Проблема экономизации спортивной техники

Если у разных спортсменов при выполнении одного и того же двигательного задания измерить энергозапрос, то его величины могут оказаться резко различными: одна и та же работа будет для разных спортсменов связана с неодинаковым расходом энергии. Так, например, при плавании с одинаковой скоростью на дистанции 150 м (время плавания —146 с) величина кислородного запроса у пловцов-третьераз­рядников составляла в среднем 5486 мл/мин, а у мастеров спорта лишь 2726 мл/мин, т. е. в 2 раза (!) меньше (Фам Чонг Тхань). При плавании с той же скоростью третьеразрядники затрачивают в 2 раза больше энергии, чем мастера.

Экономичность работы нередко оценивают с помощью коэффи­циентов, связывающих величины выполненной работы с величинами затраченной при этом энергии. Наиболее часто применяют три таких коэффициента.

1. Валовый коэффициент (брутто-коэффициент) экономичности работы:

K1=A/E

где А — выполненная механическая работа (в джоулях), Е— затраченная энергия (в джоулях).

2. Нетто-коэффициент; в данном случае из величины энерготрат при выполнении работы вычитают величину энерготрат в состоянии покоя (в условиях основного обмена или в рабочей позе):

K2=A/(E-En)

где А — величины работы (в джоулях), En —энерготраты (в джоулях).

3 Дельта коэффициент сравнивают величины выполненной работы в двух двигательных заданиях разной интенсивности

K3=(A2-A1)/(E2-E2)

где A 1 и А 2 величины работы в джоулях, Е1 и Е2 энерготраты в джоулях

Например, определяются энерготраты при педалиро­вании на велоэргометре с мощностью 50 и 250 вт в течение 100 с. Выполненная работа равна 5 тыс. джоулей (А 1 ) и 25 тыс. джоулей (А 2 ).

Все эти коэффициенты введены по аналогии с известным по школьному Курсу физики коэффициентом полезного действия (к.п.д.), a K t формально равен ему. Однако отношение к введенным коэффи­циентам Ki , К 2 и К з, их использование и трактовка отличаются от того, что имеет место в физике и в технике.

Таким образом, использование указанных коэффициентов, во-первых, позволяет анализировать лишь внешние результаты двига­тельных заданий (но не процессы, лежащие в их основе); во-вторых, приемлемо лишь при анализе двигательных заданий сходного типа. Можно, например, сравнивать величины этих коэффициентов в одном и том же движении (например, в беге), и нельзя — в движениях далеких друг от друга (например, в плавании и прыжках в воду).

В циклических локомоциях для характеристики экономичности техники обычно используют не указанные выше коэффициенты, а так называемую константу пути — величину энерготрат, приходящуюся на 1 метр пути.

При сравнении разных локомоций значения константы пути и коэффициентов экономичности работы могут не совпадать, поскольку в разных локомоциях для того, чтобы преодолеть одно и то же расстояние, надо выполнить разную механическую работу. Например, при ходьбе по сравнению с ездой на велосипеде коэффициенты К1 и К2больше (т. е. работа экономичнее), но в то же время и сама механическая работа больше (главным образом из-за подъема общего центра тяжести в каждом шаге). При езде на велосипеде К х и К 2 меньше, но меньше и механическая работа. В результате затраты энергии на метр пути (константа пути) при езде на велосипеде гораздо меньше, чем при ходьбе.

Экономичность техники зависит от двух групп факторов: 1) фи­зиологических и биохимических (в частности от того, аэробными или анаэробными процессами обеспечивается поставка энергии) и 2) био­механических.

5. Биомеханические основы экономизации спортивной техни­ки. Особенности спортивной техники в упражнениях, требующих большой выносливости

С биомеханической точки зрения есть два различных пути повы­шения экономичности движении:

1) снижение величин энерготрат в каждом цикле (например, в каждом шаге);

2) рекуперация энергии, т. е. преобразование кинетической энергии в потенциальную и ее обратный переход в кинетическую.

