О спринтерском беге откровенно. Спринт перевод с греческого языка скорость

Момент инерции махового движения ног:

Угол альфа – это угол между бедром и голенью маховой ноги. Суммарный момент инерции обеих ног бегуна равен постоянной величине, при идеальной техники бега. Все выше приведённые функции влияют на частоту беговых шагов.

Функции влияющие на длину беговых шагов. Функция №1. Длина полётной фазы функция:

4. l = 4H ctgα

5. A1(t1)2 – V1t1 + B = 0

5.1. A2(t2)2 + V2t2 – C = 0

Ускорения в опорной фазе бегового шага (5., 5.1)

Кинетическая энергия вылета ОЦМТ после отталкивания.

Теперь о критериях развития БШ по мере нарастания скорости бега:

А. На первых 2-5 БШ растёт полётное время в беговом шаге.

Б. После второго или пятого беговых шагов время в полётной фазе бегового шага стабилизируется и остаётся постоянным до набора скорости бега 80% - 95% от максимального значения. Это зависит от антропометрических данных бегуна.

В. От скорости бега выше 0,8 - 0,95 от максимального значения стабильным остаётся длина бегового шага, а временные параметры опорной и без опорной фазах бегового шага начинают сокращаться.

В учебнике «Лёгкая атлетика» издательства Москва «ФиС» 1989 года под общей редакцией: Н.Г. Озолина, В. И. Воронина, Ю.Н. Примакова на странице 214, 215 изложено цитирую: «Увеличение скорости бега до 7-8 м/с происходит преимущественно за счёт увеличения длины шагов, а также за счёт роста темпа шагов свыше 8 – 9 м/с (В. Тюпа, 1978). Увеличение темпа шагов при скоростях до 9 м/с происходит за счёт сокращения времени опоры при увеличении времени полёта, а свыше 9 м/с - за счёт сокращения обеих периодов». Надо заметить, что В. Тюпа исследовал практический материал – самих бегунов на короткие дистанции, а они все практически имеют технические огрехи или так называемые индивидуальные особенности. Нас интересует эталон соответствующий физическим законам. Увеличение времени полета увеличивает вертикальные колебание ОЦМТ и скорее всего противоречит функции №6 регулирующей формирование бегового шага. В некоторых книгах о спринте находил утверждения, что при скорости бега с свыше 11 м/с, начинает сокращаться беговой шаг. По нашему мнению это совсем не допустимо , бегун просто захлёбывается скоростью что ведёт к нарушению всех технических норм в угоду повышения частоты беговых шагов. Увеличение темпа шагов без сокращения их длины - это последний технически оправданный резерв увеличения скорости бега. При прохождении дистанции, когда пройден пик максимальной скорости, начинает падать частота беговых шагов и наступает компенсационная фаза развития скорости бега. При уменьшении темпа беговых шагов, начинает увеличиваться длина беговых шагов, которая компенсирует потери в частоте беговых шагов без нарушения константы функции №6. Далее потери в темпе шагов не компенсирует их увеличение по длине, это происходит, до финиша. Всё это подходит только для дистанции 100 метров. По этим причинам каждая дистанция имеет неповторимую структуру наращивания, поддержания и падение скорости бега.

Техника бега

В технике бега нас интересует, прежде всего, последовательность влияния скоростей движения звеньев ног и рук, на формирование ускорений в опорной и без опорной фазах бегового шага. В рамках нашей задачи необходимо определить какие элементы способствуют формированию вертикальной скорости ОЦМТ в полётной фазе бегового шага.

Разберём на примере прыжка в верх с места.

Vт - максимальная линейная скорость туловища по окружности с осью вращения проходящей через тазобедренный сустав.

Vб - максимальная линейная скорость бедра по окружности с осью вращения проходящей через коленный сустав.

Vг - максимальная линейная скорость голени по окружности с осью вращения проходящей через голеностопный сустав.

Vс - максимальная линейная скорость стопы по окружности с осью вращения проходящей через голеностопный сустав.

