Каков реальный механизм отталкивания при прыжках с разбега?

          Недавно я обнаружил, что подавляющее большинство людей не имеет верного представления о принципиальных различиях между механизмом финального разгона тела атлета вверх при прыжке с места и механизмом финального разгона тела атлета вверх при прыжке с разбега. Люди, в том числе и дипломированные специалисты по лёгкой атлетике, ошибочно считают, что каким ни был бы прыжок, — хоть с места, хоть с разбега — ведущая роль в основном разгоне тела вверх всегда принадлежит именно мышцам-разгибателям толчковой ноги. То есть что при прыжках в высоту и в длину с разбега финальный подброс тела осуществляется, как и при прыжке с места, в основном за счёт сократительной работы мышц бедра и икры толчковой ноги. Вот пример таких представлений в Рунете — "Прыжки в длину с разбега":

          "Отталкивание. Для отталкивания в прыжках в длину с разбега характерна большая мощность усилия, которое называют «взрывным» при трудной координации движений прыгуна.

          Отталкивание при прыжках в длину принято делить на 4 фазы:

          Постановка ноги прыгуна на грунт с моментальным нарастанием (постепенным увеличением) и спадом усилий.

          Так называемая амортизационная фаза, суть которой заключается в уступающей работе с последовательным и постепенным повышением усилий сопротивления.

          Максимально возможное сгибание коленного сустава с одновременным развитием статических (удерживающих) усилий.

          Отталкивание прыгуна с работой мышц ног, при достаточно быстром понижении мощности рабочих усилий.

          Силовой режим работы мышц характерен для первых 3-х фаз, а скоростно-силовой постепенно преходящий скоростной — для 4-ой.

          Следует помнить, что сгибание ноги перед прыжком в длину с разбега в коленном суставе не должно превышать 40°, так как это, скорее всего, приведет к позднему ее разгибанию."

          Совет "помнить, что сгибание ноги перед прыжком в длину с разбега в коленном суставе не должно превышать 40°", конечно, не стоит принимать во внимание: автор совета, скорее всего, имел в виду вовсе не получившуюся чушь. Скорее всего, автор совета имел в виду угол 140°, и этот угол нужно не "превышать", а, напротив, если можно так выразиться, не "занижать". То есть угол в коленном суставе не должен оказываться меньше 140°. Иными словами, этот угол не должен слишком "обостряться".

          А вот ещё один "прыжковый" текст — уже малость пограмотней: всего лишь с одним плеоназмом "опускается вниз" — "Техника прыжка в длину (Изд. "Академия", 2013 год)":

          "В последнем шаге разбега толчковая нога выносится вперед, а затем опускается вниз беговым движением. Она ставится на отталкивание перед собой, почти выпрямленная в тазобедренном (165-170°) и в коленном (175-178°) суставах, на всю стопу. Угол постановки ноги — 65-70°. Туловище занимает вертикальное положение. Согнутая маховая нога выносится вперед, таз «входит» на толчковую ногу.

          При далекой постановке ноги, при уменьшении угла постановки, при увеличении длины последнего шага увеличивается время фазы амортизации. Спортсмен начинает разгибание ноги слишком рано, когда тело находится еще сзади точки опоры, происходят большие потери горизонтальной скорости. Слишком близкая постановка ноги, «под себя», увеличение угла постановки приводит к позднему разгибанию, спортсмен не успевает в полной мере приложить усилия, — уменьшается угол вылета, снижается высота полета.

          В фазе амортизации происходит незначительное сгибание толчковой ноги, минимальная величина угла сгибания в коленном суставе (угол амортизации) не превышает 160°".

          Итак, даже узкие специалисты, как можно видеть, твёрдо уверены, что без силового разгибания толчковой ноги (хотя бы с угла 160°) хорошего прыжка произойти не может.

          Однако если посмотреть на исполнение лучших в мировой истории прыжков — например, рекордного на сегодня прыжка Майка Пауэлла на 8 м 95 см,

record_8,95.mp4

— а вот ещё и три последовательных кадра постановки Пауэллом ноги и отталкивания, —

Прыжок Майка Пауэлла

Прыжок Майка Пауэлла

Прыжок Майка Пауэлла

то можно заметить, что в процессе контакта ноги с бруском для отталкивания никакое сгибание-разгибание толчковой ноги места не имело. То есть Пауэлл как поставил ногу на брусок почти полностью прямой, так и оттолкнулся этой же полностью разогнутой в колене ногой.

