БИОМЕХАНИКА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ НА ЛЫЖАХ И ВЕЛОСИПЕДЕ

 

1. Биомеханика передвижения на лыжах. 2. Биомеханика езды на велосипеде.

1. БИОМЕХАНИКА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ НА ЛЫЖАХ.

Современные лыжные гонки - это спорт выносливых, сильных, быстрых и смелых, где длина дистанции бывает 50 км и более, а ско­рость (на спусках) - до 60 км/ч.

Двигательные действия лыжника носят циклический характер. Цикл делится на временные интервалы - периоды, состоящие из отдельных фаз. Границей между соседними фазами считается момент, когда    лыжник    находится    в    строгом    определенном    положении (граничной позе) и начинается выполнение задачи следующей фазы.

Переменный двухшажный ход.

Фазовый состав  и граничные  позы  при передвижении попе­ременным   двухшажным   ходом   (по X. X. Гроссу, Д. Д. Донскому)

 

Одновременный одношажный ход. Неодновременное выполне­ние отталкивания ногами и руками обуславливает меньшие перепады внутрицикловой скорости. Отталкивание палками обеспечивает ус­корение общего центра масс тела во второй фазе и.превышение ско­рости над среднедистанционной в последующей фазе.

Фазовый состав одновременного одношажного хода

(по В.Н. Манжосову, В.П. Маркину, 1980 г.)

фазы

Название фазы

Граничные моменты (начало фазы)

I

Свободное скольжение.

Отрыв лыжи от снега.

II

Скольжение с отталкива­нием двумя палками.

Постановка палок.

IIIА

Скольжение с выносом палок

Окончательное отталкивание палками.

III

Скольжение с подседанием

Выпрямление  опорной ноги в коленном суставе.

IV

Выпад с подседанием

Остановка лыжи.

V

Отталкивание с выпрям­лением опорной ноги

Начало разгибания   опорной ноги в коленном суставе.

 

Одновременный двухшажный ход.

Одновременный бесшажный ход.

 

Хронограмма и фазовый состав  одновременного  бесшажного хода (па М. А. Аграновскому  с соавт.)

 

Попеременный четырехшажный ход.

Коньковые способы - скорость, а при равной с классическими ходами скорости - экономичность. В коньковых способах отталкива­ние осуществляется скользящей лыжей. При этом практически не иг­рает роли коэффициент сцепления лыжи со снегом. Сила отталкива­ния уменьшена, а время отталкивания увеличена (около 50% от дли­тельности шага). В результате увеличивается импульс силы, от кото­рой зависит эффективность отталкивания ногой.

Горизонтальная составляющая силы действия при отталкивании ногой в разных ходах:

1 – попеременный двухшажный ход; 2 – полуконьковый ход (по В. Н. Манжосову)

 

Одновременный полуконьковый ход.

Одновременный двухшажный ход.

Одновременный одношажный ход.

Попеременный ход.

 

Схематическое   изображение   различных   коньковых   способов

передвижения   на  лыжах   (вид  сверху):

А — полуконьковый    одновременный    ход;    Б — коньковый    одновременный    двух­шажный   ход;   В — коньковый   одновременный   одношажный   ход;   Г — коньковый попеременный      ход.      Условные      обозначения:      пунктир — кривая перемещения общего   центра    масс; → — направление   движения    (по   А.   В.    Кондрашову)

 

Преимущество конькового хода перед классическими по скоро­сти достигает 15-20%. Крутизна подъема 8-9° при хороших условиях скольжения является граничной, когда возможности ходов уравниваются. На более крутых участках выигрышнее подъем скользящим и ступающим шагами, на более пологих - коньковым.

Чем меньше коэффициент скольжения, тем длиннее шаг и выше скорость при тех же энергозатратах. При правильном подборе мази коэф­фициент трения удается снизить до 0,02-0,04.

Исходя из продолжительности работы, гонки на лыжах относятся к зоне большой (5 и 10) и умеренной (15, 20, 30, 50, 70 км и более) относи­тельной мощности.

Под оптимальными режимами в лыжных гонках понимают опти­мальный способ передвижения, оптимальную динамику (раскладку) дис­танционной скорости и оптимальное сочетание длины и частоты шагов.

Передвижение на лыжах еще более, чем бег требует экономии энергии, поскольку лыжник выполняет мышечную работу несколько де­сятков минут или даже несколько часов подряд.

При снижении физической работоспособности человека, а также при усложнении условий передвижений на лыжах (увеличение крутизны подъема, коэффициента трения скольжения и т.д.) оптимальная скорость и оптимальная длина шага уменьшаются, а оптимальный темп увеличива­ется.

