О БЕГЕ С МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТЬЮ

О БЕГЕ С МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТЬЮ
Владимир Гамалий
Национальный университет физического воспитания и спорта Украины
Аннотация. Проведено обобщение результатов исследования техники бега с максимальной скоростью и
рассмотрена тенденции ее развития на современном этапе. Предложено теоретическую модель техники бега с
максимальной скоростью, которая базируется на нетрадиционном видении основных механизмов реализации
опорных взаимодействий и смещению акцентов двигательных установок в процессе выполнения
соревновательного упражнения.
Ключевые слова: техника бега, опорные взаимодействия, моделирование.
Анотація. Гамалий В. Про біг з максимальною швидкістю. Проведено узагальненя результатів дослідження
техніки бігу з максимальною швидкістю та розглянуто тенденції її розвитку на сучасному етапі. Запропоновано
теоретичну модель техніки бігу з максимальною швидкістю, яка базується на нетрадиційному баченні основних
механізмів реалізації опорних взаємодій та зміщенню акцентів рухових установок в процесі виконання змагальної
вправи.
Ключові слова: техніка бігу, опорні взаємодії, моделювання.
Annotation. Gamaliy V. About run with the maximal speed. The generalization of research results on running technics
with the maximal speed is carried out and the tendencies of its development at the present stage are considered. It is offered
the theoretical model of running technics with the maximal speed which is based on nonconventional vision of the basic
mechanisms of ground responses realization and displacement of motor orientations accents during performance of
competitive exercise.
Keywords: running technics, ground responses, modeling.
Введение.
Техника спринтерского бега является предметом исследований и дискуссий специалистов на протяжении
многих лет. Первые экспериментально полученные и научно обоснованные данные о технике бега спортсменов
высокой квалификации мы встречаем в работах А.Н. Бернштейна – «Исследования биомеханики ходьбы и бега»
(1927), «Некоторые данные по биодинамике бега выдающихся мастеров» (1937) [1] и Семенова Д.А. (1939) [14].
Основные вопросы, на которых исследователи акцентируют свое внимание – это фазовый состав бегового шага,
роль фаз в целостном двигательном акте [5], характер опорных реакций при взаимодействии с опорой [3],
отталкивание как основной механизм сообщения поступательной скорости телу бегуна [9, 12], способы
оптимизации техники бега и повышения его результативности (скорости) [6] и другие. Собственно эти же вопросы
волнуют исследователей и сегодня, а сама проблема повышения максимальной скорости бега не исчерпает себя
никогда.
Работа выполнена по плану НИР Национального университета физического воспитания и спорта Украины.
Формулирование целей работы.
Таким образом, определив проблемное поле в исследованиях техники спринтерского бега, несложно
заметить, что перечисленные вопросы, фрагментарно выделяя отдельные компоненты системы и подчеркивая их
значимость в достижении конечного результата, тесно взаимосвязаны между собой. Более того – в комплексе они
формируют одну общую проблему – поиск рациональной, биомеханически целесообразной техники двигательных
действий спортсмена, которая позволила бы любому атлету независимо от его индивидуальных особенностей в
полной мере реализовать свои двигательные возможности. Дальнейшее продвижение на пути рационализации
техники спринтерского бега мы видим в интеграции накопленных эмпирических и научных данных по технике
бега, анализе тенденций его развития на современном этапе, применении методов моделирования и др.
Методы исследования: изучение специальной и методической литературы, наблюдения за
соревновательной деятельностью спортсменов высокой квалификации, метод обобщения данных, теоретическое
моделирование.
Результаты исследования и их обсуждения.
Максимальная скорость бега на дистанции обусловлена эффективностью взаимодействий тела бегуна с
окружающей средой, в которой происходит действие. В первую очередь необходимо отметить опорные
взаимодействия во время контакта с опорой в каждом беговом шаге. В результате этих взаимодействий изменяется
скорость ОЦМ тела, поэтому многие научные исследования посвящены изучению и анализу опорных
взаимодействий при беге с максимальной скоростью [2, 3, 9].
Горизонтальная (продольная) составляющая опорной реакции изменяет поступательное движение тела в
направлении бега, а величина и характер ее определяют конечный результат, т.е. скорость бегуна [10].
При взаимодействии спринтера с опорой горизонтальная продольная составляющая опорной реакции
имеет четко выраженные экстремумы nβ, β1, nβ1, γ (рис. 1, а). Первый экстремум nβ характеризует величину
максимума тормозящей силы в фазе переднего шага, а второй γ – максимальную величину силы при отталкивании.
