О технике педалирования велосипедистов-шоссейников

Для достижения высоких спортивных результатов в велосипедном спорте гонщику необходимо владеть совершенной техникой педалирования. Когда едет группа велосипедистов, можно сразу определить, где мастер, а где новичок. Это видно по внешним признакам: посадке, технике владения велосипедом и способу педалирования. Однако при наблюдении за ездой нескольких велосипедистов высокой спортивной квалификации даже опытному специалисту трудно ответить на вопрос, а кто же из гонщиков работает рациональнее? Правильный ответ на этот вопрос необходим тренеру, так как на основании знаний ошибок спортсмена он может вносить соответствующие изменения в планы его подготовки. Только одни наблюдения не могут дать ответ на этот сложный вопрос. Здесь необходима специальная научная аппаратура.

Изучению технического мастерства велосипедистов с использованием современной аппаратуры было посвящено много работ (Г. М. Мартынов, 1971; С. В. Ердаков, 1972; Н. А. Левенко, В. В. Михайлов, 1975; В. В. Ти-мошенков, 1976, и др.), в которых рассматривалась биомеханическая структура техники педалирования велосипедистов. Однако они не дали ответа на ряд вопросов, выдвигаемых практикой велосипедного спорта. Так, в частности, не имеется данных о наиболее рациональном способе педалирования и характере приложения усилий к педалям велосипедистами различной квалификации. Учитывая это, авторы настоящей статьи поставили цель изучить внешнюю (кинематическую) и внутреннюю (динамическую) структуру техники педалирования велосипедистов шоссейников.

В лабораторных условиях изучалась техника педалирования на специальном стенде, состоящем из утяжеленного трехроликового велостанка и шоссейно-гоночного велосипеда (В-555). Велосипед был оборудован двумя тензодинамографическими педалями, двумя реостатными датчиками углов поворота педалей и отметчиком, регистрирующим положение шатуна на окружности.

Конструкция тензодинамографических педалей позволяла оценивать усилия, прилагаемые к педали стопой спортсмена в двух взаимно перпендикулярных плоскостях — вертикальной и горизонтальной (по отношению к несущей плоскости педали).


Реостатные датчики устанавливались на несущей втулке педали и определяли угол между педалью и шатуном.

Регистрация положения шатуна (правого) на окружности осуществлялась через каждые 30° его оборота, где за начало отсчета была принята верхняя точка — 0° (360°).

Информация о кинематических и динамических характеристиках техники педалирования регистрировалась на светолучевом осциллографе (Н-041).

В исследованиях приняли участие велосипедисты-шоссейники от I юношеского разряда до мастера спорта международного класса. Техника педалирования у них изучалась в условиях, соответствующих езде по равнине, в низкой посадке и в индивидуальном темпе, то есть в оптимальном для спортсменов режиме.

Известно, что в практике различают 3 основных способа работы ног в голеностопном суставе во время педалирования: смешанный, носковый и с опущенной пяткой.

Какой же из них наиболее рационален?

Прежде чем ответить на этот вопрос, обратимся к одному из разделов физики — теоретической механике. Так, из нее узнаем, что усилие, прилагаемое к рычагу под углом 90°, полностью передается на движение, а любое отклонение от прямого угла влечет за собой снижение эффективности передачи усилий. Для расчетов применяется формула:


где F_аф — эффективные усилия (кг);
F_р — результирующие усилия (кг);
sin α — угол между результирующей силой и рычагом.

Рассмотрим некоторые варианты приложения усилий к рычагу, в данном случае к шатуну, так как на велосипеде шатун является рычагом, который передает усилия через цепь на заднее колесо и таким образом заставляет его двигаться (рис. 1).

Угол β₁ между плоскостью педали и горизонталью равен 0°, угол α₁ образованный между силой F_р1 и шатуном — 90° (рис. 1, а). Поэтому усилие, приложенное к педали, полностью передается на шатун. Углы β₂ и β₃ равны по 30° (рис. 1, b и c). Разница между ними в том, что при угле β₂ носок педали опущен (это соответствует носковому способу педалирования), а при угле β₃ — приподнят (это соответствует способу с опущенной пяткой). В связи с этим углы α₂ и α₃ между результирующей силой и шатуном соответственно равны 60 и 120°. По четырехзначной математической таблице (В. М. Брадис, 1973) sin углов 60 и 120° равен 0,87. Подставив в формулу 1 значения углов, получим, что усилия, приложенные к шатуну, примерно на 13% меньше тех, которые прилагаются к педали. Значит, между углом наклона педалей и эффективностью усилий, прилагаемых к ним, существует зависимость.