Rт, Rб, Rг, Rс - радиусы окружностей расположенных с центрами вращений в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах.

Все выше перечисленные линейные скорости вращения, нас мало интересуют в численном выражении. Нас интересует линейная скорость как вектор направленный по касательной к окружности.

Углы ускорений и их положительных проекций на ось ау во время вертикального прыжка основных звеньев тела прыгуна. (см. приложение к стр. 14 рисунки с 1-ого по 4-ый)

По законам механики угловая скорость связана с линейной через радиус. Линейная скорость в своём изменения направления имеет две составляющие. По оси «икс» и по оси «игрек», нас интересует составляющая скорости по оси «игрек». По вертикальной оси линейная скорость во вращательном движении меняет своё направление от положительного, до отрицательного каждую половину окружности. Во время прыжка вверх с места все перечисленные звенья тела, принимающие участия в отталкивании имеют положительное направление линейной скорости по вертикальной оси.

При завершении отталкивания все линейные скорости основных звеньев участвующих в разгоне тела, имеют нулевую проекцию на ось игрек. Из этого всего следует звено механической системы, при разгоне всей конструкции по одной из осей координат имеет только положительное приращение проекции радиуса связанного с линейной скоростью. Если вектор линейной скорости меняет своё направление по одной из осей координат с положительного на отрицательное направление, то основной разгон системы идёт не по этой оси. С этой позиции рассмотрим все маховые и разгоняющие движения бегуна во всех фазах бегового шага.

Начнём описание маховых движений в момент отрыва опорной ноги от опоры после окончания отталкивания. В этот момент времени ОЦМТ бегуна имеет одинаковую скорость со стопой бывшей опорной ноги. После отрыва от опоры крайняя точка стопы бегуна некоторое время продолжает своё вращательное движение вокруг оси проходящей через тазобедренный сустав. Но эластичные связующие очень быстро тормозят это вращение бедра бывшей опорной ноги и всё количество вращательного движения бедра переходит в очень высокое угловое ускорение голени вокруг оси проходящей через коленный сустав, по некоторым оценкам до 180 м/с2, это можно рассчитать. Это ускорение голени позволяет бегуну быстро сложить, теперь основную маховую ногу, в коленном суставе. После окончания сложения вращательный момент инерции полностью иссекает. Начинается новый период разгона маховой конечности. Данный разгон осуществляют сгибатели бедра. После сложения ноги в коленном суставе, маховая нога максимально быстро коротким импульсом силы выводится вперёд вверх. Сам импульс силы заканчивается набором максимально возможной угловой скорости бедром маховой ноги. При выводе бедра начинает набирать угловую скорость голень и стопа маховой ноги. На голень и стопу маховой ноги воздействуют две силы сила инерции ускорения бедра и сила тяжести, приложенная к общему центру масс стопы и голени. При таком двойном воздействии голень и стопа маховой ноги начинают очень быстро наращивать угловую скорость вращения вокруг оси проходящей через коленный сустав. Набранная таким образом скорость вращения способствует оптимальному подъёму бедра до угла с линией горизонта не менее 24 градусов. При этом вращательный момент инерции голени и стопы маховой ноги необходимо использовать в постановке ноги на опору. При достижении крайней верхней точки, бедро маховой ноги начинает двигаться вниз, а голень и стопа продолжают своё вращение в прежнем направлении. Происходит выпрямление ноги в коленном суставе и чем больше будет угол выпрямленной ноги с вертикалью, тем выше будет обратная скорость. Всё это способствует минимальным потерям скорости ОЦМТ бегуна в опорный период бегового шага, что ведёт к увеличению частоты беговых шагов согласно формуле (1.0).

Опорный период бегового шага.

