При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Скорость сокращения и расслабления миокарда задней стенки левого желудочка на 15-й минуте восстановления несколько выше исходных величин, в то время как амплитуда движения передней створки митрального клапана и скорость циркуляторного укорочения волокон миокарда в этот период меньше, чем в покое, что также может свидетельствовать о не резко выраженном утомлении.

Таким образом, использование нового метода ультразвуковой эхокардиографии во врачебно-педагогической практике дает возможность более полно оценить функциональные и морфологические особенности сердца юных спортсменок. Использование же этого метода

в динамических наблюдениях позволяет углубить оценку воздействия постоянных тренировочных нагрузок на сердце спортсменок как при одноразовом их воздействии (оценить адаптацию сердца к данной нагрузке), так и в годичном или многолетнем тренировочных циклах.

В то же время динамические наблюдения с использованием этого метода могут дать возможность изучать процесс формирования «спортивного» сердца у отдельных спортсменов на разных этапах многолетнего тренировочного периода, что в свою очередь позволит вносить необходимые изменения в тренировочный процесс.

К ВОПРОСУ О ДИНАМИКЕ БЕГА

Конькобежец высокого класса должен в совершенстве владеть рациональной техникой движений, знать их динамику.

Динамика — это раздел механики, изучающий движение тел в зависимости от действующих на них сил. Динамика конькобежца во многом сходна с существующей динамикой автомобиля*. Движение конькобежца на любом участке дистанции происходит на трех основных режимах: 1) равномерном с максимальной скоростью; 2) ускоренном (разгон); 3) замедленном (свободное скольжение). Для получения высоких средних скоростей первые два режима должны выполняться конькобежцем с наивысшей интенсивностью.

Полученная при таких условиях средняя скорость движения будет считаться основным •фактором оценки динамических качеств конькобежца. Достижение высоких средних скоростей зависит от величины номинальной (условной) мощности конькобежца и его способности к быстрому ее повышению до предельно возможной. Это зависит, с одной стороны, от общего развития конькобежца, его физической активности, тренированности и природных способностей, а с другой — от величины преодолеваемых им внешних сопротивлений движению.

Длина дистанций соревнований по скоростному бегу на коньках может быть: 500, 1000, 1500, 3000, 5000 и 10 000 м. Время прохождения каждой дистанции конькобежцем зависит от развиваемой им номинальной мощности, величины внешних сопротивлений, а также от ат-

* Движение конькобежца можно в какой-то мере сравнить с движением автомобиля по ровной горизонтальной дороге. Это дает возможность использовать некоторые вопросы и формулы из динамики. Такое сравнение может показаться для конькобежца странным, но с инженерной точки зрения это вполне оправдано.

мосферных условий: температуры, давления, ветра — его скорости и направления.

Зная величину дистанции соревнований и время прохождения ее конькобежцем, можно определить среднюю номинальную скорость движения (в м/с) из следующего уравнения:

Vср. = l / t .          (1)

Полученная в данном случае номинальная средняя скорость является постоянной для всей дистанции. Следовательно, постоянным должно быть среднее номинальное толкающее усилие, под действием которого происходит движение конькобежца на дистанции. Зная среднюю величину толкающего усилия и величину средней скорости, можно определить среднюю номинальную мощность работы конькобежца в кг.м/с:

Nн = Pк Vср .

Показатель мощности, выраженный в кг.м/с, не характерен, лучше мощность, развиваемую конькобежцем, оценивать в лошадиных силах, определяя ее из следующего уравнения:

Nн = Pк Vср / 75.

Фактором ограничения мощности спортсмена является скорость, с которой кислород достигает работающих мышц. Известно, что каждый литр поглощаемого кислорода производит около 0,1 л. с. Таким образом, энергетические возможности спортсмена ограничены.

