Михаил Рудберг: Стандарт КООХ-2010, модель лыжного конькового отталкивания

тезисы доклада на семинаре СПб федерации лыжного спорта 05.07.2014г.
Аналитика кинограмм ведущих гонщиков способна продвинуть нас в понимании современных тенденций лыжной техники. Такой подход в классических ходах был сформулирован Хансом Гроссом в 70-х годах прошлого столетия, однако применительно к коньковым стандарты не обновлялись с конца прошлого века. Попытка систематизировать современную технику мировой элиты в шаге КООХ предпринята нами в 2012-14 гг.

рис. 1 Структура скоростного варианта шага КООХ в сочетании со схемой приложения усилий и кинограммами Б. Линда.

Действия спортсменов в рамках одного шага КООХ обнаруживают сегодня 8 групп движений руками и туловищем и 9 групп ногами и тазом. Пять фаз движений разделены граничными позами, которые устойчиво демонстрируют все гонщики мировой элиты в его скоростном и дистанционном вариантах.

Исследования были обращены на изучение того, какие усилия, в какой последовательности и направленности прикладываются гонщиками к палкам и лыжам. Как сочетаются между собой отталкивания руками и ногами в лыжном коньковом шаге, и какова доля каждого из этих действий в продвижении спортсмена вперед?

Аналитика проведена на основе измерений сил, прикладываемых спортсменами к лыжам и палкам. И пока отечественный интерес к инструментальному изучению лыжной техники в печати никак не проявлен, такими исследованиями неустанно занимаются западные лаборатории. Подборка их результатов за последние несколько лет помогает достоверно определить,в частности, структуру шага КООХ.

Информативна работа Австралийского Университета Спорта. В 2012 году там произвели замеры продольных, поперечных и вертикальных ускорений гонщиков уровня национальной элиты Канады и Австралии (рис.2).

рис.2 Графики ускорений лыжника-гонщика в шаге КООХ в сочетании с граничными позами в исполнении Э.Йонссона.

Динамика ускорений гонщиков обосновывает предложенную фазовую структуру шага КООХ, начиная с положения устойчивого равновесия на лыже:

гр.п.1 (рис.2, точки 1 и 6/1) Падает боковое ускорение лыжников при загрузке маховой лыжи - установлен поперечный баланс. Равнозамедленное торможение свободного скольжения изменяет свою тенденцию. В условиях постоянного противодействия среды (трение, воздушное сопротивление), это означает, что спортсмены начинают прикладывать усилия по удержанию падающей скорости - свободным такое скольжение уже называть нельзя. Рост вертикального ускорения вслед за этим соответствует выпрямлению гонщика в замахе на постановку палок - предстоит фаза проката.

гр.п.2 (рис.2, точки 2) С постановкой палок на снег продольная скорость нарастает, а вертикальное ускорение, достигнув ранее пика на замахе, падает по мере наклона корпуса и начала подседания. Скорость поперечного отклонения тела постепенно увеличивается (постоянное ускорение на промежутке времени фазы 2 ) - начинается фаза смещенного подседания.

гр.п.3 (рис.2, точки 3) Ускорение поперечного отклонения лыжников возрастает. При этом их продольная скорость также переходит в стадию равноускоренного роста, а вертикальная стабилизируется в нижнем положении наклона туловища - начинается фаза отталкивания в упоре скользящей лыжей.

гр.п.4 (рис.2, точки 4) Продольное и поперечное ускорения достигли максимума, а вертикальное начинает нарастать - закончено отталкивание палками, предстоят выпрямление корпуса и переход на маховую лыжу в фазе толчка на взлёт.

гр.п.5 (рис.2, точки 5) Постановка и загрузка маховой лыжи происходит при равнозамедленном снижении поперечной и продольной скоростей. Тем временем, смена тенденции вертикального ускорения корпуса означает полное выпрямление толчковой ноги и переход к фазе свободного скольжения.

Следующим предметом изучения стало одновременное отталкивание руками (рис.3). Исследования усилий на палках в классическом ОБХ на роллерном тредмиле определяют следующую тенденцию:
-энергичное начало отталкивания позволяет в вертикальном упоре на палки разгрузить стопы и разогнать лыжи протяжкой вперед;
-наиболее эффективна в продвижении средняя часть отталкивания, проворот высоко отведенных плеч вовлекает дополнительные группы мышц;
-руки ставят точку отталкивания кистями у бедер, что обеспечивает оптимальное соотношение частота шага/сила отталкивания.