Что касается первого пути, то он реализуется несколькими ос­новными способами:

а) устранением ненужных движений (например, в вертикальном направлении; ведь каждая работа по подъему тела требует затрат энергии и оправданна лишь постольку, поскольку она абсолютно необходима для продвижения вперед);

б) устранением ненужных сокращений мышц. У квалифицирован­ных спортсменов суммарное время активности мышц меньше, время расслабленного состояния больше, чем у новичков. Это достигается за счет так называемой концентрации активности мышц. Внешне это выражается в легкости и свободе движений;

в) уменьшением внешнего сопротивления (например, уменьшением сопротивления воды в плавании за счет выбора более обтекаемого положения тела);

г) уменьшением внутрицикловых колебаний скорости. Повышение скорости (после ее падения) требует затрат энергии. По возможности такие колебания надо уменьшать, хотя в некоторых видах спорта (плавание брассом, академическая гребля) они поневоле остаются зна­чительными;

д) выбором оптимального соотношения между силой действия и скоростью рабочих движений. В некоторых видах спорта (велосипед­ном, гребле) можно сохранить одну и ту же скорость передвижения при разном соотношении силы действия и скорости отдельных дви­жений (например, в гребле за счет изменения площади лопасти весла). Аналогично в лабораторных условиях можно поддерживать ту же мощность на велоэргометре при разном соотношении силы действия и скорости педалирования. Для каждой заданной скорости передви­жения или мощности существует свое оптимальное соотношение между силой действия и скоростью рабочих движений. Наиболее просто вопрос сохранения его решается в велосипедном спорте, где величина сопротивления задается сменой передачи (можно сделать так, что за один рабочий цикл велосипед будет проезжать разные расстояния). На разных передачах велосипедист будет ехать при одной и той же вели­чине энерготрат с разной скоростью (рис.58);

е) выбором оптимального соотно­шения между длиной и частотой шагов. На рис. 59 показано, как изме­няется расход энергии при ходьбе с одной и той же скоростью, но при разном соотношении длины и часто­ты шагов. На абсциссе этого графи­ка — число шагов в минуту, на орди­нате—длина шага в сантиметрах. Пунктирные дугообразные линии, идущие из верхнего левого угла в правый нижний угол, соответству­ют определенным скоростям, значе­ния которых нанесены сверху. Ос­тальные линии соединяют точки одинаковой затраты энергии. На ли­нии, обозначенной цифрой 40 и

пересекающей абсциссу при числе шагов 70 и 120 в минуту, лежат все комбинации длины и частоты шага, при которых затраты энергии на 1 м пути (константа пути) составляют 40 калорий. Крестиком обозначена точка наименьшей траты энергий —35 калорий на 1 м пути. Номограмма дает для каждой скорости оптимальную (с точки зрения затрат энергии) ком­бинацию длины и частоты шагов. Этот оптимум обозначен тол­стой линией, идущей из левого нижнего угла в правый верхний угол. Если длина и частота шагов соответствуют этой линии, затраты энергии на 1 м пути минимальны (для данной скорости передвиже­ния).

Подобного рода зависимости существуют и в других циклических локомоциях. Интересно, что в ходьбе оптимальная (по затратам энергии) длина и частота шагов подбирается человеком без специаль­ного обучения. В других циклических локомоциях нередко можно наблюдать довольно значительные отклонения от наиболее выгодного соотношения этих характеристик. Подобные отклонения должны ус­траняться тренером.

Рекуперация 4 энергии в движениях человека осуществляется двумя способами.

Во-первых, кинетическая энергия движения может переходить в потенциальную энергию гравитации (сил тяжести). Например, в обыч­ной ходьбе наивысшему положению ЦМ тела (максимуму потенци­альной энергии) соответствует минимум кинетической энергии, и наоборот, кинетическая энергия тела самая большая, когда его ОЦМ находится в самом низком положении. Образно можно себе представить, что ОЦМ движется как шарик, катящийся по неровной поверхности:, на подъемах кинетическая энергия переходит в потенциальную, а на спусках — наоборот. Благо­даря этому полная механическая энергия тела (т. е. сумма его кине­тической и потенциальной энергии) сохраняется. Разумеется, это

сохранение не стопроцентное — значительная часть энергии рас­сеивается. Но все же благодаря описанному явлению экономич­ность ходьбы значительно по­вышается.