Зная номинальную мощность конькобежца и номинальную скорость его на дистанции, можно, пользуясь уравнением (2), определить

номинальную величину толкающего усилия Р_к. Условие возможности движения конькобежца состоит в том, что сумма всех сил сопротивления движению должна быть равна номинальной величине толкающего — тягового усилия Р_к, определяемого из так называемого уравнения тягового баланса конькобежца:

P_к = P + Pw +Pa                  (3)

где P — сила сопротивления трения скольжения коньков по льду; Рw — сила сопротивления воздуха; Рa — сила сопротивления инерции.

Сила сопротивления трения полоза конька.

Сила, противодействующая относительному движению двух соприкасающихся тел, называется силой трения. Первый закон трения — трение не зависит от номинальной площади касания между телами. Второй закон — сила трения пропорциональна нагрузке на скользящее тело.

Для понимания механики трения необходимо иметь отчетливое представление о площади физического контакта двух соприкасающихся тел и прежде всего о профиле поверхности твердого тела — рабочей поверхности полоза конька. Рабочая поверхность стального полоза конька после обычной точки и шлифовки всегда имеет микроскопические бугорки и впадины. Когда рабочая поверхность твердого тела соприкасается с мягкой поверхностью льда, площадь фактического контакта увеличивается, так как при скользящем движении полоза конька по льду сглаживаются неровности на его поверхности.

Если после обычной стандартной точки и шлифовки осуществить полировку рабочей части полоза, получим поверхность, обладающую отражательной способностью. Если такая поверхность дает зеркальное отображение, то высота неровностей (выступов) будет меньше половины длины волны видимой части светового спектра, т. е. около ¹/₅₀₀₀₀ см.

При скользящем движении конькобежца по льду под полозом его коньков происходит температурное размягчение или плавление льда. В результате между рабочей частью полоза конька и поверхностью льда возникает водяная пленка, выполняющая роль гидравлической смазки, что значительно изменяет фрикционные свойства скользящих поверхностей. Существуют два предположения: 1) образование водяной пленки вызывается силой давления полоза конька на лед; 2) образование водяной пленки является следствием фрикционного трения.

Из практики известно, что при минусовых температурах, близких к нулю, или при условии, когда температура окружающего воздуха выше температуры льда беговой дорожки, образование водяной пленки совершается непрерывно. Этому в данном случае способствует переход тепла из окружающей среды через конек

к рабочей части полоза — контакту его со льдом. Благодаря хорошему скольжению коньков по льду результаты забегов обычно получаются лучше, чем в других условиях.

При температурах ниже нуля коэффициент трения скольжения имеет величину, примерно равную 0,02 — 0,03*. При дальнейшем понижении температуры образование водяного слоя затрудняется и коэффициент трения скольжения значительно возрастает.

Сила сопротивления трения скольжения коньков по льду определяется из следующего уравнения:

P = Q / ,  (4)

где — коэффициент трения скольжения полоза конька по льду; Q — сила давления полоза конька на поверхность льда.

Из данного уравнения можно определить коэффициент и силу давления полоза конька на лед Q:

= P / Q ;  (5)        Q = P / .  (6)

В полуцикле движения на прямой во время свободного скольжения конькобежца на одном коньке полоз конька расположен вначале вертикально к плоскости льда. К концу полуцикла движения конек все больше наклоняется к поверхности льда. При движении на коньке, наклоненном на внутреннее или наружное ребро полоза, имеет место не только трение скольжения, но и трение вдавливания рабочей части ребра полоза в поверхность льда, что значительно повышает силу сопротивления трения скольжения коньков по льду.

О коэффициенте трения скольжения . Известно, что коэффициент трения скольжения коньков на хорошем льду равен всего 0,01 — 0,02. Однако коэффициент — трения скольжения полоза конька по льду — не остается постоянным, он изменяется в продолжение всей дистанции конькобежных соревнований в каждой разновидности скоростного бега на коньках: во время бега со старта при разгоне, на прямой, поворотах, финишной прямой, каждом скользящем шаге, в его фазах.

