CC BY
52гидродинамические характеристики элитных пловцов различного пола в заключительном периоде подготовки к главным соревнованиям
УДК/UDC 797.21
Поступила в редакцию 10.02.2021 г.
Информация для связи с автором: [email protected]
Доктор биологических наук, профессор С.В. Колмогоров1 Кандидат педагогических наук, доцент О.А. Румянцева1 Кандидат педагогических наук, доцент А.Р. Воронцов2 Доктор медицинских наук, профессор А.Б. Гудков3 1Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, Архангельск
2Университет Бата, Бат, Великобритания
3Северный государственный медицинский университет, Архангельск
HYDRoDYNAMIC CHARACTERisTiCs oF ELiTE sWIMMERs of DIFFERENT
genders at final period of training for major competitions
Dr. Biol., Professor S.V. Kolmogorov1 PhD, Associate Professor O.A. Rumyantseva1 A.P. Vorontsov2
Dr. Med., Professor A.B. Gudkov3
1 Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk
2 University of Bath, Bath, United Kingdom
3 Northern State Medical University, Arkhangelsk
□ и
£
Аннотация
Цель исследования - разработать статистические модели основных гидродинамических характеристик элитных пловцов женского и мужского пола в фазе сужения тренировочной нагрузки.
Методика и организация исследования. С использованием четырех различных вариантов метода малых возмущений были определены гидродинамические характеристики элитных пловцов женского и мужского пола в фазе сужения тренировочной нагрузки накануне ОИ 2016 г. в Рио-де-Жанейро и ЧМ 2017 г. в Будапеште. Далее, на основании критерия максимальной скорости плавания (у0тах), отобраны по 10 лучших спортсменов обоего пола во всех спортивных способах (всего 80 испытуемых). Результаты исследования и выводы. В результате соответствующей обработки получены статистические модели количественных показателей силы активного гидродинамического сопротивления безразмерного коэффициента гидродинамической силы (Сх(й)) и тотальной внешней механической мощности (Р(о). Во всех способах плавания мужчины, по сравнению с женщинами, имеют более высокие показатели у0тах, что является результатом их существенного преимущества по показателю Р1о. Естественно, что на более высокой ^тах элитные пловцы мужского пола в спортивных способах испытывают и более значительные величины Fr(ad). В то же время между женщинами и мужчинами в каждом из способов плавания отсутствуют статистически достоверные различия по показателю Сх(ас|). Следовательно, можно констатировать, что элитные пловцы, независимо от пола, одинаково успешно осваивают современную технику плавания во всех спортивных способах.
Ключевые слова: скорость плавания, активное гидродинамическое сопротивление, механическая мощность.
Abstract
Hydrodynamic characteristics of elite female and male swimmers were determined by the four variants of the perturbation method at the phase of decrease in training load before the 2016 Olympic Games in Rio de Janeiro and the 2017 World Championship in Budapest. Further, the ten best swimmers of both genders were selected by their maximal swimming velocity (v0max) in all athletic strokes (80 subjects altogether). As a result of the proper processing of the data, statistical models of quantitative values of active drag force (Fr(ad), the dimensionless hydrodynamic coefficient (Cx(ad)) and total external mechanical power (Pto) were determined. In all four strokes, due to their essential superiority in Pto, men have higher magnitudes of v0max than women. Naturally enough that at higher v0max elite male athletes have greater Fr(ad), too. Again, in terms of Cx(ad), there was no statistical difference between women and men within each of the strokes. Consequently, regardless of their gender, elite swimmers may be stated to be equally successful in mastering proficient swimming techniques of all athletic strokes. Besides having an independent scientific significance, the statistical models of Fr(ad), Cx(ad) and Pto allow to increase considerably the quality of the individual analysis of these indicators on athletes of different performance levels. The key criterion for such analysis at the phase of decrease in training load is Cx(ad), which determines the hydrodynamic efficiency of the individual swimming technique in any of athletic strokes in terms of quantity.