Во-вторых, кинетическая энер­гия движения превращается в потенциальную энергию упругой деформации мышц, а накопленная потенциальная энергия частично снова превращается в работу — идет на сообщение скорости телу и его подъем. В модельных опытах (прыжки на месте) показано (А. С. Аруин), что рациональное использование упругих сил мышц может повысить экономичность работы более чем в 2 раза.

Повышение экономичности спортивной техники — основное направ­ление ее совершенствования в видах спорта, требующих большой выносливости. Определенное значение имеют и другие факторы, в частности предупреждение локального утомления отдельных мышеч­ных групп, что может наблюдаться, если нагрузка на какую-либо мышечную группу становится особенно велика

Гибкостью называется способность выполнять движения с большой амплитудой. Слово «гибкость» используется обычно как более общий термин. Применительно к отдельным суставам говорят о подвижности в них. Для точного измерения гибкости (подвижности в суставах) надо измерить угол в соответствующем сочленении в крайнем возможном положении между сочленяющимися звеньями. Измерение углов дви­жений в суставах, как известно, называется гониометрией (от греч. «гони» — угол и «метр» — мера). Поэтому говорят, что для измерения гибкости используются гиниометрические показатели (рис. 60, А). Наи­более детальный способ измерения гибкости — так называемый глобографический (рис. 60, Б ). При этом поверхность, очерчиваемая в пространстве дистальной точкой движущейся кости, рассматривается как «глобус», на котором определяют предельные значения «мери­дианов» и «параллелей». В спортивной практике для измерения гибкости нередко используют не угловые, а линейные меры (рис. 60, В). В этом случае на результате измерения могут сказаться размеры тела, например длина рук (при наклоне вперед или выполнении выкрута с палкой), длина туловища (при измерении расстояния между руками и ногами во время выполнения гимнастического моста). Поэтому линейные меры менее точны, и, применяя их, следует вводить поправки, устраняющие нежелательное влияние размеров тела.

Выделяют активную и пассивную гибкость. Активная гиб­кость — способность выполнять движения в каком-либо суставе с большой амплитудой за счет активности мышечных групп, проходя­щих через этот сустав (пример: амплитуда подъема ноги в равновесии «ласточка»). Пассивная гибкость определяется наивысшей амплитудой, которую можно достичь за счет внешних сил. Показатели пассивной гибкости больше соответствующих показателей активной гибкости. Разница между ними называется дефицитом активной гибкости. Он определяется зависимостью «длина — сила тяги» активной мышцы, в частности величиной сипы тяги, которую может проявить мышца при своем наибольшем укорочении. Если эта сила недостаточна для дальнейшего перемещения сочленяющихся звеньев тела, то говорят об активной недостаточности мышцы. Эксперимен­тально показано, что активная недостаточность может быть умень­шена (соответственно уменьшен дефицит активной гибкости и повы­шена сама активная гибкость) за счет силовых упражнений, выпол­няемых с большой амплитудой движения. Рост силовых качеств приводит в этом случае к увеличению показателей активной гибкости.

Гибкость зависит от ряда условий: температуры окружающей среды (повышение температуры приводит к повышению гибкости), времени суток (в середине дня она выше), разминки и др.

В спорте не следует добиваться предельного развития гибкости. Ее надо развивать лишь до такой степени, которая обеспечивает беспре­пятственное выполнение необходимых движений. При этом величина гибкости должна несколько превосходить ту максимальную ампли­туду, с которой выполняется движение («запас гибкости»). Например, высококвалифицированные прыгуны на лыжах с трамплина исполь­зуют в полете запас активного разгибания (тыльного сгибания) стопы в среднем на 93,5%. Нередко у спортсменов наблюдается прямая корреляция между показателями гибкости и амплитудой движений в основных упражнениях. Например, показатели активной гибкости при разгибании стопы следующим образом связаны с амплитудой соот­ветствующих движений (по Ф. Л. Доленко):

В прыжках на лыжах 0,93 (мастера)

При рывке штанги (в «низкий сед») 0,94 (разная квалификация)

В беге на конкках 0,85 (мастера)

0,36 (новички)

Высокая корреляция говорит о том, что спортсмены с большими показателями гибкости имеют преимущество в спортивной технике: они выполняют основное спортивное движение с большей амплитудой.