Мерой влияния на движение тормозящей и движущей составляющих силы Fη будут импульсы этих составляющих
(интеграл произведения силы на время), а точнее - разность этих импульсов. Результирующий импульс силы от
действия горизонтальной составляющей при беге с установившейся максимальной скоростью практически близок
к нулевому значению, поскольку площадь импульса торможения приблизительно равна площади импульса
отталкивания. Это вполне естественно для бега с установившейся скоростью, так как в противном случае скорость
2
бегуна стала бы изменяться. Благодаря избытку импульса силы отталкивания относительно импульса силы
торможения создается импульс силы, направленный на преодоление сопротивления воздушной среды. По данным
[2] величина избытка средней силы отталкивания относительно средней силы торможения составляет 60 Н при
скорости бегуна 10 - 10,5 м/с. Эти оба показателя имеют положительную взаимосвязь, то есть при увеличении
скорости бега возрастает и сила, противодействующая сопротивлению среды. Рекомендации по
совершенствованию опорных взаимодействий спринтера, как правило, сводятся к тому, что необходимо
стремиться к уменьшению импульса тормозящей силы в начале опоры и увеличению импульса силы при
отталкивании [2, 10].
Рис. 1. Вертикальная и горизонтальная составляющие реакции опоры (а) и проекция векторов сил реакции опоры
на сагитальную плоскость (б) при беге с максимальной скоростью ( Тюпа и др., 1978)
Сопутствующая горизонтальная составляющая реакции опоры, бесспорно, имеет значение для механики
бега с установившейся скоростью, действие ее компенсирует торможение тела, которое возникает в первой
половине опорной фазы, а также преодолевает сопротивление воздушной среды. Однако неверно полагать, что
только сопутствующая горизонтальная составляющая реакции опоры перемещает тело вперед. При
установившейся скорости бега движение тела по горизонтали осуществляется в основном за счет его инерции.
Действия спортсмена на этом отрезке дистанции сводятся практически к преодолению тормозящих воздействий со
стороны опоры и воздушной среды. Если бы удалось каким-то образом значительно уменьшить импульс
тормозящей горизонтальной составляющей реакции опоры, то для поддержания постоянной скорости бегуну
потребовались бы совсем незначительные горизонтальные усилия, обеспечивающие поступательное движение его
тела.
Зарегистрированные значения вертикальной и горизонтальной составляющих позволили построить
годограф вектора результирующей реакции опоры и определить ее величину и направление во времени (рис.1, б), а
также соответственно определить величину и направление силы давления бегуна на опору. У каждого бегуна при
3
беге с установившейся скоростью направление вектора силы толчка за время опорной фазы изменяется, причем
максимальные силы действуют под углом к дорожке, близким к 90о [10].
По полученным зависимостям вертикальной и горизонтальной составляющих было определено, что
результирующий вектор импульса реакции опоры направлен, как правило, под углом 88° ± 2° к дорожке [3].
Из этого следует, что результирующий эффект толчка в беге с устоявшейся максимальной скоростью
практически направлен вверх и противодействует силам гравитации, которые стремятся изменить траекторию
общего центра массы тела по направлению к опоре. Бегун вынужден в каждом отталкивании подбрасывать тело на
некоторую высоту (по разным данным это порядка 3 – 7 см), чтобы к началу следующего толчка ОЦМТ оказался
на прежнем уровне. На первый взгляд - задача несложная, однако именно она становится непреодолимой в беге с
максимальной скоростью. С увеличением скорости бега сокращается время опоры, которое становится настолько
малым, что бегун уже не успевает достаточно сильно оттолкнуться. Чем выше скорость, тем меньше вертикальные
колебания и угол вылета ОЦМТ. При скоростях бега 8 и 10 м/с угол вылета ОЦМТ равен соответственно 5° и 3°, а
при 12 м/с, развиваемых такими спринтерами, как Б. Джонсон и К. Льюис, угол вылета ОЦМТ должен составляет
меньше 2° (экспериментально не подтверждено) [11]. Именно поэтому с увеличением скорости бега после старта у
каждого спринтера наступает момент, когда он оказывается неспособным подбрасывать тело на прежнюю высоту
в каждом шаге, что является основной механической причиной, ограничивающей его максимальную скорость бега.
Потому можно сделать еще один вывод – основная часть усилий, развиваемых спортсменом при беге с
устоявшейся максимальной скорость, направлена на оптимизацию вертикальных перемещений тела и требует
значительной мощности.