          Почему же дело в реальности обстоит именно таким "прямоногим" образом, а вовсе не так, как его, это дело, представляет себе большинство людей и как его описывают приведённые выше печатные материалы, явно сочинённые специалистами по лёгкой атлетике?

          Всё объясняется тем, что сгибание ноги приводит к потерям кинетической энергии при её, этой энергии, переводе с одного направления движения на другое. Ибо при данном переводе направления движения возникают такие огромные кратковременные нагрузки, которые согнутая нога принципиально не может преодолеть. Например, исследованиями установлено, что в момент отталкивания Боба Бимона при его знаменитом прыжке длиной 8 м 90 см нагрузка на тазобедренный сустав толчковой ноги составила около девятисот килограммов. Повторяю: таким огромным кратковременным нагрузкам согнутая нога может только уступать. А вот прямая, ничего не уступающая, ничего не смягчающая нога может выдержать такие нагрузки без особых потерь энергии. И потому при оставлении толчковой ноги в выпрямленном положении прыжок получается более далёким.

          Конечно, такие гигантские нагрузки опасны для целости костей. Но тренировка прыгунов экстра-класса и заключается, в частности, в нарабатывании возможностей, способностей вызывать и переносить подобные нагрузки.


          Прыжок с места без сгибания ноги действительно невозможен. Но вот прыжок с разбега без сгибания ноги — это совершенно обычное дело. Что и продемонстрировал Пауэлл.

          Когда ещё не было фибергласовых шестов, которые упруго гнутся до превращения в полукольцо, и когда ещё не было даже более-менее упругих бамбуковых шестов, люди прыгали с почти не гнущимися деревянными шестами. И тем не менее показывали результаты выше 3,5 м. То есть хорошего (ведь 3,5 м при прыжке с деревянным шестом в любом случае больше, чем 2,45 м при прыжке без шеста) подброса можно добиться даже с прямым, даже с негнущимся "переводчиком" направлений движения. Так вот прыгуны в длину используют своё тело для изменения направления движения именно как прямой шест. Расскажу о событиях, происходящих при отталкивании для прыжка с разбега.

          1. При постановке прямой толчковой ноги на брусок для отталкивания атлету нужно выпрямить ещё и всё тело, ориентируясь на линию толчковой ноги. То есть туловище атлета должно быть продолжением прямой толчковой ноги. Если туловище атлета не будет продолжением прямой толчковой ноги, то гигантская нагрузка от быстрого перевода части кинетической энергии одного направления движения в кинетическую энергию другого направления движения просто согнёт, сомнёт атлета.

          2. Для совершения хорошего прыжка толчковая нога должна быть поставлена на брусок для отталкивания далеко — на 40-50 см — впереди центра тяжести атлета. То есть прямой, как палка, атлет, ставящий на брусок свою прямую ногу, должен оказаться сильно отклонённым, откинутым назад. Например, тело прыгуна в высоту Валерия Брумеля в момент отталкивания принимало положение с наклоном в районе 45° к вертикали — и это тело было откинуто, естественно, в направлении от планки. Но у прыгунов в длину наклон должен быть, конечно, меньше, чем у прыгунов в высоту: 35-40° к вертикали.

          Если же указанного наклона не сделать, то, понятно, продолжится движение тела в горизонтальном направлении.

          А если этот наклон есть и если нога в шиповке "слилась", намертво сцепилась с бруском для отталкивания, то происходит следующее. Временно сцепленный с бруском нижний конец ноги полностью тормозится, не даёт ноге проскользнуть вперёд. Тем самым нижняя половина тела прыгуна полностью останавливается. Но кинетическая энергия движения тела атлета, накопленная во время разбега, от этого не исчезает, тело атлета сохраняет её почти полностью. И в результате сохранения этой энергии происходит компенсирующее ускорение, убыстрение движения верхней части тела (ведь общее количество энергии сохраняется даже при всём при том, что нижняя часть атлета останавливается, центр массы тела продолжает по инерции тянуть тело вперёд). Таким образом, от остановки ступни и от убыстрения движения верхней части тела начинается вращение тела атлета. Центр вращения — это центр тяжести или точка чуть выше, голова и плечи опережают центр вращения, а ступня толчковой ноги отстаёт (по скорости) от центра вращения.

