Методика определения механической эффективности лыжников-гонщиков (первый опыт)

7. Период входа в полярную ночь: показатели выносливости, силы, функционального состояния ЦНС и нервно-мышечного аппарата.

8. Период выхода из полярной ночи: показатели функционального состояния дыхательной системы, памяти, менее выражено - ловкости и быстроты, внимания.

9. Весенний период: показатели функционального состояния ЦНС и нервномышечного аппарата, внимания.

В обеих группах более 30% студентов практически по всем исследуемым параметрам показали худшие результаты за учебный год в осеннем периоде.

ВЫВОДЫ

1. Годовая динамика различных параметров физической и умственной работоспособности юношей и девушек имеет определенные отличительные особенности, которые необходимо учитывать при построении учебного процесса по дисциплине «Физическая культура» в ВУЗах Крайнего Севера, чтобы способствовать увеличению функциональных и адаптационных возможностей студентов, поддержанию высокой работоспособности в течение всего учебного года.

2. Наиболее сложным периодом для адаптации организма к учебной нагрузке и влиянию различных природных факторов для юношей и девушек является осенний период (в обеих группах более 30% студентов практически по всем исследуемым параметрам показали худшие результаты за учебный год).

3. Результаты данного исследования позволят наиболее эффективно осуществлять подбор средств физической культуры для поддержания оптимального уровня физической и умственной работоспособности студентов Кольского Севера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Козлова, Е. А. Исследование работоспособности студентов Северного колледжа физической культуры и спорта по данным социологического опроса // Студенческая наука - физической культуре и спорту : тезисы докладов региональной межвузовской конференции молодых ученых «Человек в мире спорта». - СПб., 2007. - С. 113-115.

2. Ильинич, В. И. Физическая культура студентов и жизнь : учебник / В.И. Ильи-нич. - М. : Гардарики, 2005. - 366 с.

3. Петрова, Т.Б. К вопросу об организации здоровьесберегающего учебного процесса в вузе в условиях Севера (на примере Южно-Якутского региона) / Т.Б. Петрова, Л.А. Прокопенко // Физическая культура и спорт в современном обществе : материалы Всерос. науч. конф. (23-24 марта 2006 г.). - Хабаровск, 2006. - С. 249-252.

4. Скрябин, Е. Г. Особенности физического воспитания студентов, обучающихся в вузах, расположенных в северном регионе / Е. Г. Скрябин // Теория и практика физ. культуры. - 2008. - № 6. - С. 35-38, 55.

5. Солодков, А. С. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная : учебник / А. С. Солодков, Е. Б. Сологуб. - М. : Терра-Спорт, Олимпия Пресс, 2001. - 520 с.

Контактная информация: tsesarskaya1977@mail.ru

УДК 796.92:612.766.1

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЫЖНИКОВ-ГОНЩИКОВ

Александр Евгеньевич Чиков, кандидат биологических наук, доцент,

Светлана Николаевна Чикова, кандидат биологических наук, доцент,

Северный Арктический федеральный университет имени М.В.Ломоносова (САФУ имени М.В.Ломоносова), г. Архангельск

Аннотация

Разработан метод позволяющий изучать закономерности трансформации метаболической

энергии в полезный результат деятельности при непосредственном передвижении на лыжах. Впервые удалось получить количественные показатели мощности механической работы и механической эффективности лыжников-гонщиков при передвижении по равнинным участкам трассы и в подъем.

Ключевые слова: метод дополнительного сопротивления, тотальная внешняя механическая мощность, механическая эффективность, мощность активного энергетического метаболизма.

METHOD OF TESTING OF TOTAL EXTERNAL MECHANICAL POWER OF CROSS-COUNTRY SKIERS

Alexandr Evgenievichr Chikov, the candidate of biological sciences, senior lecturer, Svetlana Nikolaevna Chikova, the candidate of biological sciences, senior lecturer,

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk

Annotation

The elaborated method makes it possible to examine the process of metabolic energy transformation into useful activity result under the conditions of ski motion. The new quantitative data concerning the total external mechanical power and mechanical efficiency during flat land race and at ascent were obtained.

Keywords: method of additional resistance, total external mechanical power, power of active energetic metabolism, mechanical efficiency.

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что в условиях циклических локомоций человека на первом этапе метаболическая энергия с потерями преобразуется в механическую энергию, которая на втором этапе, с дополнительными потерями, трансформируется в полезный результат деятельности [5]. Ключевым моментом в изучении закономерностей производства и трансформации метаболической энергии в полезный результат деятельности (скорость) на уровне целостного организма является определение тотальной внешней механической мощности [1,2,6,7]. До сих пор такой подход в лыжных гонках был не возможным ввиду отсутствия объективных методов, что и послужило отправной точкой нашего исследования. Нами был разработан метод дополнительного сопротивления, позволяющий определять тотальную внешнюю механическую мощность спортсменов при непосредственном выполнении соревновательного движения. Это позволяет по-новому взглянуть на тренировочный процесс, не только как фактор повышающий мощность метаболических процессов, но и повышающий эффективность использования энергетического потенциала [3].

Метод дополнительного сопротивления позволяет рассчитать: eg - безразмерный коэффициент механической эффективности, т.е. отношение тотальной внешней механической мощности (Pto) к мощности активного энергетического метаболизма (Pai); ep -безразмерный коэффициент продвигающей эффективности, т.е. отношение полезной внешней механической мощности (Puo) к Pto. Показатель eg является интегративным показателем функциональной и физической подготовленности спортсмена, а ep - количественным отображением технической подготовленности.

Таким образом, у нас появился метод, позволяющий подробно изучать механическую и продвигающую эффективность на уровне целостного организма, т.е. получать объективные показатели функциональной и технической подготовленности при непосредственном передвижении на лыжах.

МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Центровым методом в нашем исследовании является метод дополнительного сопротивления, его разработка и описание подробно описана в результатах.

Для определения мощности активного энергетического метаболизма в зоне порога

анаэробного обмена (ПАНО) мы использовали метод непрямой калориметрии, а при выполнении работы выше ПАНО дополнительно брали пробу на лактат.

Исследование проходило в два этапа

I. Разработка метода дополнительного сопротивления.

II. Определение показателей механической эффективности лыжников-гонщиков в разнообразных условиях рельефа трассы.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

I. Разработка метода дополнительного сопротивления началась с анализа метода «малых возмущений» [1,8], используемый в спортивном плавании. Это позволило понять, что данную методику можно применить и для наземных локомоций в частности к лыжным гонкам, с некоторыми поправками и доработками.

Метод «дополнительного сопротивления» для спортсмена заключается в следующем: лыжник пробегает отрезок дистанции 170 м с максимальной скоростью. На контрольном отрезке 100 м регистрируется время. Контрольный отрезок находится между 70-м и 170-м метрами дистанции. Затем к спортсмену прикрепляется аппарат дополнительного сопротивления и лыжник вторично проходить эту же дистанцию с максимальной скоростью. Перед тестированием спортсменам дается следующая инструкция:

1) провести разминку, чтобы показать лучший результат на контрольном отрезке;

2) и в первом и во втором случае отрезок необходимо проходить с максимальной скоростью, что обеспечит работу в одной зоне энергетического обеспечения

3) между первым и вторым ускорением необходим достаточный (около 10мин) для восстановления, активный отдых.

Как вы видно, методика довольно проста. На пути ее реализации была проведена довольно большая работа для получения объективных данных.

1. Что использовать в качестве дополнительного сопротивления? В начале, для этого мы использовали аппарат похожий на «санки». Но проведенные первые результаты показали, что данное устройство не пригодно по ряду причин:

а) необходима идеально ровная поверхность, без малейших поворотов (что практически невозможно), в противном случае «санки» подпрыгивают и сильно откланяются от оптимальной траектории;

б) при буксировке «санок» происходит резкое одергивание спортсмена, что сбивает его с технически верного выполнения упражнения, темпа, приводит к резкому снижению скорости;

в) довольно сложно изменять сопротивление санок. Ведь для спортсменов разного уровня подготовленности, а так же для женщин и девушек необходимо несколько меньшее сопротивление, чем для мужчин;

г) сами санки достаточно тяжелые, что затрудняла и доставку до места исследования.

Данные обстоятельства натолкнули нас на мысль, что для использования в качестве дополнительного сопротивления может подойти аэродинамическое тело, в нашем случае это оказался тормозной парашют. Его использование позволило нам избежать всех отрицательных моментов при использовании «санок»: качество трассы не влияет на его передвижение и сопротивление; сопротивление довольно мягкое без рывков; он легкий, что позволяет легко его переносить; изменение нагрузки происходит автоматически (чем сильнее спортсмен, тем быстрее он бежит, тем большее сопротивление создает парашют) или сменой парашюта большей или меньшей площади. Силу сопротивления парашюта необходимо постоянно контролировать. Так, снижение скорости более чем на 10% приводит к значительной погрешности исследования, меняет технику (более низкий наклон туловища, более сильное и длительное отталкивание руками и ногами), что в итоге существенно искажает реальную картину.

2. Снижение экспериментальной погрешности. Время прохождения контрольного отрезка следует определять с использованием системы электронного финиша с точностью до сотых, так как применение электронного секундомера приводит к большой погрешности. Так, ошибка в определении времени прохождения контрольного отрезка в ±0,1 с. дает погрешность в ±30 Вт. А в случае с ручным электронным секундомером экспериментальная погрешность измерения времени может достигать 0,4с, что равносильно ошибке в 120 Вт. Для определения силы сопротивления парашюта можно использовать расчетный метод, график тарировки тела. Но для уменьшения погрешности лучше всего использовать тензометрическую систему, позволяющую измерять сопротивление в реальном режиме времени выполнения упражнения. Ошибка в определение силы сопротивления парашюта в ±0,1 Н дает ошибку ±1,92 Вт

Таким образом, при определении тотальной внешней механической мощности большое значение приобретает точное измерение времени прохождения контрольного отрезка и четкое соблюдение регламента исследования, а именно обеспечить максимальный разгон, полноценный отдых между первым и вторым ускорением.

II. Определение показателей механической эффективности лыжников

Данное исследование было организованно следующим образом:

1. Лыжники-гонщики проходили дистанцию на уровне порога анаэробного обмена равнинных участков и несколько выше при прохождении подъемов. Интенсивность нагрузки контролировали по частоте сердечных сокращений. Данная работа было проведена для моделирования ее на велоэргометре и определения мощности активного энергетического метаболизма. Индивидуальные значения Pai, полученные при моделировании тренировочной нагрузки на велоэргометре, при передвижении по «равнине» были в диапазоне 570-820 Вт, а в «подъем» - 1921-2735 Вт.

2. методом дополнительного сопротивления мы определили тотальную внешнюю механическую мощность при работе заданной интенсивности. При прохождении тренировочной трассы в зоне ПАНО, индивидуальные показатели механической мощности составили: на «равнине» - 129-175 Вт, в «подъем» - 297-377 Вт. Столь существенное увеличение механической мощности при работе в «подъем» объясняется перемещением своего тела не только в горизонтальном, но и вертикальном направлении. Кроме этого одновременный двушажный коньковый ход (подъемный вариант), по всей видимости, характеризуется проявление большой механической мощности по сравнению с одновременным одношажным коньковым ходом. Можно предположить, что в зависимости от силовых способностей спортсмена и скорости передвижения можно подобрать оптимальный вариант хода для передвижения в данных условиях, что естественно оптимизирует энергетические затраты организма и будет способствовать более успешному выполнению соревновательного упражнения [4].

3. Отношение тотальной внешней механической мощности к мощности активного энергетического метаболизма характеризует механическую эффективность (е§) лыжника-гонщика в условиях спортивной тренировки. Индивидуальные значения при передвижении на равнине составили в диапазоне 17,01-21,36%, а в «подъем» - 10,92-15,96%. Здесь хочется отметить, что механическая эффективность при работе на велоэргометре аналогичная работе на лыжах составила 21-24%.

Количественные показатели механической эффективности передвижения на лыжах свидетельствует о высоких потерях энергии, т.е. около 83% энергии активного энергетического метаболизма при работе на равнине и 90 % - при работе в подъем уходит в тепло. Оставшаяся энергия тратится на механическое движение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, мы научились в простой и доступной форме определять механическую мощность и механическую эффективность при передвижении на лыжах в зонах

максимального энергетического обеспечения и порога анаэробного обмена, что дает нам возможность изучать закономерности трансформации метаболической энергии в полезный результат деятельности. Данные показатели имеют большой физиологический смысл, так как позволяет выявить эффективность использования метаболической энергии, в различных зонах интенсивности тренировочной деятельности и искать эффективные пути повышения спортивных результатов спортсменов. Показатель механической эффективности является интегральным критерием физической подготовленности спортсменов в условиях максимально приближенных к соревновательным, что существенно повышает ценность полученных результатов. Регулярное их определение позволит объективно оценить эффективность использования различных вариантов тренировочной программы с учетом текущих изменений функциональной и силовой подготовленности лыжников [1,2].

Показатель механической эффективности существенно зависит от стиля и хода передвижения на лыжах. Изменения хода идентично смене передачи на автомобиле. Использование того или иного хода в основном зависит от силовых и функциональных способностей спортсмена. Чем они выше, тем более высокую «передачу» лыжник может использовать, а, следовательно, будет иметь более высокую скорость. Но нужно четко осознавать свои способности, так как чрезмерное усилие приведет «срыву двигателя».

Метод дополнительного сопротивления можно успешно использовать и для других наземных циклических видов спорта. Это, прежде всего зимние виды спорта на выносливость где присутствуют лыжные гонки (биатлон, зимнее двоеборье) и конькобежный спорт.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колмогоров, С.В. Энергообеспечение и биомеханика плавания человека в экстремальных условиях спортивной деятельности : дис. ... д-ра биол. наук / Колмогоров С.В. - Архангельск, 1995. - 435 с.

2. Колмогоров, С. В. Механическая и пропульсивная эффективность пловцов в различных зонах энергетического обеспечения / С.В. Колмогоров, J.M. Walker, А.Е. Чиков // Плавание. Исследования, тренировка, гидрореабилитация : материалы 2-ой между-нар. науч.-практ. конф. - СПб., 2003 - С. 86-90.

3. Платонов, В.Н. Система подготовки спортсмена в олимпийском спорте / В.Н. Платонов. - М. : Советский спорт, 2005. - 820 с.

4. Биомеханические технологии пдготовки спортсменов / И.П. Ратов, Г.И. Попов, А. А. Логинов, Б.В. Шмонин. - М. : Физкультура и спорт, 2007. - 120 с.

5. Уткин, В. Л. Энергетическое обеспечение и оптимальные режимы циклической мышечной работы : автореф. дис. ... д-ра биол. наук / Уткин В. Л. - М., 1985. - 46 с.

6. Чиков, А.Е. Определение тотальной внешней механической мощности лыжни-ков-гонщиков / А.Е. Чиков, Е.В. Ядрихинская, И.В. Кокорин // Материалы международной научно-практической конференции АГТУ, июнь 2007. - Архангельск, 2007. - С. 114119.

7. Чиков, А.Е. Закономерности производства и трансформации метаболической энергии в условиях наземных и водных локомоций человека : дис. . канд. биол. наук / Чиков А.Е. - Архангельск, 2003. - 119 с.

8. Kolmogorov, S. Active drag, useful mechanical power output and hydrodynamic force coefficient in different swimming strokes at maximal velority / S. Kolmogorov, O. Dy-plisheva // Journal of Biomechanics. - 1992. - Vol. 23. - P. 311-318.

Материал написан при поддержке РГНФ, проект № 11-36-00312а2

Контактная информация: chikov.alexandr@yandex.ru