CC BY
71
УДК 796.42:796.012
ЗАВИСИМОСТЬ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БЕГА
ОТ ХАРАКТЕРА ОПОРЫ
А.И. Пьянзин - доктор педагогических наук, доцент Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева
Чебоксары
DEPENDENCE OF KINEMATIC PARAMETERS OF RUNNING ON SUPPORTS'S CHARACTER
A.I. P'yanzin - Doctor of Education, Associate Professor Chuvash State Pedagogical University named after I.Ya. Yakovlev
Cheboksary
e-mail: pyanzin@gmail. com
Ключевые слова: техника бега, кинематика бега.
Аннотация. Повышение скорости бега возможно только при увеличении угла падения (отталкивания), вызывающего большую угловую скорость и ускорение, и следующую из этого горизонтальную скорость бегуна, частоту смены опор и циклов напряжения-расслабления мышц, «обслуживающих» данное падение, что имеет отношение к задачам из разряда технической подготовки атлета.
Keywords: running technique, running kinematics
Summary. Increased run speed is possible only when the angle of fall (repulsive), causing a large angular speed and acceleration, and the resulting horizontal speed of a runner, frequency of change of supports and cycles of stress-relaxation of muscles, "serving" this fall, which is relevant to the tasks of technical training of an athlete.
Традиционно скорость бега рассматривается как производное от длины и частоты шагов, которые, в свою очередь, есть следствие мышечных усилий и силы реакции опоры [3, 5, 6, 15]. Но в тоже время существуют исследования [7, 8], где эти выводы ставятся под сомнение вследствие противоречивости и неясности полученных данных. Mann R.A. & J. Hagy (1980) в заключении своей статьи открыто признаются в необходимости дальнейших исследований для определения того, что же действительно продвигает тело вперед во время бега. В свете сказанного можно утверждать, что до сих пор нет общепринятой и удовлетворительной концепции техники бега, объясняющей закономерности взаимодействия сил как системы, которая обеспечивает эффективное продвижение бегуна вперёд и место параметров бега в этой системе.
В настоящее время одной из попыток внести ясность в этот вопрос является теория [13, 14], постулирующая, что ключевые параметры техники бега человека определяются внешними условиями, и прежде всего, постоянно действующей силой тяжести, опрокидывающий момент которой вызывает ускорение тела на опоре при его отклонении от вертикали до окончания опоры (то есть при наличии угла отклонения). Следовательно, для каждой беговой дистанции или для разных скоростей одной и той же дистанции характерен свой угол падения («угол отталкивания» в общепринятой терминологии) и соответствующая ей средняя скорость передвижения, которая фактически отражает возможности человека
«потреблять» гравитацию. Этот фактор, по нашему мнению, является лидирующим, определяя характер и величину остальных параметров бега.
Целью данного исследования было выявить характер изменения кинематики движений у квалифицированных легкоатлетов-спринтеров в зависимости от угла падения (отталкивания) при изменении условий пробегания одной и той же дистанции (30 м с хода).
В исследовании приняло участие по 12 юношей и девушек, занимающихся спринтерским бегом и имеющих спортивную квалификацию от 1 разряда до КМС. В ходе тренировочного процесса были получены данные и проведен сравнительный анализ кинематических параметров бегового шага в следующих вариантах бега на 30 м с хода: по льду, по дорожке стадиона и под уклон (3°). Достоверность различий определялась с использованием t-критерия Стьюдента при 95% уровне.
Регистрировались следующие показатели: время и средняя скорость бега (рис. 1, 2), длина и частота беговых шагов (рис. 3, 4), угол отталкивания (рис. 5) и угловая скорость (рис. 6).
Рис. 1. Время бега на 30 м с хода испытуемых, с
Рис. 2. Средняя скорость бега испытуемых,
м/с
Было выявлено (рис. 1, 2), что бег по льду выполняется почти в два раза медленнее ф<0,05) в сравнении с бегом по дорожке стадиона и бегом под уклон. В то же время бег под уклон выполняется незначительно быстрее, чем бег по дорожке стадиона.
дорожка
Рис. 3. Длина беговых шагов испытуемых, м
Рис. 4. Частота беговых шагов испытуемых, ш/мин.