Для конькобежца важно знать, как изменяется значение коэффициента трения скольжения. Рассмотрим схему предположительного изменения коэффициента в фазах скользящего шага движения конькобежца на прямой. В фазе свободного скольжения на одном коньке коэффициент ₁, равен 0,015 (скольжение стали по льду). В первой половине второй фазы коэффициент ₂ изменяется от 0,015 до 0,017, среднее значение коэффициента равно 0,016. Во второй половине второй фазы коэф-

* Боуден Ф. П. и Тейлор Д. «Трение и смазка», Машгиз, 1960.

фициент ₃ изменяется от 0,017 до 0,021, среднее значение коэффициента равно 0,019. В третьей фазе полуцикла движения коэффициент ₄ изменяется от 0,021 до 0,04, среднее значение ₄ = 0,030. Следовательно, в скользящем шаге движения на прямой коэффициент можно считать (как среднюю величину) равным 0,02.

Сила Q — давление полоза конька на лед — также является переменной, зависящей от величины толкающего усилия, создаваемого конькобежцем при разгибании ноги во время толчка. Теоретическое определение среднего значения нагрузки на конек довольно сложно. При расчетах можно пользоваться условной величиной силы Q, которую можно принять равной весу конькобежца.

Сила сопротивления воздуха P_w. Полная сила сопротивления воздуха может быть определена из следующего уравнения:

P_w = kFV_н² ,            (7)

где — плотность воздуха; k — коэффициент сопротивления воздуха — коэффициент обтекаемости, зависящий от формы тела и качества ее поверхности; F — лобовая площадь конькобежца, (площадь проекции на плоскость, перпендикулярную направлению движения); Vн — номинальная скорость конькобежца.

Сила сопротивления инерции Р_а . Данная сила имеет место только при ускоренном движении конькобежца. Сила сопротивления инерции равна произведению массы конькобежца на ее ускорение:

Р_а = ma,                                                        (8)

где т — масса конькобежца; а — ускорение.
                      G
Так как т = —— , где G — вес конькобежца;
                       g
g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²,
                                                       V_к  – V₀
то ускорение конькобежца а = ———— ,
                                                             t
где V_к — конечная скорость разгона; V₀ — начальная скорость разгона; t — время разгона, с

О тяговом балансе конькобежца Р_к = Р + Р_w= Р_a .

Силы Р. и P_w всегда положительны, сила Р_а положительна только при замедленном движении и отрицательна при разгоне. При установившейся (равномерной) скорости движения сила Р_а сопротивления инерции равна нулю, тогда уравнение тягового баланса примет вид:

Р_к = P + P_w.

Подставляя в данное уравнение для Р и P_w их значения из выражений (4) и (7), получим развернутый вид уравнения тягового баланса конькобежца для установившейся ско-

рости движения:

P_к = Q +kFV_н² .                      (10)

Пример. Исследуем работу конькобежца на дистанции 500 м, которую он проходит за 37 с. Забег происходит на катке, расположенном на высоте 1700 м над уровнем моря, температура воздуха +5^°С, полное отсутствие ветра. Номинальная мощность конькобежца равна 0,5 л. с, что соответствует уровню мастера спорта международного класса, среднее МПК которого составляет 5 л/мин.

Из уравнения (1) определим номинальную среднюю скорость движения на дистанции 500 м

    l        500              
V_н = —— = —— = 13,51 м/с.
t        37          

Из уравнения (2) определим номинальную величину толкающего (тягового) усилия Р_к, развиваемого конькобежцем на дистанции непрерывно:

    75N_н        75 • 0,5                 
P_к = ——— = ———— = 2,775 кгс.
V_н             13,51             

где N_н — мощность, равная 0,5 л. с.

Для исследуемого примера из уравнения (7) определим силу сопротивления воздуха:

P_w = kFV_н² = 0,106 • 0,14 • 0,4 • 13,51² =
= 1,080 кгс,

где — плотность воздуха, для данных условий принята равной 0,106 (плотность воздуха может быть определена из следующего выражения:  = 0,0473 B/T, где В - атмосферное давление; Т — температура воздуха). Коэффициент обтекаемости k принят равным 0,14; F — лобовая площадь, равная 0,4 м²; скорость V_н равна 13,51 м/с.