Keywords: swimming velocity, active hydrodynamic resistance (active drag), mechanical power.
■o с га
£ о
OJ
л H
Введение. Метод малых возмущений для измерения основных гидродинамических характеристик пловцов на максимальной скорости плавания спортивными способами [3, 4] в настоящее время активно используется специалистами
в области биомеханики водных локомоций человека и животных, как в виде базового варианта [1, 6, 7], так и виде различных модифицированных вариантов [2, 8, 9, 10]. Во всех этих случаях математическая модель метода остается по-
14
http://www.teoriya.ru
№!• 2022 Январь | Yanuary
стояннои, а технологические изменения касаются только конструкции технических устройств, с помощью которых создается возмущающий фактор.
В базовом варианте возмущающий фактор создается с помощью дополнительного гидродинамического тела с заранее заданной величиной сопротивления. В разработанном французскими специалистами варианте для этой цели используется электромеханическое устройство, которое установлено на бортике бассейна [2, 8]. При тестировании спортсмен вытягивает жесткий (не эластичный) шнур из устройства, которое создает во время плавания постоянное и измеряемое дополнительное сопротивление необходимой величины в диапазоне от 0 до 100 Н. В варианте, разработанном китайскими специалистами, возмущающий фактор создается плавно-скользящим механическим блоком с возможностью регулировки и регистрации величины создаваемой силы, который перемещается по тросу, натянутому над дорожкой бассейна [10]. Австралийские специалисты для этой цели используют систему контактного гидродинамического лидирования [9]. Данная система позволяет создавать регулируемую и измеряемую в реальном масштабе времени силу, тянущую пловца вперед. Естественно, что в математической модели метода авторы этой технологии используют величину возмущающего фактора со знаком минус. В цитируемых выше работах данного раздела детально представлена технология всех используемых вариантов метода.
Анализ результатов этих исследований показал, что во всех спортивных способах индивидуальные количественные значения основных гидродинамических показателей варьируют, то есть имеют разнонаправленные и закономерные колебания в зависимости от содержания, объема и интенсивности тренировочных упражнений в различные периоды большого тренировочного цикла. В то же время, в фазе сужения тренировочной нагрузки обычно наблюдаются оптимальные для каждого пловца значения этих показателей, которые являются одним из основных факторов успешного выступления на соревнованиях.
Цель исследования - разработать статистические модели основных гидродинамических характеристик элитных пловцов женского и мужского пола в фазе сужения тренировочной нагрузки.
Методика и организация исследования. Индивидуальные показатели силы активного гидродинамического сопротивления ), безразмерного коэффициента гидродинамической силы (Cx ) и тотальной внешней механической мощности (Рю) определялись различными вариантами метода малых возмущений. Во всех случаях, то есть неза-
висимо от применяемого варианта метода, эти показатели определялись для максимальной скорости плавания на мерном отрезке дистанции 30 м (v0max), а для определения времени проплывания мерного отрезка использовалась электронная система измерения с точностью до сотых долей секунды.
Как предельно ясно из самого названия метода, точность измерений существенно зависит от адекватной величины (силы) возмущающего фактора, которая в каждом тестировании определяется индивидуально. Объективным количественным критерием адекватности этой величины является процент изменения скорости ( %Аи0) при плавании в условиях действия возмущающей силы относительно скорости свободного плавания (снижение или увеличение скорости в зависимости от варианта метода). Как показали результаты метрологического моделирования на основании математической модели метода, оптимальный диапазон величины %Аи0 = 4-6 % (в этом случае максимальная величина экспериментальной ошибки не превышает ±3 0%) [3, 4, 9].
Поэтому из большого количества экспериментальных данных, имеющихся в нашем распоряжении, первоначально были отобраны только результаты индивидуальных гидродинамических тестирований элитных пловцов различных национальных команд, которые были получены в фазе сужения тренировочной нагрузки накануне ОИ 2016 года в Рио-де-Жанейро и ЧМ 2017 года в Будапеште (всего результаты 246 тестов). Естественно, что в это число включены результаты только тех тестирований, при которых величина %Аи0 находилась в диапазоне 4-6 %.
