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).

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

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.

30. Даже при стремлении к наивысшей механической производительности (например, на спринтерских и средних дистанциях) не следует забывать об экономичности движений. Но в этом случае экономичность играет роль второго по значимости критерия оптимальности. Например, при любой, сколь угодно высокой скорости передвижения существует оптимальное по экономичности сочетание длины и частоты шагов, которое зависит от скорости. Оптимизируя технику двигательных действий в каждом шаге, можно сэкономить энергию и использовать ее для того, чтобы еще более повысить скорость.

В заключение рассказа о биомеханических основах выносливости два замечания.

Первое замечание. Все сказанное о способах повышения выносливости относится как к циклической, так и к ациклической двигательной деятельности. Примеры, относящиеся к бегу и другим циклическим локомоциям, приведены лишь потому, что они просты и понятны каждому.

Задание для самоконтроля и закрепления знаний

Сформулируйте практические советы человеку, занимающемуся вашим любимым видом спорта, в соответствии с приведенными выше пятью группами рекомендаций о том, как повысить выносливость.

Второе замечание. К биомеханическим способам повышения выносливости необходимо приобщать человека еще в школьном возрасте.

Ибо исправить технику двигательных действий гораздо труднее, чем сформировать ее с самого начала правильно. И не случайно столь распространены и живучи неправильная осанка, неестественно замедленная ходьба, а у спортсменов— непонимание необходимости оптимизировать энергозатраты, предрассудок о целесообразности равномерной раскладки скорости независимо от длины дистанции и т. п. Все эти несовершенства двигательной культуры могут быть исправлены только на основе знания и повседневного использования биомеханических закономерностей.

Вопрос для самоконтроля знаний

Существуют два представления о выносливости. Их суть ясна из рис. 27 и 50. В чем основное различие между ними?