Новые результаты показывают, что секрет элитной скорости спринта кроется в особой динамике конечностей, которую спринтеры используют для увеличения наземных сил при ударе ногой о землю.«Наши новые исследования показывают, что эти элитные спринтеры не используют свои ноги, чтобы просто отскакивать от земли, как это делают большинство других бегунов», — сказал эксперт по биомеханике человека и ведущий автор исследований Кен Кларк, исследователь из Лаборатории двигательной активности SMU. «Лучшие спринтеры разработали механизм подъема и подачи для увеличения силы удара.
Другие бегуны этого не делают».Новые результаты касаются основного вопроса о производительности, который оставался без ответа более десяти лет.Предыдущие исследования показали, что более быстрые бегуны достигают более высоких скоростей, ударяясь о землю с большей силой, чем другие бегуны, по сравнению с их массой тела.
Однако насколько быстрыми бегунами это удается, было совершенно неизвестно. Это вызвало серьезные споры и неуверенность в отношении лучших стратегий спортсменов по увеличению силы удара и скорости.«У элитных скоростных спортсменов есть четкая модель бега», — сказал Кларк. «Наши данные показывают, что каждый из самых быстрых спринтеров нашел одно и то же решение для максимизации скорости, что убедительно означает, что когда вы соединяете физику и биологию, есть только один способ спринт действительно быстро».Критические и отличительные особенности походки, выявленные авторами исследования, возникают, когда нижняя конечность приближается и ударяется о землю, сказал соавтор исследования и эксперт по механике бега Питер Вейанд, директор лаборатории двигательной активности SMU.
«Мы обнаружили, что все самые быстрые спортсмены делают одно и то же, прилагая большие силы, необходимые для достижения более высоких скоростей», — сказал Вейанд. «Они поднимают колено высоко перед тем, как вонзить ступню в землю, сохраняя при этом жесткую лодыжку. Эти действия увеличивают наземные силы, резко останавливая голень при ударе».Новое исследование показывает, что самые быстрые бегуны замедляют ступню и лодыжку всего за две сотых секунды после первого контакта с землей.Исследователи сообщили о своих выводах вместе с соавтором и физиком Лоуренсом Дж.
Райаном, инженером-исследователем Лаборатории двигательных функций SMU в Педагогической школе Аннетт Колдуэлл Симмонс. Развитие человека.Открытие того, что элитные спринтеры применяют большие наземные силы с характерным рисунком ударов, сообщается в Журнале прикладной физиологии в статье «Максимизируются ли скорости бега с помощью механики стойки с простой пружиной?»
Открытие того, что более быстрые атлеты наносят твердый и быстрый удар по земле при контакте, сообщается в «Журнале экспериментальной биологии» в статье «Скорость стопы, удары стопой и обувь: взаимосвязь между механикой походки и бегущими силами реакции земли».Исследования сравнивали данные соревнующихся спринтеров с данными других спортсменов.
Тесты, проведенные в лаборатории двигательной активности SMU, сравнивали соревнующихся спринтеров с другими быстро бегающими спортсменами.В соревновательную спринтерскую группу вошли легкоатлеты, специализирующиеся на бегах на 100 и 200 метров. Более половины из них имели международный опыт и участвовали в Олимпийских играх и чемпионатах мира по легкой атлетике.Их сравнивали с группой спортсменов, в которую входили профессиональные футболисты, игроки в лакросс и футболисты.
У всех спортсменов в обеих группах были удары средней и передней частью стопы. Механика их бега была протестирована на специальной высокоскоростной силовой беговой дорожке, которая позволила исследователям фиксировать и анализировать сотни шагов с точно контролируемой скоростью. Видео, снятое для исследований, размещено на Youtube-канале Лаборатории локомоторного развития СМУ.
Исследователи измерили характеристики опорной силы во всем диапазоне скоростей бега каждого спортсмена от бега трусцой до максимальной скорости спринта.«Мы рассмотрели скорость бега от 3 до 11 метров в секунду», — сказал Кларк. «В более ранних исследованиях в области биомеханики изучались модели силы реакции земли, но основное внимание уделялось бегу трусцой со скоростью от 3 до 5 метров в секунду.
Обнаруженные нами различия стали заметными в основном из-за широкого диапазона исследованных нами скоростей и калибра беговой дорожки. спринтеры, участвовавшие в исследовании ".Классическая пружинная модель бега не объясняет уникальные особенности походки лучших спринтеров На современный взгляд на механику бега сильно повлияла простая модель пружины и массы, теория, впервые сформулированная в конце 1980-х годов.
Модель с пружинной массой предполагает, что при контакте с землей ноги работают, по сути, как сжимающая пружина пого-палки.Согласно этой теории, во время бега с постоянной скоростью по ровной поверхности тело падает из воздуха. При приземлении опорная нога действует как пого-палка, чтобы поймать тело и поднять его в воздух для следующего шага.Принято считать, что эта классическая пружинная модель применима как к более быстрым, так и к более быстрым спортсменам, а также к более медленным.
Элитные спринтеры не соответствуют общепринятым теориям механики бега. Кларк, Райан и Вейанд задались вопросом, может ли такое пассивное объяснение ловли и отскока объяснять большие наземные силы, которые широко понимаются как причина, по которой спринтеры достигают более высоких скоростей.
После того, как исследователи собрали данные формы волны силы реакции земли, они обнаружили, что спринтеры отличаются от других спортсменов. Оттуда они сравнили формы волны с предсказанными простой пружиной в классической модели.«Элитные спринтеры не соответствовали прогнозам весенней модели», — сказал Кларк. «Они сильно отклонились, особенно во время первой половины фазы контакта с землей. С другой стороны, наши спортсмены, не являющиеся спринтерами, довольно точно соответствовали прогнозам пружинной модели даже на своих максимальных скоростях».
Вейанд сказал, что новые результаты показывают, что классической модели пружины недостаточно для понимания механических основ беговых характеристик спринта.«Мы обнаружили, что все самые быстрые спортсмены применяли большие наземные силы с общим и явно характерным паттерном, который был результатом тех же основных характеристик походки», — сказал он. «То, что делают эти спринтеры по-разному, — это их механизм подъема и подачи.
Движение их конечностей в воздухе отчетливо; поэтому, хотя продолжительность их фазы взмаха конечностей на максимальной скорости не отличается от других бегунов, передача силы механизм заметно отличается ».У спринтеров есть обычное механическое решение для скорости — такое, которое не выполняют спортсмены, которые не так быстры.
«Это дает научную информацию, чтобы тренеры и спортсмены могли полностью определить, что им нужно тренировать», — сказал Кларк. «Мы надеемся, что наши результаты могут привести к прогрессу в научно-обоснованных подходах к скорости тренировки».