CC BY
29
5. Жуков, С.Н. Структура содержательно-временных параметров модели выступления в упражнениях по ката в спортивном каратэ-до / С.Н. Жуков, Б.А. Подливаев // Научный и теоретический журнал Министерства Культуры и Спорта Республики Узбекистан. - 2014. - Вып. 3. - С. 23-28.
6. Жуков, С.Н. Планирование тренировочных нагрузок в спортивном каратэ / С.Н. Жуков, Б.А. Подливаев // Педагогические и биологические проблемы подготовки кадров по спортивным играм и единоборствам. Часть 2 / под ред. И. Д. Свищева. - Москва, 2019. - С. 49-60.
7. Подливаев, Б.А. Особенности временной структуры соревновательных ката в спортивном каратэ-до / Б.А. Подливаев, С.Н. Жуков // Актуальные проблемы спортивных единоборств. -Москва : СпортУниверПресс, 2003. - Вып. 6. - С. 6-15.
REFFERENCES
1. Zhukov, S.N. and Podlivayev, B.A. (2005), "The role and significance of pause as an important element of competitive kata in karate-do", Improving the training system at the departments of wrestling in state educational institutions of physical education, Part II, SportUniverPress, Moscow, pp. 55-61.
2. Zhukov, S.N. and Podlivayev, B.A. (2009), "Managing mobilization readiness in kata competitions in sporting karate", IV International Scientific Congress: Congress materials, Leader Press, Tashkent, pp. 120-122.
3. Zhukov, S.N. and Podlivayev, B.A. (2014), "The energy-supply mechanisms in terms of training and competitive activities of kata performing by men in sporting karate-do", Uchenye zapiski universi-teta imeni P.F. Lesgafta, No. 12 (118), pp. 66-70.
4. Zhukov, S.N. and Podlivayev, B.A. (2015), "Modeling of training loads in kata in sporting karate-do", Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, No. 11 (129), pp. 94-100.
5. Zhukov, S.N. and Podlivayev, B.A. (2014), "Meaningful temporal characteristics structure of kata performing model in sporting karate-do", Scientific and theoretical Journal of the Ministry of Culture and Sport Affairs of the Republic of Uzbekistan, Iss. 3, Tashkent, pp. 23-28.
6. Zhukov, S. N. and Podlivayev, B.A. (2019), "Training load planning in sports karate", Pedagogical and biological problems of training in sports games and martial arts, Part 2, Moscow, pp. 49-60
7. Podlivayev, B.A. and Zhukov, S.N. (2003), "Features of the time structure of competitive kata in sporting karate", Actual problems of martial arts, SportUniverPress, Iss. 6, Moscow, pp. 6-15.
Контактная информация: sergey.zhukov@rambler.ru
Статья поступила в редакцию 29.03.2020
УДК 796.925
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В БИОМЕХАНИКЕ ОТТАЛКИВАНИЯ И НАЧАЛА ПОЛЕТА В ПРЫЖКАХ НА ЛЫЖАХ С ТРАМПЛИНА
Григорий Георгиевич Захаров, научный сотрудник, Наталья Борисовна Новикова, кандидат педагогических наук, заведующая сектором, Наталия Борисовна Котелевская, кандидат педагогических наук, старший научный сотрудник, Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры
Аннотация
Представлен обзор теоретических исследований биомеханики отталкивания в прыжках на лыжах с трамплина и результаты измерений угловых характеристик отталкивания и начала полета сильнейших лыжников-прыгунов мира в сравнении с показателями российских спортсменов. В ходе исследования произведена видеосъемка и видеоанализ техники прыгунов на лыжах с трамплина на этапе Кубка Мира в Нижнем Тагиле в 2019 году, представлены кинограммы отталкивания и начала полета, определены угловые характеристики отталкивания, начала полета и аэродинамический коэффициент. Основными современными тенденциями техники формирования полета является использование вращающих сил при отталкивании и скорейшее принятие аэродинамически выгодного положения уже на 12 м полета.
Ключевые слова: прыжки на лыжах с трамплина, отталкивание от стола отрыва, биомеханика, крутящий момент, аэродинамика.