Достоверная разница выявлена и при сравнении длины беговых шагов между бегом по льду и двумя другими вариантами бега. В беге под уклон, при несколько более высокой скорости в сравнении с бегом по дорожке, длина беговых шагов и углы отталкивания остаются практически без изменений (рис. 3, 5), однако частота шагов несколько повышается
(рис. 4). Имеется также явно выраженная зависимость между увеличением угловой скорости падения (отталкивания) и скорости бега.
Эти данные, так или иначе, наводят нас на мысль о прямом влиянии гравитации (момента силы тяжести) на скорость бега посредством вращения тела вокруг точки опоры (стопы) и создания его угловой скорости. Угловая скорость зависит от двух факторов: предыдущей скорости движения бегуна и совершающегося на этой основе падения тела вперёд с момента вертикали до определённого угла, означающего окончание опоры (или окончание вращения тела, поскольку вращение возможно только при наличии опоры).
Интересно отметить, что во многих исследованиях [1, 2, 9, 10, 11, 12, 16] приводятся данные, косвенно подтверждающие значение и наличие действия гравитации (момента силы тяжести) для увеличения скорости бега. Общие положения этих исследований сводятся к тому, что чем выше скорость бега, тем меньше вертикальные колебания и угол вылета ОЦМТ. Таким образом, бегуны более высокого уровня имеют более «острое» отталкивание от опоры и совершают вдвое меньшую механическую работу на вертикальное перемещение ОЦМТ [1, 2, 12]. Печально видеть, однако, что при наличии таких явных и убедительных данных, выводы исследователей сводятся лишь к одному: уменьшение угла вылета и вертикальных колебаний ОЦМТ есть следствие повышения скорости бега. С таким выводом очень трудно согласиться, поскольку возникает вопрос: а откуда же берётся скорость бега, если все силы становятся меньше?
Рис. 5. Угол отталкивания у испытуемых, град.
Рис. 6. Угловая скорость падения испытуемых на опоре в фазе отталкивания, рад/сек.
С нашей точки зрения, более высокая скорость бега является следствием большего угла отклонения тела бегуна на опоре от вертикали (рис. 5), получающего в фазе отталкивания большее угловое ускорение под действием момента силы тяжести (для чего не нужно увеличения мышечных усилий, поскольку это часть свободного падения тела), которое, в свою очередь, вынуждает бегущего повышать частоту шагов посредством активного сгибания ноги после ее снятия с опоры в фазе заднего шага (рис. 4).
Лед, таким образом, ввиду снижения роли силы трения в проявлении горизонтальной составляющей опорной реакции, существенно ограничивает возможность тела падать под действием гравитации, с одной стороны, но при этом оставляет гравитацию в качестве единственной движущей силы для горизонтального перемещения тела бегуна, с другой стороны. В этом смысле бег по льду как средство технической подготовки является незаменимым упражнением, способствующим освоению падения тела вперед на опоре до большего угла в пределах допустимого диапазона.
Бег по льду практически отсутствует в составе тренировочных средств, поскольку считается, что бегун не имеет возможности активно отталкиваться от опоры вследствие почти полного отсутствия силы трения. Современный традиционный взгляд на технику бега
предполагает максимальное проталкивание тела вперед на опоре за счет работы мышц разгибателей. В то же время упускается из виду тот факт, что главной в иерархии сил, двигающих тело бегуна вперед, является сила тяжести (ее опрокидывающий момент), тогда как сила мышц должна быть нацелена на регуляцию действия внешних сил. Уровень мышечных усилий определяется только величиной веса тела, прикладываемой к опоре, и пропорционален ей.
Бег по льду позволяет существенно снизить влияние силы трения, провоцирующей бегуна на активное разгибательное движение опорной ноги и вследствие этого обеспечивает почти исключительное влияние опрокидывающего гравитационного момента на продвижение тела бегуна вперед, где скорость бега определяется только углом отталкивания. В этом смысле бег по льду является своего рода «точкой отсчета» в средствах беговой подготовки.