Еще один вопрос, который связан с опорными взаимодействиями, - должна ли быть максимальной
мощность одноактного отталкивания в спринтерском беге с установившейся максимальной скоростью? Сообразно
здравому смыслу напрашивается ответ – конечно, да. Но результаты опытов, в которых участвовали 107
спринтеров [12], показали, что мощность отталкивания как в абсолютном выражении, так и в относительном на 1
кг массы спринтера имела крайне низкую корреляцию со скоростью бега. Дальнейший анализ зарегистрированных
характеристик техники бега позволил констатировать, что гораздо важнее при возможном уровне развиваемой
мощности отталкиваться чаще. Произведение средней мощности одиночного отталкивания на частоту шагов
имело высокую корреляцию со скоростью бега (r = 0,68) и было подтверждено несколькими исследователями [2,
12]. Это должно было бы составить стратегическое направление в поиске рационализации техники бега с
максимальной скоростью за счет увеличения частоты шагов. Но этого не случилось
Рассмотренные выше особенности опорных взаимодействий при беге с максимальной скоростью,
представленные исследователями в разное время, приобретают особую значимость сегодня на фоне современных
тенденций в технике бега на короткие дистанции. Дело в том, что на сегодняшний день для многих специалистов
понимание техники бегового шага и выбор специальных упражнений часто подчинены несколько устаревшим
взглядам, ориентированным на то, что называется отталкиванием в беговом шаге. В таком варианте и
соревновательный процесс, и тренировка подчинены реализации движений, связанных с идеей разгибания опорной
ноги за счет отталкивания вдогонку движущемуся вперед телу.
Просмотр и анализ видеозаписей бега выдающихся спринтеров современности дают основание для
переоценки задач, которые решаются в различных фазах бегового шага, что в корне меняет смысловую основу не
только опорных взаимодействий, но и всей структурной организации техники спринтерского бега.
Тело спортсмена с позиции механики представляет рычажное самодвижущееся устройство массой m,
обладающее автономными источниками движения – мышечными тягами, возможности которых строго
лимитированы. Поэтому механизм поступательного движения такой системы с максимальной скоростью должен:
первое - иметь достаточно высокий коэффициент передачи энергии от движителей к рабочим звеньям, второе обеспечивать оптимизацию условий взаимодействия с внешней средой. Решение первого тезиса – это
биомеханическое обоснование наиболее адекватных решаемым задачам условий взаимодействия отдельных
биозвеньев тела человека в целостном двигательном акте (создание техники двигательного действия), второго минимизация внешних тормозящих воздействий.
Тормозящими воздействиями являются сопротивление воздушной среды, которое увеличивается с
возрастанием скорости, и горизонтальная составляющая реакции опоры в фазе передней опоры. Сопротивление
воздушной среды присутствует всегда и мы можем обсуждать только способы частичного и незначительного его
снижения (например: использование специальных синтетических облегающих костюмов, снижающих
коэффициент трения с воздушным потоком) и не более [7]. А вот принципиальное изменение содержательного
компонента механизма взаимодействия спортсмена с опорой, на наш взгляд, может в значительной мере повлиять
на характер и эффективность этого взаимодействия.
Устранение тормозящих воздействий при беге с максимальной скоростью в момент постановки ноги на
опору возможно в том случае, если вектор абсолютной горизонтальной составляющей скорости ЦМ стопы
маховой ноги перед контактом ее с опорой будет противоположно направлен вектору горизонтальной скорости
ОЦМТ. Стопа должна делать захват опоры под движущееся тело бегуна со скоростью по абсолютной величине как
минимум равной, а то и большей нежели скорость ОЦМТ. При координатном способе отсчета расстояния, который
обычно используется при обработке видеограмм, мы должны получить нулевое или отрицательное значение
скорости ЦМ стопы маховой ноги, что в свою очередь будет критерием достаточности скорости этого биозвена для
реализации пускового механизма подтягивания в момент начала опоры. В таком случае в момент контакта стопы с
опорой вектор реакции опоры будет однонаправлен с вектором скорости ОЦМТ, что и предотвратит ее снижение
4
именно в момент контакта. Увеличение скорости ОЦМТ в фазе передней опоры или хотя бы удержание ее на
прежнем уровне обусловлено интенсивностью разгибания бедра опорной ноги. Действие мышц-разгибателей
бедра является той внешней силой, которая ускоряет движение ОЦМТ и после прохождения положения вертикали,
а сокращение икроножной и камбаловидной мышц во второй половине опоры обеспечит создание вертикальной
составляющей скорости вылета ОЦМТ [13].