На втором этапе, с целью получения максимально объективных и точных статистических моделей, из 246 тестов были дополнительно отобраны 10 лучших пловцов женского и мужского пола в каждом способе (всего 80 испытуемых, каждый спортсмен представлен результатами только одного тестирования). Единственным критерием такого отбора лучших пловцов являлся показатель максимальной скорости плавания (v0 max), развиваемой в тесте. Все отобранные испытуемые на момент тестирования входили в число 25 лучших спортсменов текущего мирового рейтинга на дистанциях 100 или 200 м соответствующим способом.
Результаты исследования и их обсуждение. В таблице представлены статистические модели (M±m) основных гидродинамических характеристик элитных пловцов в различных способах, полученные в заключительный период подготовки к ОИ и ЧМ.
Анализ результатов показывает, что спортивные способы (независимо от пола испытуемых) по показателю макси-
Статистические модели (M±m) максимальной скорости плавания (v0тах, м-с-1), силы активного гидродинамического сопротивления Н), безразмерного коэффициента гидродинамической силы (Сх(аф) и тотальной внешней механической мощности (Р0о, Вт) элитных пловцов женского и мужского пола в спортивных способах
Способ плавания Показатели Женщины t; р Мужчины
Кроль на груди V0 max p™ to 1,800±0,012 66,40±7,01 0,262±0,028 119,53±12,76 6,70; <0,001 2,87; <0,05 3,46; <0,01 2,037±0,033 104,37±11,22 0,263±0,034 212,53±23,68
Дельфин v0 max p to 1,657±0,036 76,25± 8,08 0,355±0,028 126,50±14,99 4,98; <0,001 3,40; <0,01 3,99; <0,001 1,857±0,019 113,63±7,46 0,359±0,029 211,07±14,99
Кроль на спине v p to 1,618±0,025 72,03±5,43 0,347±0,024 116,55±9,45 4,20; <0,001 3,48; <0,01 3,35; <0,01 1,756±0,021 102,38±6,83 0,361±0,027 177,25±15,48
Брасс v p to 1,401±0,020 73,05±5,12 0,472±0,012 102,41±8,34 5,76; <0,001 3,30; <0,01 3,81; <0,01 1,571±0,022 108,57±9,48 0,477±0,045 170,59±15,83
№1 • 2022 Январь | Yanuary
http://www.teoriya.ru
мальнои скорости плавания располагаются в определенном порядке: кроль на груди, дельфин, кроль на спине и брасс (р<0,01—0,001) (статистически достоверные различия по показателю у0 тах отсутствуют только между дельфином и кролем на спине у женщин). Этот порядок полностью соответствует текущим временным показателям мировых рекордов у женщин и мужчин в спортивных способах на дистанции 50 м. Во всех способах плавания мужчины, по сравнению с женщинами, имеют более высокие показатели у0 тах, что является результатом их существенного преимущества по показателю развиваемой тотальной внешней механической мощности (Рю). Поэтому естественно, что на более высокой у0 тах элитные пловцы мужского пола в спортивных способах испытывают и более значительные величины силы активного гидродинамического сопротивления ).
В то же время, в каждом из способов плавания, между женщинами и мужчинами отсутствуют статистически достоверные различия по показателю безразмерного коэффициента гидродинамической силы. Как было установлено ранее [4, 5], именно показатель Сх позволяет проводить точное гидродинамическое сравнение разных испытуемых в различных способах плавания, исключающее влияние индивидуальных показателей тотальных размеров и массы тела спортсмена, а также скорости плавания. Поэтому специалисты и тренеры рассматривают Сх определенный в естественных условиях плавания, как интегральный количественный показатель технической подготовленности пловца. Следовательно, можно однозначно констатировать, что элитные пловцы различного пола одинаково успешно осваивают современную и эффективную технику плавания во всех спортивных способах.