При постановки ноги на опору, маховая нога вначале распрямляется в коленном суставе, а затем разгоняется в обратную сторону направления движения ОЦМТ под воздействием двух сил. Первая сила - разгибатели бедра и спины в тазобедренном суставе. Вторая - сила тяжести, приложенная общему центру масс бедра, голени и стопы или каждой в отдельности. Все выше перечисленные силы и разгоняют в обратную сторону от направления движения бегуна по дистанции и обеспечивают минимальную посадочную скорость маховой ноги на опору. В момент времени постановки ноги на опору наступает опорная фаза бегового шага. Опорную фазу мы разделим на два периода. Первый период ОЦМТ не достиг оси сагиттального сустава и второй период ОЦМТ находится впереди. В первом периоде опорной фазы бегового шага нога находящаяся на опоре зафиксирована. Все скорости стопы относительно опоры равны нулю начинается разгон тела бегуна и продолжается практически до отрыва от опоры. Само тело превращается в маятник с упругими связями соединённый с опорой посредством ноги. Окончательный разгон довершается быстрым коротким по времени сгибом стопы.

Теперь остановимся на векторе касательной скорости и его проекциях на ось игрек в опорной фазе бегового шага. Для упрощения изложения остановимся на основных звеньях тела бегуна участвующих в разгоне тела в опорной фазе бегового шага (БШ). Основными звеньями будем считать корпус тела (голова шея и туловище), бедро , голень и стопа ноги соединённые между собой тазобедренным, коленным и голеностопным суставами. Во время постановки ноги на опору, проекции векторов касательных скоростей основных звеньев тела на ось игрек таковы:

Стопы почти практически параллелен оси игрек угол с осью составляет не более 10-ти градусов.

Голени почти перпендикулярно угол с осью составляет не менее 80-ти градусов

Бедра около 60 градусов.

Корпуса не менее 87-ми градусов (лучше 90 гр.)

При прохождении ОЦМТ вертикали углы с осью игрек векторов касательной скорости основных звеньев тела таковы:

Голени вектор касательной скорости поменял направление проекция вектора на ось игрек отрицательная.

В момент отрыва бегуна от опоры векторы касательных скоростей основных звеньев тела имеют такие проекции ось игрек:

Все векторы касательной скорости, звеньев тела человека стопы, голени, бедра меняют не только направление проекций по оси игрек, но и меняют направление ускорения с положительного на отрицательное. По этой причине практически не участвуют в наборе вертикальной скорости вылета ОЦМТ в полётной фазе бегового шага. Основное ускорение по вертикали бегун приобретает от разгона маховой ноги и углового ускорения корпуса бегуна. Все остальные звенья тела работают на ускорение по оси икс (по горизонтали).

Комментарий технике бега.

Основным критерием в технике бега является её эффективность. В наших комментариях мы не будем спорить с различными тренерскими заблуждениями, а остановимся на максимально эффективных принципах построения махового движения и взаимодействия с опорой.

При отрыве ноги с опоры первым, что должен сделать бегун, сложить ногу в коленном суставе, не сводить бёдра как обычно рекомендуют во всех учебниках и пособиях. Условия для эффективного сложения ноги создают в опорный период бегового шага. После сложения ноги, в коленном суставе. Необходимо разогнать её до максимально большой скорости вращения, вокруг оси проходящей через тазобедренной сустав. При этом суставы разгоняемой ноги коленный, и голеностопный были максимально расслаблены. Всё это необходимо для успешного разгона голени и стопы маховой ноги вокруг оси проходящей через коленный сустав. Высокая угловая скорость голени и стопы позволит максимально высоко поднять бедро маховой ноги и иметь минимальную постановочную скорость стопы на дорожку. Она также способствует ставить маховую ногу на опору прямую и по касательной, а не сверху в низ, как учат многие тренеры.