Проведенные нами исследования способов педалирования велосипедистов представлены на рис. 2. На графиках изображены угловые характеристики правой и левой педали по отношению к горизонтали на протяжении всего цикла педалирования. Сверху рисунка показано положение шатунов и педалей на окружности, где за начало движения принято положение правой педали вверху. С правой его стороны дана схема положения педалей на окружности.

Анализ кривых и схем показал, что в группе мсмк и мс правая и левая педали на протяжении всей окружности имеют примерно одинаковые угловые характеристики. Угловая асимметрия незначительная (рис. 2,а).

У группы кмс и 5 разряда правая педаль в секторе от 70 до 175° работает способом с опущенной пяткой, а на остальной части окружности — носковым. Левая же педаль работает только носковым (рис. 2, b). В указанном выше секторе выявлена угловая асимметрия, которая достигает 25°. Во второй половине окружности, когда педаль подтягивается, асимметрия снижается и достигает минимума.

У велосипедистов массовых разрядов в первой половине окружности {сектор от 15 до 180°) правая педаль работает способом с опущенной пяткой, а во второй — носковым (рис. 2, с). Левая педаль имеет примерно такие же характеристики, как и правая, только угол наклона педали в первой половине окружности (0—180°) меньше, чем во второй. Угловая асимметрия между педалями достигает 40°.

Проанализировав условные характеристики, можно сделать вывод, что высококвалифицированные велосипедисты (мсмк и мс) применяют носковый способ педалирования, квалифицированные (кмс, I разряд) — смешанный и носковой. Велосипедисты массовых разрядов имеют примерно аналогичные показатели с квалифицированными спортсменами, однако у них более выражена угловая асимметрия.


Выявленные отрицательные и положительные значения углов между плоскостью педали и горизонталью во время педалирования, по-видимому, обусловлены динамометрическими характеристиками мышц нижних конечностей велосипедистов.

Полученные данные говорят о том, что при педалировании наиболее оптимальный способ работы голеностопного сустава — носковой, выявленный у высококвалифицированных велосипедистов.

Для анализа динамографических характеристик техники педалирования мы изучали усилия, прилагаемые к педалям велосипедистами различной квалификации.

При обработке осциллограмм для каждой педали измерялись вертикальные и горизонтальные кривые усилий, а затем рассчитывались по формуле:


где F_p — результирующие усилия (кг);
F_b — вертикальные усилия (кг);
F_r — горизонтальные усилия (кг).

Расчет производится в 12 точках окружности, т. е. через каждые 30°. Полученные величины соответствовали результирующим усилиям, которые велосипедист прилагает к педали во время работы.

В результате расчетов были получены результирующие усилий, прилагаемых к педалям за один полный оборот шатуна. Графики результирующих усилий представлены на рис. 3.

За начало динамографической кривой принято положение правой педали в крайней верхней точке — 0° (360°). При увеличении нагрузки на педаль результирующая динамо-графическая кривая стремится вверх, а при снижении — вниз. Опускание кривой ниже нулевой (горизонтальной) линии характеризует степень усилий, затраченных на подтягивание педали.


При анализе полученного материала обращает на себя внимание то, что абсолютные значения усилий, представленные ка графиках, значительно меньше аналогичных данных, приводимых в литературе некоторыми авторами (Л. В. Чхаидзе, 1959, 1960, 1964; Н. А. Левенко, В. В, Михайлов, 1976). Эти различия обусловлены тем, что при обработке тензограмм из общей величины усилий, прилагаемых к педалям, мы вычитали статические усилия, прилагаемые во время установки я закрепления стопы на них. Если бы мы не учитывали статические усилия, то получили бы данные, на основании которых велосипедисты различной квалификации на- протяжении всего цикла педалирования давят на педаль и совершенно ее не подтягивают. Данный подход по вычитанию статических усилий из общих нашел применение при исследовании динамографических характеристик в ряде видов спорта, например в гимнастике и др.

