Аэробика Купера и физика бега
Шрифт:
Всеволод Шипунский
Аэробика Купера и физика бега
Аэробику американского врача Купера – систему аэробных тренировок для укрепления сердца и сосудистой системы – знают если не все, то очень и очень многие. Его книжка «Новая Аэробика» после перевода на русский была необычайно популярной в СССР в семидесятых-восьмидесятых годах. В 1989 году
Особенностью Аэробики является введённая Купером система очков, в которых оценивается тренировочная нагрузка. Очки эти - некая энергетическая оценка проведенной тренировки: учёт потраченной энергии и потреблённого кислорода в условных единицах. Таблицы очков составлены Купером для различных, но именно аэробных видов спорта, связанных с повышенным потреблением кислорода, с тренировкой выносливости, а не силы и быстроты.
Основной целью аэробных тренировок является укрепление главной мышцы человека – сердца, а также сосудистой системы, ответственной за транспортировку крови. Рост их тренированности сопровождается увеличением максимального потребления кислорода (МПК), приходящегося на килограмм массы тела.
Доктор Купер, рассчитывая эффективность занятий в очках, основывался именно на МПК. Он проводил измерение МПК, собирая весь воздух, выдыхаемый человеком во время физической нагрузки, и исследуя его в газоанализаторе. Разность содержания кислорода в обычном воздухе и в выдыхаемом давала величину кислорода, потреблённого лёгкими за определённое время. По количеству усвоенного кислорода Купер делал вывод о сжигаемых организмом калориях, то есть о затраченной им энергии.
Ясно, что система очков доктора Купера – система эмпирическая, составлявшаяся, конечно, с учётом измерения потребления кислорода, но в достаточной степени приблизительно. Во-первых, организм потребляет кислород всегда, и в полном покое тоже, не производя никакой работы. Во-вторых, тесты с измерением МПК Купер проводил на тредбане (беговой дорожке). Всякий, кто хоть немного занимался бегом, знает, что реальный бег и бег на тредбане существенно отличаются по энергетике, ведь на тредбане тело бегуна не перемещается в пространстве! Под ним просто течёт бесконечная лента, и ему нужно только переставлять ноги. При одном и том же пройденном расстоянии и скорости, реальный бег гораздо энергозатратнее.
* * *
Аэробикой по системе Купера я занимался не один год (бег, велосипед, лыжи), и на себе почувствовал благотворность этих тренировок. Это действительно оздоровило, изменило меня в лучшую сторону. При этом меня всегда интересовала физика бега, загадка его энергетики.
Вот бежит человек по горизонтальной поверхности, с постоянной скоростью. Какую работу он при этом совершает? Какую затрачивает энергию?
Для определения её по известной формуле
А = FS,
где S – расстояние, а F – сила сопротивления, которую преодолевает бегун, не хватает как раз знания этой самой силы сопротивления. В неё включается, конечно, преодоление встречного воздушного потока, но это пустяки...
Ноги двигаются в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах, отталкиваясь от земли, мышцы торса и спины поддерживают корпус в вертикальном положении, руки раскачиваются, создавая противовес - работает всё тело. И работа, судя по пролитому на трассе поту, совершается не малая! Как же её измерить, как определить?
Вообще говоря, нет ничего проще, если в вашем распоряжении имеется качественный
Однако для определения не кратковременной, а именно «аэробной мощности», педали придётся крутить без остановки в предельном для вас темпе не менее 12 минут, или совершить непрерывную работу примерно в 100 - 150 тысяч джоулей.
Средняя мощность при этом и есть ваша личная аэробная мощность W. Подобный тест, однако, связан с большой нагрузкой на сердце и возможен только для тренированных людей.
Найдя развиваемую вами предельную мощность и считая, что такую же вы развиваете при длительном беге (если, конечно, нагружаете себя как следует), можно найти и такую интересную величину, как сила сопротивления F, которую вы преодолеваете:
F = W/v, (1)
где v – скорость бега.
Сила эта не есть величина постоянная и должна зависеть от скорости бегуна:
F = kv, (2)
где k – коэффициент. Тогда мощность, развиваемая человеком при беге, получается связанной со скоростью нелинейно:
W = kv2. (3)
* * *
...Формула (2), однако, как и утверждение, что сила непременно должна зависеть от скорости, чисто эмпирические и вызывают сомнения. Зависимость силы сопротивления F от скорости v в первой степени характерна для движения тела в жидкости при небольших скоростях, когда его обтекает ламинарный поток (закон Стокса). При больших скоростях, когда возникают турбулентные завихрения, сила сопротивления пропорциональна уже квадрату скорости. Такое имеет место для парашютиста в затяжном прыжке, скоростью падения которого примерно 190 км/час (52 м/с).
Бег же - особый вид движения, который определяется не столько перемещением тела в воздушной среде, сколько его взаимодействием с землёй. И сила сопротивления, против которой бегун совершает работу, практически не связана с сопротивлением воздушного потока (за исключением случая встречного ветра).
Сила F, которую бегун преодолевает, перемещая своё тело в пространстве, связана скорее с движением ног, рук, туловища, и с взаимодействием подошв кроссовок с поверхностью дороги. В беге выброшенная вперёд нога, пружиня и принимая на себя вес тела, одновременно и тормозит, стабилизирует вашу скорость, не давая ей нарастать при каждом новом толчке, и ничего с этим поделать, увы, нельзя...
Та же самая мускульная работа, но с использованием для перемещения не ног, а колёс (велосипед), даст гораздо большую скорость. Таким образом, сила сопротивления движению велосипеда будет меньше.
Зависит ли сила сопротивления F от скорости бега? Вопрос не простой. Если вы пройдёте, допустим, 2 км прогулочным шагом, любуясь окрестностями, то работа А, проделанная вами, будет такова, что вы её можете даже не заметить.
Если же пробежите эти 2 км, то вам придётся напрягать всё тело, и вы обольётесь потом. Казалось бы, работа, совершённая во втором случае, должна быть больше. Значит, и сила сопротивления при переходе с шага на бег вроде бы должна возрастать.