DOI: 10.34835/issn.2308-1961.2020.3.p151-156
BIOMECHANICS MODERN TENDENCIES FOR TAKE-OFF AND EARLY FLIGHT
IN SKI JUMPING
Grigori Georgiyevich Zakharov, the researcher, Natalia Borisovna Novikova, the candidate of pedagogical sciences, head of the direction, Natalia Borisovna Kotelevskaya, the candidate of pedagogical sciences, senior research associate, St. Petersburg Scientific Research Institute of
Physical Culture
Abstract
The article presented the biomechanics research review of take-off in ski jumping and results of take-off and early flight angular characteristics measurements. We took video recording and video analyses of ski jumping in Word Cup 2019 in Nizhniy Tagil and made the phases pictures. We measured angular characteristics and aerodynamic coefficient of leader jumpers and Russian National group athletes early flight. Ski jumping biomechanics modern tendencies include the using of forward-rotating angular momentum in take-off and immediate achievement of the stable ski-jumper aerodynamic system at 12 m level.
Keywords: ski jumping, take-off, Biomechanics, angular momentum, aerodynamics.
ВВЕДЕНИЕ
Прыжки на лыжах с трамплина являются динамично развивающейся спортивной дисциплиной. Появление планирующего «V» стиля полета и постоянно модернизирующийся спортивный инвентарь внесли кардинальные преобразования во все сферы вида спорта, изменились профили трамплинов, правила проведения соревнований, методика спортивной подготовки, требования к антропометрическим данным спортсменов и инвентарю. Высокая соревновательная конкуренция побуждает искать способы повышения эффективности техники прыжка за счет биомеханически обоснованной оптимизации выполнения его отдельных фаз и учете современных требований правил соревнований.
Для безопасного и безостановочного проведения соревнований в сезоне 2010-11 гг. правила FIS были дополнены пунктом о регулировании скорости разгона за счет снижения стартовой скамейки и ветровой компенсации. Снижение скорости вылета на 1 км/ч может сократить длину полета на 5-6 м. Для сохранения скорости и дальности полета при сравнительно невысокой скорости разгона сильнейшие лыжники-прыгуны стали применять усовершенствованный вариант отталкивания от стола отрыва, который позволил быстрее принимать оптимальное положение полета.
Отталкивание считается самым важным и сложным техническим элементом прыжка с трамплина. Оно создает начальные условия для полета, и протекает в очень короткий промежуток времени, примерно за 0,3 секунды на скорости 23-25 метров в секунду. Отталкивание характеризуется быстрым, «взрывным» разгибанием колена, обычно начинающимся еще при переходе от радиуса разгона к столу отрыва. Основными целями этого этапа являются: поднятие общего центра массы (ОЦМ) тела спортсмена и создание переднего крутящего момента [1]. Исследования, проведенные ранее, показывают, что в базовой подготовке российских лыжников-прыгунов не в полной мере учитываются современные тенденции выполнения прыжка на лыжах с трамплина [2]. Для обучения и тренировки качественному выполнению как всего прыжка в целом, так и его отдельных частей необходимо четкое понимание биомеханики движений, подробный анализ всех сил, действующих на прыгуна и создание кинограмм техники, демонстрирующих реализацию необходимого двигательного действия на практике.
Мы предположили, что изучение современных тенденций выполнения отталкивания и формирования полёта в прыжках на лыжах с трамплина позволит повысить эффективность технической подготовки российских «летающих лыжников» и дать практический материал для совершенствования тренеров и специалистов.
Целью данной работы являлось исследование современных научных данных и биомеханический анализ техники отталкивания от стола отрыва и начала полета сильнейших прыгунов с трамплина.
