Целевые характеристики для различных категорий гребцов

С развитием электроники, биомеханические измерения становятся обычным явлением в современной гребле. Поэтому, мы получаем все больше вопросов подобных следующим: "Какими должны быть оптимальные углы весла в женской четверке?" или "Пожалуйста, дайте модельные значения мощности и усилий для юниоров в одиночке?". Методы, используемые для определения целевых (модельных) характеристик, представляются достаточно субъективными. Как правило, в качестве эталона используются данные одного или нескольких выдающегося спортсменов или команд, а затем все остальные гребцы должны "подгоняться" под эти показатели, что практически невозможно. Со временем появляются новые чемпионы, и "модели" приходится пересматривать, что снижает доверие к ним и уменьшает эффективность тренировочного процесса. Поэтому целью данного исследования была разработка объективного метода определения целевых характеристик для гребцов различных возрастов и уровней спортивного мастерства.

В точных науках целевые характеристики определяются с помощью методов математического моделирования объекта. Например, задав максимальную скорость автомобиля, можно рассчитать необходимую мощность двигателя, а затем определить вращающий момент, частоту оборотов, расход топлива и т.д. Однако для биологических объектов, таких как спортсмены, этот подход неприменим, поскольку все они различаются по своим индивидуальным характеристикам (рост, масса тела и т.д.) и особенностям подготовки.

В большинстве биологических наук для определения подобных "нормативных характеристик" обычно применяются статистические методы. Например, в медицинской диагностике определяются средние значения и разброс некоторого показателя в группе пациентов с определенным заболеванием и в группе здоровых людей, после чего устанавливаются диапазоны нормальных значений, свидетельствующие об отсутствии заболевания. Однако в спорте высших достижений такой подход также неприменим, поскольку практически невозможно провести измерения всех победителей чемпионатов мира и Олимпийских игр, чтобы определить их биомеханические характеристики. Из официальных протоколов соревнований, можно определить лишь скорость прохождения дистанции, а в последние годы стали доступны также данные о соревновательном темпе гребли.

Поэтому для определения целевых значений была использована комбинация двух описанных выше подходов.

Биомеханическое моделирование применялось для расчета гребной мощности и работы за гребок на основе известных целевых значений соревновательной скорости и темпа гребли.
Статистический анализ базы биомеханических данных BioRow (n> 60 000) использовался для определения зависимостей между основными биомеханическими характеристиками и их величинами.

Анализ скорости гребли на основе мировых рекордов в каждой категории (Рис.1а) показал, что в среднем, скорость спортсменов категории U23 была на 2,5% ниже, чем у гребцов олимпийского уровня, а для категории U19 эта разница составляла 4,6%. Поскольку не было обнаружено достоверной корреляции между темпом гребли и занятым местом в финалах крупнейших соревнований (RBN 2024/07), в качестве целевого значения для каждого класса лодок был принят средний темп всех финалистов. Наибольший средний темп наблюдался у спортсменов олимпийского уровня - 38,9 гвм (рис. 1б); у гребцов U23 он составил 37,3 гвм (на 4,1% ниже), а у гребцов U19 - 36,6 гвм (на 5,9% ниже).

Мощность гребли, необходимая для достижения целевой скорости, определялась из уравнения:

P = DFgross v3 (1)

где значения коэффициента общего сопротивления DFgross были получены статистическим методом. Очевидно, что DFgross зависит от погодных условий (встречного и попутного ветра) и от водоизмещения лодки, главным фактором которого является масса гребца. Поэтому DFgross был аппроксимирован линейными регрессиями (Рис.1в),

DFgross = a m + b (2)

где коэффициенты a и b являются специфичными для каждого класса лодок. Типичный вес гребцов в каждой категории был определен по статистике международных регат.

