Самые быстрые спринтеры мира имеют уникальную особенность походки, которая может объяснить их способность развивать высокие скорости. Об этом сообщается в двух новых исследованиях Южного методистского университета в Далласе.

Новые результаты показывают, что секрет невероятной скорости элитных спринтеров лежит в характерной динамике конечностей, которую используют бегуны, чтобы увеличить толкающее усилие при соприкосновении ступни с землей.

«Наши новые исследования показывают, что элитные спринтеры не используют свои ноги, чтобы просто отскочить от земли, как большинство других бегунов", сказал эксперт биомеханики человека и ведущий автор исследования Кен Кларк, исследователь в лаборатории двигательных показателей. «Лучшие спринтеры разработали механизм скручивания и подачи для увеличения силы удара. Другие бегуны так не делают».

Новые результаты отвечают на основной вопрос, который оставался без ответа в течение более десяти лет.

Предыдущие исследования установили, что спринтеры достигают более высоких скоростей, ударяя о землю с большей силой, чем другие бегуны, по отношению к их массе тела. Тем не менее, каким образом элитные бегуны могут так делать, оставалось до конца не ясным. Это вызвало серьезные дебаты и сомнения относительно реальных стратегий, позволяющих спортсменам расширить возможности применения толкающего усилия и скорости.

«Элитные бегуны на скорость имеют характерный стиль бега», - сказал Кларк. «Наши данные показывают, самые быстрые спринтеры каждый по отдельности пришли к одинаковому решению для максимизации скорости, а именно соединив принципы физики и биологии».

Главные и отличительные особенности походки, выявленные авторами исследования, проявляются, когда нижняя конечность опускается и воздействует на землю, сказал соавтор исследования и эксперт механики бега Питер Веянд, директор лаборатории двигательной производительности в Южном методистском университете.

«Мы обнаружили, что самые быстрые спортсмены следуют одинаковой модели, применяя больше силы, необходимой для развития более высоких скоростей», - сказал Веянд. «Они поднимают колено высоко вверх, прежде чем ударить ногой о землю, сохраняя жесткую лодыжку. Таким образом они увеличивают толкающее усилие, резко останавливая ногу, находящуюся внизу, при соприкосновении с землей».

Новое исследование показывает, что самые быстрые бегуны замедляют свои стопы и голеностопный сустав на чуть более две сотые секунды после первоначального контакта с землей.

Исследователи сообщили о своих результатах, полученных при сотрудничестве с физиком Лоуренсом Дж Райан, инженером-исследователем лаборатории двигательной производительности в Южном методистском университете, в школу образования и развития человеческого потенциала Аннет Колдуэлл Симмонс.

Результаты исследования относительно того, что элитные спринтеры применяют большее толкающее усилие с характерной моделью воздействия, были опубликованы в Journal of Applied Physiology в статье под названием "Можно ли максимизировать скорость путем простой пружинистой механики?»

Исследование, согласно которому спринтеры делают жесткий, быстрый удар о землю при приземлении, было опубликовано в The Journal of Experimental Biology, в статье «Скорость ног, удар ноги и обувь: связь между механикой походки и толкающим усилием при беге."

Тесты, проведенные в лаборатории двигательной производительности в Южном методистском университете, позволили сравнить профессиональных спринтеров и других быстро бегающих спортсменов.

В группу профессиональных спринтеров вошли легкоатлеты, которые специализируются на 100 и 200-метровых дистанциях. Более половины имели международный опыт и участвовали в Олимпийских играх и чемпионатах мира по легкой атлетике.

Их сравнили с группой спортсменов, в которую вошли игроки лакросса и американского и европейского футбола.

Все спортсмены в обеих группах приземлялись на среднюю и переднюю часть стопы. Их механика бега была протестирована на высокоскоростной силовой беговой дорожке, что позволило исследователям получить и проанализировать сотни воздействий ступни о землю на точно контролируемых скоростях. Видео снятое для исследования размещено на канале Youtube лаборатории двигательной производительности Южного методистского университета.

Исследователи измерили толкающее усилие на полном диапазоне скоростей бега у каждого спортсмена, начиная с пробежки трусцой до максимальной спринтерской скорости.

«Мы изучили скорость бега от 3 до 11 метров в секунду», - сказал Кларк. «Более ранние исследования в области биомеханики уже изучали образцы толкающего усилия, но главным образом фокусировались на беговых скоростях от 3 до 5 метров в секунду. Мы смогли идентифицировать различия в значительной степени благодаря широкому диапазону скоростей и большей выборке участников».

Современный взгляд на механику бега в большой степени тяготит к пружинно-массовой модели, теории, впервые сформулированной в конце 1980-х годов. Пружинно-массовая модель предполагает, что суть работы ног подобна сжатию пружины погостика («кузнечика») при контакте с землей.

Согласно этой теории, во время бега с постоянной скоростью по ровной поверхности, тело падает вниз из воздуха. После приземления, опорная нога действует как погостик, чтобы поймать тело и отправить его обратно в воздух для следующего шага.

Было принято считать, что эта классическая пружинистая модель относится и к бегу на более высоких скоростях.

Кларк, Райан и Веянд поставили своей целью выяснить, может ли подобный пассивный механизм приземления-отскакивания объяснить увеличенное толкающее усилие, которое, как считается, объясняет то, почему спринтеры способны развивать более высокие скорости.

После того, как исследователи собрали данные кривой, по которой изменяется нагрузка на опорную поверхность, они обнаружили, что спринтеры отличались от других спортсменов. Затем они сравнили эти кривые с данными тех, кто, как считалось, использовал классическую модель.

«Элитные спринтеры не соответствовали пружинистой модели бега», - сказал Кларк. «Мы увидели сильное отклонение, в частности, во время первой половины фазы основного контакта. Другие же спортсмены, с другой стороны, следовали пружинистой модели, даже на максимальных скоростях».

Веянд сказал, что новые результаты показывают, что классическая пружинистая модель не является достаточной для понимания механики спринтерских навыков во время бега.

«Мы обнаружили, все самые быстрые спортсмены применяли больше толкающего усилия с распространенным и, видимо, характерным рисунком, который был результатом тех же самых основных особенностей походки», - сказал он. «Отличие состояло в их механике закручивания и подачи. Движение их конечностей в воздухе уникально, так что даже если продолжительность их пружинистой фазы на максимальной скорости схожа с другими бегунов, существует сильное различие в механизме доставки силы».

Спринтеры имеют единую механическую стратегию для развития скорости – ту, которой не владеют менее быстрые спортсмены.

«Это исследование предоставляет научную информацию для тренеров и спортсменов», - сказал Кларк. «Мы надеемся, что наши результаты будут признаны как достижение в научно-обоснованных подходах к тренировке скорости».