Зная численное значение сил Р_к и P_w, из уравнения (9) можно определить Р — силу сопротивления трения скольжения коньков по льду:

Р = Р_к – P_w = 2,775 – 1,080 = 1,695 кгс.

Из данного уравнения тягового баланса конькобежца видно, что номинальная величина P_ц. — силы сопротивления трения скольжения коньков по льду значительно больше P_w — силы сопротивления воздуха.

Величина силы Р зависит от коэффициента и силы давления Q. Определим из уравнения (5) среднюю величину коэффициента трения скольжения коньков по льду:

    Р          1,695                
= ——— = ———— = 0,0226,
Q                75              

где Q — сила давления полоза конька на лед, принята условно равной весу конькобежца 75 кг. В то же время коэффициент . зависит от следующих условий: положения полоза конька — вертикальное или наклонное, от характера скользящего движения — прямолинейное или криволинейное, а также от качества льда, качества стали, из которой изготовлен полоз конька, механической обработки (точки и шлифовки) рабочей его части и атмосферных условий.

Сила Q — давление полоза конька на лед — в основном зависит от рациональной работы конькобежца во второй и третьей фазах скользящего шага движения. Примером нерациональной работы может служить «Исследование 25 сильнейших конькобежцев страны*. Согласно данным исследования, конькобежцы создавали очень сильный толчок только во второй фазе скользящего шага. В результате скорость к концу фазы повышалась с 11,00 до 13,03 м/с, а суммарное усилие толчка достигало к концу второй фазы 60 кгс. Оптимальная скорость к концу второй фазы должна быть равной 12,20 м/с, т. е. равной скорости в начале первой фазы. В данном случае суммарное усилие, требуемое для разгона скорости с 11,00 до 12,20 м/с, составляет только 36 кгс. При этом скорость в третьей фазе должна поддерживаться неизменной до конца фазы.

Следовательно, при рациональной работе конькобежца, во второй и третьей фазах полуцикла движения, можно получить ту же среднюю скорость равномерного движения, но с меньшей затратой мощности.

С уменьшением значения коэффициента и силы Q уменьшается и сила сопротивления трения скольжения Р. Предположим, что за счет некоторых мероприятий удалось значение коэффициента ц снизить с 0,0226 до 0,0222, что привело к снижению и силы Р .

Р = Q = 0,0222 • 75 = 1,665 кгс.

Конькобежец, сохраняя номинальную величину развиваемого им усилия Р_к равной 2,775 кг, может за счет уменьшения силы Р увеличить силу P_w, затрачиваемую на преодоление сопротивления воздуха,

P_w = P_к – Р = 2,775 – 1,665 = 1,110 кгс.

При таком условии номинальная скорость движения может быть определена из выражения (7):

*Докторевич А. M. Конькобежный спорт. 1976, вып II.

Puc. 1

где — равно 0,106; к — равен 0,14; F — равна 0,4 м².

С увеличением номинальной скорости с 13,51 до 13,68 м/с уменьшается время прохождения 500 м конькобежцем с 37,00 до 36,55 с.

Номинальную скорость, развиваемую конькобежцем на дистанции, можно определить также из графика тягового баланса, представленного на рисунке, где пораболическая кривая 1 характеризует изменение толкающего усилия, развиваемого конькобежцем в зависимости от скорости; прямая 2, параллельная оси абсцисс, — силу трения скольжения коньков по льду, кривая 3 — суммарную величину усилий Р + P_w . Данная кривая отлого поднимается вверх, пересекая пораболическую кривую 1 в точке а. В этой точке толкающее усилие, расходуемое на создание поступательного ускорения, становится равной нулю, что характеризует переход от ускоренного движения конькобежца к равномерному. Следовательно, точка а определяет максимальную скорость, развиваемую конькобежцем в заданных условиях.