В нашем эксперименте мы получили результирующую динамических усилий, образованную в результате активного воздействия ноги на педаль. Так, например, в точках окружности 90 и 270° (горизонтальное положение шатуна) по осциллограмме результирующие динамических и статических усилий составляют 25 и 8 кг соответственно. При вычитании статических усилий, равных в нашем примере 15 кг (для каждого велосипедиста эта величина индивидуальна), динамические усилия составляют 10 и —7 кг соответственно. Знак минус указывает на то, что происходит подтягивание педали. Следует помнить, что в секторе движения шатуна от 180 до 360° (0°) усилия должны быть направлены на подтягивание педалей, и это будет способствовать созданию равномерного крутящего момента на валу каретки велосипеда.

Анализ техники педалирования высококвалифицированных велосипедистов (мсмк, мс) выявил, что результирующие усилий, прилагаемых к правой педали (рис. 4, а) в точке 0°, направлены на давление и возрастают. Максимума усилия достигают в точке 90°, а затем они снижаются и в точке 185° равны нулю, Далее за счет подтягивания педали происходит нарастание усилий, где максимальные их значения достигаются в точке 270° (при горизонтальном положении шатуна). Впоследствии усилия уменьшаются в точке 345°, т. е. не доходя 15° до вертикального положения шатуна — 0° (360°), — равны нулю. На графике видно, что усилия, прилагаемые к кривой педали в двух точках — 185 и 345°, равны нулю. Это обусловлено тем, что в этих точках происходит изменение направления приложения усилий и переключение в работе мышц нижних конечностей. В первой точке наблюдается переход от давления к подтягиванию, во второй, наоборот, — от подтягивания к давлению.

Усилия, прилагаемые к левой педали, аналогичны усилиям, прилагаемым к правой. Разница заключается лишь в том, что первые смещены на 180° по ходу вращения педалей, это обусловлено конструкцией шатунов. Поэтому нулевые точки находятся в 0° (180°) (переход от давления к подтягиванию) и 160° (340°) (переход от подтягивания к давлению), а максимальные усилия достигаются в точках 90° (270°) и 270° (90°).

Таким образом, у высококвалифицированных велосипедистов верхняя «мертвая» точка находится в секторе 340—345° и составляет 5°, а нижняя — 180—185° и составляет тоже 5°. В связи с этим усилия, направленные на давление как правой, так и левой педали, прилагаются по дуге в 195° (от 345 до 180°), а подтягивание — по дуге 155° (от 185 до 340°). Анализ динамических усилий показал, что подтягивание для правой педали составляет 36,1 % от общих усилий, прилагаемых к ней, а левой — 35,6%. Асимметрия приложения усилий между педалями составила около 2,5%. Все эти данные указывают на то, что у высококвалифицированных велосипедистов обе ноги работают относительно синхронно.

Результаты анализа суммарной результирующей кривой усилий, т. е. суммы усилий, прилагаемых к правой и левой педали, показали, что по форме кривая имеет вид синусоиды, где максимальные усилия достигаются в точках 90 и 270°, а минимальные — 0° (360°) и 180°.

Следует, однако, помнить, что суммарная результирующая кривая отражает те усилия, которые прилагаются к педали и частично идут на продвижение велосипедиста.

Результаты анализа техники педалирования квалифицированных велосипедистов (кмс, I разряд) выявили, что усилия, прилагаемые к правой педали в точках 10 и 205° (по ходу вращения шатуна), равны нулю (рис. 4, в). Для левой педали прилагаемые усилия в зонах 6, 186 и 200° (20°) также равны нулю. Максимальные усилия при давлении правой и левой педали располагаются в точках 90 и 270° соответственно, а при подтягивании смещены для левой педали на 30° по ходу вращения шатуна и находятся в точке 120° (300°), для правой — на 60° и находятся в точке 330°.

Таким образом, у квалифицированных велосипедистов верхняя «мертвая» точка находится в секторе от 6 до 10°, а нижняя — от 200 до 205°. Усилия, направленные на давление педали, прилагаются по дуге 190° (10—200°), а усилия, направленные на подтягивание, — по дуге 161° (205—360—6°).

Анализ усилий, прилагаемых к педалям, показал, что подтягивание для правой педали составляет 31,8%, для левой — 28,5 % от общих усилий, прилагаемых к ней. Асимметрия приложения усилий между педалями составила 4,2%.

Суммарная результирующая усилий имеет также вид синусоиды, но с некоторыми отклонениями по отношению к той, которая была выявлена у высококвалифицированных велосипедистов. Данные отклонения объясняются менее рациональным распределением усилий в цикле педалирования.