Несмотря на существенную разницу показателей v0 тах в различных способах у испытуемых женского пола, количественные показатели ^ .. и Р во всех способах
г (аф ш
практически одинаковы, так как статистически достоверные различия по этим показателям отсутствуют. Аналогичная ситуация наблюдается и у испытуемых мужского пола. Биомеханический механизм данного явления становится понятен при анализе С, значения которого зависят от способа плавания и находятся в определенном количественном диапазоне (статистически достоверные различия по этому показателю у испытуемых обоего пола отсутствуют только между дельфином и кролем на спине, что неоднократно отмечалось
x (ad)'
несомненно, зави-
ранее [3-5].) Следовательно, С, сит от индивидуальных особенностей конституции тела
спортсмена, но в значительно большей степени зависит от присущей каждому спортивному способу специфичной биомеханической системы движений, кинематические характеристики которой жестко регламентированы правилами соревнований.
Вывод. Статистические модели основных гидродинамических характеристик элитных пловцов женского и мужского пола имеют принципиальное значение для специалистов и практических тренеров, так как позволяют существенно повысить качество индивидуального количественного анализа этих показателей у пловцов различного уровня. Ключевым критерием такого анализа, в фазе сужения тренировочной нагрузки, является безразмерный коэффициент гидродинамической силы, который количественно определяет гидродинамическую эффективность индивидуальной техники плавания в любом из спортивных способов.
References
1. Barbosa T.M., Costa M.J., Marques M.C., Silva A.J., Marinho D.A. A model for active drag force exogenous variables in young swimmers. Journal of Human Sport & Exercise. 2010. Vol. 5(3). pp. 379-388.
2. Bideau B., Colobert B., Nicolas G., Le Guerroue G., Multon F., Delamarche P. Development of an Active Drag Evaluation System (A.D.E.S.). Proceedings IX International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming. St Etienne. 2003. pp. P. 51-56.
3. Kolmogorov S., Duplisheva O. Active drag, useful mechanical power output and hydrodynamic force coefficient in different swimming strokes at maximal velocity. Journal of Biomechanics. 1992. Vol. 23. pp. 311-318.
4. Kolmogorov S., Rumyantseva O., Gordon B., Cappaert J. Hydrody-namic characteristics of competitive swimmers of different genders and performance levels. Journal of Applied Biomechanics. 1997. Vol. 13. pp. 88-97.
5. Kolmogorov S.V., Vorontsov A.R. The methodology of control over preparedness of elite swimmers based on relationship between the power of active metabolism, mechanical power and efficiency and swimming velocity. Proceedings XIII International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming. Tsukuba. 2018. pp. 400-407.
6. Kjendlie P.-L., Stallman R. Drag characteristics of competitive swimming children and adults. Journal of Applied Biomechanics. 2008. Vol. 24. pp. 35-42.
7. Marinho D. A., Barbosa T. M., Costa M. J., Figueiredo C., Reis V. M., Silva A. J., Marques M. C. Can 8-weeks of training affect active drag in young swimmers? Journal of Sports Science and Medicine. 2010. Vol. 9. pp. 71-78.
8. Nicolas G., Bideau B., Colobert B., Berton E. How are Strouhal number, drag, and efficiency adjusted in high level underwater monofin-swimming? Human Movement Science. 2007. Vol. 26. pp. 426-442.
9. Sacilotto G., Ball N. and Mason B.R. A Biomechanical review of the techniques used to estimate or measure resistive forces in swimming. Journal of Applied Biomechanics. 2014. Vol. 30. pp. 119-127.
10. Xin-Feng W., Lian-ze W., We-Xing Y., De-Jian J., Xiong S. A new device for estimating active drag in swimming at maximal velocity. Journal of Sports Sciences. 2007. Vol. 25(4). pp. 375-379.