В момент времени постановки ноги на опору корпус тела бегуна должен иметь с вертикальной линией угол стремящейся к нулю. Такое положение корпуса даёт гораздо лучше использовать усилия в разгоне тела до максимальной скорости вылета ОЦМТ после окончания опоры и максимальному разгону бедра маховой ноги. В момент отрыва опорной ноги от опоры и чем меньше будет угол соединяющей линии ось вращения в тазобедренном суставе и носком опорной ноги (рис) с линией горизонта, тем выше скорость складывания бывшей опорной ноги в коленном суставе. Иными словами, чем больше произойдёт отвод опорной ноги назад в опорном периоде бегового шага, тем эффективнее будет начало махового движения. И чем ниже будет встречная скорость ноги с опорой, тем меньше будет потерь в горизонтальной скорости в опорный период и эффективнее будет отталкивание. Иначе эффективное маховое движение готовит эффективную опору и наоборот. В такой взаимосвязи находятся маховые движения и взаимодействие с опорой. Кто из них главней, а кто впереди тот и главный.

Рекомендации тренерам по отработки старта в беге на скорость и достижения требуемых технических параметров бега по дистанции

Старта и стартового положения касаться не будем. Все основные положения и рекомендации изложены в учебной и специальной литературе подробно.

СТАРТОВОЕ УСКОРЕНИЕ. Стартовое ускорение начинается с отрыва ноги от дальней стартовой колодки и заканчивается на 6 – 10 шаге (6 – 15 м дистанции) от передней колодки или на 2-й секунде от начала стартового ускорения. От начала старта до второй секунды набор скорости бега происходит за счёт активного взаимодействия с опорой. Иными словами бегун набирает скорость активным отталкиванием от опоры. В конце этого этапа техника бега начинает походить на бег по дистанции.

СТАРТОВЫЙ РАЗГОН. На участке от 2-ой сек. до 3,5 – 4,0 сек. от начала бега происходит окончательная перестройка техники бега от стартового ускорения к бегу по дистанции, а к 5,5 – 6,0 сек. спортсмен набирает максимальную скорость на которую он способен. В итоге получаем, что набор максимальной скорости распадается на 3 составляющих:

1-й этап 0 – 2,0 сек.

2-й этап 2,0 – (3,5 – 4,0)сек.

3-й этап (3,5 – 4,0) – (5,5 – 6,0)сек.

Ведущие технические элементы на каждом из этапов старта.

А) на первых 2-3 шагах максимально быстро выносить бедро маховой ноги. Вынос бедра маховой ноги как можно выше.

Б) одновременно с махом ноги оттолкнуться от передней колодки.

В) постановка ноги на опору на первых 2-3 шагах немного позади проекции ОЦМТ (желательно) остальные как можно ближе к проекции ОЦМТ.

Г) амплитуда движения желательно максимальная.

На данном этапе частота и длина беговых шагов должна быть сбалансирована, как и на всех других этапах.

В этот промежуток времени техника бега окончательно переходит от техники стартового ускорения в технику бега по дистанции. Основные рекомендации по выходу на нужные параметры техники бега по дистанции.

А) Отталкивание от опоры осуществлять за счёт разгибателей бедра и спины

Б) Отталкивание закачивается сгибанием стопы в голеностопном суставе.

В) Складывание ноги после завершения отталкивания осуществляется по инерции (баллистический принцип).

Г) Сложенную ногу разогнать до максимально большой скорости и вынести вперёд вверх.

Д) Постановка ноги осуществляется броском вниз (все суставы ноги максимально расслаблены).

Е) Работа ног, рук осуществляется на полной амплитуде всех звеньев. Только при этом будет использоваться ресурс баллистического принципа.

Ж) Бег при этих условиях становиться свободным и не закрепощённым и не вызывает внутренних напряжений (или внутреннего трения).

З) Очень важно при всём при этом избавиться от всех основных элементов напряжённости бегуна начиная от стиснутых челюстей шеи плечевого пояса и заканчивая голеностопным суставом. Всё это рождает внутреннее напряжение и порождает зажимы в суставах и как следствие понижение скорости перемещения.

На этом этапе скорость достигает до 95% от максимального значения.