Целевая работа за гребок tWPS определялась по мощности и темпу гребли:

tWPS = P (60 / R) (3)

Средние усилия на рукоятке Fav и длина гребка L могут быть определены из уравнения, где их произведение равно работе за гребок:

WPSFL = Fav L (4)

Однако, это равенство справедливо лишь при условии постоянства силы и скорости рукоятки, но в реальной гребле, обе эти величины непрерывно изменяются в течение проводки. Фактическая работа за гребок WPSa равна интегралу произведении мгновенных силы и перемещения рукоятки во время проводки. Была выявлена высокая корреляция между фактической работой за гребок WPSa и WPSFL (r=0,985), и для каждого класса лодок было определено их отношение KWPS, которое в среднем составило 82,5 ± 1,2%.

KWPS = WPSFL / WPSa = Fav L / WPSa (5)

И все же, конкретные целевые усилия и длина гребка остаются неопределенными, поскольку одно и то же значение работы за гребок может быть достигнуто их различными сочетаниями. Иными словами, спортсмен может выполнять одинаковую работу либо за счет усилий, либо за счет длины гребка.

Для решения этой задачи, статистически были получены средние нормативные значения средних усилий nFav, длины гребка nL и работы за гребок nWPSa для каждого класса лодок. Поскольку усилия и работа за гребок зависят от массы гребца, сначала использовались их значения, нормированные по массе, после чего они умножались на целевую массу гребца для получения абсолютных величин.

Статистические значения работы за гребок nWPSa были получены по данным спортсменов различного уровня, тогда как целевая работа за гребок tWPS соответствует уровню чемпионов и, следовательно, должна быть выше. Ключевой вопрос здесь следующий: каким образом гребцы обычно увеличивают работу за гребок - за счет усилий или за счет длины гребка? Было определено, что корреляция между работой за гребок и средними усилиями (r=0,92) значительно выше, чем с длиной гребка (r=0,39). Соответствующие коэффициенты детерминации (R²) показали, что 85% вариации работы за гребок объясняется изменением усилий и лишь 15% - изменением длины гребка. Таким образом, вклад усилий оказался в 5,7 раза выше, чем вклад длины гребка. На этом основании, были определены целевые значения средних усилий tFav и длины гребка tL (длина дуги в средней точке рукоятки весла).

tFav = nFav/m 0.85 (WPSt /nWPSa) (6)

tL = WPSt KWPS / tFav (7)

Целевой полный угол весла tA (от захвата до окончания проводки) рассчитывался по длине дуги tL и внутреннему рычагу весла Lin.a.

tA = tL / (Lin.a (π /180)) (8)

Целевые максимальные усилия рассчитывались по целевым средним усилиям и отношению средних к максимальным. Поскольку это отношение зависит от темпа гребли, его значения были статистически определены в виде линейных регрессий для каждого класса лодок.

tFmax = tFav / Rav/max (9)

В Таблицах 1-3 ниже представлены полученные целевые значения основных биомеханических характеристик для трех возрастных категорий: гребцов олимпийского уровня, U23 и U19. В среднем, усилия гребцов U23, были на 4,4% ниже, чем у взрослых, а для U19 эта разница составляла 8,7%. В отличие от усилий, длина гребка практически не различалась между возрастными категориями: молодежь U23 гребет лишь на 0,2% короче, чем взрослые, а юноши U19 - на 0,9% короче. Это согласуется с практическими наблюдениями и нашими измерениями: молодые гребцы практически не уступают взрослым по длине гребка, а иногда даже превосходят их, что, вероятно, связано с большей гибкостью и подвижностью суставов.

Разработанный метод позволяет связать анализ соревновательной деятельности (скорость и темп гребли) с техническими и физическими характеристиками гребцов (мощность, работа за гребок, длина гребка и усилия). Новая модель была реализована в виде онлайн-калькулятора на сайте BioRow, где подписчики могут проанализировать собственные данные. Для тренеров, эти целевые показатели могут служить ориентирами при оценке тренировочного процесса и совершенствовании техники гребли, способствуя техническому и физическому развитию спортсменов различных возрастов и уровней.

Теги: Целевые характеристики для различных категорий гребцов