рис.3 Компиляция графика осевых сил на палках с кинограммой П.Нортуга дает представление о динамике нарастания осевых усилий при одновременном отталкивании руками.

Схожая работа рук в КООХ позволяет предположить ту же тенденцию : жертвуя доталкиванием руками в конце последней его трети, гонщики не много теряют в удержании скорости, но выигрывают в темпе. Экономия на каждом шаге 0,05-0,08 с при скорости 7-8м/с дает лишних 20 шагов /100-120м на километре.

Примерный расчет импульсов сил, продвигающих гонщика в ОБХ в 50-60 кгм/с на треть превышает данные измерений в КООХ 35-40 кгм/с. Такое уменьшение возникает вследствие частичного отвлечения опорной руки от функций горизонтального продвижения на создание поперечного упора смещённому весу гонщика и коньковому отталкиванию лыжей. Одна треть усилий на это определяется как разница в поперечном разлете штырей от опорной стопы при постановке на снег.

Суммируя параметры приложенных сил и компилируя их с граничными позами кинограмм, получаем графики сил вертикального давления опорной стопы на лыжу, в сочетании с их горизонтальными боковыми составляющими (рис.4).

рис.4 Развитие вертикальных и боковых горизонтальных сил на опорной стопе в компиляции с граничными позами Б.Линда.

гр.п.1 С момента установления положения устойчивого равновесия гонщик давит на лыжу своим весом (зеленая штриховка). Боковая составляющая при этом практически равна нулю. При замахе руками и устремлении ОЦТ лыжника вверх, загрузка лыжи уменьшается, а боковая составляющая с поперечным отклонением тела начинает увеличиваться.

гр.п.2 С постановкой палок на снег и навале на них гонщик практически полностью разгружает опорную лыжу, когда продвигает стопу вперед. Вертикальная и боковая составляющие здесь минимальны.

гр.п.3 С началом отталкивания в упоре скользящей лыжей её загрузка вновь нарастает, причем вертикальные силы вскоре начинают превышать весовую составляющую первого пика (красная штриховка) - это начало приложения профильных мышечных усилий отведения и разгибания бедра.

гр.п.4 Нарастают поперечное отклонение тела и, как следствие, боковые составляющие толчковых усилий и сил смещенного веса.

гр.п.5 При окончании отталкивания ногой гонщик перестает давить на лыжу силой смещенного веса, поскольку теперь устремляется на маховую и начинает загружать её (бирюзовая штриховка). Это вызывает на внешнем канте встречное боковое сопротивление новой опоры, которое складываясь с импульсом реакции на отталкивание придает маховой лыже силу разгона.

С установлением равновесного баланса вертикальная загрузка опорной лыжи достигает весовых значений, а встречное боковое сопротивление на ней падает до нуля.

Схема сочетания боковых усилий на опорной стопе с осевыми силами на палках (синяя кривая) позволяет рассчитать картину очередности и пропорциональности развития Импульсов продвигающих сил в шаге КООХ (рис.5).

Расчетный суммарный импульс силы продвижения гонщика весом 70-75 кг составляет около 80 кгм/с (30 палками + 50 лыжей). Это совпадает с данным исследований европейских лабораторий - 73-93 кгм/с (33-43 палками + 40-50 лыжей).

рис.5 Схема сочетания Импульсов продвигающих сил отталкиваний руками и ногой в компиляции с граничными позами шага КООХ Э. Йонссона

Тенденции нарастания усилий отталкивания ногой в сочетании с отталкиванием руками определяют доли их приложения к опорной стопе в каждой фазе шага. Такая схема дает наглядное представление о том, в каких пропорциях эти силы передаются гонщиком на толчковую лыжу.

Вектор горизонтального усилия на опорной стопе является суммирующим результатом двух действий гонщика в шаге: отталкивания руками и отталкивания ногой.

Их соотношение влияет на постепенное изменение направления его приложения к стопе - от передненаправленного при отталкивании руками в смещенном подседании, до направленного вбок под прямым и более углом, при окончании отталкивания ногой (рис.6). В целом такая динамика укладывается в четыре характерные зоны отталкивания.

рис.6 Схема передачи усилий отталкиваний на толчковую лыжу по ходу отталкивания в шаге КООХ

1-я зона - с момента постановки палок доминирует усилие отталкивания руками, лыжник передает его протяжкой стопы вперед, это начальный разгон лыжи при упоре на палки;

2-я и 3-я зоны - по мере продвижения и постепенного поперечного отклонения гонщика от вертикали создаются выгодные условия для конькового отталкивания скользящей лыжей. Его доля начинает постепенно увеличиваться в общем Импульсе продвигающих сил, вектор передачи усилий стопой перенаправляется вбок нарастающими углами, вплоть до прямого;

4-я зона - после отрыва палок от снега усилием толчка на взлёт спортсмен направляет Импульс силы отталкивания лыжей углами 90-110〫в противоход её скольжению, помогая переходу на маховую лыжу дополнительным Импульсом инерции торможения толчковой.

