Биомеханика техники опорной части прыжка с шестом

3.1. Механические основы техники опорной части прыжка с шестом Механической основой техники опорной части прыжка с шестом является система двух маятников. Эти маятники изменяются по длине и взаимно влияют друг на друга. Первый маятник образуют шест и прыгун. Другой маятник образуется при вращении тела прыгуна вокруг мест захвата за шест и плечевого пояса [83]. Угловая скорость движения шеста в определенной степени зависит от длины, как первого, так и второго маятников. Укорочение хорды шеста (в результате его сгибания) содействует продвижению системы «прыгун – шест» к вертикали, как и при условии наибольшего удаления ОЦТ прыгуна в момент вращения вокруг мест хвата за шест. И наоборот – увеличение хорды шеста, приближение ОЦТ прыгуна к оси вращения уменьшает возможность продвижения данной системы к вертикали. При этом в результате укорочения радиуса вращения вокруг мест захвата за шест пропорционально увеличивается угловая скорость во втором маятнике, что положительно сказывается на результате прыжка. Нахождение наиболее оптимальных путей преодоления этих противоречивых тенденций, на наш взгляд, составит современную технику выполнения этой части прыжка.

В сгибании шеста участвуют (преимущественно) три силы [83]: кинетическая энергия разбега и отталкивания: Е_к = m×v² /2, (1)

где Е_к – кинетическая энергия разбега и отталкивания,

m – масса спортсмена, v – cкорость спортсмена;

центробежная сила взмаха на шесте: F_ц = m×r×w² , (2) где F_ц – центробежная сила взмаха на шесте, m – масса спортсмена, r – радиус вращения ОЦТ спортсмена, w – угловая скорость взмаха;

инерционная сила ускорения взмаха:

F_tⁿ = m×r² ×E, (3)

где

F – инерционная сила ускорения взмаха,

m – масса спортсмена,

r – радиус вращения ОЦТ спортсмена,

Е – энергия ускорения взмаха.

При этом в момент упора шеста о ящик и отталкивания (место отталкивания должно находиться в вертикальной проекции захвата верхней на шесте руки [36]), кинетическая энергия разбега переходит в потенциальную энергию упругой деформации шеста и разделяется на две составляющие: 1) осевую силу, направленную вдоль шеста, 2) перпендикулярную к оси шеста [30, 31]. Первую можно выразить формулой (4):

m×v² × cos a, (4) где m – масса спортсмена, v – cкорость спортсмена, cos a – угол между траекторией ОЦТ прыгуна и осью шеста. Вторую можно определить по формуле (5):

