CC BY
4ДИНАМИКА И ЭНЕРГЕТИКА СТАРТОВОГО УСКОРЕНИЯ СТУДЕНТОВ-СПРИНТЕРОВ И СИЛЬНЕЙШИХ БЕГУНОВ МИРА
УДК/UDC 796.012.471:612.015
Поступила в редакцию 18.02.2022 г.
Информация для связи с автором: kryzev@mail.ru
Доктор педагогических наук В.Д. Кряжев1 Р.Е. Петров2 А.Ю. Шевелева3
Кандидат педагогических наук, профессор А.А. Карпушкин4
1Федеральный научный центр физической культуры и спорта (ВНИИФК), Москва 2Елабужский институт Казанского (Приволжского) федерального университета, Елабуга
3Российский государственный социальный университет, Москва 4Пензенский государственный университет, Пенза
DYNAMICS AND ENERGY OF STARTING ACCELERATION OF SPRINTER STUDENTS AND THE STRONGEST RUNNERS IN THE WORLD
Dr. Hab. V.D. Kryazhev1
R.E. Petrov2
A.Yu. Sheveleva3
PhD, Professor A.A. Karpushkin4
1 Federal Science Center of Physical Culture and Sport, Moscow 2Yelabuga Institute (branch) of Kazan (Volga Region) Federal University, Kazan
3 Russian State Social University, Moscow
4 Penza State University, Penza
Аннотация
Цель исследования - сравнение кинетических и динамических показателей стартового ускорения студентов-спринтеров и сильнейших спортсменов мира. Методика и организация исследования. Использовались экспериментальные данные о пространственно-временных характеристиках стартового разбега на дистанции 100 м восьми студентов, имеющих результат в диапазоне 11,08-11,45 с, а также данные отчета о биомеханическом исследовании динамики бега участников финала Чемпионата мира по легкой атлетике 2017, имеющих результат 9,92-10,08 с.
Результаты исследования и выводы. Наибольшие различия выявлены в величинах максимальной механической мощности, развиваемой в горизонтально-продольном направлении. У сильнейших спортсменов мира зарегистрирована средняя величина 2435±203 Вт, а у бегунов- студентов - 1532±224 Вт, что на 58,9% меньше, р<0,05. Теоретическая величина максимальной горизонтальной силы в начальный момент ускорения составила 814±79 и 616±34 Н у элитных спортсменов и студентов соответственно. Разница - 32,1%, р<0,05. Большие величины силы и мощности позволяют спринтерам мирового класса развивать на дистанции максимальную скорость в диапазоне 11,6-12,2 м/с, что в среднем на 17,2% выше, чем у бегунов-студентов.
Ключевые слова: бег на 100 м, стартовое ускорение, математическое моделирование, кинетика и энергетика бега, студенты, элитные спортсмены.
Abstract
Objective of the study was to compare the kinetic and dynamic indicators of the starting acceleration of student sprinters and the strongest athletes in the world. Methods and structure of the study. The scientific work used experimental data on the spatio-temporal characteristics of the starting run at a distance of 100 m from eight students with results in the range of 11.08-11.45 s, as well as data from a report on the biomechanical study of the dynamics of running of participants in the finals of the 2017 World Championships in Athletics, having a result of 9.92-10.08 s.
Results and conclusions. The greatest differences were found in the values of the maximum mechanical power developed in the horizontal-longitudinal direction. The strongest athletes of the world recorded an average value of 2435 ± 203 W, and for student runners - 1532 ± 224 W, which is 58.9% less, p<0.05. The theoretical value of the maximum horizontal force at the initial moment of acceleration was 814±79 and 616±34 N for elite athletes and students, respectively. The difference is 32.1%, p<0.05. Large amounts of strength and power allow world-class sprinters to reach a maximum speed in the range of 11.6-12.2 m/s, which is on average 17.2% higher than that of student runners.
Keywords: 100m run, starting acceleration, mathematical modeling, kinetics and energy of running, students, elite athletes.
Введение. Наиболее значимыми факторами, определяющими результат в спринтерском беге, являются величина максимальной достигнутой скорости и значение механической мощности, развиваемой в продольном направлении, которая зависит от продвигающей вперед силы и ее отношения к результирующей реакции опоры [5].
В течение длительного времени эти данные регистрировались на основе биомеханического анализа результатов скоростной киносъемки, использования лазерного измерителя скорости и длинных тензометрических платформ [3].
В последнее время эти показатели могут быть получены на основе простого метода вычисления кинетики по данным динамики скорости, которая может быть получена на основе математического метода итерации - подбора параметров уравнения скорости до совпадения, рассчитанных с помощью ее данных, с пространственно-временными характеристиками стартового разбега [3].
Цель исследования - сравнение кинетических и динамических показателей стартового разгона студентов-спринтеров и сильнейших спортсменов мира.