Заключительный этап набора скорости от 3,5 – 4,0 до 5,5 – 6,0 сек. На этом этапе происходит окончательная коррекция техники бега согласно выше перечисленным принципам. Ведётся контроль над всеми возникающими напряжениями и техникой бега по внутренним ощущениям до финиша.

На этапе от 3,5 – 4,0 до 5,5 – 6,0 сек. происходят очень важные события окончательная корректировка техники бега и избавление от внутренних напряжений. По нашему мнению корректировка техники бега и избавление от внутренних напряжений это, одно итоже. Ещё лучше дефекты техники и внутренние напряжения нужно называть внутренним трением системы и вот почему. При вынужденных колебаниях маятника возникающие не согласованные действия приложения усилий к амплитуде колебаний ведут к гашению скорости колебаний. Не наступают условия резонансной частоты, которая даёт максимальную скорость передвижения ног и рук. Основываясь на этих постулатах механики, можно и нужно сделать вывод отсутствие внутреннего трения в системе минимально уменьшить тормозящие процессы. А приложения согласованных усилий с вынужденными колебаниями способствует возникновению частотного резонанса. Это вызвано тем, что в голове у бегуна возникает модель бегового шага и убыстряется прохождение нервных импульсов от мозга к двигательным центрам. При этом происходит увеличения частоты беговых шагов до 5% от имеющегося номинала без уменьшения длины беговых шагов. Всё это способствует увеличению скорости бега, до 0,5м/сек и, как следствие результат на 100 метровой дистанции уменьшается на 0,4 секунды. Увеличение частотных характеристик бега волевым усилием уменьшает значительно длину бегового шага, что чаще всего не только не увеличивает, но и снижает скорость бега.

В этой главе остановимся на том, как строить скорость бега, и по каким основным критериям развивать скоростные возможности человека и планировать перспективные цели и как их добиваться. Вначале остановимся на кинематике ОЦМТ в полётной фазе.

На диаграмме №1 (приложения) разложен, на составляющие основной вектор скорости вылета ОЦМТ бегуна в момент времени отрыва от опоры. Вектор основной скорости имеет две составляющие два вектора вертикальная скорость и горизонтальная скорость. Угол между двумя векторами всегда 90 градусов. При увеличении скорости бега скорость вылета ОЦМТ бегуна растёт по законам механики. Если не увеличиваются линейные размеры бегуна и расстояние, пройденное ОЦМТ в опорный период одно и то же, то скорость ОЦМТ бегуна в опорный период бегового шага (БШ) возрастает прямо пропорционально дистанционной скорости бега. При таком условии верно выражение второй производной от расстояния - at2/2. Время уменьшается обратно пропорционально увеличению скорости прохождения опоры. А приложенные усилия возрастают в квадрате. Пример: Скорость бега возросла на 5%, приложенные усилия возрастают на 10,25%, это относится не только к разгибателям, но и ко всем сгибателям. Бегун в целом обязан стать сильнее на 10,25% от прежнего уровня. При увеличении скорости бега увеличивается и скорость вылета ОЦМТ в без опорном периоде БШ. И мы попробуем определить математически, как она развивается. При увеличении ускорения в опорный период бегового шага на 10,25% скорость вылета увеличиться на 5% при этом вектор, скорости вылета направлен под тем же углом, что и раньше. Тогда вектор ОА это суммарный вектор векторов ОВ ВА при условии параллельного переноса вектора вертикальной скорости Vв из точки О в точку В при этом возникает прямоугольный треугольник с вершинами ОАВ. Данный треугольник образуется векторами скоростей прежней скорости вылета. При увеличении скорости вектор ОА совпадает с вектором ОА1 так как углы вылета ОЦМТ одинаковые и образуются два подобных треугольника. Почему они подобны, а вот почему угол АОВ равен углу А1ОВ1 а сторона ОВ перпендикулярна стороне АВ и сторона ОВ1 перпендикулярна стороне А1В1 углы между перпендикулярными сторонами равны 90 градусов значит и углы ОАВ и ОА1В1 равны между собой от сюда треугольники подобны. Тогда ОА1/ОА = А1В1/АВ = ОВ1/ОВ и всё это равно коэффициенту 1,05. Но такое развитие скорости малоперспективно, так как увеличивается работа против силы тяжести и нарушает закон развития скорости бега. Рассмотрим более перспективный вариант углы АОВ и А1ОВ1 неравны и угол АОВ больше угла А1ОВ1 тогда и это, скорее всего АВ = А1В1. Тогда V1 вылета или ОА1 больше ОА на 5% и V1 ∙sinα2 = V∙sinα1 V1/V = 1,05 тогда sinα1/sinα2 = 1,05 из формулы: (sin)2α + (cos)2α = 1