Методы и организация исследования: анализ иностранной литературы по проблемам отталкивания и полета прыгунов на лыжах с трамплина, видеосъемка и биомеханический анализ отталкивания и полета, создание кинограмм. Для определения положения тела и лыж у сильнейших иностранных и российских летающих лыжников (системы «лыжник - лыжи») в окончании формирования позы полета нами была проведена профильная видеосъемка на точке 12 метров за краем стола отрыва. Исследование было осуществлено во время официальной тренировки 5 этапа Кубка Мира 06.12.2019 в г. Нижний Тагил (Россия). Видеосъемка производилась на видеокамеру Sony HDR-CX650E с частотой 50 кадров в секунду, стационарно закрепленной на фотоштативе в горизонтальном положении, под прямым углом по отношению к линии полета, примерно в 40 м от оси трамплина. Измерения проводились с помощью компьютерной программы Dartfish Pro Sute 9. Необходимо отметить, что прыжки проходили в сложных ветровых погодных условиях и данный факт в какой-то мере не позволил спортсменам вполне реализовать свой потенциал.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Отталкивание сильнейших современных прыгунов характеризуется взрывным усилием, достижением максимума проявления силы уже в начале движения разгибания, и дальнейшим сохранением данного показателя. По мнению немецких исследователей [3], спортсмен высокого уровня обязан иметь скорость отталкивания не менее 2,5 м/с. Распрямление ног к моменту вылета до 130° и более позволяет поднять ОЦМ спортсмена, создавая предпосылки к высокой начальной траектории в воздухе, а также к полному выпрямлению ног на первых метрах полета. Относительно высокое положение тела в момент окончания отталкивания обеспечивает достаточную «устойчивость» в воздухе с сохранением оптимального крутящего момента в начале полета.
Исследования [3] техники прыжка в олимпийском цикле 2010-2014 гг. определена тенденция к большему смещению вперед ОЦМ к окончанию отталкивания. Модель отталкивания элитных спортсменов характеризуется в среднем уменьшением угла наклона голени (63° и менее) и угла отталкивания (85° и менее), и повышением угла наклона туловища (28° и более) (рисунок 1). Благодаря такому варианту отталкивания возникает больший передний вращательный момент, который способствует скорейшему принятию оптимального положению «системы лыжник - лыжи» в полете.
Рисунок 1 - Положение лыжника-прыгуна в конце контактной фазы отталкивания. 6-й этап Кубка мира (Квалификация), г. Н. Тагил (Россия), 08.12.2019 г. Слева направо - Ф-г Й. (Норвегия), К-т Ш. (Австрия), М-г Т.
(Норвегия), К-и Р. (Япония)
Величина и направление силы реакции опоры, противодействующей силе отталкивания, являются ключевыми факторами возникновения крутящего момента. Величина вертикального импульса, а, следовательно, и скорость разгибания суставных звеньев пропорциональны силе отталкивания. Поскольку высокое положение спортсмена в конце отталкивания оказывает существенное влияние на исходные условия полета, усилие оттал-
кивания, направленное перпендикулярно к столу отрыва, должно быть максимальным и достигается путем разгибания колена с максимальной скоростью.
а) Результирующая сила отталкивания (Б) и ее состав- б) изменение величины Бг при отталкивании с различ-ляющие силы - поступательная составляющая, Бг - ными положениями ОЦМ [1]
вращательная составляющая); а - плечо момента силы Бг относительно ОЦМ, d - моментное плечо Б относительно ОЦМ; а - высота ОЦМ от края стола отрыва
Рисунок 2
Во время отталкивания прыгун с трамплина должен создать вращающий вперед угловой момент, действующий относительно ОЦМ. Это необходимо чтобы компенсировать вращающий назад обратный угловой момент, который возникает из-за большого лобового сопротивления воздуха в начале полета. Следовательно, во время отталкивания результирующий вектор силы реакции опоры должен проходить сзади ОЦМ (рисунок 2). Эта сила создается вертикальным и тангенциальным (трением) компонентами реакции опоры. Однако величина силы трения между лыжами и лыжней незначительна из-за малого его коэффициента.
Результирующая сила реакции опоры также подразделяется на поступательный компонент (Е0, который действует через ОЦМ (уравнение 2) и вращательный (Бг), направленный под прямым углом к нему (уравнение 3):
Е(0 = Е(0-о а(Г) (2)
Ег(0 = Еф^т а(г) (3)
где а - угол между результирующей силой Е и поступательной составляющей Ег (рисунок 2). Момент Бг действует относительно ОЦМ и отвечает за возникновение углового момента прыгуна с трамплина. Сила Е, действующая во время отталкивания, определяет изменение линейного импульса Ар (уравнение 4) и, следовательно, выигрыш в вертикальной скорости при отрыве от стола. Произведение силы Ег и длины плеча а (относительно ОЦМ) равно произведению Е на момент (плечо) d и определяет изменение углового момента (АЬ) на протяжении отталкивания (уравнение 5).