Для конькобежца большой практический интерес представляет скорость для различных условий движения, ограниченная его номинальной мощностью. Тяговый баланс дает конькобежцу возможность узнать точно, на какие виды сопротивлений расходуется толкающее усилие, создаваемое за счет работы биомеханиче-

ских систем правой и левой ноги. Номинальная мощность конькобежца, равная 0,5 л. с, при рациональном ее использовании достаточна, чтобы иметь рекордные результаты на соревнованиях. В этом вопросе ему поможет теория — динамика конькобежца.

В результате теоретического анализа динамических качеств конькобежца выявлена возможность повышения номинальной скорости за счет некоторого уменьшения коэффициента трения скольжения и снижения силы давления полоза конька Q на лед. Первое возможно за счет полировки полоза конька, за счет мягкой постановки конька на лед, бесшумного скольжения, так как малейшее срезание льда полозом ведет к нерациональному расходованию мощности конькобежца. Второе возможно за

счет рациональной работы конькобежца в фазах скользящего шага.

Для получения необходимых данных при решении уравнений тягового баланса конькобежцу необходимо уточнить некоторые параметры:

1)   коэффициент , точное значение которого можно получить только путем экспериментальных исследований и испытаний на конькобежцах для различных условий движения;

2)   силу давления полоза конька Q на лед, полученную также путем эксперимента;

3)   коэффициент обтекаемости к. Точное значение данного коэффициента может быть определено только с помощью аэродинамической трубы (для низкой, средней и высокой посадки, при различном положении рук).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНИКИ СКОРОСТНОГО БЕГА НА КОНЬКАХ

Совокупность двигательных действий, осуществляемых с целью достижения определенной скорости бега, называется техникой скоростного бега на коньках, а педагогический процесс, направленный на овладение техникой и постоянное ее совершенствование, — технической подготовкой. Основная цель процесса совершенствования технического мастерства конькобежцев — это выработка наиболее эффективных для каждого конкретного случая способов локомоции. При этом техническая подготовка осуществляется в единстве с физической, которая предусматривает развитие силы, быстроты, выносливости, гибкости и ловкости. Принцип тесной взаимосвязи всех сторон подготовки конькобежцев в значительной степени определяет необходимость постоянного совершенствования структуры двигательных действий в соответствии с повышающимся уровнем физических качеств.

Конькобежец с точки зрения физики является материальным телом, и движение, наблюдаемое нами при беге, есть механическое движение, под которым понимают изменение взаимного положения материальных тел и отдельных их точек относительно друг друга. Поэтому механизм движений конькобежца в основном подчиняется законам механики в их специфическом преломлении для биологических систем. Тренер и спортсмен должны знать и общие законы механики, и тот внутренний механизм, посредством которого осуществляется реализация этих общих законов в каждый конкретный момент движений конькобежца. Но прежде чем приступить к анализу техники скоростного бега на коньках, необходимо рассмотреть и сис-

тематизировать различные законы физики, данные анатомии и физиологии человека. Это позволит глубже понять основные закономерности и целесообразность той или иной структуры движений, а также создаст подлинно научную основу совершенствования технического мастерства конькобежцев.

I. Динамическая анатомия (кинезиология) конькобежца. Благодаря сокращению мышц возникает сила, которая приводит в действие систему рычагов, созданных костями конькобежца. В беге на коньках основная нагрузка приходится на ноги. Туловище и голова практически не участвуют непосредственно в осуществлении движения и создании движущих сил. Однако от их исходного положения и взаимодействия с ногами и руками в существенной мере может зависеть общая эффективность двигательных действии. Таким образом, при анализе и описании техники скоростного бега на коньках для каждого момента движении обязательно необходимо указывать и рассматривать положение всех основных частей тела.

Части тела конькобежца, имеющие подвижные соединения, называются звеньями. Все звенья соединяются между собой с помощью суставов. Подвижное соединение двух звеньев составляет кинематическую пару, а последовательно или разветвленное соединение нескольких кинематических пар составляет кинематическую цепь. Кинематические цепи могут быть незамкнутыми (в каждом соединении возможны изолированные движения), замкнутыми и замкнувшимися (движение одних звеньев вызывает движение других). При анализе техники бега необходимо указывать положение