m×v² ×sin a, (5) где m – масса спортсмена, v – cкорость спортсмена, sin a – угол траектории ОЦТ прыгуна перпендикулярно к шесту.
3.2. Биомеханические особенности техники опорной части прыжка с шестом
Постановку шеста в упор ряд авторов представляют как динамический удар (250–400 кг [42]), энергию которого амортизирует (поглощает) эластичный шест и связочно-сухожильный аппарат спортсмена [30, 31, 42, 83]. По данным тензометрических исследований Ю.В. Степина, возникающие при этом вертикальные и горизонтальные «упоровые» усилия весьма значительны и достигают 121,5 и 87,8 кг (начало длинного маха в прыжке экс-рекордсмена мира В. Полякова на высоту 5 м 20 см) [57]. По данным других авторов, эти значения достигают по горизонтали 138 кг, и по вертикали – 156 кг [43]. По мнению Ю.В. Степина, величина показателя горизонтальных усилий «...зависит главным образом от скорости разбега и начальной скорости вылета ОЦТ спортсмена...», «...проявляются в большей степени в начальной стадии опорной части прыжка...» [57, с. 86]. Значения этого показателя могут быть различны в связи с исполнением прыжка прыгунами различной квалификации и веса. На значение данных показателей существенное влияние оказывает и применение различных шестов. В результате сравнительного анализа прыжков на металлическом и эластичном шестах были выявлены значительные различия в показателях усилий и в ритмовой структуре соревновательных действий. Усилия, проявляемые в прыжках с использованием эластичного шеста, характеризуются более плавным их возрастанием и убыванием, более продолжительным воздействием на опору, в то время как усилия, проявляемые в прыжке с прямым шестом, имеют пиковый и кратковременный характер [57]. Подобные различия объясняются проявлением эффекта эластичности спортивного снаряда [57]. В последующей фазе «взмах», которую разделяют на периоды длинного маха и укорочения взмаха, горизонтальные усилия, воздействующие на шест, ослабевают: окончание длинного маха – 82,5 кг, укорочение маха (наибольшее сгибание шеста) – 62,5 кг, окончание группировки – 40,4 кг, окончание разгибания тела – 15,8 кг. Вертикальные усилия, наоборот, возрастают до предельных величин: при окончании фазы «вис» – 55 кг, длинный мах – 81 кг, взмах – 113 кг в начале фазы и 128 кг при ее окончании [57]. В дальнейшем при разгибании шеста было зарегистрировано плавное снижение данного показателя благодаря развитию вертикального ускорения спортсмена под воздействием разгибающегося шеста [57]. По мнению И.И. Никонова [43], увеличение показателя горизонтальных усилий (как и вертикальной составляющей усилий) в прыжке с шестом связано с выполнением взмаха. Набольшего значения этот показатель достигает к концу фазы «взмах», когда ОЦТ прыгуна пересекает линию хорды шеста [57]. По данным Б.А. Савиных [54], правильное выполнение взмаха (при посредстве горизонтальной составляющей усилий) способствует продвижению шеста вперед к вертикали. В то же время Ю.В. Степин высказывает мысль об отрицательном влиянии горизонтальной составляющей усилий на продвижение спортивного снаряда к вертикали и формулирует соответствующий вывод о том, что необходимо стремиться к тому, чтобы горизонтальные составляющие усилий были меньше вертикальных. [57]. На наш взгляд, очевидно, что продвижение эластичного шеста к вертикали не может осуществиться без участия горизонтальной составляющей усилий. С другой стороны, этот показатель может стать критерием эффективности маховых движений при условии правильного распределения проявляемых усилий во времени. Прирост обеих составляющих усилий следует рассматривать как результат не только взаимодействия прыгуна с шестом в период передачи кинетической энергии разбега в потенциальную энергию упругой деформации шеста, но – и как результат активных действий прыгуна в фазе «взмах». Можно предположить, что движения прыгуна в фазе «взмах» будут энергонасыщающими для прыжка и существенно влияющими, таким образом, на спортивный результат. Ю.В. Степин полагает, что максимальная величина проявляемых вертикальных усилий не может полно охарактеризовать возможности подъемной силы системы «прыгун – шест». Наиболее важным является здесь показатель импульса силы. Автор считает, что увеличение параметра вертикальных усилий является положительным, позволяющим аккумулировать потенциальную энергию шеста [57]. Проявления динамики прыжка не совсем полно, как представляется, отражают биомеханические особенности упражнения без данных кинематики: распределения этих усилий во времени, угловых показателей движений в опорной части прыжка. Согласно данным В.М. Ягодина [83], угол постановки ноги при отталкивании варьируется у лучших прыгунов в пределах 115–120°, угол отталкивания – 73–77°, угол вылета общего центра масс спортсмена – 16–18° по отношению к горизонту. В момент отталкивания развиваются значительные усилия, достигающие у лучших прыгунов 300–400 кг [29, 34]. Переходя в положение виса, прыгун стремится принять такое положение, которое позволило бы впоследствии эффективно произвести фазу «взмах»: вывести как можно дальше вперед грудь и таз, оставляя позади выпрямленную правую руку и толчковую ногу. Маховая нога при этом согнута в колене, что способствует активному продвижению таза и тела спортсмена вперед [46, 83]. Допустимо, однако, опускание маховой ноги, что способствует увеличению прогиба тела [89]. Таким образом, спортсмен увеличивает растягивание передней поверхности тела. Некоторые авторы называют эту фазу «висом-замахом» [30, 31, 83], что, исходя из решаемых в этой фазе задач, вполне обосновано. Продолжительность этой фазы прыжка незначительна и варьируется по данным литературы в пределах 0,09–0,13 секунды [30, 33, 36, 83, 84, 85, 86, 87, 88] (таблица 2).