Бег под уклон обычно используется для превышения максимальной скорости на данной дистанции при беге в обычных условиях и формирования нового двигательного стереотипа. По существу, это означает использование большего угла падения по сравнению с дорожкой на стадионе. Однако, как мы видим по данным нашего исследования, это не совсем простое решение проблемы. Используемый наклон, по идее, должен бы прибавить 3 градуса к тем 17-ти градусам на дорожке стадиона и довести угол падения до 20 градусов, что могло бы перевести скорость испытуемых в разряд мировых (что-то около этого имеют бегуны уровня Усайна Болта). При анализе его техники на 100 м в финале чемпионата мира в Берлине в 2009 году было найдено [4], что на самом быстром отрезке дистанции 60-80 м он достиг угла в 21,4 градуса.
Таким образом, понятно, что бегуны в нашем исследовании даже теоретически не могли приблизиться к таким показателям и использовали компромиссный вариант с увеличением частоты шагов для обеспечения более высокой скорости бега.
Практический вывод из этих данных сводится к необходимости более плавно использовать бег под уклон в сочетании с бегом по льду и по дорожке, развивая более тонкое восприятие свободного падения бегуна в беге под уклон и при сниженном трении на опоре в беге по льду с целью совершенствования умений «потребления» гравитации в беге на любые дистанции.
По нашему мнению, повышение скорости бега в первую очередь возможно только при увеличении угла падения (отталкивания), вызывающего большую угловую скорость и ускорение, и следующую из этого горизонтальную скорость бегуна, частоту смены опор и циклов напряжения-расслабления мышц, «обслуживающих» данное падение, что имеет отношение к задачам из разряда технической подготовки атлета.
Литература
1. Аракелян, Е. Е. Вертикальная механическая работа в аспекте оценки техники бега I Е. Е. Аракелян, Ю.Н. Примаков, А. А. Умаров, В.В. Тюпа II Теория и практика физической культуры. - 1998. - № 2. - С. 46-47.
2. Гамалий, В. О беге с максимальной скоростью I В. Гамалий II Физическое воспитание студентов творческих специальностей. - 2006. - № 3. - С. 17-24.
3. Майский, А. Секреты спритерского бега I А. Майский II Лёгкая атлетика. - 2007. - № 4. - С. 7.
4. Романов, Н. Усайн Болт. Отличительные характеристики техники бега I Н. Романов II Легкая атлетика. - 2009. - № 8. - С. 26-27.
5. Тюпа, В. Биомеханика отталкивания I В. Тюпа и др. II Лёгкая Атлетика. - 1981. - № 9. - C. 10-12.
6. Cavagna, G.A. The mechanics of sprint running I G.A. Cavagna, L. Komarek, S. Mazzoleni II J. Physiol. - 1971. - № 217. - P. 709-721.
7. Hunter, J.P. Relations between ground reaction force impulse and kinematics of sprinting-running acceleration I J.P. Hunter, R.N. Marshall, P.J. McNair II Journal of Applied Biomechanics. - 2005. - № 21. - P. 31-43.
8. Mann, R.A. Biomechanics of walking, running, and sprinting I R.A. Mann, J. Hagy II The American Journal of Sports Medicine. - 1980. - Vol. 8. - № 5. - P. 345-350.
9. Mann, R.V. Kinetics of sprinting I R.V. Mann, R. Sprague II Track and Field Quarterly Review. - 1983. -№ 83(2). - P. 4-9.
10. Mann, R.V. Kinematic trends in elite sprinters / R.V. Mann, J. Kotmel, J. Herman, D. Johnson, C. Schultz // Proceedings of the International Symposium of Biomechanics in Sports. In J. Teraudsw et al. (Ed.). - Del Mar, CA: Academic Publ., 1984. - P. 17-33.
11. Kugler, F. Body position determines propulsive forces in accelerated running / F. Kugler, L. Janshen // Journal of Biomechanics. - 2010. - № 43. - P. 343-348.
12. Miura, M. Experimental studies on biomechanics on long distance runners / M. Miura, K. Kobayashi, M. Miyashita, H. Matsui, H. Sodeyama // In review of our researches, 1970-1973, (edited by H. Matsui). - Nagoya, Japan : University of Nagoya, 1973. - P. 45-46.
13. Romanov, N.S. Geometry of running / N.S. Romanov, A. Pianzin // Book of Abstracts of the 11th Annual Congress of the European College of Sport Science. - Lausanne, 2006. - P. 582.
14. Romanov, N. Runners do not push off the ground but fall forwards via a gravitational torque / N. Romanov, G.J. Fletcher // Sports Biomechanics. - 2007. - № 6. - P. 433-450.
15. Weyand, P.G. Faster top running speeds are achieved with greater ground forces not rapid leg movements / P.G. Weyand, D.B. Sternlight, M.J. Bellizzi, S. Wright // J Appl. Physiol 89: 1991-1999, 2000.
16. Wieman, K. Relative activity of hip and knee extensors in sprinting - Implications for training / K. Wieman, G. Tidow // New Studies in Athletics. - 1995. - № 10(1). - P. 29-49.
Literature
1. Arakelyan, E.E. Vertical mechanical work in the aspect of assessment of technique of running / E.E. Arakelyan, Yu.N. Primakov, A.A. Umarov, V.V. Tyupa // Theory and Practice of Physical Culture. - 1998. - No. 2. -S. 46-47.
2. Gamaliy, V. About the run with maximal speed / V. Gamaliy // Science in the olympic sport. - 2006.
3. Mayskiy, A. Secrets of sprint running / A. Mayskiy // Track and Field Athletics. - 2007. - No. 4. - P. 7.
4. Romanov, N. Usine Bolt. Distinguishing features of running technique / N. Romanov // Track and Field Athletics. - 2009. - No. 8. - P. 26-27.
5. Tyupa, V. Biomechanics of repulsion / V. Tyupa and others // Track and Field Athletics. - 1981. - No. 9.
- P. 10-12.
6. Cavagna, G.A. The mechanics of sprint running / G.A. Cavagna, L. Komarek, S. Mazzoleni // J. Physiol.
- 1971. - № 217. - P. 709-721.
7. Hunter, J.P. Relations between ground reaction force impulse and kinematics of sprinting-running acceleration / J.P. Hunter, R.N. Marshall, P.J. McNair // Journal of Applied Biomechanics. - 2005. - № 21. - P. 31-43.
8. Mann, R.A. Biomechanics of walking, running, and sprinting / R.A. Mann, J. Hagy // The American Journal of Sports Medicine. - 1980. - Vol. 8. - № 5. - P. 345-350.
9. Mann, R.V. Kinetics of sprinting / R.V. Mann, R. Sprague // Track and Field Quarterly Review. - 1983. -№ 83(2). - P. 4-9.
10. Mann, R.V. Kinematic trends in elite sprinters / R.V. Mann, J. Kotmel, J. Herman, D. Johnson, C. Schultz // Proceedings of the International Symposium of Biomechanics in Sports. In J. Teraudsw et al. (Ed.). - Del Mar, CA: Academic Publ., 1984. - P. 17-33.
11. Kugler, F. Body position determines propulsive forces in accelerated running / F. Kugler, L. Janshen // Journal of Biomechanics. - 2010. - № 43. - P. 343-348.
12. Miura, M. Experimental studies on biomechanics on long distance runners / M. Miura, K. Kobayashi, M. Miyashita, H. Matsui, H. Sodeyama // In review of our researches, 1970-1973, (edited by H. Matsui). - Nagoya, Japan : University of Nagoya, 1973. - P. 45-46.
13. Romanov, N.S. Geometry of running / N.S. Romanov, A. Pianzin // Book of Abstracts of the 11th Annual Congress of the European College of Sport Science. - Lausanne, 2006. - P. 582.
14. Romanov, N. Runners do not push off the ground but fall forwards via a gravitational torque / N. Romanov, G.J. Fletcher // Sports Biomechanics. - 2007. - № 6. - P. 433-450.
15. Weyand, P.G. Faster top running speeds are achieved with greater ground forces not rapid leg movements / P.G. Weyand, D.B. Sternlight, M.J. Bellizzi, S. Wright // J Appl. Physiol 89: 1991-1999, 2000.
16. Wieman, K. Relative activity of hip and knee extensors in sprinting - Implications for training / K. Wieman, G. Tidow // New Studies in Athletics. - 1995. - № 10(1). - P. 29-49.
Статья поступила в редакцию 13.10.2010 г.