Ар = \ (4)
АЬ = \ Егф а tdt = \Еф й(1)& (5)
Векторный анализ показывает, что изменение положения ОЦМ относительно результирующего вектора силы реакции опоры оказывает гораздо большее влияние на величину вращательного компонента (Ег), чем на величину поступательного Е) (рисунок 2). Эта взаимосвязь отражает значение качества отталкивания на последующий полет и подчеркивает высокие требования, предъявляемые к согласованности действий при отталкивании у лыжников-прыгунов [1].
Формирование положения полета включает в себя переход от отталкивания к устойчивой позиции полета, в которой передний и обратный вращательный моменты сбалансированы (рисунок 3). Анализ начала полета, сделанный на олимпийских играх 2002 года, показывает, что устойчивое положение в воздухе спортсмены достигали в пер-
вые 0,5 с (15 м) полета [4]. После отрыва от стола, лыжника и лыжи необходимо рассматривать как одну систему, так как в сумме они образуют единую поверхность опоры на воздух, в которой лыжи занимают до 55-70% площади этой системы [5].
На первых 15-20 метрах полета спортсмен получает сильное лобовое сопротивление и, закономерно, теряет скорость. В связи с этим основной его задачей становится скорейшее принятие аэродинамического полетного положения, в котором сократится воздушное сопротивление, а подъемная сила воздуха обеспечит устойчивую опору [6]. Лобовое воздушное сопротивление действует как на тело прыгуна, так и на лыжи, образуя возникновение обратного вращающего углового момента [7]. Вместе с отталкиванием начало полета считается наиболее важным для эффективного прыжка [8].
Рисунок 3. Формирование полета на примере японского прыгуна Р. Кобаяши (Кубок мира, Нижний Тагил, Россия, декабрь-2019)
Таблица 1 - Средние показатели угловых характеристик у лыжников-прыгунов при формировании полета (12 метров). 5 этап Кубка Мира, г. Н. Тагил (Россия), 06.12.2019 г., трамплин К 120 м., официальная тренировка - 1-й прыжок_
Спортсмены Угловые ха рактеристики звеньев тела и лыж, градусы АК
Туловище* Ноги* Лыжи* Туловище -Ноги**
Лидеры Кубка мира, п=4 X 19,43 40,73 2,03 159,7 0,47
5 3,55 3,45 1,49 7,47 0,02
Российские спортсмены, п=9 X 19,90 46,66 11,70 153,23 0,57
5 5,21 3,50 6,28 4,78 0,09
* - результаты угловых характеристик указаны по отношению к линии горизонта;
** - угол, образованный пересечением линий, проведенных через плечевой и тазобедренный суставы (тело), и тазобедренный и голеностопный суставы (нога).
ВЫВОДЫ
Результаты проведенных биомеханических измерений формирования полета отразили современные тенденции в данной части прыжка на лыжах с трамплина. На отметке 12 метров полета 4 спортсмена (преимущественно представители словенской и норвежской команд) из числа 10 лидеров продемонстрировали быстрое принятие активной позы полета со средними значениями - результирующего аэродинамического индекса (АК) 0,47; угла наклона лыж 2° и угла распрямления в тазобедренном суставе 159,7°. Величина АК и горизонтальное положение лыж, как основная опорная поверхность в воздухе, у сильнейших лыжников-прыгунов отражают рациональность их позиции в отношении меньшего лобового сопротивления и большему соответствию аэродинамически выгодному положению полета. В итоге это свидетельствует о способности спортсменов выполнить отталкивание от стола отрыва на высоком качественном уровне и принять в кратчайшие сроки оптимальное положение «системы лыжник - лыжи» на данном участке.
Российский летающий лыжник К-в Е. по основным измеряемым показателям соответствует уровню сильнейших спортсменов. Однако средние значения данных величин у всей национальной группы (основной и резервный состав сборной команды), представленной еще 8 лыжниками - прыгунами, имеют большие величины. Показатель АК - 0,57, наклон лыж 11,7°. Таким образом, недочёты, допущенные при отталкивании, как следствие приводят к затяжному формированию положения полета с большим лобовым сопротивлением и потерей скорости движения, позднему принятию аэродинамически вы-
годного положения с сокращением итоговой дальности прыжка.