Таблица 2 – Абсолютные показатели времени выполнения отдельных фаз в опорной части прыжка с шестом и прыжка в целом спортсменами высокой квалификации
Спортсмены	Спортивный результат, м	Время выполнения отдельных фаз прыжка с шестом
Вис-замах, с	Взмах, с	Разгибание, с	Подтягивание, с	Отжимание, с	Общее время прыжка, с
Я. Лаурис Ю. Исаков В. Кишкун В. Козакевич К. Волков В.Трофименко Ч. Изакссон М. Талли С. Бубка В. Поляков	5,40 5,40 5,55 5,55 5,55 5,59 5,59 5,60 5,65 5,81	0,09 0,13 0,11 0,1 0,1 0,09 0,11 0,1 0,11 0,1	0,5 0,46 0,54 0,45 0,45 0,53 0,45 0,52 0,56 0,5	0,28 0,2 0,35 0,25 0,27 0,28 0,25 0,32 0,38 0,35	0,18 0,19 0,19 0,2 0,21 0,19 0,19 0,2 0,09 0,07	0,22 0,19 0,19 0,2 0,21 0,19 0,19 0,2 0,14 0,23	1,26 1,16 1,37 1,2 1,24 1,27 1,23 1,34 1,27 1,25

Последующая фаза «взмах» по времени наиболее продолжительная в опорной части прыжка и составляет от 0,45 до 0,56 секунды у различных прыгунов (см. таблицу 2). Выделяют два способа выполнения движений фазы «взмах». Первый характеризуется последовательным перенесением оси вращения из кистей рук в ось плеч, второй – началом вращательного движения в тазобедренных суставах с постепенным перенесением этой оси вращения в плечевые суставы и места захвата за шест [5, 33, 46]. Первый способ характеризуется длинным амплитудным движением всего тела вверх с достаточно ранним увеличением траектории в вертикальном направлении ОЦТ прыгуна и относительно большим рычагом колебательных движений. Подобная техника выполнения маховых движений была характерна для многих прыгунов с шестом ХХ века: Т. Слюсарски, В. Козакевича, Г. Близнецова и других. Данный способ предъявляет значительные требования к скоростно-силовым качествам плечевого пояса спортсмена [33]. При этом некоторые прыгуны, стремясь увеличить скорость взмаха за счет некоторого укорочения маятника, сгибают в колене маховую ногу [85], другие опускают ее, увеличивая тем самым воздействие на сгибающийся шест [37]. На сегодняшний день большинство высококвалифицированных спортсменов применяют второй способ взмаха, при котором мах начинается с активного сгибания в тазобедренных суставах, что способствует движению ОЦТ спортсмена по более пологой (чем в первом варианте) траектории. Подобная траектория имеет определенные преимущества в прыжках с шестом, что было подтверждено исследованиями в начале практики применения эластичных шестов [39]. При этом центробежные силы взмаха развиваются более постепенно, чем в первом варианте, а достижение максимального показателя силы взмаха происходит позднее во времени, что препятствует раннему разгибанию шеста. Активный взмах ногами способствует увеличению воздействия маятника тела прыгуна на шест, понижению ОЦТ, и, таким образом, положительно влияет на скорость продвижения шеста к вертикали [33]. В прыжках с использованием высоких захватов, на наш взгляд, подобная техника наиболее эффективна и использовалась такими выдающимися прыгунами современности, как С. Бубка, Р. Гатауллин, М. Тарасов, Д. Марков и другими. Несмотря на индивидуальные различия в скоростно-силовых показателях подготовленности спортсменов, последовательность включения звеньев тела биокинематической цепи в фазе «взмах» имеет существенное значение вследствие различий характера проявления усилий: плавности, скорости прироста инерционных и центробежных сил взмаха. Наибольшее сгибание (56–58° хорды по отношению к земле) шест получает в момент наибольшего ускорения ОЦТ спортсмена (относительно точек захвата за шест), а укорочение хорды шеста в этот момент достигает 1 метра и более [83]. В момент разгибания кинетическая энергия шеста через точки мест захвата на шесте (верхняя рука выпрямлена [35]) воздействует на тело спортсмена и придает ему вертикальное ускорение, достигающее максимальных значений в пределах 5,3–5,4 м/с у квалифицированных прыгунов [57]. В дальнейшем в фазах поворота и отжимания этот показатель снижается и в момент отталкивания от шеста достигает 2 м/с [38, 57]. Анализ данных ритмической структуры прыжка в разбеге [34] и данных соотношения времени выполнения отдельных фаз опорной части прыжка ко времени всего прыжка (таблица 3) свидетельствует о некоторых различиях в исполнении у высококвалифицированных и малоквалифицированных прыгунов [30, 38, 41, 83]. Различны также и мнения авторов в отношении показателей процентного соотношения времени отдельных фаз прыжка. В отличие от данных В.М. Ягодина, В.В. Мансветов предлагает комбинированный вариант прыжка исходя из данных собственного исследования, в котором он выделил два характерных варианта выполнения прыжка – силовой и маховый [33, 38]. При комбинированном варианте на фазу «разгибание» должно быть использовано 30 % всего времени прыжка, на подтягивание и отжимание – 9 и 14 %. С ростом спортивной квалификации увеличивается время выполнения фаз «вис», «разгибание» и увеличивается время выполнения фаз «взмах» и (незначительно) «подтягивание», «отжимание» [38, 41, 83]. Подобные различия во временной структуре прыжка исследователи связывают с использованием более эффективной «загрузки» шеста. Существующие данные процентного соотношения времени выполнения отдельных фаз прыжка, по мнению В.М. Ягодина [83], могут являться одним из критериев уровня технического мастерства прыгуна. Таблица 3 – Процентное соотношение времени выполнения отдельных фаз прыжка с шестом спортсменами различной квалификации (по данным В.М. Ягодина, А.П. Назарова)