На рис. 7 изображена схема приложения усилий к стопе относительно самого гонщика. Если в дистанционном варианте его толчковая стопа совершает практически прямолинейное движение вбок-назад по ходу движения (слева), то в скоростном варианте она, из отставшего после замаха положения, продвигается сначала вперед и лишь затем вбок-назад по эллипсоиде (справа).

Соответственно углы приложения реакции на отталкивание(синие стрелки) сильнее совпадают с ходом маховой лыжи и обеспечивают её разгону большую эффективность передачи Импульса отталкивания в скоростном варианте шага.

Рис.7 Схемы приложения гонщиком усилий на стопе при дистанционном и скоростном вариантах отталкивания ногой в шаге КООХ.

Выводы: Предложенная модель лыжного конькового отталкивания дает представление о силах, продвигающих гонщика вперед. Исходя из неё, вырисовывается целесообразность постепенного нарастания и поочередного развития усилий в шаге КООХ:

- гонщик, отклоняясь от вертикали, в первой трети шага вызывает своим смещенным весом начальный рост продвигающих сил. Они пока невелики, но создаются практически без усилий, простым поперечным отклонением, что создает выгодные углы для последующего отталкивания ногой;
- от момента постановки палок во второй трети шага основной вклад в разгон опорной лыжи обеспечивается отталкиванием руками, прямой передачей этих усилий на опорную стопу.
- к моменту отрыва палок от снега в последней трети шага нарастающие усилия отведения и разгибания толчкового бедра подхватывают разгон и доводят скорость опорной лыжи до максимальной:
- финальный толчок ногой на взлёт в скоростном варианте посылает гонщика прочь от опоры и обеспечивает передачу финального Импульса отталкивания на маховую лыжу;

С точки зрения биомеханики модель шага КООХ раскладывается на следующие характерные действия:

подготовка отталкивания замахом в поперечном отклонении, упор палками в начальном разгоне с подседанием, отталкивание палками и скользящей под углом лыжей, смена опоры переходом/перелётом на маховую лыжу.

На практике спортсмен вынужден постоянно решать дилемму наибольшей эффективности:

-мышцы рук слабее, быстрее утомляются, но развивают продвигающий импульс прямой передачей своих усилий;
-мышцы ног сильнее, выносливей, но обеспечивают продвижение вперед двойным преломлением сил: от вертикальных к боковым и только затем к продвигающим.

Поиски верных сочетаний этих составляющих отталкивания оставляет спортсменам и тренерам широкое поле для индивидуального подхода в использовании наработанных физических качеств.

(1) Рудберг М.Ю. Свободным стилем. Коньковый Одновременный Одношажный Ход, М, Атлет-Пресс, Советский Спорт, 2013
(2) Identification of Cross-Country Skiing Movement Patterns Using Micro-Sensors Finn Marsland,1,* Keith Lyons,1 Judith Anson,1 Gordon Waddington,1 Colin Macintosh,2 and Dale Chapman1,2
(3) Skiing efficiency versus performance in double-poling ergometry L. Joakim Holmberga∗, Marie Lund Ohlssonb, Matej Supejc and Hans-Christer Holmbergd
(4) THE EFFECT OF SKI GLIDING PROPERTIES ON THE FORCE PRODUCTION
Olli Ohtonen
(5) Stoeggl, T., Muller, E., Lindinger, S. 2008. Biomechanical comparison of the double-push technique and the conventional skate skiing technique in cross-countrysprint skiing. Journal of Sports Sciences, September 2008; 26(11): 1225–1233
(6) Stoeggl, T., Kampel, W., Muller, E., Lindinger, S., 2010. Double-push skating versus V2 and V1 skating on uphill terrain in cross-country skiing. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2010 Jan;42(1):187-96.
(7) Hans-Christier Holmberg, Stephan Joseph Lindinger Thomas Stoogl, Биомеханический анализ техники передвижения классическим ходом профессиональных лыжников-гонщиков, 2004, Сборник информационных материалов, АУ ФГБУ “ЦСП СКР”, 2012

Другие статьи о технике можно прочитать в Блоге Михаила Рудберга "Техника Лыжных Ходов"