Современный прыжок на лыжах с трамплина характеризуется высококачественным выполнением всех технических элементов от старта до площадки остановки. Высокая плотность результатов на международных соревнованиях различного уровня обязывает тренеров находить пути оптимизации спортивной подготовки. Непременным условием этого процесса является систематическое использование данных биомеханического анализа на основе видеосъемки, измерений тензометрической платформы, привлечение специалистов научно-методического обеспечения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Schwameder, H. Biomechanics research in ski jumping, 1991-2006 / H. Schwameder // Sport Biomech. - 2008. - Vol. 7 (1). - P. 114-136.
2. Захаров, Г.Г. Биомеханический анализ контактной фазы отталкивания от стола отрыва у сильнейших лыжников-прыгунов на пятом этапе кубка мира зимнего сезона 2017-2018 года / Г.Г. Захаров, А.А. Злыднев, А.Б. Брумстрем // Актуальные проблемы в области физической культуры и спорта : материалы Всероссийской научно-практической конф. с междунар. участием (27-28 сентября 2018 г.). - Санкт-Петербург, 2018. - Том. 1. - С. 111-117.
3. Muller, S. Analysis of national and international performance development in ski jumping (Olympic analysis) / S. Muller, S. Kreibich, G. Wiese, Z. Angew // Training science. - 2014. - Vol. 2. - P. 97-111.
4. Virmavirta, M. Characteristics of the early flight phase in the Olympic ski jumping competition / M. Virmavirta // J. Biomech. - 2005. - Vol. 38. - Р. 2157-2163.
5. Сахарнов, С.А. Современная техника прыжков на лыжах с трамплина / С.А. Сахарнов // Методические материалы для тренеров / Федерация прыжков на лыжах с трамплина и лыжного двоеборья России. - URL : http://www.skijumpingrus.ru/data/files/16/posobie_dlya_trenerov.pdf (дата обращения: 01.01.2020 г.).
6. Захаров, Г. Г. Современные тенденции техники фазы полета в прыжках на лыжах с трамплина двоеборцев высокого класса / Г.Г. Захаров, Н.Б. Новикова, Н.Б. Котелевская // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. - 2019. - № 8 (174). - С. 74-80.
7. Schwameder, H. Biomechanical description and analysis of the V-technique in ski-jumping / H. Schwameder, E. Muller // Spectrum of sports science. - 1995. - No. 7. - Р. 5-36.
REFERENCES
1. Schwameder, H. (2008), "Biomechanics research in ski jumping, 1991-2006", Sport Biomech, No. 7(1), pp. 114 - 136
2. Zakharov, G.G., Zlydnev A.A. and Brumstr, A.B. (2018), "The biomechanical analysis of a contact phase of pushing away from a table of a separation at the strongest skiers jumpers at the fifth World Cup stage of a winter season of 2017-2018", Current problems in the field of physical culture and sport: materials All-Russian scientific and practical conf. with inter participation, (on September 27-28, 2018), St. Petersburg, Vol. 1, pp. 111-117.
3. Muller, S., Kreibich, S., Wiese, G. and Angew, Z. (2014), "Analysis of national and international performance development in ski jumping (Olympic analysis)", Training science, Vol. 2, pp. 97-111.
4. Virmavirta M. (2005), "Characteristics of the early flight phase in the Olympic ski jumping competition", J. Biomech., Vol. 38, pp. 2157-2163.
5. Sakharnov, S.A. Modern ski jumping technology. Methodical materials for trainers. Russian Ski Jumping and Nordic Combined Federation, available at: http://www.skijumpingrus.ru/data/files/16/posobie_dlya_trenerov.pdf (accessed 05.15.2019).
6. Zakharov, G.G., Novikova, N.B. and Kotelevskaya, N.B. (2019), "Modern tendencies in the technique for phase of flight in ski jumping among high-class Nordic combiners", Uchenye zapiski univer-siteta imeni P.F. Lesgafta, No. 8 (174). pp. 74-80.
7. Schwameder, H. and Muller, E. (1995), "Biomechanical description and analysis of the V-technique in ski-jumping", Spectrum of sports science, No. 7, pp. 5-36.
Контактная информация: novik-nat@mail.ru
Статья поступила в редакцию 06.03.2020
