Изобретение кляпов группой биомехаников Свободного Университета (Free University) в Амстердаме стало революцией в конькобежном спорте и получило широкий резонанс во всём мире. Также как и в случаях со многими изобретениями, теория применения кляпов находится в развитии. Основная идея кляпов — в максимальном разгибании голеностопа во время движения, в целях развития более высокой скорости. Она безусловно доказала своё право на жизнь, но более детальные вопросы в этой области находятся в разработке.
Один из животрепещущих вопросов — правильное размещение оси кляпов относительно стопы конькобежца. Особенно актуальным он стал с того момента, как некоторые заводы стали производить кляпы с регулируемой осью.
Группа биомехаников Свободного Университета ставит этот вопрос во главу угла в своей четырёхлетней исследовательской работе, которая началась год назад.
Результаты, полученные в процессе работы не будут афишироваться, но мы можем рассмотреть идеи, разрабатываемые этой группой. Для достижения поставленной цели мы будем оперировать законами биомеханики, пользоваться компьютерными моделями движений конькобежца на льду и использовать результаты прыжковых экспериментов проводимых в лаборатории.
При взгляде на рис. 1 нам становится ясно, что возможности изменений в положении оси ограниченны. При наличии расстояния между лезвием и ботинком равным высоте стоек и механизма, и необходимости наличия угла отрыва лезвия около 45 градусов (исходя из опыта) ось никогда не будет расположена близко к подушечке стопы. Чтобы иметь способность достижения наибольшего угла отрыва, она должна находиться по крайней мере в 3 см от неё.
Определение передней границы положения оси не представляет затруднений — она никогда не будет находиться дальше окончания лезвия конька. Поскольку конец лезвия имеет достаточно точно определяемую длину, соответствующую большинству стилей бега конькобежцев, мы считаем, что это крайняя возможная позиция для расположения оси (рис. 1е).
Таким образом, применительно к европейскому стандарту размеров ботинка (42) существует диапазон около 16 см в котором ось может быть установлена.
Для того, чтобы объяснить, что происходит после отрыва пятки от опоры обратимся к рис. 2, который показывает соотношение между толчковой силой и плечом рычага, относительно голеностопного сустава и момента силы, вызванного мышечным усилием толчковой ноги.
Как можно увидеть, голеностопный вращающий момент используется для поддержания баланса. Центр давления под лезвием изменяется вместе с изменением приложения силы мышц. Другими словами, когда вы не используете кляпы, мышцы вокруг голеностопного сустава используются только для равновесия, в то время, как сила отталкивания главным образом обусловлена разгибанием коленного и тазобедренного сустава. А в случае с кляпом сила отталкивания может увеличиться в тот момент, как центр давления достигнет оси (рис. 2)
После отрыва пятки от опоры сила отталкивания начинает уменьшаться. Это связано с тем, что мышцы-разгибатели голеностопного сустава (большие икроножные) имеют длинные эластичные полосы, прикреплённые к Ахиллесову сухожилию, трансформирующие силу отталкивания, производимую мышцами к пяточной кости. Эти полосы работают как эластичная связка, которая находится в максимально растянутом состоянии перед отрывом пятки и укорачивается после её отрыва, работая по принципу катапульты. Из-за этого сила отталкивания начинает уменьшаться. Энергия, производимая этой полоской зависит от её эластичности и от мышечной силы перед отрывом пятки. Это именно та энергия, которая помогает конькобежцу набирать скорость, которой только необходимо трансформироваться в кинетическую энергию. На первый взгляд, механизм взаимодействия между мышцами и льдом не имеет значения, поскольку энергия не теряется. Компьютерные модели показывают, что это действительно так. Когда ось находится в различных позициях, количество энергии, измеряемое в момент отрыва лезвия ото льда, не изменяется. Но это работает только тогда, когда мышечная сила в момент отрыва пятки остаётся неизменной.
На практике же это не так. Для того, чтобы показать это, я скажу, что необходимое время для расслабления мышц составляет около 0,1 сек. Более того, когда голеностоп растягивается с высокой скоростью в момент отрыва ото льда, теряется эффективность отталкивания. Эти два фактора в совокупности, благоприятно влияют на максимальную скорость отрыва пятки во время отталкивания, а это в свою очередь говорит о наибольшей эффективности максимально близкого расположения оси относительно голеностопного сустава.
С другой стороны, максимально далёкое расположение оси от голеностопа позволяет достигнуть максимального мышечного усилия в момент отрыва пятки. ловом, налицо противоречие между двумя нашими выводами.
1) Позиция оси в кляпе представляет собой компромисс между ранним поднятием пятки, максимальным углом отрыва лезвия и запасом энергии в икроножных мышцах.
2) Оптимальное положение оси зависит от результата проявления силы (от скорости конькобежца), от эластичности икроножных мышц, а также от роста и веса спортсмена.
Следует внести некоторую ясность во 2-й пункт. Если у вас достаточно неэластичные икроножные мышцы (следствием чего может быть раннее поднятие пятки при ходьбе), то у вас меньше запас энергии, следовательно, ось можно сдвинуть ближе к подушечке стопы. В этом случае, вы извлечёте больше выгоды от раннего поднятия пятки.
Чем больше производная силы, тем дальше вперёд можно сдвинуть ось. Однако, в данном случае есть недостаток, который препятствует выдвижению оси на всю длину пути к передней части лезвия: в конце отталкивания сила инерции содействует излишнему разгибанию колена, что является неэффективным, поскольку во время окончания отталкивания вам нужно приостановить всякое разгибание. Этот эффект усиливается, если ось сильно смещена вперёд (рис. 3). Думается, мы подошли ближе к пониманию вопроса расположения оси в кляпе.
Берт Оттен (Bert Otten), отделение медицинской физиологии Университета Гронингена, Нидерланды, «Speedskating World», январь 1998.
Перевод: Юлия Верескун