          3. Итак, в начале процесса отталкивания ногой от бруска прямое тело атлета отклонено от вертикали назад, в сторону начала разбега. То есть толчковая нога, повторяю, находится впереди, а голова и плечи примерно в 70-90 см сзади от толчковой ступни. При этом из-за наклонного, из-за откинутого назад положения тела и его толчковой ноги центр тяжести атлета находится ниже той точки, которую он, центр тяжести, займёт, если атлет вертикализирует своё тело. При росте атлета 190 см (как у Майка Пауэлла, у Карла Льюса и у Боба Бимона) и при наклоне тела под углом 35-40° к вертикали опускание центра тяжести тела из-за его, тела, наклона составляет примерно 8,5% от роста атлета или 16 см.

          4. Из-за того, что после постановки ноги на брусок для отталкивания продолжается движение тела вперёд и из-за того, что остановившаяся ступня принуждает тело вращаться головой в сторону движения, тело прыгуна в процессе отталкивания вертикализируется (и затем продолжает стремиться вращаться в прежнем направлении, — но сие для описания механизмов отталкивания уже не важно, это стремление тела продолжить своё вращение, во-первых, находит полезное применение, а во-вторых, сперва компенсируется махами рук и ноги, а затем подъёмом ног к груди при приземлении). А из-за того, что тело атлета вертикализируется, центр его, тела атлета, тяжести поднимается в естественное положение, на естественную, на "вертикальную", на "ненаклонную" высоту.

          Иными словами, в наклонном предтолчковом положении тела центр тяжести находился на высоте примерно 90 см, а в момент окончания толчка из-за вертикализации тела этот же центр тяжести находится уже на 16 см выше, то есть на высоте 106 см (это выше середины тела длинноногого Пауэлла, то есть это находится где-то в районе его пупка).

          Именно данный быстрый подъём центра тяжести во время поворота выпрямленных ноги-тела головой вперёд, то есть во время вертикализации ноги-тела из наклонного положения, и подбрасывает затем прыгуна по инерции вверх. Указанный подъём центра тяжести тела происходит за время (примерно, по прикидкам) одна пятая роста атлета (вынос при постановке толчковой ноги относительно центра тяжести тела), делённая на скорость движения атлета. То есть 0,38 м разделить на 10 м/сек равно 0,038 сек.

          Значит, отмеченный выше подъём центра тяжести тела, равный 0,16 м, тоже происходит за эти же самые 0,038 сек. То есть это скорость подъёма, равная 0,16 м : 0,038 сек = 4,2 м/сек. От такой скорости подброса центр тяжести атлета подлетает в воздух (со всем остальным телом атлета, понятно) на 90 см. Разумеется, сколько-то сантиметров подъёма добавляют ещё махи нетолчковой ногой и руками. А также заключительное упругое отталкивание предварительно напряжённой ступнёй толчковой ноги.

          Вот так и получается общий взлёт атлета примерно на 1 м вверх. Эти взлёт и опускание — то есть движение от земли и обратно к земле — занимают по времени 0,9 сек. А во время данной безопорной фазы атлет движется вперёд примерно с прежней скоростью 10 м/сек. Вот он за 0,9 сек и пролетает над землёй 9 метров.


          На первый взгляд может показаться, что насколько вырастает вертикальная скорость, настолько же должна уменьшаться и скорость горизонтальная. Но такое представление неверно. Ибо, как худо-бедно показано выше, правильный прыжок с разбега — это просто перевод чисто горизонтальной скорости тела атлета в наклонную, в приподнятую немного вверх скорость (она ведь векторная величина). То есть в прыжках Карла Льюиса и Майка Пауэлла это перевод горизонтальной скорости порядка 11 м/сек в наклонную скорость порядка тех же 11 м/сек (сию величину скорости я взял из материалов, находящихся всё по тому же адресу "Техника прыжка в длину (Изд. "Академия", 2013 год)": "Максимальных величин скорость разбега достигает на последних 2-4 шагах и у квалифицированных спортсменов превышает 11 м/с").

          Для совершения далёкого, а значит и долгого, продолжительного, а значит и высокого прыжка в длину необходимо, чтобы центр тяжести атлета поднялся над поверхностью прыжковой ямы не меньше, чем на 1 м. Для подлёта на такую высоту физическое тело должно иметь в нижней точке траектории полёта вертикальную составляющую скорости, которая равна 4,43 м/сек.