Следует, для определения насколько отличается cosα1 от cosα2, составим алгебраическое равенство. Для этой цели обозначим вектор ОА - «с», вектор ВА - «а», вектор ОВ - «b» и вектор ОА1 - «с1», вектор В1А1 - «а1», вектор ОВ1 – «b1». Алгебраическое выражение примет такой вид : (а)2 + (b)2 = (с)2 и (а1)2 + (b1)2 = (с1)2 при угле α1 уравнение примет вид:

(а1/k)2 + (b1n)2 = (c)2 приравняем два уравнения - (а1)2 + (b1)2 = (а1/k)2 + (b1n)2.

(a1)2 - (a1/k)2 = (b1n)2 – (b1)2 (a1)2 х((k)2 – 1)/(k)2 = (b1)2((n)2 -1) из этого следует

Из всего выше сказанного если один из катетов уменьшается на определённую величину, то другой увеличивается на такую же величину при равной гипотенузе согласно теореме Пифагора.

При условии, что высота подъёма ОЦМТ в полётной фазе БШ на более высокой скорости менее чем на предыдущей скорости, то согласно выше приведённых формул длина полётной фазы останется постоянной а увеличение скорости бега произойдёт за счет увеличения темпа шагов. Другой вариант подхода к моделированию - это через кинетическую энергию ОЦМТ бегуна на дистанционной скорости бега. Для этого введём новые обозначения:

S – беговая дистанция

V1 – скорость бега

V2 – скорость бега

t1 – время прохождения дистанции со скоростью бега V1

t2 – время прохождения дистанции со скоростью бега V2

l1 - длина бегового шага на скорости V1

l2 – длина бегового шага на скорости V2

K1 – кинетическая энергия ОЦМТ на скорости V1

K2 – кинетическая энергия ОЦМТ на скорости V2

M – масса тела бегуна

m - коэффициент изменения длины бегового шага на скорости V2

n – коэффициент изменения частоты беговых шагов на скорости V2

Y1 – частота беговых шагов на скорости бега V1

Y2 – частота беговых шагов на скорости бега V2

(v)2 - алгебраическая величина в квадрате

Время по дистанции равно - S/V1 = t1

От сюда следует

V1 = l1×Y1 t1 = S/l1× Y1

Если новая скорость больше предыдущей тогда

V1

От сюда следует

l2/l1 = m Y2/Y1 = n m>1 n>1

Отношение времён

t2 = S/l1mY1n t2/t1 = 1/mn

Теперь определим насколько одни затраты на поддержание одной скорости бега отличаются от другой.

К1 = M(V1)2/2 K2 = M(V2)2/2

K1 = M (l1Y1)2/2 K2 = M(l2Y2)2/2

K2 = M (l1Y1mn)2/2 K2/K1 = (mn)2/1 в данном отношении кинетических энергий не учитывается работа против силы тяжести в каждом беговом шаге, а она зависит от количества шагов по дистанции. N – количество шагов по дистанции

N1 =S/l1 N2 = S/l2 l2 = l1m отсюда следует N2/N1 = 1/m при условии что m и n больше единицы то работа против силы тяжести в более медленном беге несколько выше чем при более быстром. Тогда выражение K2/K1 = (mn)2/1 приобретает окончательный вид: