Под спортивной экипировкой подразумевают инвентарь, снаряды, защитные средства, любые мячи или инженерно-технические средства передвижения, используемые в спорте.
Для того, чтобы создать участникам соревнований равные условия во всех видах спорта, установлены правила, определяющие различные характеристики спортивной экипировки, и в частности, такие, как масса, размеры и конструкция.
Например, в шоссейных гонках разрешается использовать велосипеды любой конструкции, которые могут быть снабжены переключателями соотношения скоростей, тормозами и другими приспособлениями, но при условии, что велосипеды приводятся в движение только мышечной силой и не имеют приспособлений для уменьшения сопротивления воздуха.
Техническим регламентом Международного союза велосипедистов (UCI) установлены следующие основные ограничения (рис. 8.1):
• длина велосипеда (EF) не должна превышать 200 см, а ширина — 50 см;
• расстояние между осью каретки и поверхностью земли (DA) — не менее 24 см и не должно превышать 30 см;
• расстояние между вертикалями, проведенными через ось каретки и оси переднего колеса (АВ), — не менее 54 см и не более 75 см;
• расстояние между вертикалями, проведенными через крайнюю точку передней части седла и через ось каретки, не должно превышать 135 см;
• расстояние (АС) между вертикалями, проведенными через ось каретки и ось заднего колеса, не должно быть менее 350 мм и не более 550 мм;
• разрешается использование колес разного диаметра (550— 700 мм), компактных (дисковых) и со спицами. Количество спиц не регламентируется;
• в определенных видах гонок разрешается использование руля в виде «рогов быка» и дополнительного прикрепленного выступающего вперед дугообразного упора, который называется «Триатлет» (Полищук, 1997).
Одним из важных решений руководящего комитета UCI является разрешение вносить и утверждать какие-либо изменения в конструкцию велосипеда через каждые два года.
Специалисты практически ничего не могут сделать для улучшения некоторых видов экипировки, например, восьмикилограммового ядра, которое не отличается высокой аэродинамичностью, а в другие виды они могут внести много усовершенствований, способных улучшить спортивную работоспособность.
Так, старые правила в метании копья оговаривали массу и размеры снаряда, однако в них почти ничего не было сказано о его конструкции. Впоследствии конструкторы создали копье с такими аэродинамическими свойствами, что его можно было послать за 90 м, и в некоторых местах проведения соревнований оно могло залететь даже в сектор со зрителя¬ми. Позднее правила в этом виде спорта были изменены, и в частности, в них было внесено ограничение, касающееся конструкции копья.
Спортивная экипировка создается как для обеспечения комфорта и безопасности, так и для повышения спортивной работоспособности. Изменения в дизайне зависят от потребностей спортсмена. Так, манипулируя размерами и эластическими свойствами мячей, можно изменять скорость их полета после нанесения удара. Например, в бейсболе нападающие игроки предпочитают упругий, быстро отскакивающий мяч, тогда как принимающие игроки — менее упругий.
В настоящее время, рассматривая вопросы повышения работоспособности спортсменов с использованием спортивной экипировки, можно выделить несколько направлений.
Спортивные снаряды. Если в каком-то определенном виде спорта целью является увеличение дальности или точности полета спортивного снаряда, то для достижения этой цели модифицируются снаряды.
Так, дальность полета копья может быть заметно увеличена за счет сглаживания его хвостовой части, в результате чего улучшаются аэродинамические свойства, обеспечивающие более выраженный аэродинамический эффект. К выраженному росту спортивного мастерства копьеметателей привело использование планирующих копий. Изменение конструкций копий повлекло за собой изменение техники, методики тренировки и способствовало росту спортивных результатов.
За счет изменения количества и конфигурации углублений на поверхности мяча для игры в гольф появилась возможность существенно влиять на сопротивление воздуха и тем самым увеличивать дальность полета мяча. Один из образцов такого мяча имеет даже встроенный гироскоп, способствующий снижению кривизны движения мяча и повышению точности его посыла. Однако использование мячей такого типа в условиях спортивных соревнований запрещено. Аналогичный дизайн применяется и в американском футболе, что позволяет мячу лететь по спирали (Уильяме, 1997).
В спортивной гимнастике прогресс во многом определяют изменение конструкций гимнастических снарядов; применение дополнительных приспособлений, способствующих появлению большого количества сложных, оригинальных элементов, связок и соединений, которые высоко оцениваются судьями.
Модификация конструкции коня для махов — укорочение крупа, изменение конфигурации ручек и др. привели к тому, что весь снаряд в целом стал биомеханически целесообразной, удобной конструкцией. Это расширило творческие возможности тренеров и спортсменов в отношении разработки и разучивания новых элементов, позволило более эффективно совершенствовать технику, полней использовать анатомо-морфологические и конституционные возможности тела гимнастов.
Укорочение коня для прыжков, изменение его конфигурации, устранение ограничений для постановки рук на коне, модернизация гимнастического мостика, внедрение эластичных дорожек для разбега значительно расширили возможности гимнастов в опорных прыжках. Благодаря этому повысилась зрелищность соревнований, уменьшилось количество травм.
Увеличение эластичности и изменение конфигурации жердей гимнастических брусьев привели к появлению элементов и упражнений, выполняемых с большим махом. Модификация тросовой конструкции, жердей, подвижность стоек брусьев позволили тренерам и спортсменам значительно повысить сложность спортивной техники.
Применение новых конструкций гимнастических накладок (с валиком) при выполнении упражнений на перекладине дало возможность тренерам и спортсменам разработать большое количество сложных и оригинальных элементов, связок и соединений. Это — элементы, выполняемые большим махом, перелеты через перекладину, различные варианты больших оборотов на одной руке и др.
На совершенствование техники спортивной гимнастики существенно повлияли изменения бревна (добавилось мягкое, эластичное покрытие), ковра для выполнения вольных упражнений (синтетическое покрытие, резко увеличившее амортизационные свойства и позволившее разработать и внедрить сложнейшие элементы — двойное сальто, тройное сальто, сальто с пируэтами и др.), различных вспомогательных конструкций и инвентаря — гимнастических матов, ям для приземления.
При разработке инвентаря и оборудования для видов спорта, в которых на спортивный результат очень влияют условия взаимодействия спортсмена со спортивным снарядом (прыжки с шестом, стрельба из лука, теннис, настольный теннис, метание копья, спортивная гимнастика, тяжелая атлетика, хоккей на льду, хоккей на траве), следует придерживаться ряда биомеханических требований:
• обеспечение соответствия или, по крайней мере, пересечения частотных диапазонов колебаний биомеханической системы или биокинематической цепи спортсмена, контактирующей со спортивным снарядом, и самого снаряда;
• амплитудные параметры механических величин при взаимодействии не должны превышать физиологический и биомеханический диапазоны (адаптацию биологической системы), при которых возможны необратимые изменения (условие механической толерантности тела спортсмена);
• в процессе взаимодействия со спортивным снарядом должно сформироваться движение, биомеханические параметры которого для планируемого спортивного результата соответствуют или превышают выявленные для данного вида спорта тенденции изменения параметров движения с ростом результативности выполнения соревновательных упражнений;
• в игровых видах спорта упруговязкие характеристики спортивного инвентаря должны обеспечивать максимально возможную скорость полета мяча, волана или шайбы при данном уровне технической и физической подготовки спортсменов (Попов, 1992).
Используемый спортивный инвентарь также представляет значительный интерес для исследователей.
Размеры и композиция такого инвентаря могут влиять на его ударные характеристики. Экспериментально установлено, что алюминиевая бита может придать бейсбольному мячу большую скорость, чем деревянная. По сути, однородный состав биты обеспечивает более эффективный центр нанесения удара, в результате чего в меньшей степени возникает вибрация и затрачивается энергия на удар, а следовательно, мяч летит гораздо быстрее. Этот центр удара иначе еще называют «сладким пятном» (Уильяме, 1997).
Клюшки для игры в гольф и другой ударный спортивный инвентарь могут быть также изменены в конструкции согласно этому принципу.
В велосипедном спорте постоянный поиск оптимальных, легких и надежных вариантов конструкций велосипеда направлен на его узловые части: передний кареточный узел (переключатель, шатун, педали, ведущие шестерни и др.). «Педаль-велотуфля» представляет собой принципиально новую конструкцию, составляющую единое целое. Замок педали закрепляет велотуфлю по принципу, используемому в горных лыжах. Велотуфля надежно сцепляется с педалью, но в случае падения нога легко освобождается (рис. 8.2) (Полищук, 1997).
В легкой атлетике на рубеже 1950-х годов в прыжках с шестом начали использоваться металлические шесты, которые в сравнении с бамбуковыми отличались повышенной жесткостью. Это привело к значительному изменению техники: прыжок приобрел выраженный маховый характер, изменились требования к уровню специальной подготовленности спортсменов, их конституциональным особенностям. Успеха в этом виде спорта стали добиваться атлеты высокого роста. Использование металлических шестов привело к росту мировых и национальных рекордов. Однако пятиметровый рубеж в прыжках с шестом был превзойден с использованием уже синтетических шестов. Эти шесты по своим качествам существенно отличаются от металлических эластическими характеристиками — большим изгибом и высокими катапультирующими свойствами. Особенности шеста предъявили новые требования к спортивной технике, уровню специальной подготовленности спортсменов, повлияли на методику тренировки, что привело к новому скачку результатов от пятиметровой к шестиметровой высоте. Убедиться в огромном влиянии спортивного инвентаря на спортивную технику и результат в этом виде соревнований позволяет рис. 8.3, на котором показаны прыжки выдающихся спортсменов разных лет.
В велосипедном спорте рост спортивных достижений в значительной степени определялся постепенным совершенствованием конструкций велосипедов, чем процессом методики подготовки. Убедиться в этом можно даже при поверхностном знакомстве с внешним видом велосипедов, применявшихся в различные годы (рис. 8.4).
Эти возможности далеко не исчерпаны. Более того, каждый очередной олимпийский цикл приводит к новым оригинальным разработкам. В частности, появление в начале 1980-х годов дисковых колес позволило Ф. Мозеру побить мировой рекорд Э. Меркса в часовой гонке (49,432 км), который удерживался в течение 12 лет. Однако Ф. Мозер не только побил рекорд и перешел скоростной барьер 50 км-ч-1, но ему удалось показать фантастический результат — 51,151 км. Такой прибавки к рекорду не было более 100 лет, начиная с 1884 г. Настоящей сенсацией 90-х годов XX в. в велосипедном спорте стало появление новой конструкции трекового велосипеда, впервые внедренной на Играх Олимпиады 1992 г. в Барселоне (рис. 8.5).
Велосипед этой конструкции позволил применить принципиально новый вариант посадки и техники педалирования, что значительно повысило эффективность работы и обеспечило К. Бордмену подавляющее преимущество над соперниками.
Экспериментальные исследования, проведенные венгерскими биомеханиками (Барна и др., 2000), и полученные данные позволили авторам рекомендовать магниевый сплав при конструкции велосипедных рам.
Сенсационные успехи украинских велосипедистов в последние годы в значительной мере были обеспечены тесным сотрудничеством тренеров и спортсменов со специалистами всемирно известного Авиационного научно-технического комплекса им. O.K. Антонова. Разработанные конструкции велосипедов из углепластика для различных видов гонок (рис. 8.6) с учетом аэродинамических и антропологических характеристик каждого гонщика позволили существенно снизить аэродинамическое сопротивление, повысить скоростные качества и выносливость спортсменов.
В парусном спорте совершенствование материальной части — неисчерпаемый резерв повышения спортивного мастерства и изменения системы подготовки и участия в соревнованиях (рис. 8.7).
Применение прогрессивных конструкций и новых материалов при производстве яхт, парусов, яхтенного оборудования, защитной экипировки спортсменов ведет к изменению технических действий по управлению судном. В результате изменяется методика технической и физической подготовки, появляются новые требования к решению тактических задач и психологической подготовленности гонщиков. На примере некоторых усовершенствований в классе «Летучий Голландец» за последние 15 лет можно проследить изменения, происшедшие в системе подготовки квалифицированных спортсменов. Из олимпийских классов «Летучий Голландец» — один из сложнейших в технике управления. Легкость корпуса и насыщенность парусами приводит при ошибках в технике управления им к переворачиванию, что чревато не только потерей места в гонке, но и снижением результата в соревнованиях вообще. С появлением в 1970-х годах трубы для спинакера (дополнительного паруса) и в 1980-х годах выстреливающейся реи существенно упростился и обезопасился процесс постановки и уборки спинакера, особенно при среднем ветре и штормовых условиях. Раньше экипаж для выполнения этих маневров должен был встать с наветренного борта, что сразу ухудшало устойчивость, судно начинало раскачиваться на волне и т. д. Теперь эти маневры выполняются в 2—2,5 раза быстрее, не сходя с места. До введения названных новшеств принятие решения о применении спинакера в штормовых условиях требовало высокой техники и определенного психологического настроя. Использование его было привилегией отдельных экипажей. Теперь большинство гонщиков, не задумываясь, ставят спинакер в самых сложных погодных условиях. Сокращение времени постановки и уборки спинакера привело к ужесточению борьбы за ключевые позиции при огибании знаков, появились новые решения возникающих в этой борьбе тактических задач.
В последние годы изменился раскрой парусов. Теперь для них используют более жесткие ткани, при этом расширился диапазон применения парусов в зависимости от силы ветра, что повысило требования к «операторской» деятельности при управлении яхтой и потребовало перестройки процесса технико-тактической подготовки. Эти изменения, в конечном счете, привели к пересмотру критериев отбора шкотовых для судов класса «Летучий Голландец». На сегодняшний день в лучших экипажах мира рост шкотового около 190 см, что в среднем на 10—15 см больше, чем 10—15 лет назад.
Во второй половине 90-х годов XX в. появилась принципиально новая конструкция коньков для конькобежного спорта. По сравнению с обычными коньками, они позволили увеличить амплитуду отталкивания (рис. 8.8). После некоторой перестройки спортивной техники время прохождения спортсменами каждого круга уменьшилось в среднем на 0,7 с, поэтому вполне естественно, что на зимних Олимпийских играх 1998 г. в Нагано многократно обновлялись мировые рекорды на различных дистанциях, спортивные результаты превысили самые смелые прогнозы. Голландец Ромме на дистанции 5000 м показал результат 6 мин 22,20 с, превышающий мировой рекорд сразу на 8,5 с. Накануне игр специалисты прогнозировали результат на этой дистанции не лучше 6 мин 29,0 с.
Постоянное совершенствование новой конструкции коньков и ботинок способствует дальнейшему росту результатов конькобежцев.
Изменение конструкций бобов на протяжении всей истории современных Олимпийских игр являлось важнейшим фактором прогресса в этом виде спорта (рис. 8.9), способствовало неожиданным победам спортсменов разных стран мира. Специалисты хорошо знают, что успех в этом виде спорта в значительно большей степени определяется конструкциями бобов, чем морфологическими и функциональными особенностями спортсменов.
В 1999 г. фирмой «ROTTEFELLA» разработано новое поколение креплений с увеличеной шириной крепления до 56 мм и двухфлексорной системой (рис. 8.10). В 2001 г. Юлия Чепалова (Россия), используя крепления системы NNN R3, завоевала Кубок мира по лыжным гонкам.
Чрезвычайно высокая изменчивость состояния поверхности снега привод к необходимости иметь большой набор смазок с различным диапазоном действия.
В зависимости от условий применения (температура, влажность, состояние снега и т.д.) все смазки можно разделить на две группы: лыжные мази (жидкие, полутвердые, твердые), обеспечивающие возможность отталкиваться и скользить, и мази скольжения (парафины), обеспечивающие только скольжение (Безруков, Губатенко, 2000).
Проведенные исследования механизма трения полимерных материалов на снегу позволили определить основные принципы формирования поверхности скольжения лыж и вполне целенаправленно вести работу по улучшению антифрикционных характеристик используемых материалов.
Так, по мнению А.П. Безрукова, Б.А. Губатенко (2000), большой интерес представляют исследования следующих групп соединений (используемых в качестве компонентов смазок):
• соединений близкой химической природы, но различающихся по физико-механическим характеристикам (парафин-полиэтиленовый воск);
• соединений, способных изменять свойства поверхности и существенно изменять «объемные» свойства (поверхностно-активные вещества, фторорганические соединения);
• мнений, изменяющих как свойство поверхности, так и "объемные" свойства (твердые наполнители).
Исследования, проведенные в середине 1990-х годов А.П. Безруковым, Б.А. Губатенко и Е.А. Духовским, позволили решить ряд проблем, связанна с объемной модификацией полимерных материалов. С помощью ионизирующего излучения удалось улучшить антифрикционные характеристики полиэтилена, используемого в качестве скользящей поверхности лыж. Разработанная технология позволила подготовить лыжи, на которых успешно выступили лыжники и биатлонисты сборной команды России на Олимпиаде в Нагано.
Модификация поверхностного слоя скользящей поверхности лыж решает чисто практические задачи, непосредственно связанные с подготовкой лыж к соревнованиям. Прежде всего, это — выбор смазки на данные погодные условия. Но, учитывая различную химическую природу смазок, приходится решать технологические проблемы, связанные с обеспечением хорошей адгезии смазки к материалу скользящей поверхности.
Адгезия — сложный комплекс физико-химических явлений, в основе которых лежит молекулярное взаимодействие приведенных в контакт разнородных материалов. Проявление сил молекулярного взаимодействия, ответственных за адгезию, возможно только при условии достижения кон¬такта на границе адгезив-субстрата.
Одним из важнейших способов направленного регулирования прочности адгезионого соединения является, несомненно, подготовка поверхности.
В настоящее время во Всероссийском научно-техническом институте по спортивно-техническим изделиям (ВИСТИ) разработана и изготовлена установка, на которой можно проводить обработку скользящей поверхности лыжи различными смазками в вакууме, в среде инертного газа или при повышенном давлении. Кроме того, установка позволяет обрабатывать лыжи при различных температурных режимах.
С использованием данной установки разработаны два вида технологии обработки скользящей поверхности лыж — обработка парами и расплавами смазок.
В 2002 г. фирмой «FISCHER» была разработана система виброкорректировки горных лыж «Frequency Tuning». «Frequency Tuning» представляет некое подобие сетки, изготовленное из специальных материалов, которая помещается в верхнем слое и сглаживает частотную характеристику лыжи, преобразуя негативные колебания (рис. 8.12).
Апробация новой технологии в соревновательном процессе прошла успешно. Использование горных лыж с новой технологией позволило Михаэлю фон Грюнигену в Сант-Антоне стать чемпионом мира в слаломе-гиганте.
Защитные средства спортсменов. При разработке и совершенствовании новых конструкций спортивного инвентаря и оборудования, спортивных сооружений в последние годы пристальное внимание уделяется повышению безопасности спортсменов, особенно в тех видах спорта, которые наиболее зависят от материально-технического обеспечение соревнований. В этом плане в различных видах спорта достигнутые заметные успехи; например, современные горнолыжные крепления не только обеспечивают жесткое соединение ботинок с лыжами, что влияет на эффективность техники, но и автоматически освобождают ногу спортсмена при перегрузках, которые могут привести к травмам (рис. 8.13).
При разработке конструкций современных креплений используются результаты комплексных биомеханических исследований. Установлено, что наиболее слабым звеном нижних конечностей горнолыжника является большеберцовая кость, и при разработке креплении следует ориентироваться на ее прочность. Прочность большеберцовых костей, их способность противостоять изгибным и крутящим нагрузкам основном определяют конструкцию и регулировку креплений.
Большое внимание уделяется и разработке эффективных конструкций индивидуальных средств защиты спортсменов: шлемов, щитков, бандажей и др.
Защитное снаряжение, используемое в спорте, способствует снижению получения травм и не создает предпосылок к травмированию одноклубников и соперников. Ношение защитного снаряжения, как правило, становится обязательным для многих видов спорта, кроме того, его ис¬пользование зависит от массы, удобства, эстетического вида и т.д. Для оценки эффективности защитного снаряжения чаще всего используется биомеханический метод, при котором предпринимается попытка подвергнуть модель максимальному воздействию, а затем оценить ее качество.
Большинство шлемов, используемых спортсменами, предназначено для снижения риска травм головы благодаря прочному внешнему корпусу, который должен распределять силу удара, и прочной внутренней части, которая должна абсорбировать силу удара. Выбор вида «внутренностей» шлема определяется видом спорта, для которого создается шлем. Для видов спорта, в которых часто встречаются многочисленные удары средней интенсивности (хоккей на льду, американский футбол), внутреннюю часть шлема изготавливают из упругих пеноматериалов средней плотности. Для видов спорта, характеризующихся более серьезными столкновениями (горнолыжный спорт, велоспорт и др.), используются более жесткие материалы большей плотности.
Качество шлема обычно оценивают по его способности не допустить тупой травмы. Для этого созданную модель головы, на которую надет шлем, подвергают падению на специальном стенде (рис. 8.14).
Сила удара измеряется в зависимости от вида спорта, для которого предназначен шлем (например, хоккей на льду — 40 Дж, велосипедный спорт — 80 Дж и т. д), изменяется также и количество ударов (1—3). Способность шлема смягчать удар обычно определяется с помощью трехплоскостного акселерометра, который устанавливается в центре модели головы.
Так, по данным Clarke (1991), смертность вследствие травм головы у игроков в американский футбол (учащихся колледжей и университетов) существенно снизилось после введения обязательного ношения шлемов. Если в 1968 г. количество смертельных случаев составляло 30 в год, то в 1989 г. оно снизилось до 1—2. Почти аналогичная картина наблюдается и в велосипедном спорте. По данным Thompson et al., (1989), для велосипедистов, использующих шлем, характерно снижение травм головного мозга на 85 %.
Опыт показывает, что результативное прогнозирование дальнейшего развития спортивного инвентаря и оборудования, изменение условий соревнований и в связи с этим оперативная перестройка спортивной техники и системы подготовки являются исключительно важными факторами обеспечения эффективности выступлений в крупнейших соревнованиях отдельных спортсменов и целых команд. Любые крупные соревнования подтверждают эту тенденцию.
Комментариев нет:
Отправить комментарий