          Для вычисления того, что останется на долю горизонтальной составляющей движения при такой скорости подъёма, нужно воспользоваться механизмом разложения результирующей скорости движения на её векторные составляющие: на вертикальную и на горизонтальную. Горизонтальная составляющая скорости движения (её можно представить как один из катетов прямоугольного треугольника), согласно теореме Пифагора, равна корню квадратному из разности квадрата результирующей скорости (её можно представить как гипотенузу прямоугольного треугольника), то есть 11 м/сек, и квадрата скорости подъёма (её можно представить как второй катет прямоугольного треугольника), равной, повторяю, 4,43 м/сек.

          112 — 4,432 = 121 — 19,6 = 101,38

          Квадратный корень из этой величины, то есть из 101,38, равен 10,07 м/сек.

          Вот с такой горизонтальной скоростью, то есть со скоростью 10,07 м/сек, после выполнения правильного, то есть обошедшегося без особых потерь энергии, отталкивания прыгун и летит над прыжковой ямой.

          А летит он над прыжковой ямой в течение такого промежутка времени, пока, повторяю, поднимается на высоту 1 м и затем пока опускается с высоты 1 м. На высоту 1 м прыгун поднимается за время, равное корню квадратному из частного от деления удвоенной высоты на ускорение свободного падения. Удвоенная высота, то есть 1 м, умножить на два, делённая на ускорение свободного падения, то есть на 9,81 м/сек2, равна 0,204. Квадратный корень из этой величины равен 0,45 (секунды). За такое же точно время происходит, понятно, и падение тела с высоты 1 м. Таким образом, взлёт на высоту 1 м и падение оттуда обратно занимают в сумме 0,45 сек х 2 = 0,9 сек. И всё это время, то есть за 0,9 сек, атлет, напоминаю, летит над прыжковой ямой со скоростью 10,07 м/сек.

          Значит, повторяю, за 0,9 сек атлет пролетает со скоростью 10 м/сек примерно 9 м. Что как раз примерно и соответствует нынешним лучшим результатам у прыгунов в длину.


          Лично у меня нет никаких сомнений, что людей вообще и специалистов в частности смущает, сбивает с толку именно сгибание и разгибание ноги в колене. Их, то есть сгибание и разгибание, действительно можно наблюдать при не самых экстремальных по длине прыжках, то есть при таких прыжках, в которых спортсмены не подвергают свой костно-связочный аппарат столь большим перегрузкам, как у Бимона и у Пауэлла (но, повторяю, именно эти гигантские перегрузки на грани переломов костей и являются основным фактором достижения наивысших скоростей улёта с бруска для отталкивания). Людям вообще и специалистам в частности кажется, что если во время отталкивания нога сперва сгибается, а затем разгибается, то это является вернейшим признаком того, что при сгибании происходит подготовка к разгибанию — а последнее-то, мол, и обеспечивает высокую скорость подброса тела атлета.

          Но на самом деле всё обстоит диаметрально противоположным образом. То есть разгибание ноги — это на самом деле почти пассивная, почти бессильная фаза отталкивания. Нога просто, повторяю, не способна приложить силу в районе 900 кг при скорости своего разгибания в районе 4,5 м/сек. Соответственно, собственно прыжковая, собственно силовая, собственно разгонная фаза отталкивания при не самых далёких прыжках — это фаза именно сгибания ноги в колене. Сие сгибание ноги позволяет немного уменьшить огромный напор меняющего направление своего движения тела. То есть в нерекордных прыжках нагрузка на тазобедренный сустав благодаря амортизационному сгибанию в колене равна уже не бимоновско-пауэллским 900 кг, а "всего лишь" 500-700 кг. А то даже и меньше. Но зато это нагрузка уже не мгновенная, при которой почти нет потерь энергии, а "размазанная" по времени, то есть чуть более продолжительная и приводящая к потерям энергии разогнанного разбегом тела.

          И ещё раз: если нога прыгуна в длину при отталкивании сгибается и разгибается, то сие разгибание происходит уже именно после окончания главного отталкивания, то есть тогда, когда основные разгонные события уже закончились. Однако это совершенно пассивное на деле разгибание ноги производит большое впечатление на профанов и на горе-специалистов. То есть в разгибании ноги прыгуна в длину фактически нет силы, нет большого воздействия на опору. Мышцы ноги просто "заряжены" на разгибание её принудительным сгибанием, и этой упругой заряженности мышц хватает только на бессильное, на "безупорное" выпрямление ноги вдогонку за уже давно начавшим быстро двигаться вверх телом.

[на главную страницу]

Архив переписки

Форум


 

Free counters!