ЗАДАЧА:

Лыжник движется под уклон со скоростью V0 = 10 v/сек и пере­ходит на горизонтальную часть пути. Сила сопротивления (F сопр.) равна 3.0 кг (другими силами пренебрегаем). Вес лыжника Р = 80 кг.

НАЙТИ:

- на каком расстоянии (S торм.) /длина выката/;

- через сколько времени (t торм.) от начала горизонтального пу­ти он остановится?

РЕШЕНИЕ.

1. На лыжника действует две силы:

                                                   (Р) - сила тяжести;

                                                   (Fcoпp.)- сила сопротивления.

Для определения длины выката (S) применяем формулу о кине­тической энергии тела:

По условию задачи начальная скорость V0 = 10 м/сек, конечная скорость V=0. Работа (А) равна работе силы (Fсопр.), приложенной к лыжнику:

А = Fcoпp.x Sторм. (А = 3,0 х Sторм. = 3 S торм.).

Для данного случая формула кинетической энергии принимает вид:

        

        

        

        

2. Для определения (tторм.) воспользуемся формулой о количе­стве движения:

mV - mV0 = Fconp. t

В данном случае V = 0, a V0 = 10 м/сек. Действующая на лыжни­ка сила, заданная условием, постоянна. Поэтому:

- mV0 = -Fconp. tторм.

2. БИОМЕХАНИКА ЕЗДЫ НА ВЕЛОСИПЕДЕ

Велосипед - самое распространенное техническое средство пере­движения на земном шаре. Проект первого велосипеда предложил в 1495 году Леонардо да Винчи, нарисовавший этот двухколесный ме­ханизм почти со всеми современными подробностями. Но об этом ри­сунке мир узнал лишь в конце XIX в., почти столетие спустя после то­го, как в России крепостной Артомонов сконструировал и изготовил первый в мире велосипед.

Езда на велосипеде - наиболее рациональный способ передви­жения, поскольку, благодаря седлу, поддерживающему и стабилизи­рующему тело, до минимума снижаются затраты энергии на переме­щение тела в пространстве. Ведь активны только ноги велосипедиста, вращательное движение которых обеспечивает продольное переме­щение тела.

Эффективность двигательных действий велосипедиста зависит от посадки и техники педалирования. Чем ниже посадка, тем меньше сила лобового сопротивления воздуха. При низких скоростях при­вычнее и удобнее средняя и высокая посадка.

Внешняя работа зависит от скорости передвижения, посадки и экипировки велосипедиста и коэффициента трения качания. Сила со­противления воздуха пропорциональна квадрату скорости.

Трение качания:

d - диаметр колеса;

К - коэффициент трения.

Сопротивление воздуха:

S = ad V2 К

d - плотность воздуха;

а - величина лобовой поверхности тела;

К - коэффициент обтекаемости тела.

 

 

Зависимость силы сопротивления воздуха от скорости передвижения на велосипеде и вида посадки. Условные обозначения:

А – низкая (гоночная) посадка; Б – высокая посадка (по В. М. Зациорскому с соавт.)

 

При скорости 5 м/с на преодоление сопротивления воздуха затрачи­вается около 50% всей развиваемой мощности, а при скорости 10 м/с уже 80%.

Поза и одежда велосипедиста должны быть наиболее обтекаемыми (плотно облегающими тело рубашка и специальный пластиковый шлем, напоминающий своими очертаниями нос реактивного самолета; обтекае­мые велотуфли без шнурков с туклипсами и велошипами; обтекаемые дисковые колеса вместо обычных).

В процессе педалирования непосредственно участвуют кости ниж­них конечностей, таз и мышцы, осуществляющие сгибание и разгибание ног. При нажатии на педаль разгибаются бедро, голень и стопа.

Велосипедисты применяют круговое и импульсное педалирова­ние. Их чередование определяет наступление утомления. Эффектив­ность езды на велосипеде зависит от частоты вращения педалей и выбора передачи. Увеличение средней скорости на соревнованиях про­исходит в основном за счет увеличения расстояния, преодолеваемого за один оборот педалей.

Чем ниже физическая работоспособность (значительное утом­ление) и сложнее условия (плохое покрытие, встречный ветер и т.д.), тем выше оптимальный темп и меньше оптимальная передача.

Для достижения наивысшего спортивного результата гонщик должен так выбирать скорость и так ее изменять, чтобы полностью использовать потенциальные возможности энергетических систем.

До сих пор продолжается усовершенствование велосипеда. Все более широкое распространение получают тандемы, а также одноме­стные и многоместные веломобили, которые развивают скорость до 30-40 км/ч.