Анализ биомеханических параметров и особенностей выполнения опорной части прыжка выявил следующее. Значительное влияние на результат в прыжках с шестом оказывает увеличение параметров горизонтальной и вертикальной составляющей нагрузки на шест, которые (в определенной мере) зависят от начальной скорости вылета ОЦТ спортсмена и техники взмаха в опорной части прыжка. От величины данных показателей зависит подъемная сила шеста [57]. Сравнительный анализ биомеханических параметров прыжков С.Н. Бубки на 6,01 и на 6,08 метра, по данным В.М. Ягодина [90, 91], свидетельствует о значительном влиянии активных действий спортсмена в период «загрузки» шеста на спортивный результат. При этом важным условием реализации активности спортсмена, является увеличение жесткости спортивного снаряда (таблица 4). Таблица 4 – Биомеханические параметры техники выполнения опорной части прыжка с шестом в прыжках С.Н. Бубки на высоту 6,01 и 6,08 метра (по данным В.М. Ягодина)

При одинаковых значениях показателей (скорости в конце разбега и после отталкивания, высоты захвата за шест в сравниваемых прыжках) значительно возросла скорость разгибания шеста (с 1,8 до 3,2 м/с), наибольшая скорость подъема тела (с 4,5 до 5,6 м/с). Изменение этих показателей очевидно связано с использованием более жесткого снаряда (210–215) и с более эффективной «загрузкой» шеста (увеличение угловой скорости в суставах плеч с 5,5 до 6 рад/с и таза – с 12,3 до 14,5 рад/с). Следствием данных изменений явилось увеличение показателя превышения планки над захватом (с 106 до 113 см).

Выявленные особенности прыжка позволяют сделать вывод – наибольшее значение для результата в прыжке с шестом приобретают те движения, которые можно охарактеризовать как энергонасыщающие. Это движения длинного маха и его укорочения. Также существенное значение в опорной части прыжка приобретает ритм выполняемых движений. Правильное выполнение ритмической структуры прыжка как по времени исполнения, так и по характеру изменений проявляемых усилий позволяет наиболее полно реализовать потенциальную энергию согнутого шеста; на результативность прыжка оказывают влияние не только степень прилагаемых усилий (в опорной его части), но и характер их изменений.