Одной из тенденций в технике современного спринта является увеличение частоты шагов за счет
акцентированного сведения ног. Толчковая нога после окончания опорной фазы без замедления сразу же начинает
подтягиваться вперед коленом к маховой, что вызывает компенсаторное ускоренное загребающее движение
маховой ноги к опоре и постановку ее почти под проекцию ОЦМ тела. Акцент в действиях спортсмена после
окончания отталкивания должен быть направлен не столько на ускоренный вынос колена маховой ноги впередвверх, сколько на увеличение скорости ее возвратного движения.
Важно понять сущность механизма выше описанных взаимодействий и создать в своем сознании образ
ощущений в начальный момент касания стопой опоры и на всем протяжении фазы передней опоры, когда за счет
сокращения мышц разгибателей бедра нижняя часть туловища (таз) ускоряется вперед. И второе – движение
нижних конечностей при беге с максимальной скоростью должно создавать иллюзию вращающегося колеса и
постоянного контакта с опорой.
Выводы.
Таким образом, в «силовом» варианте техники бега (назовем его так) с максимальной скоростью основная
установка делается на мощное отталкивание и ускоренный вынос маховой ноги вперед (разведение бедер), а в
моделируемом (назовем его «темповой») приоритетными действиями являются загребающая постановка на опору
маховой ноги (в соответствии с требованиями, описанными выше) и быстрота сведения бедер в полетной фазе.
Необходимо учитывать, что предлагаемая модель «темповой» техники бега с максимальной скоростью в
корне меняет не только динамическую структуру соревновательного упражнения, но и существующие
представления о природе беговой локомоции. Практическое воплощение предлагаемых идей требует коррекции
методики обучения и ревизии арсенала специальных средств технической подготовки спринтера.
Дальнейшие исследования предполагается провести в направлении изучения других проблем техники
бега с максимальной скоростью.
Литература
1. Бернштейн А. Н. Некоторые данные по биодинамике бега выдающихся мастеров // Теория и практика физ.
культуры. – 1937. - № 3. – С. 250 – 261.
2. Биомеханика спринтерского бега /Учебное пособие для студентов институтов физической культуры / Тюпа
В.В., Зациорский В.М., Алешинский С.Ю. и др. – М., 1981. – 77 с.
3. Борилкевич В., Филиппов В. Об отталкивании в беге // Легкая атлетика. – 1968. - № 8. – С. 14 –15.
4. Гамалий В.В. Моделирование техники двигательных действий в спорте (на примере ходьбы) // Наука в
олимпийском спорте. – 2005. - № 2. – С.108 – 116.
5. Гойхман П. О роли фаз движений // Легкая атлетика. – 2003. - № 11 – 12. - С. 34 – 36.
6. Ионов Д. Мужской спринт: проблемы и перспективы // Легкая атлетика. – 1981. - № 6. – С. 14 – 15.
7. Лапутин А. Н., Кашуба В.А. Биомеханические эргогенные средства в спорте // Допинг и эргогенные средства
в спорте; Под ред. В.Н. Платонова. – К.: Олимпийская литература, 2003. – С.434 –525.
8. Лапутин А. Н. Современные проблемы совершенствования технического мастерства спортсменов в
олимпийском и профессиональном спорте // Наука в олимпийском спорте. – 2001. - № 2. – С.38 – 46.
9. Нотман А. Механизм отталкивания // Легкая атлетика. – 1974. - № 2. – С.22 - 23.
10. Тюпа В.В., Райцин Л.М., Каймин М.А. Особенности динамических характеристик периода опоры в
спринтерском беге // Теория и практика физ. культуры. – 1978. - № 5. – С. 12 – 16.
11. Тюпа В.В., Джалилов А., Шувалов Г. Спринтерский бег // Легкая атлетика. – 1988. - № 9. – С. 16 –17.
12. Тюпа В. В., Чистяков В., Алешинский С. и др. Биомеханика отталкивания // Легкая атлетика. – 1981. - № 9. –
С. 10 –12.
13. Селуянов В. Биомеханизмы циклических локомоций (спринтерский бег, велосипедный спорт, конькобежный
спорт) // Наука в олимпийском спорте. – 2005. - № 2. – С. 169 – 181.
14. Семенов Д. А. Локомоторные движения // Биомеханика физических упражнений. – Москва – Ленинград:
Физкультура и спорт, 1939. – С. 155 –226.
Поступила в редакцию 21.04.2006г.