Совершенно иной характер приложения усилий к педалям был выявлен у велосипедистов массовых разрядов (рис. 4, с). Так, усилия, прилагаемые к правой педали в секторе от 0 до 35°, направлены на подтягивание, а не на давление, как у высококвалифицированных велосипедистов. В точке 35° усилия равны нулю, затем они нарастают и достигают максимума в точке 120°, а не 90°, как у мсмк и мс, потом снижаются до нуля в точке 255°. После этого велосипедисты подтягивают педаль в секторе 255—360—35°, т. е. по дуге 140°, где максимальные усилия достигаются в точке 330°. Усилия, прилагаемые к левой педали, примерно аналогичны усилиям, прилагаемым к правой. Так, в секторе от 0 до 110° (180—290°) происходит давление на педаль, в точке 110° (290°) усилия равны нулю; в секторе от 110 до 210° (290—360—30°) идет подтягивание, в точке 210° (30°) усилия равны нулю. Затем нога давит в секторе 210—360—110° (30—290°). Максимальные усилия при давлении на педаль достигаются в точке 300° (120°), при подтягивании — 0° (180°).

Таким образом, у велосипедистов массовых разрядов верхняя и нижняя «мертвые» точки ограничены секторами 30—35° и 255—290° соответственно. Верхняя «мертвая» точка имеет небольшой сектор, равный 5° (примерно такой же, как и у велосипедистов рассмотренных выше квалификаций), однако она смещена вперед по ходу вращения шатуна: по отношению к мсмк и мс на 45°, кмс и I разряду на 20°. Нижняя «мертвая» точка имеет сектор, равный 35°, это больше, чем у велосипедистов других квалификаций, примерно в 7 раз. Следует отметить, что эта точка смещена и приходится на заднее горизонтальное положение шатуна — 270°, т. е. находится в наиболее рациональной зоне для максимальных усилий при подтягивании педалей. Дуга, по которой нога давит на педаль, составляет 220° (35—255°), а дуга, по которой нога подтягивает педаль, всего 100° (290—360—30°). Остальная часть круга, равная 40°, занята на переключении работающих мышц при педалировании.

Отношение усилий, затраченных на подтягивание педалей, к общим усилиям, затраченным в цикле педалирования, составляет для правой — 22,9%, левой — 8,7%. Асимметрия в приложении усилий между педалями достигает 40,2%.

В секторах от 210 до 240°, т. е. по дуге 30°, для правой педали и от 210 до 270°, т. е. 60°, для левой усилия направлены не на подтягивание, а на давление и тем самым тормозят движение. В связи с этим для поддержания выбранного индивидуального темпа велосипедистам приходится больше прилагать усилий во время давления на педаль, где максимальные значения составляют от 13 до 17 кг против 10—13 кг.

Суммарная результирующая двух педалей близка к синусоиде, где да^ке без детального анализа видна асимметрия между секторами 0—180° и 180—360° (0°). Опускание кривой усилий ниже нулевой линии указывает на то, что прилагаемые к педали усилия направлены против движения. Это обусловлено тем, что в секторе от 210 до 270° нога не подтягивает педаль вверх, а из-за неправильной техники педалирования и слабо развитых групп мышц нижних конечностей давит на нее.

На основании анализа динамографических характеристик техники педалирования были выявлены особенности приложения^ усилий к педалям велосипедистами различной спортивной квалификации, подтверждающие концепцию, выдвинутую Л. В. Чхаидзе (1959), о закономерностях кругового педалирования.

При воздействии на педаль усилия, прилагаемые к ней, начинают нарастать в секторе от 0 до 90°, достигая своего максимума в зоне 90°, что обусловлено наиболее выгодной длиной рычага (шатуна) в этом положении, анатомическим строением нижних конечностей, обеспечивающих главным образом опорные функции, и спортивной квалификацией велосипедистов. В дальнейшем при движении шатуна вниз и назад наблюдается постепенное снижение силы воздействия на педаль вплоть до зоны 180°, что связано с уменьшением длины рычага и изменением направления приложения усилий к педалям, в результате чего в работу включаются относительно слабые группы мышц.

Чем выше квалификация спортсмена, тем меньше выражены различия в приложении усилий в зонах от 0—180° и 180—360°. Эта особенность обусловлена тем, что нога, находящаяся на педали в диаметрально противоположном положении, оказывает активное воздействие на педаль. У квалифицированных спортсменов она подтягивает педаль, у новичков и спортсменов массовых разрядов давит своим весом в сторону, противоположную движению шатуна.

Рассматривая динамографические показатели, мы обнаружили, что наибольшие усилия воздействия на педаль наблюдаются при горизонтальном положении шатуна, т. е. 90 и 270°, а наименьшие — с приближением к «мертвой» точке — 0 и 180°, абсолютные показатели воздействия на педали (сила давления или подтягивания) различные. Объясняются эти различия несоответствием (причем весьма значительным) силы мышц, обеспечивающих давление на педаль (разгибатели бедра и голени) и подтягивание ее (сгибатели бедра и голени). Эти данные согласуются с результатами исследований авторов, которые пришли к заключению, что наиболее сильные группы мышц у человека — разгибатели.

Тензодинамографические исследования техники педалирования также позволили установить, что степень воздействия на педаль на протяжении всей окружности меняется в значительных пределах. Это подтверждает ранее высказанную концепцию некоторых авторов о том, что педалирование является круговым, а не равномерно-круговым. Именно круговое педалирование обусловливает более рациональное распределение усилий воздействия на педаль с ростом тренированности спортсмена. В этой связи вполне понятна и такая закономерность: чем выше квалификация велосипедистов, тем меньше различие в величине усилий, направленных на давление и подтягивание педалей, и, наоборот, чем ниже квалификация спортсменов, тем различия более значимы. Результаты работы также подтверждает вывод А. В. Седова (1966) об отсутствии усилий на педалях в верхней и нижней «мертвых» точках и тем самым отвергают вывод Г. М. Мартынова (1970) о том, что в цикле педалирования нет ни одной точки, где бы усилия отсутствовали.

Приведенные данные позволяют по-новому подойти к методике обучения и совершенствования техники педалирования велосипедистов различной спортивной квалификации.

На основании проведенных исследований внешних и внутренних структур можно определить эффективность техники педалирования. Для этого были получены количественные и качественные параметры. Они тесно связаны между собой и характеризуют эффективность педалирования. Рассчитать ее можно по формуле:


где К_э — коэффициент эффективности (%);
F_∑T — сумма тангенциальных усилий (кг);
F_∑1, F_∑p2 — сумма результирующих усилий (кг).

Тангенциальные (полезные) усилия регистрировались с велоцепи по методике В, В, Тимо-шенкова (1978).

В результате расчетов коэффициент эффективности для квалифицированных велосипедистов составил 74,1%, для велосипедистов массовых разрядов — 51,6%. Необходимо отметить, что коэффициент эффективности является основным показателем для оценки техники, и в частности техники педалирования. Чем он выше, тем рациональнее техника.

Результаты исследований подтверждают данные В. В. Абросимова с соавторами (1970) о том, что круговое педалирование, которым владеют квалифицированные велосипедисты, экономичнее импульсного, свойственного велосипедистам массовых разрядов, по величине усилий, прилагаемых в цикле педалирования. Наши исследования также показали, что коэффициент эффективности у высококвалифицированных велосипедистов выше, чем у гонщиков массовых разрядов. Они подтверждают результаты исследований Г. М. Мартынова (1971).

Коэффициент эффективности позволяет тренерам вносить соответствующие коррективы в учебно-тренировочный процесс подготовки гонщиков.

Однако необходимо помнить: если коэффициент эффективности низкий, то в технике педалирования появляются ошибки. Исправлять их зрительно невозможно. Это обусловлено тем, что цикл педалирования происходит за очень короткий промежуток времени, в основном менее 1 сек. Поэтому мелкие ошибки, имеющиеся во внешней структуре движения (в основном это касается работы ног), заметить визуально трудно. Ошибки, которые имеются во внутренней структуре, т. е. распределение усилий в цикле педалирования, можно зарегистрировать только при помощи специальной аппаратуры. Поэтому как изучение техники педалирования, так и исправление ошибок должно осуществляться с помощью специальных устройств и тренажеров, разработанных для велосипедистов (Г. М. Мартынов, 1970; А. В. Марахотин, 1971; А. А. Тесленко, 1976; В. В. Тимошенков, В. Г. Половцев, 1980).

Таким образом, знание основных параметров техники педалирования и управление ими на основе применения специальных устройств и тренажеров позволит значительно повысить эффективность учебно-тренировочных занятий и сократит сроки подготовки квалифицированных велосипедистов.

В. В. Тимошенков, Минск.

Пока нет комментариев, смелее!