что этот элемент воздействует на ноги с силой, превышающей в 2,7 раза вес тела. Эта сила соизмерима с силой удара при беге. Выполнение таких движений рекомендовано только достаточно подготовленным занимающимся.