№10 • 2022 Октябрь | October
http://www.teoriya.ru
Значения кинетических и энергетических показателей стартового ускорения в беге на 100 м у студентов и финалистов IAAFWCA2017 (M±SD)
Спортсмены Константы модели Теоретически максимальные значения Максимальная мощность
V Tau FH0 V0 P
м/с с Н Н/кг м/с Вт Вт/кг
Студенты 9,9±0,15 1,10±0,07 616±34 8,9±0,5 10,2±0,23 1532±224 22,3±3,3
Финалисты WCA 2017 11,6± 0,11 1,15± 0,05 814±79 10,2±0,8 12,1±0,15 2435±203 30,5±2,5
Разница,% 17,2* 4,3 3 14,6* 18,6* 58,9* 36,8*
* - р<0.05. FH0 - значение продвигающей вперед силы в начальный момент времени. V0 - значение
□ и
£ г. CL
ч—
О 0J и
G CL ' -о с
га
^
О (U .с I—
Методика и организация исследования. Использовались пространственно-временные характеристики стартового разбега восьми студентов-спринтеров в возрасте 19-20 лет (рост - 177,4±2,1 см, вес - 68,6±2,7 кг), имеющих спортивный результат в беге на 100 м 11,08-11,45 с. Спортсмены выполнили две попытки в забеге на 100 м с низкого старта. С помощью анализа видеозаписи бега, выполненной смартфоном Apple 6 с частотой 240 к/с и установленным на вращающемся штативе, регистрировалось время преодоления 5, 10, 15, 20 и 30-метровых отрезков дистанции [1]. Затем на основе метода наименьших квадратов подбирались значения постоянных (Vmax и Tau) в уравнении моделирования скорости V (t) = Vmax* (1-e-t/T). На основе уравнений динамики Ньютона рассчитывались значения скорости, ускорения, горизонтальной силы, механической мощности [1, 3]. Данные стартового ускорения сильнейших бегунов мира, заимствованные из протокола биомеханического анализа финального забега на 100 м на чемпионате мира 2019 года в Лондоне [2] (n=6, рост - 183,2 ±3,6 см; вес - 79,8±4,1 кг; спортивный результат - 9,98±0,03 с), были подвергнуты той же процедуре расчета.
Результаты исследования и их обсуждение. Наиболее значимые различия наблюдаются в показателях максимальной скорости бега, в величине продвигающей вперед силы, в величинах механической мощности, развиваемой в горизонтальном направлении (см. таблицу).
На начальном участке разгона уже наблюдаются различия в ускорении и мгновенной скорости. Эти различия увеличиваются по мере преодоления дистанции и на 6-й секунде различия в скорости бега достигают максимальной величины в 1,5 м/с (рис. 2).
Анализ профиля «сила-скорость» показывает, что на старте лучшие спринтеры, хоть и превосходят в показателях силы, зарегистрированной у студентов, но эти различия наиболее значимы на скорости 10 м/с, что дает им возможность и дальше наращивать скорость (рис. 1). В это время сила, развиваемая студентами, становится равной силе сопротивления воздуха и ускорение прекращается. Преимущества спринтеров мирового класса обусловлено не только больши-
3000
Pawer (wats)
Speed (m/s)
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 О
Horizontal force (N/kg)
F но
Bolt 20CD
\ — Flnal.WCA ¡017
\ — Students
Si-
8
10
V0
12
2000
lOOO
N --ВоК2 И»
V-, — Hnil — Stud« re* un nU ■
\
1
Speed (m/s)
Рис. 1. Построенные усредненные профили «сила-скорость» студентов и участников финала чемпионата Мира 2017 и U. Bolt при установлении мирового рекорда в 2009 году (по данным [4])
1 2 3 4 5 6 Time (s)
Рис. 2. Модели динамики скорости бега и механической мощности, развиваемой в горизонтальном направлении студентами и сильнейшими спортсменами мира в стартовом ускорении бега на 100 м
ми силовыми возможностями, но и наиболее эффективным использованием силы отталкивания, направляя большую ее часть по сравнению со студентами вперед на продвижение вперед [5]. Энергетика стартового разгона у сильнейших спортсменов мира характеризуется изначально большим значением механической мощности, развиваемой в горизонтальном направлении, что хорошо согласуется с ранее полученными данными [4, 5].
Вывод. Полученные результаты подтверждают сложившееся представление о том, что наиболее важными показателями достижения спринтерского результата являются максимальная скорость и максимальная мощность, развиваемая бегунами в стартовом разбеге. Кроме этого, бег сильнейших спортсменов мира отличается более высокой эффективностью использования результирующей силы отталкивания, что позволяет развивать большие усилия в продольном направлении даже на высоких скоростях бега.
Литература
1. Кряжев В.Д. Методика исследования кинематики и кинетики стартового разбега студентов-спринтеров / В.Д. Кряжев // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. - 2021. - № 9 (182). - С. 244-249.
References
1. Kryazhev V.D. Metodika issledovaniya kinematiki i kinetiki startovogo razbega studentov-sprinterov [Methodology for the study of kinematics and kinetics of the starting run of student sprinters]. Uchenye za-piski universiteta im. P.F. Lesgafta. 2021. No. 9 (182). Pp. 244-249.
2. Bissas A. Biomechanical report for the IAAF World Championships in London, 2017/ Bissas A, Walker J, Tucker C, Paradisis G, Merlino S.// IAAF, 2019.
3. Morin J.B. A simple method for computing sprint acceleration kinetics from running velocity data: Replication study with improved design / Morin J.B., Samozino P., Murata M., Cross M.R., Nagahara R. // J. Biomech. 2019. Vol. 94. Рр. 82-87.
4. Slawinski J. How 100-m event analyses improve our understanding of world-class men's and women's sprint performance / Slawinski, J., Termoz, N., Rabita, G., Guilhem G., Dorel, S., Morin, J.-B., Samozino, P // Scand. J. Med. Sci. Sports, 2017. Vol. 27. Pp. 45-54.
5. Rabita, G., Dorel, S., Slawinski, J., Saez-de-Villarreal, E., Couturier, A., Samozino, P., Morin, J.B. Sprint mechanics in world-class athletes: A new insight into the limits of human locomotion. Scand.J. Med. Sci. Sport, 2015. Vol. 25. Pр. 583-594.
28
http://www.teoriya.ru
№10^ 2022 Октябрь | October
